后裝壓縮式垃圾車專用裝置設計,壓縮,垃圾車,專用,裝置,設計 徐州師范大學工學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 第三章 XZ5110ZYS型后裝壓縮式垃圾車專用裝置液壓系統(tǒng)設計 XZ5110ZYS型后裝壓縮式垃圾車產品的專用裝置液壓系統(tǒng)是整個專用裝置系統(tǒng)的重要組成部分，液壓系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響到垃圾車功能能否順利實現(xiàn)。為此，我們需要設計一套結構簡單，性能可靠，操作方便的專用裝置液壓系統(tǒng)。 3.1液壓系統(tǒng)總體方案設計 (a) 舉升油缸（b）推板油缸 （c）清掃油缸（d）壓實油缸 圖3-1 XZ5110ZYS后裝壓縮式垃圾車液壓原理圖 溢流閥 1）溢流閥的作用是：調節(jié)泵的出口壓力，把多余的液壓油引入油箱。使液壓系統(tǒng)液壓輸出壓力保持恒定的壓力值。一般用于有定量泵的液壓系統(tǒng)，閥口常開。 2）溢流閥一般用作溢流閥、安全閥、背壓閥和遠程調壓、系統(tǒng)卸荷使用。 與安全閥的相同點：符號與安全閥相同。 與安全閥的區(qū)別： ①安全閥的作用是當系統(tǒng)壓力超過規(guī)定值時，進行卸載，閥口常閉。 ②溢流閥一般用于定量泵，安全閥一般用于變量泵。 如圖3-2所示，溢流閥使液壓系統(tǒng)液壓輸出壓力保持恒定的壓力值，圖3-3所示為推板油缸部分的可調溢流閥。 圖3-2 系統(tǒng)溢流閥 圖3-3推板油缸溢流閥 舉升油缸 圖3-4 液壓系統(tǒng)舉升部分 三位四通電磁閥的彈簧采用自動復位，目的是使在扳動操縱手柄后，當操作人員松開手柄后，舉升油缸能使得裝填廂停止在任意位置。 工作過程： 手柄向左扳動，控制閥在的位置，液壓油進入舉升油缸下腔，活塞伸出，使裝填廂舉起。 手柄向右扳動，控制閥在的位置，液壓油進入舉升油缸上腔，活塞回縮，使裝填廂下落。 單向節(jié)流閥的作用是控制舉升油缸的下降速度，使裝填廂恒速下降，以防止裝填廂下降速度太快，增強安全性。 使用液控單向閥的目的是能通過液控單向閥回油。 推板油缸 圖3-5 液壓系統(tǒng)推卸料部分 工作過程： 手柄向右扳動，控制閥在的位置，進油口進油。液壓油進入舉升油缸下腔，活塞伸出，使推卸料油缸活塞前伸，推動推板，將垃圾推出車廂。 手柄向左扳動，控制閥在的位置，推板油缸停留在車廂的最后端，當裝填機構的壓實油缸將垃圾壓入車廂時，由于有背壓的作用，活塞逐漸回縮，直至推板回到車廂的最前端。 清掃油缸 圖3-6 液壓系統(tǒng)清掃部分 三位四通電磁閥的彈簧采用手動復位，目的是使在扳動操縱手柄后，當操作人員松開手柄后，清掃油缸能繼續(xù)工作，直到相應的止點為止。 工作過程： 手柄向右扳動，控制閥在的位置，液壓油進入清掃油缸上腔，活塞回縮，使清掃油缸逆時針旋轉，準備進行清掃垃圾。 手柄向左扳動，控制閥在的位置，液壓油進入清掃油缸下腔，活塞伸出，使清掃油缸順時針旋轉，清掃垃圾（對垃圾進行第一次壓縮）。旋轉到位后，保持在終點狀態(tài)。 壓實油缸 圖3-7液壓系統(tǒng)壓實部分 三位四通電磁閥的彈簧采用手動復位，目的是使在扳動操縱手柄后，當操作人員松開手柄后，壓實油缸能繼續(xù)工作，直到相應的止點為止。 工作過程： 手柄向右扳動，控制閥在的位置，液壓油進入壓實油缸上腔，活塞回縮，使壓實油缸下降（同時帶動清掃油缸下降），準備在清掃油缸工作完畢之后，對垃圾進行二次壓縮。 手柄向左扳動，控制閥在的位置，液壓油進入壓實油缸下腔，活塞伸出，使壓實油缸上升（同時帶動清掃油缸上升），壓實垃圾（對垃圾進行二次壓縮），并最終將垃圾推入車廂。當垃圾被壓入車廂后，由于推板液壓油路的背壓閥有背壓作用，將推板廂前推動一段距離。 3.2選擇液壓缸 由于在推卸料時，推卸料油缸主要克服垃圾與底板和內壁產生的摩擦力，因此，計算推力時，應考慮的垃圾與底板的摩擦力、垃圾內壁的摩擦力等因素。由于在卸料開始時刻所需卸料油缸液壓推桿推力最大，而此時卸料油缸推桿又處于最不發(fā)力位置，因此，在分析推料油缸和推板的受力時，應求出其在卸料開始時刻時的受力情況，并以此為依據(jù)，進行相關的計算，選擇推卸料油缸、壓實油缸初始尺寸[5][9]。 3.2.1液壓缸的設計計算 垃圾與底板的摩擦力 根據(jù)有關材料，非金屬的靜摩擦系數(shù)大致如表3-1： 垃圾車推卸料機構及其受力情況如圖3-1、圖3-2所示，取垃圾與鋼板的靜摩擦系數(shù)μ0＝0.4。現(xiàn)求最佳θ角和最小F值。 摩擦副材料 靜摩擦系數(shù)（μ0） Ⅰ Ⅱ 石 金屬 0.3～0.4 木 金屬 0.6（干）；0.2（濕） 土 土 0.1～0.25 石 土 0.5（干）；0.3（濕） 木 石 0.4 木 木 0.2～0.5 表3-1摩擦系數(shù)表 圖3-8推卸料機構示意圖 圖3-9推卸料受力分析圖 （3-1） （3-2） 根據(jù)受力平衡條件有： 解得： （3-3） 于是： （3-4） 顯然，當為最大值時，F(xiàn)1的值最小。為此，用數(shù)學方法構造一個三角形，來求得最佳值，其配方如圖3-3： μ0 1 α 圖3-10 摩擦系數(shù)配方圖 （3-5） 顯然，當 時，，獲得最大值。 此時： （3-6） 又： 故： 所以： （3-7） 由 μ0＝0.4 可得： （3-8） 故當只計算垃圾與底板的摩擦時，需要的最小推力為： （3-9） 垃圾與車廂左、右側壁和上壁的摩擦力 斜置的推板受力情況如圖3-4所示，推板通過A處的導槽和B點的導輪支持，可在車廂側圍上滑動。若車廂的長、寬、高分別為a、b、h，車廂內受擠壓的垃圾產生的壓強為p。 圖3-11 推板受力圖 卸料過程中，壓縮的垃圾在車廂左、右側壁和上壁產生的摩擦阻力F2為： （3-10） 式中：——垃圾與車廂壁之間的靜摩擦系數(shù)； ——受擠壓的垃圾產生的壓強。 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為： （3-11） 壓實油缸推力計算 在車廂即將裝滿時，所需要的壓實油缸的壓實力的水平分量最大，因此，壓實油缸的選擇應以在車廂即將裝滿時為設計依據(jù)?？梢哉J為，此時壓實油缸壓實力的水平分量滿足大于或等于推卸料油缸在卸料開始時刻的推力的水平分量，就可以將垃圾完全地壓進車廂，達到設計要求。 XZ5110ZYS型后裝壓縮式垃圾車初始設計參數(shù)[14]： 1）推料板的傾角為：； 2）車廂有效的長、寬、高： ； 3）垃圾與車廂左、右側壁和上壁的摩擦系數(shù)取為：； 4）推板自重：； 5）裝載質量：； 6）卸料推板尺寸：； 7）受擠壓的垃圾產生的壓強：由于裝填機構將垃圾壓入以及推卸料機構驅動推板將垃圾推出時，垃圾的密度的不確定性，因此，垃圾在傳遞壓實力和推力時既不是固體傳遞，也不是液體傳遞，在長度方向上垃圾與車廂左、右側壁和上壁產生的摩擦力也不相等，鑒于此，根據(jù)相關文獻，取=11503N/m2； 8）由上述7）的分析以及表3-1，取垃圾與車廂左、右側壁和上壁的摩擦系數(shù)為： ； 于是： 由于此時清掃油缸壓力固定，因此在壓實油缸動作時，可以把清掃油缸與清掃板視為一個剛體。顯然，此時壓實油缸推桿的推力的水平分量應大于等于推板卸料油缸推桿推力的水平分量，即： 從而求得： （3-12） 式中為裝填角，當確定以后，就可以根據(jù)式1-12計算出的值。 3.2.2選擇推板液壓缸 XZ5110ZYS型后裝壓縮式垃圾車采用東風EQ1116G18D型二類底盤，配套6105QA7型柴油發(fā)動機，為液壓系統(tǒng)的提供最大工作壓力為14Mpa，推板液壓缸總行程為3210mm [16][18] 初選液壓缸為4TG-C180*3210（其中缸徑分別為140，115，90，63。行程分別為750，785，820，855） 取垃圾與鋼板的摩擦系數(shù)為，假定垃圾對車廂的壓力分布為線性，則摩擦力F=0.7N F推出力在起始水平分力為F，遠大于F摩擦阻力。第二節(jié)油缸開始工作時，已卸去1/3的垃圾了，而第二節(jié)油缸的水平作用分力也大于F摩擦力，故這油缸足夠。 3.2.3選擇壓實液壓缸 由第二章分析可知，一般取，據(jù)式（3—12） 所以 對于單活塞桿液壓缸，液壓缸的有效工作面積按下式計算： 根據(jù)《新編液壓工程手冊（下冊）》表23.4—10DG型車輛用液壓缸性能參數(shù)可知： 壓實油缸選用DG-JB80C 桿徑為45mm 其無桿側面積為. 由于清掃油缸與舉升缸的強度受力遠遠要比壓實油缸低，為了垃圾車的經濟性,可靠性及實用性，清掃油缸和舉升油缸都選用DG-JB80C 3.3 選擇液壓元件 3.3.1選擇液壓泵 對于伸縮式油缸，其各級的運動速度與有效的工作面積成反比，即A （3-13） 由于是簡單的回路，故 取 根據(jù)系統(tǒng)所需流量和初選的齒輪泵的轉速計算排量，由于泵直接取力于汽車發(fā)動機，故其轉速為2500~3000r/m 其中 齒輪泵的排量，轉速和工作壓力確定以后，可以根據(jù)下式計算確定以后，確定驅動功率 （3—14） 由以上的數(shù)據(jù)，根據(jù)《新編液壓工程手冊》（上冊）表13.55-33齒輪泵的性能可知 選用 3.3.2選擇閥類元件及輔助元件 根據(jù)閥類元件及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過該元件的最大實際流量，可選出這些液壓元件的型號及規(guī)格見表3-2。 表3-2 元件的型號及規(guī)格 序號 元件名稱 估計通過量/（L·min-1） 額定流量/（L·min-1） 額定壓力/（MPa） 額定壓降/（Mpa） 型號、規(guī)格 1 齒輪泵 — 18.87 16 — CB—Fe10 Vp=10ml/r 2 三位四通換向閥 （自動） 17.1 80 16 <0.5 4WG6EAG24 3 三位四通換向閥 （手動） 17.1 35 16 <0.5 DMG—01—3DE 4 液流閥 2 40 16 — YCG10F 5 平衡閥 0.6~1 40 14 — RBG03 6 濾油器 19 40 16 <0.02 ZU—100X10S 7 可調節(jié)流閥 17.1 40 16 <0.2 MK8G 8 液控單向閥 17.1 40 16 <0.2 SV10GB 3.3 液壓系統(tǒng)故障分析 后裝壓縮式垃圾車產品的液壓系統(tǒng)的高故障率已經成為了該產品的致命傷,提高產品的可靠性,首當其沖地要解決這個問題[7]。在液壓系統(tǒng)中,故障又大多表現(xiàn)為卡閥,所以又可以說更為突出的是要解決閥的問題。后裝壓縮式垃圾車具有實現(xiàn)基本運動的四組油缸,分別用四個主換向閥來控制。要減少甚至避免卡閥,提高油液的清潔度固然是必要的,但是在垃圾車的使用條件下, 油液很難保證任何時候都不受污染。在這種情況下,解決問題的思路有兩條:一是提高換向閥閥芯的換向力來克服卡阻,二是一旦發(fā)生了卡閥的現(xiàn)象時用手柄操作來排除故障。 在后裝壓縮式垃圾車上,一般用作換向閥的是電磁閥或電液閥。出于上述思路,第一,應采用多路閥；第二,用氣缸驅動液壓閥換向。就是說,在標準多路閥的每一單元上加裝汽車缸驅動裝置,經過這樣改裝, 液壓閥芯的換向力可達上千牛頓,保證了換向可靠。這一點已在長期使用中得到證實.這個閥其實成了一個手動-氣動兩用多路閥。 手動操作的功能不僅可以用來排除閥本身引起的故障,也可以用來排除其他原因造成的故障和處理事故,還給安裝,調試和維修工作提供了方便。可靠性大大提高。 垃圾車工作環(huán)境惡劣，垃圾中的各種污染物從各種途徑侵蝕液壓系統(tǒng)，影響液壓系統(tǒng)的工作。由于濾油器效果不佳，常出現(xiàn)平衡閥堵塞，回油管損壞現(xiàn)象，使液壓系統(tǒng)無力，不能正常工作的現(xiàn)象。由于液壓介質污染使液壓系統(tǒng)元件磨損加劇，使用壽命縮短更是經常存在的問題，為此應加裝兩級濾清裝置。 液壓系統(tǒng)使用環(huán)境惡劣，液壓介質的污染物除其系統(tǒng)制造安裝時帶進的污染物，運行時裝置內產生的污染物外，主要還有裝置露出部分浸入的垃圾中的各種成分。 液壓介質污染物主要可分為以下幾類： (1)制造安裝或維修時帶進的污染物：金屬粉粒，銹屑，涂料片，密封材料，纖維，其它液體； (2)從裝置露出部分如液壓缸進入的污染物：灰塵，垃圾顆粒，水，液體溶液和纖維； (3)裝置內產生的污染物：金屬粉粒，銹屑，油變物質，密封材料。 液壓系統(tǒng)的污染控制貫穿于液壓系統(tǒng)的設計、制造、安裝、使用和維護等整個過程。我們可采用以下方法控制污染： a清洗系統(tǒng)。系統(tǒng)安裝前用汽油清洗管道，系統(tǒng)交付使用前用液壓油循環(huán)清洗系統(tǒng)； b優(yōu)化油路布局； c實行兩級過濾，加裝精濾器，以防止堵塞各種閥 。 液壓系統(tǒng)的常見故障、產生故障的原因以及排除方法如表3-3 表3-3 液壓系統(tǒng)的常見故障、產生原因以及排除方法 故 障 模 式 產生故障的原因 排 除 方 法 A.額定載荷 下液壓缸 不 動 作 1.溢流閥調定壓力過低 1.重新調整 2.溢流閥調壓彈簧折斷 2.更換彈簧 3.溢流閥閥體阻尼孔堵塞 3.清洗阻尼孔 4.溢流閥主閥芯被卡住 4.檢修，使主閥芯運動正常 5.溢流閥錐閥卡住 5.檢修，使之運動正常 6.油箱油面過低，造成油路之中 有空氣，使液壓油路壓力降低 6.添加液壓油，至油尺刻度上限 7.液壓缸內泄漏嚴重 7.檢修，更換密封件 8.換向閥嚴重磨損，內部泄漏過大 8.檢修或更換換向閥 9.濾油器堵塞 9.清洗或更換濾芯 10.液壓泵嚴重磨損，造成端面大量泄漏 10.清洗或更換液壓泵 B.液壓油路 中出現(xiàn)震 動及噪聲 11.油管受壓變形，油液流動受阻 11.檢查油管，排除故障 12.油管固定不牢 12.緊固管夾 13.手油門調整不當，液壓泵轉速過高 13.重新調整手油門 14.液壓油粘度過大 14.按要求更換液壓油 15.濾油器堵塞，液壓油流動不暢 15.清洗或更換濾芯 16.粗濾器濾網露出油液表面，吸入大量空氣 16.添加液壓油至油尺刻度上限 17.取力器齒輪副間隙過大 17.檢修取力器 C.機構動作 不均勻有 爬行現(xiàn)象 18.液壓系統(tǒng)管路中存在有大量空氣 18.查找原因，排出空氣 19.相對運動的零、部件之間的運動阻力較大 19.調整相對運動的零、 部件之間的間隙 D.裝填機構 和裝填廂 上升和下 落時速度 明顯加快 20.液控平衡閥主芯卡住，不能逐漸關小 20.檢修，使主閥芯運動正常 21. 液控平衡閥彈簧折斷，主閥芯不能回位 21.更換彈簧 E.機構運動 過程中有 沖擊現(xiàn)象 22.液控單向閥主芯卡住，不能逐漸關小 22.檢修，使主閥芯運動正常 23. 液控單向閥彈簧折斷，主閥芯不能回位 23.更換彈簧 F.空載狀態(tài) 下液壓缸 不能動作 24.溢流閥調壓彈簧折斷 24.更換彈簧 25.溢流閥主閥芯卡住，使溢流閥回油口常開 25.檢修，使主閥芯運動正常 26.液壓泵失效 26.檢修或更換液壓泵 27.油路堵塞 27.檢查、清洗油路 G.操縱控制手 柄后，不能 連貫完成刮 板開啟、滑 板下行、刮 板摟料以及 滑板上行等 一系列動作 28.限位調整機構中，起推位換向 閥閥桿作用的彈簧變形、失效 28.更換彈簧 29.滑板限位調整機構因磨損、變形、鎖 緊螺母松動等原因造成調整間隙變大 29.調整間隙，擰緊鎖緊螺母 3.4 本章小結 本章通過對液壓缸、液壓泵、閥類元件及輔助元件的選擇，確定了一套完整的液壓系統(tǒng)。同時，對設計的液壓系統(tǒng)進行了故障分析，介紹了常見故障、產生故障的原因以及排除方法等。 31