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1 摘 要 垃圾處理工作是城市建設(shè)和管理的重要內(nèi)容 與人民生活密切相關(guān) 隨著我國經(jīng) 濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高 環(huán)衛(wèi)部門需處理的垃圾從數(shù)量到種類都日益增多 無疑 垃圾處理工作量將加大 這樣 垃圾處理的效率問題將是我們面對的一個重要 問題 拉臂式垃圾車可將地下垃圾箱內(nèi)的垃圾及垃圾箱一同拉至車上運走同時可自卸 降低了工人的勞動強(qiáng)度 該垃圾車的收運方式是目前世界上廣泛采用的垃圾收運方式 可以實現(xiàn)一車多箱 大大降低了配備成本和空間等等 其專用裝置的功能均以汽車發(fā) 動機(jī)為動力 通過液壓機(jī)構(gòu)手動或電控來實現(xiàn) 車輛的箱體采用優(yōu)質(zhì)碳鋼密封焊接結(jié) 構(gòu) 具有強(qiáng)度高 重量輕 不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點 本文作為拉臂式垃圾車的設(shè)計說明 首先介紹了拉臂式垃圾車國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 由于該類車的設(shè)計資料我國尚不完善 考慮該車同時能實現(xiàn)自卸功能 故參照自卸車 相關(guān)設(shè)計方法對車廂箱體 舉升機(jī)構(gòu) 副車架及翻轉(zhuǎn)架進(jìn)行設(shè)計 并對不同設(shè)計方案 進(jìn)行了比較分析 保證了拉臂式垃圾車的先進(jìn)性及實用性 關(guān)鍵詞 自卸功能 舉升機(jī)構(gòu) 一車多箱 液壓機(jī)構(gòu) 翻轉(zhuǎn)架 1 ABSTRACT Garbage disposal is an important content of urban construction and management which is closely to people s life As the development of our country economy and the growth of people s living standard sanitation departments need to dispose an increasing number and kinds of garbage It s no doubt that the workload of garbage disposal will be increased in this way the efficiency of garbage disposal will be a significant problem we are facing The truck can drag the underground rubbish along with the dustbin up to the truck then carry away and download automatically that decrease greatly worker s power of work The truck can also realize one truck several carton which reduce tremendously the match cost and space etc The function of its isolated plant was powered by automobile engine and realized by the manual or electric operation of hydraulic mechanism The body of carton adopts quality carbon steel totally sealing welding structure it has strong point of high strength light weight do not produce secondary pollution The article acts as the design specification of the pull arm garbage truck first introduced the pull arm garbage truck research situation as the class of vehicle design data is not perfect considering the car can achieve dump function at the same time by the same type of vehicles related design to finish the design of lifting bodies the subframe and flip stand and different designs were compared to ensure that the pull arm garbage trucks advanced and practical Key words Dump Function Lifting Mechanism Truckload with Many Trunks Hydraulic Mechanism Flip Frame 2 目 錄 摘 要 I Abstract II 第 1 章 緒 論 1 1 1 課題的提出 1 1 2 我國專用汽車現(xiàn)階段發(fā)展概況 1 1 3 我國專用汽車未來的發(fā)展趨勢 2 1 4 拉臂車國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 1 5 課題研究的目的和意義 5 1 5 1 課題的目的 5 1 5 2 課題研究的意義 6 第 2 章 拉臂式垃圾車主要性能參數(shù)選擇 7 2 1 拉臂式垃圾車總體尺寸 7 2 2 質(zhì)量參數(shù)的確定 7 2 3 其他性能的參數(shù) 8 2 4 本章小結(jié) 8 第 3 章 拉臂式垃圾車車廂的結(jié)構(gòu)與設(shè)計 9 3 1 拉臂式垃圾車車廂的結(jié)構(gòu)形式 9 3 1 1 車廂的結(jié)構(gòu)形式 9 3 1 2 車廂材料 10 3 2 車廂尺寸參數(shù)的確定 10 3 2 1 車廂尺寸設(shè)計 10 3 2 2 車廂內(nèi)框尺寸 10 3 2 3 車廂地板高度 11 3 3 車廂板的鎖啟機(jī)構(gòu) 11 3 4 本章小結(jié) 12 第 4 章 舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計 13 4 1 拉臂架裝置結(jié)構(gòu)和工作原理 13 4 1 1 拉臂裝置結(jié)構(gòu)特點 13 4 1 2 拉臂架裝置工作原理 13 4 2 拉臂架裝置的受力分析 14 4 3 拉臂架裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)選用與設(shè)計 16 3 4 3 1 拉臂架裝置各鉸支點布置 16 4 3 2 拉臂油缸的選用和油缸安裝角取值 17 4 4 拉臂強(qiáng)度校核 18 4 5 換箱工況的運動分析 18 4 6 本章小結(jié) 26 第 5 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 19 5 1 液壓系統(tǒng)布置 19 5 2 液壓元件的設(shè)計與選擇 20 5 3 取力器的選擇 21 5 4 本章小結(jié) 22 第 6 章 副車架的設(shè)計 24 6 1 專用汽車副車架的設(shè)計 24 6 1 1 副車架截面形狀及尺寸 24 6 1 2 副車架的前端形狀 24 6 2 副車架與主車架的連接 25 6 2 1 副車架與主車架的連接 25 6 2 2 縱梁與橫梁的連接設(shè)計 26 6 3 副車架主要尺寸參數(shù)設(shè)計計算 27 6 3 1 副車架主要尺寸設(shè)計 27 6 3 2 副車架的強(qiáng)度剛度校核 27 6 4 本章小結(jié) 30 結(jié) 論 31 參考文獻(xiàn) 32 致 謝 33 附 錄 A 34 附 錄 B 37 4 5 第 1 章 緒 論 1 1 課題的提出 拉臂式垃圾車的收運方式是目前世界上廣泛采用的垃圾收運方式 可以實現(xiàn)一車 多箱 大大降低了配備成本和空間等等 其專用裝置的功能均以汽車發(fā)動機(jī)為動力 通過液壓機(jī)構(gòu)手動或電控來實現(xiàn) 車輛的箱體采用優(yōu)質(zhì)碳鋼板全密封焊接結(jié)構(gòu) 具有 強(qiáng)度高 重量輕 不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點 1 圖1 1 拉臂式垃圾車整車工況圖 1 2 我國專用汽車現(xiàn)階段發(fā)展概況 近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展 汽車工業(yè)作為國家支柱產(chǎn)業(yè)獲得了迅猛發(fā)展 專用汽車作為汽車工業(yè)的重要組成部分 也獲得了快速發(fā)展 一方面 隨著產(chǎn)業(yè)政策 逐步落實和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)政策不斷完善 從政策標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)上規(guī)范生產(chǎn) 提高技術(shù)水平 及產(chǎn)品質(zhì)量 另一方面 隨著我國城市化建設(shè) 高速鐵路建設(shè) 公路建設(shè)及道路運輸 業(yè)的快速發(fā)展 為我國專用汽車提供了大量的市場需求 專用汽車的產(chǎn)品品種日趨豐 富 合理 產(chǎn)品質(zhì)量 技術(shù)水平不斷提高 年產(chǎn)量也大幅提高 我國專用汽車起步于20世紀(jì)50年代末60年代初 早期主要側(cè)重于應(yīng)用 雖然應(yīng)用 較早 但全面發(fā)展始于20世紀(jì)80年代 比發(fā)達(dá)國家晚了近 30年 經(jīng)過20余年的發(fā)展 我國專用汽車已經(jīng)具有一定規(guī)模 特別是近年來 我國專用汽車發(fā)展迅速 據(jù)資料統(tǒng) 計 1999年全國專用汽車生產(chǎn)廠546家 2005年專用汽車企業(yè)628家 2006年已經(jīng)增加 到800家 生產(chǎn)能力也有了長足的發(fā)展 1999年產(chǎn)量為17 42萬輛 2004年為35萬 6 2005年為50萬輛 2006年已接近60萬輛 2007年更是達(dá)到了70萬輛 目前 我國專用 汽車產(chǎn)量占載貨車總量的40 左右 有接近5000個產(chǎn)品品種 已經(jīng)成為我國汽車工業(yè) 的重要組成部分 預(yù)計 十一五 期間 我國專用汽車產(chǎn)品將達(dá)到 6000個品種 年產(chǎn)量 90萬輛 占當(dāng)年載貨車產(chǎn)量的 65 另外 我國專用汽車產(chǎn)品與發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的專用汽車產(chǎn)品相比已基本接近 雖 然在一些方面和發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的同類產(chǎn)品相比還有一定差距 但總體上我國專用汽 車行業(yè)在國際專用汽車行業(yè)中已占有重要地位 已經(jīng)基本具備參與國際市場競爭的能 力 產(chǎn)品品種 檔次 工藝裝備 自主研發(fā)等方面都有了很大提高 基本實現(xiàn)了從進(jìn) 口向出口的轉(zhuǎn)變 十五 期間 專用車企業(yè)大多進(jìn)行了結(jié)構(gòu)調(diào)整 很多中小企業(yè)通過 改制 兼并 重組等方式基本實現(xiàn)了企業(yè)性質(zhì)的轉(zhuǎn)變 大多數(shù)專用車企業(yè)擁有完備的 產(chǎn)品研發(fā)體系 少部分產(chǎn)品已達(dá)到國際先進(jìn)水平 1 3 我國專用車未來發(fā)展趨勢 1 品種多樣化 專用汽車產(chǎn)品是專門為特殊用途服務(wù)的 隨著社會經(jīng)濟(jì) 技術(shù)的發(fā)展 由于專用 汽車服務(wù)的廣泛性和專業(yè)性 形成了專用汽車多品種的特點 目前世界上專用汽車品 種發(fā)展速度極快 功能要求越來越細(xì) 專用化程度越來越高 由于各行業(yè)的特點不同 我國專用汽車及其底盤發(fā)展趨勢對具體品種的需求量也不同 未來專用汽車新品種將 主要集中在城市建設(shè)與服務(wù)和高等級公路運輸與管理兩大板塊 專用汽車市場將出現(xiàn) 多個熱點同時并存的局面 從而形成市場的多元化 2 材質(zhì)輕量化 汽車輕量化是在保證汽車整體品質(zhì)和性能不受影響甚至提高的前提下 通過合理 的結(jié)構(gòu)設(shè)計和使用輕質(zhì)材料來盡可能的降低產(chǎn)品自身重量 圍繞節(jié)能 環(huán)保 降低成 本以及提高動力性 經(jīng)濟(jì)性 可靠性 安全性等基本性能 各國專用汽車企業(yè)都開展 了新技術(shù) 新材料 新工藝的研究開發(fā)工作 歐 美 日在 20 年前就開始研究新材 料的應(yīng)用 主要是鋁 鎂合金和工程塑料等 而我國專用汽車行業(yè)的輕型材料的應(yīng)用 與之相比 還有不少的差距 鋁合金及不銹鋼材料的罐體 廂體的應(yīng)用才剛剛起步 因此國家有關(guān)部門在加大管理 改革稅收的同時 要積極引導(dǎo)用戶去購買經(jīng)濟(jì)性好的 輕量化產(chǎn)品 切實推進(jìn)我國專用汽車的輕量化 3 產(chǎn)品重型化 統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示 2007 年重型卡車的市場銷量為 487481 輛 同比增長 58 64 從 中長期來看 推動重型卡車行業(yè)增長的因素主要是公路貨運需求 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和房 地產(chǎn)開發(fā)投資等 同時 道路條件的改善和交通運輸業(yè)的發(fā)展為公路運輸?shù)母咚倩?7 集裝箱化創(chuàng)造了良好條件 為大噸位 大功率 多軸化專用汽車的廣泛應(yīng)用提供了廣 闊空間 十一五 期間 根據(jù)專用汽車產(chǎn)品需求新格局 適合高等級公路運輸?shù)闹匦?牽引車 各種半掛汽車列車 適合于物流系統(tǒng)需求的各種重型廂式汽車等將會得到快 速發(fā)展 4 產(chǎn)品高技術(shù) 高附加值 隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高 市場對高技術(shù) 高附加值專用車產(chǎn) 品的需求將會增強(qiáng) 同時 隨著市場競爭的加劇 產(chǎn)品成本的增加 勞動密集型產(chǎn)品 以價格取勝的競爭優(yōu)勢將被進(jìn)一步弱化 企業(yè)之間的競爭也將會轉(zhuǎn)向高技術(shù) 高附加 值產(chǎn)品的競爭 十一五 規(guī)劃 國家提倡機(jī) 電 氣 液 微電子 智能化技術(shù)的綜 合應(yīng)用 將能夠大大增強(qiáng)專用車產(chǎn)品的附加值和技術(shù)含量 提升性價比 通過鼓勵自 主創(chuàng)新的政策將引導(dǎo)企業(yè)不斷提高產(chǎn)品的使用功能和附加值 推動粗放式產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向 知識經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變 5 企業(yè)合資合作 資產(chǎn)重組趨勢 十五 期間 歐 美 日等地區(qū)受勞動力價格及經(jīng)濟(jì)低迷狀況的制約 專用車生 產(chǎn)企業(yè)紛紛來中國進(jìn)行合資合作 如 湖北雙龍引進(jìn)美國前卸式混凝土拌車技術(shù) 東 莞永強(qiáng)與盧森堡寶亞公司合作生產(chǎn)消防車等等 通過合資合作 我國專用汽車行業(yè)的 產(chǎn)品質(zhì)量及工藝水平有了很大的提高 十一五 期間 發(fā)達(dá)國家進(jìn)入中國專用車市場 的頻率和幅度將大幅增加 中高端產(chǎn)品會快速發(fā)展 同時 根據(jù)我國經(jīng)濟(jì)方針和產(chǎn) 業(yè)政策 國家將繼續(xù)加快國有中小型專用車企業(yè)改革 通過管理 技術(shù)入股等方式建 立現(xiàn)代企業(yè)制度 鼓勵企業(yè)通過強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合 兼并 重組等方式 組成有國際競爭力的 大型專用汽車集團(tuán) 支持有特色的專用車企業(yè)提高科技含量和產(chǎn)品集中度 逐漸形成 國有民營并存 整車和零部件相協(xié)調(diào)的發(fā)展格局 1 4 拉臂車國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外對拉臂車的研究較早 如芬蘭百特科集團(tuán)已有 104 年的歷史 一些大的垃圾 車制造公司已經(jīng)能生產(chǎn)出技術(shù)成熟的拉臂車產(chǎn)品 如芬蘭的百科特貨運裝卸技術(shù)公司 美國的 STELLAR 公司 荷蘭的海沃 HYVA 及德國的 OTTO 等公司生產(chǎn)的液壓拉 臂車系列涵蓋了裝載能力從 2 噸至 40 噸的數(shù)十種型號 被廣泛應(yīng)用在市政 建筑公 司和廢棄物處理回收等行業(yè) 我國拉臂車在裝卸能力 安全系統(tǒng) 材料及快速作業(yè)等方面都不如國外同類產(chǎn)品 其原因除加工工藝落后外 主要是我國在這方面的研究還是最近十幾年的事情 因此 引進(jìn)國外產(chǎn)品進(jìn)行消化吸收不僅可以節(jié)約大量的資金和時間 而且在技術(shù)上能夠?qū)崿F(xiàn) 迅速趕超 目前我國對拉臂車的研究主要集中在高校及科研單位 8 同濟(jì)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的盛金良 李剛為改善拉臂式垃圾車的性能 以拉臂車工 作平穩(wěn)性和降低液壓系統(tǒng)壓力波動為目標(biāo) 建立了數(shù)學(xué)模型 并采用計算機(jī)編程的手 段對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計 改善了工作裝置的結(jié)構(gòu) 同濟(jì)大學(xué)的王曉和黃宗益與上海環(huán)境科技裝備有限公司合作 首次對旋轉(zhuǎn)式拉臂 車進(jìn)行運動學(xué) 動力學(xué)數(shù)學(xué)建模和優(yōu)化設(shè)計 并與普通拉臂車的動力學(xué)特性進(jìn)行了對 比 有效地降低了液壓缸所受的作用力 減少了卸料作業(yè)過程中箱體的傾斜角度 使 其綜合性能得到顯著提高 河北工程大學(xué)的王桂梅 李江波等采用多體動力學(xué)軟件 ADAMS 建立了垃圾運 送車?yán)巯到y(tǒng)的仿真模型 將拉臂車的性能能分析和參數(shù)優(yōu)選集成起來 實現(xiàn)了產(chǎn)品 的虛擬設(shè)計 針對產(chǎn)品生產(chǎn)的小批量 多品種的特點 通過參數(shù)化手段 方便的進(jìn)行 模型間的切換 體現(xiàn)了并行設(shè)計的優(yōu)勢 青島大學(xué)的劉大維 陳煥明等針對拉臂車工作裝置變負(fù)載 多工況的工作特點 利用系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析軟件 ADAMS 建立了機(jī)械液壓模型進(jìn)行聯(lián)合仿真 為得到 較為真實的動力學(xué)響應(yīng) 將箱體滾輪與地面 箱體與副車架導(dǎo)向輪定義為非線性彈簧 阻尼碰撞接觸力約束關(guān)系 分析結(jié)果表明 機(jī)械 液壓聯(lián)合仿真能夠有效地模擬工作 裝置在裝箱和舉升卸料過程中油缸力和拉臂作用力的動態(tài)變化規(guī)律 為拉臂車工作裝 置動態(tài)分析提供了一種有效方法 廣西大學(xué)的陳樹勛 王海波等以拉臂式壓縮垃圾車的車廂為研究對象 首先建立 垃圾箱內(nèi)壓縮垃圾的變密度函數(shù) 利用 ADAMS 進(jìn)行動力學(xué)仿真分析 求得各種實 際工況下拉臂與汽車底盤作用在車廂上的包括瞬時加速度 慣性力等在內(nèi)的實際載荷 在對拉臂式垃式壓縮垃圾車車廂進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析的基礎(chǔ)上 采用 ANSYS 為分析 器的導(dǎo)重法對車廂結(jié)構(gòu)成功地進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計 在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的前提下 使結(jié) 構(gòu)質(zhì)量減少 31 廣西大學(xué)的梁光明利用 ADAMS 軟件建立了拉臂機(jī)構(gòu)的運動學(xué)和動力學(xué)模型驚 醒仿真分析 得到了拉臂機(jī)構(gòu)在不同工況下的受力情況 為拉臂機(jī)構(gòu)的有限元分析提 供載荷邊界條件 并利用 ANSYS 高效的優(yōu)化計算方法 對拉臂結(jié)構(gòu)驚醒優(yōu)化迭代計 算 得出滿足剛度與強(qiáng)度要求的結(jié)構(gòu)總重量最小化的設(shè)計方案 長沙環(huán)衛(wèi)機(jī)械研究中心的周敏介紹了 5t 拉臂式垃圾車的工作裝置和工作原理 并對換箱工況的拉臂裝置受力分析進(jìn)行討論 得到了拉臂完成換箱 傾卸動作的回轉(zhuǎn) 鉸支點的位置參數(shù) 拉臂換箱回轉(zhuǎn)半徑 拉臂油缸活塞桿端回轉(zhuǎn)半徑的設(shè)計原則 及 油缸安裝角的取值范圍 9 1 5 課題研究的目的和意義 1 5 1 課題的目的 地球是我們賴以生存的家園 并為我們提供了如此美麗的環(huán)境 但是隨著社會經(jīng) 濟(jì)的迅速發(fā)展和城市人口的高度集中 生活垃圾的產(chǎn)量正在逐步增加 我們的這個家 園正在被垃圾所包圍 一般生活垃圾可分為廢紙 塑料 玻璃 金屬和生物垃圾等五類 垃圾對人類生 活和環(huán)境的主要危害是 第一 占地過多 堆放在城市郊區(qū)的垃圾 侵占了大量農(nóng)田 垃圾在自然界停留 的時間也很長 煙頭 羊毛織物1 5年 橘子皮2年 易拉罐80 100年 塑料100 200年 玻璃1000年 第二 污染空氣 垃圾是一種成份復(fù)雜的混合物 在運輸和露天堆放過程中 有 機(jī)物分解產(chǎn)生惡臭 并向大氣釋放出大量的氨 硫化物等污染物 其中含有機(jī)揮發(fā)氣 體達(dá)100多種 這些釋放物中含有許多致癌 致畸物 塑料膜 紙屑和粉塵則隨風(fēng)飛 揚形成 白色污染 第三 污染水體 垃圾中的有害成份易經(jīng)雨水沖入地面水體 在垃圾堆放或填坑 過程中還會產(chǎn)生大量的酸性和堿性有機(jī)污染物 同時將垃圾中的重金屬溶解出來 垃 圾直接被棄入河流 湖泊或海洋 則會引起更嚴(yán)重的污染 第四 火災(zāi)隱患 垃圾中含有大量可燃物 在天然堆放過程中會產(chǎn)生甲烷等可燃 氣 遇明火或自燃易引起火災(zāi) 垃圾爆炸事故不斷發(fā)生 造成重大損失 第五 有害生物的巢穴 垃圾不但含有病原微生物 而且能為老鼠 鳥類及蚊蠅 提供食物 棲息和繁殖的場所 也是傳染疾病的根源 許多的垃圾堆積在一起 不僅 占用很多的土地 而且會產(chǎn)生一些有毒有害的物質(zhì) 發(fā)出陣陣的臭味 污染空氣 水 源 同時 滋生蚊 蠅 蟑螂 老鼠 傳播疾病 對人們的健康危害極大 許多的 垃圾堆積在一起 不僅占用很多的土地 而且會產(chǎn)生一些有毒有害的物質(zhì) 發(fā)出陣陣 的臭味 污染空氣 水源 同時 滋生蚊 蠅 蟑螂 老鼠 傳播疾病 對人們的健 康危害極大 目前 全球每年產(chǎn)生的垃圾量在激增 達(dá)到500億噸 這就需要更多的土地來堆 放垃圾 然而 能堆放垃圾的特殊留用地已越來越難找到 垃圾填埋時 化學(xué)物質(zhì)可 能泄露 污染地下水和土地 此外 如果利用焚燒處理垃圾 有可能造成空氣污染 面對過量的廢物 最有效的解決方法就是將垃圾妥善的集中收集起來并通過專用車輛 對其運輸最終進(jìn)行篩選回收再利用或進(jìn)行科學(xué)的統(tǒng)一處理 拉臂式垃圾車是目前垃圾 收集 運輸環(huán)節(jié)應(yīng)用十分廣泛的專用車輛 在垃圾運輸過程密封性好不會產(chǎn)生二次污 10 染等危害 1 5 2 課題研究的意義 垃圾處理工作是城市建設(shè)和管理的重要內(nèi)容 與人民生活密切相關(guān) 隨著我國經(jīng) 濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高 環(huán)衛(wèi)部門需處理的垃圾從數(shù)量到種類都日益增多 無疑 垃圾處理工作量將加大 這樣 垃圾處理的效率問題將是我們面對的一個重要 問題 垃圾的處理包括垃圾的收集 運輸及最終處理 其中垃圾運輸是重要的一環(huán) 這不僅因為它的效率直接影響整個垃圾處理工作的效率 而且如運輸工具選擇不慎 會在運輸過程中產(chǎn)生泄漏 廢氣等污染 嚴(yán)重影響垃圾處理工作及城市環(huán)境 拉臂車是一種箱體可自卸式的垃圾轉(zhuǎn)運車輛 其車載工作裝置通過連桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn) 箱體自動裝卸和垃圾傾斜的功能 由于這種車輛工作效率比較高 因此被廣泛用于多 種貨物的箱體裝 運 卸服務(wù) 其工作原理是在垃圾中轉(zhuǎn)站 利用拉臂車的車載工作 裝置 將垃圾集裝箱拉上垃圾車 然后運往垃圾處理點進(jìn)行卸料 卸料時不需要卸下 垃圾集裝箱 直接將集裝箱推起 傾卸 倒出其中的垃圾 清空后 垃圾車直接把空 的集裝箱運回垃圾中轉(zhuǎn)站 其特點是操作簡便 工作效率高 機(jī)動性能好 車廂密封 性好 運輸垃圾量大 不易污染環(huán)境 適用于采用垃圾集中收集方式的垃圾處理系統(tǒng) 11 第 2 章 拉臂式垃圾車主要性能參數(shù)的選擇 2 1 拉臂式垃圾車總體尺寸 表2 1 整車總體尺寸 外形尺寸 高寬長 214089530 軸距 3000mm 輪距 前 后 1380 1458 mm 前懸 1032mm 后懸 1403mm 接近角 19 離去角 15 最小離地間隙 185mm 2 2 質(zhì)量參數(shù)的確定 拉臂式垃圾車質(zhì)量參數(shù)包括廠定最大裝載質(zhì)量 整備質(zhì)量 廠定最大總質(zhì)em0 量 質(zhì)量利用系數(shù) 等 amG 1 廠定最大裝載質(zhì)量 em 根據(jù)裝載質(zhì)量級別分類中 輕型自卸車小于3 5噸的規(guī)定 由于本設(shè)計中拉臂式 垃圾車需要實現(xiàn)自卸功能 因此這里取最大裝載質(zhì)量為2000kg 2 2 整備質(zhì)量 0 整備質(zhì)量 指的是裝備齊全 加滿油水的空車質(zhì)量 它等于底盤的整備質(zhì)量與 汽車改裝部分之和 改裝部分質(zhì)量包括取力器裝置 液壓系統(tǒng) 舉升機(jī)構(gòu) 副車架 貨廂以及其它改裝附件的質(zhì)量 在總體設(shè)計時 常參考同類樣車及總成 進(jìn)行零部件 稱重或質(zhì)量分析 初步估算出改裝部分質(zhì)量與整備質(zhì)量 這里參考同類車型取整備質(zhì) 量為3490kg 3 汽車總質(zhì)量 amma 汽車總質(zhì)量 是按規(guī)定裝滿貨物 司機(jī)和乘坐人員的整備質(zhì)量 可按下式計算 12 P e0am 式中 自卸車整備質(zhì)量 kg 0m 廠定最大裝載質(zhì)量 kg e P 乘員質(zhì)量 每人按65kg 取5685kga 4 質(zhì)量利用系數(shù) G 是廠定最大裝載質(zhì)量與其整備質(zhì)量之比G 2 1 57 03492m0e G 越大 則該車材料消耗少 材料利用率高 因此 可反映汽車設(shè)計制造水平 G 提高 的主要措施在于設(shè)法減輕傾卸機(jī)構(gòu)與貨廂質(zhì)量 一般3噸以下輕型自卸車之 約為 0 5 1 0 3 2 3 其它性能參數(shù) 貨廂的最大舉升角是指當(dāng)貨廂舉升角是當(dāng)貨廂舉升至設(shè)計極限位置時 貨廂底部 與車架平面之夾角 它取決于常貨物靜安息角的大小 多數(shù)貨物靜安息角在40 45 范圍 故為保證卸貨干凈 一般自卸車最大舉升角通常取50 60 此外 尚應(yīng)注意 在最大舉升角時 車廂后板下垂最低點與地面保持一定卸貨高度 舉升時間指滿載時 從開始舉升至最大舉升角所需時間 降落時間系指空載時貨廂從最大舉升角降至車架 的時間 此兩項參數(shù)太長將影響運輸生產(chǎn)率 太短又勢必增大液壓系統(tǒng)負(fù)荷 故一般 設(shè)計舉升時間要求為15s 25s 降落時間要求為8s 15s 4 2 4 本章小結(jié) 本章主要對拉臂式車的整車尺寸參數(shù) 質(zhì)量參數(shù)以及其他性能參數(shù)進(jìn)行了確定 整車尺寸參數(shù)通過選取二類底盤來確定 質(zhì)量參數(shù)中的整備質(zhì)量對汽車的制造成本和 燃油經(jīng)濟(jì)性有較大影響 質(zhì)量系數(shù)正是反映汽車制造先進(jìn)性因素之一 本設(shè)計在充分 考慮質(zhì)量系數(shù)前提下選取了適當(dāng)?shù)钠囕d質(zhì)量和整備質(zhì)量 13 第 3 章 拉臂式垃圾車車箱的結(jié)構(gòu)與設(shè)計 3 1 拉臂式垃圾車車廂的結(jié)構(gòu)形式 3 1 1 車廂的結(jié)構(gòu)形式 拉臂式垃圾車能夠?qū)崿F(xiàn)換箱與自卸功能 因此 其車廂的結(jié)構(gòu)形式與自卸車車 廂的結(jié)構(gòu)形式大致相同 在車廂的設(shè)計流程中 車廂內(nèi)部尺寸 造型 參數(shù)的可多參 照自卸車車廂的設(shè)計進(jìn)行參照 拉臂式垃圾車車廂為防止二次污染的產(chǎn)生 車廂整體 采用全密封形式 在參照自卸車廂設(shè)計時需要多加出上蓋板的設(shè)計 車廂是用于裝載和傾卸貨物 它一般是由前欄板 左右側(cè)欄板 車廂底板固定在 車廂底架之上 車廂的側(cè)欄板 前后欄板外側(cè)面通常布置有加強(qiáng)筋 后傾式車廂廣泛用于輕 中和重型自卸汽車 它的左右側(cè)欄板固定 后欄板左右 兩端上部與上欄板餃接 后欄板借此即可開啟或關(guān)閉 本設(shè)計所采用的車廂為改裝后 的后傾式車廂 即在圖3 1基礎(chǔ)上添加上蓋板 1 車廂總成 2 車廂鉸支座 3 車廂后板 4 車廂鎖 5 底板滑梁 6 滾輪 圖3 1 車廂結(jié)構(gòu)圖 14 3 1 2 車廂材料 拉臂式垃圾車車廂箱體采用 10 號低合金槽鋼 16 號方管與 12mm 8mm 5mm 4mm 16Mn 鋼板焊接而成 在全面分析車廂的工作條件 受 力狀態(tài) 工作環(huán)境和零件失效等各種因素的前提下 選用 16Mn 工程用鋼材 5 3 2 車廂尺寸參數(shù)的確定 3 2 1 車廂尺寸設(shè)計 外廓尺寸應(yīng)在廂式貨車總體設(shè)計階段予以確定 為了防止緊急制動時貨廂與駕駛 室之間留有 100 250mm 的間隙 廂體寬度主要由底盤輪距 1458mm 使用要求及法 規(guī)限寬的因素決定 這里取車廂寬度為 1500 mm 廂體高度由改裝后的質(zhì)心高度 影 響汽車的行駛穩(wěn)定性 決定 在滿足裝載容積及裝卸方便的情況下 應(yīng)盡量減小廂體 高度 以降低質(zhì)心 提高汽車行駛穩(wěn)定性 這里取車廂高為 1000 mm 6 將全金屬焊接車廂設(shè)計成等剛度體車廂是車廂設(shè)計的重點 但是很難既能保證高 強(qiáng)度又能保證輕量化 就整車而言 可以看成由車輪 前軸 后橋殼 懸架 車架 車廂及其橡膠緩沖 塊等不同剛度單元組合而成的彈性體 受力時 將按照各自的剛度產(chǎn)生各自的變形 其變形量與剛度成反比 吸收的能量與剛度成正比 車廂剛度 無論是彎曲剛度還是扭轉(zhuǎn)剛度 都會增加車架的相應(yīng)剛度 兩者的剛 度是相輔相成 互相補(bǔ)償?shù)?當(dāng)汽車前后左右車輪處于高差較大的路面 車架扭曲較 大時 車廂應(yīng)該有一定的扭轉(zhuǎn)隨動性 如果車廂的扭轉(zhuǎn)剛度過大 當(dāng)車架扭轉(zhuǎn)到一定 程度時 車廂前支承緩沖塊相應(yīng)的一側(cè)壓到極限位置 車廂縱梁的另一側(cè)可能離開緩 沖塊 車廂前端的一大部分重量轉(zhuǎn)移到一側(cè)的車架縱梁上 縱梁可能超載損壞 如果 車廂扭轉(zhuǎn)剛度過小 能與車架扭轉(zhuǎn)隨動 當(dāng)車架產(chǎn)生較大扭曲時 車廂可能因變形過 大而過早損壞 全金屬焊接等剛度車廂設(shè)計的規(guī)范化的定量的設(shè)計計算方法并不是很完善 根據(jù) 一些經(jīng)驗 可以知道一些設(shè)汁規(guī)范和經(jīng)驗數(shù)據(jù) 車廂底板和側(cè)梁斷面應(yīng)小些 布置應(yīng)密集 這樣易于形成等剛度 自卸汽車車架 斷面系數(shù)也應(yīng)比同級噸位的貨車車架大一倍 車廂的內(nèi)部形狀應(yīng)為簸箕形 底板前窄后寬 單邊角度 1 1 5 橫端面下窄上 寬 單邊角度 1 1 5 這樣 當(dāng)車廂傾卸時 貨物不易在車廂內(nèi)卡住 易于傾卸 15 3 2 2 車廂內(nèi)框尺寸 內(nèi)框尺寸確定了車廂容積的大小 應(yīng)從車輛用途 裝載質(zhì)量 貨物密度以及包裝 方式 尺寸規(guī)格等方面考慮 以便提高運輸效率 車廂容積按下式計算 3 1 9110 xxhblV 式中 車廂容積 V3m 廂內(nèi)有效長度 寬度 高度 mm 1x1xhbl 初選車廂尺寸 寬 1500mm 高 1000mm 由給定需要的容積V在3 4 m 3可得出 車廂長度 2000 04 2666 67mm 選取 2600mmxLxL 確定車廂實際容積為 3m9 10526 車廂容積校核 當(dāng)車廂滿載時 取過載系數(shù) 0 9 317 09 2 滿V 選取車廂尺寸的容積滿足汽車滿載時實際需要的容積 由此確定 本設(shè)計車廂尺寸 056 車廂板厚的選取見表 3 1 表3 1車廂板厚參照表 前板 mm 上板 mm 邊板 mm 后板 mm 底板 mm 范圍 4 6 4 6 4 8 5 6 6 12 選取 4 4 6 6 6 3 2 3 車廂地板高度 車廂地板高度直接影響貨物裝卸的方便性和汽車質(zhì)心的高度 該高度過高 對 行駛穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響 過低 則輪胎與地板下平面容易發(fā)生運動干涉 這是不允 許的 影響車廂地板高度的主要因素有 輪胎直徑 道路條件 懸架動撓度以及車輛 空載時車輪與地板下平面之間預(yù)留的空間等 設(shè)計時該預(yù)留空間一般取 230 左右 m 16 3 3 車廂板的鎖啟機(jī)構(gòu) 自卸車汽車車廂板的鎖啟機(jī)構(gòu)有手動和自動兩種 現(xiàn)在大多采用自動鎖啟機(jī)構(gòu) 當(dāng)自卸汽車卸貨時 車廂逐漸傾斜 當(dāng)傾斜到一定程度 傾斜方向的車廂板便自動開 啟 使車廂內(nèi)的貨物卸出 卸完貨后 車廂逐漸下落 直至落到原始位置 鎖啟機(jī)構(gòu) 使自動將車廂板鎖住 本設(shè)計采用的門鎖開閉機(jī)構(gòu)原理簡圖如下 圖3 2 車廂后門鎖 本車車廂后門鎖結(jié)構(gòu)簡單 主要由一個掛鉤手動完成鎖扣 掛鉤形狀如圖所示 在一端開有一孔供車廂上的圓銷穿過 在掛鉤外側(cè)用螺栓加一擋片完成軸向定位 車 廂需要鎖止時 手動將拉鉤扣在車廂后板上的另一圓銷上即完成鎖止 車廂后門被固 定 3 4 本章小結(jié) 本章主要對拉臂式垃圾車的車廂的結(jié)構(gòu)和尺寸以及材料的選擇進(jìn)行設(shè)計 同時對 車廂后欄板的鎖止緊固機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計 在設(shè)計過程中根據(jù)給定的任務(wù)數(shù)據(jù)和相關(guān)設(shè)計 規(guī)范 確定多種設(shè)計方案 綜合考慮各種方案的優(yōu)缺點 最終選擇本設(shè)計的設(shè)計方案 17 第 4 章 舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計 4 1 拉臂架裝置結(jié)構(gòu)和工作原理 4 1 1 拉臂裝置結(jié)構(gòu)特點 拉臂式垃圾車?yán)奂苎b置主要由拉臂和拉臂油缸 聯(lián)動架 車箱保險鉤和保險鉤 油缸 以及副車架組成 拉臂架裝置結(jié)構(gòu)布置如圖 1 所示 拉臂采用的是不可伸縮的 直角折彎式結(jié)構(gòu) 其一端與拉臂油缸的活塞桿端鉸接于鉸支點 B 另一端與聯(lián)動架前端 軸心鉸接于鉸支點 C 形成了拉臂的回轉(zhuǎn)軸心 拉臂油缸的缸頭端鉸接在副車架前端 鉸支點 A 上 聯(lián)動架后端軸心鉸接在副車架后部的鉸支點 D 形成聯(lián)動架的回轉(zhuǎn)軸心 聯(lián)動架上設(shè)置了車箱保險鉤和保險鉤油缸 7 圖4 1 拉臂架裝置結(jié)構(gòu)布置 4 1 2 拉臂架裝置工作原理 拉臂式垃圾車通過拉臂架裝置完成兩種不同的功能動作 換箱和傾卸 當(dāng)拉臂架裝置進(jìn)行換箱動作時 首先抽出車箱保險銷 車箱解除了保險 拉臂油 缸活塞桿伸長舉起拉臂 使拉臂繞鉸支點 C 順時針回轉(zhuǎn) 拉臂鉤就往后移動 如果副 車架上裝有車箱 則車箱被推置地上 當(dāng)?shù)厣宪囅湟嵘宪嚰軙r 使拉鉤先鉤住車箱 18 吊環(huán) 然后收縮活塞桿 使拉臂以鉸支點 C 為軸心逆時針回轉(zhuǎn) 將車箱提上放平后 手 動將保險銷插入定位孔 使車箱固定在副車架上 當(dāng)拉臂架裝置進(jìn)行傾卸動作時 與換箱動作不同 車箱保險鉤在整個傾卸過程中 要處在保證拉臂與車箱不分離 即拉臂 聯(lián)動架及車箱通過車箱保險鉤相互聯(lián)結(jié)為一 體 以副車架后部的鉸支點 D 為軸心順時針回轉(zhuǎn) 舉升車箱直到卸去垃圾 車箱復(fù)位 時 只要拉臂油缸活塞桿回縮 整個拉臂機(jī)構(gòu)仍以鉸支點 D 為轉(zhuǎn)軸點逆時針回轉(zhuǎn) 直 至車箱復(fù)位 4 2 拉臂架裝置的受力分析 拉臂架裝置在換箱與傾卸時 受力情況不同 因傾卸工況與換箱工況的回轉(zhuǎn)軸心 不同 拉臂油缸活塞桿回轉(zhuǎn)半徑 DB 要比 CB 大 故傾卸工況所需油缸的推力和拉力 要小于換箱工況所需油缸的作用力 現(xiàn)僅對換箱工況拉臂架裝置的受力分析進(jìn)行討論 4 2 1 拉臂的受力分析 換箱工況拉臂受力分析如圖 2 所示 在圖 2 中是以拉臂回轉(zhuǎn)軸心 C 為坐標(biāo)原點 建立坐標(biāo)系 A 點是拉臂油缸與副車架的鉸支點 B 點為拉臂油缸與拉臂的鉸支點 拉 臂油缸作用力只的大小和方向隨拉臂的轉(zhuǎn)動而改變 E 點是車箱的吊環(huán)軸心 即吊環(huán)位 于拉臂鉤的軸心 位置 E0 為從副車架上吊卸車箱初始狀態(tài)的車箱吊環(huán)軸心位置 E1 為 從地面吊裝車箱初始狀態(tài)車箱吊環(huán)軸心的位置 為油缸軸線與 X 軸的正向夾角 拉 臂回轉(zhuǎn)軸 C 點到車箱吊環(huán)軸心 E 點的距離即拉臂回轉(zhuǎn)半徑 Re 為 C 點與 E 點連 線 CE 與 y 軸的正向夾角 C 點與 B 點的距離即拉臂油缸活塞桿端軸心的回轉(zhuǎn)半徑 Rb 為連線 CB 和連線 CE 的夾角 8 拉臂式垃圾車在換箱過程中 拉臂受力的兩個典型工況是 當(dāng) E 點位于 E1 時 拉 臂可從地面上吊裝滿載車箱 當(dāng) E 點位于 E0 時 拉臂從副車架上吊卸車箱的初始狀態(tài) 或 者是拉臂傾卸滿載車箱時 未開始傾卸 車箱保險鉤還未起作用 而拉臂先繞 C 點轉(zhuǎn)動 使車箱開始滑動的初始狀態(tài) 當(dāng)拉臂吊卸車箱時 取拉臂作為分離體 其平衡方程為 0M 即 0 xeybxb EGBF 4 1 式中 為拉臂油缸作用力 在 x 軸 y 軸的投影 為油缸上鉸接byxF bFyx 19 點 B 在 x y 軸的坐標(biāo)值 為吊裝重力隨著拉臂的位置變化而不同 為 E 點再eGx x 坐標(biāo)值 圖4 2 換箱工況拉臂受力分析 由圖2可知 cosbxF sinby cosbxRB sinbyRB eRE 代入 1 式整理得 4 2 sinco sincosi be ebRG 由 2 式可計算出拉臂各位置受到的油缸作用力 bF 當(dāng)E點位于 點時 代入 4 2 式可計算出拉臂從副車架上吊卸車廂初始狀態(tài)0 所需的油缸作用力 值 0b F 4 3 00besincos0 RG 當(dāng)拉臂從地面吊裝車廂初始狀態(tài)時 當(dāng)E點位于 點 時 其平衡方1E1 程為 0eM 即 4 4 x1yx1by1bx GBF 根據(jù)上述分析同理可得 20 4 5 1be1sinco1 RGF 4 3 和 4 5 式分別可計算出 時拉臂油缸所受到的拉力和推力 4 3 拉臂架裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)選用與設(shè)計 4 3 1 拉臂架裝置各鉸支點的布置 按以下三方面確定 a 因拉臂車具有傾卸工作性能 故拉臂車最好選用自卸底盤 可根據(jù)所選定的 底盤長度 確定拉臂架裝置副車架的總長度 為了保證拉臂車進(jìn)行換箱和傾卸動作時 底盤受力合理 拉臂完成傾卸動作的回轉(zhuǎn)鉸支點 D 的軸線位置應(yīng)布置在距底盤后輪 彈簧鋼板后支座軸線的后部 間距約為 0 100mm b 根據(jù)鉸支點 D 先初選定拉臂換箱回轉(zhuǎn)鉸支點 C 的軸線位置 在設(shè)計生產(chǎn)拉臂 車的實際過程中 曾出現(xiàn)拉臂在進(jìn)行換箱動作初始狀態(tài)時拉臂雖舉升車箱 但拉臂未 能繞鉸支點 C 轉(zhuǎn)動 卻隨聯(lián)動架一起繞鉸支點 D 轉(zhuǎn)動 從而無法讓車箱開始下滑 當(dāng)舉升一定高度后 在車箱重力作用下 鉸支點 C 會突然落下 使拉臂 聯(lián)動架及 車箱突然下落 產(chǎn)生較大 中擊 造成換箱動作極不安全平穩(wěn) 要解決此問題 確定 鉸支點 C 的軸線位置尤其重要 首先一方面鉸支點 C 水平軸線不能高于鉸支點 D 水 平軸線布置 另外 由鉸支點 C 受力分析可知 鉸支點 C 的水平軸線必須低于拉臂 油缸缸頭鉸支點 A 的水平軸線 同時起始動作時拉臂鉤垂直軸線必須布置在鉸支點 C 和鉸支點 A 之間 c 拉臂重要結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)有拉臂換箱回轉(zhuǎn)半徑 拉臂油缸活塞桿端回轉(zhuǎn)半徑eR 兩回轉(zhuǎn)半徑之間的夾角 由前述分析可知 越小 越大 則拉臂油缸所bR b 需的作用力越小 故在滿足使用要求的前提下 拉臂換箱回轉(zhuǎn)半徑 越小越好 拉eR 臂油缸活塞桿端回轉(zhuǎn)半徑 盡可能越大越好 這樣可使拉臂結(jié)構(gòu)緊湊 作業(yè)空間小bR 9 4 3 2 拉臂油缸的選用和油缸安裝角 的取值范圍0 按以下二方面確定 a 通過作圖法或解析法計算確定以上各鉸支點的位置和拉臂等構(gòu)件的幾何尺寸 后 可初步確定拉臂油缸的最大行程和安裝距 將作圖法的結(jié)果代入 3 5 式中 計算出油缸作用力 和 的值 作為油缸的負(fù)載依據(jù)來確定油缸缸徑 0b F1 21 b 拉臂油缸安裝角 是拉臂架裝置重要的結(jié)構(gòu)參數(shù) 由前述知 拉臂架裝置在0 進(jìn)行換箱或傾卸動作的過程中 拉臂油缸均要克服車箱 滿載 的重力產(chǎn)生的阻力矩 而且吊裝吊卸車箱起始動作時的阻力矩是要克服的最大阻力矩 而且在開始動作時拉 臂架裝置的各鉸支點的靜摩擦阻力矩和慣性阻力矩最大 故拉臂油缸安裝角 需0 滿足 由前分析所知 當(dāng) 越大時 拉臂油缸所需的最大推力就越小 選擇a 0 0 的拉臂油缸缸徑就可越小 因拉臂油缸的安裝位置位于副車架和車箱底板之間 油缸安裝布置空間有限 故 拉臂油缸的安裝角取值范圍也極為有限 設(shè)計原則是要盡可能使安裝角 大 選擇0 合理的拉臂油缸缸徑來滿足拉臂車的使用性能要求 不增加油缸的成本和重量 同時 便于布置 分析比較國內(nèi)一些廠家生產(chǎn)的 5 t 拉臂車及實際設(shè)計生產(chǎn)拉臂車的經(jīng)驗 5 t 拉臂車安裝空間約在 250 300 mm 之間 一般拉臂油缸安裝角 應(yīng)在 3 5 之0 間取值 本設(shè)計選取 4 10 4 4 拉臂強(qiáng)度校核 圖4 3 拉臂結(jié)構(gòu)尺寸示意圖 在裝箱操作過程中拉臂結(jié)構(gòu)主要受到液壓缸的拉力 自身的重力 和車廂對拉臂 斜向下的拉力 對其受力分析的油缸拉力 76700N 與拉臂成 149 車廂拉力為 29400 與拉臂 延長線成 39 對拉臂直角拐點截面進(jìn)行校核 截面面積 m2501s A 22 剪切力 NGF21645cosmg3945sinco002s 拉臂車?yán)劢Y(jié)構(gòu)材料選用 Q345 鋼材 其屈服極限為 345MPa 安全系數(shù)選取 1 33 則其許用應(yīng)力 259 39MPa 1 許用切應(yīng)力 a8 493 MP 25 a2 196 AFS 滿足強(qiáng)度要求 4 5 換箱過程運動分析 拉臂式垃圾車裝用功能主要是實現(xiàn)貨物的自卸功能與箱體的自動裝卸功能 現(xiàn)對 換箱工況進(jìn)行運動分析 箱體在地下初始位置時 需與車尾部保持有 的距離 拉臂與水平線成 m5 30143 當(dāng)主推油缸回收時 箱體在拉臂拽動下以拉臂與翻轉(zhuǎn)架鉸接點為旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)緩慢上 升 當(dāng)箱體底板與汽車副車架接觸時 箱體底板與水平面成 拉臂轉(zhuǎn)動 換043086 箱過程箱體最大舉升高度為 主推油缸最大行程 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速m85 28 min r210 4 6 本章小結(jié) 本章主要對拉臂式垃圾車舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析 設(shè)計 校核 拉臂舉升機(jī)構(gòu)是拉臂 式垃圾車專用裝置的重要部分 其設(shè)計對實現(xiàn)專用車的專用功能有重要意義 拉臂采 用 Q345 工程鋼材 并對其在極限工作狀態(tài)下危險截面進(jìn)行受力分析與校核 經(jīng)校核 后拉臂符合設(shè)計要求 文中同時對與拉臂相連的主推油缸安裝角進(jìn)行了選取 23 第 5 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 拉臂車工作裝置包含之行動作的機(jī)械系統(tǒng)和提供工作動力的液壓系統(tǒng) 且兩個系 統(tǒng)相互作用 互相影響 良好的液壓系統(tǒng)有助于提高工作裝置的工作效率 12 5 1 液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置 液壓傳動系統(tǒng)一般由五個部分組成 工作介質(zhì) 動力元件 控制元件 執(zhí)行元件 和輔助元件 1 工作介質(zhì) 工作介質(zhì)是指液壓回路中循環(huán)流動的液體 是能量的傳遞著 2 動力元件 動力元件是工作介質(zhì)的驅(qū)動部分 一般是液壓泵 3 控制元件 控制元件是用來控制工作介質(zhì)的流動 流量和壓力 以保證執(zhí)行元 件按照設(shè)計回路進(jìn)行動作 常見的控制元件有單向閥 溢流閥 換向閥等 4 執(zhí)行元件 執(zhí)行元件是用以將液壓能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能 通過液體的流動將液壓回 路與機(jī)械構(gòu)件聯(lián)系起來 主要有液壓缸和液壓馬達(dá) 13 如圖 5 1 所示為簡化的起吊裝箱液壓工作回路模型 其他幾個回路與此類似 起 吊箱體時 換向閥由中位移至左位 下 時 液壓油直接進(jìn)入液壓缸上腔 使活塞向下 運動 從液壓缸下腔流出的油通過背壓閥回到油箱 如達(dá)到一定壓力 則向液壓缸上 腔補(bǔ)油 當(dāng)換向閥由中位移至右位 上 時 壓力油經(jīng)單向閥進(jìn)入液壓缸底部 液壓缸 上腔里的液壓油回到油箱 活塞向上運動 舉升箱體傾卸垃圾 14 24 圖5 1 液壓系統(tǒng)回路 5 2 液壓元件的設(shè)計與選擇 1 液壓缸的確定 液壓缸選型主要依據(jù)所需最大作用力 5 1 4 2maxDPF 5 2 式中 系統(tǒng)效率 0 8 P 液壓系統(tǒng)額定工作壓力 如表 5 1 液壓設(shè)備常用工作壓力中初選 P 10MPa 表5 1 液壓設(shè)備常用工作壓力 機(jī) 床設(shè)備類型 磨床 組合機(jī)床 龍門刨床 拉床 農(nóng)業(yè)機(jī)械 工程機(jī)械 液壓機(jī) 重 型機(jī)械 工作壓力 0 8 2 0 3 5 2 8 8 10 10 16 20 32 其中 液壓缸最大作用力 m2 4682940 830gaxaxmax PFDNG 表 5 2 為 GB2348 80 規(guī)定液壓缸內(nèi)徑系列 表5 2 液壓缸內(nèi)徑 mm 25 8 10 12 16 20 25 32 40 50 60 80 100 125 160 200 250 320 400 選取 D 100mm 選定液壓缸為車輛用雙作用單活塞桿型號 DG J100C E1L E 表5 3 DG J100C E1L E液壓缸 活塞面積缸徑 mm 無桿側(cè) 有桿側(cè) 推力 N 拉力 N 最大行程 mm 100 78 54 53 91 110000 76700 2000 2 液壓泵選定 液壓泵工作壓力計算 a8 2610785 ma106max2max6xMPSAFMPAF 油 缸 截 面 面 積 油 缸 最 大 作 用 力 選擇型號為 CBF E25 齒輪液壓泵 表5 4 CBF E25齒輪液壓泵 公稱排量 L min 壓力 MPa 轉(zhuǎn)數(shù) r min 容積效率 總效率 驅(qū)動功率 KW 重量 Kg 25 16 2500 92 84 19 5 4 0 3 其他液壓元件的選定 1 過濾器 過濾器選擇朝陽液壓生產(chǎn)的型號為 YLX 40X 過濾器 2 單向閥 單向閥選取型號為 DT8P1 3 背壓閥 背壓閥型號 RC10 榆次液壓廠生產(chǎn) 26 4 換向閥 4WE5N6 O 型三位四通換向閥 5 3 取力器的選擇 除了少量專用汽車的工作裝置因考慮工作可靠相符殊的要求而配備專門動力驅(qū) 動外 例如部分冷藏汽車的機(jī)械制冷系統(tǒng) 絕大多數(shù)專用汽車上的專用設(shè)備都是以 汽車底盤自身的發(fā)動機(jī)為動力源 經(jīng)過取力器 用來驅(qū)動齒輪液壓泵 真空泵 柱 塞泵 輕質(zhì)油液壓泵 自吸液壓泵 水泵 空氣壓縮機(jī)等 從而為自卸車 加油車 牛奶車 垃圾車 吸污車 隨車起重車 高空作業(yè)車 散裝水泥車 攔板起重運輸 車等諸多專用汽車配套使用 因此 取力器在專用汽車的設(shè)計和制造方面顯得尤為 重要 根據(jù)取力器相對于汽車底盤變速器的位置 取力器的取力方式可分為前置 中 置和后置三種基本型式 每一種基本形式又包括若干種具體的結(jié)構(gòu) 如下所列 發(fā) 動 機(jī) 前 端 取 力前 置 式 發(fā) 動 機(jī) 后 端 取 力夾 鉗 式 取 力變 速 器 上 蓋 取 力取 力 器 取 力 方 式 中 置 式 變 速 器 側(cè) 蓋 取 力變 速 器 后 端 蓋 取 力分 動 器 取 力后 置 式 傳 動 軸 取 力 其中 變速器側(cè)蓋取力 由于在設(shè)計變速器時已考慮了動力輸出 因而一般在 變速器左側(cè)和右側(cè)都留有標(biāo)準(zhǔn)的取力接口 也有專門生產(chǎn)與之配套的取力器的廠家 這種取力器較為常用 故本課題中 為了便于設(shè)計 節(jié)約成本 同時也考慮到大批 量生產(chǎn) 采用變速器側(cè)蓋取力方式 15 27 1 氣缸 2 活塞 3 4 O 型封圈 5 活塞桿 6 彈簧 7 撥叉 8 滑動齒輪 9 接合齒輪 10 油封 11 輸出軸 12 滾針軸承 13 中間齒輪 14 外殼 15 定位銷 16 十字軸 17 21 傳動軸 18 泵架 19 彈性柱銷聯(lián)軸節(jié) 20 液壓泵 22 連接套筒 圖5 2 變速器側(cè)蓋取力器 5 4 本章小結(jié) 本章主要對拉臂式垃圾車的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 液壓缸進(jìn)行了設(shè)計 對液壓油泵取 力器進(jìn)行了選取 綜合考慮各種方案的優(yōu)缺點 選擇本設(shè)計的設(shè)計方案 其中包括 對液壓系統(tǒng)的工作原理及結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行了闡述 油缸的選擇及計算是液壓系統(tǒng)設(shè)計 的重點 也是本設(shè)計的重中之重本章對舉升液壓缸的性能參數(shù)進(jìn)行了計算 對液壓 泵進(jìn)行了選擇 取力器在專用汽車的設(shè)計和制造方面顯得尤為重要 除了少量專用 汽車的工作裝置因考慮工作可靠相符殊的要求而配備專門動力驅(qū)動外 例如部分冷藏 汽車的機(jī)械制冷系統(tǒng) 絕大多數(shù)專用汽車上的專用設(shè)備都是以汽車底盤自身的發(fā)動 機(jī)為動力源 經(jīng)過取力器 用來驅(qū)動齒輪液壓泵 真空泵 柱塞泵 輕質(zhì)油液壓泵 自吸液壓泵 水泵 空氣壓縮機(jī)等 從而為自卸車 加油車 牛奶車 垃圾車 吸 污車 隨車起重車 高空作業(yè)車 散裝水泥車 攔板起重運輸車等諸多專用汽車配 套使用 取力器分為前置式 中置式 后置式 本設(shè)計采用變速器側(cè)蓋取力 28 第 6 章 副車架的設(shè)計 在專用汽車設(shè)計時 為了改善主車架的承載情況 避免集中載荷 同時也為了 不破壞主車架的結(jié)構(gòu) 一般多采用副車架 副梁 過渡 本車在工作中受較大的彎曲 應(yīng)力 因此 本車副車架縱梁采用兩根抗彎性能較好的平直槽行梁 專用汽車的副 車架多采用 16Mn 板材壓制的型鋼經(jīng)焊接而成 16 6 1 專用汽車副車架的設(shè)計 6 1 1 副梁的截面形狀及尺寸 專用汽車副車架的縱梁 簡稱副梁 截面形狀如圖 6 1 所示 截面尺寸取決于 專用汽車的種類及其載荷的大小 在載荷過于接種的地方 可用腹板將槽形截面封 閉起來 以提高副梁抗彎和抗扭的能力 為了避免由于副梁剛度的急劇變化而給車 架帶來新的應(yīng)力集中 副梁的形狀 位置及與車架的連接都應(yīng)認(rèn)真研究 29 圖6 1 副車架截面尺寸 1 副車架 2 腹板 圖6 2加強(qiáng)后副車架截面 圖6 3加強(qiáng)腹板的位置 6 1 2 副車架的前端形狀 副車架前端的形狀應(yīng)采取逐漸過渡的方式 避免由于副梁剛度突然變化而給主 車架帶來新的應(yīng)力集中 如圖 6 4 所示 圖6 4 a U形 b 角形 c L形 如果加工上述形狀困難時 可采用如圖 6 5 所示的副車架前端簡易形狀 此時 斜面尺寸較大 17 對于鋼質(zhì)副車架 h 5 7mm l 200 300mm 30 對于硬木質(zhì)副車架 h 5 10mm l H 6 2 副車架與主車架的連接 6 2 1 副車架與主車架的連接 1 止推連接板 1 副梁 2 止推連接板 3 縱梁 1 螺栓 2 上 下托架 3 螺母 圖 6 5 止推連接板的結(jié)構(gòu) 圖 6 6 連接支架 如圖 6 5 所示是斯太爾 91 系列重型專用汽車所用止推連接板的結(jié)構(gòu)形狀及其安 裝方式 連接板上端通過焊接與副梁固定 而下端則利用螺栓與車架縱梁腹板相連 接 止推連接板的優(yōu)點在于可以承受較大的水平載荷 防止副梁與車架縱梁產(chǎn)生相 對水平移動 相鄰兩止推連接板之間的距離在 500 1000mm 范圍內(nèi) 2 連接支架 連接支架如圖 6 6 所示 由相互獨立的上 下托架組成 上 下托架均通過螺 栓分別與縱梁和車架縱梁的腹板相固定 然后再利用螺栓將上 下托架相連接 此 時上 下托架之間留著間隙 上 下托架可以從底盤生產(chǎn)廠或零部件配套廠選購 也可根據(jù)技術(shù)要求來配制 連接支架所能承受的水平載荷較小 因此一般與止推連 接板配合使用 3 U 形螺栓 當(dāng)選用其他連接裝置困難時 可采用 U 形螺栓夾緊 但在車架受扭轉(zhuǎn)載荷最大 的范圍內(nèi)不允許采用 U 形螺栓 當(dāng)采用 U 形螺栓固定時 為防止車架縱梁翼面變形 防止緊固松動 需要在 U 形螺柱連接部位的車架縱梁槽型截面內(nèi)襯一墊木或型鋼 但在靠近消聲器附近 必須使用鋼內(nèi)襯 6 2 2 縱梁與橫梁的連接設(shè)計 橫梁與縱梁的連接方式主要有三種 如圖 6 7 31 1 縱梁2 連接板3 橫梁 圖6 7 橫梁與縱梁的連接 圖 6 7 a 橫梁與縱梁上下翼板連接 該種連接方式優(yōu)點是利于提高縱梁的抗 扭剛度 缺點是當(dāng)車架產(chǎn)生較大扭轉(zhuǎn)變形時 縱梁上下翼面應(yīng)力將大幅度增加 易 引起縱梁上下翼面的早期損壞 由于車架前后兩端扭轉(zhuǎn)變形較小 因此本車架前后 兩端采用了該種連接方式 為了提高縱梁的扭轉(zhuǎn)剛度采用了縱向連接尺寸較大的連 接板 橫梁僅固定在腹板上 圖 6 7 b 橫梁僅固定在腹板上 這種連接形式連接剛度較差 允許截面產(chǎn)生 自由蹺曲 可以在車架下翼面變形較大區(qū)域采用 以避免縱梁上下翼面早期損壞 圖 6 7 c 橫梁同時與縱梁的腹板及上或下翼板相連 此種連接方式兼有以上 兩種方式連接的特點 但作用在縱梁上的力直接傳遞到橫梁上 對橫梁的強(qiáng)度要求 較高 由于該車平衡懸架的推力桿與平衡懸架支架上的兩根橫梁連接 因此 這兩 根橫梁與縱梁共同承受平衡懸架傳遞過來的垂直力 反 和縱向力 牽引力 制動力 綜合以上考慮 本副車架的縱梁與橫梁的連接采用第 1 種和第 2 種方式 即橫 梁與縱梁上下翼板連接 同時為了降低成本和適于批量生產(chǎn) 本車架縱梁和橫梁的 連接方式采用螺栓連接 6 3 副車架主要尺寸參數(shù)設(shè)計計算 6 3 1 副車架主要尺寸設(shè)計 副車架對主車架起到加固作用 其寬度和選用的底盤的寬度相同 高度也相同 長度在底盤主車架長度基礎(chǔ)上去掉主車架與車廂之間的距離長度 其尺寸設(shè)計如下 副車架長度 3500mm 從車廂到駕駛室方向 220mm 副車架寬度 920mm 副車 架高度 200mm 32 6 3 2 副車架的強(qiáng)度剛度校核 1 額定裝載時整車重心作用點的求解 在垃圾車按額定裝載質(zhì)量進(jìn)行運輸時 對主車架來說 其整車重心后移 其受力 簡圖見圖 6 8 設(shè)定拉臂車在額定裝載質(zhì)量下 其前后軸承受的載荷相同 即有 NF147028 93021 由圖 可以列出 XF2121 5 求得 m01 XF 圖6 8 主車架額定裝載運輸重心作用簡圖 2 副車架剪力及彎矩的求解 副車架和主車架通過 U 型螺栓相聯(lián) 在拉臂車額定裝載時 由主車架重心作用簡 圖及求得的整車重心作用點 可以畫出額定裝載質(zhì)量時拉臂車副車架受力簡化 6 9 18 圖6 9 副車架額定裝載受力簡圖 將此時受力的副車架看為簡支梁 見下圖 6 10 以便進(jìn)行強(qiáng)度剛度及彎曲變形 33 的校核 由圖 6 10 可以列方程組 圖6 10 副車架等效簡支梁簡圖 1OGACFBC 可求得 NOCBFAG1726350029429410 即 大小為 17262N 方