后装压缩式垃圾车液压系统设计5

1后装压缩式垃圾车液压系统设计摘要本文主要介绍了后装压缩式垃圾车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。同时也介绍了利用三维软件UG建立后装压缩式垃圾车模型，导入ADAMS中对垃圾车的虚拟样机进行仿真，此课题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：后装压缩式垃圾车；液压系统设计；虚拟样机；ADAMS；仿真2引言随着我国的城镇化建设，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。后装压缩式垃圾车开始得到重视，使用范围越来越广。后装压缩式垃圾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，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。后装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，降低研究开发成本，更好地完善后装压缩垃圾车的技术。3第1章绪论1.1后装压缩式垃圾车研究现状与发展趋势后装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。后装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驱动。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排非压缩垃圾的两倍半。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，作业系统具有电脑控制和手动操纵双重功能，大大地保障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。然而后装压缩式垃圾车在使用过程中仍存在着一些问题，如作业噪声大、密闭可靠性差、载质量利用率低等。随着技术的发展，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内垃圾是否填满，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，为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。国内少数车型安装了该系统。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，而国内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）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内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4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本课题研究内容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。最后，利用大型三维软件建立垃圾车模型，导入ADAMS中对垃圾车的虚拟样机进行仿真，并对液压系统仿真结果进行分析。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驱动。本课题研究对象是后装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程帮助很大，另外对于改善垃圾车的工作效率和可靠性有一定的意义。5第2章液压传动系统设计计算2.1设计方案分析后装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机构运动件数机构自由度装填箱底板轨迹特征滑动刮板式22圆弧+直线滑动—摆动刮板式33圆弧+直线摆动刮板式22圆弧1+圆弧2连杆刮板式31连杆曲线定轴转动刮板式22圆弧从表1一1可以看出，滑动一摆动刮板机构的构造最复杂，而转动刮板式的构造较简单。根据经济性和实际使用情况，选择滑动刮板式压缩机构。后装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。后装压缩式垃圾车主要工作流程为：垃圾倒入装填器，刮板转动至上止点，回转到位；滑板下行至下止点；刮板反向回转，刮入垃圾进行初步压缩，刮板运动至下止点时停止运动；滑板上行至上止点，将垃圾压实到车厢内的推板上；垃圾车装满垃圾进入垃圾回收站，举升油缸将装填厢举起；推板油缸推动推板将垃圾推出；举升油缸复位，即装填厢复位。根据其工作流程来确定动作顺序，其中滑板油缸和刮板油缸之间要实现顺序动作。确定其主要参数：选取车厢容积为13m3；根据《压缩式垃圾车》CJ/T127—2000标准，压缩装置在进行压缩垃圾的一个工作循序时不大于30s；采用车厢内推板卸料的，从推板动作开始至卸料完毕的时间，对容积大于或等于12m3的垃圾车不大于45s，此处选取35s；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%。翻斗油缸工作行程430mm，时间4s；滑板油缸工作行程600mm，时间10s；刮板油缸工作行程300mm，时间5s；举升油缸工作行程650mm，时间13s；推板油缸工作行程3000mm，时间35s。2.2工况分析工况分析是指对工作机构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。此处对后装压缩式垃圾车的工作油缸进行分析即翻斗油缸、滑板油缸、刮板油缸、举升油缸、推板油缸。1.运动分析运动分析是分析主机各工作机构是以怎样的运动规律来完成一个工作循环的，也就是分析液压缸或液压马达的运动规律。如果是直线运动，要分析位移、速度随时间的变化规律，绘制位移循环图（L-t）和速度循环图（v-t）。如果是旋转运动，要分析角位移、角速度随时间的变化规律，绘制角位移（θ-t）和角速度循环图（ω-t）。此处对工作油缸进行位移、速度分析，绘制位移循环图（L-t）。61）翻斗油缸010020030040050002468101214t/sL/mm图2-1翻斗油缸位移循环图-150-100-5005010015002468101214t/sV/mm/s图2-2翻斗油缸位移循环图2）滑板油缸0100200300400500600700051015202530t/sL/mm图2-3滑板油缸位移循环图7-80-60-40-20020406080051015202530t/sV/mm/s图2-4滑板油缸速度循环图3）刮板油缸01002003004000510152025t/sL/mm图2-5刮板油缸位移循环图-80-60-40-200204060800510152025t/sV/mm/s图2-6刮板油缸速度循环图84）举升油缸0100200300400500600700010203040506070t/sL/mm图2-7举升油缸位移循环图-60-40-200204060010203040506070t/sV/mm/s图2-8举升油缸速度循环图5）推板油缸05001000150020002500300035000510152025303540t/sL/mm图2-9推板油缸位移循环图90204060801000510152025303540t/sV/mm/s图2-10推板油缸速度循环图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，并绘制相应的负载循环图（F-t）。工作机构作直线运动时，液压缸所要克服的负载为：ifeFFFF式中：Fe—工作负载；Ff—摩擦负载；Fi—惯性负载；1）翻斗油缸估算翻斗支架质量m1为30Kg，每桶垃圾的质量m2为80Kg，滑动摩擦系数为0.07。2948.9301gmFeN2158.20)08.930(07.0)(1NfFmFN0iFN其总负载为188322gmFFFFifeN。对总负载放大留余量，则取100KN。-200-1000100200051015t/sF/KN图2-11翻斗油缸负载循环图2）滑板油缸估算滑板支架质量m1为125Kg，刮板质量m2为50Kg，滑动摩擦系数为0.07。1012258.91251gmFeN，8675.85122507.0NfFFN，0iFN，其总负载18012gmFFFFifeN，对总负载放大留余量，则取100KN。-150-100-500051015202530t/sF/KN图2-12滑板油缸负载循环图2）刮板油缸刮板质量m1为50Kg，滑动摩擦系数为0.07。4908.9501gmFeN353.3449007.0FNFfN0iFN对推板和刮板作受力分析，如图2-13所示。LxF背压FL图2-13压缩装置受力分析图11垃圾在填装挤压过程中，在滑板挤压力FL作用下，受压垃圾向左方移动，与此同时，厢壁作用在垃圾上的摩擦力Ff1方向与垃圾移动方向相反，其大小为：xfpSFf11式中：S1—车厢横截面内壁周长（m）；x—图示的推进长度（m）；p—垃圾的单位膨胀力（N/m2）；f—垃圾与壁面的综合摩擦系数。阻碍垃圾移动的另外一个阻力是垃圾重力引起的，记作Ff2，则有：xhgSfFjf22式中：S2—近似取车厢的宽度（m）；j—垃圾的计算密度（kg/m3）；h—车厢高度（m）；若向前推进垃圾，必须满足下列条件：211cosffLHFFFF即121cos)(xhgSpSfFLj当结构尺寸确定后，1S、2S和h已知。f、p、j则随压缩程度，垃圾成分不同而变化，因此它们的确切数据很难确定。通过试验，30)(21hgSpSfjKN/m。xFL1cos30000设Lxmax，L—推板行程3000LmmLFL1maxc