后装压缩式垃圾车专用装置设计

后装压缩式垃圾车专用装置设计,压缩,垃圾车,专用,装置,设计 工 学 院 技术教育学院 徐州师范大学 毕业 (论文) 任务书 一、设计题目： XZ5110ZYS后装压缩式垃圾车专用装置设计与研究 二、设计任务要求及主要原始资料： 设计任务要求： 1、垃圾车发展的历史与现状 2、专用装置原理分析与选择 3、专用装置液压系统设计 4、人机工程及绿色设计 主要原始资料： 1.后装压缩式垃圾车绿色设计，丁继斌. 城市车辆，2003.4 2.对接式压缩垃圾车的功能和结构, 李金显. 专用汽车，2002.3 3.浅谈QG5101ZLJ后装压缩式垃圾车, 王生业. 青海科技，1999.2 4.城市垃圾车用液压控制系统, 秦四成，戴培清. 重型汽车，2001.2 三、设计时间：2004年4月5日至2004年6月10日 指 导 老 师： 丁 继 斌 系（部）主任： 邢 邦 圣 工 学 院 技术教育学院 徐州师范大学 毕 业 论 文 论 文 题 目 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车专用装置设计与研究 系（部）： 机 械 工 程 系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 00机制41 学 生： 庄 为 山 2004 年 4 月 5 日至 2004 年 6 月 10 日 徐州师范大学工学院机械设计制造及其自动化专业毕业论文 参考文献 1.后装压缩式垃圾车绿色设计，丁继斌. 城市车辆，2003.4 2.压缩式垃圾车基本结构型式探索和分析, 郑培康. 专用汽车，1995.1 3.对接式压缩垃圾车的功能和结构, 李金显. 专用汽车，2002.3 4.浅谈QG5101ZLJ后装压缩式垃圾车, 王生业. 青海科技，1999.2 5.城市垃圾车用液压控制系统, 秦四成，戴培清. 重型汽车，2001.2 6.后装压缩式垃圾车的初步探讨, 王承基. 专用汽车，1990.3 7.工程可靠性，王少萍. 北京：北京航空航天出版社，2000.4 8.现代机械设备手册，陆元章. 北京：机械工业出版社，1996.6 9.液压系统污染控制, 夏志新. 北京：机械工业出版社，1992.7 10.人机工程设计, 郭青山，汪元辉. 天津：天津大学出版社，1994.8 11.后装压缩式垃圾车装载压缩机构及其比较分析, 盛金良，顾炜. 工程机械，1994.2 12.压缩式垃圾车卸料机构设计分析, 胡宁，范俊清. 专用汽车，1996.4 13. NZ系列后装压缩式垃圾车提升机构的改进, 李宇峰. 广西交通科技，1997 .2 14. 徐州特种汽车总厂，Z5110ZYS型后装压缩式垃圾车设计计算书 15. 徐州特种汽车总厂，XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车说明书 16.新编夜压工程手册, 雷天觉. 北京：北京理工大学出版社，1998.12 17.机械系统设计, 朱龙根. 北京：机械工业出版社，2001.5 18.液压与气压传动, 章宏甲. 北京：机械工业出版社，2000.5 19.工业造型设计, 庞志成. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002.8 20.汽车造型设计, 庞志成. 南京：江苏科学技术出版社，1993.7 38 徐州师范大学工学院机械设计制造及其自动化专业毕业论文 后 记 在本次毕业论文完成过程中，我得到了徐州师范大学工学院机械系领导和老师的大力支持。我要对机械工程系的各位领导对此次毕业设计的重视表示衷心的感谢。同时，对系里的各位老师，特别是几任班主任——郭玉琴老师，丁继斌老师，郭永环老师，在大学四年的学习生活中，给了我很多的帮助和指导。正是他们的关心和帮助，使我成长为一名合格的大学毕业生，为我今后踏上工作岗位奠定了坚实的基础。 本文是在尊敬的导师丁继斌老师的精心指导和悉心关怀下完成的。他以其渊博的知识、严谨的治学态度、开拓进取的精神和高度的责任心，给我的学习、工作、生活以很大的影响，使我终生难忘，并将永远激励我奋发向上。值此学位论文完成之际，谨向敬爱的导师表示衷心的感谢，并致以崇高的敬意！ 感谢同组的成振琴、倪辉和嵇余燕同学，在整个毕业设计期间，大家亲密合作，发挥团队精神，使得毕业论文顺利完成。同时，感谢所有给我帮助的其他老师和同学。 37 - - 徐州师范大学工学院机械设计制造及其自动化专业毕业论文 第一章 前 言 1.1 国内垃圾车发展与现状 随着城市规模的不断扩大，城市化水平不断提高，作为城市环保课题之一的垃圾收运问题就越显突出。据国家权威部门预计：“九五期间自动装卸压缩式垃圾车需求量约为6000-7000辆，并且向密封化、自动化、大型化发展，需要引进国外先进技术和样车”。 自上世纪八十年代以来，为跟上这一形势，国外各大专用汽车生产厂家纷纷开发省时、省力、能防止二次污染的、高效的垃圾车。主要车型有：敞开式垃圾车、加盖式垃圾车、集装箱式垃圾车、侧装式垃圾车、后装式垃圾车、活动底板式垃圾车、液压推顶式垃圾车和拉臂式垃圾车[4][6]。 随着生活的改变，垃圾的比重不断加大，据报道，城市中每年每人制造约1.20吨的生活垃圾。这些生活垃圾大部分用城市垃圾车运走，因此，用重型汽车改装的大装载容积的城市垃圾车应运而生。从此我国环卫车辆开始发生质的变化，许多企业经过自主开发，引进和消化国外先进技术，生产出快速高效、全封闭、可防止二次污染，符合现代城市建设环保要求的各种环卫车辆，得到越来越广泛的应用，其市场迅速扩大，在不断的探索中，逐渐成熟化并取得很好的社会效益。适应当前市场需求和今后发展方向，得到迅速普及和推广使用，并逐步代替了带侧面液压提升机构而无压缩机构，不能到门到户的厢式垃圾集运车。 目前，国内垃圾车制造行业的主要有： 中韩合资北京市华材特装车有限公司（“华材牌”）； 上海市环境工程设计科学研究所； 中日合资南京晨光航天应用技术股份有限公司（晨光牌）； 辽宁抚顺起重机总厂； 徐州特种汽车总厂（华风牌）； 中国第一汽车集团四川专用汽车厂（远达牌）； 济南哈勒汽车制造有限公司（哈勒牌）； 武汉九通汽车厂（九通牌）； 南宁专用汽车厂（象力牌）等 1.2 本课题研究的目的和主要内容 近年来，环保逐渐成为一个热门话题，经济的增长加速了我国环保产业的升温，环保方面存在的急待解决的众多问题同时也暴露出来，其中垃圾的处理属于重中之重，垃圾的运输问题成为研究的焦点。 中国人口近十三亿，城市垃圾年产量达一亿吨以上，每年以八个百分点递增。我国现又处在国民经济持续快速增长和城市化加速发展时期，而垃圾处理技术整体水平仍然较低，垃圾无害化水平与发达国家还有较大差距。垃圾污染日益严重，已经成为中国政府高度重视和致力解决的重大社会问题之一。 根据我国城市车辆过多、交通不畅的状况，以及发展压缩效率高、大吨位垃圾收集的成熟经验，都应以大型垃圾车为主。特别是垃圾处理场，离城市市区较远，平均约为30-50km，市区往垃圾场送垃圾使用大吨位垃圾车相对来说是经济的，并且有较好的社会效益，适合当前市场需求和今后发展方向，市场前景是相当广阔的。 而近年来垃圾的收集运输主要以摆臂式自装卸车，侧装式垃圾车，由于自身存在的飘，洒，撒，漏等二次污染，容量小，可压缩性差等性能缺点，已经不能适应环保发展的需求，后装式垃圾车将是垃圾收集运输的理想工具。 同样随着人们生活水平的不断提高，高层建筑和住宅小区不断增多，城市垃圾的成份发生了很大变化，其变化特点是：密度不断下降，可压缩性增强，压缩后的垃圾为原来体积的1/3-1/5，对垃圾车车的压缩需求越来越大。为提高垃圾车的装载功能和收运容量，加强对城市垃圾收运车的研制和推广，大力发展后装式压缩式垃圾车，是我国城市垃圾收集的主要手段，也是迫切需求。同时它还对是对实现环卫放射线学机械化，现代化，减轻工人劳动强度，保持城市洁净美观将起到极为重要的作用， 本课题的研究目的是通过对专用装置的分析与研究，最终设计出造型优美、合乎市场化的高效绿色垃圾车。这样一来不仅使垃圾车环保，而且美观实用。其主要内容有： 第一章 前言 国内垃圾车现状，本课题研究的目的及主要内容； 第二章 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车的专用装置原理分析与选择； 第三章 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车专用装置液压系统设计； 第四章 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车绿色设计； 最后是本文的结论。 3 徐州师范大学工学院机械设计制造及其自动化专业毕业论文 第三章 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车专用装置液压系统设计 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车产品的专用装置液压系统是整个专用装置系统的重要组成部分，液压系统性能的优劣直接影响到垃圾车功能能否顺利实现。为此，我们需要设计一套结构简单，性能可靠，操作方便的专用装置液压系统。 3.1液压系统总体方案设计 (a) 举升油缸（b）推板油缸 （c）清扫油缸（d）压实油缸 图3-1 XZ5110ZYS后装压缩式垃圾车液压原理图 溢流阀 1）溢流阀的作用是：调节泵的出口压力，把多余的液压油引入油箱。使液压系统液压输出压力保持恒定的压力值。一般用于有定量泵的液压系统，阀口常开。 2）溢流阀一般用作溢流阀、安全阀、背压阀和远程调压、系统卸荷使用。 与安全阀的相同点：符号与安全阀相同。 与安全阀的区别： ①安全阀的作用是当系统压力超过规定值时，进行卸载，阀口常闭。 ②溢流阀一般用于定量泵，安全阀一般用于变量泵。 如图3-2所示，溢流阀使液压系统液压输出压力保持恒定的压力值，图3-3所示为推板油缸部分的可调溢流阀。 图3-2 系统溢流阀 图3-3推板油缸溢流阀 举升油缸 图3-4 液压系统举升部分 三位四通电磁阀的弹簧采用自动复位，目的是使在扳动操纵手柄后，当操作人员松开手柄后，举升油缸能使得装填厢停止在任意位置。 工作过程： 手柄向左扳动，控制阀在的位置，液压油进入举升油缸下腔，活塞伸出，使装填厢举起。 手柄向右扳动，控制阀在的位置，液压油进入举升油缸上腔，活塞回缩，使装填厢下落。 单向节流阀的作用是控制举升油缸的下降速度，使装填厢恒速下降，以防止装填厢下降速度太快，增强安全性。 使用液控单向阀的目的是能通过液控单向阀回油。 推板油缸 图3-5 液压系统推卸料部分 工作过程： 手柄向右扳动，控制阀在的位置，进油口进油。液压油进入举升油缸下腔，活塞伸出，使推卸料油缸活塞前伸，推动推板，将垃圾推出车厢。 手柄向左扳动，控制阀在的位置，推板油缸停留在车厢的最后端，当装填机构的压实油缸将垃圾压入车厢时，由于有背压的作用，活塞逐渐回缩，直至推板回到车厢的最前端。 清扫油缸 图3-6 液压系统清扫部分 三位四通电磁阀的弹簧采用手动复位，目的是使在扳动操纵手柄后，当操作人员松开手柄后，清扫油缸能继续工作，直到相应的止点为止。 工作过程： 手柄向右扳动，控制阀在的位置，液压油进入清扫油缸上腔，活塞回缩，使清扫油缸逆时针旋转，准备进行清扫垃圾。 手柄向左扳动，控制阀在的位置，液压油进入清扫油缸下腔，活塞伸出，使清扫油缸顺时针旋转，清扫垃圾（对垃圾进行第一次压缩）。旋转到位后，保持在终点状态。 压实油缸 图3-7液压系统压实部分 三位四通电磁阀的弹簧采用手动复位，目的是使在扳动操纵手柄后，当操作人员松开手柄后，压实油缸能继续工作，直到相应的止点为止。 工作过程： 手柄向右扳动，控制阀在的位置，液压油进入压实油缸上腔，活塞回缩，使压实油缸下降（同时带动清扫油缸下降），准备在清扫油缸工作完毕之后，对垃圾进行二次压缩。 手柄向左扳动，控制阀在的位置，液压油进入压实油缸下腔，活塞伸出，使压实油缸上升（同时带动清扫油缸上升），压实垃圾（对垃圾进行二次压缩），并最终将垃圾推入车厢。当垃圾被压入车厢后，由于推板液压油路的背压阀有背压作用，将推板厢前推动一段距离。 3.2选择液压缸 由于在推卸料时，推卸料油缸主要克服垃圾与底板和内壁产生的摩擦力，因此，计算推力时，应考虑的垃圾与底板的摩擦力、垃圾内壁的摩擦力等因素。由于在卸料开始时刻所需卸料油缸液压推杆推力最大，而此时卸料油缸推杆又处于最不发力位置，因此，在分析推料油缸和推板的受力时，应求出其在卸料开始时刻时的受力情况，并以此为依据，进行相关的计算，选择推卸料油缸、压实油缸初始尺寸[5][9]。 3.2.1液压缸的设计计算 垃圾与底板的摩擦力 根据有关材料，非金属的静摩擦系数大致如表3-1： 垃圾车推卸料机构及其受力情况如图3-1、图3-2所示，取垃圾与钢板的静摩擦系数μ0＝0.4。现求最佳θ角和最小F值。 摩擦副材料 静摩擦系数（μ0） Ⅰ Ⅱ 石 金属 0.3～0.4 木 金属 0.6（干）；0.2（湿） 土 土 0.1～0.25 石 土 0.5（干）；0.3（湿） 木 石 0.4 木 木 0.2～0.5 表3-1摩擦系数表 图3-8推卸料机构示意图 图3-9推卸料受力分析图 （3-1） （3-2） 根据受力平衡条件有： 解得： （3-3） 于是： （3-4） 显然，当为最大值时，F1的值最小。为此，用数学方法构造一个三角形，来求得最佳值，其配方如图3-3： μ0 1 α 图3-10 摩擦系数配方图 （3-5） 显然，当 时，，获得最大值。 此时： （3-6） 又： 故： 所以： （3-7） 由 μ0＝0.4 可得： （3-8） 故当只计算垃圾与底板的摩擦时，需要的最小推力为： （3-9） 垃圾与车厢左、右侧壁和上壁的摩擦力 斜置的推板受力情况如图3-4所示，推板通过A处的导槽和B点的导轮支持，可在车厢侧围上滑动。若车厢的长、宽、高分别为a、b、h，车厢内受挤压的垃圾产生的压强为p。 图3-11 推板受力图 卸料过程中，压缩的垃圾在车厢左、右侧壁和上壁产生的摩擦阻力F2为： （3-10） 式中：——垃圾与车厢壁之间的静摩擦系数； ——受挤压的垃圾产生的压强。 所需要推卸料油缸的最小力 由上述1、2知，推料油缸所需要的最小力为： （3-11） 压实油缸推力计算 在车厢即将装满时，所需要的压实油缸的压实力的水平分量最大，因此，压实油缸的选择应以在车厢即将装满时为设计依据。可以认为，此时压实油缸压实力的水平分量满足大于或等于推卸料油缸在卸料开始时刻的推力的水平分量，就可以将垃圾完全地压进车厢，达到设计要求。 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车初始设计参数[14]： 1）推料板的倾角为：； 2）车厢有效的长、宽、高： ； 3）垃圾与车厢左、右侧壁和上壁的摩擦系数取为：； 4）推板自重：； 5）装载质量：； 6）卸料推板尺寸：； 7）受挤压的垃圾产生的压强：由于装填机构将垃圾压入以及推卸料机构驱动推板将垃圾推出时，垃圾的密度的不确定性，因此，垃圾在传递压实力和推力时既不是固体传递，也不是液体传递，在长度方向上垃圾与车厢左、右侧壁和上壁产生的摩擦力也不相等，鉴于此，根据相关文献，取=11503N/m2； 8）由上述7）的分析以及表3-1，取垃圾与车厢左、右侧壁和上壁的摩擦系数为： ； 于是： 由于此时清扫油缸压力固定，因此在压实油缸动作时，可以把清扫油缸与清扫板视为一个刚体。显然，此时压实油缸推杆的推力的水平分量应大于等于推板卸料油缸推杆推力的水平分量，即： 从而求得： （3-12） 式中为装填角，当确定以后，就可以根据式1-12计算出的值。 3.2.2选择推板液压缸 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车采用东风EQ1116G18D型二类底盘，配套6105QA7型柴油发动机，为液压系统的提供最大工作压力为14Mpa，推板液压缸总行程为3210mm [16][18] 初选液压缸为4TG-C180*3210（其中缸径分别为140，115，90，63。行程分别为750，785，820，855） 取垃圾与钢板的摩擦系数为，假定垃圾对车厢的压力分布为线性，则摩擦力F=0.7N F推出力在起始水平分力为F，远大于F摩擦阻力。第二节油缸开始工作时，已卸去1/3的垃圾了，而第二节油缸的水平作用分力也大于F摩擦力，故这油缸足够。 3.2.3选择压实液压缸 由第二章分析可知，一般取，据式（3—12） 所以 对于单活塞杆液压缸，液压缸的有效工作面积按下式计算： 根据《新编液压工程手册（下册）》表23.4—10DG型车辆用液压缸性能参数可知： 压实油缸选用DG-JB80C 杆径为45mm 其无杆侧面积为. 由于清扫油缸与举升缸的强度受力远远要比压实油缸低，为了垃圾车的经济性,可靠性及实用性，清扫油缸和举升油缸都选用DG-JB80C 3.3 选择液压元件 3.3.1选择液压泵 对于伸缩式油缸，其各级的运动速度与有效的工作面积成反比，即A （3-13） 由于是简单的回路，故 取 根据系统所需流量和初选的齿轮泵的转速计算排量，由于泵直接取力于汽车发动机，故其转速为2500~3000r/m 其中 齿轮泵的排量，转速和工作压力确定以后，可以根据下式计算确定以后，确定驱动功率 （3—14） 由以上的数据，根据《新编液压工程手册》（上册）表13.55-33齿轮泵的性能可知 选用 3.3.2选择阀类元件及辅助元件 根据阀类元件及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可选出这些液压元件的型号及规格见表3-2。 表3-2 元件的型号及规格 序号 元件名称 估计通过量/（L·min-1） 额定流量/（L·min-1） 额定压力/（MPa） 额定压降/（Mpa） 型号、规格 1 齿轮泵 — 18.87 16 — CB—Fe10 Vp=10ml/r 2 三位四通换向阀 （自动） 17.1 80 16 <0.5 4WG6EAG24 3 三位四通换向阀 （手动） 17.1 35 16 <0.5 DMG—01—3DE 4 液流阀 2 40 16 — YCG10F 5 平衡阀 0.6~1 40 14 — RBG03 6 滤油器 19 40 16 <0.02 ZU—100X10S 7 可调节流阀 17.1 40 16 <0.2 MK8G 8 液控单向阀 17.1 40 16 <0.2 SV10GB 3.3 液压系统故障分析 后装压缩式垃圾车产品的液压系统的高故障率已经成为了该产品的致命伤,提高产品的可靠性,首当其冲地要解决这个问题[7]。在液压系统中,故障又大多表现为卡阀,所以又可以说更为突出的是要解决阀的问题。后装压缩式垃圾车具有实现基本运动的四组油缸,分别用四个主换向阀来控制。要减少甚至避免卡阀,提高油液的清洁度固然是必要的,但是在垃圾车的使用条件下, 油液很难保证任何时候都不受污染。在这种情况下,解决问题的思路有两条:一是提高换向阀阀芯的换向力来克服卡阻,二是一旦发生了卡阀的现象时用手柄操作来排除故障。 在后装压缩式垃圾车上,一般用作换向阀的是电磁阀或电液阀。出于上述思路,第一,应采用多路阀；第二,用气缸驱动液压阀换向。就是说,在标准多路阀的每一单元上加装汽车缸驱动装置,经过这样改装, 液压阀芯的换向力可达上千牛顿,保证了换向可靠。这一点已在长期使用中得到证实.这个阀其实成了一个手动-气动两用多路阀。 手动操作的功能不仅可以用来排除阀本身引起的故障,也可以用来排除其他原因造成的故障和处理事故,还给安装,调试和维修工作提供了方便。可靠性大大提高。 垃圾车工作环境恶劣，垃圾中的各种污染物从各种途径侵蚀液压系统，影响液压系统的工作。由于滤油器效果不佳，常出现平衡阀堵塞，回油管损坏现象，使液压系统无力，不能正常工作的现象。由于液压介质污染使液压系统元件磨损加剧，使用寿命缩短更是经常存在的问题，为此应加装两级滤清装置。 液压系统使用环境恶劣，液压介质的污染物除其系统制造安装时带进的污染物，运行时装置内产生的污染物外，主要还有装置露出部分浸入的垃圾中的各种成分。 液压介质污染物主要可分为以下几类： (1)制造安装或维修时带进的污染物：金属粉粒，锈屑，涂料片，密封材料，纤维，其它液体； (2)从装置露出部分如液压缸进入的污染物：灰尘，垃圾颗粒，水，液体溶液和纤维； (3)装置内产生的污染物：金属粉粒，锈屑，油变物质，密封材料。 液压系统的污染控制贯穿于液压系统的设计、制造、安装、使用和维护等整个过程。我们可采用以下方法控制污染： a清洗系统。系统安装前用汽油清洗管道，系统交付使用前用液压油循环清洗系统； b优化油路布局； c实行两级过滤，加装精滤器，以防止堵塞各种阀 。 液压系统的常见故障、产生故障的原因以及排除方法如表3-3 表3-3 液压系统的常见故障、产生原因以及排除方法 故 障 模 式 产生故障的原因 排 除 方 法 A.额定载荷 下液压缸 不 动 作 1.溢流阀调定压力过低 1.重新调整 2.溢流阀调压弹簧折断 2.更换弹簧 3.溢流阀阀体阻尼孔堵塞 3.清洗阻尼孔 4.溢流阀主阀芯被卡住 4.检修，使主阀芯运动正常 5.溢流阀锥阀卡住 5.检修，使之运动正常 6.油箱油面过低，造成油路之中 有空气，使液压油路压力降低 6.添加液压油，至油尺刻度上限 7.液压缸内泄漏严重 7.检修，更换密封件 8.换向阀严重磨损，内部泄漏过大 8.检修或更换换向阀 9.滤油器堵塞 9.清洗或更换滤芯 10.液压泵严重磨损，造成端面大量泄漏 10.清洗或更换液压泵 B.液压油路 中出现震 动及噪声 11.油管受压变形，油液流动受阻 11.检查油管，排除故障 12.油管固定不牢 12.紧固管夹 13.手油门调整不当，液压泵转速过高 13.重新调整手油门 14.液压油粘度过大 14.按要求更换液压油 15.滤油器堵塞，液压油流动不畅 15.清洗或更换滤芯 16.粗滤器滤网露出油液表面，吸入大量空气 16.添加液压油至油尺刻度上限 17.取力器齿轮副间隙过大 17.检修取力器 C.机构动作 不均匀有 爬行现象 18.液压系统管路中存在有大量空气 18.查找原因，排出空气 19.相对运动的零、部件之间的运动阻力较大 19.调整相对运动的零、 部件之间的间隙 D.装填机构 和装填厢 上升和下 落时速度 明显加快 20.液控平衡阀主芯卡住，不能逐渐关小 20.检修，使主阀芯运动正常 21. 液控平衡阀弹簧折断，主阀芯不能回位 21.更换弹簧 E.机构运动 过程中有 冲击现象 22.液控单向阀主芯卡住，不能逐渐关小 22.检修，使主阀芯运动正常 23. 液控单向阀弹簧折断，主阀芯不能回位 23.更换弹簧 F.空载状态 下液压缸 不能动作 24.溢流阀调压弹簧折断 24.更换弹簧 25.溢流阀主阀芯卡住，使溢流阀回油口常开 25.检修，使主阀芯运动正常 26.液压泵失效 26.检修或更换液压泵 27.油路堵塞 27.检查、清洗油路 G.操纵控制手 柄后，不能 连贯完成刮 板开启、滑 板下行、刮 板搂料以及 滑板上行等 一系列动作 28.限位调整机构中，起推位换向 阀阀杆作用的弹簧变形、失效 28.更换弹簧 29.滑板限位调整机构因磨损、变形、锁 紧螺母松动等原因造成调整间隙变大 29.调整间隙，拧紧锁紧螺母 3.4 本章小结 本章通过对液压缸、液压泵、阀类元件及辅助元件的选择，确定了一套完整的液压系统。同时，对设计的液压系统进行了故障分析，介绍了常见故障、产生故障的原因以及排除方法等。 31 徐州师范大学工学院机械设计制造及其自动化专业毕业论文 第二章 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车的专用装置原理分析与选 XY5110ZYS后装式压缩垃圾车采用“东风”EQ1108G6D15型底盘，经加装封闭式车厢、填塞装置、推卸料机构、举升油缸等专用工作装置，而组成的新型城市生活垃圾收集运输车。其在装载过程中具有对垃圾的压缩能力，使用推板卸载，则使卸载过程平稳、安全，机械化作业程度高、装载量大、操作方便、外形美观大方等优点，是一种较理想的城市生活垃圾运载工具[3][14][16]。 2.1 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车的专用装置简介 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车的专用装置由车厢、填塞器总成、推板、锁紧装置、取力操纵机构、液压系统等组成。垃圾从车尾部倒入填装器后，被自动破碎压缩，挤入封闭车厢。垃圾被运到处理场后，填装器被举起而敞开车厢后部，在车厢内一个巨大的刮板由前向后运动，把垃圾推出车外。现将垃圾车各装置分别简介如下： (1) 车厢 车厢为焊接机构，由前后框架、底架和若干个构件组成；侧顶板用钢板焊接而成，车厢前部安置推板油缸，后部通过销轴悬挂填塞器总成，形成一封闭的厢形载货空间，在车厢前部还安装了液压阀组，油箱及操纵阀。 (2) 填塞器总成 填塞器总成用销轴联接悬挂在车厢后部，是车厢内填装垃圾的工作装置。它由料斗、压实板、填塞板、油缸等组成，垃圾倒入料斗后，填塞板和压实板在液压油缸的驱动下分别作摆动和直线运动，将垃圾刮起，并压入车厢，车辆卸载时，填塞器总成由举升油缸举起，即可进行卸载作业。 (3) 推板装置 本装置是车辆的卸载工作装置，推板面板呈铲形，在推板油缸的推动下，推板向后作水平推挤运动，将垃圾推出车厢。推板两侧底部设有尼龙滑块，保证推板导轨作水平运动。 (4) 锁紧装置 锁紧装置是由销轴、锁紧钩等零件组成的连杆机构。在卸载作业及车辆在运行状态时，本装置呈锁紧状态，保持填塞器与车厢间紧密贴合；车辆卸载时，装置呈脱钩状态，填塞方可举起，装置不同的状态是靠举升油缸的伸出、缩回来实现。 (5) 取力操纵装置 取力器安装在底盘变速箱的右侧部位。取力器输出轴与油泵轴靠方向联轴节连接。当取力器主动齿轮与变速箱中间轴上的取力齿轮啮合时，齿轮泵即从发动机取得机械动力。取力器与变速箱间的齿轮啮合拟用动拉杆挂档，操纵位置在驾驶员位置左侧。 (6) 液压系统 该系统由柴油发动机通过变速器、取力器、联轴节带齿轮油泵供给动力，由齿轮油泵通过溢流阀、多路换向阀使各执行元件实现所需动作。整个液压系统的动作由手动控制。 2.2　XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车的专用装置原理分析与选择 2.2.1车厢的选择 后装压缩式垃圾车的车厢大多采用骨架式结构[11]。车厢的纵截面一般为直角梯形。车厢后端的斜角 α有利于装载厢以一定角度把垃圾送入车厢。车厢安装在车架上时，应与车架上平面保持1º左右向后的倾角，以便车厢内的污水能从后端排除。 车厢的横截面一般有矩形（图2-1）和鼓形（图2-2）两种。 从受力角度分析，鼓形截面不仅能承受较大的垃圾横向膨胀力，而且由于形成了顶面、左侧面和右侧面3个纵向柱面，使得车厢的纵向刚度和扭转刚度得到明显的增强。因此在中小型垃圾车上多采用这种截面，除车厢前后两端外，中部几乎不再需要布置加强梁。但由于鼓形横截面的厢壁成形工艺性较差，因此本后装压缩式垃圾车仍然采用矩形横截面的型式。 车厢的高度和宽度应使整个外廓尺寸符合法则要求。 　　 (a) (b) 　 (a) 矩形 (b) 鼓形　 图2-1 车厢的横截面 2.2.2推板及其驱动方式的选择 后装压缩式垃圾车的系列化一般是按车厢横截面大小分档。即某一规格的横截面适应一定车厢装载容积范围。在同一容积范围内采用同一规格的推板和装载厢。 由于车厢内的垃圾车受到强烈的挤压，垃圾的反弹膨胀力作用于厢壁而形成了阻碍厢内垃圾移动的摩擦力，故垃圾不易以车厢倾斜的方式自动卸出，而必须采用强力推卸的方法使垃圾推出厢外。推板的驱动方式一般有两种， (a) (b) (a)油缸水平布置 （b）油缸斜向布置 图2-2 油缸直接驱动方式 一种是多级油缸直接驱动方式。油缸为一般水平布置，以获得较高的驱动效率并简化结构,如图2-2a。如果油缸水平布置受到纵向尺寸的限制，则可斜向布置如图2-2b。但这样布置不但增加了构件受力，而且驱动力的垂直分力作用在导轨上，从而降低了驱动效率。另一种推板驱动方式是通过连杆机构放大驱动行程来驱动推板。如果设计合适，在车厢垃圾排空时，推板停留在车厢后部，而且在填装力达到一定值时，推板方可被推动向车厢前部退缩，这样可使车厢内的垃圾受压均匀，同时也避免了车厢“填不满”的情况发生。本车采用后一种推板驱动方式。 2.2.3 装填机构的选择 装载厢总成是由装载厢体和内部的压缩机构组成。其作用是把垃圾填装到装载厢内进行压碎压实处理，然后再向车厢内挤压。 a. 压缩机构 一般的压缩机构有复合连杆式压缩机构、带弧形板复合式压缩机构和滑板式压缩机构三种，而我们所用的是滑板式压缩机构。 滑板式压缩机构的工作原理如图2-3所示。 滑板1由油缸驱动，并沿装载厢侧壁上的导轨作斜向直线往复移动。刮板2及与它铰接的刮板驱动油缸均铰接在滑板上，因此刮板既可随滑板一起作往复移动又可绕固定在滑板上的铰接中心转动，它与上述的两种压缩机构比较。由于装载厢底部靠车厢的下半段为一与滑板运动方向平行的平面,因而在由状态e转变为状态g时，驱动油缸的全部有效功率将垃圾向车厢内压实，在这个过程中刮板施力方向始终保持不变。 3 4 1 2 ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) ( e ) ( f ) ( g ) 1.滑板（压实板） 2.刮板（清扫板） 3.刮板油缸（清扫油缸） 4.滑板油缸 （压实油缸） 图2-3 滑板式压缩机构 b. 填装角 滑板式压缩机构是以一个固定的角度来施加斜向挤压力的。如图2-4所示。称为垃圾填装角。是前述的车厢后端的安装斜角。而则是滑板导轨轴线与装配结合面的夹角。因此=-。填装角一般选取45º左右。 图 2-4 垃圾车的装填角 c. 填装斗容积 垃圾由装载厢入口倒入其下腔的填装斗后，呈自然堆积状态。其截面如图2-5所示。图中β为垃圾的安息角。 因此填装斗容积大小的确定应考虑以下几方面因素：使用条件（即斗内倾倒垃圾的方式）。如果垃圾车主要用来收集分散垃圾或袋装垃圾，则填装斗容积可以小些。若主要用来收集桶装垃圾、斗装垃圾或手推车装垃圾、就要考虑一次装一桶还是 图2-5 填装斗容积 两桶（或斗、车）等等，总之填装容积应与此相适应。填装斗容积还应与车厢总容积相协调，大厢小斗会降低装载效率；小厢大斗则造成材料和动力的浪费。此外还应能满足整车总布置和道路条件的要求。 d. 装载厢在车厢上的锁紧 装填垃圾时，垃圾对装载厢的反作用力将使装载厢向后顶起而与车厢分离，导致填装作业无法进行。所以当垃圾卸毕装载厢落座后必须将其下部锁紧在车厢上，这是填装作业的需要 ，也是汽车行驶时防止装载厢跳动的需要。 最简单的锁紧方法是采用螺栓锁紧。即在车厢后端下部装一活节螺栓螺母机构。装载用落座后 ，把活节螺栓插入装载厢的相应的槽口内，拧紧螺母即可锁紧装载厢。在需要举升装载厢时，则先松开螺母，并把活节螺栓抽出槽口即可。这种机构虽然简单，但操作并不便，并与整个专用装置的自动化操作脱节，同时也容易产生误操作。 第二种锁紧方法是采用销、契或钩子进行锁紧。活动紧固件的动作可由单独油缸或气缸驱动。该油缸必须与举升油缸联锁，即开锁→举升，以及落下→锁紧，避免产生误操作。如果把举升油缸行程设计得稍微靠前一些，利用这一超前的行程来驱动活动紧固件，也可以获得同样的效果。 第三种锁紧方法：把装载厢和车厢的铰接设计成销子和长槽连接。举升油缸的下支座焊接在车厢上，上支座焊接在装载厢侧壁上，当举升油缸刚伸出时，由于焊接在装载厢侧壁下端的销子卡在焊接在车厢上的槽口内，因此装载厢不能转动。结果，举升油缸顶起整个装载厢，使其沿斜向贴合面向上平移一段距离。与此同时铰接处的销子（固定在装载厢上）从长槽（固定在车厢上）下端逐渐移动到上端。一旦销子从槽口内脱出（即表示装载厢下部与车厢脱离约束，装载厢即可在举升油缸继续作用下，绕上铰接销转动。当油缸回缩时，因装载厢质心在油缸支座的后侧（右侧），因此销子与长槽仍继续保持原来接触位置，装载厢绕销子转动，落下并与车厢结合面相贴合，油缸继续回缩，装载厢即沿贴合面下移，上铰接处销子回到起始位置，同时下部销子又进入槽口内，并将装载厢锁住在车厢上。 XY5110ZYS后装式压缩垃圾车采用第三种锁紧方法。 2.2.4 推挤卸料机构的选择 由于车厢内的垃圾受到强烈的挤压，垃圾的反弹膨胀力作用于厢壁而形成了阻碍厢内垃圾移动的摩擦力，故垃圾不易以车厢倾斜方式自动卸出，而必须采用强力推卸的方法垃圾推出厢外。卸车用推板推出，从根本上解决了倾斜式垃圾车可靠性差的问题。 采用推挤卸料结构有许多优点：1、对整车质心位置、稳定性、停坡度等总体性能均有利。有效地避免了倾翻卸料带来的质心后移的危险。2、能量损失较小，设计较合理。3、简化了车厢和车架结合处的结构。 为了方便加工，该车推挤面断面选择了直面型，相对于其他两种推挤面结构形式—折面型和曲面型,如图2-6所示，直面型虽然加工简单，但受力集中，可靠性差。推挤板四周与车厢内壁空隙较小，推挤板运动时容易卡滞。 ] 图2-6 推挤面结构形式 2.2.5 压缩机构极其控制系统的选择 该车选用了结构简单实用,装载压缩性能好的滑动刮板式压缩机构。 该车具有单独装载和连续装载的功能, 连续顺序动作保持连贯,不发生干涉现象。但压缩机构除标准中的两项功能外,还应增加反向操纵和短循环等功能。例如在工作进程中,当被粗大物料卡住或者出现其他意外情况时,通过反向操纵,可以使压缩机构做出与工作循环方向相反的运动, 使压缩机构脱离卡滞物,排除意外后即可恢复正常工作。另外,当尾箱中倒入的垃圾过满时, 通过短循环操纵, 可以使压缩机构较早地做出扫刮和压实动作,避免部分垃圾被推出尾箱。因此,作为一个较为完善的压缩机构还应具备反向操纵和短循环功能。 压缩机构是压缩式垃圾车的重要工作装置,该机构要实现的功能较多,它的控制系统也是整车控制系统中最为复杂的部分。因此,压缩机构控制系统的可靠性对整车至关重要。 常用控制系统可分为非电气控制系统和继电器控制系统。非电气控制系统,如手动系统(或全液压系统),结构单一,系统多由液控元件组成,基本上不涉及电气部分,但因手动系统(或全液压系统)的局限性,使得该类系统很难实现压缩机构的多种功能。而该车选用的继电器控制系统,是通过对压缩机构的液压系统和电气系统进行有机的结合,能很好地满足压缩机构多种功能的要求,实现机构的自动控制,提高垃圾车的自动化水平。但继电器由于触点动作寿命有限,可靠性较差,而一台垃圾车所用继电器的数量又较多,一旦发生故障,即不易判断也不易维修。 随着PC(可编程控制器)和PLC(微电脑控制)技术的提高和价格的日趋下降,近年来PC和PLC 控制系统在压缩式垃圾车上得到了越来越广泛的应用。与继电器控制系统相比, PC和PLC 控制系统可靠性高,平均故障时间在5万小时以上。它们还具有完善的监视和诊断功能,便于系统的检测和维修。对于不同吨位的垃圾车,根据液压系统所需的压力,流量的不同,通过计算即可确定泵、阀、油缸的规格大小,然后进行选型和设计安装。先进的PLC(微电脑控制) 控制系统根据垃圾车作业流程的动作要求,在垃圾倒入压填斗后, 刮板张开、压板压下、刮板刮入、压板上拉。如此循环填装垃圾,装满后拉走卸掉.据此可列出程序控制程序图。系统中采用接近开关来检测各个动作的位置,并控制动作的衔接。例如在装填循环中, 刮板张开到位后接近开关导通,于是压板接着压下，以此实现装填循环。如果垃圾中有石块等硬物时,可能会影响压缩循环的进行,而程序中设置“设定时间到”这一条件语句,转而进行下一步动作,不再强行压缩.而在卸垃圾时,用接近开关来检测压填斗的举升,如果没有举升到位,推板就不能推出卸料。在压填斗举升到位之后再作一次压缩循环,从而将斗内可能残余的垃圾清除掉。 XY5110ZYS后装式压缩垃圾车采用手动控制。 2.3 本章小结 本章通过对XY5110ZYS后装式压缩垃圾车专用装置原理的深入研究，针对专用装置的不同结构形式作了细致的理论分析，最终确定了专用装置。 13