垃圾压缩设备中车厢锁紧机构的改进设计

徐贵平 王晓芳 宁海峰

长治清华机械厂 山西长治 046012

1 前言

现有生活垃圾压缩设备中的车厢锁紧机构[1]，其锁紧钩只是执行单一回转动作，没有纵向行程，在工作过程中常常会发生锁紧钩锁不住车厢，或者在压缩满车厢后锁紧钩打不开车厢等故障。同时，由于垃圾压缩机与车厢对接处的间隙无法消除，在压缩垃圾过程中污水和灰尘就会由对接接缝中漏出，造成了工作环境的二次污染。针对上述缺陷，本文对生活垃圾压缩设备中的重要部件——车厢锁紧机构进行了设计改进与受力分析，确保改进后其受力结构件满足强度和功能要求。

2 车厢锁紧机构的原结构形式

车厢锁紧机构固定于压缩机入口两侧，通过锁紧油缸驱动锁紧钩执行打开或锁紧车厢动作。当车厢与垃圾压缩机对接后，锁紧机构便将车厢与压缩机锁定成一体，确保压缩垃圾时车厢固定不动。垃圾压缩设备及专用车厢示意图及原车厢锁紧机构示意图见图1、2所示。

3 垃圾压缩机中车厢锁紧机构的改进设计

由于原车厢锁紧机构在工作过程中常出现故障，对其进行如下改进：

a. 锁紧钩增加导向槽。导向槽的前端为一斜槽，以控制锁紧钩的打开与锁紧；后端为一直线槽，以控制锁紧钩纵向压紧或松开专用车厢。这样，就可确保锁紧钩打开与锁紧的动作更加顺畅可靠，消除了故障隐患。结构示意图如图3所示。

b. 在压缩机和专用车厢对接处增加一圈高弹性密封条，锁紧钩的纵向行程正好压紧密封条，保证了对接处的良好密封性。避免了二次污染，改善了工作环境。结构示意图如图4所示。

c. 将油路系统中的节流阀和双向液压锁的安装位置从换向阀组处调整到锁紧油缸的进出油路的端口处，由此可以更加方便地同步调节两个锁紧油缸，同时排除了管路系统长期处于高压状态时容易出现油管破裂的隐患。

4 垃圾压缩机中车厢锁紧机构的力学分析

垃圾压缩机在压缩垃圾时车厢锁紧机构一直处于受力状态，锁紧钩及油缸座一直受到垃圾反弹膨胀的作用力，故分别对其结构受力进行重点分析。而导向座仅起导向作用，不是主要受力件，同时锁紧油缸及其液压锁的受力通常是处在正常工作压力范围内，故无需对导向座进行受力分析。现仅对锁紧钩、锁紧油缸座与压缩机的连接部位进行有限元分析。

4.1 锁紧钩有限元分析

为了更直观地了解车厢锁紧机构的几何形状及其使用原理，利用SolidWorks三维设计软件对车厢锁紧机构进行实体建模(如图5、6）。

首先利用有限元分析软件对锁紧钩进行分析计算[2]。根据锁紧机构的实际受力状态，压缩头工作时依靠2个锁紧钩平衡，其工作压力为32 t，故每个锁紧钩所受到的作用力为F=32/2=16 t。应用COSMOS受力分析软件对锁紧钩实体模型进行约束和加载，载荷按每个16 t计，所选材料为Q345A低合金高强度结构钢，查机械设计手册[3]其力学性能参数为：弹性模量E=196～206 GPa，切变模量G=79 GPa，泊松比μ=0.24～0.28，许用应力σs=345 MPa。

建立实体模型并通过COSMOS有限元分析软件进行分析，锁紧钩应力云图如图7所示。由图7可以看出，最大应力点在锁紧钩的前端圆弧处且范围很小，其最大应力为240 MPa，小于许用应力345 MPa。安全系数为1.43，由此得出材料的综合力学性能完全满足使用工况要求。

4.2 锁紧油缸支座有限元分析

同样，利用有限元分析软件对锁紧油缸支座进行分析计算，所选材料相同。

经过运行分析，锁紧油缸支座应力云图如图8所示。由图8可以看出，最大应力点在锁紧油缸支座的销轴孔处，其最大应力为69 MPa，小于许用应力345 MPa，安全系数为5。由此得出材料的综合力学性能完全满足使用工况要求。

5 结论

通过对垃圾压缩设备中车厢锁紧机构的改进，从功能原理上使车厢锁紧机构与车厢的锁紧和分离更加顺畅可靠，同时在压缩垃圾过程中完全消除了污水和灰尘从对接接缝处外溢的现象，避免了二次污染，改善了工作环境。此外，通过建模及有限元受力分析，可以仿真得出车厢锁紧机构的全部受力构件完全满足实际使用工况要求。该设计改进现已在产品上得到实际验证，其样机在出厂前的百次例行试验中，无一次故障发生，且新产品交付用户使用3个月后，用户反馈该机构无一次故障发生，而原锁紧机构的平均故障率达到了11%，说明改进后实际使用效果良好。

[1]董涛,吕传毅,杨先海.城市生活垃圾中转站新型压缩装置的研究[J].山东理工大学学报,2003(2):2-3.

[2]王勖成.有限单元法[M].北京:清华大学出版社,2003.

[3]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,2003.