液压式垃圾转运站

液压式垃圾转运站摘要：随着城市建设的发展及居民生活水平的提高,城市生活垃圾产量也在迅速增加。在处置和处理过程中,不仅占用大量的土地,而且会污染环境,对居民健康也造成了严重的影响,城市生活垃圾综合处理已成为世界各国城市共同面临的一个严重问题。垃圾转运站是垃圾运输过程中的一个环节,是否设置转运站,是决定一个城市环境质量的一个重要因素。本文在分析国内外液压垃圾转运站现状的基础上根据其工作原理，确定了垃圾转运站的总体方案，完成了液压系统的设计及计算、机械结构的设计及连接件的校核，并用AutoCAD2012绘制了相关的零件图和总装图，从而实现了垃圾运输的封闭化,同时提高了长途运输的经济性。关键词：垃圾转运站，液压系统，机械机构，连接件校核HydraulicrefusetransferstationAbstract：Withthedevelopmentofurbanconstructionandtheimprovementoflivingstandardsofresidents,citylifegarbageoutputarealsoincreasingrapidly.Intheprocessofdisposalandtreatment.Theurbandomesticwastenotonlytakesupalotofland,butalsopollutestheenvironment,whilealsocausedseriouseffectontheresidents'health.Thecomprehensivetreatmenthasbecomeaseriousproblemoftheworld.Refusetransferstationisalinkintheprocessofwastetransportation.Whethertosetupthetransferstationisanimportantfactorindeterminingthequalityofacityenvironment.Basedontheanalysisofthepresentsituationofhydraulicrefusetransferstationathomeandabroad,accordingtoitsworkingprinciple.Thearticledeterminedtheoverallschemeoftherefusetransferstation,completedthedesignofthehydraulicsystemandcheckingcalculation,mechanicalstructuredesignandfitting,andIusedtheAutoCAD2012mappedtherelateddetaildrawingandgeneralassemblydrawing,whilerealizetherubbishtransportautarky,atthesametime,improvetheeconomicbenefitofthelong-distancetransportation.Keywords:refusetransferstation,hydraulicsystem,Mechanism,Fittingcheck目录HYPERLINK\l"_Toc390291817"1绪论 1HYPERLINK\l"_Toc390291818"1.1垃圾转运站的概述 1HYPERLINK\l"_Toc390291819"1.1.1国内垃圾转运站的现状 1HYPERLINK\l"_Toc390291820"1.1.2国外垃圾转运站的现状 2HYPERLINK\l"_Toc390291821"1.2液压式垃圾转运站的应用及前景 2HYPERLINK\l"_Toc390291822"1.2.1液压式垃圾转运站的应用 2HYPERLINK\l"_Toc390291823"1.2.2国内外市场压缩式垃圾车应用现状 3HYPERLINK\l"_Toc390291824"1.2.3液压式垃圾转运站的发展趋势 3HYPERLINK\l"_Toc390291825"1.3垃圾转运站存在的问题及环保措施 4HYPERLINK\l"_Toc390291826"2液压式垃圾转运站的方案选定及总体设计 6HYPERLINK\l"_Toc390291827"2.1方案与原理的选择 6HYPERLINK\l"_Toc390291829"2.2.设计原理及工作过程 9HYPERLINK\l"_Toc390291830"3液压系统的设计及计算 11HYPERLINK\l"_Toc390291831"3.1制定液压系统的基本方案 11HYPERLINK\l"_Toc390291832"3.2确定压缩液压系统的主要参数 12HYPERLINK\l"_Toc390291833"3.3确定液压缸的主要参数 15HYPERLINK\l"_Toc390291834"3.3.1初选液压缸工作压力 15HYPERLINK\l"_Toc390291835"3.3.2计算压缩液压缸的主要尺寸 16HYPERLINK\l"_Toc390291839"3.3.3计算压缩液压缸的最大流量 19HYPERLINK\l"_Toc390291840"3.3.4液压缸的选择 19HYPERLINK\l"_Toc390291841"3.4液压回路的设计 20HYPERLINK\l"_Toc390291842"3.4.1拟定原理图 20HYPERLINK\l"_Toc390291845"3.4.2组成元件设计 23HYPERLINK\l"_Toc390291846"4机械结构设计及其连接件的校核 27HYPERLINK\l"_Toc390291847"4.1垃圾集装箱结构设计 27HYPERLINK\l"_Toc390291848"4.2举升架的结构设计 27HYPERLINK\l"_Toc390291849"4.3压缩装置的结构设计 28HYPERLINK\l"_Toc390291850"4.4连接件的校核 29HYPERLINK\l"_Toc390291851"4.4.1举升液压缸销轴的校核 29HYPERLINK\l"_Toc390291852"4.4.2压缩液压缸销轴的校核 31HYPERLINK\l"_Toc390291853"4.4.3锁门销的校核 32HYPERLINK\l"_Toc390291854"4.4.4工字梁铰链连接处的校核 32HYPERLINK\l"_Toc390291855"总结 34HYPERLINK\l"_Toc390291858"参考文献 35HYPERLINK\l"_Toc390291859"致谢 361绪论环境问题是当今人们关注的焦点问题，随着人们生活水平的日益提高，城市化进程的不断加快，城市人口的日益增加，生活垃圾成倍的增多，在郊区随处可见堆积如山的垃圾。垃圾清运是城市环卫部门工作中的重中之重，从而使得垃圾中转站成为城市生活垃圾清运工作中重要的设施之一。随着中国经济建设和科学技术的飞速发展，多种形式的现代化垃圾中转站的建设在国内逐渐增多，设备性能结构越来越复杂，自动化程度越来越高。设备技术状态的好坏直接影响转运作业的数量、质量和经济效益。生活垃圾是整个社会经济生产、分配、消费再循环过程各环节必然的产物，与所有社会成员均密切相关，与城市的现代化进程和科学技术的发展密切相关，生活垃圾既是有害的，有时可以变害为利的永续资源，生活垃圾治理的“减量化、资源化、无害化”水平的提高是改变城市生活环境，保证和促进社会经济可持续发展的基础条件之一。研究解决城市垃圾收集、运转、处理技术，改变现有城市垃圾管理体制，合理分配城市垃圾物流调配系统，切实提高城市垃圾减量化、无害化、资源化水平是提高我国城市生活环节水平的关键，这对于提高城市形象，改变人居环境状况提高人民生活水平，促进城市经济可持续发展有着很大的作用。城市生活垃圾转运站(以下简称转运站)是生活垃圾收运物流系统的枢纽。垃圾经转运站不仅实现了垃圾运输的封闭化,而且提高了长途运输的经济性,减少了车流量。近年来,转运站已逐渐成为城市重要的环卫设施。利用一套先进的设计理论、设计与试验方法、为垃圾压缩装置的方案设计、参数选择和仿真优化等提供科学的依据。现有的一些垃圾中转站举升装置由于设计不合理,稳定性差,功耗大,主要件易损坏,设备维修不方便,时常导致垃圾不能及时转运,造成环境污染。因此，研究开发一种工作可靠、性能优良的中转站举升装置是非常有必要的。1.1垃圾转运站的概述1.1.1国内垃圾转运站的现状主城区目前各社区、街道的四百多个楼式垃圾转运站,其中仅30座为符合环保要求的密闭式压缩站和集装箱垃圾站,占总数的61.4%,其余439座是开敞式垃圾站,市民堆放的生活垃圾发酵产生的臭气和垃圾中的污水使垃圾站成为城市又一污染源,严重影响市民生活环境,应进行改建或拆除,并需新建一定数量垃圾站。新建的垃圾站均采用压缩式、容器或集装箱式。现有的环保型垃圾转运站具有以下特点:采用密封式大容积自压缩垃圾集装箱,收集、压实和储运垃圾,避免压缩与集装箱分离而造成的二次污染,每次倾倒完垃圾后,进料门立即关闭,使垃圾转运站的垃圾完全密封存放;垃圾在自压缩垃圾集装箱中直接高压减容,增大了箱体的装载量,一个地埋式垃圾站可日处理垃圾100t;自压缩垃圾集装箱沉入地下和移走都能完全确保坑口封闭,确保了行人和工作人员的安全。已建的环保垃圾转运站:江北龙头寺、渝中区东水门、储奇门、通远门、王家坡、九龙坡毛线沟、石桥铺交易城、龙溪镇、沙坪坝区劳动路、磁器口、大渡口文体路、渝北两路等。1.1.2国外垃圾转运站的现状目前国外主要城市及城区应用最多且发展最广的是地理式垃圾转运站，国外各大城区垃圾处理状况比较良好，但环境问题依然十分严峻，加强垃圾转运站的研究与城市生活垃圾的处理仍然是国外城市需要解决的问题之一1.2液压式垃圾转运站的应用及前景1.2.1液压式垃圾转运站的应用国家“十一五”期间，各城市将确定合理的生活垃圾收运模式，优化转运方式的组合形态，推行生活垃圾分类、集装、压缩运输。将按标准建设一批与处理、处置设施相配套的大中型垃圾转运站，实施城镇生活垃圾收集系统全覆盖通过环卫装备的升级换代，实现固体废物收运车辆“全密闭、压缩化、高运能”。全密封压缩环保型垃圾车不仅有助于实现固体废物收运车辆“全密闭、压缩化、高运能”。而且此项技术的广泛使用将彻底改变我国传统的城市生活垃圾清运方式，将对城市生活废弃物的分类减量、无害化转运处理及资源化利用起到促进作用。改垃圾房（站）为密封垃圾桶，且收集地点可转移，无臭气、污水、噪音、蚊蝇扰民的新型模式；压缩式垃圾车超强的压缩性能，可使车载垃圾容量缩小至1／4，水份含量减少3／4，大大降低垃圾焚烧（或填埋）时的能源消耗（污水渗漏），减少了政府相关部门按重量给予垃圾处理补贴的财政支出；良好稳定的操控性能对垃圾进行高效压缩收集，大大减少了环卫工人数量和劳动强度；全密封结构特性，从根本上改变垃圾转运过程中“跑、冒、滴、漏所造成的二次污染。1.2.2国内外市场压缩式垃圾车应用现状20世纪40年代，压缩式垃圾车在德国、荷兰、奥地利、美国等国家开始使用；50－60年代开始，压缩式垃圾车在亚洲的日本、韩国、新加坡等国家和地区开始运营；此后非洲有南非、埃及等国家相继开始使用。80～90年代，世界上发达国家和地区已经普遍使用压缩式垃圾车转运城市垃圾。进入21世纪，环保性能好的后压缩式垃圾车得到广泛使用，已占到垃圾转运车辆的95%以上。我国是在1990年，因在北京举行第十一届亚洲运动会，日本富士重工业株式会社通过红十字会向北京、上海、杭州等城市陆续赠送了40台后压缩式垃圾车，此时中国环卫部门才正式接触到后压缩式垃圾车。然而到90年代末期，中国包括北京、上海在内的城市，98%以上都在用非压缩式垃圾车转运城市垃圾。21世纪初，上海部分路段仍使用垃圾船在苏州河转运垃圾。据2007年中国车辆管理所统计，国内大约只有53个城市使用后压缩式垃圾车转运部分城市垃圾，国产和进口的后压缩式垃圾车总量为4867辆，仅占整个垃圾转运车辆的5%左右。1.2.3液压式垃圾转运站的发展趋势液压式垃圾车必将成为垃圾转运中的主流备。随着我国垃圾处理产业的发展，压“缩式垃圾车必将成为垃圾转运中的主流收集、贮设备。《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》第十七条规定“收集、贮存、运输、利用、处置固体废物的单位和个人，必须采取防扬散、防流失、防渗漏或其他防止污染环境的措施”。建设部、环保总局、科技部共同发布的《城市生活垃圾处理及污染防治技术政策》中明确要求垃圾收集和运输应密闭化，防止暴露、散落和滴漏；鼓励采用压缩式收集和运输方式，尽快淘汰敞开式收集和运输方式。国家“十一五”规划将全密封压缩式垃圾车（站）作为垃圾收集和转运发展的重点。为适应城市垃圾分类收集，垃圾处理收费、垃圾转运及环保低排放的发展趋势，未来垃圾转运设备需进一步加大以下几方面的研发力度：开发系列压缩式垃圾车的自清洁、节能、减噪双动力装置和适用于垃圾分类的多仓压缩收集装置。将产品装载容积范围从5立方扩展到24立方系列车型，动力类型从柴油为动力、ＬＮＧ、混合燃料动力及电动力发动机等，形成容积为5—24ｍ

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等系列及多动力类型的压缩式垃圾车，以满足欧Ⅲ、欧Ⅳ及零排放的要求。同时进行压缩垃圾车的功能与多用途扩展性设计，根据压缩垃圾车装载对象特点，研究垃圾车自身清洁问题，攻克死角区域中的污垢清除；另一方面，尤其在夏秋之时，垃圾车里的蚊蝇清灭等难题。进行双动力（行驶时用柴油发动机；小区内垃圾收集时用电能或太阳能）技术研究，以减小在小区垃圾收集装载过程中的噪音，推进垃圾车自身的绿色环保。同时，根据中国垃圾的混、杂、湿的特点，研究针对不同垃圾对象，进行压缩力调节技术研究，以提高装载量和装载效果：另一方面，通过分箱形成分仓式压缩垃圾车，初步实现对生活垃圾、废纸、废塑料、废玻璃、废电池以及包括医疗垃圾在内的危险品等垃圾的分类收集，以实现一车多用；利用垃圾压缩原理，进行如学校、工厂、机关、医院、餐饮、大型商场、超市的专用垃圾车或移动式垃圾站的研究。1.3垃圾转运站存在的问题及环保措施由于在转运站内垃圾收集车的卸料、装箱过程中会产生灰尘,垃圾因发酵会产生臭气,所以要求垃圾收集车卸料作业和装箱作业均应在室内或半封闭状态下进行,减少对周围环境的影响,但是对转运作业区内的小环境影响还是较大的,采取的措施主要有:¹严格遵守日转日清的转运工艺,不许垃圾在站内过夜;º转运作业区、垃圾车行驶道路等处,每班清洗一次,保持环境清洁。这些措施可使卸料作业区的臭气等级低于GB14554-93《恶臭污染物排放标准》2级,转运站周边臭气浓度的厂界值小于20。转运站产生的污水主要来源有:职工的生活污水;车辆、设备、场地的清洗污水;垃圾转运装箱过程中产生的渗沥液;雨水。雨水与其他污水分流制,雨水通过站内雨水管道排放到城市下水管道。清洗污水和生活污水经沉淀处理后排放。转运站内污水治理主要是渗沥液,因此应尽量减少渗沥液的产生量。垃圾渗沥液随着垃圾成分、季节的变化而变化,因垃圾转运工艺不同,产生量也有较大的变化。由于垃圾在转运站内停留时间较短,其渗沥液污染指标较高,总量较小,目前国内外较常用的、经济的处理方法有:稀释排放、集中治理和专业达标治理。经比较,采用收集后集中治理的方式既经济又合理。转运站的噪声主要来自车辆进出站时的行驶噪声及转运处理垃圾设备的作业噪声。治理措施:对作业设备和液压系统的泵及驱动电机座、泵及风机的机座设置减震垫;选用低噪声风机或带消音装置的风机;对泵站、液压站、风机站等建筑采用隔音门窗;墙壁铺设吸音板等措施,将转运作业区噪声控制在80dB以下由于收集车的卸载和转运装箱均是在室内进行,所以蚊蝇孽生受到一定环境限制。但为防止站内蚊蝇孽生,每班工作结束后,必须进行场地及转运车辆等的清洗,同时定期对转运作业区、站内清洗。

2液压式垃圾转运站的方案选定及总体设计2.1方案与原理的选择方案的选择此次设计方案为液压式垃圾转运站设计，根据以上提出的技术性能及要求，初步确定以下几个方案：方案1如图2-1。方案1的具体实现过程如下：液压缸顶住中桶，中桶上安有滑轮，钢丝绳绕过滑轮，一端与内桶底端相连，另一端与外桶顶端相连。当液压缸顶起中桶时，由于外桶是固定不动的，所以桶内会以两倍于外桶的速度上升。这种举升方式中的内桶承受的压力N等于起重平台施加的压力N，也等于钢丝绳的拉力，所以滑轮的压力等于2N，因此液压缸的推动力为2N，约为10t，这个载荷相当大，导致了整个系统的功耗大。这种结构制造成本较高，长时间使用容易出现漏油现象，不利于维修。滑轮滑轮钢丝绳内筒中筒外筒液压缸图2.1方案1示意图

方案2如图2.2。连接集装箱连接集装箱连杆固定支架小连杆导向导轨钢丝绳图2.2方案2示意图方案2的实现过程：设与钢丝绳相连的连杆长度为l=0.5m，α是此两连杆之间的夹角，考虑到具体结构的限制，α的取值范围是16°≤α≤160°，则起重平台能举升的理论高度为h=4×2×0.5×(sin80°-sin8°)=3.38m，能够满足举升高度的要求。这种装置的钢丝绳拉力T等于起重平台施加给举升装置的压力N与举升装置的重量之和，钢丝绳的拉力并不大。与钢丝绳相连的两根连杆是二力杆，其受力简单。在刚举升时基本处于水平方向(即α很小)，所以连杆的受力相当大，这就要求连杆的截面尺寸能够保证强度要求，在举升过程中逐渐减小，举升到最高点时(即α接近于160°)连杆受力最小。此装置还要求有一导轨导向，导轨不能露出地面以上，在举升装置达到最高位移时举升装置的大部分不能被导向，稳定性不宜保障。这种方案的优点是能够实现较大的直线位移，而且钢丝绳的载荷较小，动力及传动系统易满足要求。但是装置关节及连杆尺寸较大，结构复杂，所以这种装置实现起来也不经济。方案3如图2.3。垃圾箱在极限位置1——最低处，由压缩液压缸对垃圾进行压缩处理。在对垃圾进行几次压实处理后，压缩液压缸停止工作。举升液压缸举起垃圾箱到达极限位置2——最高处，把垃圾箱推出，然后退回地坑完成一次转运。极限位置由限位槽来确定。方案3的实现过程：该机构由两个并列的剪式升举臂和位于该两个剪式升举臂之间的升举液压油缸组成，其结构特点是，所述两升举臂的前臂脚同支持件相铰接而后臂脚装有滑轮且所述滑轮位于相应的水平限位导槽中，底座的前端两侧分别同所述两升降臂的前臂上端相铰接而该两升举臂的后臂上端分别装有滑轮且所述滑轮分别位于所述底座后部相应两侧的限位导槽中。方案3的优点是：（1）结构简单，重量轻，运行平稳可靠。（2）水平限位槽决定了垃圾箱的最终运动位置，实现了垃圾箱的垂直运动。图2.3方案3示意图图2.3方案3示意图经过对以上三种设计方案的综合考虑与分析，方案3可行性更好。该方案举升臂采用工字梁，工字梁具有质量轻、承受力矩大等优点。举升液压缸采用双作用多级液压缸，液压缸的布置方式如图所示。2.2.设计原理及工作过程此方案主要由两部分组成。一部分是压缩装置，一部分是举升装置。压缩装置由垃圾箱、压缩液压缸等组成。其原理是当举升装置位于最低位置时，液压缸对垃圾进行压缩，压缩次数一般为四次，最终的压缩比为3：1。垃圾压实后，举升装置把垃圾箱升举到最高位置，液压缸把垃圾箱推出，实现一次压缩循环。举升装置的设计原理如下：两组连杆通过相对转动关节连接在一起，各连杆围绕连杆的连接处转动，四个连杆的上半部分或下半部分组成平行四边形机构。连杆的一个关节在固定支架处固定，另一连杆的最下端与限位轮连接。当液压缸推动连杆运动时，另一连杆带动限位轮在限位槽中实现水平滚动，由于平行四边形的原理，同时带动其他连杆以铰链中心为基点向上移动，液压缸将垃圾集装箱垂直举起。其具体实现过程如图2.4、2.5所示：图2.4极限位置——压缩在图2.4位置处，即举升装置位于最低极限位置此时连杆与水平夹角为15°此时压缩液压缸进行压缩，完成压缩功能。压缩过程液压缸所受负载为变载，采用的双作用多级液压缸。图2.5位置为举升装置的最高极限位置。此时连杆与水平夹角为60°。垃圾已被压实处理，然后经液压缸推出垃圾箱。举升过程中压力角逐渐变小，所需力也减小。举升液压缸采用双作用多级液压缸。图2.5极限位置——推出

3液压系统的设计及计算3.1制定液压系统的基本方案（1）确定执行元件的形式液压执行元件大体分为液压缸或液压泵。前者实现直线运动，后者完成回转运动，二者的特点及适用场合见下表1。表3.1执行元件的类型、特点与应用表3.1执行元件的类型、特点与应用名称特点适用场合双活塞杆液压缸双向对称双作用往复运动单活塞杆液压缸有效工作面积大、双向不对称往返不对称的直线运动，差动连接可实现快进，A1=2A2往返速度相等柱塞缸结构简单单向工作，靠重力或其他外力返回摆动缸单叶片式转角小于360度双叶片式转角小于180度小于360度的摆动小于180度的摆动齿轮泵结构简单，价格便宜高转速低扭矩的回转运动叶片泵体积小，转动惯量小高转速低扭矩动作灵敏的回转运动摆线齿轮泵体积小，输出扭矩大低速，小功率，大扭矩的回转运动轴向柱塞泵运动平稳扭矩大、转速范围宽大扭矩的回转运动径向柱塞泵转速低结构复杂，输出大扭矩低速大扭矩的回转运动注：A1——无杆腔的活塞面积A2——有无杆腔的活塞面积对于本设计只需要实现简单直线运动，因此可以采用双作用多级液压缸。根据主机的运动要求，选择液压缸的类型为：直线运动单活塞杆双作用缓冲式液压缸。其特点：活塞双向运动产生推、拉力。（2）确定液压缸的安装方式工程液压缸均为双作用单活塞式液压缸，安装方式多采用耳环型。由于本设计中举升液压缸与压缩液压缸在作用过程中是一端固定，一端在垂直面上自由摆动的形式，因此选择液压缸的安装方式为：尾部耳环联接。而锁销液压缸与后门液压缸分别采用头部摆动式与脚架固定式。液压源系统液压系统的工作介质完全由液压源提供，液压源的核心是液压泵。在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经过溢流阀回油箱，溢流阀同时起到开展并稳定油源压力的作用。为节省能源并提高效率，液压泵的供油量要尽量于系统所需流量相匹配。对于本设计，由于工作周期短，循环次数少，供油量可以适当减少以节省能源，采用单泵供油即可，不需蓄能器储存能量油液的净化装置在液压源中是必不可少的。一般泵的入口要装有滤油器，为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁过滤或其他形式滤油器。3.2确定压缩液压系统的主要参数垃圾的收集过程需要压缩装置中的压缩头往复运动，使垃圾在每一次倾倒后就压缩一次，直至垃圾集装箱装满。箱体的长决定了液压缸的行程较长，为了有效实现垃圾的压缩，故本设计采用了双作用的伸缩式多级液压缸来驱动压缩头。由于多级液压缸的结构特点，较粗的伸缩套筒先伸出，工作过程为：第一级压缩→第二级压缩→第三级压缩→第四级压缩→返回。这样重复若干次后待集装箱装满开始将垃圾推出到垃圾车上，整个工作过程所需行程约为3000mm，工作负载在压缩过程中为变载，最大工作负载为350KN，压缩一次往返时间不超过90秒。第一次压缩过程中，各级压缩时间为：27s，16s，10s，7s。各级加减速的时间为0.05s。随着垃圾的装满，第二级、第三级、第四级伸出长度变短，最后一次压缩只有第一级最粗的活塞杆工作，且此时压缩力达到最大值。（1）各级压缩平均速度第一级第二级第三级第四级（2）摩擦负载启动时摩擦负载即为压缩头滚轮与导轨的摩擦阻力，查有关资料知，摩擦系数为0.005，经估算，压缩头重量为1500N。静摩擦阻力动摩擦阻力鉴于摩擦阻力很小，忽略其引起的阻力负载。[1]（3）惯性负载第一级第二级第三级第四级表3.2液压缸各阶段的负载和推力图取液压缸的机械效率=0.9，得出液压缸在各工作阶段的负载，如表2所列。表3.2液压缸各阶段的负载和推力图工况负载组成液压缸负载F/KN第一级启动加速摩擦、惯性负载0.092第一级压缩摩擦、垃圾阻力0.092-350第二级启动加速摩擦、惯性负载0.061第二级压缩摩擦、垃圾阻力0.061-240-203第三级启动加速摩擦、惯性负载0.092第三级压缩摩擦、垃圾阻力0.092-160第四级启动加速加速摩擦、惯性负载0.122第四级压缩摩擦、垃圾阻力0.122-90暂停垃圾、箱门阻力350各级返回摩擦负载0.061-0.122负载循环图和速度循环图，如下图所示。返回图3.1液压缸的负载循环图第三级第二级第一级第四级T(s)F(N)返回图3.1液压缸的负载循环图第三级第二级第一级第四级T(s)F(N)3.3确定液压缸的主要参数3.3.1初选液压缸工作压力压力的选择要根据载荷大小、设备类型、结构要求和技术水平而定。还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济；反之，压力选的太高，对泵和、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然提高设备成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限的设备，压力可以选的低一些，行走机械重型设备压力要选的高一些。系统工作压力高，省材料，结构紧凑，重量轻，是液压的发展方向，但要注意防漏、噪声控制和可靠性问题的妥善处理。对于本设计的液压系统，考虑到负载比较大，属于小型机械，根据表3、表4、表5，初选液压缸的系统压力p1=16MPa，背压力p2=0.2MPa。[2]表3按负载选择工作压力表3按负载选择工作压力负载/KN<55-1010-2020-3030-50>50工作压力/MPa<0.8-11.5-22.5-33-44-5≥5图3.2液压缸的速度循环图V(m/s)T(s)图3.2液压缸的速度循环图V(m/s)T(s)表3.4各种机械常用的系统工作压力图表3.4各种机械常用的系统工作压力图机械类型机床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.8-23-52-88-1010-1820-32表3.5执行元件背压力表3.5执行元件背压力系统类型背压力/MPa简单系统或轻载节流调速系统0.2-0.5回油路带调速阀的系统0.4-0.6回油路设置有背压阀的系统0.5-1.5用补油泵的闭式回路0.8-1.5回油路较复杂的工程机械1.2-3回油路较短且直接回油可忽略不计3.3.2计算压缩液压缸的主要尺寸(1)液压缸直径计算鉴于压缩机构运动及结构简单，且行程大，因此，考虑选用选双作用多级活塞杆式液压缸，无杆腔为工作腔。列力学平衡方程：（3-1）式中、——液压缸工作腔、回油腔压力；、——工作腔、回油腔有效作用面积；D——液压缸内径；d——活塞杆直径；F——最大外负载，F=350KN；——液压缸机械效率，一般取0.9—0.97，取0.9。表3.6液压缸杆颈比与速度比关系表3.6液压缸杆颈比与速度比关系d/D0.550.620.7i31.461.612工作腔、回油腔有效作用面积：=（3-2）=（3-3）力学平衡方程为：（3-4）则：=177.4mm根据结构设计，活塞杆伸出时无辅助导向元件，故应使活塞杆直径稍大一些，以保证刚度和稳定性。查手册液压缸缸筒直径系列，初选缸筒直径D=180mm。所选液压缸的型号为4HSTG180x3000[3]，缸径和柱塞的直径分别为180、150、120、90和165、125、105、75。最末级活塞杆直径为75mm。(2).强度计算活塞杆受轴向载荷F=350KN，活塞杆直径应满足（3-5）式中——活塞杆直径；——液压缸的最大推力，F=350KN；——材料的屈服强度，45号钢的屈服强度=360Mpa；——安全系数，一般取=2—4，取3。带入数值经计算得：=75mm>=61.2mm所以d=75mm满足强度要求[4]。(3).压杆稳定性计算当活塞杆全部伸出时，活塞杆端和负载的连接点到液压缸支撑点间的距离假设为LB，当LB10d时，活塞杆须进行压杆稳定性计算。根据本设计结构，由于采用四级液压缸，总行程为3000mm，LB=750mm。LB=750mm，d=75mm，LB=750mm=10d所以，须进行压杆稳定性验算。按欧拉公式计算：（3-6）则：式中——活塞杆弯曲失稳临界载荷；——活塞杆材料的弹性模数，45钢弹性模量=210GPa；——活塞杆横截面惯性矩，圆截面；——活塞杆最大工作负载，=350KN；——安装及导向系数；——安装距，LB=750mm；——安全系数，一般取=3.5。根据设计结构，液压缸工况如图所示，为两端铰支的形式，查手册得其安装及导向系数K=1。经计算得：=5714139N 350KN==1632KN所以满足压杆稳定性的要求[5]。3.3.3计算压缩液压缸的最大流量压缩液压缸的最大流量为：3.3.4液压缸的选择（1）推门液压缸基本尺寸计算选择液压缸的背压为0.5MPa，列力学平衡方程：（3-7）机械效率取0.9，本系统对液压缸无具体速度要求，综合考虑，初选d=0.55D。工作腔、回油腔有效作用面积为：==（3-8）列力学平衡方程为：（3-9）则：=2.8mm 经过市场调查，一般液压缸生产厂家的液压缸规格，最小缸径为D=40mm，小于40mm的须提前定做。在满足负载性能的情况下，考虑生产成本因素，查手册液压缸缸筒直径系列，取缸筒直径D=40mm，得d=28mm。（2）活塞杆直径强度验算活塞杆受轴向最大载荷为=300N，活塞杆直径应满足（3-10）式中——活塞杆直径；——液压缸的最大推力，=300N；——材料的屈服强度，45号刚得屈服强度=360Mpa；——安全系数，一般取=2—4，取3。带入数值计算：=28mm>=1.8mm所以d=28mm满足强度要求。[6]（3）计算液压缸的最大流量3.4液压回路的设计3.4.1拟定原理图（1）压缩装置液压回路选择压缩过程中，功率较大，负载为阻力负载，且为变载，采用回油节流调速回路，为了使压缩缸快速返回，用调速阀进行调速。为了使液压缸在压缩时达到最大压力时停止压缩并返回，在进油路上安装压力继电器，当达到调定压力时，压力继电器控制换向阀动作，从而使液压缸刚停止前进并返回。如图3.2所示：（2）举升装置液压回路选择举升过程中，两个双作用伸缩液压缸必须同步运动，故采用进油路安装节流阀的同步运动回路，并串联一个单向阀，使举升暂停时保持压力不变。回油路上的节流阀作用时使集装箱以一定速度缓慢下降，防止冲击。如图3.3所示：3YA4YA2YA1YA3YA4YA2YA1YA 图3.3举升回路设计图 图3.4压缩回路设计图（3）开门装置液压回路选择开门装置安装有两个同时执行动作的液压缸，故需采用同步运动回路，根据此动作的特点，选择回油路安装节流阀的同步运动回路，并联单向阀的目的时在关门时实现快速运动。（4）换向与速度换接回路选择根据各个组成部分液压缸的动作特点，为了保证各部分动作实现互不干扰，各装置的换向均采用O型机能的电磁换向阀，其中锁门装置回路与推门回路采用二位二通电磁换向阀，其余均为三位四通电磁换向阀。根据压缩过程的压力变化特点，其中压缩装置回路的换向阀还受到压力继电器的控制。6YA5YA6YA5YA图3.5开门回路设计图（5）液压系统油源形式选择各执行部分液压缸的运动相对对立，高压小流量工况及低压大流量工况不会同时出现，故采用单泵供油的定量泵即可。（6）压力控制回路选择在液压泵出口并联一溢流阀，实现系统的溢流定压。液压系统有不同功能的基本控制回路组成，若干个基本回路的有机组合形成了具有一定控制功能的液压传动系统。为实现垃圾转运站的功能，设计液压系统的原理图如图3.6所示。液压系统包括动力源、执行元件、控制元件和液压辅助元件组成。此液压系统包括举升回路、压缩回路、锁门回路和锁销回路。此液压系统实现的动作是依次压缩——收回——举升——推出——收回——下降。其中压缩——收回过程有几次循环，其中各个电磁阀采用PLC进行控制，现场进行按钮操作。液压系统的动作顺序表如表2[7]所示：在举升——推出动作顺序中，包含了锁销开、推门这两个动作，这两个动作由PLC控制，不在动作顺序表中。8YA7YA6YA5YA4YA3YA2YA9YA1YA8YA7YA6YA5YA4YA3YA2YA9YA1YA图3.6液压系统原理图表3.8液压系统动作顺序表表3.8液压系统动作顺序表1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA压缩+++--收回-+++--举升--+--++--推出+-+-+--++收回-++--++-+下降+-++--3.4.2组成元件设计(1)液压泵及其驱动电机计算与选定=1\*GB3①液压泵的最高工作压力计算由前述计算得到的数据可知，压缩及举升过程的最高工作压力分别为16MPa，且两个工作过程相互独立，泵可在不同阶段分别供油。压缩过程中压力继电器的调整压力应比液压缸最高工作压力大0.5MPa。此时压缩缸的输入流量较小，且进油路元件较少，故泵至缸间的进油路压力损失估取为，则泵的最高工作压力为②液压泵的流量计算液压泵的最大供油流量按液压缸的最大输入流量0.00076进行估算。去泄漏系数K=1.1，则=3\*GB3③确定液压泵及其驱动电机的规格根据以上计算结果及其工作状况，选用CB-F型定量齿轮泵。查相关手册，根据所选用的液压泵类型，选用牌号为L—HH32油液，其运动粘度为32。由各装置液压缸的计算结果可知，最大功率出现在压缩液压缸工作阶段，查有关资料取泵的总效率为，则所需电机功率为（3-11）查《机械设计手册》，选用规格相近的Y180M-4型封闭式三相异步电动机，其额定功率为18.5KW，额定转速为1500r/min。根据所选择的液压缸规格及系统工作情况，可算出液压缸在个阶段的实际进、出流量，运动速度和持续时间。表3.9压缩液压缸在各阶段的实际进出流量、运动速度和持续时间工作阶段流量（L/min）速度（m/s）时间（s）无杆腔有杆腔第一级压缩457.1=0.03=27第二级压缩458.5=0.05=16第三级压缩4510.5=0.08=10第四级压缩4513.7=0.12=7表3.10举升液压缸在各阶段的实际进出流量、运动速度和持续时间工作阶段进油腔流量（L/min）速度（m/s）时间（s）第一级举升15=0.02=25第二级举升15=0.03=17第三级举升15=0.05=10(2)液压控制阀和液压辅助元件的选择根据系统工作压力与通过各液压控制阀及部分辅助元件的最大流量，查产品样本所选择的元件型号规格如表11所列，其中液压阀均采用板式安装。管件尺寸由选定的标准元件油口尺寸确定。油箱容量按式计算。式中，为油箱的有效容积，为液压泵的总额定流量，为与系统有关的经验系数高压系统取10到12，对于本设备，经验系数取12。经计算得油箱容量为：（3-12）表11液压系统中控制阀和部分辅助元件的型号规格序号名称通过流量L/min额定流量L/min额定压力MPa额定压降MPa型号规格1过滤器60601.60.07WU-631802压力表开关--20-4K-F16D-13压力表--0-20-Y-604溢流阀106016DB/DBW105二位四通电磁阀606020-24EO1-F16D6三位四通电磁阀606020-34EO1-F16D7单向阀606031.5<0.2S10P8调速阀3060160.52FRM169单向阀606031.5<0.2S10P10液控单向阀606031.5<0.2SV1011两位两通电磁阀606020-22EO1-F16D12液位计13压力继电器--16-PD-Ff16D-A-1

4机械结构设计及其连接件的校核4.1垃圾集装箱结构设计该垃圾集装箱采用焊接结构，以10号槽钢[8]焊接为骨架，然后再布置2mm钢板进行集装箱壁的焊接。槽钢之间的对接，与钢板与槽钢之间的焊接采用手工电弧角焊。焊接过程是一种不均匀的加热和冷却的过程，容易造成构件产生内应力而引起变形，从而会影响焊接质量。影响焊接质量有很多因素，包括焊接方法、焊接材料、焊接参数及过程控制等。例如药芯焊材或实芯焊材的选用、焊接预热温度、焊接电流、层间温度等都可导致质量问题。为了减小焊接件内应力和变形，可应用反变形法焊接，反变形法是根据预测的焊接变形大小和方向进行对装，焊接后焊接残余变形抵消了预变形量，使工件正好恢复到设计要求的几何形状尺寸。垃圾集装箱的总体结构如图所示。图4.1垃圾集装箱4.2举升架的结构设计举升架设计成剪式的铰链结构，各连接杆均为工字梁。计算自由度：自由度：(4-1)其中n为活动构件的数目，为低副的个数，为高副的个数。由图3可知：n=7，=9，=2，代入(1)得：经计算得自由度为1，所以系统应该有一个动力源，所以只需设置一个液压缸，但是由于在举升过程中承受的力非常大，为了提高整个结构的刚度，设了两个同步运动的液压缸以满足受力不均的问题，两个同步运动的液压缸看做是一个动力源，故该方案结构上可行。图4.2机构简化图举升架的举升臂选用尺寸为160*88*6的工字梁为主体[9]，采用工字梁做架体可大大降低设备重量，节约成本。铰链连接由销轴和耐磨销轴套以及开口销组成，耐磨套的作用是防止举升架频繁工作后对销轴产生过度磨损减少其承载能力，耐磨套采用铜合金材料，磨损到一定程度后需要定期更换。开口销的作用是防止销轴的轴向移动。由于液压缸的固定销也是频繁活动的部分，所以在液压缸固定座上也要配以耐磨套。液压缸采用双作用活塞缸，为了满足举升的高度，需要采用伸缩式多级液压缸。4.3压缩装置的结构设计压缩装置是压缩工作的主要执行部件，必须能够承受很大的力，且往返运动不能有卡阻现象，为此，压缩头用10号槽钢和钢板焊接而成，两侧布置两对滚轮，滚轮及轨道布置在两侧有助于减少垃圾对压缩头往返运动的干扰。4.4连接件的校核4.4.1举升液压缸销轴的校核（1）作弯矩图，求最大弯矩MF（N）s（m）s（m）MF（N）s（m）s（m）图4.3剪力与弯矩图（2）强度条件（4-2）式中——最大弯矩，==5100；——横截面的抗弯截面系数，对于圆截面=；——材料的许用弯曲应力，=600MPa。经计算=408MPa（4-3）故满足弯曲强度要求。剪切强度的校核强度条件（4-4）式中——切应力；——剪切面上的剪力；——剪切面面积；——材料的许用切应力，==360MPa。经计算=43.3MPa（4-5）故满足剪切强度要求。[10]挤压强度的校核强度条件（4-6）式中——挤压应力；——挤压面上的挤压力；——挤压面面