拉臂式垃圾车拉臂架装置结构设计要点.pdf

中图分类号 u 4 6 9 6 9 1 0 3文献标识码 B 文章编号 l 0 0 4 0 2 2 6 2 0 0 7 1 2 0 0 4 0 0 3 拉臂式垃圾车拉臂架装置结构设计要点 周敏 长沙市环卫机械研究开发中心湖南长沙4 1 0 0 1 6 摘要 从拉臂式垃圾车的拉臂架装置结构受力分析着手 介绍了拉臂架装置的各铰支点的布置 主要 结构参数的选用以及对拉臂油缸的安装角取值范围等方面的设计要点 关键词 拉臂式垃圾车拉臂架装置设计要点 1 前言 拉臂式垃圾车是在二类汽车底盘上装有使车箱具有装载 和卸载功能的拉臂架装置的专用汽车 它可实现车箱与汽车 的结合和分离 同时对车箱的散装货物实现自卸作业 目前 该车型已在国外得到广泛使用 在国内也常作为环卫行业的 垃圾收集运输车 5t 拉臂式垃圾车是常用车型之一 相比8t 以上的大吨位拉臂车 其拉臂架装置结构较简单 便于国内 厂家生产 而大吨位拉臂车常采用进口拉臂架装置 国内各 生产厂家生产的5t 拉臂车的拉臂架装置的结构虽大致相同 但重要的结构参数的选用和结构布置设计的不同 会直接影 响拉臂车的工作性能 现以5t 拉臂式垃圾车为例进行分析探 讨 见图1 图15t 拉臂式垃圾车总体结构 2 拉臂架装置的结构和工作原理 2 1 拉臂架装置的结构特点 5t 拉臂式垃圾车拉臂架装置主要由拉臂和拉臂油缸 联 动架 车箱保险钩和保险钩油缸 以及副车架组成 拉臂架 装置结构布置如图2 所示 拉臂采用的是不可伸缩的直角折弯 式结构 其一端与拉臂油缸的活塞杆端铰接于铰支点日 另一 端与联动架前端轴心铰接于铰支点c 形成了拉臂的回转轴 心 拉臂油缸的缸头端铰接在副车架前端铰支点爿上 联动架 后端轴心铰接在副车架后部的铰支点D 形成联动架的回转轴 心 联动架上设置了车箱保险钩和保险钩油缸 支点 4 支点拉臂拉臂油缸联动架保险钩油缸副车架 图2 拉臂架装置结构布置 2 2 拉臂架装置的工作原理 拉臂式垃圾车通过拉臂架装置完成两种不同的功能动 作 换箱和倾卸 当拉臂架装置进行换箱动作时 首先保险钩油缸动作 开启车箱保险钩 车箱解除了保险 拉臂油缸活塞杆伸长举 起拉臂 使拉臂绕铰支点c 顺时针回转 拉臂钩就往后移动 如果副车架上装有车箱 则车箱被推置地上 当地上车箱要 提上车架时 使拉钩先钩住车箱吊环 然后收缩活塞杆 使 拉臂以铰支点c 为轴心逆时针回转 将车箱提上放平后 保险 钩油缸动作 拉起车箱保险钩 使车箱固定在副车架上 当拉臂架装置进行倾卸动作时 与换箱动作不同 车箱 保险钩在整个倾卸过程中要处在保证拉臂与车箱不分离 即 拉臂 联动架及车箱通过车箱保险钩相互联结为一体 以副 收稿日期 2 0 0 7 一0 9 一0 7 作者简介 周敏 女 19 6 7 年生 工程师 现从事环卫改装车的设计开发工作 圆熏薰8 摹2 0 0 7 年1 2 月 万方数据 车架后部铰支点D 为轴心顺时针回转 举升车箱直到卸去垃 圾 车箱复位时 只要拉臂油缸活塞杆回缩 整个拉臂机构 仍以铰支点D 为转轴点逆时针回转 直至车箱复位 3 拉臂架装置的受力分析 拉臂架装置换箱与倾卸时 受力情况不同 因倾卸工况 与换箱工况的回转轴心不同 拉臂油缸活塞杆回转半径D B 要 比C 留大 故倾卸工况所需油缸的推力和拉力要小于换箱工况 所需油缸的作用力 现仅对换箱工况拉臂架装置的受力分析 进行讨论 3 1 拉臂的受力分析 换箱工况拉臂受力分析如图3 所示 1 在图3 中是以拉臂回 转轴心c 为坐标原点建立坐标系 爿点是拉臂油缸与副车架的 铰支点 B 点为拉臂油缸与拉臂的铰支点 拉臂油缸作用力 E 的大小和方向随拉臂的转动而改变 E 点是车箱的吊环轴心 即吊环位于拉臂钩的轴心 位置 邑为从副车架上吊卸车 箱初始状态的车箱吊环轴心位置 E 为从地面吊装车箱初始 状态车箱吊环轴心的位置 y 为油缸轴线与x 轴的正向夹角 拉臂回转轴c 点到车箱吊环轴心E 点的距离即拉臂回转半径 月 p 为C 点与E 点连线C 匹与 轴的正向夹角 C 点与B 点的距离 即拉臂油缸活塞杆端轴心的回转半径风 6 c 为连线c B 和连线 C E 的夹角 图3 换箱工况拉臂受力分析 拉臂式垃圾车在换箱过程中 拉臂受力的两个典型工况 是 当E 点位于E 时 拉臂可从地面上吊装满载车箱 当E 点 位于E 时 拉臂从副车架上吊卸车箱的初始状态 或者是拉 臂倾卸满载车箱时 未开始倾卸 车箱保险钩还未起作用 而拉臂先绕c 点转动使车箱开始滑动的初始状态 当拉臂吊卸车箱时 取拉臂作为分离体 其平衡方程 为 M 2 0 即R 曰 一R 曰 G 巨2 0 1 式中 R 一 为拉臂油缸作用力只在x 轴 y 轴上的投 影 E 曰 为油缸上铰支点曰的工 y 坐标值 G 为吊装重力 随着拉臂的位置变化而不同 E 为E 点在工坐标值 由图3 可知 E E c o sy R 乃s i ny 口 2 尺 c o s 仅 p B R s i n d 邯 巨2 R c o s 代入 1 式整理得 一 G 尺 c o 妒 R s i n y c o s 仅 国一c o s y s i n 邯 g 墨 竺望f 2 1 R s i n y 一 一历 由 2 式可计算得出拉臂各位置受到的油缸作用力E 当 点位于巨 风y y 时 代人 2 式可计算出拉 臂从副车架上吊卸车箱初始 犬态所需的拉臂油缸作用力瓦 值 蒜警 2 百意嘉云丽 3 当拉臂从地面吊装车厢初始状态时 当E 点位于 点 邓 y y 时 其平衡方程为 M 0 即 E 卫 一R 房 一G E 0 4 根据上述分析同理可得 带意群万 5 3 式和 5 式分别可计算出 邓 和 风时拉臂油缸所 受到的拉力和推力 由 2 式可知 式中的儿a R R 均为拉臂架装置的 结构几何尺寸 从 3 5 式分析可知 在满足使用要求的前提 下 要使E 减小 则需使R 增大 R 减小 Y 增大 要使 减小 则需使R 增大 R 减小 y I 减小 3 2 拉臂回转铰支点c 的受力分析 从图3 看 以拉臂在从副车架上开始换箱的初始状态作为 研究对象 其受力如图4 a 所示有吊装重力G 拉臂油缸 推力R 拉臂在回转铰支点c 处受到作用力 拉臂在换箱开 始时在三个力的作用下处于平衡 根据三力平衡汇交定理 这三力必汇交于一点K 构成一平面汇交力系 根据平面汇交力系平衡的几何条件 受力如图4 b 所 示 这三个力应构成一自行封闭的三角形 图4 a 中古 为 C 爿连线与水平线的夹角 d 为C K 连线与水平线的夹角 为 c 点轴线与爿点轴线的水平距离 为C 点轴线与K 点轴线的水 平距离 K 点轴线即为车箱吊环位于拉臂钩轴心的轴线 根据正弦定理可得 G c o s y s i n 哦 y 6 由 6 式分析可知 巧 增大 减小 从图4 分析看 当d o 时 即K 点高于拉臂回转铰支点 c 水平轴线时 拉臂受到的作用力M 受力方向斜向上 则这时i 联动架在铰支点c 点所受的反作用力 7 其受力方向斜向i 下 这样保证了在拉臂从副车架换箱初始状态时 联动架受l 到的对铰支点D 的回转力矩为逆时针方向 联动架不会绕铰支 2 0 0 7 年12 月煮羼薷笋圃 万方数据 a 换箱初始状态拉臂受力分析 1 换箱初始状态拉臂受力图 图4 拉臂吊卸初始状态受力图 点D 顺时针拾起 避免了换箱初始状态由于联动架随拉臂的抬 起 影响拉臂换箱动作有效 安全平稳地进行 故拉臂车的 工作性能要求拉臂架结构尺寸必须满足巧 0 从图4 分析看到 当d 0 时 即拉臂油缸缸头位置爿点高 于拉臂与联动架的铰支点c 上 上 时 即起始动作时拉臂钩 轴心的垂直轴线 起始吊装重力轴线 位于铰支点c 和铰支点 爿之间 则一定满足6 0 4 拉臂架装置结构参数选用与设计 4 1 拉臂架装置各铰支点的布置及主要结构几何尺寸 按以下三方面确定 a 因拉臂车具有倾卸工作性能 故5t 拉臂车最好选用自 卸底盘 可根据所选定的底盘长度 确定拉臂架装置副车架 的总长度 为了保证拉臂车进行换箱和倾卸动作时底盘受力 合理 拉臂完成倾卸动作的回转铰支点D 的轴线位置应布置在 距底盘后轮弹簧钢板后支座轴线的后部 间距约为0 1 0 0 m m b 根据铰支点D 先初选定拉臂换箱回转铰支点c 的轴线位 置 在设计生产5t 拉臂车的实际过程中 曾出现拉臂在进行 换箱动作初始状态时拉臂虽举升车箱 但拉臂未能绕铰支点 C 转动 却随联动架一起绕铰支点D 转动 从而无法让车箱开 始下滑 当举升一定高度后 在车箱重力作用下 铰支点c 会 突然落下 使拉臂 联动架及车箱突然下落 产生较大 中 击 造成换箱动作极不安全平稳 要解决此问题 确定铰支 点c 的轴线位置尤其重要 首先一方面铰支点C 水平轴线不能 高于铰支点D 水平轴线布置 另外 由铰支点c 受力分析可 知 铰支点C 的水平轴线必须低于拉臂油缸缸头铰支点爿的水 平轴线 同时起始动作时拉臂钩垂直轴线必须布置在铰支点 C 和铰支点彳之间 c 拉臂重要结构几何参数有拉臂换箱回转半径尺 拉臂油 缸活塞杆端回转半径R 两回转半径之间的夹角仅 由前述分 析可知 尺 越小 月 越大 则拉臂油缸所需的作用力越小 故 在满足使用要求的前提下 拉臂换箱回转半径尺 越小越好 圊煮燕薷乒2 0 0 7 年1 2 月 拉臂油缸活塞杆端回转半径R 尽可能越大越好 这样可使拉 臂结构紧凑 作业空间小 4 2 拉臂油缸的选用和油缸安装角y 的取值范围 按以下二方面确定 a 通过作图法或解析法计算确定以上各铰支点的位置和 拉臂等构件的几何尺寸后 可初步确定拉臂油缸的最大行程 和安装距 将作图法的结果代入 3 5 式中 计算出 油缸作用力 和咒 的值 作为油缸的负载依据来确定油缸 缸径 b 拉臂油缸安装角y 是拉臂架装置重要的结构参数 由前 述知 拉臂架装置在进行换箱或倾卸动作的过程中 拉臂油 缸均要克服车箱 满载 的重力产生的阻力矩 而且吊装吊 卸车箱起始动作时的阻力矩是要克服的最大阻力矩 而且在 开始动作时拉臂架装置的各铰支点的静摩擦阻力矩和惯性阻 力矩最大 故拉臂油缸安装角y 需满足y y 由前分析所 知 当y 越大时 拉臂油缸所需的最大推力就越小 选择的拉 臂油缸缸径就可越小 因拉臂油缸的安装位置位于副车架和车箱底板之间 油 缸安装布置空间有限 故拉臂油缸的安装角取值范围也极为 有限 设计原则是要尽可能使安装角儿大 选择合理的拉臂油 缸缸径来满足拉臂车的使用性能要求 不增加油缸的成本和 重量 同时便于布置 分析比较国内一些厂家生产的5t 拉臂 车及实际设计生产拉臂车的经验 5t 拉臂车安装空间约在 2 5 0 3 0 0n u n 之间 一般拉臂油缸安装角y 应在3 5 之间取 值 参考文献 1 叶传泽 舒广仁 环境卫生机械设备 M 北京 建设部城市建设 司 1 9 8 8 2 徐达 蒋崇贤专用汽车结构与设计 第1 版 M 北京 北京理工大 学出版社 1 9 9 8 第3 6 届美国路易斯维尔国际商用车展 即将开幕 第3 6 届美国路易斯维尔国际商用车展将于2 0 0 8 年 3 月2 7 2 9 日举行 该车展是目前世界上规模最大的商 专 用汽车展之一 已有3 6 年历史 展出内容包括了 商 专 用车领域的大部分产品 参展厂商数量 展示 面积及专业参观者的数量和质量均位居同行业展会前 列 中汽协会专用车分会 中汽学会专用汽车分会将再 次组团观展并考察美国商用车市场 咨询热线 左五洲0 2 7 8 4 2 9 8 0 8 3李军0 2 7 8 4 2 9 8 0 3 2 李 J 洁