垃圾压缩液压系统设计4

1、刈大卑本科生毕业设计毕业设计题目学生姓名所在学院专业及班级指导教师完成日期年 月 日摘要随看我国城市化和工业化进程的快速推进以及人民生活水平的不断提高，大 量垃圾的产生和堆积产生了严重的环境问题。因此，环境污染治理的日益迫切以 及对垃圾处理设备的巨大需求量使环卫机械得到了快速发展。本课题研制的移动 式垃圾压缩设备是众多环卫机械中的典型代表，它可将周边运送来的垃圾进行压 实后转运,有效地解决了垃圾堆积和转运过程中飘洒带来的二次污染问题，同时 提高了转运效率并降低了成本，具有十分重要的现实意义。移动式垃圾压缩车是在压缩垃圾车基础上加装后挂桶翻转机构或垃圾斗翻 转机构。由密封式垃圾厢、液压系统、操作

2、系统组成。整车为全密封型,自行压 缩、自行倾倒、压缩过程中的污水全部进入污水厢,较为彻底的解决了垃圾运输 过程中的二次污染的问题，具有压力大、密封性好、操作方便、安全等优点。本文主要介绍了移动式垃圾压缩设备液压系统的设计过程包括液压方案拟 定、液压相关参数设计、液压元件的设计、液压系统图的设计以及液压系统性能 的验算等。利用AMEsim软件对该液压系统进行动力学仿真，对其进行运动学 分析，并对液压系统仿真结果进行分析。关键词移动式垃圾压缩,液压系统设计,AMEsim ,动力学仿真ABSTRACTWith the rapid developme nt of China's urba ni

3、zation and industrialization process and the improvement of people's lifez a lot of garbage and the accumulation have produced serious environmental problems Therefore, the huge dema nd for garbage compression equipment and the effective management of environmental problems make environmental pr

4、otection equipment grow rapidly. The mobile garbage compression equipment that our project was studying is the typical representative of many environmentai protection equipments.lt can transship garbage that is shipped from the surrounding after being compactedzwhich is effective to solve the garbag

5、e accumulation and the secondary pollution brought during the transport and having important practical significance.Mobile garbage compression vehicle is installed in the compression garbage truck basis after hanging overturning mechanism or garbage bucket turnover mechanism. Consists of sealed garb

6、age car. hydraulic system, operating system. The vehicle is fully sealed, compressed by itself dumping, compression process of sewage all entered the sewage chamber; is thoroughly solve pollution two garbage in the process of transportation problem, has the advantages of high pressure, good sealing

7、performance, convenient operation, safety.This paper mainly introduces the design process of mobile equipment hydraulic system comprises a hydraulic garbage compression scheme x hydraulic design parameters x The design of hydraulic components、The design of the hydraulic system diagram and the hydrau

8、lic system performance checking etc. Dynamic simulation of the hydraulic system by using AMEsim software , Its kinematic analysis was con ducted, and the results of simulati on of hydraulic system are analyzed in this paper.Keywords : The design of hydraulic system , AMEsim f dynamics simulation z M

9、obile garbage compression引言随看我国的城镇化建设，城市生活垃圾的成分发生了很大的变化，垃圾的密 度不断下降，可压缩性增加城市中的垃圾处理工作量变得越来越繁重，采用传统 的人工收集垃圾方式,耗时耗力,效率低。移动压缩式垃圾车开始得到重视,使 用围越来越广。移动式垃圾压缩车是在压缩垃圾车基础上加装后挂桶翻转机构或垃圾斗翻 转机构。由密封式垃圾厢、液压系统、操作系统组成。整车为全密封型,自行压 缩、自行倾倒、压缩过程中的污水全部进入污水厢,较为彻底的解决了垃圾运输 过程中的二次污染的问题，具有压力大、密封性好、操作方便、安全等优点。我国的垃圾车技术引自国外，现在技术日趋成熟

10、，但我国的垃圾车缺乏自己 的核心技术，相关重要关键部件需靠进口。压缩式垃圾车的压缩装置靠液压系统 来驱动,其液压系统设计及其重要。随这现代设计技术的发展,在机械设计过程 中，三维建模技术与虚拟样机仿真技术开始广泛运用。这些技术能够缩短开发周 期，降氐研究开发成本,更好地完善后装压缩垃圾车的技术。摘要2ABSTRACT3引言6第1章亀仑71.1压帥立圾车硏究现状与发展趋势71.2国外硏究现状81.2.1国夕卜研諏状81.2.2国硏究现状101.3本课题研究容12第2章液压伽系统Wi十算132.1设计方案分析132.2工况分析132.2.1运动分析132.2.2动力分析142.3确走液鋅充主醪数1

11、52.3.1初选系统工彳乍压力152.3.2液画统®t#数162.3.3计算液压缸的主要结构尺寸162.3.4计算液压缸的流臺18第3章 制定液压系统图203.1：由路液妙案图203.1.1主换向控制油路耐203.1.2翻转上、下米斗快慢进控制油路轴203.1.3推头压锹、慢进及快退控制油路耐213.2液压系统原理图22第4章 液压元件的选择与专用件的设计244.1液压泵的选择244.1.1确走液压泵的最大工彳乍压力砂244.1.3选择液压泵的规格244.2电动机的选走254.3液压阀的选择264.4管道尺寸的确走264.4.1管道径计算264.5油箱容呈的确走27第5章液统性翹算2

12、85.1液压系统压力损失285.1.1管路的:硏呈损失刃285.1.2管路的局部助损失A/”295.1.3阀类元件的局部损失A/"295.1.4总的压力损失为几295.2液压系统的发热温mi算295.2.1系统发热功率295.2.2计算液画郦歆热功率305.2.3冷却器所需冷却面积的计算30第六章t立圾压缩赵系统的动力学仿真326.1 AMESim 简介326.2动力学仿真32第七章戦块的耐367.1集成块36结论与展望3840致39参考文献第1章绪论1.1压缩式垃圾车研究现状与发展趋势压缩式垃圾车由密封式垃圾厢、液压系统、操作系统组成。整车为全密封型, 自行压缩、自行倾倒、压缩过程

13、中的污水全部进入污水厢,较为彻底的解决了垃 圾运输过程中的二次污染的问题，关键部件采用进口部件，具有压力大、密封性 好、操作方便、安全等优点。可选配后挂桶翻转机构或垃圾斗翻转机构。压缩 式垃圾车大大提高了装载量和效率,它的收集和压缩过程基本都由液压系统 动。垃圾收集方式简便，一改城市满街摆放垃圾筒的脏乱旧貌,杜绝二次污染。压缩比高、装载量大，最大破碎压力达12吨，装载量相当于同吨级扫日E压缩垃圾 的两倍半。作业自动化，采用进口电脑控制系统，全部填装排卸作业中需司机一 人操作，不仅减轻环卫工人的劳动强度，而且大大改善了工作环境。经济性好， 专用设备工作时,电脑控制系统自动控制油门。双保险系统，作

14、业系统具有电脑 控制和手动操纵双重功能,大保瞳和提高车辆的使用率。翻转机构,可选装配置 带垃圾筒（或斗）的翻转机构。然而压缩式垃圾车在使用过程中仍存在看一些问 题，如作业噪声大、密闭可靠性差、载质量利用率低等。随看技术的发展，它的发展趋势主要有以下几点：1）垃圾监测系统在压缩式垃圾车工作过程中，垃圾装载情况是管理者所关心的垃圾车负载变 化及垃圾箱垃圾是否填满,在一般情况下是很难监测的。通过加载垃圾监测系统, 能随时随地检测车辆负载的变化情况及垃圾是否填满力垃圾车驾驶员和管理者 提供参考。这有利于提高垃圾车作业的科学性和行车安全性?同时也能减少工作 人员的工作量、提高工作效率。国少数车型安装了该

15、系统。2）翻桶机构配备全自动控制的翻桶机构是压缩式垃圾车发展的新方向。发达国家尤其是 西欧及美国的压缩式垃圾车都配备先进的翻桶机构,可方便地实现对大小垃圾桶 在不同位置的自动抓取、举升和卸料。我国许多城已采用桶装垃圾收集，但垃圾 车配备的翻桶技术水平和灵活性不高。国外一些压缩式垃级车的翻桶机构可以" 远离车厢",灵活主动抓取垃圾桶,而国垃圾车的翻桶机构一般不能远离车厢， 因此需将车厢紧贴垃圾桶,给驾驶者带来难度。3）液压控制装置压缩式垃圾车的液压装置应具有以下特征:较小的节流损失:减少管路连接工 作:无泄漏:可与其他液压功能组合，如装载机构的液压泵可以向抓钳等系统供油。4）

16、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 味的彩化的环卫车辆已成为城市一道亮丽的风景。通过对车辆外形和性能的改 进，可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,使环 卫车辆与作业环境相协调。5）除臭灭菌除臭灭菌技术在压缩式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已在该类产品上成功运 用。6）分隔车厢压缩式垃圾车车身部结构可按一定比例划分为几部分,这种结构划分使得压缩式垃圾车可在同一次作业时收集并分隔几种不同类型的垃圾。可通过优化垃圾 收集路线,为垃圾分类回收提供更多的便利性。1.2国

17、外研究现状1.2.1国外硏究现状在欧洲发达国家，垃圾车已经成为城乡一道风景线。由于垃圾车的质量利用 系数较高，密封性能良好，配有性能优良的汽车底盘，较适合于长距离运输垃圾， 市城乡环保事业的最佳择。如今欧洲各大厂商竞相开发低驾驶室的垃圾车。戴 姆勒-克莱斯勒(Daimler-Chrysler)在梅赛德斯埃柯尼克(Mercedes Econic ) 装配了侧面装载机构的垃圾车，他的出现打开了一个新的市场，欧洲各大厂商纷 纷参与进来，站卡了激烈的竞争。在梅赛德斯埃柯尼克车型获奖一年后,辆 方便快速上下、便于装卸的低驾驶室的垃圾车正式登场。图1-1 Mercedes Econic首先进入市场，装有低

18、驾驶室及Faun (法思公司)的侧面装载的垃圾车美国Marathon公司生产的TS-2000型预压式垃圾转运站的压缩设备,如 图1-2所示，可压缩垃圾容量大、压缩倍数高、采用自动化操作,工作时运行平 稳、可靠,压缩设备的主要零部件采用特殊工艺处理的钢板,其耐磨、耐腐蚀性高，工作寿命长。图1-2 TS-2000预压型垃圾压缩设备由埃柯尼克（Econic ）改装的低驾驶室垃圾车是一款应时而生的产品。新产 品的出现伴随看一些问题的出现，不如说车门的视野问题。于是依维柯（IVECO ） 又以其出色的Suromover车型公共事业的市场,成为埃柯尼克（Econic ）的竞 争对手。图1-3IVEC0已批

19、量生产的Suromover,装有本国的改装部分及Haller公司的后装在部分的垃圾车同时，国外学者也对移动式垃圾压缩设备做了深入的研究。Benjamin Lee 和Ryan Stewart以垃圾压缩设备液压系统中的最大系统压力、活塞杆直径、泵 排量作为输入参数，以设计空间作为输出参数，利用实验规划中的全因子功能得 到了输入参数对输出参数的影响关系，并对设计的垃圾压缩设备液压系统作了优 化设计;Neil Dixon对压缩成块型的垃圾块的机械持性作了研究,分别给单位 重量、压缩系数、屈服强度、横向刚度、水平应力、导水率作了定性和定量解释。目前国外以移动式垃圾压缩设备为代表的环卫工程机械的设计大多利

20、用大 型高速全数字并行处理计算机和液压及流体仿真软件，如法国Imagine公司开 发的系统工程高级建模和仿真平台AMEsim和以数值方法求解流动问题的计算 流体力学软件CFD(Computational Fluid Dynamics),结合流体力学、控制理 论、仿真、计算机等学科的交叉对液压系统进行建模仿真和动态性能分析,分析 其流体特性和动力特性,使得液压系统更加稳定、可靠。凭借CAE虚拟仿真技 术在产品全生命周期中的大量应用，虚拟样机很大程度上替代了传统设计中资源 消耗极大的物理样机验证设计过程,使产品的设计周期大大缩短,不但提升了产 品的性能,而且降低了产品的成本，使企业更具有竞争力。1

21、.2.2国硏究现状由于在垃圾压缩设备的研制上我国起步较晚，与国外先进水平相比尚有一段 差距。自上世纪九十年代以来，在对国外先进技术引进、消化、吸收的基础上， 国相关企业在垃圾压缩设备的研制上已取得了丰硕的成果，产品的类型、功能已 能满足一般的作业要求，并已在奥运会和世博会上得到了广泛运用和认可，部分 产品已达到国际先进水平。红研制生产的LT5161ZLJ红对接式垃圾车,选择底盘轴距4500mm,发动 机ISDel80 30,ISDel85 30,ISDe210 30,B190 33O 该车仅用于环卫部门运输 压缩式垃圾块,车厢顶部封闭，不可开启侧后防护材料均为：Q235,与车身连接方 式均为:

22、焊接，后防护主要尺寸为：100x50mm,离地高度为：550mm.该车装有 排气辅助制动。2净车CHINACAR图1-4LT5161ZLJ红对接式垃圾车龙马环卫装备股份研制生产的FLM5250ZXX型移动式垃圾压缩设备，采用 压缩机与垃圾箱一体的结构方式，运用水平压缩技术对城市垃圾进行压缩,占地 面积小,设备可以随时由拉臂车装载后转场,经济适用,机动灵活，独特的液压 锁门机构能可靠地锁紧后门，确保运输过程不会发生二次污染，如图1-5所示。图1-5 FLM5250ZXX移动式垃圾压缩设备长安小钩臂垃圾车是一种采用新设计可伸缩的钩臂，实现垃圾箱的二次吊 装，自吊上放下，可自行倾到垃圾的环卫设备。一

23、车可带多个垃圾箱，在装卸的 过程中可有效地避免二次污染。图1-6长安小钩臂垃圾车1.3本课题研究谷本课题针对我国目前存在大量露天式的垃圾转运站所造成的严重二次环境 污染，研制成功一种移动式垃圾压缩设备，它可将周边运送来的垃圾进行压实后 转运，有效地解决了垃圾堆积和转运中飘洒带来的二次污染问题，具有非常重要 的应用价值。目前国很多企业生产的垃圾压缩设备在运行时都还存在一定的噪声和振动 问题，如果不能将这些问题控制在一定的围，那么垃圾压缩设备在工作时势必会 影响周边居民的日常生活，同时产生的振动会增大垃圾压缩设备的故障频率,降 低设备的可靠性。对垃圾车的液压系统进行设计液压系统的设计包括液压系统的

24、功能原理设 计和液压系统结构设计。液压系统的功能原理设计要根据技术要求进行系统功能 设计，主要包括动力和运动分析，确定主要参数,编制液压执行器工况图,然后 拟定液压系统图。组成元件的选定要尽量选择标准元件。利用AMEsim软件对 该液压系统进行动力学仿真。目前城市生活垃圾的处理问题,越来越受重视，垃圾围城现象困扰人们生活。要处理垃圾首先需要收集转运，以前的收集方式是先人力收集，然后采用普通的 车运输,效率低且装载量少。压缩时垃圾车大大提高了装载量和效率,压缩式垃 圾车的收集和压缩过程基本都由液压系统动。本课题研究对象是压缩式垃圾车 的液压系统设计,研究对象应用越来越广泛,对于掌握液压系统设计流

25、程帮助很 大,另夕卜对于改善垃圾车的工作效率和可靠性有一定的意义。第2章液压传动系统设it计算2.1设计方案分析压缩式垃圾车的压缩装置由压缩机构和装填箱组成，对其压缩装置形式进行 分析，确定最佳方案。到目前为止,已经研究开发和使用的压缩机构可分为五种 形式:滑动刮板式、摆动刮板式、滑动一摆动刮板式、连杆刮板式、定轴转动刮 板式。一般认为”机构的运动件数、自由度数较多及装填箱底板轨迹较复杂的机 构为复杂机构。表2-1各机构特征表机构名称般运动件数机构自由度装騒底板轨迹特征滑动刮板式22圆弧/直线滑动一摆动刮板式33圆弧+直线摆动刮板式22圆弧1+圆弓瓜2连杆刮板式31连杆曲线定轴转动刮板式22圆

26、弧从表2-1可以看出，滑动一摆动刮板机构的构造最复杂，摆动刮板式有圆弧 运动运动形式复杂，连杆刮板式和定轴转动刮板式也有曲线运动，而滑动刮板式 的构造较简单而选择直线运动形式更加的简单。根据经济性和实际使用情况，选 择滑动刮板式压缩机构。压缩式垃圾车主要机构包括：车体、车厢、推板、推板油缸、滑板、滑板油 缸、刮板、刮板油缸、装填厢、举升油缸、翻斗、翻斗油缸。根据设计要求我们 设计翻斗油缸和刮板油缸组成的垃圾压缩系统并优化。2.2工况分析工况分析是指对工作机的工作过程进行运动分析和动力分析，以便了解其 运动规律和负载特性。此处对压缩式垃圾车的工作油缸进行分析即翻斗油缸、刮 板油缸。2.2.1运动

27、分析移动式垃圾压缩设备的主机结构主要由翻转斗、压缩车厢、翻转油缸、刮板 油缸、连接板等部件组成,执行机构的动作包括翻转斗的上料、回落和刮板前进 时的压缩以及退回。翻转动作与刮板压缩动作不联动,当翻转斗翻转上料时,压 力油进入翻转油缸无杆腔，推动翻转油缸活塞杆向前运动，通过固定在连接板上 的一对齿轮传动使翻转斗上料，完成上料动作后可通过油路换向使翻转油缸活塞 杆退回,则翻转斗回落至水平初始位置;在完成翻转上料和回落后,压力油进入 刮板油缸无杆腔,带动刮板油缸活塞杆向前运动压缩垃圾至一定压实量后,通过 油路换向使刮板油缸活塞杆退回,推板回至初始位置。5-推板6-翻转油缸7-连接板8-后齿轮9-连接

28、板图2-1移动式压缩设备主机结构简图2.2.2动力分析动力分析是分析工作机构在运动过程中的受力情况，也就是分析分析液压缸 或液压马达的负载情况。工作机构作直线运动时，液压缸所要克服的负载为：F = Fe + Ff+Ft式中：工作负载；4摩擦负载；惯性负载；1 )翻斗油缸估算翻斗支架质量G为30Kg ,每桶垃圾的质量e为80Kg ,滑动摩擦系 数“为0.07。Fe = mi x g = 30x9.8 = 294 NFf = “(m + Fn) = 0.07(30 x9.8 + 0) = 20.58 «21NE=0N其总负载为F = Fe + F.f + Fi + 2mixi? = 18

29、83N0对总负载放大留余量，则取 65KN。2）刮板油缸估算刮板质量加为350Kg ,车厢容积为13m3,滑动摩擦系数"为0.07 , 垃圾密度为0.45t/m3o巴=13 x 0.45 x 10 x g = 57330NFt = pFN =0.07x350x9.8 = 240. INR=0N其总负载为F = HF=57570.1N，对总负载放大留余量，则取 F = 100KN。2.3确定液压系统主要参数2.3.1初选系统工作压力液压系统工作压力选定是否合理，直接关系到整个液压系统设计的合理程 度。在液压系统功率一定的情况下，若压力选的过低,则液压元、辅件的尺寸和 自重就会增加；若压

30、力选的较高，则尺寸和自重会相应减少。例如，飞机液压系 统的工作压力从21MPa提高到28MPa ,则其自重下降约5% ,其体积将减小 13%。然而,若液压系统压力选的过高,由于对制造液压元、辅件的材质、密封、 制造精度等要求的提高，反而会增大系统的尺寸和自重，其效率和使用寿命也会 相应下降,因此不能一味的追求高压。表2-2所示为目前我国几类机器常用的液 压系统工作压力。根据表2-2的数据，初选翻转缸和刮板缸的工作压力为Pl=llMPa 和 P2=12MPao表2-2我国目前几类机器常用的液压系统工作压力備类型机床农业机械、小型压力机，中、大型系统压力磨床组合龙门拉床工程机械、工程挖掘机，重型机

31、械,/MPa机床刨床机械的辅助机构起重运输机械等等0.8-235288 1010-1620 322.3.2液压系统设计参数(1)液压系统应设安全阀，其调整压力应为系统最高工作压力的110% ;(2 )翻斗油缸工作行程时间40s包括上料快进樓进和下料快 退和慢退；(3 )刮板油缸工作行程Z2=800mm ,时间40s包括刮板快进慢进和快退慢 退；(4 )翻斗油缸负载为100KN ,刮板油缸负载为200KN ;(5 )上料和回落时间之和T1 :翻转油缸上料、回落往返一次行程所需要 的时间控制在40 s左右；(6 )刮头自动循环时间T2 :刮板油缸压缩、退回往返一次行程所需要的时 间控制在40 s左

32、右；(7 )翻转缸速度：包括上料快进速度、上料慢进速度、回落快退速度、回 落慢退速度。上料快进速度稳定在40 mm/s左右,回落快退速度稳定在45 mm/s左右,而翻转慢进、退速度可在10-20 mm/s之间用节流阀调节；(8 )刮板速度:包括刮头快进速度、刮头慢进速度、刮头退速度。刮头快进速度稳定在50 mm/s左右,刮头退速度稳定在50 mm/s。2.3.3计算液压缸的主要结构尺寸根据需要的液压缸的理论输出F和系统选定的供油压力Q来计算缸筒径D （m ）,计算公式如下：匹1（尸（2-1）式中：液压缸的理论输出力（N ）;円共油压力（MPa丄对于活塞杆直径可以按经验公式来初步选定活塞杆直径,

33、经验公式如下： =（丄）£）（2-2）53在此处确定为d = = D1 ）翻斗油缸翻斗油缸负载&65KN，根据公式（2-1）计算得686.7mm，根据表2-3 选取标准尺寸P=100mm ;根据公式（2-2 ）得二33.3mm ,根据表2-4选取 标准尺寸二36mm。表2-3缸筒径尺寸系列（mm ）840125( 280 )1050(140)3201263160( 360 )1680(180)40020(90)200(450)25100(220 )50032(110)250注：1圆括号尺寸为非优先选用者。2径上限可扩展，按R10优先数系列选用。表24活塞杆外径尺寸系列4205

34、61605226318062570200828802201032902501236100280144011032016451253601850140注：直径上限可扩展r按R20优先数系列选用。2)刮板油缸刮板油缸负载&100KN ,根据公式(2-1)计算得 6103.03mm ,根据表2-3选取标准尺寸Q二125mm ;根据公式(2-2 )得c/=41.67mm f根据表 2-4选取标准尺寸二45mm。则翻转液压缸径、活塞杆直径及实际有效面积分别为：A=-D2=-xOO2 = 7850/zwh2144A, = d2 = x362 = 1017.36/n/n2-44A3 = AA2 =

35、6832.64/z?/?/2则刮板液压缸径、活塞杆直径及实际有效面积分别为：At = - D2 = - X1252 = 12265.62mm244=-d2 =£X452=1589.625wwi2节44= A4A5 = 10675.99/z?/?22.3.4计算液压缸的流量根据活塞横截面积和液压缸运动速度来计算液压缸流量。计算公式如下:如冷厂（23）廿存（，一讥2-4）G =如（2-5 ）q2 =（A A）V（ 2-6 ）式中：D缸筒径；d 一活塞杆直径；Vmax 液压缸的最大运动速度。刍一无杆腔面积；£活塞杆面积；1 ）翻斗油缸彳快进=才兀db快进=才 x 兀 x 0.03

36、6, x 0.04m° / sxlOm' / s. = 17tD2v,1 = -xx0.12 x0.01m3 /s=0.78x lOm5 /s口快退=卜(。2 一 J%退冷xkx(0.12 -0.0362)x0.045m3 /s=3.07x lOm3 / qK.识二”(一')遇= -xx(0.12 - 0.0362)x0.015m' /s=1.02xlO-4in5 /s2）刮板油缸彳快进=-九快进=才 兀 x 0.0452 x 0.05m3 / s=0.79 x 1 Om3 / sq 慢进二才九7)2% 进=_xx0.1252 xO.O25m3 /s=3.O6xlO-lm3 /sq快退二存(£)' 一2)1伽二土x/rx(0.125, O.O45)xO.O5m&#