城市清潔運(yùn)輸車輛工作裝置設(shè)計(jì) 城市清潔運(yùn)輸車輛提桶機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【含12張CAD圖紙】
城市清潔運(yùn)輸車輛工作裝置設(shè)計(jì) 城市清潔運(yùn)輸車輛提桶機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【含12張CAD圖紙】,含12張CAD圖紙,城市清潔運(yùn)輸車輛工作裝置設(shè)計(jì),城市清潔運(yùn)輸車輛提桶機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【含12張CAD圖紙】,城市,清潔,運(yùn)輸,車輛,工作,裝置,設(shè)計(jì),提桶,機(jī)構(gòu),12,CAD,圖紙
城市清潔運(yùn)輸車輛工作裝置設(shè)計(jì)
機(jī)械工程系
學(xué)生姓名：
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
系 部：
專 業(yè)：
指導(dǎo)教師：
誠(chéng)信聲明
本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。
本人簽名： 魏寶君 2014 年 6 月 15 日
·
設(shè)計(jì)任務(wù)書
設(shè)計(jì)題目： 城市清潔運(yùn)輸車輛工作裝置設(shè)計(jì)
系部： 機(jī)械工程系 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)號(hào)：
學(xué)生： 指導(dǎo)教師（含職稱）：
專業(yè)負(fù)責(zé)人：
1. 設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及目標(biāo)
1．根據(jù)課題要求進(jìn)行調(diào)查研究，確定主要的技術(shù)參數(shù)；
2．?dāng)M定總體方案，并進(jìn)行論證；
3．后裝壓縮式垃圾車專用裝置的主要部件分析與選擇；
4．液壓系統(tǒng)方案的擬定。
2．設(shè)計(jì)的基本要求和內(nèi)容
1. 提桶機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及受力分析；
2．畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書一份；
3．清潔運(yùn)輸車輛工作原理圖一份。
3．主要參考文獻(xiàn)
[1]陸鳳儀，鐘守炎.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010，12.
[2]吳宗澤，羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.高等教育出版社，2006.5.
[3]王知行等編著.機(jī)械CAD與仿真技術(shù).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000.
[4]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第2版).第二卷機(jī)械工業(yè)出版社，2000.
4. 進(jìn)度安排
設(shè)計(jì)各階段名稱
起 止 日 期
1
進(jìn)行調(diào)查研究，查閱資料，完成開題報(bào)告
2014.03.03—2014.03.23
2
初步擬定總體方案，總體方案論證﹑確定
2014.03.24—2014.04.12
3
確定主要的技術(shù)參數(shù)，清潔運(yùn)輸車輛傳動(dòng)設(shè)計(jì)
2014.04.13—2014.04.22
4
進(jìn)行pro/e三維仿真動(dòng)畫設(shè)計(jì)
2014.04.23—2014.05.23
5
撰寫并編制論文、打印，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯資料
2014.05.25—2014.06.05
城市清潔運(yùn)輸車輛工作裝置設(shè)計(jì)
摘要:
本設(shè)計(jì)首先進(jìn)行了整體方案的論證，其次主要介紹了后裝壓縮式垃圾運(yùn)輸車專用裝置的主要部件包括機(jī)械手，刮板、滑板，推板，填裝器，隨后進(jìn)行了液壓系統(tǒng)方案的擬定，最后使用pro/e對(duì)垃圾車提桶機(jī)構(gòu)進(jìn)行了仿真動(dòng)畫設(shè)計(jì)。
液壓系統(tǒng)均采用優(yōu)質(zhì)的舉升油缸、操作閥、卡套式接頭、高壓軟管和高壓鋼管安裝合理，同時(shí)布置了可靠的固定裝置，保證長(zhǎng)時(shí)間無(wú)任何泄漏，做到可靠、維修方便、延長(zhǎng)使用壽命。
關(guān)鍵詞:后裝，壓縮，垃圾車，提桶機(jī)構(gòu)，控制回路
City clean transport vehicles working device design
Abstract:
This article first has carried on the overall scheme of argument, then mainly introduces the compression type garbage truck special-purpose device with after the main parts include manipulator, scraper, skateboarding, push board, fills, followed by a hydraulic system scheme proposed, finally using pro/e simulated animation design of garbage truck bucket mechanism.
Hydraulic system adopt high quality lifting oil cylinder, the operating valve, connector of cutting sleeve type, high pressure hose and high pressure steel pipe installation is reasonable, decorate a reliable fixation device at the same time, guarantee the long time without any leakage, reliable, convenient maintenance and prolong service life.
Key words: back-up，compression，garbage truck，pail institutions，Control circuit
目 錄
1 前言 1
1.1 國(guó)內(nèi)清潔運(yùn)輸車輛發(fā)展概況與趨勢(shì) 2
1.1.1 國(guó)內(nèi)清潔運(yùn)輸車輛的發(fā)展概況 2
1.1.2 國(guó)內(nèi)清潔運(yùn)輸車輛的發(fā)展趨勢(shì) 2
1.2 本論文研究的目的和意義 3
2 總體方案論證 5
2.1 提高載質(zhì)量利用系數(shù) 5
2.1.1 底盤的載質(zhì)量利用系數(shù) 5
2.1.2 專用裝置的自重 5
2.2 細(xì)化軸荷分布計(jì)算 5
2.3 合理選擇卸料方式 5
2.3.1 車廂后傾式卸料方式 5
2.3.2 推板卸料方式 6
2.4 提高垃圾壓縮比 6
2.5 合理選擇壓縮機(jī)構(gòu)液壓控制方式 7
2.6 完善車輛密封 7
2.7 結(jié)構(gòu)方案的確定 8
2.7.1 傳統(tǒng)自卸式垃圾車的結(jié)構(gòu)分析 8
2.7.2 本垃圾車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 8
3 后裝壓縮式垃圾車專用裝置的主要部件 10
3.1 機(jī)械手(提桶機(jī)構(gòu)) 11
3.1.1 提筒機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 11
3.1.2 提筒機(jī)構(gòu)掛架上任一點(diǎn)（垃圾筒）的運(yùn)動(dòng)軌跡 13
3.1.3 提筒機(jī)構(gòu)的受力分析 16
3.1.4 機(jī)構(gòu)中各鉸鏈位置的確定 17
3.2 刮板、滑板 18
3.3 推板 19
3.4 填裝器 20
4 液壓系統(tǒng)方案的擬定 21
4.1 主要液壓元件及輔件的選擇 21
4.1.1 油箱過(guò)濾元件 21
4.1.2 執(zhí)行元件 21
4.1.3 液壓換向閥 21
4.1.4 液壓源 22
4.2 控制回路的方案擬定 22
4.2.1 機(jī)械手回路 22
4.2.2 刮板、滑板回路 23
4.2.3 推板回路 25
4.2.4 填裝器舉升回路 26
4.3 整車回路方案 26
5 結(jié)論 28
參考文獻(xiàn) 29
致謝 30
II
1 前言
隨著城市人口的增加，以及人均生活水平的不斷提高，傳統(tǒng)的城市垃圾收集運(yùn)輸方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，于是誕生了后裝壓縮式垃圾車。這是一種全新的垃圾車車型，主要工作部件由填料器和廂體組成，在廂體內(nèi)設(shè)計(jì)了推板機(jī)構(gòu)以排出垃圾。自從后裝壓縮式垃圾車誕生以來(lái)一直在不斷的發(fā)展，其發(fā)展方向是：提高垃圾的裝載量；改善車輛的密封性；垃圾的分類處理。垃圾的分類越細(xì)對(duì)于環(huán)境的保護(hù)效果就越好，目前城市垃圾主要可以分為4類：濕垃圾：主要指廚房產(chǎn)生的廚余、果皮等含水率較高的食物性垃圾。干垃圾（可回收利用垃圾）：主要指廢紙張、廢塑料、廢金屬、廢玻璃等可用于直接回收利用或再生后循環(huán)使用的含水率較低的垃圾。有害垃圾：指對(duì)人體健康或者環(huán)境造成現(xiàn)實(shí)危害或者潛在危害的廢棄物，同時(shí)也包括對(duì)人體健康有害的重金屬或有毒物質(zhì)廢棄物。大件垃圾：指重量超過(guò)5千克或體積超過(guò)0．2立方米以及長(zhǎng)度超過(guò)1米的廢舊家具、辦公用具、廢舊電器，以及包裝箱、籮筐等大型的、耐久性的固體廢棄物，是因體積較大等因素混入城市一般生活垃圾一起清運(yùn)有困難的特殊的生活垃圾。垃圾如何進(jìn)行分類處理是目前垃圾運(yùn)輸中急待解決的難題，這對(duì)于環(huán)境的保護(hù)意義重大。
目前后裝壓縮式垃圾車越來(lái)越受到人們的關(guān)注，應(yīng)用也越來(lái)越普遍，并已經(jīng)顯示出了巨大的優(yōu)越性。其設(shè)計(jì)思路為：根據(jù)垃圾運(yùn)輸?shù)牧看_定負(fù)荷，由負(fù)荷來(lái)選擇汽車底盤，然后確定垃圾的裝載和排出方式，在確定了垃圾的裝載和排出方式后，對(duì)主要受力零件進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)分析，以選擇合理的液壓控制系統(tǒng)。
后裝壓縮式垃圾車的設(shè)計(jì)，目前基本上有兩種情況：其一是把填料器和廂體結(jié)合成一個(gè)整體，然后另外設(shè)計(jì)一個(gè)后蓋以保證廂體的密封；其二是把填料器和廂體設(shè)計(jì)成兩個(gè)獨(dú)立的部件，填料器和廂體的結(jié)合來(lái)保證廂體的密封。
本課題來(lái)源于悅達(dá)專用車有限公司，該廠主要生產(chǎn)的是專用車輛，其中后裝壓縮式垃圾車是其一個(gè)產(chǎn)品。由于目前國(guó)內(nèi)的垃圾車普遍存在所謂的“跑、冒、滴、漏”問(wèn)題，對(duì)環(huán)境造成的二次污染很嚴(yán)重，所以急需在垃圾車的設(shè)計(jì)上加以改進(jìn)。這就是本次設(shè)計(jì)的目的。
本課題我主要完成的是垃圾車專用裝置的主要部件以及液壓系統(tǒng)方案的擬定。我首先進(jìn)行了方案論證。經(jīng)過(guò)討論與研究，發(fā)現(xiàn)垃圾車設(shè)計(jì)時(shí)有6項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，所有的設(shè)計(jì)工作都是圍繞這6個(gè)關(guān)鍵技術(shù)展開的。①如何提高載質(zhì)量利用系數(shù).②如何細(xì)化軸荷分布.③合理選擇卸料方式.④提高垃圾壓縮比.⑤合理選擇壓縮機(jī)構(gòu)液壓控制方式，⑥完善車輛密封。
所設(shè)計(jì)的控制回路分為四部分：機(jī)械手回路，刮板、滑板回路，推板回路，填裝器舉升回路，四個(gè)回路構(gòu)成垃圾車的整車回路。
本課題新穎實(shí)用，在技術(shù)上有較大改進(jìn)，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)率。
1.1 國(guó)內(nèi)清潔運(yùn)輸車輛發(fā)展概況與趨勢(shì)
1.1.1 國(guó)內(nèi)清潔運(yùn)輸車輛的發(fā)展概況
清潔運(yùn)輸車輛也就是垃圾運(yùn)輸車，我國(guó)國(guó)內(nèi)與國(guó)外在垃圾專用方面的差距無(wú)論是技術(shù)方面還是上裝方面都已經(jīng)很小了。十幾年前我國(guó)可能還從國(guó)外進(jìn)口垃圾運(yùn)輸車，但目前國(guó)內(nèi)垃圾車生產(chǎn)已經(jīng)基本符合用戶的需求?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)一些專業(yè)生產(chǎn)垃圾車的廠家通過(guò)消化吸收國(guó)外技術(shù)的方式，已在某些方面逐步接近國(guó)外先進(jìn)水平。
國(guó)外品牌已在國(guó)內(nèi)壓縮垃圾車市場(chǎng)穩(wěn)占上風(fēng)，對(duì)進(jìn)口車的替代也卓有成效。未來(lái)隨著城市壓縮垃圾車市場(chǎng)的不斷擴(kuò)容，國(guó)內(nèi)卡車底盤廠家的市場(chǎng)空間將越來(lái)越大，專用車在卡車行業(yè)中的比重也會(huì)進(jìn)一步提高。
與國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品相比，我國(guó)垃圾車的性能和功能還存在一定差距，低端產(chǎn)品特征明顯，整車性能較差，大部分國(guó)產(chǎn)垃圾車是以模仿進(jìn)口車功能為基礎(chǔ)來(lái)研制生產(chǎn)的，缺乏具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和概念創(chuàng)新的產(chǎn)品。在液壓裝置機(jī)械作業(yè)裝置﹑測(cè)量計(jì)量裝置﹑自動(dòng)控制裝置﹑安全防護(hù)裝置的技術(shù)水平上與外國(guó)先進(jìn)產(chǎn)品還存在著一定的差距。
1.1.2 國(guó)內(nèi)清潔運(yùn)輸車輛的發(fā)展趨勢(shì)
當(dāng)今的城市垃圾運(yùn)輸車一般是與垃圾壓縮中轉(zhuǎn)站配套使用的專用車輛,具有整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理緊湊、裝卸垃圾自動(dòng)化、使用效率高,廂體輕量化設(shè)計(jì)、運(yùn)載量大、封閉性能好、安全、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。車廂可卸式垃圾車可以機(jī)械化自動(dòng)裝卸垃圾,實(shí)現(xiàn)垃圾密封化運(yùn)輸,有效地防止垃圾對(duì)人和環(huán)境的污染,提高汽車的運(yùn)載效率。城市垃圾運(yùn)輸車向環(huán)保密封方面發(fā)展是一種趨勢(shì)。
(1)垃圾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
在垃圾車工作過(guò)程中，垃圾車的垃圾裝載情況是管理者所關(guān)心的。垃圾車負(fù)載變化及垃圾箱內(nèi)垃圾是否填滿，在一般情況下都是很難監(jiān)測(cè)的。通過(guò)垃圾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能隨時(shí)隨地檢測(cè)車輛負(fù)載的變化情況及垃圾是否填滿，為垃圾司機(jī)和管理者提供參考。提高垃圾車作業(yè)的科學(xué)性和行車的安全性，同時(shí)也可減少工作人員工作量，提高工作效率。
（2）提桶機(jī)構(gòu)
垃圾車配備具有全自動(dòng)控制功能的翻桶機(jī)構(gòu)將是產(chǎn)品發(fā)展的新方向，發(fā)達(dá)國(guó)家尤其是西歐及美國(guó)的垃圾車都配備先進(jìn)的翻桶機(jī)構(gòu)，可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)不同大小垃圾桶在不同位置的自動(dòng)抓取﹑舉升和卸料。我國(guó)許多城市已開展對(duì)桶裝垃圾的收集，但垃圾車配備的翻桶技術(shù)水平不高。
（3）綠色視覺(jué)效果
車輛的外觀造型及彩化已越來(lái)越受到環(huán)衛(wèi)部門的重視，一些適合不同城市品位的彩化壓縮式垃圾車輛已成為城市的一道亮麗的風(fēng)景。通過(guò)對(duì)車輛外形和性能的改進(jìn)，消除或減輕視覺(jué)污染，避免或減少作業(yè)時(shí)對(duì)周圍環(huán)境和人員的影響。使壓縮式垃圾車輛與作業(yè)環(huán)境相協(xié)調(diào)。
(4)除臭滅菌
除臭滅菌技術(shù)在垃圾車上的運(yùn)用也是發(fā)展方向，杜絕細(xì)菌傳播，減少臭氣污染已成為當(dāng)務(wù)之急。目前一些臭氧除臭除菌技術(shù)己在該類產(chǎn)品上成功運(yùn)用。
(5)分隔車廂
垃圾車車身內(nèi)部結(jié)構(gòu)可按一定比例劃分為幾部分，這種劃分結(jié)構(gòu)使得垃圾運(yùn)輸車可在同一次作業(yè)時(shí)同時(shí)收集并且分隔幾種不同類型的垃圾，可以最優(yōu)化垃圾收集路線，這也為垃圾回收物流提供更多的可能性。
1.2 本論文研究的目的和意義
城市清潔運(yùn)輸車亦稱垃圾車(下簡(jiǎn)稱垃圾車)，主要用于市政環(huán)衛(wèi)及大型廠礦運(yùn)輸各種垃圾，尤其適用于運(yùn)輸小區(qū)生活垃圾。垃圾車的誕生與發(fā)展對(duì)于人類社會(huì)來(lái)說(shuō)是一重大發(fā)明與創(chuàng)造，尤其是對(duì)城市來(lái)說(shuō)。城市人口集中，每天產(chǎn)生的垃圾量很大，而城市土地有限，垃圾的及時(shí)處理是一大難題。垃圾車的出現(xiàn)可以幫助環(huán)衛(wèi)工人及時(shí)清理垃圾，并有可能現(xiàn)場(chǎng)將垃圾變廢為寶，大大的減輕了環(huán)衛(wèi)工人的工作強(qiáng)度，也緩解了城市垃圾問(wèn)題。垃圾車發(fā)展不僅可以解決城市垃圾問(wèn)題、緩解環(huán)衛(wèi)工人壓力。垃圾車的誕生也是一種新型行業(yè)的誕生，帶動(dòng)了周邊行業(yè)的發(fā)展，增加了人們的就業(yè)機(jī)會(huì)，緩解了社會(huì)的就業(yè)壓力，最終達(dá)到了一個(gè)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的目標(biāo)。
垃圾車的使用又非常廣泛。適用于環(huán)衛(wèi)、市政、廠礦企業(yè)、物業(yè)小區(qū)、垃圾多而集中的居民區(qū)。一車可帶多個(gè)大廂，在裝卸的運(yùn)輸過(guò)程中可有效地避免二次污染?？芍^是專用汽車?yán)锏囊淮笾卮蟀l(fā)明，也給世界的環(huán)境衛(wèi)生做出了貢獻(xiàn)，垃圾車的發(fā)明有非常大的創(chuàng)造意義 。
掛桶垃圾車的特點(diǎn)是一個(gè)車能配幾十個(gè)垃圾桶，能實(shí)現(xiàn)一臺(tái)車與多個(gè)垃圾桶聯(lián)合作業(yè)，循環(huán)運(yùn)輸，充分提高了車輛的運(yùn)輸能力，特別適用于短途運(yùn)輸，如環(huán)衛(wèi)部門對(duì)城鎮(zhèn)垃圾的清理、運(yùn)輸?shù)?。同時(shí)，掛桶垃圾車還可以加裝其它功能，形成其它多功能掛桶垃圾車，如：掛桶壓縮式垃圾車、掛桶式泔水垃圾車、掛桶式對(duì)接垃圾車等。
2 總體方案論證
2.1 提高載質(zhì)量利用系數(shù)
載質(zhì)量利用系數(shù)的提高將有助于降低車輛的運(yùn)行成本。后裝壓縮式垃圾車的載質(zhì)量利用系數(shù)主要由二個(gè)方面組成:
2.1.1 底盤的載質(zhì)量利用系數(shù)
在底盤選型時(shí),選擇技術(shù)含量高、動(dòng)力性好、自重相對(duì)較輕的底盤。
2.1.2 專用裝置的自重
后裝壓縮式垃圾車由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,自重較大,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用新材料、新技術(shù)、新工藝。主要零部件采用高強(qiáng)度鋼板,輔助件(如擋泥板、裝飾件、蓋板等) 采用比重較輕的注塑件。主要構(gòu)件采用特殊加工工藝方法,如:車廂側(cè)板及頂板采用數(shù)控折彎成弧形結(jié)構(gòu)。受力構(gòu)件采用局部加強(qiáng)法等,從而降低專用裝置的重量。
2.2 細(xì)化軸荷分布計(jì)算
常規(guī)垃圾車設(shè)計(jì)中,計(jì)算與測(cè)量整車軸荷分布一般只計(jì)算車輛在空載和滿載狀態(tài)下的軸荷分布,以判斷汽車軸荷分布是否滿足法規(guī)要求。但由于后裝壓縮式垃圾車的裝載方式及作業(yè)特點(diǎn)比較特殊,有時(shí)一個(gè)垃圾收集點(diǎn)的垃圾不能填滿整個(gè)車廂,車輛必須行駛至下一個(gè)垃圾收集點(diǎn)或去垃圾處置場(chǎng)卸料,此時(shí)裝載的垃圾多置于車廂尾部(雙向壓縮式尤其突出) ,從而降低轉(zhuǎn)向軸的載質(zhì)量,影響車輛軸荷分布。因此,在計(jì)算與測(cè)量后裝壓縮式垃圾車軸荷分布時(shí)應(yīng)將其分割成多個(gè)裝載段,使每個(gè)工況都能滿足法規(guī)要求,保證車輛行駛安全,同時(shí)可作為專用裝置定位及底盤選取的依據(jù)。
2.3 合理選擇卸料方式
2.3.1 車廂后傾式卸料方式
其原理是:在傾卸油缸的作用下,車廂、壓縮機(jī)構(gòu)及車廂內(nèi)的垃圾繞車架尾部的回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)至一定角度后車廂內(nèi)的垃圾靠自重下落實(shí)現(xiàn)卸料作業(yè)。這種卸料方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但在實(shí)際使用時(shí)存在許多弊端,如:
A. 由于垃圾在車廂內(nèi)被壓實(shí),垃圾與車廂四周存在著較大的膨脹力與磨檫力,垃圾不易倒出,嚴(yán)重時(shí)垃圾的自重不足以克服摩擦力,產(chǎn)生垃圾脹死現(xiàn)象。
B. 在傾翻作業(yè)時(shí),車廂、壓縮機(jī)構(gòu)及垃圾的重心將后移、上升,車輛前橋負(fù)荷降低,影響整車縱向穩(wěn)定性,嚴(yán)重時(shí),前橋離地,整車傾翻(特別在路基較為松散的填埋場(chǎng))。
C. 傾翻時(shí),所有重量將集中至車廂回轉(zhuǎn)中心及汽車大梁尾部,將對(duì)汽車大梁及后橋產(chǎn)生嚴(yán)重的損壞。
2.3.2 推板卸料方式
其原理是:在車廂內(nèi)設(shè)置一塊面板呈鏟形并能沿預(yù)定軌道滑行的推板,推板在油缸的推動(dòng)下,向車廂尾部作水平推擠運(yùn)動(dòng),將垃圾推出車廂,實(shí)現(xiàn)卸料作業(yè)。這種卸料方式雖結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,但卸料不受垃圾壓縮比的限制,卸料干凈,對(duì)車架的載荷分布較為均勻,卸料過(guò)程平穩(wěn)、安全。同時(shí),可利用推板的阻力實(shí)現(xiàn)壓縮車雙向壓縮。因此,推板卸料是后裝壓縮式垃圾車較為理想的卸料方式。
2.4 提高垃圾壓縮比
壓縮機(jī)構(gòu)中刮板對(duì)垃圾的壓強(qiáng)將直接影響垃圾的壓縮比。當(dāng)壓強(qiáng)增大時(shí),垃圾的壓縮比將增大;反之則減小。因而在設(shè)計(jì)壓縮機(jī)構(gòu)時(shí),應(yīng)努力提高刮板的壓強(qiáng)。根據(jù)壓縮機(jī)構(gòu)受力可知,影響刮板壓強(qiáng)的因素主要有四個(gè)方面:
A. 刮板的壓縮面積根據(jù)使用場(chǎng)合、投料方式、垃圾投入量來(lái)確定,如能滿足使用要求,刮板的面積應(yīng)盡量小。
B. 壓縮油缸的安裝形式應(yīng)能充分利用油缸的最大能力,即在壓縮垃圾過(guò)程中應(yīng)使油缸無(wú)桿腔作用。
C. 滑板與導(dǎo)軌的摩擦力將有助于提高垃圾壓縮力。因而,在選取滑板滑塊與導(dǎo)軌材料時(shí)應(yīng)配對(duì)選取相對(duì)摩擦系數(shù)較小的材料;減小壓縮油缸軸線與滑板導(dǎo)軌的夾角,以避免由于壓縮油缸安裝不當(dāng)產(chǎn)生的扭力使N1 、N2增大;減小壓縮油缸軸線與滑塊中心線的平行偏移量, 假如油缸軸線上偏于滑塊中心線,將增大N1 、N2的值, 如軸線下偏于滑塊中心線,將減小N 1 、N2的值,但結(jié)構(gòu)上很難布置,故通常將壓縮油缸置于滑塊中心線上。
D. 壓縮油缸與地面的水平夾角θ1越小,則壓縮油缸的推力沿車廂長(zhǎng)度方向的分力將越大,有利于垃圾填滿整個(gè)車廂,提高垃圾壓縮比。
2.5 合理選擇壓縮機(jī)構(gòu)液壓控制方式
壓縮機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)會(huì)直接影響液壓系統(tǒng)的可靠性,因而合理選擇壓縮機(jī)構(gòu)液壓控制方式將對(duì)后裝壓縮式垃圾車的性能起到至關(guān)重要的作用。
壓縮機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)控制方式主要有電控式、手控式、氣控式(氣控式最終的實(shí)現(xiàn)形式可歸入電控或手控) 。
電控式系統(tǒng)對(duì)壓縮機(jī)構(gòu)的控制需通過(guò)發(fā)送器傳遞信號(hào),發(fā)送器一般采用電器開關(guān)或采用PC延時(shí)程序。這種控制方式操作方便、自動(dòng)化程度高。但在實(shí)際應(yīng)用時(shí),由于垃圾車受垃圾污染嚴(yán)重,須經(jīng)常清洗,同時(shí)結(jié)構(gòu)磨損,車輛震動(dòng),開關(guān)容易失效,系統(tǒng)可靠性差. 如采用PC 延時(shí)程序則要求液壓油泵供油量穩(wěn)定,但由于發(fā)動(dòng)機(jī)特性原因,在空載與重載時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化較大,同時(shí)由于油泵效率及管道阻力等差異,難以滿足供油量要求,其結(jié)果表現(xiàn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)要么不到位,要么提前到位,液壓系統(tǒng)長(zhǎng)期工作后發(fā)熱嚴(yán)重,影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。
手控式系統(tǒng)工作可靠,但要實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)構(gòu)自動(dòng)化一般通過(guò)液壓順序閥來(lái)實(shí)現(xiàn),這種形式的液壓回路由于液壓順序閥進(jìn)油口與順序口壓差大,尤其空載時(shí)壓差更大。同時(shí)由于控制人員操作時(shí)的滯后行為,引起液壓系統(tǒng)發(fā)熱嚴(yán)重,系統(tǒng)穩(wěn)定性差。
為減輕作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度并保持控制系統(tǒng)的可靠性，方向控制擬定為電動(dòng)和手動(dòng)控制兩種方式。
2.6 完善車輛密封
后裝壓縮式垃圾車由于壓縮力大,經(jīng)壓縮后的垃圾產(chǎn)生大量的污水,如不加以控制,將嚴(yán)重影響環(huán)境,因而在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從以下三個(gè)方面完善車輛密封,即:在車廂與填塞器之間安裝耐用型密封條,并加以壓縮、鎖緊;車廂底板做成前低后高,將污水控制在車廂內(nèi);在填塞器下部安裝便于清洗的積污水槽,用于車廂與填塞器之間滴漏的污水的臨時(shí)儲(chǔ)存。
2.7 結(jié)構(gòu)方案的確定
2.7.1 傳統(tǒng)自卸式垃圾車的結(jié)構(gòu)分析
主要采用側(cè)翼開啟、頂蓋前后梭動(dòng)等幾種方式，這種車的主要特點(diǎn)是直接收集、轉(zhuǎn)運(yùn)、不壓縮，適用于特定人工方式，操作簡(jiǎn)單，成本低。缺點(diǎn)是：裝載量小、自動(dòng)化程度低、轉(zhuǎn)運(yùn)效率低，無(wú)法解決轉(zhuǎn)運(yùn)中流污水的二次污染問(wèn)題。
2.7.2 本垃圾車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
A. 填料器的結(jié)構(gòu)布置
后裝壓縮式垃圾車工作時(shí)，填料器有上揚(yáng)和下放兩種布置形式。下放布置如圖1所示，填料器與廂體相吻合，底部機(jī)構(gòu)聯(lián)接，以保證密封性能。這樣的布置充分考慮了行駛的平穩(wěn)性和駕駛性能。
圖1 垃圾車填料器下放布置
填料器上揚(yáng)布置，整個(gè)填料器可以繞軸旋轉(zhuǎn)上揚(yáng)95，如圖2所示，這樣可以保證廂體內(nèi)的垃圾徹底排出。
這種布置在填料器上揚(yáng)時(shí)，整車的重心后移，汽車的行駛性能和爬坡能力降低，在不影響裝載量的情況下，回轉(zhuǎn)支承應(yīng)盡量向前布置，使重心前移。這種布置和傳統(tǒng)的卸料方式相比，雖然結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但是垃圾的排出比較徹底，同時(shí)避免了整車的重心過(guò)分后移，而造車翻車事故。
圖2 垃圾車填料器上揚(yáng)布置
B. 垃圾排出方式
采用推板推出的方式，和傳統(tǒng)的車廂上舉，靠重力卸料的方式相比，可以避免由于過(guò)分壓縮的垃圾膨脹堵塞在車廂內(nèi)，同時(shí)還可以防止卸料時(shí)重心過(guò)于后移而翻車。
3 后裝壓縮式垃圾車專用裝置的主要部件
后裝壓縮式垃圾車主要由帶推鏟的車廂和尾部填塞器組成，是一種能將垃圾自行裝入、轉(zhuǎn)運(yùn)和推卸的專用汽車，主要用于收集、轉(zhuǎn)運(yùn)可壓縮垃圾。本設(shè)計(jì)所介紹的提筒機(jī)構(gòu)是在后裝壓縮式垃圾車尾部填料口處加裝的一種自動(dòng)提升和傾翻標(biāo)準(zhǔn)垃圾筒的機(jī)構(gòu)，為司機(jī)獨(dú)自完成垃圾的收運(yùn)工作提供了便利。本提筒機(jī)構(gòu)在后裝壓縮式垃圾車中得到應(yīng)用，它是針對(duì)原提筒機(jī)構(gòu)（結(jié)構(gòu)形式類似于本機(jī)構(gòu)）在實(shí)際使用中，多處構(gòu)件不同程度與軸干涉的問(wèn)題而進(jìn)行的重新設(shè)計(jì)。解決原提筒機(jī)構(gòu)因無(wú)法正確描述垃圾筒的運(yùn)動(dòng)軌跡，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)鉸鏈點(diǎn)的錯(cuò)誤確定而造成的使用可靠性低的問(wèn)題。
機(jī)構(gòu)分析
該提筒機(jī)構(gòu)裝在后裝壓縮式垃圾車尾部填料口處，填料口尺寸寬1890 mm、高1165 mm，要完成圖3所示垃圾筒的提升和傾翻動(dòng)作。它適用于目前市場(chǎng)上銷售的標(biāo)準(zhǔn)垃圾筒：容積120 L，自重110.4 N，外形尺寸：480 mm×555 mm×930 mm（長(zhǎng)×寬×高），裝載重量686N。
圖 3 標(biāo)準(zhǔn)垃圾桶起始與終點(diǎn)位置
現(xiàn)以一種掛桶式自裝卸型的后裝壓縮式垃圾車為對(duì)象，分析其專用結(jié)構(gòu)，據(jù)此出液壓系統(tǒng)的要求。該車的主要部件有底盤、副車架、車廂及填裝器，其中車廂包括推板和箱體，填裝器配有機(jī)械手、刮板、滑板、鎖緊機(jī)構(gòu)，另配有污水箱。具有垃圾壓縮功能的主要部件是廂內(nèi)的推板和填裝器，由液壓元件驅(qū)動(dòng)，完成預(yù)定的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)垃圾的裝卸和壓縮，下面進(jìn)行具體的分析。
3.1 機(jī)械手(提桶機(jī)構(gòu))
機(jī)械手完成將桶裝垃圾倒入填裝器料斗的動(dòng)作。該類大中型車的料斗口位置略高，一般可達(dá)1 m以上，需要將垃圾桶從地面提升到一定的高度再傾倒垃圾，具體動(dòng)作為：a. 將裝滿的垃圾桶扣緊并向上提升到預(yù)定高度；b. 機(jī)械手的四連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)垃圾桶向前翻轉(zhuǎn)，將垃圾倒入料斗；c. 四連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)空桶向后翻轉(zhuǎn)；d.機(jī)械手將空桶降下放回地面。此作業(yè)要求按順序動(dòng)作（見(jiàn)下圖），否則會(huì)造成垃圾桶掉落或垃圾灑出等意外現(xiàn)象發(fā)生。
圖 4
3.1.1 提筒機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析
圖5 是后裝壓縮式垃圾車的提筒機(jī)構(gòu)總成。
提筒機(jī)構(gòu)的工作原理如下：雙作用液壓缸的活塞桿伸出，推動(dòng)平行四邊形機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，直到掛架上的垃圾筒抵住鎖筒座，完成垃圾筒平穩(wěn)提升和鎖緊，如圖6（a）、（b）、（c）所示。液壓缸繼續(xù)施加作用力，整個(gè)提筒機(jī)構(gòu)（不包括支撐架，包括垃圾筒）以翻轉(zhuǎn)架和支撐架的鉸接軸旋轉(zhuǎn)，直至垃圾傾倒在導(dǎo)流板上，完成垃圾自動(dòng)傾卸，如圖6（d）、（e）所示。支撐架焊接在填塞器后橫梁上，用作支承提筒機(jī)構(gòu)。雙作用液壓缸一端鉸接在支撐架上的支座上，一端鉸接在搖桿Ⅰ上。翻轉(zhuǎn)架通過(guò)銷軸鉸接在支撐架上的支座上，翻轉(zhuǎn)架為槽鋼型式，可將雙作用液壓缸臥在里面，使結(jié)構(gòu)緊湊，且強(qiáng)度較高。翻轉(zhuǎn)架、搖桿Ⅰ、掛架、搖桿Ⅱ構(gòu)成一個(gè)雙平行四邊形機(jī)構(gòu)，掛架具有平動(dòng)性，使垃圾筒平穩(wěn)提升。鎖筒座焊接在翻轉(zhuǎn)架上，用作鎖緊垃圾筒，使垃圾筒翻轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)從機(jī)構(gòu)上掉下來(lái)。導(dǎo)流板焊接在支撐架上，使垃圾傾倒時(shí)容易進(jìn)入填塞器的料斗中。
圖 5 提筒機(jī)構(gòu)
圖 6 提筒機(jī)構(gòu)提升傾倒過(guò)程
3.1.2 提筒機(jī)構(gòu)掛架上任一點(diǎn)（垃圾筒）的運(yùn)動(dòng)軌跡
機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)W：要使機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的確定運(yùn)動(dòng)，自由度數(shù)W 必須滿足下列要求：1）W>0；2）W的數(shù)量等于主動(dòng)件的數(shù)量。
圖7為提筒機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，圖中A，B，C，D，E，F(xiàn)，G分別為鉸鏈的回轉(zhuǎn)中心,1，2，3，4為連桿，5是液壓缸活塞桿，6是液壓缸缸筒，7 是鉸鏈與支撐架固連。
其自由度數(shù):
W=3n- 2PL-Ph=3×6- 2×8=2
式中：n ———活動(dòng)構(gòu)件數(shù)目；PL———低副數(shù)目；Ph———高副數(shù)目。
件5 和6 共同組成的液壓缸是主動(dòng)件。機(jī)構(gòu)只需操縱雙作用液壓缸，即可完成預(yù)定的動(dòng)作。
采用雙作用液壓缸驅(qū)動(dòng), 可實(shí)現(xiàn)反向自鎖, 使機(jī)構(gòu)在運(yùn)送垃圾筒的過(guò)程中不會(huì)由于自重而自行下落。
圖 7 提筒機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
對(duì)機(jī)構(gòu)建立如圖8所示的坐標(biāo)系。用解析法分析掛架HCD 上任意一點(diǎn)H 的運(yùn)動(dòng)軌跡。
圖 8 提筒機(jī)構(gòu)軌跡圖
設(shè) BC=L CH=LH
設(shè)BC為原動(dòng)件，則H點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡方程為：
xH=L sin α+LHsin β （1）
yH=L cos α-LHcos β （2）
由（1）、（2）式可得：
xH- LHsin β=L sin α （3）
yH+LHcos β=L cos α （4）
將（3）、（4）式平方相加可得：
（xH- LHsin β）2+（yH+LHsin β）2=L2 （5）
由式（5）可得H 點(diǎn)的軌跡是由主動(dòng)件BC 決定的圓形，圓心坐標(biāo)為（LH sin β，LH cos β），圓形半徑等于L。
根據(jù)式（5）得出的結(jié)論，用作圖法可在二維平面圖中容易的做出H 點(diǎn)的軌跡，如圖8所示。
作圖法：過(guò)H 點(diǎn)做BC 的平行線，過(guò)B 點(diǎn)做CH的平行線交于K 點(diǎn)，以K 點(diǎn)為圓心、BC（等于L）為半徑做出的圓形就是掛架HCD 上點(diǎn)H 的軌跡。
從而得出結(jié)論：任何一平行四邊形鉸鏈機(jī)構(gòu)都可以用上述的作圖法很容易在計(jì)算機(jī)的二維平面圖中求出掛架HCD 上任意點(diǎn)的軌跡，節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間。
因此提筒機(jī)構(gòu)上垃圾筒軌跡（以點(diǎn)H 軌跡代表垃圾筒的軌跡）是圖8所示的R1 和R2。R2 是垃圾筒上點(diǎn)H 由初始位置到抵住鎖筒座N 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡；R1 是垃圾筒上點(diǎn)H 抵住鎖筒座N 點(diǎn)后，以點(diǎn)A 為圓心AH 為半徑旋轉(zhuǎn)到導(dǎo)流板上（即將垃圾傾倒進(jìn)垃圾車）的運(yùn)動(dòng)軌跡。
3.1.3 提筒機(jī)構(gòu)的受力分析
圖 9 提筒機(jī)構(gòu)受力分析
以提筒機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，如圖9所示已知提筒機(jī)構(gòu)自身重力G0=1097.6 N，因一次可掛兩個(gè)垃圾筒，故兩個(gè)垃圾筒的自重與所裝垃圾重力之和F2=（110.4+686)×2=1592.8 N，液壓系統(tǒng)的工作壓力P=16 MPa，動(dòng)力液壓缸缸徑DY=63 mm。
對(duì)鉸鏈A 中心取矩則有：
480F2+58G0=60F1
式中：F1———液壓缸的最小推力。
若要讓提筒機(jī)構(gòu)完成提筒過(guò)程，那么必須滿足：
F1≥==13.8kN
動(dòng)力液壓缸的推力：
FY=（π/4）p= =49.85 kN≥13.8 kN
所以滿足使用要求。
F1 的大小是設(shè)計(jì)液壓缸和選擇液壓缸的依據(jù)和參考。由受力分析可得鉸鏈A點(diǎn)所受到的總作用力：
F3=FY+F2+G0=49.85+1.5928+1.0976=52.54 kN
F3是設(shè)計(jì)銷軸A和校核結(jié)構(gòu)件的主要參數(shù)。
3.1.4 機(jī)構(gòu)中各鉸鏈位置的確定
提筒機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循下列步驟：
(1） 根據(jù)翻轉(zhuǎn)架離地最低點(diǎn)應(yīng)大于壓縮垃圾車最小離地間隙，確定鉸鏈E 的位置；
(2） 鉸鏈A 點(diǎn)需高于填塞器的后橫梁，使機(jī)構(gòu)繞此點(diǎn)翻轉(zhuǎn)能完成向填塞器中傾倒垃圾的動(dòng)作，即垃圾筒與水平線的夾角應(yīng)大于垃圾的安息角35°；
(3） 鉸鏈B 點(diǎn)設(shè)在AE 的中點(diǎn)處，使結(jié)構(gòu)緊湊；
(4） 根據(jù)垃圾筒掛口高度應(yīng)大于掛架H 點(diǎn)高度，確定鉸鏈C 點(diǎn)位置。從受力、強(qiáng)度、穩(wěn)定性考慮，搖桿BC 不易太長(zhǎng)，由平行四邊形確定鉸鏈D 和鉸鏈F 的位置；
(5） 用作圖法（R1，R2 軌跡，如圖8所示）確定鎖筒座N 點(diǎn)的位置和導(dǎo)流板位置；
(6） 根據(jù)圖10提筒機(jī)構(gòu)初始和終了位置，計(jì)算出液壓缸行程，再根據(jù)液壓缸的可制造性（包括活塞高度、油封、防塵罩、缸底厚、缸耳到缸筒的距離、行程等）確定液壓缸的原始安裝中心距，從而確定了液壓缸鉸鏈G 點(diǎn)位置；
(7） 在以上鉸鏈粗定后，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)（用作圖法做出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)全過(guò)程不同位置的圖）和鉸鏈A、鉸鏈B不得與圖7所示的4 個(gè)位置的液壓缸外徑干涉，液壓缸外徑不得與圖10所示的支撐架上M 點(diǎn)干涉，從而最終確定各鉸鏈位置。
圖 10 提筒初位置和水平位置圖
3.2 刮板、滑板
刮板和滑板兩個(gè)部件配合動(dòng)作可完成一次循環(huán)，即把裝入料斗的垃圾推入廂內(nèi)，同時(shí)配合推板完成垃圾的壓縮。具體動(dòng)作為：a.刮板上翻至水平；b. 滑板帶著刮板下降到料斗后端c.刮板繞回轉(zhuǎn)軸并沿圓弧形輪廓的料斗順時(shí)針?lè)D(zhuǎn)約180°將料斗內(nèi)的垃圾挖起；d. 滑板帶著刮板上升將垃圾送入廂內(nèi)，同時(shí)進(jìn)行壓縮。此部分也要求按順序動(dòng)作，避免垃圾被推出車外等意外現(xiàn)象發(fā)生（見(jiàn)圖11）。
圖 11 刮板、滑板動(dòng)作示意圖
3.3 推板
推板有兩個(gè)功能：一是將箱內(nèi)的垃圾推卸出車外；二是作為垃圾壓縮的砧板，當(dāng)填裝器內(nèi)垃圾裝載到廂內(nèi)時(shí)，推板要能在一定阻力下后退，使垃圾被壓縮，便于進(jìn)一步裝載（見(jiàn)圖12）。
3.4 填裝器
填裝器整體作為箱體的后蓋，在推卸垃圾時(shí)可向上翻轉(zhuǎn)打開，并可人為操作使其在任意位置停留；此外，垃圾裝卸時(shí)會(huì)有工人在車尾作業(yè)，填裝器應(yīng)具有防止意外及加速下落的功能，以確保作業(yè)安全（見(jiàn)圖12）。
圖 12 推板、填裝器動(dòng)作示意圖
4 液壓系統(tǒng)方案的擬定
4.1 主要液壓元件及輔件的選擇
4.1.1 油箱過(guò)濾元件
垃圾車工作環(huán)境惡劣，粉塵污染多，油箱應(yīng)具有良好的過(guò)濾功能以保護(hù)元件，油箱應(yīng)在油箱蓋、回油口、吸油口分別設(shè)置空氣濾清器、回油濾清器、吸油濾清器[1]；因污染多，濾芯更換周期會(huì)縮短，針對(duì)吸油濾清器，為方便更換濾芯，擬采用自封式，可以在不放油的情況下更換濾芯。
4.1.2 執(zhí)行元件
從上述結(jié)構(gòu)件的動(dòng)作分析可知，執(zhí)行元件只需往復(fù)運(yùn)動(dòng)就可滿足要求，因此執(zhí)行元件擬定為雙作用油缸，其中由于推板油缸安裝尺寸和工作行程差別較大，需采用多級(jí)油缸，其它為單級(jí)缸。此類型垃圾車受整車外形及結(jié)構(gòu)布局的制約，其油缸主尺寸的計(jì)算選擇受到一定限制，初選系統(tǒng)壓力低，會(huì)令油缸尺寸過(guò)大，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)障礙，如壓力太高，對(duì)元件的材質(zhì)、密封性、精度等要求均高，勢(shì)必增加成本，因此可初選16～20 MPa的壓力作為計(jì)算參數(shù)[1]，根據(jù)不同車型的實(shí)際負(fù)載計(jì)算選擇缸徑等主參數(shù)，可得到較理想的執(zhí)行元件的尺寸。
4.1.3 液壓換向閥
為減輕作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度并保持控制系統(tǒng)的可靠性，方向控制擬定為電動(dòng)和手動(dòng)控制兩種方式。底盤電源為24 V直流電，由于直流電磁換向閥具有啟動(dòng)力小、電能能耗略高的缺點(diǎn)，不適合直接使用。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，選擇了一種組合換向閥，閥芯一端設(shè)手動(dòng)控制手柄，另一端集成了小氣缸和電磁閥，通過(guò)電磁閥控制氣缸，再由氣缸推動(dòng)換向閥芯。氣路電磁閥具有能耗低、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，而氣缸可獲得較大的操縱力，以上優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了直流電磁閥的缺點(diǎn)，而且目前的中、重型二類底盤主要使用氣制動(dòng)，可方便獲得氣源。這種組合換向閥一閥兩控，在很大程度上簡(jiǎn)化了液壓及電氣回路，更好地適應(yīng)了垃圾車的需求。這種電-氣控加手控?fù)Q向閥的缺點(diǎn)主要是對(duì)氣源的依賴，而使其使用局限于中、重型垃圾車。當(dāng)將輕型底盤改裝為垃圾車時(shí)，因底盤動(dòng)力系統(tǒng)無(wú)空壓機(jī)，若要實(shí)現(xiàn)多種操縱方式，就要用另一種電-液控加手控的組合換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。
4.1.4 液壓源
因液壓系統(tǒng)工作負(fù)載差異大，例如在中大型車型上機(jī)械手舉升缸的負(fù)載有6kN左右，而推板油缸的負(fù)載約206 kN，選擇缸徑差異較大，對(duì)流量的需求也不同，所以液壓源擬定為雙聯(lián)泵，結(jié)合底盤取力器輸出轉(zhuǎn)速范圍， 雙泵的大/小排量可選在63/32ml/rad的水平上，就能滿足不同流量回路的供油要求。
4.2 控制回路的方案擬定
4.2.1 機(jī)械手回路
圖 13 機(jī)械手回路圖
通過(guò)上述分析，機(jī)械手需要按一定的順序動(dòng)作，此順序動(dòng)作是在機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單的前提下擬定的，如設(shè)計(jì)為聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械手，可由一組油缸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)完成垃圾裝填，則無(wú)須順序控制。這需要在液壓設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性之間達(dá)到一種平衡。為此，可從液壓設(shè)計(jì)入手，選擇使用順序閥的順序控制回路[2]，如圖13所示。通過(guò)兩個(gè)順序閥的組合即可滿足要求。裝載動(dòng)作：當(dāng)A口進(jìn)油時(shí)閥1關(guān)閉，升降缸先動(dòng)作（上升），上升到位后油路達(dá)到閥1設(shè)定壓力，閥1接通則翻轉(zhuǎn)缸動(dòng)作（內(nèi)翻）；還原動(dòng)作：當(dāng)B口進(jìn)油時(shí)閥2關(guān)閉，翻轉(zhuǎn)缸先動(dòng)作（外翻），翻轉(zhuǎn)到位后油路達(dá)到閥2設(shè)定壓力，閥2接通則升降缸動(dòng)作（下降）。
4.2.2 刮板、滑板回路
刮板缸、滑板缸也要求順序動(dòng)作，特點(diǎn)是垃圾在壓縮過(guò)程中由松到緊、由少到多，負(fù)載波動(dòng)較大。先期擬定的回路方案是組合使用兩個(gè)順序閥，另在刮板缸油路上配合使用單向液壓鎖，即可滿足要求，見(jiàn)圖14(a)。無(wú)負(fù)載時(shí)，A口進(jìn)油時(shí)閥1關(guān)閉，刮板缸先動(dòng)作（上抬），上抬到位后油路達(dá)到閥1設(shè)定壓力，閥1接通則滑板缸動(dòng)作（下降）；有壓縮負(fù)載時(shí)，B口進(jìn)油時(shí)閥2關(guān)閉，刮板缸先動(dòng)作（下挖），下挖到位后油路達(dá)到閥2設(shè)定壓力，閥2接通則升降缸動(dòng)作（上升），此時(shí)刮板缸無(wú)桿腔被液壓鎖鎖止，防止壓縮垃圾時(shí)刮板會(huì)意外打開。該方案對(duì)閥的使用相對(duì)簡(jiǎn)單，成本低廉，但仔細(xì)分析，其性能仍有很大不足：一是負(fù)載波動(dòng)太大，油路壓力變化大，系統(tǒng)沖擊較大，滑板缸上升的壓縮動(dòng)作不平穩(wěn)；二是液壓鎖在正常壓縮垃圾時(shí)可防止刮板打開，但在壓縮過(guò)程中如出現(xiàn)石塊、金屬等硬物使刮板卡滯而滑板繼續(xù)上升時(shí)（系統(tǒng)溢流閥尚未起作用），刮板油缸無(wú)桿腔被液壓鎖封閉而容易出現(xiàn)超載，易引起元件損壞，使得該部分可靠性降低。
圖 14 刮板、滑板回路比較
各類國(guó)產(chǎn)閥中尚無(wú)更好的方案解決以上問(wèn)題，通過(guò)調(diào)研，選擇了進(jìn)口某型垃圾車專用閥，該閥為集成型組合閥，原理見(jiàn)圖14(b)。該閥在無(wú)負(fù)載和有壓縮負(fù)載時(shí)采取了不同的順序動(dòng)作回路。無(wú)負(fù)載時(shí)，A口進(jìn)油，順序閥元件關(guān)閉，阻尼元件1不起作用，開關(guān)閥兩端油壓相等并在彈簧力作用下處于斷開位置，液壓油經(jīng)A1口先使刮板缸動(dòng)作（上抬），上抬到位后油路壓力達(dá)到順序閥元件設(shè)定壓力，順序閥元件接通T口，伺服油路接通，阻尼元件1起作用，開關(guān)閥兩端在不同壓力下處于接通位置，液壓油通過(guò)開關(guān)閥經(jīng)A2口使滑板缸動(dòng)作（下降）；開關(guān)閥的動(dòng)作是在阻尼元件1的作用下液動(dòng)的，換向動(dòng)作平穩(wěn)，液壓沖擊?。ㄌ貏e是在液壓油低溫粘度較大的情況下）。而有壓縮負(fù)載時(shí)，該型進(jìn)口閥采用另一種順序動(dòng)作方式，當(dāng)B口進(jìn)油時(shí)，液壓油通過(guò)B1、B2分別向刮板缸、滑板缸無(wú)桿腔供油，而A1、A2的回油路上分別設(shè)有背壓元件1和背壓元件2，這兩個(gè)背壓元件為先導(dǎo)型溢流閥，元件1的先導(dǎo)比是元件2的兩倍，元件1的先導(dǎo)比大，閥開啟的先導(dǎo)壓力小，加上阻尼元件2的壓降，進(jìn)一步提高了元件2開啟的先導(dǎo)壓力；當(dāng)B口進(jìn)油油壓達(dá)到背壓元件1的先導(dǎo)壓力時(shí)，A1口的回油路先接通，刮板缸先動(dòng)作（下挖），下挖到位后，B口進(jìn)油油壓繼續(xù)升高，達(dá)到背壓元件2的先導(dǎo)壓力時(shí)，A2口的回油路接通，滑板動(dòng)作（上抬），進(jìn)行垃圾的壓縮。因背壓元件2的先導(dǎo)壓力和阻尼元件2先導(dǎo)壓力的綜合作用，此時(shí)的系統(tǒng)壓力已上升到較高的水平，再進(jìn)行壓縮垃圾作業(yè)時(shí)，負(fù)載的波動(dòng)不會(huì)再引起太大的系統(tǒng)壓力變化，這使得垃圾壓縮行程更精確平穩(wěn)。同時(shí)，刮板缸和滑板缸的無(wú)桿腔一直通過(guò)B口與主油路連通，當(dāng)上述堅(jiān)硬物體卡滯刮板的情況出現(xiàn)時(shí)，無(wú)桿腔超載的壓力可以立即反應(yīng)到系統(tǒng)溢流閥，進(jìn)行泄荷。
通過(guò)上述比較，可以看出雖然進(jìn)口專用閥價(jià)格較高，但它具有針對(duì)垃圾壓縮專門設(shè)計(jì)的功能，其對(duì)負(fù)載波動(dòng)及液壓油粘度的適應(yīng)、對(duì)執(zhí)行元件動(dòng)作平穩(wěn)性的影響及回路超載時(shí)的保護(hù)性能遠(yuǎn)超順序閥加單向液壓鎖的回路方案。
4.2.3 推板回路
推板推卸垃圾對(duì)回路無(wú)特別要求，主要功能是作為垃圾壓縮的砧板。一是要求推板在壓縮方向上可后退，這需要推板油缸的無(wú)桿腔設(shè)有卸荷回路、有桿腔可單向接通油箱，當(dāng)油缸在外載下回縮時(shí)，無(wú)桿腔液壓油可卸荷，有桿腔可通過(guò)單向元件補(bǔ)油；二是推板缸在后退時(shí)需要有背壓才能實(shí)現(xiàn)垃圾壓縮，這就需要在卸荷回路上增加背壓元件，而背壓元件設(shè)定為壓力可調(diào)，即可實(shí)現(xiàn)垃圾的不同壓縮比，最后擬
圖 15 推板回路比較
定在無(wú)桿腔上設(shè)置帶可調(diào)溢流閥的卸荷閥既可滿足要求，擬定回路方案見(jiàn)圖15。圖15(a)為國(guó)產(chǎn)某型卸荷閥原理圖，圖15(b)為進(jìn)口某型卸荷閥原理圖，兩種閥的基本功能及價(jià)格均差別不太大。國(guó)產(chǎn)卸荷閥中，遠(yuǎn)程控制口的液壓油直接推動(dòng)開關(guān)閥換向，液壓沖擊較大；進(jìn)口卸荷閥中，遠(yuǎn)程控制口的液壓油推動(dòng)先導(dǎo)閥的切換，伺服油路接通后，阻尼元件起作用，開關(guān)閥在兩端壓差下?lián)Q向，動(dòng)作平穩(wěn)，避免了推板壓縮后退時(shí)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象（特別是在液壓油粘度較大的情況下）。
4.2.4 填裝器舉升回路
填裝器舉升油缸的要求是能在任意位置停留、防止加速下落，這就需要平衡回路[2]，先期擬定了使用雙向平衡閥的回路方案，如圖16(a)所示。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，下落速度較快，分析原因，一是平衡閥本身的問(wèn)題，平衡閥的背壓可使油缸在負(fù)載方向上的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，但對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的控制卻不理想；二是填裝器油缸的工作位置處于一個(gè)費(fèi)力杠桿的狀態(tài)，油缸支點(diǎn)靠填裝器的鉸支點(diǎn)很近，而填裝器重心距鉸支點(diǎn)較遠(yuǎn)，當(dāng)填裝器翻轉(zhuǎn)時(shí)，重心運(yùn)動(dòng)的線速度相對(duì)油缸的運(yùn)動(dòng)速度被放大。為解決這一不足，重新擬定了使用雙向液壓鎖加回油節(jié)流調(diào)速的平衡回路方案，如圖16(b)所示。油缸位置由雙向液壓鎖鎖定，在油缸下落方向的回油路上串接單向可調(diào)節(jié)流閥作為背壓元件，以解決單純液壓鎖控制時(shí)油缸下落出現(xiàn)沖擊振蕩的缺陷，并可較為精確地控制下落速度，經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)該方案工作效果良好，取得了理想的下落速度。不過(guò)，在液壓鎖和油缸間串接節(jié)流閥增加了管路的連接環(huán)節(jié)，為了提高安全性，在油缸油口還增加了防管道破裂閥。
圖 16 填裝器舉升回路比較
4.3 整車回路方案
綜合上述的分析比較，整個(gè)液壓系統(tǒng)采用成熟的開環(huán)系統(tǒng)，液壓源使用差量雙聯(lián)泵，換向閥采用電-氣控加手控組合換向閥；機(jī)械手回路采用了使用順序閥控制的順序回路；刮板、滑板回路使用進(jìn)口專用集成閥塊；推板回路采用了使用帶先導(dǎo)型背壓閥的卸荷閥的卸荷回路；填裝器舉升回路采用了使用回油節(jié)流調(diào)速加雙向液壓鎖的平衡回路，另增加了防管道破裂閥；據(jù)此擬定出壓縮式垃圾車液壓系統(tǒng)原理圖（見(jiàn)圖17）。
圖 17 整車液壓原理圖
5 結(jié)論
(1)在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面
經(jīng)過(guò)對(duì)原提筒機(jī)構(gòu)的重新設(shè)計(jì)，修改了原機(jī)構(gòu)的鉸點(diǎn)和結(jié)構(gòu)件，解決了原機(jī)構(gòu)構(gòu)件與銷軸干涉問(wèn)題，滿足了使用要求。提筒機(jī)構(gòu)軌跡作圖法的總結(jié)，為其它類含有平行四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)校核提供了直觀、精確、簡(jiǎn)易的作圖方法，并且在機(jī)構(gòu)各鉸鏈位置的確定過(guò)程中，起到了加快設(shè)計(jì)速度，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間的作用。依據(jù)受力分析，得到動(dòng)力液壓缸和機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)件的選擇和設(shè)計(jì)的理論數(shù)據(jù)。提筒機(jī)構(gòu)各鉸鏈位置確定的方法，為大小不同、噸位不同的系列后裝壓縮垃圾車的提筒機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了可行的方法。因此，本機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程對(duì)含有平行四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的探索提高具有一定的借鑒作用。
(2)在液壓設(shè)計(jì)方面
液壓系統(tǒng)作為一個(gè)開放的系統(tǒng)，針對(duì)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、動(dòng)作速度、效率、安全等不同的要求會(huì)有不同的回路方案。本設(shè)計(jì)最終擬定的方案有其專門的針對(duì)性，主要優(yōu)點(diǎn)在系統(tǒng)動(dòng)作的平穩(wěn)性和安全性較好、對(duì)負(fù)載波動(dòng)的適應(yīng)范圍大。不過(guò)填裝器回路部分仍有不足，雖然該部分回路獲得了較好的下落速度，但實(shí)際接管時(shí)油缸和液壓鎖間會(huì)有兩段高壓軟管，其中一根要繞過(guò)填裝器回轉(zhuǎn)軸，處于應(yīng)力狀態(tài)，疲勞損壞的幾率較高，防管道破裂閥作為一種補(bǔ)救措施，增加了回路的成本和復(fù)雜性，如用調(diào)速及鎖止性能更好的板式閥或插裝閥來(lái)組成回路，回路控制閥與油缸則直接連為一體而無(wú)須管路連接。這不僅簡(jiǎn)化了管路連接，而且閥后的管路損壞也不會(huì)對(duì)油缸動(dòng)作造成不良影響，回路安全性能還會(huì)有進(jìn)一步的提高。
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致 謝
時(shí)間如梭，轉(zhuǎn)眼畢業(yè)在即?；叵朐诖髮W(xué)求學(xué)的四年，心中充滿無(wú)限感激和留戀之情。感謝母校為我們提供的良好學(xué)習(xí)環(huán)境，使我們能夠在此專心學(xué)習(xí)，陶冶情操。謹(jǐn)向我的設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師劉副教授致以最誠(chéng)摯的謝意！劉老師不僅在學(xué)業(yè)上言傳身教，而且以其高尚的品格給我以情操上的熏陶。本次的設(shè)計(jì)更是直接得益于他的悉心指點(diǎn)，從設(shè)計(jì)的研究方向到研究的步驟，無(wú)不凝聚著他的心血。滴水之恩，當(dāng)以涌泉相報(bào)，師恩重于山，師恩難報(bào)。我只有在今后的學(xué)習(xí)、工作中，以鍥而不舍的精神，努力做出點(diǎn)成績(jī)，以博恩師一笑。
另外，我必須感謝我的父母。焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無(wú)以回報(bào)。作為他們的孩子，我秉承了他們樸實(shí)、堅(jiān)韌的性格，也因此我有足夠的信心和能力戰(zhàn)勝前進(jìn)路上的艱難險(xiǎn)阻；也因?yàn)樗麄兊娜找剐羷?，我才有機(jī)會(huì)如愿完成自己的大學(xué)學(xué)業(yè)，進(jìn)而取得進(jìn)一步發(fā)展的機(jī)會(huì)。
最后，我必須感謝我的朋友，正是因?yàn)樗麄冊(cè)陔娔X技術(shù)上的無(wú)私指引，我才能得以順利完成該設(shè)計(jì)。
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