渣土车的自动遮盖装置的设计

渣土车的自动遮盖装置的设计渣土车的自动遮盖装置的设计摘要：渣土车的自动遮盖装置是近几十年来随着科学技术的进步而诞生并不断发展的一种新型结构体系,最显著的特点就是展开(折叠)方便迅速,折叠后体积小,便于运输。本文研究的渣土车的自动遮盖装置,是在折叠结构的基础上,将大跨度一空间结构的概念引入后形成的一种新型渣土车的自动遮盖装置体系,在国内尚属首次研制,不仅没有专门的设计计算方法及规程,相关的研究也较少,因此开展对渣土车的自动遮盖装置的研究具有十分重要的理论意义和实际应用价值。本文针对渣土车的自动遮盖装置的使用情况和自身特点,应用结构学分析原理,研究确定了对结构产生主要影响的控制荷载,建立了相应的合理计算方法。在此基础上,运用正位试验的方法,对折叠式网壳帐篷结构进行了足尺试验研究。通过对结构荷载一位移的全过程跟踪分析,并结合非线性有限元理论分析,研究了结构的受力机理、薄弱位置、失稳现象和失稳传播过程以及破坏机理,且在最不利荷载作用下,获得了结构的极限承载力。理论和试验研究均证明了结构体系和结构构造的合理性,同时,对结构在正常使用荷载(自重、雪荷载、风荷载)作用下的安全性和可靠性进行了评价。对渣土车的自动遮盖装置的足尺试验研究,不仅为此类新型结构的全面深入研究和结构的进一步完善提供试验和理论依据,并且填补了国内对大跨度空间结构足尺试验研究的空白。关键词：渣土车；自动；遮盖；装置；设计Abstract:Theresidueinthecarautomaticallycoveredthedeviceisinrecentdecadeswiththeprogressofscienceandtechnologyandthebirthanddevelopmentofanewtypeofstructuresystem,themoststrikingfeatureis(folding)convenientquickly,smallvolumeafterfolding,easytotransport.Automaticdevicearecoveredinthispaper,westudytheresidueinthecar,isonthebasisofthefoldingstructure,introducestheconceptofalargespanspacestructureaftertheformationofanewtypeofresidueincarsystemofautomaticcoverdevice,inthedomesticfirstdeveloped,notonlythereisnospecificdesign,calculationmethodandproceduresrelatedtothestudyalsoisless,thuscarryouttheresearchofautomaticresidueincarcoverdevicehasimportanttheoreticalsignificanceandpracticalapplicationvalue.Inthelightoftheautomaticcarresiduecoverdeviceusageandcharacteristics,thebasisoftheprincipleofstructuralanalysis,researchonthestructuredeterminesthecontrolofmainimpactload,correspondingreasonablecalculationmethodisestablished.Onthisbasis,usingthemethodisatestofthefoldingreticulatedshelltentforthefullscaleexperimentresearch.Byanalyzingthestructureloadadisplacementduringtheprocessoftracking,andcombiningthetheoryofnonlinearfiniteelementanalysis,tostudythestructureofthestressmechanism,weakposition,instabilityphenomenonandthepropagationprocessofinstabilityandfailuremechanism,andunderthemostunfavorableload,theultimatebearingcapacityofthestructureareobtained.Theoreticalandexperimentalstudieshaveprovedthatthestructureandtherationalityofthestructure,atthesametime,thestructuresundertheloadsofnormaluse(gravity,snowload,windload)undertheactionofthesafetyandreliabilityisevaluated.Ofresidueinthecarofthefull-scaleexperimentalstudyontheautomaticdevicearecovered,notonlyforin-depthstudyofthiskindofnewstructureandstructuraltestandtheoreticalbasiswasprovidedforfurtherperfect,andfilledthedomesticblankintheresearchoflargespanspacestructurefullscaletest.Keywords:Carwasteresidue;Automatically;Cover;Device;Design1、引言近年来城市建设发展和土地的综合利用，渣土车、运煤车、环卫车穿梭在城市马路上，对城市环境和人民生活造成了很大伤害。尽管早在2006年市政府发布了《关于加强施工渣土运输管理的通告》；也上市了各种防尘装置，效果不佳，操作不便、价格偏高，不被用户认可。市场现有产品虽可以起到防止尘土飞扬的效果，但费时费力，有时还会导致操作员有意外伤害，尤其天气不佳时，操作员不仅辛苦而且操作不便。为此，笔者经过多方观察，结合车辆结构和渣土装卸方式研发的渣土车的自动遮盖装置，不破坏车辆原有结构，能够自动打开和收缩防尘蓬，不受渣土高度的影响而遮盖整个大厢，防止渣土漏洒和飞扬。随着我国对环境保护力度的不断加强和环境保护相关的法律法规不断完善,对城市渣土车也提出了更高的要求，对应的各大城市相继出台了适合自己城市的渣土车法规。目前，渣土车密封盖也成为了非常的受到人们的欢迎的加盖配件，它不仅有着先进的技术，而且加盖配件本身的外观设计，以及后期的维护售后方面，都让加盖配件在市场竞争中不仅是有着非常好的起跑线，更是让加盖配件能够在现在的市场中成为用户的首选的加盖配件之一，不仅是为我们的生产商家们带来了收益，渣土车密封盖在中的各种效果更是将企业的信誉得到了大大的提升。随着经济的日益发展，道路交通安全环保要求不断提高，根据厂内运输安全环保要求，严格控制厂内车辆运行途中的洒漏现象是厂内运输安全环保的保难问题；此外，该装置设计上既考虑让渣土车适量增加装载，又避免了渣土车的盲目超载。本装置采用电动开关控制减速电机，带动滑轮、钢丝绳，从而带动箱盖顶部的滑杆及帆布，实现机构的打开箱体和关闭箱体的动作，达到将渣土盖住的目的。其优点有：渣土车运输过程中全面密闭，彻底解决运输过程中的抛洒滴漏等问题优点；装置适用所有车型，不受车型大小、长短等因素限制；适量加大了车斗的装载空间，符合中国国情，有效控制无限的超载超高；装置非常结实耐用，并且维护也非常方便。4、渣土车的自动遮盖装置设计原则根据渣土车的运输道路通过条件及其实际使用工况，确定以下设计原则：加装顶盖后，不影响渣土车原有的工作性能和工作状态；加装顶盖后，渣土车总长、总宽、全高变化不大，不影响其行驶的道路通过性；顶盖系统与原有的液压工作系统无干涉现象，并存在互锁关系；结构设计尽量满足标准化、系列化、通用化；顶盖系统性能达到国内先进水平。5、渣土车的自动遮盖装置设计原理通过对渣土车结构及工作状态的分析，先后设计了多种渣土车顶盖加装方案，最后经过对比，考虑各方案的优点和缺点，最终选用篷布顶盖加装方案。篷布顶盖系统由动力系统、支架系统及密封结构三大部分组成。动力系统通过液压系统马达（转轴）带动篷布支架旋转，从而使篷布顶盖开启或关闭。关闭时，吊斗和翻转支架整体被蓬布罩住，从而对其封闭运输；开启时，可以用渣土车原工作系统进行吊斗整体吊卸和吊斗倾翻作业。5.1主要结构①动力系统。动力系统采用荷兰海沃的电机泵站组成的动力单元，由车载24V蓄电池作为电机电源，带动泵站旋转，操作伸缩油缸带动链条运动，使链轮旋转，最后使带动支架旋转的转轴做旋转运动。②支架系统。支架系统是篷布顶盖改制的关键，支架系统由底部旋转座，直立的方管及横向钢管组成。支架在前后方向上是在一个平面上，且作扇形旋转，这就要求底部旋转座安装在一根轴上，动力轴的动力通过花键传递给最后一根支架上，且各支架在并齐时尽量平行，不会对其上安装的篷布产生破坏作用。另外，在每两相邻的支架之间用合适长度和力量的气弹簧支撑，满足顶盖系统平稳伸展和闭合。③密封结构。它分为两部分，其中固定部分为工作平台前部的视窗用钢化玻璃，前部与固定支架下方的空隙部位用薄钢板密封，活动部分使用防火防折防冻的篷布固定在支架系统上，从而组成密封结构，满足渣土车封闭运输的要求。5.2计算在篷布顶盖系统中，需要计算的主要有：动力转轴的动力矩是否大于篷布支架的最大阻力矩；支撑气弹簧的长度及其弹力的确定。5.2.1风荷载计算方法风是空气相对于地面的流动,是空气从气压高的地方向气压低的地方流动而形成的。气流一遇到结构的阻塞,就形成高压气幕,对结构产生压力。风速愈大,对结构产生的压力也愈大,从而使结构产生大的变形和振动。结构物如果遭受超出承载力的风荷载作用,就会产生过大的变形使结构不能正常工作,或者使结构产生局部破坏,甚至整体破坏。自然界常见的几种风包括热带气旋、台风、咫风、季风和龙卷风等。亚洲地区主要受季风的控制。根据风对地面(或海面)物体影响程度及所引起的现象,英国人蒲福(FBeaufort)于1805年拟定了风级,称为蒲氏风级。通常7级或7级以上的风力才能对生活或工程结构造成不便或威胁。表5-1所列出的是对结构安全产生影响的风力的部分等级划分。蒲福风力等级表(部分)表5-1对于像渣土车的自动遮盖装置结构而言,风荷载的作用是绝对不容忽视的,在某些情况下,风荷载正是导致结构破坏的主要荷载。6、渣土车的自动遮盖装置的结构特点渣土车自动软篷加盖系统由动力系统、传动系统、篷杆系统、伸缩系统等构成。动力系统包括从驱动电机，液压泵、液压油箱等；传动系统包括软管和液压马达、传动轴等；篷杆系统包括篷杆、篷布等；伸缩系统包括钢丝绳导轨、滑块、链条、链轮等[2]。该系统使用液压为动力，动力系统由电机、液压马达组成。电机从车载电源借用动力旋转，电机输出的动力再作为液压泵的输入，液压泵将机械能转化为流体能量输出到液压马达，液压马达再将流体能量转化为旋转运动的机械能输出，作为自动软篷加盖系统伸缩机构的动力源[3]。可根据车厢长度增减篷杆和相应滑块的个数，装配方法完全一致，对整个系统构成没有影响。6.1渣土车的自动遮盖装置系统伸缩原理如图4所示：篷布8与篷杆5固联在一起，由车载电源接出的动力源使动力单元（动力单元包括电机、液压泵、液压马达等）获得旋转动力，再经由传动轴12将旋转动能传递给车厢7两侧的链轮2。链轮2的旋转带动链条6往复运动，车厢最后端的滑块10与链条6固联，滑块10以及其他滑块均以钢丝绳3为导轨，因此链条6的往复运动必将带动末端滑块10沿着钢丝绳轨道往复滑动[4]。首端滑块1固定不动，末端滑块10与链条6固联。图4：系统展开图1.首端滑块2.链轮3.钢丝绳4.滑块5.篷杆6.链条7.车厢8.篷布9.行程开关10.末端滑块（注：滑块4代表除首末端滑块以外的所有滑块）图5：系统收缩图6.2展开原理如图4所示，与链条固联的末端滑块10在链条的带动下向右滑动，由于篷布8与篷杆5固联在一起，当末端滑块10划过的距离大于篷杆间距时，篷布将被拉紧受力，继而带动相邻滑块4向右滑动。以此类推，篷杆篷布相继打开。当篷布完全打开，末端滑块10触碰到行程开关9时，系统自动切断电源，行程开关9起到保护系统的作用。2.2收缩原理如图6所示，参照图5，链轮反方向运转，滑块10在链条6的带动下向左滑动，当末端滑块10收缩触碰到相邻滑块4时，滑块4即受末端滑块10的挤压沿着钢丝绳3的轨道向左滑动，以此类推，当首端滑块1被相邻滑块4触碰时，末端滑块10触碰到行程开关9，系统自动切断电源，停止运行。7、有关参数及设计思想EQ3141G7D型渣土车:总长@总宽@总高=6520@2470@2890(mm);渣土车大厢:长@宽@高=4127@2274@600(mm),所以驾驶室顶部与大厢顶面相差28(mm),因此,必须安装可调式压紧轴。篷布转轮系统和线绳绕轮系统都是靠滚动轴承与轴承座连接的,篷布的重量较轻,其转动阻力小,无需进行强度校核,各零件的尺寸只要与整车尺寸协调就可以了。故此,选定各线绳绕轮和篷布转筒的直径都是200mm,轴的尺寸在60mm-80mm之间;由于两系统的轴向尺寸都较大,均在2470mm左右,所以将其设计成3段,其中间段均采用中空管件与两端焊接,以解决加工困难和重量较重的问题,其支撑均采用两个独立的滚动轴承座。由于各线绳绕轮和篷布转轮的直径都是200mm。若采用自动装置,则需要增加一个直流电机和一个传动比较大的减速器,无论是敞开还是封盖大厢,系统只需6.6转,运行时间极短,再加上系统的扭矩较小,手工作业完全可以完成。采用全自动装置没有实际意义,反而增加了制造成本,因此,采用手摇机构是经济合理的。增设导流罩,主要是为了把驾驶室顶部的篷布遮盖起来,使整车的造型比较美观,同时也可以降低空气阻力,是一举两得的选择。8、非线性问题分类一般来说,结构的非线性问题可分为两大类:材料非线性问题;几何非线性问题。材料非线性问题亦称物理非线性问题,它研究的是材料的本构关系。在此类问题中,材料的应力一应变关系不再是线性的。材料非线性问题分为两类:一类是不依赖于时间的弹塑性问题,其特点是当荷载作用后,材料变形立即发生,并且不再随时间而变化。另一类是依赖于时间的勃(弹、塑)性问题,其特点是荷载作用后,材料不仅立即发生变形,而且变形随时间而继续变化。几何非线性问题是指结构在经受大变形(大位移、大转角)以后,其变化的几何形状引起了结构的非线性响应。它所主要讨论的是元素的运动关系式和平衡关系式,即应变与位移的关系。在此类问题中,应变与位移的关系是非线性的。几何非线性也可分为两类:大位移、大转角、小应变问题;大位移、大转角、大应变问题。第一类几何非线性问题的特点是物体中线元的位移和转角大,但线元的伸长及线元间的夹角改变较小,如工程结构中的某些杆、梁、薄板、薄壳的弯曲及其稳定性问题以及大跨网格结构的分析等[55]。这时必须考虑变形对平衡的影响,即平衡条件应建立在变形后的位形上,同时应变表达式也应包括位移的二次项。这样一来,平衡方程和几何关系都将是非线性的。第二类几何非线性问题的特点是不仅物体中线元的位移和转角较大,而且线元的伸长及线元间的夹角改变也较大,如金属的成型、橡胶制品的应力分析等[55]。这时除了采用非线性的平衡方程和几何关系外,还需要引进相应的应力一应变关系,尽管此时材料还处于弹性状态。第一类几何非线性问题比第二类问题更为普遍地存在于工程结构中。9、渣土车的自动遮盖装置结构的非线性问题渣土车的自动遮盖装置是一种空间结构,在荷载作用下会发生较大变形,引起整体刚度的变化,呈现出较强的非线性。由上节论述可知,渣土车的自动遮盖装置结构中可能出现的非线性问题包括材料非线性和几何非线性。由上一章的试验结果就可看出,即使在最不利荷载作用下,杆件的最大应力值仍处在弹性范围内,远未达到材料的屈服强度,也就是说结构还处于弹性工作状态。实际上材料非线性对结构全过程曲线及其极限点的影响是使结构稳定承载力的安全储备稍有下降,对于这种影响己有可能从定量上做出适量判断。而对于渣土车的自动遮盖装置这种折算厚度远小于跨度的结构而言,结构在出现材料非线性之前有可能产生各种弹性不稳定现象,这就使得几何非线性问题成为网壳稳定性分析中的重点。从试验结果可以发现,在各种荷载工况作用下,渣土车的自动遮盖装置典型节点的荷载一位移曲线都呈现出较强的非线性特征。因而在对其进行理论分析时,主要考虑结构的几何非线性特性。10、加盖系统的优越性全密闭式的加盖系统解决了运渣车尘土飞扬，污染环境的问题。采用液压提供动力，可以实现无级变速，根据客户要求自行调节。且动力充足。采用钢丝绳作为导轨，有效避免了由于泥土洒落到导轨导致加盖系统无法运行的情况。四个滚轮有效保证了篷杆直立不倒，且各个滑轮内部均有带滚动轴承的滚轮，因此滑块与钢丝绳的摩擦力非常小，保证运行顺畅、稳定。车厢前端经过改装向前凹进，使部分篷杆收拢后放置于该凹进位置，减少占用渣土车的装载空间。车厢前方顶端的挡板能遮挡装载过程中掉落的沙石，保护篷杆。整个系统装备外露，维修非常方便，占用空间小，不影响原有车辆外形尺寸。总结渣土车大厢的封盖是很多改装企业试图解决,但长期以来没有解决好的问题,究其原因,主要是产品的制造成本和使用维护成本较高。笔者在对现有产品的结构特点进行研究和市场调研后,提出了两种封盖方案,较好地解决了用户的使用成本高和运输效率低等问题,尽可能地满足了用户的使用期望,相信产品推向市场后,会有一定的竞争力。尽管产品的附加值不会很高,若企业批量生产,薄利多销,同样会带来丰厚的回报。经过改进后的渣土车自动软篷加盖系统结构简单、