机械毕业设计（论文）-后装压缩式垃圾车专用装置设计与研究【全套图纸】

摘要摘要 ： 本课题是对后装压缩式垃圾车的各专用装置进行分析与研究，从 而设计出合理的专用装置，并对垃圾车进行了绿色设计与人机工程方 面的研究。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 XZ5110ZYS 后装压缩式垃圾车专用装置由车厢、推挤卸料机构、 装填机构、举升机构和液压系统等部分组成。车厢大多采用骨架式结 构，车厢的纵截面一般为直角梯形，该车推挤面断面选择了矩形横截 面的型式，推板的结构型式为折面型。 XZ5110ZYS 型压缩式垃圾车专用装置的工作由专门设计的一套液 压系统提供动力，从而实现对垃圾的清扫、压实和推卸以及举升后装 压缩机构等基本功能。 使用绿色设计的方法对后装压缩式垃圾车进行设计与制造，考虑 到了垃圾车是一种城市车辆，体现了对人（包括使用者和周围的人群） 的关心尊重和对环境的保护，符合当代机械产品设计安全、舒适、可 靠、满足用户需求的设计理念，使得垃圾车的设计水平得到了进一步 提高，使产品容易实现系列化、标准化、模块化，有利于提高产品的 “绿色度” 。 关键词关键词 ： 后装 压缩 垃圾车 液压系统 人机工程 绿色设计 Abstract:Abstract: The topic of the paper is the analyzing of the special mechanism of the back-up compression garbage truck, designing the suitable special mechanism, the green design and human engineering. XZ5110ZYS back-up compression garbage truck special mechanism consists of compartment equip-pack fill organization; shove organization; put-up mechanism and hydraulic system. Most compartments of the back- up compression garbage trucks choose the structure of the frame, and the vertical section of compartment is angled trapezium. Its shoving section uses the rectangle patter. The power of equip-pack fill organization of XZ5110ZYS back-up compression garbage truck is provided by a set of hydraulic system. It completes the fundamental function of cleaning, pressing, lifting and pushing. The method of green design is a advanced way. Considering the garbage truck is a civic truck, it is necessary to design and machine the green back-up compression garbage truck. It shows we respect the peoples everyday life and environment protect is the greatest desire. It suits the safe, comfortable and reliability machinery production desire. The level of the design of the garbage truck is quickly developed at same time. KeyKey words:words: back-up compression garbage truck hydraulic system human engineering green design 目目 录录 第一章 前言 1 1.1 国内垃圾车发展与现状 1 1.2 本课题研究的目的和主要内容 3 第二章 XZ5110ZYS 型后装压缩式垃圾车的专用装置原理分析与选择4 2.1 XZ5110ZYS 型后装压缩式垃圾车的专用装置简介4 2.2 XZ5110ZYS 型后装压缩式垃圾车的专用装置原理分析与选择5 2.2.1 车厢的选择5 2.2.2 推板及其驱动方式的选择6 2.2.3 装填机构的选择 7 2.2.4 推挤卸料机构的选择 11 2.2.5 压缩机构极其控制系统的选择 12 2.3 本章小结 13 第三章 XZ5110ZYS 型后装压缩式垃圾车专用装置液压系统设计 14 3.1 液压系统总体方案设计 14 3.2 选择液压缸 18 3.2.1 液压缸的设计计算 18 3.2.2 选择推板液压缸 23 3.2.3 选择压实液压缸 24 3.3 选择液压元件 25 3.3.1 选择液压泵 25 3.3.2 选择阀类元件及辅助元件 26 3.3 液压系统故障分析 27 3.4 本章小结 30 第四章 XZ5110ZYS 型后装压缩式垃圾车绿色设计31 4.1 人机工程设计 31 4.1.1 液压系统的可靠性设计 31 4.1.2 振动与噪声控制 31 4.1.3 宜人性设计 32 4.2 可回收性以及可拆卸性及设计 32 4.3 面向制造与装配设计 33 4.4 底盘设计 33 4.5 本章小结 34 结论 35 后记 36 参考文献 37 第一章第一章 前前 言言 1.11.1 国内垃圾车发展与现状国内垃圾车发展与现状 随着城市规模的不断扩大，城市化水平不断提高，作为城市环保课题之一 的垃圾收运问题就越显突出。据国家权威部门预计：“九五期间自动装卸压缩 式垃圾车需求量约为 6000-7000 辆，并且向密封化、自动化、大型化发展，需 要引进国外先进技术和样车” 。 自上世纪八十年代以来，为跟上这一形势，国 外各大专用汽车生产厂家纷纷开发省时、省力、能防止二次污染的、高效的垃 圾车。主要车型有：敞开式垃圾车、加盖式垃圾车、集装箱式垃圾车、侧装式 垃圾车、后装式垃圾车、活动底板式垃圾车、液压推顶式垃圾车和拉臂式垃圾 车46。 随着生活的改变，垃圾的比重不断加大，据报道，城市中每年每人制造约 1.20 吨的生活垃圾。这些生活垃圾大部分用城市垃圾车运走，因此，用重型汽 车改装的大装载容积的城市垃圾车应运而生。从此我国环卫车辆开始发生质的 变化，许多企业经过自主开发，引进和消化国外先进技术，生产出快速高效、 全封闭、可防止二次污染，符合现代城市建设环保要求的各种环卫车辆，得到 越来越广泛的应用，其市场迅速扩大，在不断的探索中，逐渐成熟化并取得很 好的社会效益。适应当前市场需求和今后发展方向，得到迅速普及和推广使用， 并逐步代替了带侧面液压提升机构而无压缩机构，不能到门到户的厢式垃圾集 运车。 目前，国内垃圾车制造行业的主要有： 中韩合资北京市华材特装车有限公司（“华材牌” ） ； 上海市环境工程设计科学研究所； 中日合资南京晨光航天应用技术股份有限公司（晨光牌） ； 辽宁抚顺起重机总厂； 徐州特种汽车总厂（华风牌） ； 中国第一汽车集团四川专用汽车厂（远达牌） ； 济南哈勒汽车制造有限公司（哈勒牌） ； 武汉九通汽车厂（九通牌） ； 南宁专用汽车厂（象力牌）等 1.21.2 本课题研究的目的和主要内容本课题研究的目的和主要内容 近年来，环保逐渐成为一个热门话题，经济的增长加速了我国环保产业的 升温，环保方面存在的急待解决的众多问题同时也暴露出来，其中垃圾的处理 属于重中之重，垃圾的运输问题成为研究的焦点。 中国人口近十三亿，城市垃圾年产量达一亿吨以上，每年以八个百分点递 增。我国现又处在国民经济持续快速增长和城市化加速发展时期，而垃圾处理 技术整体水平仍然较低，垃圾无害化水平与发达国家还有较大差距。垃圾污染 日益严重，已经成为中国政府高度重视和致力解决的重大社会问题之一。 根据我国城市车辆过多、交通不畅的状况，以及发展压缩效率高、大吨位 垃圾收集的成熟经验，都应以大型垃圾车为主。特别是垃圾处理场，离城市市 区较远，平均约为 30-50km，市区往垃圾场送垃圾使用大吨位垃圾车相对来说 是经济的，并且有较好的社会效益，适合当前市场需求和今后发展方向，市场 前景是相当广阔的。 而近年来垃圾的收集运输主要以摆臂式自装卸车，侧装式垃圾车，由于自 身存在的飘，洒，撒，漏等二次污染，容量小，可压缩性差等性能缺点，已经 不能适应环保发展的需求，后装式垃圾车将是垃圾收集运输的理想工具。 同样随着人们生活水平的不断提高，高层建筑和住宅小区不断增多，城市 垃圾的成份发生了很大变化，其变化特点是：密度不断下降，可压缩性增强， 压缩后的垃圾为原来体积的 1/3-1/5，对垃圾车车的压缩需求越来越大。为提 高垃圾车的装载功能和收运容量，加强对城市垃圾收运车的研制和推广，大力 发展后装式压缩式垃圾车，是我国城市垃圾收集的主要手段，也是迫切需求。 同时它还对是对实现环卫放射线学机械化，现代化，减轻工人劳动强度，保持 城市洁净美观将起到极为重要的作用， 本课题的研究目的是通过对专用装置的分析与研究，最终设计出造型优美、 合乎市场化的高效绿色垃圾车。这样一来不仅使垃圾车环保，而且美观实用。 其主要内容有： 第一章 前言 国内垃圾车现状，本课题研究的目的及主要内容； 第二章 XZ5110ZYS 型后装压缩式垃圾车的专用装置原理分析与选择； 第三章 XZ5110ZYS 型后装压缩式垃圾车专用装置液压系统设计； 第四章 XZ5110ZYS 型后装压缩式垃圾车绿色设计； 最后是本文的结论。 第二章第二章 XZ5110ZYSXZ5110ZYS 型后装压缩式垃圾车的专用装置原理分析与选型后装压缩式垃圾车的专用装置原理分析与选 XY5110ZYS 后装式压缩垃圾车采用“东风”EQ1108G6D15 型底盘，经加装 封闭式车厢、填塞装置、推卸料机构、举升油缸等专用工作装置，而组成的新 型城市生活垃圾收集运输车。其在装载过程中具有对垃圾的压缩能力，使用推 板卸载，则使卸载过程平稳、安全，机械化作业程度高、装载量大、操作方便、 外形美观大方等优点，是一种较理想的城市生活垃圾运载工具31416。 2.12.1 XZ5110ZYSXZ5110ZYS 型后装压缩式垃圾车的专用装置简介型后装压缩式垃圾车的专用装置简介 XZ5110ZYS 型后装压缩式垃圾车的专用装置由车厢、填塞器总成、推板、 锁紧装置、取力操纵机构、液压系统等组成。垃圾从车尾部倒入填装器后，被 自动破碎压缩，挤入封闭车厢。垃圾被运到处理场后，填装器被举起而敞开车 厢后部，在车厢内一个巨大的刮板由前向后运动，把垃圾推出车外。现将垃圾 车各装置分别简介如下： (1) 车厢 车厢为焊接机构，由前后框架、底架和若干个构件组成；侧顶板用钢板焊 接而成，车厢前部安置推板油缸，后部通过销轴悬挂填塞器总成，形成一封闭 的厢形载货空间，在车厢前部还安装了液压阀组，油箱及操纵阀。 (2) 填塞器总成 填塞器总成用销轴联接悬挂在车厢后部，是车厢内填装垃圾的工作装置。 它由料斗、压实板、填塞板、油缸等组成，垃圾倒入料斗后，填塞板和压实板 在液压油缸的驱动下分别作摆动和直线运动，将垃圾刮起，并压入车厢，车辆 卸载时，填塞器总成由举升油缸举起，即可进行卸载作业。 (3) 推板装置 本装置是车辆的卸载工作装置，推板面板呈铲形，在推板油缸的推动下， 推板向后作水平推挤运动，将垃圾推出车厢。推板两侧底部设有尼龙滑块，保 证推板导轨作水平运动。 (4) 锁紧装置 锁紧装置是由销轴、锁紧钩等零件组成的连杆机构。在卸载作业及车辆在 运行状态时，本装置呈锁紧状态，保持填塞器与车厢间紧密贴合；车辆卸载时， 装置呈脱钩状态，填塞方可举起，装置不同的状态是靠举升油缸的伸出、缩回 来实现。 (5) 取力操纵装置 取力器安装在底盘变速箱的右侧部位。取力器输出轴与油泵轴靠方向联轴 节连接。当取力器主动齿轮与变速箱中间轴上的取力齿轮啮合时，齿轮泵即从 发动机取得机械动力。取力器与变速箱间的齿轮啮合拟用动拉杆挂档，操纵位 置在驾驶员位置左侧。 (6) 液压系统 该系统由柴油发动机通过变速器、取力器、联轴节带齿轮油泵供给 动力，由齿轮油泵通过溢流阀、多路换向阀使各执行元件实现所需动 作。整个液压系统的动作由手动控制。 2.22.2 XZ5110ZYSXZ5110ZYS 型后装压缩式垃圾车的专用装置原理分析与选择型后装压缩式垃圾车的专用装置原理分析与选择 2.2.12.2.1 车厢的选择车厢的选择 后装压缩式垃圾车的车厢大多采用骨架式结构11。车厢的纵截面一般为直 角梯形。车厢后端的斜角 有利于装载厢以一定角度把垃圾送入车厢。车厢 安装在车架上时，应与车架上平面保持 1 左右向后的倾角，以便车厢内的污 水能从后端排除。 车厢的横截面一般有矩形（图 2-1）和鼓形（图 2-2）两种。 从受力角度分析，鼓形截面不仅能承受较大的垃圾横向膨胀力，而且由于 形成了顶面、左侧面和右侧面 3 个纵向柱面，使得车厢的纵向刚度和扭转刚度 得到明显的增强。因此在中小型垃圾车上多采用这种截面，除车厢前后两端外， 中部几乎不再需要布置加强梁。但由于鼓形横截面的厢壁成形工艺性较差，因 此本后装压缩式垃圾车仍然采用矩形横截面的型式。 车厢的高度和宽度应使整个外廓尺寸符合法则要求。 (a) (b) (a) 矩形 (b) 鼓形 图 2-1 车厢的横截面 2.2.22.2.2 推板及其驱动方式的选择推板及其驱动方式的选择 后装压缩式垃圾车的系列化一般是按车厢横截面大小分档。即某一规格的 横截面适应一定车厢装载容积范围。在同一容积范围内采用同一规格的推板和 装载厢。 由于车厢内的垃圾车受到强烈的挤压，垃圾的反弹膨胀力作用于厢壁而形 成了阻碍厢内垃圾移动的摩擦力，故垃圾不易以车厢倾斜的方式自动卸出，而 必须采用强力推卸的方法使垃圾推出厢外。推板的驱动方式一般有两种， (a) (b) (a)油缸水平布置 （b）油缸斜向布置 图 2-2 油缸直接驱动方式 一种是多级油缸直接驱动方式。油缸为一般水平布置，以获得较高的驱动效率 并简化结构,如图 2-2a。如果油缸水平布置受到纵向尺寸的限制，则可斜向布 置如图 2-2b。但这样布置不但增加了构件受力，而且驱动力的垂直分力作用在 导轨上，从而降低了驱动效率。另一种推板驱动方式是通过连杆机构放大驱动 行程来驱动推板。如果设计合适，在车厢垃圾排空时，推板停留在车厢后部， 而且在填装力达到一定值时，推板方可被推动向车厢前部退缩，这样可使车厢 内的垃圾受压均匀，同时也避免了车厢“填不满”的情况发生。本车采用后一 种推板驱动方式。 2.2.32.2.3 装填机构的选择装填机构的选择 装载厢总成是由装载厢体和内部的压缩机构组成。其作用是把垃圾填装到 装载厢内进行压碎压实处理，然后再向车厢内挤压。 a. 压缩机构 一般的压缩机构有复合连杆式压缩机构、带弧形板复合式压缩机构和滑板 式压缩机构三种，而我们所用的是滑板式压缩机构。 1 2 滑板式压缩机构的工作原理如图 2-3 所示。 滑板 1 由油缸驱动，并沿装载厢侧壁上的导轨作斜向直线往复移动。刮板 2 及与它铰接的刮板驱动油缸均铰接在滑板上，因此刮板既可随滑板一起作往 复移动又可绕固定在滑板上的铰接中心转动，它与上述的两种压缩机构比较。 由于装载厢底部靠车厢的下半段为一与滑板运动方向平行的平面,因而在由状 态 e 转变为状态 g 时，驱动油缸的全部有效功率将垃圾向车厢内压实，在这个 过程中刮板施力方向始终保持不变。 ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) ( e ) ( f ) ( g ) 1.滑板（压实板） 2.刮板（清扫板） 3.刮板油缸（清扫油缸） 4.滑板油缸 （压实油缸） 图 2-3 滑板式压缩机构 b. 填装角 3 4 滑板式压缩机构是以一个固定的角度来施加斜向挤压力的。如图 2-4 所 示。称为垃圾填装角。是前述的车厢后端的安装斜角。而则是滑板导轨 1 2 轴线与装配结合面的夹角。因此=-。填装角一般选取 45 左右。 1 2 图 2-4 垃圾车的装填角 c. 填装斗容积 垃圾由装载厢入口倒入其下腔的填装斗后，呈自然堆积状态。其截面如图 2-5 所示。图中 为垃圾的安息角。 因此填装斗容积大小的确定应考虑以下几方面因素：使用条件（即斗内倾倒垃 圾的方式） 。如果垃圾车主要用来收集分散垃圾或袋装垃圾，则填装斗容积可 以小些。若主要用来收集桶装垃圾、斗装垃圾或手推车装垃圾、就要考虑一次 装一桶还是 图 2-5 填装斗容积 两桶（或斗、车）等等，总之填装容积应与此相适应。填装斗容积还应与车厢 总容积相协调，大厢小斗会降低装载效率；小厢大斗则造成材料和动力的浪费。 此外还应能满足整车总布置和道路条件的要求。 d. 装载厢在车厢上的锁紧 装填垃圾时，垃圾对装载厢的反作用力将使装载厢向后顶起而与车厢分离， 导致填装作业无法进行。所以当垃圾卸毕装载厢落座后必须将其下部锁紧在车 厢上，这是填装作业的需要 ，也是汽车行驶时防止装载厢跳动的需要。 最简单的锁紧方法是采用螺栓锁紧。即在车厢后端下部装一活节螺栓螺母 机构。装载用落座后 ，把活节螺栓插入装载厢的相应的槽口内，拧紧螺母即 可锁紧装载厢。在需要举升装载厢时，则先松开螺母，并把活节螺栓抽出槽口 即可。这种机构虽然简单，但操作并不便，并与整个专用装置的自动化操作脱 节，同时也容易产生误操作。 第二种锁紧方法是采用销、契或钩子进行锁紧。活动紧固件的动作可由单 独油缸或气缸驱动。该油缸必须与举升油缸联锁，即开锁举升，以及落下 锁紧，避免产生误操作。如果把举升油缸行程设计得稍微靠前一些，利用这一 超前的行程来驱动活动紧固件，也可以获得同样的效果。 第三种锁紧方法：把装载厢和车厢的铰接设计成销子和长槽连接。举升 油缸的下支座焊接在车厢上，上支座焊接在装载厢侧壁上，当举升油缸刚伸 出时，由于焊接在装载厢侧壁下端的销子卡在焊接在车厢上的槽口内，因此 装载厢不能转动。结果，举升油缸顶起整个装载厢，使其沿斜向贴合面向上 平移一段距离。与此同时铰接处的销子（固定在装载厢上）从长槽（固定在 车厢上）下端逐渐移动到上端。一旦销子从槽口内脱出（即表示装载厢下部 与车厢脱离约束，装载厢即可在举升油缸继续作用下，绕上铰接销转动。当 油缸回缩时，因装载厢质心在油缸支座的后侧（右侧） ，因此销子与长槽仍继 续保持原来接触位置，装载厢绕销子转动，落下并与车厢结合面相贴合，油 缸继续回缩，装载厢即沿贴合面下移，上铰接处销子回到起始位置，同时下 部销子又进入槽口内，并将装载厢锁住在车厢上。 XY5110ZYS 后装式压缩垃圾车采用第三种锁紧方法。 2.2.4 推挤卸料机构的选择推挤卸料机构的选择 由于车厢内的垃圾受到强烈的挤压，垃圾的反弹膨胀力作用于厢壁而形成 了阻碍厢内垃圾移动的摩擦力，故垃圾不易以车厢倾斜方式自动卸出，而必须 采用强力推卸的方法垃圾推出厢外。卸车用推板推出，从根本上解决了倾斜式 垃圾车可靠性差的问题。 采用推挤卸料结构有许多优点：1、对整车质心位置、稳定性、停坡度等 总体性能均有利。有效地避免了倾翻卸料带来的质心后移的危险。2、能量损 失较小，设计较合理。3、简化了车厢和车架结合处的结构。 为了方便加工，该车推挤面断面选择了直面型，相对于其他两种推挤面结 构形式折面型和曲面型,如图 2-6 所示，直面型虽然加工简单，但受力集中， 可靠性差。推挤板四周与车厢内壁空隙较小，推挤板运动时容易卡滞。 滑块 图2-6 推挤面结构形式 2.2.5 压缩机构极其控制系统的选择压缩机构极其控制系统的选择 该车选用了结构简单实用,装载压缩性能好的滑动刮板式压缩机构。 该车具有单独装载和连续装载的功能, 连续顺序动作保持连贯,不发生干 涉现象。但压缩机构除标准中的两项功能外,还应增加反向操纵和短循环等功 能。例如在工作进程中,当被粗大物料卡住或者出现其他意外情况时,通过反向 操纵,可以使压缩机构做出与工作循环方向相反的运动, 使压缩机构脱离卡滞 物,排除意外后即可恢复正常工作。另外,当尾箱中倒入的垃圾过满时, 通过短 循环操纵, 可以使压缩机构较早地做出扫刮和压实动作,避免部分垃圾被推出 尾箱。因此,作为一个较为完善的压缩机构还应具备反向操纵和短循环功能。 压缩机构是压缩式垃圾车的重要工作装置,该机构要实现的功能较多,它的 控制系统也是整车控制系统中最为复杂的部分。因此,压缩机构控制系统的可 靠性对整车至关重要。 常用控制系统可分为非电气控制系统和继电器控制系统。非电气控制系统,如 手动系统(或全液压系统),结构单一,系统多由液控元件组成,基本上不涉及电 气部分,但因手动系统(或全液压系统)的局限性,使得该类系统很难实现压缩机 构的多种功能。而该车选用的继电器控制系统,是通过对压缩机构的液压系统 和电气系统进行有机的结合,能很好地满足压缩机构多种功能的要求,实现机构 的自动控制,提高垃圾车的自动化水平。但继电器由于触点动作寿命有限,可靠 性较差,而一台垃圾车所用继电器的数量又较多,一旦发生故障,即不易判断也 不易维修。 随着 PC(可编程控制器)和 PLC(微电脑控制)技术的提高和价格的日趋下降,近 年来 PC 和 PLC 控制系统在压缩式垃圾车上得到了越来越广泛的应用。与继电 器控制系统相比, PC 和 PLC 控制系统可靠性高,平均故障时间在 5 万小时以上。 它们还具有完善的监视和诊断功能,便于系统的检测和维修。对于不同吨位的 垃圾车,根据液压系统所需的压力,流量的不同,通过计算即可确定泵、阀、油 缸的规格大小,然后进行选型和设计安装。先进的 PLC(微电脑控制) 控制系统 根据垃圾车作业流程的动作要求,在垃圾倒入压填斗后, 刮板张开、压板压下、 刮板刮入、压板上拉。如此循环填装垃圾,装满后拉走卸掉.据此可列出程序控 制程序图。系统中采用接近开关来检测各个动作的位置,并控制动作的衔接。 例如在装填循环中, 刮板张开到位后接近开关导通,于是压板接着压下，以此 实现装填循环。如果垃圾中有石块等硬物时,可能会影响压缩循环的进行,而程 序中设置“设定时间到”这一条件语句,转而进行下一步动作,不再强行压缩. 而在卸垃圾时,用接近开关来检测压填斗的举升,如果没有举升到位,推板就不 能推出卸料。在压填斗举升到位之后再作一次压缩循环,从而将斗内可能残余 的垃圾清除掉。 XY5110ZYS 后装式压缩垃圾车采用手动控制。 2.32.3 本章小结本章小结 本章通过对 XY5110ZYS 后装式压缩垃圾车专用装置原理的深入研究，针 对专用装置的不同结构形式作了细致的理论分析，最终确定了专用装置。 第三章第三章 XZ5110ZYSXZ5110ZYS 型后装压缩式垃圾车专用装置液压系统设计型后装压缩式垃圾车专用装置液压系统设计 XZ5110ZYS 型后装压缩式垃圾车产品的专用装置液压系统是整个专用装置 系统的重要组成部分，液压系统性能的优劣直接影响到垃圾车功能能否顺利实 现。为此，我们需要设计一套结构简单，性能可靠，操作方便的专用装置液压 系统。 3.13.1 液压系统总体方案设计液压系统总体方案设计 (a) 举升油缸（b）推板油缸 （c）清扫油缸（d）压实油缸 图 3-1 XZ5110ZYS 后装压缩式垃圾车液压原理图 溢流阀 1）溢流阀的作用是：调节泵的出口压力，把多余的液压油引入油箱。使 液压系统液压输出压力保持恒定的压力值。一般用于有定量泵的液压系统，阀 口常开。 2）溢流阀一般用作溢流阀、安全阀、背压阀和远程调压、系统卸荷使用。 (a) (b)(c) (d) 与安全阀的相同点：符号与安全阀相同。 与安全阀的区别： 安全阀的作用是当系统压力超过规定值时，进行卸载，阀口常闭。 溢流阀一般用于定量泵，安全阀一般用于变量泵。 如图 3-2 所示，溢流阀使液压系统液压输出压力保持恒定的压力值，图 3-3 所示为推板油缸部分的可调溢流阀。 (a) (b)(c) (d) (a) (b)(c)(d) 图 3-2 系统溢流阀 图 3-3 推板油缸溢流阀 举升油缸 (a) (b)(c) (d) 图 3-4 液压系统举升部分 三位四通电磁阀的弹簧采用自动复位，目的是使在扳动操纵手柄后，当操 作人员松开手柄后，举升油缸能使得装填厢停止在任意位置。 工作过程： 手柄向左扳动，控制阀在的位置，液压油进入举升油缸下腔，活塞伸 (a) (b)(c) (d) 出，使装填厢举起。 手柄向右扳动，控制阀在的位置，液压油进入举升油缸上腔，活塞回缩， (a) (b)(c) (d) 使装填厢下落。 单向节流阀的作用是控制举升油缸的下降速度，使装填厢恒速下降，以防 止装填厢下降速度太快，增强安全性。 使用液控单向阀的目的是能通过液控单向阀回油。 推板油缸 (a) (b)(c) (d) 图 3-5 液压系统推卸料部分 工作过程： 手柄向右扳动，控制阀在的位置，进油口进油。液压油进入举升油缸下 (a) (b)(c) (d) 腔，活塞伸出，使推卸料油缸活塞前伸，推动推板，将垃圾推出车厢。 手柄向左扳动，控制阀在的位置，推板油缸停留在车厢的最后端，当 (a) (b)(c) (d) 装填机构的压实油缸将垃圾压入车厢时，由于有背压的作用，活塞逐渐回缩， 直至推板回到车厢的最前端。 清扫油缸 (a) (b)(c) (d) 图 3-6 液压系统清扫部分 三位四通电磁阀的弹簧采用手动复位，目的是使在扳动操纵手柄后，当操 作人员松开手柄后，清扫油缸能继续工作，直到相应的止点为止。 工作过程： 手柄向右扳动，控制阀在的位置，液压油进入清扫油缸上腔，活塞回缩， (a) (b)(c) (d) 使清扫油缸逆时针旋转，准备进行清扫垃圾。 手柄向左扳动，控制阀在的位置，液压油进入清扫油缸下腔，活塞伸 (a) (b)(c) (d) 出，使清扫油缸顺时针旋转，清扫垃圾（对垃圾进行第一次压缩） 。旋转到位 后，保持在终点状态。 压实油缸 (a) (b)(c) (d) 图 3-7 液压系统压实部分 三位四通电磁阀的弹簧采用手动复位，目的是使在扳动操纵手柄后，当操 作人员松开手柄后，压实油缸能继续工作，直到相应的止点为止。 工作过程： 手柄向右扳动，控制阀在的位置，液压油进入压实油缸上腔，活塞回缩， (a) (b)(c) (d) 使压实油缸下降（同时带动清扫油缸下降） ，准备在清扫油缸工作完毕之后， 对垃圾进行二次压缩。 手柄向左扳动，控制阀在的位置，液压油进入压实油缸下腔，活塞伸 (a) (b)(c) (d) 出，使压实油缸上升（同时带动清扫油缸上升） ，压实垃圾（对垃圾进行二次 压缩） ，并最终将垃圾推入车厢。当垃圾被压入车厢后，由于推板液压油路的 背压阀有背压作用，将推板厢前推动一段距离。 3.23.2 选择液压缸选择液压缸 由于在推卸料时，推卸料油缸主要克服垃圾与底板和内壁产生的摩擦力， 因此，计算推力时，应考虑的垃圾与底板的摩擦力、垃圾内壁的摩擦力等因素。 由于在卸料开始时刻所需卸料油缸液压推杆推力最大，而此时卸料油缸推杆又 处于最不发力位置，因此，在分析推料油缸和推板的受力时，应求出其在卸料 开始时刻时的受力情况，并以此为依据，进行相关的计算，选择推卸料油缸、 压实油缸初始尺寸59。 3.2.1 液压缸的设计计算液压缸的设计计算 垃圾与底板的摩擦力 根据有关材料，非金属的静摩擦系数大致如表 3-1： 垃圾车推卸料机构及其受力情况如图 3-1、图 3-2 所示，取垃圾与钢板的 静摩擦系数 00.4。现求最佳 角和最小 F 值。 表 3-1 摩擦系数表 摩擦副材料 静摩擦系数（0） 石金属0.30.4 木金属0.6（干） ；0.2（湿） 土土0.10.25 石土0.5（干） ；0.3（湿） 木石0.4 木木0.20.5 车厢轮廓 推板 四级油缸 0N mg N F1 0 1 2 0 1 图 3-8 推卸料机构示意图 图 3-9 推卸料受力分析图 根据受力平衡条件有： 0sin 0cos 1 01 mgFN NF 解得： （3-0)sin(cos01FmgF 3） 于是： （3- sincos0 0 1 mg F 4） 显然，当为最大值时，F1的值最小。为此，用数学方法构造一sincos 0 个三角形，来求得最佳值，其配方如图 3-3： 图 3-10 摩擦系数配方图 （3-1） （3-2） （3- )cos(1 )sinsincos(cos1 )sin 1 cos 1 1 (1sincos 2 0 2 0 2 0 0 2 0 2 0 0 5） 显然，当 时，获得最大值。1)cos( 此时： （3-6） 2 0 0 2 0 0 0 0 1 1)cos(1 sincos mgmgmg F 又： ,tan 0 故： ,tan 0 所以： （3-7） 0 arctan 由 00.4 可得： （3-8） 84214 . 0arctanarctan 0 0 故当只计算垃圾与底板的摩擦时，需要的最小推力为： （3-9） 8421sin8421cos 4 . 0 sincos 00 0 0 1 mgmg F 垃圾与车厢左、右侧壁和上壁的摩擦力 斜置的推板受力情况如图 3-4 所示，推板通过 A 处的导槽和 B 点的导轮支 持，可在车厢侧围上滑动。若车厢的长、宽、高分别为 a、b、h，车厢内受挤 压的垃圾产生的压强为 p。 AF1cos L h F W1 F2 W2 B 图 3-11 推板受力图 卸料过程中，压缩的垃圾在车厢左、右侧壁和上壁产生的摩擦阻力 F2为： （3-10） )2()2(2bhfpafpbahaF 式中：垃圾与车厢壁之间的静摩擦系数；f 受挤压的垃圾产生的压强。p 所需要推卸料油缸的最小力 由上述 1、2 知，推料油缸所需要的最小力为： （3- 11） 压实油缸推力计算 在车厢即将装满时，所需要的压实油缸的压实力的水平分量最大，因此， 压实油缸的选择应以在车厢即将装满时为设计依据。可以认为，此时压实油缸 压实力的水平分量满足大于或等于推卸料油缸在卸料开始时刻的推力的水平分 量，就可以将垃圾完全地压进车厢，达到设计要求。 cos 2 1 F FF XZ5110ZYS 型后装压缩式垃圾车初始设计参数14： 1）推料板的倾角为：； 0 73 2）车厢有效的长、宽、高： ； 169521603212mmmmhba 3）垃圾与车厢左、右侧壁和上壁的摩擦系数取为：； 1 . 0f 4）推板自重：；NW28561 5）装载质量：；KgmgG5500 6）卸料推板尺寸：；mmmmS16952160 7）受挤压的垃圾产生的压强：由于装填机构将垃圾压入以及推卸料机构p 驱动推板将垃圾推出时，垃圾的密度的不确定性，因此，垃圾在传递压实力和 推力时既不是固体传递，也不是液体传递，在长度方向上垃圾与车厢左、右侧 壁和上壁产生的摩擦力也不相等，鉴于此，根据相关文献，取=11503N/m2；p 8）由上述 7）的分析以及表 3-1，取垃圾与车厢左、右侧壁和上壁的摩擦系 数为： ；1 . 0f 于是： N bhapfmgF FF 40523 8421cos )160 . 2 695. 12(1 . 011503212 . 3 8421sin4 . 08421cos 8 . 955004 . 0 cos )2( sincoscos 000 0 02 1 由于此时清扫油缸压力固定，因此在压实油缸动作时，可以把清扫油缸与清 扫板视为一个刚体。显然，此时压实油缸推杆的推力的水平分量应大于等于cF 推板卸料油缸推杆推力的水平分量，即： coscosFFC 从而求得： （3- cos cosF Fc 12） 式中为装填角，当确定以后，就可以根据式 1-12 计算出的值。 c F 3.2.23.2.2 选择推板液压缸选择推板液压缸 XZ5110ZYS 型后装压缩式垃圾车采用东风 EQ1116G18D 型二类底盘，配套 6105QA7 型柴油发动机，为液压系统的提供最大工作压力为 14Mpa，推板液压 缸总行程为 3210mm 1618 初选液压缸为 4TG-C180*3210（其中缸径分别为 140，115，90，63。行程 分别为 750，785，820，855） 140 44 2 PdFN 562 1005 . 2 95 . 0 1410 取垃圾与钢板的摩擦系数为，假定垃圾对车厢的压力分布为线性，则7 . 0 f 摩擦力 F=0.7N lfG r377308 . 95500 F 推出力在起始水平分力为 F，远大于 F 摩擦阻NF 5 1 1023 . 1 53cos r 力。第二节油缸开始工作时，已卸去 1/3 的垃圾了，而第二节油缸的水平作用 分力也大于 F 摩擦力，故这油缸足够。 r 3.2.3 选择压实液压缸选择压实液压缸 由第二章分析可知，一般取，据式（312） 45 所以N F Fc67279 45cos 48.21cos40523 cos cos 对于单活塞杆液压缸，液压缸的有效工作面积按下式计算： 23 6 2 10223 . 5 92 . 0 1014 67279 ; ; ; m p F A pap NF mA p F A m m m 机械效率 液压缸的工作压力， ；液压缸的推力， ，液压缸的有效工作面积式中： )(80 4 4 2 mm A d Ad 所以 根据新编液压工程手册（下册） 表 23.410DG 型车辆用液压缸性能参 数可知： 压实油缸选用 DG-JB80C 杆径为 45mm 其无杆侧面积为. 22 36.34,27.50cmcm有杆侧面积为 由于清扫油缸与举升缸的强度受力远远要比压实油缸低，为了垃圾车的经济性, 可靠性及实用性，清扫油缸和举升油缸都选用 DG-JB80C 3.33.3 选择液压元件选择液压元件 3.3.13.3.1 选择液压泵选择液压泵 对于伸缩式油缸，其各级的运动速度与有效的工作面积成反比，即 A （3- 332211 VAVAV 13） 故其流量为 )/(1085 . 2 )9 . 045/(1075010140 4 / 34362 smtLAVAq viivii .45; ; 3 sst ml s m V mA i v i i 一般推卸垃圾时间为总的动作时间， 某一级缸的行程， 容积效率； 度，某一级液压缸的运动速 某一级液压缸的面积，式中： 由于是简单的回路，故qq)3 . 11 . 1 ( max 取)/(1013 . 3 101 . 185 . 2 1 . 1 344 max smqq 根据系统所需流量和初选的齿轮泵的转速计算排量，由于泵直接取力于汽 车发动机，故其转速为 25003000r/m r ml nqvV vg 35 . 8 6010 9 . 02500 1013 . 3 1000 )/(1000 34 1 其中 9 . 0, min , min 1 为容积效率，一般取单位是单位是 vv r n L q 齿轮泵的排量，转速和工作压力确定以后，可以根据下式计算确定以后， 确定驱动功率 （3 )(89 . 5 85 . 0 1 . 013 . 3 16 85 . 0 60 60101013 . 3 16 60 85 . 0 ) min ( ) )( 60 34 kw pq P l q Mpap kw pq P t v v v t v 左右。总效率，可在 工作压力（式中 14） 由以上的数据，根据新编液压工程手册 （上册）表 13.55-33 齿轮泵 的性能可知 选用10 C FCB 。驱动功率为 总效率为容积效率为（允许用户长期使用）最高转速为 额定转速为最高压力为额定压力其中理论排量为 kw r r MpaMpa r ml 4 . 6 ;81 . 0 ; 9 . 0; min 2500 , min 2000;20,1610 3.3.23.3.2 选择阀类元件及辅助元件选择阀类元件及辅助元件 根据阀类元件及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实 际流量，可选出这些液压元件的型号及规格见表 3-2。 表 3-2 元件的型号及规格 序 号 元件名称 估计通过量 /（Lmin- 1） 额定流量 /（Lmin- 1） 额定压力 /（MPa） 额定压降 /（Mpa） 型号、规格 1齿轮泵 18.8716 CBFe10 Vp=10ml/r 2 三位四通换 向阀 （自动） 17.180160.54WG6EAG24 3 三位四通换 向阀 （手动） 17.135160.5 DMG01 3DE 4液流阀24016YCG10F 5平衡阀 0.61 4014RBG03 6 滤油器1940160.02 ZU100X10S 7 可调节流阀17.140160.2MK8G 8液控单向阀17.140160.2SV10GB 3.33.3 液压系统故障分析液压系统故障分析 后装压缩式垃圾车产品的液压系统的高故障率已经成为了该产品的致命伤,提 高产品的可靠性,首当其冲地要解决这个问题7。在液压系统中,故障又大多表 现为卡阀,所以又可以说更为突出的是要解决阀的问题。后装压缩式垃圾车具 有实现基本运动的四组油缸,分别用四个主换向阀来控制。要减少甚至避免卡 阀,提高油液的清洁度固然是必要的,但是在垃圾车的使用条件下, 油液很难保 证任何时候都不受污染。在这种情况下,解决问题的思路有两条:一是提高换向 阀阀芯的换向力来克服卡阻,二是一旦发生了卡阀的现象时用手柄操作来排除 故障。 在后装压缩式垃圾车上,一般用作换向阀的是电磁阀或电液阀。出于上述 思路,第一,应采用多路阀；第二,用气缸驱动液压阀换向。就是说,在标准多路 阀的每一单元上加装汽车缸驱动装置,经过这样改装, 液压阀芯的换向力可达 上千牛顿,保证了换向可靠。这一点已在长期使用中得到证实.这个阀其实成了 一个手动-气动两用多路阀。 手动操作的功能不仅可以用来排除阀本身引起的故障,也可以用来排除其 他原因造成的故障和处理事故,还给安装,调试和维修工作提供了方便。可靠性 大大提高。 垃圾车工作环境恶劣，垃圾中的各种污染物从各种途径侵蚀液压系统，影 响液压系统的工作。由于滤油器效果不佳，常出现平衡阀堵塞，回油管损坏现 象，使液压系统无力，不能正常工作的现象。由于液压介质污染使液压系统元 件磨损加剧，使用寿命缩短更是经常存在的问题，为此应加装两级滤清装置。 液压系统使用环境恶劣，液压介质的污染物除其系统制造安装时带进的污 染物，运行时装置内产生的污染物外，主要还有装置露出部分浸入的垃圾中的 各种成分。 液压介质污染物主要可分为以下几类： (1)制造安装或维修时带进的污染物：金属粉粒，锈屑，涂料片，密封材 料，纤维，其它液体； (2)从装置露出部分如液压缸进入的污染物：灰尘，垃圾颗粒，水，液体溶 液和纤维； (3)装置内产生的污染物：金属粉粒，锈屑，油变物质，密封材料。 液压系统的污染控制贯穿于液压系统的设计、制