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 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