1、1全 日 制 普 通 本 科 生 毕 业 设 计垃圾装车机构设计GARBAGE LOADING INSTITUTIONS DESIGN目 录摘要1关键词11 前言22 垃圾装车机构简介22.1 作用及用途22.2 国内外研究现状23 垃圾装车机构设计参数34 传动方案的确定45 传动结构设计45.1 摇杆滑块机构的尺寸确定55.2 双摇杆的尺寸确定65.3 活塞缸安装位置的确定66 垃圾桶提升机构运动与受力分析86.1 垃圾桶提升机构运动分析86.2 垃圾桶提升机构受力分析96.2.1 垃圾桶即将被提起状态提升机构受力分析96.2.2 垃圾桶处于其余位置受力情况简述117 主要零件的尺寸计算
2、117.1 拉杆的尺寸设计117.2 盖板的尺寸设计127.3 铰接点处销轴的设计128 液压系统设计138.1 液压负载分析和速度分析138.2 确定活塞缸主要参数148.3 拟定液压系统图158.4 液压元件的选择168.5 系统油液温升计算179 结论18参考文献19致谢20附录211垃圾装车结构设计作 者：申路民指导老师：高英武(湖南农业大学工学院，长沙 410128)摘 要：随着社会经济的发展，人民生活水平的提高，垃圾数量的剧增不仅直接损害环境，也严重危害人们的身体健康。为了方便垃圾的运输和处理，各种形式的垃圾车开始进入市场。本文以垃圾装车机构为研究对象，应用本科阶段所学知识进行传动
3、方案，机构受力分析等设计。最终确定通过四杆机构的传动实现将垃圾从垃圾桶中装载到垃圾车内这一动作。其中包括垃圾桶的抓紧，垃圾桶的提升，垃圾桶的倾倒以及垃圾桶的卸载。文中对机构的受力进行了详细分析，并对各零件进行了设计和校核。本文的研究成果可为垃圾车的研制与开发提供参考依据，对提高专用汽车企业的技术水平与市场占有力及在国内外市场的竞争能力，具有重要的一定现实意义。关键词：垃圾装车；受力分析；计算；校核；机构；The garbage loading structure designAuthor:Shen luminTutor:Gao yingwu（College of Eengineering,Hu
4、nan Agricultural University,Changsha 410128，China）Abstract: With the social and economic development, peoples living standards improve, the rapid increase of the amount of garbage not only directly harm the environment, but also seriously endanger peoples health. In order to facilitate the transport
5、 and disposal of garbage, various forms of garbage trucks began to enter the market.In this paper the garbage Loading institutions for the study, to apply undergraduate knowledge transmission programs, agencies stress analysis and design. Ultimately determine by four institutions transmission loadin
6、g garbage from the trash to the garbage car this action. Including trash seize, enhancement of the trash can, trash dumping and trash uninstall. By the force of the institutions analyzed in detail, and each part of the design and check.The results of this thesis provide a reference for the research
7、and development of the garbage truck, the force to improve the technological level of the Special Purpose Vehicle market share and competitiveness in the domestic market, has certain practical significance.2Keywords: garbage loading; stress analysis;checking; institutions.1 前言 垃圾装车是处理运输垃圾的重要环节，对提高工效
8、、减轻劳动强度起到了不可小觑的作用。垃圾装车机构作为一种装载垃圾的机械，以其灵活、重载、方便、卫生的作业特点在垃圾处理过程中得到广泛的应用。但是由于垃圾装车机构的工作环境恶劣，常常在各种具有腐蚀性的条件下工作，目前仍存在一定的质量和性能问题。当前由于设计方法所限(如零部件设计孤立地进行，整体组装后出现各个零件的变形等)，不能精确地选择零部件的尺寸和结构，造成有的地方强度不够，而有的地方强度又严重过剩。从而在整体上影响垃圾装车机构寿命。2 垃圾装车机构简介2.1 作用及用途随 着 人 民 生 活 水 平 的 提 高 ， 人 均 产 生 的 垃 圾 量 越 来 越 多 。 在 失 去 管 理 的
9、状 态 下 ，像 一 个 魔 鬼 到 处 危 害 环 境 和 人 类 。 它 占 用 土 地 、 污 染 土 壤 。 垃 圾 堆 放 不 仅 仅 占 用大 量 土 地 ， 更 严 重 的 是 垃 圾 还 会 污 染 土 壤 ， 因 为 随 着 化 学 产 品 的 广 泛 使 用 ， 垃 圾 中生 物 不 可 降 解 物 和 有 毒 有 害 物 质 越 来 越 多 。 像 塑 料 ， 各 类 瓶 罐 ， 建 筑 装 修 后 废 弃 的油 漆 、 颜 料 、 粘 合 剂 ， 废 电 池 和 家 用 清 洁 或 杀 虫 类 化 学 药 品 等 。 这 些 东 西 堆 放 在 地上 或 填 埋 起 来
10、 ， 它 们 会 完 好 地 躺 在 那 里 数 十 年 甚 至 上 百 年 而 不 被 降 解 。 它 们 中 的 有毒 成 分 和 重 金 属 进 入 土 壤 后 ， 土 地 就 失 去 了 利 用 价 值 。 此 外 ， 垃 圾 还 会 污 染 地 下 水和 地 表 水 ， 以 及 大 气 。 垃圾装车机构是指对集装形式的垃圾，将其一次性转移到垃圾运输车上的机构。广泛应用于小区、学校、机场、工厂等垃圾集中的地方，是机械化装卸、堆垛的高效设备。垃 圾 装 车 机 构 的 意 义 在 于 极 大 的 减 少 了 人 工 成 本 ， 改 善工 人 的 工 作 条 件 ， 特 别 是 随 着 中
11、 国 经 济 的 快 速 发 展 ， 随 着 以 人 为 本 的 思 想 观 念 日 益深 入 人 心 ， 大 部 分 垃 圾 的 处 理 工 作 已 经 脱 离 了 原 始 的 人 工 处 理 ， 取 而 代 之 的 是 以 机械 化 集 中 处 理 。 因 此 ， 在 过 去 的 几 年 中 ， 中 国 垃 圾 装 车 机 构 的 市 场 需 求 量 每 年 都 以很 快 的 速 度 增 长 。 垃 圾 装 车 机 构 的 基 本 作 业 功 能 分 为 提 升 垃 圾 、 倾 倒 垃 圾 、 垃 圾 装车 等 。 根 据 实 际 情 况 所 要 达 到 的 作 业 功 能 可 以 因 地
12、 制 宜 的 进 行 特 殊 情 况 的 设 计 。 另外 ， 特 殊 的 作 业 条 件 会 影 响 到 机 构 的 使 用 寿 命 ， 如 装 车 的 是 具 有 腐 蚀 性 的 液 体 ， 高密 度 物 体 等 ， 需 要 机 构 具 有 相 应 的 防 护 措 施 。 此 外 机 构 还 具 有 ： 高 效 率 、 低 成 本 、高 安 全 性 、 人 机 工 程 、 维 护 方 便 等 功 能 。2.2 国内外研究现状垃 圾 装 车 机 构 作 为 垃 圾 处 理 中 的 装 卸 设 备 ， 在 人 类 生 活 中 有 着 重 要 的 用 途 。3结 合 网 上 资 料 和 一 些
13、相 关 的 书 籍 总 结 出 目 前 国 内 外 垃 圾 装 车 机 构 的 发 展 主 要 分 为 几个 大 的 方 面 ：全 机 械 化 ： 由 于 垃 圾 的 处 理 具 有 卫 生 条 件 差 ， 刺 激 性 强 等 特 点 ， 不 适 合 人 工 操作 ， 故 现 在 的 垃 圾 装 车 机 构 朝 着 全 机 械 化 发 展 。高 精 准 化 ： 垃 圾 处 理 过 程 中 ， 无 疑 会 出 现 液 体 垃 圾 和 部 分 小 颗 粒 垃 圾 的 的 流 漏 ，故 现 在 设 计 的 机 构 应 尽 量 避 免 泄 露 的 情 况 ， 以 防 出 现 二 次 污 染 ， 从 而
14、 应 提 高 机 构 设计 的 精 准 性 能 。多 功 能 化 ： 顾 名 思 义 多 功 能 化 的 目 的 就 是 尽 量 用 一 台 机 器 实 现 多 种 功 能 。 譬 如说 同 时 完 成 垃 圾 的 压 缩 ， 以 便 运 输 。垃 圾 的 装 车 机 构 的 设 计 在 各 国 都 有 研 究 ， 相 比 于 发 达 国 家 ， 我 国 的 机 构 还 相 对落 后 ， 像 日 本 已 经 将 同 时 进 行 压 缩 的 运 输 车 投 入 使 用 了 。 本 设 计 将 努 力 吸 取 各 类 机构 的 优 点 取 其 长 处 ， 进 行 设 计 。3 垃圾装车机构设计参数
15、垃 圾 装 车 机 构 一 般 运 用 在 垃 圾 车 上 ， 本 设 计 针 对 某 垃 圾 车 机 构 的 基 本 参 数 至关 重 要 ， 主 要 包 括 ： 额 定 起 重 量 、 自 由 提 升 高 度 等 等 。 由 于 本 设 计 并 未 指 定 垃 圾车 的 型 号 故 以 湖 北 程 力 公 司 的 一 款 多 利 卡 垃 圾 车 如 图 ： 图1 垃圾车Fig.1 Garbage truck 作 为 垃 圾 装 车 机 构 的 载 体 。 其 外 形 尺 寸 为 742023002380（ mm） （ 长 4宽 高 ） .同 时 ， 现 在 市 面 上 标 准 的 垃 圾
16、桶 的 形 式 是 ： 容 积 120L， 自 重 110.4N，外 形 尺 寸 6605701000（ mm） （ 长 宽 高 ） 装 载 重 量 2000N.4 传动方案的确定垃 圾 装 车 过 程 中 ， 需 要 完 成 三 个 过 程 ， 1、 垃 圾 桶 的 固 定 ； 2、 垃 圾 桶 的 提 升 ；3、 垃 圾 桶 的 倾 倒 。 完 成 这 三 个 过 程 ， 只 需 用 摇 杆 滑 块 机 构 和 四 杆 机 构 配 合 即 可 。垃 圾 桶 的 固 定 由 垃 圾 桶 支 座 完 成 ， 上 升 过 程 通 过 活 塞 杆 ， 提 升 杆 由 拉 杆 拖 动 垃 圾 桶支
17、架 和 垃 圾 桶 在 轨 道 内 上 升 ， 经 过 轨 道 的 变 化 最 终 完 成 倾 倒 过 程 。 以 下 是 装 车 机 构的 简 图 ：图2 垃圾车提升机构的结构简图Fig 2 Structural diagram of the garbage truck lifting mechanism由 上 图 可 知 提 升 机 构 主 要 由 液 压 缸 、 活 塞 杆 、 提 升 臂 、 拉 杆 、 垃 圾 桶 支 架 、 滑 块 连杆 、 滑 块 、 主 滑 轨 、 副 滑 轨 、 滚 轮 等 部 分 组 成 。 提 升 臂 分 别 与 车 体 、 活 塞 杆 、 拉 杆通 过
18、铰 链 点 连 接 ， 拉 杆 与 垃 圾 桶 支 架 铰 接 ， 垃 圾 桶 锁 连 在 垃 圾 桶 支 架 上 ， 垃 圾 捅 支架 与 滑 块 连 杆 铰 接 ， 滑 块 连 杆 与 四 个 滑 块 分 别 铰 接 ， 滑 块 与 滑 轨 接 触 且 沿 滑 轨 滑 动 。基 本 工 作 过 程 是 :液 压 系 统 通 过 液 压 泵 提 供 动 力 推 动 活 塞 杆 从 液 压 缸 中 伸 出 ， 通 过5活 塞 杆 与 提 升 臂 的 铰 链 点 将 动 力 传 递 给 提 升 臂 从 而 使 提 升 臂 摆 动 ， 提 升 臂 带 动 拉 杆向 上 运 动 ， 进 而 带 动
19、垃 圾 桶 沿 滑 轨 向 上 滑 动 。 当 上 端 滑 块 移 动 到 顶 端 曲 线 轨 道 末 端时 ， 上 端 滑 块 被 挡 住 停 止 ， 拉 杆 将 以 垃 圾 桶 支 架 与 滑 块 连 杆 铰 接 点 为 轴 拉 起 垃 圾 桶直 到 垃 圾 捅 倾 倒 掉 所 有 垃 圾 。 清 空 垃 圾 后 活 塞 杆 开 始 回 缩 ， 提 升 臂 反 方 向 摆 动 ， 使垃 圾 桶 退 回 到 初 始 位 置 ， 完 成 整 个 工 作 的 过 程 。5 传动结构设计由 以 上 分 析 可 知 ， 本 机 构 的 即 为 摇 杆 滑 块 机 构 和 四 杆 机 构 。 通 过
20、摇 杆 滑 块 机 构提 升 垃 圾 桶 ， 通 过 四 杆 机 构 的 传 动 实 现 了 垃 圾 桶 倾 倒 。 下 面 对 此 机 构 进 行 详 细 设 计 。5.1 摇杆滑块机构的尺寸确定垃圾装车过程要求并不高，只需完成所需的运动要求即可，故可用作图法设计此摇杆滑块机构和四杆机构。由第三节所给的垃圾车，垃圾桶的的尺寸可知垃圾车外 形尺 寸 为 742023002380（ mm） （ 长 宽 高 ） .同 时 ， 现 在 市 面 上 标 准 的 垃 圾桶 的 形 式 是 ： 容 积 120L， 自 重 110.4N， 外 形 尺 寸 6605701000（ mm） （ 长宽 高 ） 装
21、 载 重 量 1000N.垃 圾 的 装 车 过 程 实 际 上 是 两 个 四 杆 机 构 的 连 续 运 动 过程 ， 可 分 别 对 其 进 行 设 计 。根 据 以 上 数 据 ， 选 定 连 杆 的 长 度 为 1600mm， 连 架 杆 长 度 为 1400mm。图 3 本 设 计 摇 杆 滑 块 机 构 简 图Fig 3 The joystick slider mechanism of the design diagram6当 垃 圾 桶 处 于 A 位 置 时 是 滑 块 的 最 低 点 ， 随 着 垃 圾 桶 的 提 升 ， 滑 块 最 终 达 到B 点 ， 此 位 置 是
22、垃 圾 桶 开 始 翻 转 的 起 点 ， 即 轨 道 的 转 折 点 。 此 时 连 杆 的 另 一 端 从 C点 达 到 D 点 （ 在 不 干 涉 的 情 况 下 ， 规 定 的 一 个 点 ） ， 根 据 四 杆 机 构 的 作 图 设 计 法 ，连 接 CD 点 作 其 垂 直 平 分 线 ， 交 车 身 于 一 点 O， 即 为 连 架 杆 与 车 身 的 铰 接 点 。图 4 连 架 杆 与 车 身 铰 接 点 的 确 定Fig 4 With stand rod with the body hinge points to determine5.2 双摇杆机构的尺寸确定四杆机构完成
23、垃圾桶的倾倒，其连杆和连架杆和以上设计的摇杆滑块机构的相同，是摇杆滑块机构和四杆机构共用杆件。当垃圾桶支座滑倒 B 点（图4）时，进入过渡轨道，随轨道进一步滑动后，达到轨道的终点，利用轨道的终点止住垃圾桶支座继续前进，此时垃圾桶支座展开成四杆机构的另一连架杆，带动垃圾桶翻转。查 阅 相 关 资 料 ， 当 垃 圾 桶 与 水 平 线 成 35(垃 圾 的 安 息 角 ） 时 ， 垃 圾 才 会 全部 倾 倒 完 毕 。 根 据 垃 圾 的 入 口 确 定 轨 道 的 终 点 ， 选 定 其 到 连 架 杆 与 车 身 铰 接 点 的 距离 为 1100mm， 再 由 安 息 角 和 其 余 两
24、 杆 长 度 选 定 垃 圾 桶 支 座 的 长 度 为 500mm。 由上 图 可 知 ， 四 杆 机 构 翻 转 至 死 点 位 置 时 ， 垃 圾 桶 的 中 心 线 与 水 平 线 的 夹 角 是1800-380-900=52035， 故 可 以 实 现 垃 圾 的 完 全 倾 倒 。5.3 活塞缸安装位置的确定垃圾装车机构不工作时，盖板（实际为提升臂）处于水平状态。为了不与活塞缸位置发生干涉，应将活塞缸的安装位置设置在垃圾车罐体凹陷处。利用铰链与提升臂7连接。同时基于对活塞缸长度和减小提升臂所受的力的考虑，取提升臂与车身的铰接点 O 到提升臂与活塞缸的铰接点的距离为400mm，则由作
25、图法可得到活塞缸与车身的铰接点对 O 的相对位置如图6.图 5 四 杆 机 构 运 动 到 死 点 位 置 时 简 图Fig 5 Four kinematic diagram to the dead center position8图6 活塞缸在车身上的铰接点位置确定Fig 6 Pivot point position of the piston cylinder in the body of the vehicle6 垃圾桶提升机构运动与受力分析6.1 垃圾桶提升机构运动分析图 6.1 是垃圾桶提升机构运动简图.图中 O 点是提升机构的提升臂和垃圾车罐体的铰接点，A 为提升油缸活塞杆与提升臂
26、的铰接点， B 为提升油缸与垃圾车罐体的铰接点，C 为提升臂与拉杆的铰接点。9图 7 垃圾车提升机构的运动简图Fig 7 Garbage truck lifting mechanism kinematic diagrams由上图所示的几何关系可得：= 1l )2/cos(1322 l（1）式中： -提升油缸的计算长度；1l-提升油缸活塞杆与提升臂铰接点 A 点到 O 点的距离；2-提升油缸在提升机构罐体的铰接点 B 到 O 点的距离；3l-提升臂与竖直线的夹角；-提升油缸在罐体的铰接点 A 与 O 连线与水平面的夹角。1对式（1）求导：10wll1321)cos(（2）式中： -提升油缸活塞杆
27、伸缩速度；1l-提升臂绕坐标原点的旋转速度。w提升机构角速度与油缸活塞伸缩的速比为:= =- i1lw)cos(132l（3）6.2 垃圾桶提升机构受力分析垃圾车工作过程分为：一是垃圾桶即将被提起的状态;二是垃圾桶被提到滑轨末端开始倾倒垃圾的瞬间状态；三是垃圾桶倾倒完垃圾后的状态。为了防止在垃圾运输过程中发生第二次污染，将提升臂设计成盖板形式，当装车机构不工作时，提升臂盖在罐体的进口处。同时为了保证工作过程的平稳性，此机构应设计成两个，即双四杆机构分布在垃圾车的侧面。6.2.1 垃圾桶即将被提起状态提升机构受力分析图6.1为垃圾桶即将被提起状态提升机构受力关系图，为了计算方便，将垃圾桶和垃圾桶
28、支座看成一个质点，它们的重量定为垃圾桶最大载重的30%。此时垃圾桶处于将被提起的状态，在该状态下各构件的受力为: （1）垃圾桶支座的受力分析：将垃圾桶支座和垃圾桶和看成质点后，对质点进行分析，Y 轴方向 cos - cos = lgF2dg6G（4）X 轴方向 sin = sin dg6lg2（5）式中: 拉杆对垃圾桶支座的力；dgF轨道对垃圾桶支座的力；l112拉杆与竖直线之间的夹角，初始位置时，其取值是 0o；垃圾桶支座在轨道中的倾斜角度，初始位置时，取为 90o。6将各数据代入上面两式，联立可得 和 分别为：dgFl= /（sin cot -cos ）=0 NdgG626=Gsin /（
29、sin cot -cos ）sin =1300NlF6 22=arccos（ ） 5446sinl（6）式中： -拉杆与垃圾桶直接的铰接点到坐标 y 轴反向延长线的水平距离；6l提升臂实际计算臂长 l4 与 y 轴反向延长线的夹角，初始位置取值为481o；= - - 45（7）式中： 提升臂 OA 臂长 与提升臂 OC 臂长 之间的夹角.52l 4l12图 8 垃圾桶即将提起状态提升机构受力关系图Fig 8 Trash about to be instituted the state lifting mechanism force diagram(2)铰接点 C 的受力分析当不考虑自重时，拉杆
30、 是二力杆，故铰接点 C 点的受力为：5l= sin /（sin cot -cos ）sin =1300N lgG66262（8）(3)铰接点 A 点受力分析对 O 点取矩，提升机构对 B 点的作用力为 ，由力矩平衡得：1psin - sin（ 4+2）=0 3l1OBAlgF4（9）在三角形 OBA 中 = /2-+1,同时:A/sin = /sin l2lBA（10）代入式 （9）得；13= =2348.58N1p)-(sinF13224lg（4）铰接点 O 点受力对 A 点取矩有： = cos 2lFOlg7（11）式中： 拉杆与连杆臂垂直线的夹角，初始位置时取值为 460；7铰接点 O
31、 点受力； OF液压缸与提升臂的铰接点到 C 点的直线距离,为 1007mm。 7l则 = cos / =2273N OFlg72l6.2.2 垃圾桶处于其余位置受力情况简述垃圾桶提升至轨道的过渡段的开始时，也即是竖直轨道的终点，其受力分析可参照垃圾桶即将被提起状态提升机构受力分析进行计算。垃圾倾倒完毕后，机构的受力明显减小，其受力分析对机构杆件大小的没有意义，故不再赘述。7 主要零件的尺寸计算根据以往经验和实际情况选取杆件的材料为 Q235.其机械性能主要参数为弹性模量（E/ Gpa）：200-210，泊松比（ ）：0.25-0.33 ，抗拉强度（b/MPa）：375-500，屈服极限235
32、Mpa。第6节对机构的运动和受力分析，只是在垃圾桶处于最低点的位置的受力分析，但有其表达式进行估计，各力的大小不会超过该数值的120%。同时考虑到振动等情况，选取这些力的150%进行设计杆件尺寸。7.1 拉杆的尺寸设计在垃圾桶的提升过程中，拉杆受拉，其受力为 Flg=13001.5=1950（N） 。而在卸桶的过程中，拉杆受压，根据材料力学知识，只需对压杆的稳定性进行设计。此过程中，拉杆属于两端铰支的压杆类型。其临界压力 Fcr 为：= cr52lEI（12）式中： 材料的弹性模量，为 200Gpa；E14杆件截面对圆心的惯性矩，其计算公式为：II= /64)(4dD杆件的长度，为 1600m
33、m。5l取稳定安全因数 nst=5，并规定杆的外径为25mm，代入（12）求得其内径为19mm。7.2 盖板的尺寸设计盖板作为四杆机构的一根杆，由杆和焊接在其上的铁板组成，现设计其杆件。对于铁板没有强度要求。参照拉杆的尺寸设计，对其进行压杆稳定性的设计。其临界压力 Fcr 为：Fcr= 52lEI（13）式中：l 4拉杆与盖板铰接点到盖板与车身的铰接点的距离。同样取稳定安全系数 nst=5，并规定杆的外径为25mm。 代入 （12）求得其内径为：15mm。7.3 铰接点处销轴的设计提升机构中共有五个铰接点，每个铰接点出用销轴连接。下面从销轴的材料选取和直径大小对销轴进行设计。（1）销轴材料的选
34、取目前轴类零件使用的材料众多，普通碳钢有20钢、35钢、45 钢，其中标准大轴一般采用 35 钢；合金类材料常用的有40Cr 、35CrMo、 40CrNiMo ，其中40Cr 、35CrMo 更为常用。在上述钢材中45#和40Cr 是使用最广泛的，它的性能有很大的相同点，因此在工程中这两种钢材的使用也比较混乱。45 钢为优质碳素结构钢，碳含量为 0.42-0.50% ，抗拉强度为 650MPa，屈服点为 360Mpa， 这用钢经过调制之后具有高强度和高韧性的特点，其综合机械性能较好，且价格相对便宜，在轴类零件中使用较多。但是 45 钢属于低淬 透性钢，不适用于大轴类零件，其回火稳定性也不是很
35、好，回火之后强度和硬度下降较大。40Cr 为合金结构钢，碳含量为 0.37-0.45%，含铬 0.8-1.1% ，抗拉强度为 1000MPa，屈服点为 800Mpa 。由于合金元素 Cr 的加入，提高了钢的淬透性和回火脆性，这样 40Cr 可用于直径较大的销轴，并15且其强度、硬度、冲击韧性也比45钢高，但是 40Cr 的价格要比45钢贵。从上面可以看出在力学性能方面 40Cr 要明 显优于45钢，只是价格相对贵。因此若销轴的受力情况比较复杂的话，最好选择 40Cr，不复杂时可选45 钢。 在加工工艺方面，虽然在调制之前 45 钢的加工工艺性要比40Cr 好，但是在调制之后40Cr 的加工工艺
36、性要比45钢更好，所以从加工工艺上说选40Cr 是比较合理的。在耐磨性方面，有研究指出经过调制之后45钢和40Cr 与 GCr15 钢对磨时的摩擦因数基本相同,但45钢的磨损量要低于40Cr，即45钢的耐磨性要比40Cr 的耐磨性更好。因此，若销轴的磨损比较厉害时，因选45钢。 垃圾装车机构并非特殊要求的机构，综合力学性能，加工性能和经济要求，该机构选取45钢作为销轴的材料。（2）各销轴直径的设计由第六节的分析可知每个铰接点处的受力大小，下面从销轴的剪切应力设计各销轴的直径。铰接点 O 处销轴直径校核由结构的运动尺寸，选定该销轴的直径为 =20mm。od根据第六节受力分析以及销轴的受力情况可知
37、，销轴的最大剪切力为=0.51.5 =0.52273N1.5=3409.50.5N=1704.75。剪切应力的计算公式为：osFO24dFOS（14）查机械设计手册得45钢调质后的抗拉强度 p =650MP，许用剪应力为: = 0.6 650/1.48=263.5 MP 由 计算可知： 3mmd由于 0所以该销轴符合要求。 为了使各个铰链能够通用，方便换取，将每个铰链的直径取为统一大小。 8 液压系统设计8.1 液压负载分析和速度分析16第六节已对液压缸和车身的铰接点进行了受力分析，可知垃圾装车机构的工作负载转化到液压缸上约为1.5P 1=3522.87N。要求液压系统的起动换向时间为 t1=
38、0.2s，其余过程液压缸匀速伸长至四杆机构达到其死点，用时 t1=4.6s，达到终点后停止运动，制动时间为 t2=0.2s，此过程活塞杆共伸长646.7mm，从而可计算得起动和制动的加速度为 a=0.6736m/s2活塞杆缩回的过程是伸长过程的逆运动。从以上对活塞杆的速度要求，按起动制动时间和运动部件的重量计算得到惯性负载 =87.57N 和 Fa2=27.62N。取液压缸机械效率 =0.9.则液压缸工作阶段的负载循1a 环图（图9）和速度循环图（图10）如下:图9 负载循环图Fig 9 Duty Cycle Figure8.2 确定活塞缸主要参数（1）初选活塞缸的工作压力由最大负载值查表可知
39、，应取活塞缸的工作压力为1Mpa（2）计算液压缸结构参数为了使活塞缸伸出和缩回的速度相等，选用单出杆活塞缸差动链接的方式实现。设活塞缸两有效面积为 、 且有 。即有 =0.707 。同时，根据实际情况1A221AdD17选择背压为 =0.5Mpa。由起动时受力情况，根据其受力平衡方程，列出活塞缸的平1P衡方程：FAP21（15）带入数据可得：= /（ ）=4011.6/（110 60.25106）cm 2=53.49cm2 1AF15.0P（16）图10 速度循环图Fig 10 Speed cycle diagram则： = = =8.25cmDA453.49对 圆整取为83mm，则 =59m
40、m。计算出活塞缸的有效工作面积 =54.1cm2，Dd 1A=27.1cm2。2A（3）计算活塞缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率差动时活塞缸有杆腔的压力大于无杆腔的压力取腔间回路上及阀上的压力损失为0.5Mpa，则 P=P1+0.5Mpa。计算结果如下：表8.1 活塞缸工作循环个阶段压力和流量以及功率18Table 8.1 Cycle stages of pressure, flow and power of the piston and cylinder work工作循环 负载KN回油背压值 Mpa进油压力Mpa输入流量10-3m3s-1输入功率Kw加速 4011.6 2.48 1.98
41、 提升匀速 3914.3 2.44 1.94 0.365 0.89加速 486.24 0.5 1.18 下降匀速 455.56 0.5 1.17 0.365 0.438.3 拟定液压系统图根据液压系统的所要实现的要求，确定液压系统的工作图如下：图11 垃圾装车机构液压系统工作图Fig l1 The garbage Loading institutions hydraulic Systems Engineering Figure上图中：1油箱 2过滤器 3液压泵 4溢流阀1 5换向阀 196溢流阀2 7顺序阀 8液压缸 9-单向阀8.4 液压元件的选择1.液压泵及驱动电机的功率的确定已知液压缸最
42、大工作压力为2.48Mpa，去进油路上压力损失为1Mpa，则泵的最高工作压力为3.48Mpa，选择泵的额定压力应为3.48+3.4825%=4.35Mpa取系统的泄漏系数 K=1.2，则泵的最小供油量= =0.3651.2=0.438（m 3/s） minqaxK（17）式中： 泄漏系数，为1.2；泵的最小流量；minq系统输入的最大流量。ax即为：26.28 .i/L对照以上数据可选用 YB1-32，此液压泵为叶片泵，额定转速为 960r/min，容积效率为0.9，泵的额定流量27.216 ，满足以上要求。液压泵在提升阶段功率最大，min/L取液压泵的进油路上的压力损失为0.5Mpa，则液压
43、泵的输出压力为2.48Mpa。液压泵的总效率为0.8，则液压系统所需的功率为：= =2.4810627.21610-3/（600.8）=1406.16 P/pq W（18）式中： 液压系统所需功率；泵的输出压力；p泵的输出流量；q液压泵的总效率。由功率选择 Y112M-6-B5电动机，其额定功率为2.2 ，转速为940r/min，液KW压泵输出流量为26.649 ，满足要求。min/L2.过滤器和各类阀的选用根据实际的工作压力以及流量大小选用过滤器为 Wu-100125，溢流阀1的型号为 Y2-Ha10L，溢流阀2的型号为 Y2-Ha10L，单向阀为 A-Ha10L，顺序阀为 AXF3-10C
44、B 20，换向阀为34SMH10LT。3.油管直径的选择根据液压系统的流量和油管内油的流动速度，选用油管的直径。由以上的计算和选定的电动机可知系统的流量为27.216 ，而其流速为2m/s，故由 ，可min/LvqA/得其管子的半径为8.5mm。8.5 系统油液温升计算根据情况选择提升阶段为油温计算阶段，由以上计算可知，泵的工作状态压力为3.48 ，流量为26.28L/min，故可计算其功率为： =1905.3 。同时可计算液压Mpa 1PW缸的最小功率为 =4011.40.1347/60=9.0 。由此可计算的系统单位时间内FVPO的发热量为：= =1896.3 H01P（19）当油箱的高、
45、宽、长比例为1：1：1到1：2：3范围内，且油面高度为油箱高度的80%时，油箱散热面积近似为：=6.66 A32V（20）式中： 油箱有效容积；V油箱散热面积。A由前面的计算，取油箱的有效容积为627.216=163.296 ，即约为0.1633 ，L3m同时取散热系数为25 /（ ） 。则：Wcmo2KAHT/（21）式中： 系统温升；T系统单位时间的发热量；H散热系数；K散热面积。A将各式带入可得： =38.12 ，可知在工程机械的温升允许范围内。Tco219 结论本文以垃圾车装车部分机构作为研究对象，综合利用了机械原理，机械设计，材料力学，理论力学，液压传动等学科知识对其进行了机构设计，受力分析，零件强度的设计和校核，液压系统设计等。对垃圾装车机构进行了详细的设计，从本文中我们可以了解到：1）垃圾装车机构在垃圾提升阶段的受力分析；2）垃圾装车机构各零件的尺寸和结构设计；3）该机构的液压传动系统的泵，各类阀等液压辅助件的型号；4）该设计的传动方案以及该方案的设计。设计虽已完成，但必须承认的是本设计存在不足，这主要表现在一下几个方面：1）由于时间不足，未能做出实体模型对机构进行校核，须在今后进行实验校正；2
