吸污車卸料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張 容，吳俊宏

（1.重慶耐德山花特種車有限責(zé)任公司，重慶401346；2.重慶耐德新明和工業(yè)有限公司，重慶401346）

1 引言

吸污車是收集、中轉(zhuǎn)清理運(yùn)輸污泥、污水，避免二次污染的新型環(huán)衛(wèi)車輛，吸污車可自吸自排，工作速度快，容量大，運(yùn)輸方便，適用于收集運(yùn)輸糞便、泥漿、原油等液體的物質(zhì)。目前已在國(guó)內(nèi)廣泛使用。國(guó)內(nèi)各廠家生產(chǎn)吸污車的原理和結(jié)構(gòu)雖大致相同，但重要結(jié)構(gòu)參數(shù)的選用和結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)的不同，會(huì)影響吸污車的工作性能。現(xiàn)以14 t 吸污車為例進(jìn)行探討。

2 卸料裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 卸料裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

14 t 吸污車的卸料裝置主要由舉升油缸、開蓋油缸、污物罐、副車架、罐蓋組成。卸料裝置結(jié)構(gòu)布置：舉升油缸的活塞桿一端鉸接于污物罐鉸支點(diǎn)C，另一端鉸接于副車架鉸支點(diǎn)A，污物罐與副車架鉸接于鉸支點(diǎn)B，形成了污物罐的舉升和縮放回轉(zhuǎn)中心。開蓋油缸的活塞桿一端鉸接于罐蓋鉸支點(diǎn)F，另一端鉸接于污物罐支點(diǎn)D，罐蓋與污物罐鉸接于鉸支點(diǎn)E，形成了污物罐罐門開啟和關(guān)閉回轉(zhuǎn)中心。

2.2 卸料裝置的工作原理

吸污車通過卸料裝置可快速完成污物的傾卸，傾卸分開蓋油缸動(dòng)作和舉升油缸動(dòng)作。開蓋油缸和舉升油缸各兩支，對(duì)稱布置在吸污車的左邊和右邊。

傾卸污物時(shí)，首先開蓋油缸伸出，罐蓋以支點(diǎn)E 為轉(zhuǎn)軸點(diǎn)逆時(shí)針回轉(zhuǎn)開蓋，直到罐蓋全開。然后舉升油缸伸出，以副車架支點(diǎn)B 為轉(zhuǎn)軸點(diǎn)順時(shí)針回轉(zhuǎn)，舉升污物罐直到污物全部卸去。污物罐復(fù)位時(shí)，舉升油缸回縮，污物罐仍以支點(diǎn)B為轉(zhuǎn)軸點(diǎn)逆時(shí)針回轉(zhuǎn)，直到污物罐復(fù)位。污物罐復(fù)位后，開蓋油缸回縮，罐蓋仍以支點(diǎn)E 為轉(zhuǎn)軸點(diǎn)順時(shí)針回轉(zhuǎn)關(guān)蓋，直到罐門復(fù)位。

在設(shè)計(jì)污物罐的舉升角度時(shí)，考慮到污物需全部卸除，一般旋轉(zhuǎn)角度大于等于50°（安息角）。罐門全開的角度，一般大于等于85°，小于等于90°[1]。

3 卸料裝置的受力分析

由于卸料裝置開蓋卸荷受力分析可以借鑒舉升污物罐受力分析。下面僅討論舉升污物罐的受力分析。

3.1 舉升污物罐的受力分析

污物罐裝滿污物時(shí)，舉升污物罐受力分析如圖1 所示[2]。圖1 中是以污物罐回轉(zhuǎn)軸心B 為原點(diǎn)建立的坐標(biāo)系，A 點(diǎn)是舉升油缸與副車架的鉸支點(diǎn)，C 點(diǎn)是舉升油缸與污物罐的鉸支點(diǎn)，舉升油缸的作用力F 的大小和方向隨污物罐的轉(zhuǎn)動(dòng)和污物的卸荷而變化。D 點(diǎn)是污物罐初始未卸荷的重心，D1點(diǎn)是污物罐卸荷完畢的重心。α是D 點(diǎn)與B 點(diǎn)連線DB 與x軸的正向夾角；β是油缸軸線與x軸的正向夾角。σ為連線BD 和連線BC 的夾角。B 點(diǎn)與C 點(diǎn)的距離即舉升油缸的回轉(zhuǎn)半徑R。D 點(diǎn)與C 點(diǎn)的距離即污物罐的回轉(zhuǎn)半徑R1。

當(dāng)傾卸污物時(shí)，取污物罐做為分離體，其平衡方程為：

即：

式（1）中：Fx、Fy為舉升油缸作用力F在x軸、y軸上的投影；Cx、Cy為油缸鉸支點(diǎn)C 的x和y坐標(biāo)；Dx為D 點(diǎn)的x坐標(biāo)值。

由圖1 可知，F(xiàn)x=Fcosβ，F(xiàn)y=Fsinβ，Cx=Rcos（180－α+σ），Cy=Rsin（180－σ+γ），Dx=R1cos（180－α）。

代入式（1）整理得：

由式（2）可計(jì)算出污物罐各位置受到的油缸作用力F。當(dāng)污物罐重心位于D 時(shí)，即舉升的初始位置，油缸作用力F最大。

3.2 污物罐回轉(zhuǎn)鉸支點(diǎn)B 的受力分析

以污物罐在副車架上的初始狀態(tài)為研究對(duì)象，其受污物罐重力G，舉升油缸推力F，污物罐在鉸支點(diǎn)B 的作用力N。其受力如圖2 所示。圖2 中，θ為BA 連線與水平線的夾角，β為重心與B 連線和水平線的夾角，α為AC 連線和水平線的夾角。

污物罐舉升開始時(shí)在三個(gè)作用力下處于平衡。根據(jù)三力匯交定理，這三力必匯交于一點(diǎn)K，構(gòu)成一平面匯交力系。根據(jù)平面匯交力系平衡的集合條件，受力如圖3 所示。

圖2 舉升物罐初始狀態(tài)受力分析

圖3 受力圖

根據(jù)正弦定理得：

由式（3）得，α增大，N減小，即在設(shè)計(jì)油缸活塞桿安裝位置時(shí)，鉸點(diǎn)C 盡量靠近污物罐重心。

4 舉升油缸的選用和油缸安裝角α的確定

可以通過以下兩方面確定。

一般污物罐的安息角按大于等于50°設(shè)計(jì)，通過作圖法或解析法計(jì)算確定各鉸支點(diǎn)的位置?？沙醪酱_定油缸的最大行程和安裝距，將作圖法結(jié)果代入式（2），可計(jì)算出油缸對(duì)應(yīng)狀態(tài)的F值，作為油缸的負(fù)載來確定油缸的缸徑。

根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，α通常在20°～30°之間，在滿足油缸行程和最短安裝距的條件下，α可取大值，以便鉸接點(diǎn)C 處的直徑可以選小。在校核鉸點(diǎn)C 時(shí)，應(yīng)校核軸的扭矩和彎矩。