毕业设计（论文）-城市清洁运输车辆工作装置设计.doc

毕业设计城市清洁运输车辆工作装置设计机械工程系学生姓名： 学号： 机械设计制造及其自动化系 部： 专 业： 指导教师： 二一四年六月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 全套图纸加扣 3012250582 本人签名： 魏宝君 2014 年 6 月 15 日毕业设计任务书设计题目： 城市清洁运输车辆工作装置设计系部： 机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 学号：0学生： 专业负责人： 1. 设计的主要任务及目标1根据课题要求进行调查研究，确定主要的技术参数；2拟定总体方案，并进行论证；3后装压缩式垃圾车专用装置的主要部件分析与选择；4液压系统方案的拟定。2设计的基本要求和内容1. 提桶机构的结构设计以及受力分析；2毕业设计计算说明书一份；3清洁运输车辆工作原理图一份。3主要参考文献1陆凤仪，钟守炎.机械设计M.北京：机械工业出版社，2010，12.2吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册M.高等教育出版社，2006.5.3王知行等编著.机械CAD与仿真技术.哈尔滨工业大学出版社，2000.4机械设计手册(第2版).第二卷机械工业出版社，2000.4. 进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1进行调查研究，查阅资料，完成开题报告2014.03.032014.03.232初步拟定总体方案，总体方案论证确定2014.03.242014.04.123确定主要的技术参数，清洁运输车辆传动设计2014.04.132014.04.224进行pro/e三维仿真动画设计2014.04.232014.05.235撰写并编制论文、打印，准备毕业答辩资料2014.05.252014.06.05城市清洁运输车辆工作装置设计摘要:本文首先进行了整体方案的论证，其次主要介绍了后装压缩式垃圾运输车专用装置的主要部件包括机械手，刮板、滑板，推板，填装器，随后进行了液压系统方案的拟定，最后使用pro/e对垃圾车提桶机构进行了仿真动画设计。液压系统均采用优质的举升油缸、操作阀、卡套式接头、高压软管和高压钢管安装合理，同时布置了可靠的固定装置，保证长时间无任何泄漏，做到可靠、维修方便、延长使用寿命。关键词:后装，压缩，垃圾车，提桶机构，控制回路City clean transport vehicles working device designAbstract:This article first has carried on the overall scheme of argument, then mainly introduces the compression type garbage truck special-purpose device with after the main parts include manipulator, scraper, skateboarding, push board, fills, followed by a hydraulic system scheme proposed, finally using pro/e simulated animation design of garbage truck bucket mechanism.Hydraulic system adopt high quality lifting oil cylinder, the operating valve, connector of cutting sleeve type, high pressure hose and high pressure steel pipe installation is reasonable, decorate a reliable fixation device at the same time, guarantee the long time without any leakage, reliable, convenient maintenance and prolong service life.Key words: back-up，compression，garbage truck，pail institutions，Control circuit目 录1 前言11.1 国内清洁运输车辆发展概况与趋势21.1.1 国内清洁运输车辆的发展概况21.1.2 国内清洁运输车辆的发展趋势21.2 本论文研究的目的和意义32 总体方案论证52.1 提高载质量利用系数52.1.1 底盘的载质量利用系数52.1.2 专用装置的自重52.2 细化轴荷分布计算52.3 合理选择卸料方式52.3.1 车厢后倾式卸料方式52.3.2 推板卸料方式62.4 提高垃圾压缩比62.5 合理选择压缩机构液压控制方式72.6 完善车辆密封72.7 结构方案的确定82.7.1 传统自卸式垃圾车的结构分析82.7.2 本垃圾车的结构特点83 后装压缩式垃圾车专用装置的主要部件103.1 机械手(提桶机构)113.1.1 提筒机构的运动分析113.1.2 提筒机构挂架上任一点（垃圾筒）的运动轨迹133.1.3 提筒机构的受力分析163.1.4 机构中各铰链位置的确定173.2 刮板、滑板183.3 推板193.4 填装器204 液压系统方案的拟定214.1 主要液压元件及辅件的选择214.1.1 油箱过滤元件214.1.2 执行元件214.1.3 液压换向阀214.1.4 液压源224.2 控制回路的方案拟定224.2.1 机械手回路224.2.2 刮板、滑板回路234.2.3 推板回路254.2.4 填装器举升回路264.3 整车回路方案265 结论28参考文献29致谢30II太原工业学院毕业设计1 前言随着城市人口的增加，以及人均生活水平的不断提高，传统的城市垃圾收集运输方式已经远远不能适应社会发展的需要，于是诞生了后装压缩式垃圾车。这是一种全新的垃圾车车型，主要工作部件由填料器和厢体组成，在厢体内设计了推板机构以排出垃圾。自从后装压缩式垃圾车诞生以来一直在不断的发展，其发展方向是：提高垃圾的装载量；改善车辆的密封性；垃圾的分类处理。垃圾的分类越细对于环境的保护效果就越好，目前城市垃圾主要可以分为4类：湿垃圾：主要指厨房产生的厨余、果皮等含水率较高的食物性垃圾。干垃圾（可回收利用垃圾）：主要指废纸张、废塑料、废金属、废玻璃等可用于直接回收利用或再生后循环使用的含水率较低的垃圾。有害垃圾：指对人体健康或者环境造成现实危害或者潜在危害的废弃物，同时也包括对人体健康有害的重金属或有毒物质废弃物。大件垃圾：指重量超过5千克或体积超过02立方米以及长度超过1米的废旧家具、办公用具、废旧电器，以及包装箱、箩筐等大型的、耐久性的固体废弃物，是因体积较大等因素混入城市一般生活垃圾一起清运有困难的特殊的生活垃圾。垃圾如何进行分类处理是目前垃圾运输中急待解决的难题，这对于环境的保护意义重大。目前后装压缩式垃圾车越来越受到人们的关注，应用也越来越普遍，并已经显示出了巨大的优越性。其设计思路为：根据垃圾运输的量确定负荷，由负荷来选择汽车底盘，然后确定垃圾的装载和排出方式，在确定了垃圾的装载和排出方式后，对主要受力零件进行受力分析和运动分析，以选择合理的液压控制系统。 后装压缩式垃圾车的设计，目前基本上有两种情况：其一是把填料器和厢体结合成一个整体，然后另外设计一个后盖以保证厢体的密封；其二是把填料器和厢体设计成两个独立的部件，填料器和厢体的结合来保证厢体的密封。本课题来源于悦达专用车有限公司，该厂主要生产的是专用车辆，其中后装压缩式垃圾车是其一个产品。由于目前国内的垃圾车普遍存在所谓的“跑、冒、滴、漏”问题，对环境造成的二次污染很严重，所以急需在垃圾车的设计上加以改进。这就是本次设计的目的。本课题我主要完成的是垃圾车专用装置的主要部件以及液压系统方案的拟定。我首先进行了方案论证。经过讨论与研究，发现垃圾车设计时有6项关键技术，所有的设计工作都是围绕这6个关键技术展开的。如何提高载质量利用系数.如何细化轴荷分布.合理选择卸料方式.提高垃圾压缩比.合理选择压缩机构液压控制方式，完善车辆密封。所设计的控制回路分为四部分：机械手回路，刮板、滑板回路，推板回路，填装器举升回路，四个回路构成垃圾车的整车回路。本课题新颖实用，在技术上有较大改进，大大降低了劳动强度，提高了生产率。1.1 国内清洁运输车辆发展概况与趋势1.1.1 国内清洁运输车辆的发展概况清洁运输车辆也就是垃圾运输车，我国国内与国外在垃圾专用方面的差距无论是技术方面还是上装方面都已经很小了。十几年前我国可能还从国外进口垃圾运输车，但目前国内垃圾车生产已经基本符合用户的需求。现在国内一些专业生产垃圾车的厂家通过消化吸收国外技术的方式，已在某些方面逐步接近国外先进水平。国外品牌已在国内压缩垃圾车市场稳占上风，对进口车的替代也卓有成效。未来随着城市压缩垃圾车市场的不断扩容，国内卡车底盘厂家的市场空间将越来越大，专用车在卡车行业中的比重也会进一步提高。与国外先进产品相比，我国垃圾车的性能和功能还存在一定差距，低端产品特征明显，整车性能较差，大部分国产垃圾车是以模仿进口车功能为基础来研制生产的，缺乏具有自主知识产权和概念创新的产品。在液压装置机械作业装置测量计量装置自动控制装置安全防护装置的技术水平上与外国先进产品还存在着一定的差距。1.1.2 国内清洁运输车辆的发展趋势当今的城市垃圾运输车一般是与垃圾压缩中转站配套使用的专用车辆,具有整体结构设计合理紧凑、装卸垃圾自动化、使用效率高,厢体轻量化设计、运载量大、封闭性能好、安全、节能、环保等优点。车厢可卸式垃圾车可以机械化自动装卸垃圾,实现垃圾密封化运输,有效地防止垃圾对人和环境的污染,提高汽车的运载效率。城市垃圾运输车向环保密封方面发展是一种趋势。(1)垃圾监测系统在垃圾车工作过程中，垃圾车的垃圾装载情况是管理者所关心的。垃圾车负载变化及垃圾箱内垃圾是否填满，在一般情况下都是很难监测的。通过垃圾监测系统能随时随地检测车辆负载的变化情况及垃圾是否填满，为垃圾司机和管理者提供参考。提高垃圾车作业的科学性和行车的安全性，同时也可减少工作人员工作量，提高工作效率。（2）提桶机构 垃圾车配备具有全自动控制功能的翻桶机构将是产品发展的新方向，发达国家尤其是西欧及美国的垃圾车都配备先进的翻桶机构，可方便地实现对不同大小垃圾桶在不同位置的自动抓取举升和卸料。我国许多城市已开展对桶装垃圾的收集，但垃圾车配备的翻桶技术水平不高。（3）绿色视觉效果车辆的外观造型及彩化已越来越受到环卫部门的重视，一些适合不同城市品位的彩化压缩式垃圾车辆已成为城市的一道亮丽的风景。通过对车辆外形和性能的改进，消除或减轻视觉污染，避免或减少作业时对周围环境和人员的影响。使压缩式垃圾车辆与作业环境相协调。(4)除臭灭菌除臭灭菌技术在垃圾车上的运用也是发展方向，杜绝细菌传播，减少臭气污染已成为当务之急。目前一些臭氧除臭除菌技术己在该类产品上成功运用。(5)分隔车厢垃圾车车身内部结构可按一定比例划分为几部分，这种划分结构使得垃圾运输车可在同一次作业时同时收集并且分隔几种不同类型的垃圾，可以最优化垃圾收集路线，这也为垃圾回收物流提供更多的可能性。1.2 本论文研究的目的和意义城市清洁运输车亦称垃圾车(下简称垃圾车)，主要用于市政环卫及大型厂矿运输各种垃圾，尤其适用于运输小区生活垃圾。垃圾车的诞生与发展对于人类社会来说是一重大发明与创造，尤其是对城市来说。城市人口集中，每天产生的垃圾量很大，而城市土地有限，垃圾的及时处理是一大难题。垃圾车的出现可以帮助环卫工人及时清理垃圾，并有可能现场将垃圾变废为宝，大大的减轻了环卫工人的工作强度，也缓解了城市垃圾问题。垃圾车发展不仅可以解决城市垃圾问题、缓解环卫工人压力。垃圾车的诞生也是一种新型行业的诞生，带动了周边行业的发展，增加了人们的就业机会，缓解了社会的就业压力，最终达到了一个促进经济的发展的目标。垃圾车的使用又非常广泛。适用于环卫、市政、厂矿企业、物业小区、垃圾多而集中的居民区。一车可带多个大厢，在装卸的运输过程中可有效地避免二次污染。可谓是专用汽车里的一大重大发明，也给世界的环境卫生做出了贡献，垃圾车的发明有非常大的创造意义 。挂桶垃圾车的特点是一个车能配几十个垃圾桶，能实现一台车与多个垃圾桶联合作业，循环运输，充分提高了车辆的运输能力，特别适用于短途运输，如环卫部门对城镇垃圾的清理、运输等。同时，挂桶垃圾车还可以加装其它功能，形成其它多功能挂桶垃圾车，如：挂桶压缩式垃圾车、挂桶式泔水垃圾车、挂桶式对接垃圾车等。2 总体方案论证2.1 提高载质量利用系数载质量利用系数的提高将有助于降低车辆的运行成本。后装压缩式垃圾车的载质量利用系数主要由二个方面组成:2.1.1 底盘的载质量利用系数在底盘选型时,选择技术含量高、动力性好、自重相对较轻的底盘。2.1.2 专用装置的自重后装压缩式垃圾车由于结构复杂,自重较大,在设计时应尽量采用新材料、新技术、新工艺。主要零部件采用高强度钢板,辅助件(如挡泥板、装饰件、盖板等) 采用比重较轻的注塑件。主要构件采用特殊加工工艺方法,如:车厢侧板及顶板采用数控折弯成弧形结构。受力构件采用局部加强法等,从而降低专用装置的重量。2.2 细化轴荷分布计算常规垃圾车设计中,计算与测量整车轴荷分布一般只计算车辆在空载和满载状态下的轴荷分布,以判断汽车轴荷分布是否满足法规要求。但由于后装压缩式垃圾车的装载方式及作业特点比较特殊,有时一个垃圾收集点的垃圾不能填满整个车厢,车辆必须行驶至下一个垃圾收集点或去垃圾处置场卸料,此时装载的垃圾多置于车厢尾部(双向压缩式尤其突出) ,从而降低转向轴的载质量,影响车辆轴荷分布。因此,在计算与测量后装压缩式垃圾车轴荷分布时应将其分割成多个装载段,使每个工况都能满足法规要求,保证车辆行驶安全,同时可作为专用装置定位及底盘选取的依据。2.3 合理选择卸料方式2.3.1 车厢后倾式卸料方式其原理是:在倾卸油缸的作用下,车厢、压缩机构及车厢内的垃圾绕车架尾部的回转中心旋转,旋转至一定角度后车厢内的垃圾靠自重下落实现卸料作业。这种卸料方式的优点是结构简单,但在实际使用时存在许多弊端,如:A. 由于垃圾在车厢内被压实,垃圾与车厢四周存在着较大的膨胀力与磨檫力,垃圾不易倒出,严重时垃圾的自重不足以克服摩擦力,产生垃圾胀死现象。B. 在倾翻作业时,车厢、压缩机构及垃圾的重心将后移、上升,车辆前桥负荷降低,影响整车纵向稳定性,严重时,前桥离地,整车倾翻(特别在路基较为松散的填埋场)。C. 倾翻时,所有重量将集中至车厢回转中心及汽车大梁尾部,将对汽车大梁及后桥产生严重的损坏。2.3.2 推板卸料方式其原理是:在车厢内设置一块面板呈铲形并能沿预定轨道滑行的推板,推板在油缸的推动下,向车厢尾部作水平推挤运动,将垃圾推出车厢,实现卸料作业。这种卸料方式虽结构较为复杂,但卸料不受垃圾压缩比的限制,卸料干净,对车架的载荷分布较为均匀,卸料过程平稳、安全。同时,可利用推板的阻力实现压缩车双向压缩。因此,推板卸料是后装压缩式垃圾车较为理想的卸料方式。2.4 提高垃圾压缩比压缩机构中刮板对垃圾的压强将直接影响垃圾的压缩比。当压强增大时,垃圾的压缩比将增大;反之则减小。因而在设计压缩机构时,应努力提高刮板的压强。根据压缩机构受力可知,影响刮板压强的因素主要有四个方面:A. 刮板的压缩面积根据使用场合、投料方式、垃圾投入量来确定,如能满足使用要求,刮板的面积应尽量小。B. 压缩油缸的安装形式应能充分利用油缸的最大能力,即在压缩垃圾过程中应使油缸无杆腔作用。C. 滑板与导轨的摩擦力将有助于提高垃圾压缩力。因而,在选取滑板滑块与导轨材料时应配对选取相对摩擦系数较小的材料;减小压缩油缸轴线与滑板导轨的夹角,以避免由于压缩油缸安装不当产生的扭力使N1 、N2增大;减小压缩油缸轴线与滑块中心线的平行偏移量, 假如油缸轴线上偏于滑块中心线,将增大N1 、N2的值, 如轴线下偏于滑块中心线,将减小N 1 、N2的值,但结构上很难布置,故通常将压缩油缸置于滑块中心线上。D. 压缩油缸与地面的水平夹角1越小,则压缩油缸的推力沿车厢长度方向的分力将越大,有利于垃圾填满整个车厢,提高垃圾压缩比。2.5 合理选择压缩机构液压控制方式压缩机构的控制系统会直接影响液压系统的可靠性,因而合理选择压缩机构液压控制方式将对后装压缩式垃圾车的性能起到至关重要的作用。压缩机构的液压系统控制方式主要有电控式、手控式、气控式(气控式最终的实现形式可归入电控或手控) 。电控式系统对压缩机构的控制需通过发送器传递信号,发送器一般采用电器开关或采用PC延时程序。这种控制方式操作方便、自动化程度高。但在实际应用时,由于垃圾车受垃圾污染严重,须经常清洗,同时结构磨损,车辆震动,开关容易失效,系统可靠性差. 如采用PC 延时程序则要求液压油泵供油量稳定,但由于发动机特性原因,在空载与重载时发动机转速变化较大,同时由于油泵效率及管道阻力等差异,难以满足供油量要求,其结果表现为执行机构要么不到位,要么提前到位,液压系统长期工作后发热严重,影响系统稳定性。手控式系统工作可靠,但要实现压缩机构自动化一般通过液压顺序阀来实现,这种形式的液压回路由于液压顺序阀进油口与顺序口压差大,尤其空载时压差更大。同时由于控制人员操作时的滞后行为,引起液压系统发热严重,系统稳定性差。为减轻作业人员劳动强度并保持控制系统的可靠性，方向控制拟定为电动和手动控制两种方式。2.6 完善车辆密封后装压缩式垃圾车由于压缩力大,经压缩后的垃圾产生大量的污水,如不加以控制,将严重影响环境,因而在设计时应从以下三个方面完善车辆密封,即:在车厢与填塞器之间安装耐用型密封条,并加以压缩、锁紧;车厢底板做成前低后高,将污水控制在车厢内;在填塞器下部安装便于清洗的积污水槽,用于车厢与填塞器之间滴漏的污水的临时储存。2.7 结构方案的确定2.7.1 传统自卸式垃圾车的结构分析主要采用侧翼开启、顶盖前后梭动等几种方式，这种车的主要特点是直接收集、转运、不压缩，适用于特定人工方式，操作简单，成本低。缺点是：装载量小、自动化程度低、转运效率低，无法解决转运中流污水的二次污染问题。2.7.2 本垃圾车的结构特点A. 填料器的结构布置后装压缩式垃圾车工作时，填料器有上扬和下放两种布置形式。下放布置如图1所示，填料器与厢体相吻合，底部机构联接，以保证密封性能。这样的布置充分考虑了行驶的平稳性和驾驶性能。 图1 垃圾车填料器下放布置填料器上扬布置，整个填料器可以绕轴旋转上扬95，如图2所示，这样可以保证厢体内的垃圾彻底排出。这种布置在填料器上扬时，整车的重心后移，汽车的行驶性能和爬坡能力降低，在不影响装载量的情况下，回转支承应尽量向前布置，使重心前移。这种布置和传统的卸料方式相比，虽然结构较复杂，但是垃圾的排出比较彻底，同时避免了整车的重心过分后移，而造车翻车事故。图2 垃圾车填料器上扬布置B. 垃圾排出方式采用推板推出的方式，和传统的车厢上举，靠重力卸料的方式相比，可以避免由于过分压缩的垃圾膨胀堵塞在车厢内，同时还可以防止卸料时重心过于后移而翻车。3 后装压缩式垃圾车专用装置的主要部件后装压缩式垃圾车主要由带推铲的车厢和尾部填塞器组成，是一种能将垃圾自行装入、转运和推卸的专用汽车，主要用于收集、转运可压缩垃圾。本文所介绍的提筒机构是在后装压缩式垃圾车尾部填料口处加装的一种自动提升和倾翻标准垃圾筒的机构，为司机独自完成垃圾的收运工作提供了便利。本提筒机构在后装压缩式垃圾车中得到应用，它是针对原提筒机构（结构形式类似于本机构）在实际使用中，多处构件不同程度与轴干涉的问题而进行的重新设计。解决原提筒机构因无法正确描述垃圾筒的运动轨迹，导致机构铰链点的错误确定而造成的使用可靠性低的问题。机构分析该提筒机构装在后装压缩式垃圾车尾部填料口处，填料口尺寸宽1890 mm、高1165 mm，要完成图3所示垃圾筒的提升和倾翻动作。它适用于目前市场上销售的标准垃圾筒：容积120 L，自重110.4 N，外形尺寸：480 mm555 mm930 mm（长宽高），装载重量686N。图 3 标准垃圾桶起始与终点位置现以一种挂桶式自装卸型的后装压缩式垃圾车为对象，分析其专用结构，据此出液压系统的要求。该车的主要部件有底盘、副车架、车厢及填装器，其中车厢包括推板和箱体，填装器配有机械手、刮板、滑板、锁紧机构，另配有污水箱。具有垃圾压缩功能的主要部件是厢内的推板和填装器，由液压元件驱动，完成预定的动作，实现垃圾的装卸和压缩，下面进行具体的分析。3.1 机械手(提桶机构)机械手完成将桶装垃圾倒入填装器料斗的动作。该类大中型车的料斗口位置略高，一般可达1 m以上，需要将垃圾桶从地面提升到一定的高度再倾倒垃圾，具体动作为：a. 将装满的垃圾桶扣紧并向上提升到预定高度；b. 机械手的四连杆机构带动垃圾桶向前翻转，将垃圾倒入料斗；c. 四连杆机构带动空桶向后翻转；d.机械手将空桶降下放回地面。此作业要求按顺序动作（见下图），否则会造成垃圾桶掉落或垃圾洒出等意外现象发生。 图 43.1.1 提筒机构的运动分析图5 是后装压缩式垃圾车的提筒机构总成。提筒机构的工作原理如下：双作用液压缸的活塞杆伸出，推动平行四边形机构运动，直到挂架上的垃圾筒抵住锁筒座，完成垃圾筒平稳提升和锁紧，如图6（a）、（b）、（c）所示。液压缸继续施加作用力，整个提筒机构（不包括支撑架，包括垃圾筒）以翻转架和支撑架的铰接轴旋转，直至垃圾倾倒在导流板上，完成垃圾自动倾卸，如图6（d）、（e）所示。支撑架焊接在填塞器后横梁上，用作支承提筒机构。双作用液压缸一端铰接在支撑架上的支座上，一端铰接在摇杆上。翻转架通过销轴铰接在支撑架上的支座上，翻转架为槽钢型式，可将双作用液压缸卧在里面，使结构紧凑，且强度较高。翻转架、摇杆、挂架、摇杆构成一个双平行四边形机构，挂架具有平动性，使垃圾筒平稳提升。锁筒座焊接在翻转架上，用作锁紧垃圾筒，使垃圾筒翻转时不会从机构上掉下来。导流板焊接在支撑架上，使垃圾倾倒时容易进入填塞器的料斗中。图 5 提筒机构图 6 提筒机构提升倾倒过程3.1.2 提筒机构挂架上任一点（垃圾筒）的运动轨迹 机构的自由度数W：要使机构实现预期的确定运动，自由度数W 必须满足下列要求：1）W0；2）W的数量等于主动件的数量。图7为提筒机构简图，图中A，B，C，D，E，F，G分别为铰链的回转中心,1，2，3，4为连杆，5是液压缸活塞杆，6是液压缸缸筒，7 是铰链与支撑架固连。其自由度数: W=3n- 2PL-Ph=36- 28=2式中：n 活动构件数目；PL低副数目；Ph高副数目。件5 和6 共同组成的液压缸是主动件。机构只需操纵双作用液压缸，即可完成预定的动作。采用双作用液压缸驱动, 可实现反向自锁, 使机构在运送垃圾筒的过程中不会由于自重而自行下落。图 7 提筒机构简图对机构建立如图8所示的坐标系。用解析法分析挂架HCD 上任意一点H 的运动轨迹。图 8 提筒机构轨迹图设 BC=L CH=LH设BC为原动件，则H点的运动轨迹方程为： xH=L sin +LHsin （1） yH=L cos -LHcos （2）由（1）、（2）式可得：xH- LHsin =L sin （3）yH+LHcos =L cos （4）将（3）、（4）式平方相加可得：（xH- LHsin ）2+（yH+LHsin ）2=L2 （5）由式（5）可得H 点的轨迹是由主动件BC 决定的圆形，圆心坐标为（LH sin ，LH cos ），圆形半径等于L。根据式（5）得出的结论，用作图法可在二维平面图中容易的做出H 点的轨迹，如图8所示。作图法：过H 点做BC 的平行线，过B 点做CH的平行线交于K 点，以K 点为圆心、BC（等于L）为半径做出的圆形就是挂架HCD 上点H 的轨迹。从而得出结论：任何一平行四边形铰链机构都可以用上述的作图法很容易在计算机的二维平面图中求出挂架HCD 上任意点的轨迹，节省了设计时间。因此提筒机构上垃圾筒轨迹（以点H 轨迹代表垃圾筒的轨迹）是图8所示的R1 和R2。R2 是垃圾筒上点H 由初始位置到抵住锁筒座N 点的运动轨迹；R1 是垃圾筒上点H 抵住锁筒座N 点后，以点A 为圆心AH 为半径旋转到导流板上（即将垃圾倾倒进垃圾车）的运动轨迹。3.1.3 提筒机构的受力分析 图 9 提筒机构受力分析以提筒机构为研究对象进行受力分析，如图9所示已知提筒机构自身重力G0=1097.6 N，因一次可挂两个垃圾筒，故两个垃圾筒的自重与所装垃圾重力之和F2=（110.4+686)2=1592.8 N，液压系统的工作压力P=16 MPa，动力液压缸缸径DY=63 mm。对铰链A 中心取矩则有： 480F2+58G0=60F1 式中：F1液压缸的最小推力。若要让提筒机构完成提筒过程，那么必须满足：F1=13.8kN动力液压缸的推力：FY=（/4）p= =49.85 kN13.8 kN所以满足使用要求。F1 的大小是设计液压缸和选择液压缸的依据和参考。由受力分析可得铰链A点所受到的总作用力：F3=FY+F2+G0=49.85+1.5928+1.0976=52.54 kNF3是设计销轴A和校核结构件的主要参数。3.1.4 机构中各铰链位置的确定提筒机构设计时应遵循下列步骤：(1） 根据翻转架离地最低点应大于压缩垃圾车最小离地间隙，确定铰链E 的位置；(2） 铰链A 点需高于填塞器的后横梁，使机构绕此点翻转能完成向填塞器中倾倒垃圾的动作，即垃圾筒与水平线的夹角应大于垃圾的安息角35；(3） 铰链B 点设在AE 的中点处，使结构紧凑；(4） 根据垃圾筒挂口高度应大于挂架H 点高度，确定铰链C 点位置。从受力、强度、稳定性考虑，摇杆BC 不易太长，由平行四边形确定铰链D 和铰链F 的位置；(5） 用作图法（R1，R2 轨迹，如图8所示）确定锁筒座N 点的位置和导流板位置；(6） 根据图10提筒机构初始和终了位置，计算出液压缸行程，再根据液压缸的可制造性（包括活塞高度、油封、防尘罩、缸底厚、缸耳到缸筒的距离、行程等）确定液压缸的原始安装中心距，从而确定了液压缸铰链G 点位置；(7） 在以上铰链粗定后，运动机构（用作图法做出机构运动全过程不同位置的图）和铰链A、铰链B不得与图7所示的4 个位置的液压缸外径干涉，液压缸外径不得与图10所示的支撑架上M 点干涉，从而最终确定各铰链位置。图 10 提筒初位置和水平位置图3.2 刮板、滑板刮板和滑板两个部件配合动作可完成一次循环，即把装入料斗的垃圾推入厢内，同时配合推板完成垃圾的压缩。具体动作为：a.刮板上翻至水平；b. 滑板带着刮板下降到料斗后端c.刮板绕回转轴并沿圆弧形轮廓的料斗顺时针翻转约180将料斗内的垃圾挖起；d. 滑板带着刮板上升将垃圾送入厢内，同时进行压缩。此部分也要求按顺序动作，避免垃圾被推出车外等意外现象发生（见图11）。图 11 刮板、滑板动作示意图3.3 推板推板有两个功能：一是将箱内的垃圾推卸出车外；二是作为垃圾压缩的砧板，当填装器内垃圾装载到厢内时，推板要能在一定阻力下后退，使垃圾被压缩，便于进一步装载（见图12）。3.4 填装器填装器整体作为箱体的后盖，在推卸垃圾时可向上翻转打开，并可人为操作使其在任意位置停留；此外，垃圾装卸时会有工人在车尾作业，填装器应具有防止意外及加速下落的功能，以确保作业安全（见图12）。 图 12 推板、填装器动作示意图4 液压系统方案的拟定4.1 主要液压元件及辅件的选择4.1.1 油箱过滤元件垃圾车工作环境恶劣，粉尘污染多，油箱应具有良好的过滤功能以保护元件，油箱应在油箱盖、回油口、吸油口分别设置空气滤清器、回油滤清器、吸油滤清器1；因污染多，滤芯更换周期会缩短，针对吸油滤清器，为方便更换滤芯，拟采用自封式，可以在不放油的情况下更换滤芯。4.1.2 执行元件从上述结构件的动作分析可知，执行元件只需往复运动就可满足要求，因此执行元件拟定为双作用油缸，其中由于推板油缸安装尺寸和工作行程差别较大，需采用多级油缸，其它为单级缸。此类型垃圾车受整车外形及结构布局的制约，其油缸主尺寸的计算选择受到一定限制，初选系统压力低，会令油缸尺寸过大，给结构设计带来障碍，如压力太高，对元件的材质、密封性、精度等要求均高，势必增加成本，因此可初选1620 MPa的压力作为计算参数1，根据不同车型的实际负载计算选择缸径等主参数，可得到较理想的执行元件的尺寸。4.1.3 液压换向阀为减轻作业人员劳动强度并保持控制系统的可靠性，方向控制拟定为电动和手动控制两种方式。底盘电源为24 V直流电，由于直流电磁换向阀具有启动力小、电能能耗略高的缺点，不适合直接使用。通过市场调研，选择了一种组合换向阀，阀芯一端设手动控制手柄，另一端集成了小气缸和电磁阀，通过电磁阀控制气缸，再由气缸推动换向阀芯。气路电磁阀具有能耗低、寿命长的优点，而气缸可获得较大的操纵力，以上优点弥补了直流电磁阀的缺点，而且目前的中、重型二类底盘主要使用气制动，可方便获得气源。这种组合换向阀一阀两控，在很大程度上简化了液压及电气回路，更好地适应了垃圾车的需求。这种电-气控加手控换向阀的缺点主要是对气源的依赖，而使其使用局限于中、重型垃圾车。当将轻型底盘改装为垃圾车时，因底盘动力系统无空压机，若要实现多种操纵方式，就要用另一种电-液控加手控的组合换向阀来实现。4.1.4 液压源 因液压系统工作负载差异大，例如在中大型车型上机械手举升缸的负载有6kN左右，而推板油缸的负载约206 kN，选择缸径差异较大，对流量的需求也不同，所以液压源拟定为双联泵，结合底盘取力器输出转速范围， 双泵的大/小排量可选在63/32ml/rad的水平上，就能满足不同流量回路的供油要求。4.2 控制回路的方案拟定4.2.1 机械手回路 图 13 机械手回路图 通过上述分析，机械手需要按一定的顺序动作，此顺序动作是在机械手的结构设计较简单的前提下拟定的，如设计为联动机构的机械手，可由一组油缸驱动机构运动完成垃圾装填，则无须顺序控制。这需要在液压设计与结构设计的复杂性之间达到一种平衡。为此，可从液压设计入手，选择使用顺序阀的顺序控制回路2，如图13所示。通过两个顺序阀的组合即可满足要求。装载动作：当A口进油时阀1关闭，升降缸先动作（上升），上升到位后油路达到阀1设定压力，阀1接通则翻转缸动作（内翻）；还原动作：当B口进油时阀2关闭，翻转缸先动作（外翻），翻转到位后油路达到阀2设定压力，阀2接通则升降缸动作（下降）。4.2.2 刮板、滑板回路刮板缸、滑板缸也要求顺序动作，特点是垃圾在压缩过程中由松到紧、由少到多，负载波动较大。先期拟定的回路方案是组合使用两个顺序阀，另在刮板缸油路上配合使用单向液压锁，即可满足要求，见图14(a)。无负载时，A口进油时阀1关闭，刮板缸先动作（上抬），上抬到位后油路达到阀1设定压力，阀1接通则滑板缸动作（下降）；有压缩负载时，B口进油时阀2关闭，刮板缸先动作（下挖），下挖到位后油路达到阀2设定压力，阀2接通则升降缸动作（上升），此时刮板缸无杆腔被液压锁锁止，防止压缩垃圾时刮板会意外打开。该方案对阀的使用相对简单，成本低廉，但仔细分析，其性能仍有很大不足：一是负载波动太大，油路压力变化大，系统冲击较大，滑板缸上升的压缩动作不平稳；二是液压锁在正常压缩垃圾时可防止刮板打开，但在压缩过程中如出现石块、金属等硬物使刮板卡滞而滑板继续上升时（系统溢流阀尚未起作用），刮板油缸无杆腔被液压锁封闭而容易出现超载，易引起元件损坏，使得该部分可靠性降低。 图 14 刮板、滑板回路比较各类国产阀中尚无更好的方案解决以上问题，通过调研，选择了进口某型垃圾车专用阀，该阀为集成型组合阀，原理见图14(b)。该阀在无负载和有压缩负载时采取了不同的顺序动作回路。无负载时，A口进油，顺序阀元件关闭，阻尼元件1不起作用，开关阀两端油压相等并在弹簧力作用下处于断开位置，液压油经A1口先使刮板缸动作（上抬），上抬到位后油路压力达到顺序阀元件设定压力，顺序阀元件接通T口，伺服油路接通，阻尼元件1起作用，开关阀两端在不同压力下处于接通位置，液压油通过开关阀经A2口使滑板缸动作（下降）；开关阀的动作是在阻尼元件1的作用下液动的，换向动作平稳，液压冲击小（特别是在液压油低温粘度较大的情况下）。而有压缩负载时，该型进口阀采用另一种顺序动作方式，当B口进油时，液压油通过B1、B2分别向刮板缸、滑板缸无杆腔供油，而A1、A2的回油路上分别设有背压元件1和背压元件2，这两个背压元件为先导型溢流阀，元件1的先导比是元件2的两倍，元件1的先导比大，阀开启的先导压力小，加上阻尼元件2的压降，进一步提高了元件2开启的先导压力；当B口进油油压达到背压元件1的先导压力时，A1口的回油路先接通，刮板缸先动作（下挖），下挖到位后，B口进油油压继续升高，达到背压元件2的先导压力时，A2口的回油路接通，滑板动作（上抬），进行垃圾的压缩。因背压元件2的先导压力和阻尼元件2先导压力的综合作用，此时的系统压力已上升到较高的水平，再进行压缩垃圾作业时，负载的波动不会再引起太大的系统压力变化，这使得垃圾压缩行程更精确平稳。同时，刮板缸和滑板缸的无杆腔一直通过B口与主油路连通，当上述坚硬物体卡滞刮板的情况出现时，无杆腔超载的压力可以立即反应到系统溢流阀，进行泄荷。通过上述比较，可以看出虽然进口专用阀价格较高，但它具有针对垃圾压缩专门设计的功能，其对负载波动及液压油粘度的适应、对执行元件动作平稳性的影响及回路超载时的保护性能远超顺序阀加单向液压锁的回路方案。4.2.3 推板回路推板推卸垃圾对回路无特别要求，主要功能是作为垃圾压缩的砧板。一是要求推板在压缩方向上可后退，这需要推板油缸的无杆腔设有卸荷回路、有杆腔可单向接通油箱，当油缸在外载下回缩时，无杆腔液压油可卸荷，有杆腔可通过单向元件补油；二是推板缸在后退时需要有背压才能实现垃圾压缩，这就需要在卸荷回路上增加背压元件，而背压元件设定为压力可调，即可实现垃圾的不同压缩比，最后拟图 15 推板回路比较定在无杆腔上设置带可调溢流阀的卸荷阀既可满足要求，拟定回路方案见图15。图15(a)为国产某型卸荷阀原理图，图15(b)为进口某型卸荷阀原理图，两种阀的基本功能及价格均差别不太大。国产卸荷阀中，远程控制口的液压油直接推动开关阀换向，液压冲击较大；进口卸荷阀中，远程控制口的液压油推动先导阀的切换，伺服油路接通后，阻尼元件起作用，开关阀在两端压差下换向，动作平稳，避免了推板压缩后退时出现爬行现象（特别是在液压油粘度较大的情况下）。4.2.4 填装器举升回路填装器举升油缸的要求是能在任意位置停留、防止加速下落，这就需要平衡回路2，先期拟定了使用双向平衡阀的回路方案，如图16(a)所示。经过试验，下落速度较快，分析原因，一是平衡阀本身的问题，平衡阀的背压可使油缸在负载方向上的运动平稳，但对运动速度的控制却不理想；二是填装器油缸的工作位置处于一个费力杠杆的状态，油缸支点靠填装器的铰支点很近，而填装器重心距铰支点较远，当填装器翻转时，重心运动的线速度相对油缸的运动速度被放大。为解决这一不足，重新拟定了使用双向液压锁加回油节流调速的平衡回路方案，如图16(b)所示。油缸位置由双向液压锁锁定，在油缸下落方向的回油路上串接单向可调节流阀作为背压元件，以解决单纯液压锁控制时油缸下落出现冲击振荡的缺陷，并可较为精确地控制下落速度，经试验证实该方案工作效果良好，取得了理想的下落速度。不过，在液压锁和油缸间串接节流阀增加了管路的连接环节，为了提高安全性，在油缸油口还增加了防管道破裂阀。 图 16 填装器举升回路比较4.3 整车回路方案综合上述的分析比较，整个液压系统采用成熟的开环系统，液压源使用差量双联泵，换向阀采用电-气控加手控组合换向阀；机械手回路采用了使用顺序阀控制的顺序回路；刮板、滑板回路使用进口专用集成阀块；推板回路采用了使用带先导型背压阀的卸荷阀的卸荷回路；填装器举升回路采用了使用回油节流调速加双向液压锁的平衡回路，另增加了防管道破裂阀；据此拟定出压缩式垃圾车液压系统原理图（见图17）。 图 17 整车液压原理图5 结论(1)在机构设计方面经过对原提筒机构的重新设计，修改了原机构的铰点和结构件，解决了原机构构件与销轴干涉问题，满足了使用要求。提筒机构轨迹作图法的总结，为其它类含有平行四杆机构的设计、运动校核提供了直观、精确、简易的作图方法，并且在机构各铰链位置的确定过程中，起到了加快设计速度，节省设计时间的作用。依据受力分析，得到动力液压缸和机构结构件的选择和设计的理论数据。提筒机构各铰链位置确定的方法，为大小不同、吨位不同的系列后装压缩垃圾车的提筒机构的设计提供