一种垃圾车双曲柄式倾倒装置油缸受力过程的研究.pdf

整车与上装Complete Vehicle and Isolated Plants与配件专872012.10Commercial Vehicle 商用汽车 专用汽车与配件 Special Purpose Vehicle & Parts1 前言后压缩式垃圾车倾倒装置(铲斗式)主要有3种结构型式：连杆式铲斗倾倒装置、双摇杆式铲斗倾倒装置、双曲柄式铲斗倾倒装置双曲柄式铲斗倾倒装置因其容积适中、自质量较轻、上料方便成为未来铲斗式倾倒装置的发展方向[1]本文以一种双曲柄式倾倒装置为例，对油缸受力过程进行研究，以分析油缸受力大小的影响因素，并通过改变力臂最大值位置，优化油缸受力，达到优化倾倒装置的目的2 油缸受力计算2.1 计算前准备工作：构建SW计算草图 某双曲柄式倾倒装置如图1所示，图纸尺寸如图2所示，简化成四杆机构，如图3所示对一种垃圾车双曲柄 式倾倒装置的油缸受力变 化过程进行研究，采用 图表的分析方法，通过 改变力臂最大值位置， 使油缸受力最小，达到 优化倾倒装置的目的提要已知条件：铲板翻转角度140°，油缸行程为677(1 743－1 066) mm，L1=170 mm，L2=1 000 mm，L3=632 mm，L4=570 mm；根据格拉霍夫定理Lmax+Lmin≤其余两杆之和，且Lmin为机架。

又知L1+L2≤L3+L4，且L1为机架此机构由此可确定为双曲柄机构图3的制作过程如下：(1)在软件SolidWorks中，新建一个零件，按图纸设计位置画出机架、油缸及其相对位置，以“分析”为名保存2)在铲板的装配体中，插入一个新零件，画出铲板装配体中实装垃圾的容积，删除其材质，点击菜单条“工具”→“选项”→“文档属性”→“材料属性”，将密度改为水的密度后保存；点击菜单条“工具”，选择“质量特性”，查看质心坐标，一种垃圾车双曲柄 式倾倒装置油缸受 力过程的研究陈兆勇图1 某双曲柄式倾倒装置图2 某双曲柄式倾倒装置图纸尺寸整车与上装 Complete Vehicle and Isolated Plants与配件专882012.10Commercial Vehicle 商用汽车 专用汽车与配件 Special Purpose Vehicle & Parts知X=851 mm，Y=177 mm3)选择一基准平面，将铲板的外轮廓“转换实体引用”，注意拉杆的连接处也需要引用；在该基准平面上选择一任意点，将坐标设置成前述的质心坐标，再将所用引用线及质心坐标点定义成块，将其保存为铲板块4)在铲板装配体中查看铲板及垃圾总质量为G=1 308 kgf。

打开“分析”的零件，在原来的草图中插入铲板块，将铲板的旋转中心与L1的一端重合，命名为A点，将铲板质心命名为O点；再画两条线段，分别表示臂、拉杆，将臂的旋转中心命名为B点，拉杆与臂的夹角命名为α角过B点作油缸线段的垂线，过A点、B点分别作拉杆的垂线，将其分别命名为L油、LA、LB将O点到A点的水平距离命名为LO在图中将L油、LA、LB、LO设为从动尺寸 2.2 油缸受力大小计算 假定油缸推力为F油，臂产生的拉力为F臂，拉杆拉力为F拉，铲板及垃圾自质量为G，则有如下关系式：F油L油=F臂LB (1)F拉LA=GLO (2)F臂=F拉 (3)打开SolidWorks零件文件“分析”，进入草图，查看从动尺寸可知L油、LA、LB、LO具体值，双击表示油缸安装距的尺寸，以10 mm为增量进行递增，用Excel文件将L油、LA、LB、LO值记录下来设油缸伸出增量为Δ，通过Excel公式计算出F油、F臂值。

表1为相应的数据表(仅列出部分数据)3 油缸受力分析3.1 利用Excel出折线图 得出表1数据后，利用Excel图表功能再生成如图4的折线图及如图5的力臂变化图为了分析油缸受力大小的相关因素，通过式(1)、(2)、(3)可推导出F油=(LB/LA)(LO/L油)G，结合数据表格，由油缸伸 出增量 Δ/mmExcel计算值查看并记录从动尺寸值F臂/kgfF油/kgfα/ (°)LO/mmLA/mmLB/mmL油/mm01 5404 04634734623555211 101 5963 92634762625566230 201 6473 84435788626576247 301 6923 78936812627585262 ………………………………………… 6204991 58153240628795251 6303911 28952188627793241 64027895652133626790230 6501585705276624787218 660301165115622782206表1 油缸受力分析测算的数据列表图3 某双曲柄式倾倒装置简化图图4 受力分析折线图 图5 力臂变化图图6 比值图整车与上装Complete Vehicle and Isolated Plants与配件专892012.10Commercial Vehicle 商用汽车 专用汽车与配件 Special Purpose Vehicle & Parts此可以生成“LB/LA”及“LO/L油”曲线变化图(如图6)。

3.2 分析图表及数据 由推导公式可知，油缸受力大小与G、LB/LA、LO/L油有关由于G、LO值是一定的，不可改变，要想F油足够小，只能改变L油值或LB/LA值由图4可以看出，F油曲线变化先是减速下降，然后近似均速上升，再加速下降；由图5可以看出，LO和L油曲线变化是先上升后下降的过程，但L油到达最大值比LO有所滞后；由图6可以看出，LB/LA变化较小，近似水平线LO/L油曲线与图5中F油曲线形状近似LO/L油曲线总体是下降的，F油曲线虽然与LO/L油曲线近似，但是中段的数值有一个长升的过程这是LB/LA放大作用超过了LO/L油的缩小倍数由此可知，F油曲线形状主要受LO/L油影响，应首先考虑L油值影响由于LO值不可改变，L油大小受臂尺寸及油缸尺寸限制，不可以无限增大，因此在特定条件下，只能改变L油到达最大值的位置，使得L油与LO同时到达最大值，这样F油变化不会太剧烈4 优化改进4.1 使L油与Lo值同时到达最大 为 了 更 好 地 找 到 合 适 位 置 ，在SolidWorks文件“分析”草图中标上油缸中心线与臂的夹角(即图7中β角)由图7可知，当LO最大时，β=96.25°此时为了使β=90°(β=90°时，L油最大)，有2种方法可供选择：一是将油缸后支点向右侧移动，但考虑到原倾倒装置油缸后支mm，为从动尺寸)，以10 mm为递增量，重新记录L油值和计算F油′值，并与图4进行对比，结果如图9所示。

4.2 分析比较 分析图9及相应数据可知，油缸初始值大为减小(减小696 kgf)，后期略有增大(增大78 kgf)原油缸行程为677 mm，现行程为669.7 mm总的来说，油缸行程缩短，受力减小，整个受力过程均匀，达到了预期目标5 LB/LA比值因素的考虑从前述分析可知，F油的大小除了与LO/L油有外，还与LB/LA有关，只是影响程度较小打开“分析”零件文件，双击表示油缸安装距的尺寸，不断递增该尺寸值，查看LB、LA的变化过程可以发现，随着铲板的旋转，LB由起始比LA小，逐渐变为比LA大，而LA在LB变大的过程中近似不变当LB与LA重合时，LB值达到最大此时LB=LA+L1，即LB/LA=1+L1/LA，那么，在LA值一定的情况下，适当减小L1的尺寸，可以略微减小F油值然而，当减小L1尺寸后，臂尺寸也需要减小(或增大油缸安装距)，四杆机构尺寸发生变化，但不能保证LA值与原值变化不大从本例来看，改变此值的意义不大由于臂与拉杆的夹角(即图5中的α角)与油缸受力大小并没发生关联，随意更改α角大小值(如将α角增大，臂尺寸由1 000 mm缩到710 mm，重新调整油缸尺寸，使之满足L油与LO同时到达最大值)，并不能保证油缸受力减小。

考虑到机械传动效率因素，α角不宜过小(建议初始值＞30°)6 结语上述过程叙述了优化双曲柄式倾倒装置油缸受力的过程和方法，对同类型的倾倒装置的优化也有一定的参考作用 (注：本文作者单位系江苏悦达专用车有限公司)参考文献： [1] 郑金明.后装压缩式垃圾车上料机构的设计[J].专用汽车,2012(01):79-82.点固定在填料器导轨上(填料器最牢固的地方)，不适宜移动；二是改变臂形状，使其在390 mm处绕B点(臂旋转中心)逆时针旋转6.25°综合考虑采用第2种方法可行，草图模拟见图8仍以原先油缸尺寸为主动尺寸(更改后初始值为1 091.5 图7 β角初始值图8 更改β角初始值图9 前后对比F油和F油′。