CC BY
47
МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 625.08
КОНСТРУКЦИИ И РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ МАНИПУЛЯТОРОВ КУЗОВНЫХ МУСОРОВОЗОВ
© 2010 г. Р.В. Каргин, О.С. Мирошниченко
Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института)
Shakhty Institute (Branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute)
Приведены результаты анализа конструкций захватов манипуляторов кузовных мусоровозов. Представлены результаты исследования надежности мусоровозов. Разработана расчетная схема мусоровоза как колебательной системы. Установлен характер колебаний рамы мусоровоза в рабочем режиме. Выявлены закономерности формирования усилий в системе «захват - бак - захват».
Ключевые слова: мусоровоз; захват; манипулятор; надежность; расчет манипулятора; колебания рамы мусоровоза.
The results of the analysis of the constructions of manipulators clumps of the body rubbish have given. The investigation results of the rubbish carriers reliability have been represented. The calculation scheme of a rubbish carrier as an oscillatory system has been worked out. The character of frame oscillations in working regime has been installed. Regularities of efforts forming in the system of «clump - tank - clump» have been revealed.
Keywords: rubbish carrier; clamp; manipulator; reliability; manipulator calculation; oscillation of the rubbish carrier frame.
Возрастающие требования к качеству обслуживания населения, в том числе и в области санитарной очистки территорий, обусловливают высокие требования к технике и оборудованию, применяемому при сборе и вывозе ТБО. Необходимы разнообразные машины, позволяющие в полной мере использовать наиболее эффективные технологии сбора и вывоза бытовых отходов.
Наибольшее распространение в России в рамках традиционной технологии сбора и вывоза твердых бытовых отходов получили мусоровозы с механизированной боковой загрузкой кузова [1]. Мусоровозы средней грузоподъемности серии КО снабжены гидравлическим манипулятором с «вилочным» захватом, который осуществляет зажим контейнера между двух прижимных губок. Мусоровозы серии СОМ и МКМ оснащены манипулятором, подъемно-опрокидывающее устройство которого позволяет осуществлять подхват путем подведения губок под верхний пояс жесткости контейнера.
Исследования надежности серийных мусоровозов [1] показали, что существенная доля отказов навесного оборудования (до 40 %) приходится на манипулятор и гидросистему.
С целью повышения эффективности работы машин для сбора и вывоза твердых бытовых отходов разработаны конструкции захватов манипуляторов, запатентованные различными организациями: подъемно-опрокидывающее устройство с поддерживающим приспособлением для контейнеров [2], устрой-
ство для разгрузки металлических и пластмассовых контейнеров [3] и подъемно-опрокидывающее устройство с различными захватывающими приспособлениями [4].
Все технические решения направлены на расширение области применения захвата манипулятора мусоровоза, но не повышают надежность его конструкции, так как остается неизменным принцип работы захвата с фиксацией контейнера только за один борт, что не снижает нагрузки на гидросистему и манипулятор.
В настоящее время основы инженерного расчета и проектирования отдельных подсистем, рабочих органов и в целом автомобилей для сбора и вывоза твердых бытовых отходов базируются на известных положениях теоретической механики, сопротивления материалов, теории механизмов и машин и теории автомобилей. Существующая методика расчета манипулятора включает определение характеристик расчетных положений, кинематический и динамический анализ системы и прочностной расчет конструкции без учета подвижности рамы спецавтомобиля [5].
Для описания и учета колебаний рамы мусоровоза при подъеме контейнера составлены расчетная схема (рис. 1), дифференциальные уравнения колебательных движений рамы машины и манипулятора с контейнером с использованием уравнений Лагранжа II рода (1) и получена зависимость угла колебаний платформы за рабочий цикл манипулятора.
0
Рис. 1. Колебательная система мусоровоза
+Рконт ](ф'-у")=-Рконт[/(cosф+уsinф)+5]-
P
^cons
—(cos ф+у sin ф)+5
GL
4 g
■у"
g
P
cons + P 0 ^0HT
](ф"-у")=-^ - cL2y+
+PK0HT [/ (c0s ф+ у sin ф) + Ö] + Pco
— ( cos ф+у sin ф) + 5
Для определения амплитудно-частотных характеристик манипулятора составлено уравнение его колебаний с учетом колебаний платформы в рабочем режиме (2) и получена зависимость изменения угла подъема манипулятора за рабочий цикл мусоровоза при различной загрузке кузова (рис. 3).
0 = ф + у = ю/ + у0 cos
..GL
2cL
(2)
где ю - угловая скорость подъема манипулятора, рад/с; t - время рабочего цикла подъема манипулятора, с; у0 - начальный угол отклонения манипулятора от горизонтальной плоскости, рад.
град
(1)
где I - длина манипулятора, м; g - ускорение свободного падения, м/с2; Рсот - масса манипулятора, Н; Рконт - масса контейнера, Н; ф - угол подъема манипулятора, рад; у - угол колебаний рамы автомобиля, рад; 5 - расстояние от оси крепления манипулятора к раме автомобиля до оси аутригера, м; Gi - масса мусоровоза, Н; L - расстояние между рессорами автомобиля, м; с - жесткость подвески автомобиля, Н/м2.
Исследования показали, что с увеличением загрузки мусоровоза уменьшается частота колебаний рамы автомобиля (рис. 2).
град
9 6 3
г, с
—п—1—п———п-ъ-п—т~*~л—г-1—/—1—1—п—1
0 1 0,7/ 1,4 \ 2,1 2,8 3,5 4,2 ¡4,9 \б,6 / 6,3 \ 7
-3 -6 -9 -12
Рис. 2. Амплитудно-частотная характеристика рамы мусоровоза: 1 - для пустого мусоровоза; 2 - при полной загрузке мусоровоза
t, с
Рис. 3. Амплитудно-частотная характеристика манипулятора мусоровоза: 1 - для пустого мусоровоза; 2 - при полной загрузке мусоровоза
Для определения нагрузок, возникающих в системе «захват - бак - захват» разработаны расчетные схемы (рис. 4) и составлены уравнения равновесия действия сил со стороны захвата на стенку бака (3) и равновесия сил, действующих со стороны бака на захват (4):
X Fkx = 0; N2 - N1 - P sin 0 = 0;
X Fky = 0; Ftp - P cos 0 = 0; X m0i = 0; N1O1A1 - N2 (H - OA) + +001P sin 0 - OCP cos 0 = 0;
F'kx = 0; N1 - N 2 - ТШТ sin ф-TT sin ß = 0; Fky = 0; - FTP + ТШТ cos ф + TT cos ß = 0;
(3)
(4)
FTp = f ( N1 + N 2 ),
где N1, N2 - нормальные давления на стенку контейнера со стороны «вилочных» полок и прижима соответственно, Н; Р - вес контейнера , Н; ОС - плечо действия горизонтальной проекции силы Р относительно точки О1, м; ОО1 - плечо действия вертикальной проекции силы Р относительно точки О1; АО - длина «вилочной» планки захвата, погружаемой в контейнер, м; А1О1 - плечо действия силы Ы1 относительно точки О1, м; Н - высота контейнера, м; ТТ - усилие, действующее на тяги прижима, Н; ТШТ - усилие, действующее на шток гидроцилиндра прижима, Н; в -угол наклона тяги к оси Y, рад; ф - угол наклона штока гидроцилиндра прижима к оси Y, рад.
у
2
/
3
g
2
/
Полученные зависимости позволяют оценить изменение величины усилий в элементах конструкции захвата за рабочий цикл работы манипулятора с учетом колебаний платформы мусоровоза и их отклонение от статических нагрузок (рис. 5).
Максимальные нагрузки возникают на тяге и штоке гидроцилиндра, которые с увеличением массы контейнера возрастают. Изменение массы мусоровоза не влияет на величину и амплитуду нагрузок, а изменяется только их частотная характеристика (рис. 6).
Рис. 4. Схема действия сил в системе «захват - бак» (а) и «бак - захват» (б)
N, Н
Рис. 5. Зависимость изменения усилий в элементах конструкции захвата за рабочий цикл работы манипулятора: 1, 2 - ТТ без учета и с учетом колебаний рамы мусоровоза соответственно; 3 - Ы2; 4 - 5, 6 - ТШТ без учета и с учетом колебаний рамы мусоровоза соответственно
N, Н
Рис. 6. Зависимость нагрузок в захвате от массы контейнера: 1, 2 - ТТ для пустого мусоровоза при полном и пустом контейнере соответственно; 4, 5 - ТШТ для пустого мусоровоза при полном и пустом контейнере соответственно; 3, 6 - ТТ и ТШТ для полного мусоровоза при полном контейнере соответственно
Литература
1. Эксплуатация машин для сбора и вывоза твердых бытовых отходов : монография / А.С. Носенко [и др.]; под общ. ред. А.С. Носенко; ГОУ ВПО «Южно-Рос. гос. ун-т экономики и сервиса». Шахты, 2009. 81 с.
2. А. с. SU11266512 B65F3/02. Устройство для разгрузки контейнеров в кузов мусоровоза / В.В. Алексеев, Г.М. Белоцерковский, Б.Н. Токарев, Н.И. Ереснов, Н.М. Лызо, М.Ф. Павлик, А.И. Стельмашенко № 3624463/30-15; Заявл. 22.07.83. Опубл. 30.11.84. Бюл. № 44.
Поступила в редакцию
3. Патент RU2177901 МКИ В65F3/04. Захват устройства для разгрузки контейнеров в кузов мусоровоза / В.И. Лисин, А.И. Парамонов, А.Т. Любаев, Л.Н. Лабзина. № 99121708/28; Заявл. 15.10.99. Опубл. 10.01.02.
4. Патент RU2107014 МКИ B65F3/04. Подъемно-опрокидывающее или опрокидывающее устройство для опорожнения мусорных баков / Якоб Нааб. № 95110764/28; Заявл. 30.06.95. Опубл. 20.03.98
5. Ермилов А.Б. Расчет и проектирование спецавтомобилей для сбора и вывоза твердых бытовых отходов : учеб. пособие / МАДИ. М., 1983. 99 с.
16 сентября 2010 г.
Каргин Роман Владимирович - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Сервис транспортных и технологических машин», Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). Тел. 8 (8636)-22-10-89. E-mail: [email protected]
Мирошниченко Ольга Сергеевна - аспирант, кафедра «Сервис транспортных и технологических машин», Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). Тел. 8 (8636)-22-10-89. E-mail: [email protected]
Kargin Roman Vladimirovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Service of Transport and Technological Machines», Shakhty Institute (Branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8 (8636)-22-10-89. E-mail: [email protected]
Miroshnichenko Olga Sergeevna - post-graduate student, department «Service of Transport and Technological Machines», Shakhty Institute (Branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8 (8636)-22-10-89. E-mail: [email protected]_
