毕业设计论文-带压缩机构的废弃物回收箱设计.doc

编号：_毕业论文（设计）题目 带压缩机构的废弃物回收箱设计院 （系） 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 学生姓名 王洋 成 绩 指导教师 徐昌贵 （职称） 副教授 2009年6月摘要生活垃圾的收运、处理是一个巨大的系统工程，涉及到从垃圾产生地的收集一直到垃圾的处理方法和垃圾消纳的全过程。为实现垃圾的减容运输，提高运输的效率，解决垃圾在中转站到填埋场的运输过程中对环境的再污染问题，更为有效地利用回收箱容量，进行垃圾的压缩是必要的。目前我国市场上有几种可压缩垃圾体积的垃圾桶，在国外也有一些大型垃圾压缩处理装置，压缩技术正在发展起来，不同的压缩方案渐渐成型。为实现垃圾的减容运输，提高运输的效率，解决垃圾在中转站到填埋场的运输过程中对环境的再污染问题，更为有效地利用目前的填埋容量。延长填埋场的使用年限，进行垃圾的压缩是必要的。垃圾压缩的意义主要在于实现垃圾的减容运输和处置，提高设备的使用率，减少运输过程中的消耗。蓬松的垃圾水分含量较高，一般为40%，有时甚至高达60%，而且空隙率大，有压缩的余地。其实质是将填埋场的推土机压实提前到中转站用压缩设备完成，从而优化整个的处置工艺。关键词：回收箱，垃圾收集桶，压缩，打包，舵机Abstract The home scrap receives transports, processing is a huge systems engineering, involves to has the entire process which from trash the place collection yizhi dao trashs processing method and trash take. In order to realize trash to reduce allows to transport, raises transportations efficiency, solution trash to fills in the stopover station buries the field in the transportation process to the environment again contamination concern, uses the recycling tankage effectively, carries on trash the compression is necessary. At present in our country market has several kinds to be possible to reduce trash volume the trash can, in overseas also has some large-scale trash compression treating plant, the compress technique is developing, the different compression plan takes shape gradually. In order to realize trash to reduce allows to transport, raises transportations efficiency, solution trash to fills in the stopover station buries the field in the transportation process to the environment again contamination concern, uses effectively present fills in buries the capacity. The extension fills in buries the field the service life, carries on trash the compression is necessary. Trash compressions significance mainly lies in realizes trash to reduce allows to transport and handling, raises equipments utilization ratio, reduces in the transportation process the consumption. The fluffy trash moisture content is high, generally is 40%, sometimes even reaches as high as 60%, moreover the percentage of voids is big, has the compression leeway. Its essence is fills in buries the field the bulldozer compaction to arrive the stopover station with to compress ahead of time the equipment to complete, thus optimizes the entire handling craft.Keywords: recycles box; trash gathering tank; compression; pack; servo目录摘要 (中文) 1摘要 (英文) 2第1章 前言 1第2章 文献综述 2 2.1 城市垃圾现状2 2.2垃圾处理技术现状及存在的问题 2 2.3 改进回收箱的必要性 4 2.4 垃圾的压缩5 2.5 压缩打包 5 2.6 创新与相关理论6 2.7 文献综述总结6第3章 回收箱压缩部分的总体设计8 3.1回收箱的简介8 3.2 设计要求8 3.3 确定基本布局8 3.4 压缩装置基本布局9第4章 回收箱压缩功能设计10 4.1 压缩功能分析10 4.2 未来发展功能11第5章 运动方案的确定12 5.1 确定运动方案的原则及注意事项12 5.2 运动方案12 5.3运动方案比较13 5.4 回收箱体设计13 5.5 回收箱桶设计14第6章 压缩传动方案设计15 6.1动力选择15 6.2 运动控制15 6.3 传动方式选择15第7章 压缩装置的计算 17 7.1 确定电机功率17 7.2 舵机选用17 7.3 压缩机构传动齿轮的强度校核19 7.4 压缩机构上危险轴的校核22 7.5压缩机构的压板最大压力计算25第8章 技术经济分析30第9章 结束语31参考文献 32谢辞 33后记 34附录 35第1章 前言垃圾是人类生活的产物，随着经济的发展和物质消费的日趋现代化，城市生活垃圾逐年增多，成为大量废弃物的主要组成部分。城市垃圾已成为严重的社会问题，迫在眉睫，亟待解决。全国400多座大城市中，有很多城市存在“垃圾围城城欲摧”的局面。目前，垃圾问题已成为世界性课题，多年来，世界各地的环保工作者经过不断探索和研究，确定了实现城市垃圾无害化、减量化、资源化的三大目标，并已形成了填埋、焚烧、堆肥、综合处理等几种主要的处理方法。由此可见，只有寻求一种既经济有效、又无二次污染的解决方案才是真正可行。下面分析、比较了现阶段垃圾处理技术，探讨了以垃圾压缩解决各种问题的可行性。我研究设计的带压缩功能的废弃物回收箱适用于各种场合，现在的回收箱一般都不具有压宿功能，回收箱空间利用率比较低，如果在回收箱内加入一种压宿装置，就能大大提高回收箱的效率，并且垃圾在运输的过程中不易散发臭喂，很好的制止了二次污染。垃圾的压缩打包一般在垃圾中转站进行。我们的设想是将这一过程在回收箱内完成，可以实现垃圾的高效、无污染运输和处理。此外，本回收箱还应具有新颖可爱的外观形象，能达到吸引人的目的，同时能增添整体环境的艺术美感，与人们追求多姿多彩的生活心理相适应。故外观的设计也是我毕业设计一项内容。第2章 文献综述2.1 城市垃圾现状随着城市规模的扩大和城市化进程的加速，中国城镇垃圾的产生量和堆积量均在逐年增加。8O年代，全国工业固体废物的产生量增长幅度较大，但在进入90年代后，其增长速度略有减缓，1991年和1995年，工业固体废物年产生量分别为5.88亿吨和6.45亿吨，但同期城镇生活垃圾量却在以10左右的年增长率递增。到1995年，中国城市总数已达640座，垃圾清运量达10750万吨。城镇垃圾的增长和构成的变化，主要取决于城镇人口的增长、居民消费水平、消费结构的变化以及煤气普及率的提高、净菜上市和包装食品增加等因素。中国垃圾处理历史数据（资料来源：中国统计年鉴，1996）同时居民生活水平和消费结构的改变不仅影响城市垃圾的产量，也影响着城市垃圾的成分。尤其是近十年来，随着改革开放的进一步深化，居民收人不断增加，人民的生活水平不断提高，包装产品的消费，以及废纸、塑料、玻璃、金属、织物等可回收物的消费不断增加。2.2 垃圾处理基本流程垃圾处理基本流程如下图：图2-1垃圾处理流程图治理城镇垃圾是一个系统工程，包括垃圾的收集、运输、转运、处理及资源利用等环节。目前中国采用的垃圾处理场与资源化技术同世界其他国家一样，主要采用卫生填埋、堆肥、焚烧等方法，其中大部分城市垃圾采用堆放、简易填埋处理，卫生填埋、机械化堆肥、焚烧处理也有部分应用。表1说明中国城市生活垃圾处理方式（1995年），主要有垃圾制建筑材料（砖）和综合利用等。处理量所占比例（）堆放及简易处理卫生填埋高温堆肥焚烧其他处理方式*2325205107370952000183278.9517.342.410.680.62合计294520100表2-1垃圾处理量2.2垃圾处理技术现状及存在的问题2.2.1垃圾处理技术现状 中国垃圾处理起步较晚，垃圾无害化处理能力较低，曾出现垃圾包围城市的严重局面。近年来，中国环境卫生行业有了较大的发展，使城镇垃圾处理水平提高，垃圾包围城市的现象有所缓解。据1994年统计，全国城市共有环卫职工约38万人，拥有各种环卫机械约34400辆，垃圾处理率达35.8，建成无害化处理场609座，垃圾的无害化处理能力和处理率近几年来增长十分显著。中国主要城市都建立了环境卫生科研机构，开展了城市垃圾处理技术、设备的研究工作。“八五”期间国家即拨款近千万元、 贷款数千万元用于开展城市垃圾堆肥、填埋、焚烧及资源化利用的科研、开发和示范项目的建设。1. 垃圾焚烧技术焚烧处理技术是实现垃圾无害化、减量化、资源化的较好的途径。通过焚烧可以使可燃性垃圾氧化分解，达到减少容积。去除毒性，回收能量以及副产品的目的。然而，我国中等以上城市的垃圾低位热值一般在25124605kJkg范围内，国内大中城市和经济发达地区还不完全具备焚烧处理垃圾的条件。而一些中小城市尚不具备该条件。又因垃圾焚烧过程中产生的二恶英等有害气体，能引发癌症、皮肤病和生殖障碍，对烟气的处理成本高，同时造成了黑色金属等可资源化有价物的浪费，焚烧处理对垃圾的热值要求高，而我国垃圾有机物含量低，水份含量高，降低了其焚烧价值。所以现今在全国范围内很难进行大范围的推广和应用。2. 垃圾堆肥技术城市垃圾中含有许多的有机物，有机垃圾堆肥后可作为肥料和土壤改良剂施用于农田。这不仅解决了环境污染和垃圾无害化问题，也为农业生产提供了有用物质，从而维持了自然界的良性循环。3. 卫生填埋技术卫生填埋是一种垃圾的最终处理方法，其实质是将垃圾铺成有一定厚度的薄层，加以压实，并覆盖土壤。但是，防渗漏处理必须格外小心，并且需要长期严格的安全、环保管理，形成垃圾土壤垃圾压层，最后用0.5以上的土壤层封闭后绿化。由于其工艺简单，投资较少，在国内外得到了广泛采用，也是我国目前主要的垃圾处理方法。2.2.2 存在的问题以上的垃圾处理技术，主要存在以下几个方面的问题： 垃圾焚烧技术的应用取决于热值和燃烧气的控制。并且燃烧过程中会排放大量废气，造成二次污染；产出毒性很大并有致癌作用的“二恶英”，这一现象已引起国际社会的高度重视，西方发达国家已在有计划地关闭垃圾焚烧炉。如果处理不当就会造成经济负担和二次空气污染。 垃圾堆肥技术其缺点是工程投资大、生产的肥料肥效低、销售困难；这项技术目前仍然是处理成本最为低廉和对垃圾资源化处理的技术措施之一， 但堆肥过程中有机物的分解很难完全，无害化难彻底，堆肥时间长，占地面积大，有机肥的肥效较化肥低，有机肥的推广也较困难。 卫生填埋技术其缺点是占地面积大、易污染大气和地下水、渗漏水处理难度大；但是这项技术是处理城市垃圾的最终手段。2.3 改进回收箱的必要性虽然北京总体环境得到了明显好转，但是仍有一些小的地方确被人们忽视了，所以我们经常会看到垃圾桶里只有一半垃圾，但桶边却堆满垃圾，在其附近也经常看到一些回不了家的垃圾，就连迎接世界友人的天安门广场，也能看到不少垃圾。通过各种环保资料宣传，发现现存垃圾桶的利用率并不高，人们经常会看到一些回不了家的垃圾，而垃圾桶却都吃不饱，更谈不上分类投放回收利用了。在一些公共场合，虽然到处都有垃圾桶，但由于陈旧无新意，由此可知，大家正确投放垃圾的环保意识亟待提高，同时新型垃圾桶的设计问题摆在了工程设计人员面前。2.4 垃圾的压缩根据我国城市垃圾的现状:城市垃圾中无机成分多于有机成分；不可燃成分多于可燃成份；不可堆肥成分多于可堆肥成分。按垃圾成分大致有如下比例：炉灰、灰土等无机成分约占56%，菜皮及其他食物垃圾约占36%，纸类、织物类、金属、塑料等不到10%。所以采用卫生填埋技术处理城市垃圾才是最终手段，其缺点占地面积大、易污染大气和地下水可以通过对垃圾的压缩打包来弥补。对城市垃圾的处理，通过收集车直接将垃圾运至填埋场，此时垃圾的压缩对垃圾运输有着重要的意义，不仅提高了垃圾运输车的转载率，就修建垃圾压缩站和压缩的运行成本与其他垃圾处理技术相比变的更加经济。随着城市的发展、垃圾量的剧增，人们逐渐重视垃圾的压缩，逐渐意识到垃圾压缩的环境和经济效益。国外已经开发出多种垃圾压缩形式，如中密度和高密度压缩打包，集装箱压缩运输等，并且也有多年的运行管理经验。垃圾压缩的意义主要在于实现垃圾的减容运输和处置，提高设备的使用率，减少运输过程中的消耗。蓬松的垃圾水分含量较高，一般为40%，有时甚至高达60%，而且空隙率大，有压缩的余地。其实质是将填埋场的推土机压实提前到中转站用压缩设备完成，从而优化整个的处置工艺。2.5 压缩打包 垃圾的压缩打包一般在垃圾中转站进行。从收集车运至中转站的垃圾，进压缩打包设备进行压实，形成包裹后进行转运，包裹可以分为自成型包裹和加包装的捆扎式包裹，前者对垃圾性质的要求较高，如垃圾的成分、粒径、含水率等，以保证有足够的粘结力粘结成型。目前国内的垃圾未经严格的分类，各种垃圾混在一起，很难形成自成型的包裹。捆扎式的包裹需要有相应的捆扎设备，较适合目前国内的垃圾状况。蓬松的垃圾密度为0.5t/m3左右，经压缩打包，垃圾的密度可以达到1t/ m3，考虑大包裹在运输过程膨胀，其密度保持在0.9t/ m3左右。垃圾中水分被挤压出来，密实度增加，体积缩小，不仅给运输而且给填埋操作带来极大的方便。其优点主要体现在以下几个方面： 增加垃圾车的运输效率.由于垃圾经压缩后体积减少，密度增大，可以更为有效的利用垃圾车的容量.若采用散装运输，10t的垃圾车只能装运5t的垃圾，压缩打包后可以充分利用10t的运输能力.提高运输效率，其经济效益是明显的.目前， 就国内首座垃圾压缩转运站北京市第四清洁车辆场大屯垃圾转运站，单班设计处理能力每天平均转运垃圾1500吨从中转站运送1t垃圾到填埋场的成本是30元左右，若按增加运输效率30%计，在同样车次的情况下，可节约运输成本30%，1年下来可节约近500万元。 同样，压缩打包也提高了填埋场的容积利用率。散装的垃圾经推铺压实后密度可以达到0.7t/ m3，但散装的垃圾经压缩处理后的密度高，经膨胀后可以达到0.9t/ m3，因此可填埋更多的垃圾，延长填埋场的使用年限。 垃圾填埋的操作更加简便，垃圾只需以适当的形式堆放到垃圾填埋场，而勿需推出机推铺、压实作业，一个堆放单元只需一台推土机将两排垃圾块推紧，不留下空隙。 减少了填埋场火灾的可能性及苍蝇的滋生，从而减少困扰填埋场操作人员、管理者以及周边环境卫生问题，节约大笔卫生处理上的支出。 此法的建设和运行费用比较底（仅是堆肥的30%，焚烧的10%），而且操作简单。而且勿需经更多、更复杂的处理手段就可以可以避免垃圾在运输过程中的“跑、撒、滴、漏”对环境造成二次污染。当然，垃圾的压缩打包亦有不足之处。主要表现在增加了压缩打包设备的费用。但设备费用的增加完全可以从采用压缩打包后所节约的费用中得到弥补。2.6 创新与相关理论2.6.1 创新定义创新从最通俗的意义上讲就是创造性地发现问题和创造性地解决问题的过程，创新也指新的可行解或概念，该解或概念与已有的解或概念相比应具有明显的竞争优势。为此，创新需要打破思维定势、跨领域综合运用各学科知识解决问题，需要为工程师从事产品创新提供可操作性的方法，给出解决问题的原理和方向。2.6.2 产品设计在产品创新中的地位产品创新是制造业在市场竞争中取胜的关键。如果把产品设计分为产品定义、概念设计、技术设计及详细设计几个阶段，而概念设计则是与创新紧密相关的一个阶段，是产品开发过程中最重要的环节之一，是制造业的灵魂。产品的功能、造型、结构、质量、成本以及可制造性、可维修性、报废后的处理以及人-机(产品)- 环境关系等等，原则上都是在产品的设计阶段确定的。据统计，产品生命周期成本的80%90%是由设计阶段最早的10%20%环节决定的。产品创新设计 的能力已成为决定企业乃至国家在全球化竞争中地位的首要因素。2.6.3 创新理论相对于传统的创新方法，比如试错法、头脑风暴法等，TRIZ理论具有鲜明的特点和优势。它成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，着力于澄清和强调系统中存在的矛盾，而不是逃避矛盾；它的最终目标是完全解决矛盾，获得最终的理想解，而不是采取折衷或者妥协的做法；它基于技术的发展演化规律研究整个设计与开发过程，而不再是随机的行为。2.7 文献综述总结通过文献的阅读，我更加清楚地了解到目前我国垃圾现状和垃圾处理处理的一般方法，明确垃圾分类必须从收集垃圾的源头开始，从而加深对自己毕设课题任务的理解。同时我也知道创新对一个国家的重要性，在机械设计制造行业也十分重要，因为装备制造业是我国工业的支柱产业，但它还存在着产品老化、技术创新能力不足等情况，关键是缺乏快速响应市场的新产品开发及制造技术创新的能力，迫切需要获得新产品开发技术的支持。生活垃圾的收运、处理是一个巨大的系统工程，涉及到从垃圾产生地的收集一直到垃圾的处理方法和垃圾消纳的全过程。为实现垃圾的减容运输，提高运输的效率，解决垃圾在中转站到填埋场的运输过程中对环境的再污染问题，更为有效地利用目前的填埋容量。延长填埋场的使用年限，进行垃圾的压缩是必要的。比较垃圾的压缩打包和垃圾的其他运输方式，垃圾压缩打包对目前的垃圾收运、处理系统的改变较少。因此，推荐采用垃圾压缩打包系统，对现有的垃圾转运站进行改进，只需添置相关设备，就可以实现垃圾的高效、无污染运输和处理。第3章 带压缩机构回收箱的总体设计3.1 废弃物回收箱的简介经过市场调研后，我们设计的这款废弃物回收箱适用在大型公共场合，如天安门广场，大型平地型公园，公共运动场所等。这种公共场合不同于居民社区，其收容的垃圾种类相对较为单一，多为饮料瓶和一些纸类，烟头等固体废弃物品，这样垃圾比较容易分类和回收。所以根据这种地域性使用特点，我们要设计的这款垃圾桶主要是要能够满足移动的要求，目的是使垃圾桶的放置不会破坏公共场所本来自然的艺术美感，同时也要秉承以人为本的设计理念，注意与公共环境的搭配和人文色彩的调和。力求与多变的公共场所规划相统一，并与人们追求生活多姿的心理相适应。同时要考虑分类要求，因为垃圾是放错了地方的财富。根据使用场合的情况，我们认为收集的垃圾比较科学的应该被划分为三类，分别是可回收物、有害垃圾和其他垃圾。其次要注意垃圾桶的外观设计，这种设计要综合考虑使用环境的整体艺术美感和人们的审美观念。只要这三部分得到有机的结合，在满足功能的同时，再添加一些人文色彩，这个垃圾桶一定会受人们的青睐。所以，这款产品将是科技与人文结合的产物，是社会物质与文明进步的标志。3.2 设计要求设计任务中要实现的动作：下压和收缩。当然也不能一直下压和收缩，要按照程序执行，每次下压的深度要根据回收箱桶内的垃圾量确定下压深度。压缩时应注意下列问题：(1) 压缩要有力，不会出现垃圾蓬松而压不下去的情况；(2) 要实现下压速度适当，收缩迅速；（3）压缩能够流畅，压缩充分，同时不影响投垃圾；（4）当压缩到底不能再压时，机构能打滑，不致使机构损坏；(5) 下压时外观要新颖，能吸引想投放垃圾人群的注意力。（6）压板与回收箱桶内壁间隙适当，防止损坏桶内环保袋。3.3确定基本布局根据回收箱的压缩功能和实际回收箱的应用性的要求，整个回收箱的体积被设定为长1150mm，宽650mm，高1000mm的长方体，上盖的高度为350mm,即压缩装置收紧后高度在350mm左右。回收箱被对称的放在两侧，驱动装置放在回收箱的底部，压缩装置放在回收箱的顶部。当压缩装置收紧的时候，上盖和回收箱桶身之间形成投掷垃圾的通道。当感应装置得到信号时，压缩装置启动，伸杆弹出，带着压板进行压缩功能，将垃圾进行挤压。见图3-1：图3-1回收箱总体布局示意图3.4 压缩装置基本布局 压缩装置被设置在回收箱顶部的空余位置，充分利用上盖的空间。压缩装置的导轨被对称放在上盖的两侧，滑块和滑杆儿，按照预算的行程进行安装。传动齿轮被放在整个上盖的中心即滑道的中心。滑线绕过中心齿轮与滑块连接。当舵机得到信号时，带动齿轮进行压缩传动。见图3-2图3-2回收箱压缩装置布局示意图第4章 回收箱压缩功能设计4.1 压缩功能分析4.1.1 压缩功能现在的回收箱一般都不具有压宿功能，回收箱空间利用率比较低，如果在回收箱内加入一种压宿装置，就能大大提高回收箱的效率，并且垃圾在运输的过程中不易散发臭味，很好的制止了二次污染。为实现垃圾的减容运输，提高运输的效率，解决垃圾在中转站到填埋场的运输过程中对环境的再污染问题，更为有效地利用目前的填埋容量。延长填埋场的使用年限，进行垃圾的压缩是必要的。垃圾压缩的意义主要在于实现垃圾的减容运输和处置，提高设备的使用率，减少运输过程中的消耗。蓬松的垃圾水分含量较高，一般为40%，有时甚至高达60%，而且空隙率大，有压缩的余地。其实质是将填埋场的推土机压实提前到中转站用压缩设备完成，从而优化整个的处置工艺。垃圾的压缩打包一般在垃圾中转站进行。我们的设想是将这一过程在回收箱内完成，可以实现垃圾的高效、无污染运输和处理。4.1.2分类功能垃圾分类就是将垃圾分类投放，并通过分类的清运和回收使之重新变成资源。根据我国城市垃圾的现状:城市垃圾中无机成分多于有机成分;不可燃成分多于可燃成份;不可堆肥成分多于可堆肥成分。按垃圾成分大致有如下比例：炉灰、灰土等无机成分约占56%，菜皮及其他食物垃圾约占36%，纸类、织物类、金属、塑料等不到10%。垃圾筛选的意义主要在于实现垃圾分类堆放，对下一步进行垃圾处理有着非常重要的意义。4.1.3回收箱桶外观回收箱桶的设计要和压缩装置相匹配，压板要能够压入回收箱桶内，而不发生碰壁现象，回收箱桶要便于取卸，便于清洗。因此，智能移动回收箱还具有新颖可爱的外观形象，能达到吸引人的目的。回收箱桶采用可拆卸式，箱体内套有环保塑料袋，便于清洗，取放垃圾也比较方便。回收箱箱体外表面可贴一些爱护环境的宣传画。既能能增添整体环境的艺术美感，同时与人们追求多姿多彩的生活心理相适应。4.2 未来发展功能 随着技术的发展和科技的成熟，废弃物回收箱可以变得更加的智能。那个时候，它可以智能移动，自行收集街上的垃圾；还可以增添问讯的功能，回答路人的问题；在需要的时候还可以配置显示屏，显示地图等视觉信息；在回收箱的顶部还可以安装摄像头等监控信息使它成为一个义务的文明监督员；在通身上还可以安装一个快捷报警系统，当需要的时候以最快的速度和警察联系。时代的进步一定可以使本产品功能更加完善。第5章 运动方案的确定5.1确定运动方案的原则及注意事项机械运动方案取决于机械的工作原理。完成同一生产任务的机器，可以有多种工作原理和运动方案，而同一种方案，又可以有不同的参数组合，设计者应根据具体要求发挥自己创造能力，设计出效率高，工作可靠，成本低的运动方案。图5-1 自动压缩门原理的压缩机构5.2 运动方案根据现阶段城市垃圾处理的几种方法，从技术上和可操作性上探讨城市垃圾压缩处理的必要性，比较了垃圾的压缩打包与其它中转方式，我采用垃圾的压缩打包。初步设想两套方案。运行时,压缩系统通过操作控制系统运行,垃圾就变成了“压缩饼干”。以下详细详悉介绍三套方案：方案一：采用自动压缩门原理，电动机控制齿轮，齿轮带动在轨道上的齿条，在通过四杆机构实现底版下压。结构简图见图1。 图5-2 爪型下压装置方案二：采用螺旋机构。爪型下压，不工作时呈一字悬挂，节省空间；工作时，呈爪型张开下压。结构简图见图2。 方案三：对方案一进行了改进， 在回收箱箱盖的下侧设置挤压装置，箱中内壁设置连动装置，挤压装置具有基座，连动杆及压盘，基座中设置可横向移动的滑块。连动杆一端设于滑块，另一端设于压板上。连动装置接于动力源，实现压缩和收缩。具体结构见图4-3。图5-3 滑行压缩机构5.3运动方案比较机械运动方案取决于机械的工作原理。完成同一生产任务的机器，可以有多种工作原理和运动方案，而同一种方案，又可以有不同的参数组合，设计者应根据具体要求发挥自己创造能力，设计出效率高，工作可靠，成本低的运动方案。三种方案比较：方案一传动效率高，传动灵敏。缺点是在垃圾桶中占空间较大，工作易出停顿情况并且其零部件数量较多，总体重量大。方案二结构复杂，制造成本高，丢垃圾时会出现垃圾丢在压杆上的情况，不便采用。方案三结构简单，传动灵敏，造价低，总体重量轻，应用方便。既能灵活实现压缩功能，并且压缩效率得到了很大提高。确定最终方案：从以上三种传动方案的优缺点的比较之后，综合考虑得出结果，最后选定的传动方案为第三种传动方案。5.4 回收箱体设计回收箱桶被对称的放在两侧，压缩装置放在回收箱的顶部。当压缩装置收紧的时候，上盖和回收箱桶身之间形成投掷垃圾的通道。外箱包括上箱盖，上箱盖成T型，压缩系统位于箱盖上，箱盖中间放舵机作为动力，连接传动机构实现两边压板同时下压。5.5 回收箱桶设计 我设计了一种新型回收箱桶，回收箱桶可套垃圾袋，便于清理，易可防止二次污染。外箱采用半开式，便于回收箱桶的取放。设计的回收箱桶可挂在回收箱箱体两侧，便于取卸。回收箱桶本身也是可拆卸的，桶底很容易就可以取下，便于清洗死角，散发异味。桶内上内壁前有八片夹片，可以将环保袋固定在回收箱桶内，便于垃圾回收。垃圾装满后只要将环保袋取下来后套入新的环保袋可继续使用，不会使垃圾粘在回收箱桶内壁，更不会散发异味，起到很好的环保作用。第6章 压缩传动方案设计6.1动力选择由于该产品用于广场、博物馆、城市规划展示馆、城市的步行街、公园、大型集会等场合，且无固定电源，故可使用蓄电池或太阳能电池提供电能。原动机使用转矩较大的舵机。由于工作机一般都要靠原动机供给一定形式的能量才能工作。但是把原动机转速较高，不能满足执行件的工作要求，所以需要在二者之间加入传递运动力或改变运动状态的传动装置。传动装置是大多数机器或机组的主要组成部分。传动方案的拟定主要是选择传动类型，选择传动类型时应根据的主要指标是：效率高，外廓尺寸小，质量小，运动性能良好及符合生产条件（生产的可能性、预期的生产率及生产成本）等。实践证明，传动装置在整台机械的质量和成本中都占有很大的比例。机械的工作性能和运转费用很大的程度上决定于传动装置的优劣。综合以上理论，并根据垃圾桶的工作性能要求，即必须有适当的压缩速度的要求，所以在设计时必须重视并设计好传动这部分，以达到执行件压缩的工作要求。6.2 传动方式选择一般来说，啮合传动传递功率的能力高于摩擦传动;蜗杆传动工作时的发热情况较为严重，因而传递的功率不宜过大；摩擦轮传动由于必须具有足够的压紧力，故在传递同一圆周力时，其压轴力要比齿轮转动的大几倍，因而一般不宜用于大功率的传动；链传动和带传动为了增大传递功率的能力，必须增大链和带的截面面积或列数（根数），这就要受到载荷分布不均的限制；齿轮传动在较多的方面优于上述各种传动，因而应用也就最广。就传递效率而言，齿轮传动的传递效率较高，轴上的压力较小，质量和成本也不是很高，因此选择齿轮传动作为减速装置是一种较好的设计方案。下图为压缩传动机构示意图： 图 6-1 压缩传动机构示意图回收箱的上箱盖下侧设置压缩装置，桶身内壁设置连动装置，压缩装置具有基座，连动杆及压板，基座上设置可横向移动的滑块，连动杆一端枢设与滑块，另一端枢设与压板上，连动装置的起始部位连接舵机，终端部位连接挤压装置，当舵机给动力后，连动装置则带动挤压装置向下压缩垃圾。基座中设置两道平行的滑槽，滑槽末端设置滑轮，两滑槽中分别设置可横向位移的滑块，两滑块上设置框接板，且于压板上设置二组相对的枢接板，两根连动杆顶多分别枢设于两滑块之枢接板中。第7章 压缩装置的计算7.1 确定电机功率 1.初步定义各参数大概值滚动摩擦阻力系数 f=1.5,压板下压速度v=0.02m/s,压板上升速度v=0.06m/s。导轮直径D=24mm,压板的质量m=0.5kg,g=9.8m/s2 ,圆柱齿轮传动效率1=0.97，轴与转槽间效率2=0.90滑块行程是S=119.7mm,压板上下行程H=112mm,连杆长度L=120mm.2.初步选择电动机电动机是机械系统中最常用的动力机，与其他动力机相比，它具有较高的驱动效率，且其种类和型号较多，与工作机械连接方便，具有良好的调速，起动，制动和反向控制性能，易于实现远距离，自动化控制，工作时不污染环境，可满足大多数机械的工作要求。所以选择电动机作为该产品的原动机。压板上下速度不一样，所以不能使用一般的直流电机,可以选用可有程序控制的舵机，相应电源可选用蓄电池。驱动压缩装置舵机最大输出功率为:P出=fmgv=1.50.59.80.06=0.441W，所以可以选用功率较小的舵机。7.2 舵机选用7.2.1舵机结构舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的 IC判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值也会随之改变，藉由检测电阻值便可知转动的角度。一般的伺服马达是将细铜线缠绕在三极转子上，当电流流经线圈时便会产生磁场，与转子外围的磁铁产生排斥作用，进而产生转动的作用力。依据物理学原理，物体的转动惯量与质量成正比，因此要转动质量愈大的物体，所需的作用力也愈大。舵机为求转速快、耗电小，于是将细铜线缠绕成极薄的中空圆柱体，形成一个重量极轻的五极中空转子，并将磁铁置於圆柱体内，这就是无核心马达。 由此可见，舵机具有以下一些特点：体积紧凑，便于安装；输出力矩大，稳定性好；控制简单，便于和数字系统接口； 正是因为舵机有很多优点，所以，现在不仅仅应用在航模运动中，已经扩展到各种机电产品中来，在机器人控制中应用也越来越广泛。7.2.2工作原理控制电路板接受来自信号线的控制信号（具体信号待会再讲），控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。 舵机的基本结构是这样，但实现起来有很多种。例如电机就有有刷和无刷之分，齿轮有塑料和金属之分，输出轴有滑动和滚动之分，壳体有塑料和铝合金之分，速度有快速和慢速之分，体积有大中小三种之分等等，组合不同，价格也千差万别。例如，其中小舵机一般称作微舵，同种材料的条件下是中型的一倍多，金属齿轮是塑料齿轮的一倍多。需要根据需要选用不同类型。 7.2.3 选用舵机规格舵机的输入线共有三条，红色中间，是电源线，一边黑色的是地线，这辆根线给舵机提供最基本的能源保证，主要是电机的转动消耗。电源有两种规格，一是4.8V，一是6.0V，分别对应不同的转矩标准，即输出力矩不同，6.0V对应的要大一些，具体看应用条件；另外一根线是控制信号线，Futaba的一般为白色，JR的一般为桔黄色。另外要注意一点，SANWA的某些型号的舵机引线电源线在边上而不是中间，需要辨认。但记住红色为电源，黑色为地线，一般不会搞错。 厂商所提供的舵机规格资料，都会包含外形尺寸(mm)、扭力(kg-cm)、速度(秒/60)、测试电压(V)及重量(g)等基本资料。扭力的单位是 kg-cm，意思是在摆臂长度 1 公分处，能吊起几公斤重的物体。这就是力臂的观念，因此摆臂长度愈长，则扭力愈小。速度的单位是 sec/60，意思是舵机转动 60所需要的时间。 电压会直接影响舵机的性能，例如 Futaba S-9001 在 4.8V 时扭力为 3.9kg、速度为 0.22 秒，在 6.0V 时扭力为 5.2kg、速度为 0.18 秒。若无特别注明，JR 的舵机都是以 4.8V 为测试电压，Futaba则是以 6.0V 作为测试电压。所谓天下没有白吃的午餐，速度快、扭力大的舵机，除了价格贵，还会伴随著高耗电的特点。因此使用高级的舵机时，务必搭配高品质、高容量的镍镉电池，能提供稳定且充裕的电流，才可发挥舵机应有的性能。舵机的控制信号为周期是20ms的脉宽调制（PWM）信号，其中脉冲宽度从0.5ms-2.5ms，相对应舵盘的位置为0180度，呈线性变化。也就是说，给它提供一定的脉宽，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的对应的位置上。舵机内部有一个基准电路，产生周期20ms，宽度1.5ms的基准信号，有一个比较器，将外加信号与基准信号相比较，判断出方向和大小，从而产生电机的转动信号。由此可见，舵机是一种位置伺服的驱动器，转动范围不能超过180度，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的驱动当中。比方说机器人的关节、飞机的舵面等。 常见的舵机厂家有：日本的Futaba、JR、SANWA等，国产的有北京的新幻想、吉林的振华等。所以最终选用舵机型号MG995,能够满足使用要求。7.2.4 舵机控制舵机用单片机来控制，正是舵机的控制信号是一个脉宽调制信号，所以很方便和数字系统进行接口。只要能产生标准的控制信号的数字设备都可以用来控制舵机，比方PLC、单片机等。这里介绍利用51系列单片机产生舵机的控制信号来进行控制的方法，编程语言为C51。2051有两个16位的内部计数器，我们就用它来产生周期20 ms的脉冲信号，根据需要，改变输出脉宽。基本思路如下：晶振频率为12M，2051一个时钟周期为12个晶振周期，正好是1/1000 ms，计数器每隔1/1000 ms计一次数。以计数器1为例，先设定脉宽的初始值，程序中初始为1.5ms，在for循环中可以随时通过改变a值来改变，然后设定计数器计数初始值为a，并置输出p12为高位。当计数结束时，触发计数器溢出中断函数，就是void timer0(void) interrupt 1 using1 ，在子函数中，改变输出p12为反相（此时跳为低位），在用20000（代表20ms周期）减去高位用的时间a，就是本周期中低位的时间，c=20000-a，并设定此时的计数器初值为c，直到定时器再次产生溢出中断，重复上一过程。舵机控制程序见附录。 因为在脉冲信号的输出是靠定时器的溢出中断函数来处理，时间很短，因此在精度要求不高的场合可以忽略。因此如果忽略中断时间，从另一个角度来讲就是主程序和脉冲输出是并行的，因此，只需要在主程序中按你的要求改变a值，例如让a从500变化到2500，就可以让舵机从0度变化到180度。另外要记住一点，舵机的转动需要时间的，因此，程序中a值的变化不能太快，不然舵机跟不上程序。根据需要，选择合适的延时，用一个a递增循环，可以让舵机很流畅的转动，而不会产生像步进电机一样的脉动。7.3 压缩机构传动齿轮的强度校核1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1)选用直齿圆柱齿轮传动。（2)压缩机构为一般间歇性工作机器，速度不高，齿轮用7级精度即可。（3)所设计的齿轮可选用便于制造且价格便宜的材料。由机械设计表101选取：小齿轮材料为40Cr，HB1=280；大齿轮材料为45号钢，HB2240。HB1HB240，合适。（4)选取小齿轮齿数：z111；大齿轮齿数：Z2=35。齿面硬度HB350的闭式齿轮传动应按齿面接触疲劳强度条件设计，然后校核齿根弯曲疲劳强度，最后作齿轮的结构设计。2按齿面接触疲劳强度设计由强度计算公式总表查得设计公式为（1)确定公式内的各计算数值试选Kt13Tt=95.5105P1/n1=110 Nmm由1P201表107选取 d=0.5由1P198表10-6查得材料的弹性影响系数为ZE=189.8MPa由1P206表10-21按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限为lim1=600MPa , lim2=550 MPa.由10-13公式知 N=60njLh，由此计算应力循环次数：N1=1.752107 N2=N1/u=0.626107由图10-19查得接触疲劳强度KHN1=0.90 KHN2=0.95计算接触疲劳应力取失效概率为1%，安全系数S=11= KHN1lim1/S=0.9600/1=540 MPa. 2= KHN2lim2/S =0.95550=522.5 MPa（2)计算小齿轮分度圆直径d1t代入中较小的值=8.02mm计算圆周速度=0.039 ms（3）计算齿宽b0.58.