1、TECHNlC FoRUM后装压缩式垃圾车液压系统设计Design of Hydraulic System of Back-loading Compression Refuse Collector郝东岳 王新艳 侯涛HAO Dong-yue et al山东鲁峰专用汽车有限责任公司 山东泰安271000摘要：综述了后装压缩式垃圾车的液压系统方案设计，分析其专用装置的工作特点，提出液压系统的设计要求，根据设计要求进行液压元件的选择，并拟定出控制回路的不同方案。通过分析比较选择运动平稳性、安全性更好的方案，组成综合性能优异的整车回路，以求液压系统的设计更合理、更经济。关键词：压缩式垃圾车 液压 设计
2、Abstract After an overview of the design of backloading compression refuse collector hydraulic system,the working characteristics of special device was analyzed and design requirements of hydraulic systemwas put forwardBased on the requirements，choosing the hydraulic element and working out severals
3、chemes of control circuit；alter analyzing and comparing the scheme with others，choosing the schemeswith better stabiliiy and safIy,working OUt the whole circuit scheme of the vehicle that have excellentcomprehensive properties；through previous process，obtains the design result of dydraulic system th
4、athave better rationality and economyKey words compression refuse collector；hydraulic；design中圈分类号：U4696+9102文献标识码：A文章编号：1004-0226(2010)060048-041前言随着经济的发展，城市规模扩大和人口密度的日益增大，生活垃圾的处理问题被凸显出来。压缩式垃圾车作为一种高效处理生活垃圾的收集运输车辆，其社会需求也将日益增大。压缩式垃圾车一般由液压系统驱动，液压系统性能的优劣直接影响着整车性能，近年来国外一些性能良好的专用液压元件不断引入国内，为提高压缩式垃圾车的性能打下了
5、基础。为了获得更高性能的压缩式垃圾车，下面以某后装压缩式垃圾车为例，对其液压系统进行设计。2后装压缩式垃圾车专用装置的主要部件现以一种挂桶式自装卸型的后装压缩式垃圾车为对象，分析其专用结构，据此提出液压系统的要求。该车的主要部件有底盘、副车架、车厢及填装器，其中车厢包括推板和箱体，填装器配有机械手、刮板、滑板、锁紧机构，另配有污水箱。具有垃圾压缩功能的主要部件是厢内的推板和填装器，由液压元件驱动，完成预定的动作，实现垃圾的装卸和压缩，下面进行具体的分析。21机械手机械手完成将桶装垃圾倒入填装器料斗的动作。该类大中型车的料斗口位置略高，一般可达1 m以上，需要将垃圾桶从地面提第一作者：郝东岳，男
6、，1978年生，工程师，现从事专用车设计工作。升到一定的高度再倾倒垃圾，具体动作为：a将装满的垃圾桶扣紧并向上提升到预定高度；b机械手的四连杆机构带动垃圾桶向前翻转，将垃圾倒入料斗；C四连杆机构带动空桶向后翻转；d机械手将空桶降下放回地面。此作业要求按顺序动作(见图1)，否则会造成垃圾桶掉落或垃圾洒出等意外现象发生。田1机镶手动作示意田万方数据22刮板、滑板刮板和滑板两个部件配合动作可完成一次循环，即把装入料斗的垃圾推人厢内，同时配合推板完成垃圾的压缩。具体动作为：a刮板上翻至水平；b滑板带着刮板下降到科斗后端；c刮板绕回转轴并沿圆弧形轮廓的料斗顺时针翻转约180。将料斗内的垃圾挖起；d滑板带
7、着刮板上升将垃圾送入厢内，同时进行压缩。此部分也要求按顺序动作，避免垃圾被推出车外等意外现象发生(见图2)。油缸圈2谢板、揖扳动作示意圈23推板推板有两个功能：一是将箱内的垃圾推卸出车外：二是作为垃圾压缩的砧板，当填装器内垃圾装载到厢内时，推板要能在一定阻力下后退，使垃圾被压缩，便于进一步装载(见图3)。24填装器填装器整体作为箱体的后盖，在推卸垃圾时可向上翻转打开，并可人为操作使其在任意位置停留；此外，垃圾装卸时会有工人在车尾作业，填装器应具有防止意外及加速下落的功能，以确保作业安全(见图3)。圈3推扳、填装曩动作示意田TECHNIC FORUM3液压系统方案的拟定31主要液压元件及辅件的选
8、择311油箱过滤元件垃圾车工作环境恶劣，粉尘污染多，油箱应具有良好的过滤功能以保护元件，油箱应在油箱盖、回油口、吸油口分别设置空气滤清器、回油滤清器、吸油滤清器；因污染多，滤芯更换周期会缩短，针对吸油滤清器，为方便更换滤芯。拟采用自封式，可以在不放油的情况下更换滤芯。312执行元件从上述结构件的动作分析可知，执行元件只需往复运动就可满足要求，因此执行元件拟定为双作用油缸，其中由于推板油缸安装尺寸和工作行程差别较大，需采用多级油缸，其它为单级缸。此类型垃圾车受整车外形及结构布局的制约，其油缸主尺寸的计算选择受到一定限制，初选系统压力低，会令油缸尺寸过大，给结构设计带来障碍，如压力太高，对元件的材
9、质、密封性、精度等要求均高，势必增加成本，因此可初选1620 MPa的压力作为计算参数”1，根据不同车型的实际负载计算选择缸径等主参数，可得到较理想的执行元件的尺寸。313液压换向目为减轻作业人员劳动强度并保持控制系统的可靠性，方向控制拟定为电动和手动控制两种方式。底盘电源为24 V直流电，由于直流电磁换向阀具有启动力小、电能能耗略高的缺点，不适合直接使用。通过市场调研，选择了一种组合换向阀，阀芯一端设手动控制手柄，另一端集成了小气缸和电磁阀，通过电磁阀控制气缸，再由气缸推动换向阀芯。气路电磁阀具有能耗低、寿命长的优点，而气缸可获得较大的操纵力，以上优点弥补了直流电磁阀的缺点，而且目前的中、重
10、型二类底盘主要使用气制动，可方便获得气源。这种组合换向阀一阀两控，在很大程度上简化了液压及电气回路，更好地适应了垃圾车的需求。这种电气控加手控换向阀的缺点主要是对气源的依赖，而使其使用局限于中、重型垃圾车。当将轻型底盘改装为垃圾车时，因底盘动力系统无空压机，若要实现多种操纵方式，就要用另一种电液控加手控的组合换向阀来实现。314液压源因液压系统工作负载差异大，例如在中大型车型上机械手举升缸的负载有6 kN左右，而推板油缸的负载约206 kN，选择缸径差异较大，对流量的需求也不同，所以液压源拟定为双联泵，结合底盘取力器输出转速范围，双泵的大，J、排量可选在6332mlrad的水平上，就能满足不同
11、流量回路的供油要求。3-2控制回路的方案拟定321机械手回路通过上述分析，机械手需要按一定的顺序动作，此顺序动作是在机械手的结构设计较简单的前提下拟定的，如设计为联动机构的机械手。可由一组油缸驱动机构运动完成垃圾装填，则无须顺序控制。这需要在液压设计与结构设计的复杂性之间达到一种万方数据TECHNIC FoRUM平衡。为此，可从液压设计人手，选择使用顺序阀的顺序控制回路81，如图4所示。通过两个顺序阀的组合即可满足要求。装载动作：当AQ进油时阀l关闭，升降缸先动作(上升)，上升到位后油路达到阀1设定压力，阀l接通则翻转缸动作(内翻)；还原动作：当B口进油时阀2关闭，翻转缸先动作(外翻)，翻转到
12、位后油路达到阀2设定压力，阀2接通则升降缸动作(下降)o机械手开降油缸 机械手矗转油缸田4机械手回路圈322刮板、滑扳回路刮板缸、滑板缸也要求顺序动作，特点是垃圾在压缩过程中由松到紧、由少到多，负载波动较大。先期拟定的回路方案是组合使用两个顺序阀，另在刮板缸油路上配合使用单向液压锁，即可满足要求，见图5(a)。无负载时，AN进油时阀1关闭，刮板缸先动作(上抬)，上抬到位后油路达到阀l设定压力，阀l接通则滑板缸动作(下降)；有压缩负载时，B口进油时阀2关闭，刮板缸先动作(下挖)，下挖到位后油路达到阀2设定压力，阀2接通则升降缸动作(上升)，此时刮板缸无杆腔被液压锁锁止，防止压缩垃圾时刮板会意外打
13、开。该方案对阀的使用相对简单，成本低廉，但仔细分析，其性能仍有很大不足：一是负载波动太大，油路压力变化大，系统冲击较大，滑板缸上升的压缩动作不平稳；二是液压锁在正常压缩垃圾时可防止刮板打开，但在压缩过程中如出现石块、金属等硬物使刮板卡滞而滑板继续上升时(系统溢流阀尚未起作用)，刮板油缸无杆腔被液压锁封闭而容易出现超载。易引起元件损坏。使得该部分可靠性降低。翻板油缸精板油缸(a)曩产慝序阀方案槽板漓缸 刮板油缸l板油缸左背压元件2开关朋B2右阻尼元件2一一Ij二一_J躲、矗棚元件 匝畦汹l裂r仟(b)进口专用阀方案圈5翻板、滑扳回路比较各类国产阀中尚无更好的方案解决以上问题，通过调研，选择了进口
14、某型垃圾车专用阀，该阀为集成型组合阀，原理见图5(b)。该阀在无负载和有压缩负载时采取了不同的顺序动作回路。无负载时，AEI进油，顺序阀元件关闭，阻尼元件l不起作用，开关阀两端油压相等并在弹簧力作用下处于断开位置，液压油经Al口先使刮板缸动作(上抬)，上抬到位后油路压力达到顺序阀元件设定压力，顺序阀元件接通TE，伺服油路接通，阻尼元件l起作用，开关阀两端在不同压力下处于接通位置，液压油通过开关阀经A2口使滑板缸动作(下降)；开关阀的动作是在阻尼元件1的作用下液动的，换向动作平稳，液压冲击小(特别是在液压油低温粘度较大的情况下)。而有压缩负载时，该型进口阀采用另一种顺序动作方式，当B口进油时，液
15、压油通过Bl、B2分别向刮板缸、滑板缸无杆腔供油，而AI、A2的回油路上分别设有背压元件l和背压元件2，这两个背压元件为先导型溢流阀，元件l的先导比是元件2的两倍，元件l的先导比大，阀开启的先导压力小，加上阻尼元件2的压降。进一步提高了元件2开启的先导压力；当B口进油油压达到背压元件1的先导压力时，A1口的回油路先接通，刮板缸先动作(下挖)，下挖到位后，B口进油油压继续升高，达到背压元件2的先导压力时，A2口的回油路接通，滑板动作(上抬)，进行垃圾的压缩。因背压元件2的先导压力和阻尼元件2先导压力的综合作用，此时的系统压力已上升到较高的水平。再进行压缩垃圾作业时，负载的波动不会再引起太大的系统
16、压力变化，这使得垃圾压缩行程更精确平稳。同时，刮板缸和滑板缸的无杆腔一直通过B13与主油路连通，当上述坚硬物体卡滞刮板的情况出现时，无杆腔超载的压力可以立即反应到系统溢流阀，进行泄荷。通过上述比较，可以看出虽然进口专用阀价格较高，但它具有针对垃圾压缩专门设计的功能，其对负载波动及液压油粘度的适应、对执行元件动作平稳性的影响及回路超载时的保护性能远超顺序阀加单向液压锁的回路方案。323推板回路推板推卸垃圾对回路无特别要求，主要功能是作为垃圾压缩的砧板。一是要求推板在压缩方向上可后退，这需要推板油缸的无杆腔设有卸荷回路、有杆腔可单向接通油箱，当油缸在外载下回缩时，无杆腔液压油可卸荷，有杆腔可通过单
17、向元件补油；二是推板缸在后退时需要有背压才能实现垃圾压缩，这就需要在卸荷回路上增加背压元件，而背压元件设定为压力可调，即可实现垃圾的不同压缩比，最后拟定在无杆腔上设置带可调溢流阀的卸荷阀既可满足要求，拟定回路方案见图6。图“a)为国产某型卸荷阀原理图，图6(b)为进口某型卸葡阀原理图，两种阀的基本功能及价格均差别不太大。国产卸荷阀中，远程控制13的液压油直接推动开关阀换向，液压冲击较大；进口卸荷阀中，远程控制口的液压油推动先导阀的切换，伺服油路接通后，阻尼元件起作用开关阀在两端压差下换向，动作平稳，避免了推板压缩后退时出现爬行现象(特别是在液压油粘度较大的情况下)。壤毗一万方数据推棱油缸 推板
18、油缸(a)翻产卸荷棚方案 go)进口卸荷阀方案圈6推板回路比较324填装器举升回路填装器举升油缸的要求是能在任意位置停留、防止加速下落，这就需要平衡回路81，先期拟定了使用双向平衡阀的回路方案，如图7(b)所示。经过试验，下落速度较快，分析原因，一是平衡阀本身的问题，平衡阀的背压可使油缸在负载方向上的运动平稳，但对运动速度的控制却不理想；二是填装器油缸的工作位置处于一个费力杠杆的状态，油缸支点靠填装器的铰支点很近，而填装器重心距铰支点较远，当填装器翻转时，重心运动的线速度相对油缸的运动速度被放大。为解决这一不足，重新拟定了使用双向液压锁加回油节流调速的平衡回路方案，如图7(b)所示。油缸位置由
19、双向液压锁锁定，在油缸下落方向的回油路上串接单向可调节流阀作为背压元件，以解决单纯液压锁控制时油缸下落出现冲击振荡的缺陷，并可较为精确地控制下落速度，经试验证实该方案工作效果良好，取得了理想的下落速度。不过，在液压锁和油缸间串接节流阀增加了管路的连接环节，为了提高安全性，在油缸油口还增加了防管道破裂阀。双簧曩装嚣油虹 填装嚣油缸一1：霹i f右L：A-v-随警遭破裂霸、I双向液压馈(a， (b)田7填装嚣举升回路比较33整车回路方案综合上述的分析比较，整个液压系统采用成熟的开环系统，液压源使用差量双联泵，换向阀采用电一气控加手控组合换向阀；机械手回路采用了使用顺序阀控制的顺序回路；刮板、滑板回
20、路使用进口专用集成阀块；推板回路采用了使用带先导型背压阀的卸荷阀的卸荷回路；填装器举升回路采用了使用回油节流调速加双向液压锁的平衡回路，另增加了防管道破裂阀；据此拟定出压缩式垃圾车液压系统原理图(见图8)。TECHNlC FoRUM圈8车液压原理田4结束语液压系统作为一个开放的系统，针对运动平稳性、动作速度、效率、安全等不同的要求会有不同的回路方案。本文最终拟定的方案有其专门的针对性，主要优点在系统动作的平稳性和安全性较好、对负载波动的适应范围大。不过填装器回路部分仍有不足，虽然该部分回路获得了较好的下落速度，但实际接管时油缸和液压锁问会有两段高压软管，其中一根要绕过填装器回转轴，处于应力状态
21、，疲劳损坏的几率较高，防管道破裂阀作为一种补救措施，增加了回路的成本和复杂性，如用调速及锁止性能更好的板式阀或插装阀来组成回路，回路控制阀与油缸则直接连为一体而无须管路连接。这不仅简化了管路连接，而且阀后的管路损坏也不会对油缸动作造成不良影响，回路安全性能还会有进一步的提高。参考文献【l】徐灏机械设计手册【M】t京：机械工业出版社1998【2】官忠范液压传动系统【M】北京：机械工业出版社1981收稿日期：20100423河南松川公司首台专用车下线日前，河南松川专用汽车有限公司生产的第一台冷藏专用汽车在民权县产业集聚区正式下线并交付用户。松川专用车制造项目是2009年河南省政府确定的“双百计划”工程之一，它是上海伊得利制冷设备有限公司与河南兆邦电器有限公司、日本松川重工株式会社专利技术合作项目。该项目总投资53亿元，将利用日本先进技术平台打造成全国著名的专用车生产基地。201 006耋曼砻乒51rl-L日二二陌i上一可阁阻申肿僦万方数据后装压缩式垃圾车液压系统设计作者： 郝东岳， 王新艳， 侯涛作者单位： 山东鲁峰专用汽车有限责任公司,山东泰安,271000刊名： 专用汽车英文刊名： SPECIAL PURPOSE VEHICLE年，卷(期)： 2010(6)参考文献(2条)1.官忠范 液压传动系统 19812.徐灏 机械设计手册 1998本文链接：http:/
