毕业设计（论文）-后装式垃圾车的结构设计

PAGEPAGE25PAGE25后装式垃圾车的结构设计姓名班级专业学院指导老师2021年2月27日

摘要本次设计的课题为后装式垃圾车的结构设计，后装式的垃圾车，最初的来源于国内的程力汽车制造生产有限公司。在本次的设计过程中，主要设计内容是针对后装式的结构形式，进行垃圾车车厢设计以及后装式传动系统的设计，包含升降系统及排出的机构系统，系统中的液压传动系统的设计。在垃圾车的设计中，车厢是主要的部件之一，车厢起到承载整个传动系统和存放垃圾的作用，在运输过程中车厢的刚性要求是很重要的，不得在运输中出现变、破损、使得垃圾溢出等问题。根据本次的设计要求，确定设计后装式的垃圾车，确定厢体的结构形式，主要的设计参数，根据厢体的结构形式来设计后装式的传动系统，选择合理的设计参数，设计考虑厢体的密封效果，传动结构的合理性设计，满足后装垃圾的工作原理，后装的结构在工作中需要提供一定的背压力，使得装载的垃圾在箱体内进行压缩，使得垃圾的密度均匀。本次设计的后装式的垃圾车，主要的方式是采用液压系统的动力装置，来满足后装传动结构的动力，实现自动化工作的特点，在劳动上减少垃圾对人的伤害，降低工作的强度，增加垃圾处理和装载的工作效率。本次的设计通过查阅垃圾车的相关文献，网上查阅资料等，来满足设计的要求达到本次课题的设计要求。满足垃圾车的工作要求及达到设计的目的，提升自己的设计意识和对机械传动结构的认识。通过查阅相关资料，对垃圾车的结构形式有一个深入的了解，确定垃圾车的结构方案的合理性，对轴承结构的基本分配选择，在设计上充分利用相关的设计知识来达到本次课题的分析。将理论知识和经验相关的知识联系在一起，达到垃圾车的结构设计没有出现工作原理的问题。关键词：垃圾车、后装式、箱体、液压动力、背压力。

AbstractThetopicofthisdesignisthestructuredesignoftherearloadinggarbagetruck.TherearloadinggarbagetruckoriginallycamefromthedomesticChengliAutomobileManufacturingCo.,Ltd.Inthisdesignprocess,themaindesigncontentisthedesignofthegarbagetruckcompartmentandtherearmountedtransmissionsystem,includingtheliftingsystemandthedischargemechanismsystem,andthedesignofthehydraulictransmissionsysteminthesystem.Inthedesignofgarbagetruck,thecarriageisoneofthemainparts.Thecarriageplaystheroleofcarryingthewholetransmissionsystemandstoringgarbage.Intheprocessoftransportation,therigidrequirementsofthecarriageareveryimportant.Itisnotallowedtochange,damage,makegarbageoverflowandotherproblemsintransportation.Accordingtothedesignrequirements,determinethedesignoftherearmountedgarbagetruck,determinethestructuralformoftheboxbody,themaindesignparameters,accordingtothestructuralformoftheboxbodytodesigntherearmountedtransmissionsystem,selectreasonabledesignparameters,designconsiderthesealingeffectoftheboxbody,reasonabledesignofthetransmissionstructure,tomeettheworkingprincipleoftherearmountedgarbage,therearmountedstructureintheworkneedsAcertainbackpressureshouldbeprovidedtocompresstheloadedgarbageintheboxtomakethedensityofgarbageuniform.Thedesignofthegarbagetruck,themainwayistousethepowerdeviceofthehydraulicsystem,tomeetthepowerofthetransmissionstructure,realizethecharacteristicsofautomationwork,reducetheharmofgarbagetopeopleinlabor,reducetheintensityofwork,increasetheefficiencyofgarbagetreatmentandloading.Thedesignofthegarbagetruckthroughaccesstorelevantliterature,onlineaccesstoinformation,tomeetthedesignrequirements,toachievethedesignrequirementsofthistopic.Meettheworkingrequirementsofgarbagetruckandachievethedesignpurpose,improvetheirdesignawarenessandunderstandingofmechanicaltransmissionstructure.Throughconsultingtherelevantinformation,wehaveadeepunderstandingofthestructureofthegarbagetruck,determinetherationalityofthestructureschemeofthegarbagetruck,selectthebasicdistributionofthebearingstructure,andmakefulluseoftherelevantdesignknowledgeinthedesigntoachievetheanalysisofthistopic.Thetheoreticalknowledgeandexperiencerelatedknowledgearelinkedtogether,sothatthestructuraldesignofthegarbagetruckdoesnotappeartheproblemofworkingprinciple.Keywords:garbagetruck,rearmounted,box,hydraulicpower,backpressure.PAGE25PAGE25目录29923_WPSOffice_Level1第一章绪论 127934_WPSOffice_Level21.1课题研究的意义和目的 128517_WPSOffice_Level21.2国内外研究现状与发展趋势 126011_WPSOffice_Level31.2.1国内研究现状 14614_WPSOffice_Level31.2.2国外研究现状 23342_WPSOffice_Level21.3垃圾车设计的要求 221191_WPSOffice_Level1第二章总体方案论证 430232_WPSOffice_Level22.1结构方案确定 49187_WPSOffice_Level3图2-1后装式垃圾车下放简图 413242_WPSOffice_Level3图2-2后装式垃圾车上扬简图 522335_WPSOffice_Level22.2后装式结构设计的优势分析 522406_WPSOffice_Level32.2.1载质系数的提高 510843_WPSOffice_Level32.2.2对垃圾的装在压缩比的提高 514928_WPSOffice_Level32.2.3车辆密封 69931_WPSOffice_Level22.3垃圾车厢的结构设计 611063_WPSOffice_Level22.4确定厢体设计方案 69096_WPSOffice_Level3图2-3流线式结构的厢体 716459_WPSOffice_Level3图2-4方型结构的厢体 721899_WPSOffice_Level22.5垃圾车厢体的成形工艺 77456_WPSOffice_Level32.5.1影响成形工艺选择的因素 74760_WPSOffice_Level32.5.2成形工艺的选择 826360_WPSOffice_Level1第三章后装式垃圾车结构部件的设计 916173_WPSOffice_Level23.1排出结构设计计算 97041_WPSOffice_Level3图3-1受力分析示意图 926844_WPSOffice_Level23.2液压系统的结构设计 1026163_WPSOffice_Level33.2.1确定液压系统方案 1022696_WPSOffice_Level3图3-2平置示意图 1012745_WPSOffice_Level3图3-3斜置示意图 111308_WPSOffice_Level33.2.2排出板油缸推力 1118989_WPSOffice_Level23.3液压缸的设计计算 112740_WPSOffice_Level33.3.1计算工作循环中的最大载荷 113078_WPSOffice_Level33.3.2确定液压缸参数 1425946_WPSOffice_Level33.3.3确定管道直径 1616285_WPSOffice_Level23.4油箱设计 1719378_WPSOffice_Level1总结 1819356_WPSOffice_Level1参考文献 193216_WPSOffice_Level1致谢 20PAGE25PAGE25第一章绪论1.1课题研究的意义和目的目前，在我国的生活和生产中，城市垃圾机城市生活的垃圾是很多的，据有关统计，国内的年总垃圾的产生量已经达到1.8亿吨以上，在人们生活水平不断提高的同时，每年的垃圾产生量仍在不断大量增长，近年的垃圾的增长率每年达到10%至15%左右。由于城市规模的发展，城市建设的不断扩大发展，使得城市垃圾称为了城市建设中一个很严峻的问题，主要原因是因为垃圾不断的产生，如果在采用常规的垃圾处理方式，容易造成垃圾在清运上问题，使得垃圾的转运的效率降低，还有一个方面，就是可利用的垃圾填埋低越来越少，人们不得不考虑远离城市的垃圾处理场所，在国内的大城市中，垃圾处理的地方，基本都要离城市在60KM以上，使得运输的费用和处理的成本不断的升高，所有在降低清运上和垃圾处理的方式上有一定的提高，对于城市的垃圾处理是一个关键的问题，垃圾在装载上进行压缩，可以减少在垃圾在实际的工作运输上的亏载问题，降低垃圾运输的成本，因此在后装式的垃圾车的发展中，是城市生活的集运中一个重要的发展方向，对城市的发展和垃圾车的发展都是一个有未来前景的发展方向。在本次设计的后装式的垃圾车，能够在装载上进行垃圾的压缩和装载，更好的解决了运输上的成本，提高工作的效率。1.2国内外研究现状与发展趋势1.2.1国内研究现状我国后装式的垃圾车的研究，在垃圾处理中的城市地区的使用，大批量的垃圾处理上发挥着垃圾上的主力作用，大型的垃圾车在批量收集垃圾的垃圾基地上使用比较广泛，由于大型的垃圾车，在使用上的耗能是比较大的，所有在一些小型的收集垃圾基地和城市的收集垃圾上，基本使用的是小型的垃圾车，所以小型垃圾车在我国的使用量是很大的，在全国各地，垃圾车的结构设计和形式已经有很多种了，很多种类的垃圾车被使用在实际的收集垃圾中，在国内垃圾发展上已经得到了较快的发展。国内的垃圾车大多使用驱动的形式进行工作，实现装载，压缩，运输和消毒等功能，有些多功能的垃圾车，可以实现装载和处理一体化的工作能力。我国大多数垃圾车的产品的工作动力在36.8kw以上，现在我国生产的垃圾设备与132kw垃圾处理车，开始向宽幅高速发展，但是从整体技术水平来看，我们还与国际水平有很大的差距[2]。但是在很多地方，受到汽车技术和使用上的影响，不能很好的达到配套使用的作用，所以致使一些先进的技术还未进行使用。垃圾车还不能很好的满足全部收集垃圾的要求，我国的垃圾车发展比较缓慢，一些不平整的地方和无法使用车辆行驶的情况。没能更好的实现电子化和智能化的垃圾车设计和使用，在未来的发展中还有很大的提升的空间。1.2.2国外研究现状在国外的垃圾发展中，从20世纪50年代开始，一些不同种类的垃圾设备就被使用在垃圾工作中，大量的研制一些多功能的机械化设备，达到垃圾工作的目的。在国外适应收集垃圾的多功能设备比较多，美国一些高效性的配套机组在大功率的汽车的牵引下实现多功能设备的使用[4]。根据结构形状和使用上来说，美国、加拿大、澳大利亚的主要发展的垃圾设备大多是自动化的设备，而德国在垃圾上的机械化设备主要以可以实现联合作业的方向为主。由于国外的垃圾设备上使用的汽车，在实现工作的功率上，可以达到360kw的工作效率，所有在配套使用上可以实现配套设备之间的相互大型化发展。这样的发展方式，使得外国的垃圾设备在使用上更好的采用先进技术，提高拉出处理的速度和效率，更好的改善垃圾工作的要求。在发达国家，最大的大型垃圾整体一体化的垃圾设备已经达到5m以上，在运输上为了方便，结构机架等采用可以折叠的方式，实现更好的便捷运输等，在实际的垃圾车上，可以达到装载速度为8～15T/h。实现了电子监控的智能操作系统，在垃圾处理上保证了实现一人工作就可以实现整个机组的操作过程，相对多操作上更好的减少了各种设备之间的调整，大幅度的提高了工作的效率。使得国外的整体设备比国内的垃圾设备更加的完善，制造成本上更加的实用，工艺水平更高，使用的年限比较长等优势。1.3垃圾车设计的要求后装式的垃圾车，咋使用上是一种更加便捷的垃圾处理方式，在本次的设计中，后装式的垃圾车，由汽车底盘为承载，实现上装的厢体，上装的传动结构为主要的内容，在设计上能提高垃圾的装载量，车厢的设计要满足密封性的要求，实现垃圾更好的分类处理能力，使得垃圾车的设计能够改善环境保护的效果，达到各类垃圾的有效处理。目前根据我国垃圾分类的方式，将垃圾分为以下几种：、湿垃圾：湿垃圾主要是厨房里面产生的垃圾，保护果皮等水分的含量比较高的食物类型的垃圾。、干垃圾：干垃圾，也叫可回收的垃圾，有废弃的纸，塑料产品，废弃的金属材料等，可以在垃圾的处理上直接进行回收的垃圾，在回收后可以进行循环使用，本身含水量比较低。、有害垃圾:有害垃圾，很明显就是至对人体有害的垃圾，包含了对人体健康的重金属，有毒物体等。大件垃圾：大件垃圾是超过5kg或是体积在200立方分米以上的废弃家具等垃圾，包括包括包装箱，废弃家电，在运输上有一定困难的垃圾。正确进行垃圾的分类，实现垃圾的正常运输和处理，是现代垃圾处理上一个关键的问题，对于环境的保护有着很大的意义。根据设计的垃圾车工作原理分析，学习设计的油缸使用和安装技术，学习垃圾车的关键性使用和设计的技术内容，进行润滑系统的分析，冷却结构的设计，最后进行动平衡和运动形式的分析计算，由于垃圾车的精度要求高，所以在设计上还需要对垃圾车的安装进行分析。符合垃圾车的机械结构安装达到设计要求，符合机械传动的基本要求。

第二章总体方案论证2.1结构方案确定方案一：侧装式的垃圾车，主要的工作方式采用的是侧翼的开启，实现顶盖前后进行梭动的传动结构方式，这种垃圾车的主要的设计特点，是进行对垃圾的直接收集，实现直接的转运，但是不好之处是不对垃圾进行压缩，这种垃圾车使用于特定垃圾处理方式上，一般运用人工方式的方式，操作上简单，制造成本比较低。设计的缺点是不能实现全自动的侧装，实现的装载的量比较小，无法解决在转运中污水处理的能力。方案二：后装式的垃圾车，后装式垃圾车采用的是填料器结构形式的工作原理，填料器有下方和上扬的两个传动结构形式，通过查阅垃圾车的相关文献，下放后的结构如下图2-1所示，整个结构通过底部的连接实现传动，厢体自动实现密封，这样的结构在使用上能够达到平稳和驾驶便捷的特点。图2-1后装式垃圾车下放简图在工作过程中，当填料器装置上扬布置时，整个的填料器结构可以在传动系统的作用下，实现油缸的工作传动，环绕旋转轴实现上扬到90°，如下图2-2所示，这样的结构形式，在使用上可以对垃圾进行全部的排出，在装载上整车的中心将往后移，所有不利之处是造成上坡的时候车的能力降低，在设计上，在不影响装载的情况下，回转支撑应该进行向前。图2-2后装式垃圾车上扬简图2.2后装式结构设计的优势分析2.2.1载质系数的提高后装式垃圾车载质量利用系数，是指在结构设计中，有效的降低车辆的运行成本，主要底盘的质量利用系数和专用装置的自重来决定。在底盘的选择上，选择刚度较高，动力比较好的，技术含量比较高，自身的重量比较轻的底盘结构型性能。由于后装式设计的结构形式是比较复杂的，自身的重量包含了车的重量，所有整体重量是较大的，在设计上应该使用新型的材料，新的技术工艺，主要采用高强度的钢板等，从本质上减少自身的重量。2.2.2对垃圾的装在压缩比的提高在再后装式垃圾车的压缩机构的设计中，采用的是刮板对垃圾进行背压力的压缩，在直接进行对垃圾进行压缩的过程中，当压力增大的时候，压缩比就增大，反之则减少，在设计结构形式中，应该更好的提高压缩力，增加压缩比，可以从以下几个方面进行考虑，增大压缩比：、压缩板的面积应该严格满足空间大小的要求，与使用场合完全吻合，在满足要求的情况下，压缩比的面积尽量小。在压缩缸的设计上应该尽量的满足油缸的最大工作能力，实现油缸工作能力的最大化。滑板的结构和导轨的安装结构之间存在的摩擦力，在工作中直接影响垃圾的压缩力，在板的选择上，应该选择相对摩擦力最小的材料。2.2.3车辆密封后装式垃圾车在工作中由于压缩力是很大的，在经过垃的装载上，压缩后的垃圾将在整个过程中产生大量的污水，所有对垃圾车的车厢的密封性要求是很高的，不然将对环境造成很大的影响，所有在设计过程中，对密封性的设计和检测是很关键的，在相互连接的之间，应该采用密封条进行压缩，锁紧。2.3垃圾车厢的结构设计本课题的设计要求，结构形式是后装式的垃圾车，所以车厢的结构为后倾式的卸料方式，主要的工作原理是在油缸的作用下，压缩缸，车厢内的垃圾根据车架的回转中心进行旋转，旋转至一定的角度后，垃圾自行根据自身的重量实心下料，这样的卸料方式结构简单，但是在使用上还是会存在一定的弊端，比如在车厢内的垃圾被压实后，使得垃圾在车厢内有较大的摩擦力各膨胀的情况，导致垃圾不易完全倒出。在装载中，使得车身的中心后移，前桥的负载降低，影响整个车的纵向的稳定性，在垃圾的倒出时，中心大部分集中在车的尾部，对车的大梁后桥结构产生严重的损坏。2.4确定厢体设计方案通过查阅垃圾车相关的设计文献，查阅到的目前在市面上使用最多的垃圾车形式，采用是主要是流线型的结构样式（图2-3），这种结构的样子是比较美观的，对于垃圾装在上，可以实现承受更大的膨胀力。还有一种方形结构形式，如下图（图2-4）所示，这种设计的结构形式，在制造上的造型是比较笨重的，自身的重量也比较大，在本次的设计中，采用2-3所示的结构形式进行后装式垃圾车的设计。图2-3流线式结构的厢体图2-4方型结构的厢体2.5垃圾车厢体的成形工艺后装式垃圾车的厢体设计，是垃圾车结构设计的重要组成部件之一，厢体在工作和结构中主要起到装载、实现运输垃圾的作用，结构形式看似简单，实际上每个设计尺寸之间要求是很高的，选择的材质及工艺也是很重要的，因为在受力情况不同下，对厢体的影响也不同，对制造上的考虑也是不一样的。2.5.1影响成形工艺选择的因素（1）、产品的结构形式，厢体的结构形式绝对了成型工艺，零件的组成绝对成型的方法。（2）、产量和成本的控制，这两者是相互联系的，随着产量的增加，可以减少成本的控制，降低工艺成本。（3）、研制的周期，为了适应市场的需求，在研制上的时间越短越好，给制造上节约更多的生产周期。2.5.2成形工艺的选择在垃圾车的车厢结构上，满足的几种工艺的比较及选择：a.采用带压边装置的拉伸模拉伸成形，生产的零件尺寸准确，表面质量好，但模具制造成本高，模具毛坯需外协加工，制造周期长，模具结构较复杂，维修困难。该工艺方法实用于大批量生产[12]。b.采用铅锌合金模落压成形，模具制造方便，费用较低，制造周期也短。缺点是模具寿命短，零件外观质量较差，人工修整工作量大，工作环境太差。该方法适宜试制或小批量生产[12]。c.采用钢下模、铅上模结构的冲压模，模具制造时按钢模浇铸，模具吻合较好，零件的质量得到保证，制造成本相对较低。缺点是因无压边装置，零件成形过程中有起皱现象，需在转角处增开缺口，成形后采用人工补焊。该方法适于中批量生产[12]。

第三章后装式垃圾车结构部件的设计3.1排出结构设计计算目前，我国在垃圾车的生产上，对于排出结构的设计，在教科书上也给出了一定的要求和说明，排出结构和油缸的固定是有一定的关系的，在油缸推出的时候，实现对能装角度和排出结构取值进行分析，排出机构的受力分析如下图所示：图3-1受力分析示意图排出机构的设计中，在实现推卸垃圾的工作过程中,受到油缸的推力为：、摩擦阻力：、作用力：、重力：、摩擦力：法向作用力：，的作用。排出结构的平衡方程为：式中：——推卸油缸的安装角度，——为的倾斜角度从图中看,、均有水平分力、和向下的垂直分力、,重力W,摩擦阻力。由(4-2)式可得:即==式中：——滑动摩擦系数。排出油缸所需的最小推力,由4-1式得:3.2液压系统的结构设计3.2.1确定液压系统方案根据现有的国内的设计，查阅中文文献，现在市场上的液压传动方式有两种，一种是平置(图3-2)，还有一种是斜置式的结构(图3-3)。图3-2平置示意图图3-3斜置示意图在本次的设计中，选择使用图3-2所示的平置式的结构形式。3.2.2排出板油缸推力以三级油缸为例,推力变化趋势与推板后退行程L的关系。=P·Si式中：——排出板油缸推力P——背压值Si——活塞的作用面积背压力：当油缸平置时,=。3.3液压缸的设计计算3.3.1计算工作循环中的最大载荷（1）、对排出机构进行受力分析，可得如下方程：式中：——推卸油缸的推力，也就是液压缸的最大载荷——推卸油缸的安装角度——压缩的垃圾在车厢四壁产生的摩擦阻力——排出板上方垃圾对排出板的作用力——为的倾斜角度——排出板机构的重力——垃圾重量和排出板机构重量在底板上产生的摩擦力，——为导轨对排出板机构的法向作用力由上式得，（2）、排出机构的重量计算底部钢管：式中：——方管边长()——方管壁厚()——每米钢管重量()——方管长()顶部钢管：侧部钢管：侧部钢管1：侧部钢管2：侧部钢管3：此钢板的理论重量为[1]，所以，此钢板重量为：排出板前板： 所以，排出机构重量因为，一些小零件采取估算的方式以及计算误差所以，最后取C.压缩的垃圾在车厢四壁产生的摩擦阻力的计算式中：——厢体的有效长度——厢体的有效宽度 ——厢体的有效高度——垃圾压缩后对厢体的压力，垃圾的单位膨胀力为6235，那其对厢体的压力 ——垃圾与车厢壁之间的动摩擦系数，查表取D.排出板上方垃圾对排出板的作用力的计算式中：——排出板机构底部长度——重力加速度——垃圾压缩后的密度E.垃圾重量和排出板机构重量在底板上产生的摩擦力的计算式中：——厢体的容积——排出板机构与导轨之间的动摩擦系数，查表取F.将上述数据代入式上中则，3.3.2确定液压缸参数（1）、此液压缸为三级液压缸，各级压力和速度可按活塞式液压缸有关公式来计算。式中：——一级液压缸内径，——二级活塞杆尺寸，——三级活塞杆尺寸——液压缸工作压力，初算时取系统工作压力12.7MPa；——液压缸回油腔背压力；为 ——活塞杆与液压缸内径之比，液压缸采用差动连接；比值取0.7 ——工作循环中最大的外负载；ηcm——液压缸的机械效率，一般ηcm=0.9～0.97；标准的液压缸直径系列取[2]。根据计算的结果在活塞尺寸系列之中，所以取依此类推：标准的活塞杆尺寸系列圆整为[2]根据已取的缸径和活塞杆直径，计算液压缸实际有效工作面积，无杆腔面积A1，有杆腔面积A2、A3分别为：（2）、计算液压缸的流量式中：——排出机构的速度7.7（3）、液压泵流量,压力的计算液压泵向液压缸输入的最大流量为：若取回路泄漏系数K=1.1，则泵的流量：q=1.1×181.3=199.43L/min。液压缸的最大工作压力为=12.7MPa,在进油路上的压力损失一般为0.5～1.5MPa,现取0.8MPa。则液压泵的最高工作压力：根据计算出的泵的流量和工作压力，由作总体设计人员参考。（4）、计算电动机的驱动功率：式中：p——液压泵的出口压力（Pa），其值等于液压缸的进口压力与泵到液压缸这段管路压力损失之和，压力损失取；q——液压泵输出流量()，q=199.43L/min=3.32×10-3m3/s；——液压泵的效率，取[3]所以：e.液压缸的设计计算+=式中：——液压缸密封处摩擦力由式5-6和式5-7可求得为详细计算见5.2.2节，，，3.3.3确定管道直径油管的内径d按下式进行计算：式中：d——管道直径（mm）；q——液体流量（L/min）；v——允许流速，按金属管内油液推荐流速值选用，吸油管路取v≤0.5～2m/s,压油管路取v≤2.5～6m/s。管道的壁厚可根据工作压力由下式计算得出：式中：p——工作压力，取工作压力为12.7MPa；d——油管内径（mm）；——许用应力（MPa），对于钢管≤98.1MPa,对于铜管≤25Mpa。则管道内径为：油管的壁厚：可选用外径D为34mm[3]的10号冷拉无缝钢管。吸油管按式5-8、式5-9计算可得：壁厚：故可选用外径D为65mm的10号冷拉无缝钢管。3.4油箱设计在垃圾车的设计中，油箱的主要作用，就是用来存储液压油的，其结构设计上，有整体式的邮箱，还有分离式的邮箱。整体式的邮箱，主要的结构形式是利用主机内腔，结构紧凑，在使用上出现漏油等情况便于回收，但是在设计制造上比较复杂，成本较高，分离式的邮箱，是和主机分开的，在结构上减少了邮箱的发热对工作的影响，在市场上使用的比较多。在本次设计中，采用分离式