后裝壓縮式垃圾車液壓系統(tǒng)設(shè)計
后裝壓縮式垃圾車液壓系統(tǒng)設(shè)計
摘要
本文主要介紹了后裝壓縮式垃圾車液壓系統(tǒng)的設(shè)計過程包括液壓方案擬定、液壓相關(guān)參數(shù)設(shè)計、液壓元件的設(shè)計、液壓系統(tǒng)圖的設(shè)計以及液壓系統(tǒng)性能的驗算等。同時也介紹了利用三維軟件UG建立后裝壓縮式垃圾車模型,導(dǎo)入ADAMS中對垃圾車的虛擬樣機進(jìn)行仿真,此課題對其進(jìn)行運動學(xué)分析,并對液壓系統(tǒng)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。
關(guān)鍵詞:后裝壓縮式垃圾車;液壓系統(tǒng)設(shè)計;虛擬樣機;ADAMS;仿真
引言
隨著我國的城鎮(zhèn)化建設(shè),城市生活垃圾的成分發(fā)生了很大的變化,垃圾的密度不斷下降,可壓縮性增加城市中的垃圾處理工作量變得越來越繁重,采用傳統(tǒng)的人工收集垃圾方式,耗時耗力,效率低。后裝壓縮式垃圾車開始得到重視,使用范圍越來越廣。
后裝壓縮式垃圾車是在壓縮垃圾車基礎(chǔ)上加裝后掛桶翻轉(zhuǎn)機構(gòu)或垃圾斗翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。由密封式垃圾廂、液壓系統(tǒng)、操作系統(tǒng)組成。整車為全密封型,自行壓縮、自行傾倒、壓縮過程中的污水全部進(jìn)入污水廂,較為徹底的解決了垃圾運輸過程中的二次污染的問題,具有壓力大、密封性好、操作方便、安全等優(yōu)點。
我國的垃圾車技術(shù)引自國外,現(xiàn)在技術(shù)日趨成熟,但我國的垃圾車缺乏自己的核心技術(shù),相關(guān)重要關(guān)鍵部件需靠進(jìn)口。后裝壓縮式垃圾車的壓縮裝置靠液壓系統(tǒng)來驅(qū)動,其液壓系統(tǒng)設(shè)計及其重要。隨這現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的發(fā)展,在機械設(shè)計過程中,三維建模技術(shù)與虛擬樣機仿真技術(shù)開始廣泛運用。這些技術(shù)能夠縮短開發(fā)周期,降低研究開發(fā)成本,更好地完善后裝壓縮垃圾車的技術(shù)。
第1章 緒論
1.1 后裝壓縮式垃圾車研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
后裝壓縮式垃圾車由密封式垃圾廂、液壓系統(tǒng)、操作系統(tǒng)組成。整車為全密封型,自行壓縮、自行傾倒、壓縮過程中的污水全部進(jìn)入污水廂,較為徹底的解決了垃圾運輸過程中的二次污染的問題,關(guān)鍵部件采用進(jìn)口部件,具有壓力大、密封性好、操作方便、安全等優(yōu)點。 可選配后掛桶翻轉(zhuǎn)機構(gòu)或垃圾斗翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。后裝壓縮式垃圾車大大提高了裝載量和效率,它的收集和壓縮過程基本都由液壓系統(tǒng)驅(qū)動。
垃圾收集方式簡便,一改城市滿街?jǐn)[放垃圾筒的臟亂舊貌,杜絕二次污染。壓縮比高、裝載量大,最大破碎壓力達(dá)12噸,裝載量相當(dāng)于同噸級排非壓縮垃圾的兩倍半。作業(yè)自動化,采用進(jìn)口電腦控制系統(tǒng),全部填裝排卸作業(yè)中需司機一人操作,不僅減輕環(huán)衛(wèi)工人的勞動強度,而且大大改善了工作環(huán)境。經(jīng)濟性好,專用設(shè)備工作時,電腦控制系統(tǒng)自動控制油門。雙保險系統(tǒng),作業(yè)系統(tǒng)具有電腦控制和手動操縱雙重功能,大大地保障和提高車輛的使用率。翻轉(zhuǎn)機構(gòu),可選裝配置帶垃圾筒(或斗)的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。然而后裝壓縮式垃圾車在使用過程中仍存在著一些問題,如作業(yè)噪聲大、密閉可靠性差、載質(zhì)量利用率低等。
隨著技術(shù)的發(fā)展,它的發(fā)展趨勢主要有以下幾點:
1)垃圾監(jiān)測系統(tǒng)
在壓縮式垃圾車工作過程中,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,在一般情況下是很難監(jiān)測的。通過加載垃圾監(jiān)測系統(tǒng),能隨時隨地檢測車輛負(fù)載的變化情況及垃圾是否填滿,為垃圾車駕駛員和管理者提供參考。這有利于提高垃圾車作業(yè)的科學(xué)性和行車安全性?同時也能減少工作人員的工作量、提高工作效率。國內(nèi)少數(shù)車型安裝了該系統(tǒng)。
2)翻桶機構(gòu)
配備全自動控制的翻桶機構(gòu)是壓縮式垃圾車發(fā)展的新方向。發(fā)達(dá)國家尤其是西歐及美國的壓縮式垃圾車都配備先進(jìn)的翻桶機構(gòu),可方便地實現(xiàn)對大小垃圾桶在不同位置的自動抓取、舉升和卸料。我國許多城已采用桶裝垃圾收集,但垃圾車配備的翻桶技術(shù)水平和靈活性不高。國外一些壓縮式垃級車的翻桶機構(gòu)可以"遠(yuǎn)離車廂",靈活主動抓取垃圾桶,而國內(nèi)垃圾車的翻桶機構(gòu)一般不能遠(yuǎn)離車廂,因此需將車廂緊貼垃圾桶,給駕駛者帶來難度。
3)液壓控制裝置
壓縮式垃圾車的液壓裝置應(yīng)具有以下特征:較小的節(jié)流損失:減少管路連接工作:無泄漏:可與其他液壓功能組合,如裝載機構(gòu)的液壓泵可以向抓鉗等系統(tǒng)供油。
4)綠色視覺效果
車輛的外觀造型及彩化已越來越受到環(huán)衛(wèi)部門的重視,一些適合不同城市品味的彩化的環(huán)衛(wèi)車輛已成為城市一道亮麗的風(fēng)景。通過對車輛外形和性能的改進(jìn),可消除或減輕視覺污染,避免或減少作業(yè)時對周圍環(huán)境和人員的影響,使環(huán)衛(wèi)車輛與作業(yè)環(huán)境相協(xié)調(diào)。
5)除臭滅菌
除臭滅菌技術(shù)在壓縮式垃圾車上的運用也是發(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)已在該類產(chǎn)品上成功運用。
6)分隔車廂
壓縮式垃圾車車身內(nèi)部結(jié)構(gòu)可按一定比例劃分為幾部分,這種結(jié)構(gòu)劃分使得壓縮式垃圾車可在同一次作業(yè)時收集并分隔幾種不同類型的垃圾??赏ㄟ^優(yōu)化垃圾收集路線,為垃圾分類回收提供更多的便利性。
1.2本課題研究內(nèi)容
對垃圾車的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計,液壓系統(tǒng)的設(shè)計包括液壓系統(tǒng)的功能原理設(shè)計和液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。液壓系統(tǒng)的功能原理設(shè)計要根據(jù)技術(shù)要求進(jìn)行系統(tǒng)功能設(shè)計,主要包括動力和運動分析,確定主要參數(shù),編制液壓執(zhí)行器工況圖,然后擬定液壓系統(tǒng)圖。組成元件的選定要盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)元件。最后,利用大型三維軟件建立垃圾車模型,導(dǎo)入ADAMS中對垃圾車的虛擬樣機進(jìn)行仿真,并對液壓系統(tǒng)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。
目前城市生活垃圾的處理問題,越來越受重視,垃圾圍城現(xiàn)象困擾人們生活。要處理垃圾首先需要收集轉(zhuǎn)運,以前的收集方式是先人力收集,然后采用普通的車運輸,效率低且裝載量少。壓縮時垃圾車大大提高了裝載量和效率,壓縮式垃圾車的收集和壓縮過程基本都由液壓系統(tǒng)驅(qū)動。本課題研究對象是后裝壓縮式垃圾車的液壓系統(tǒng)設(shè)計,研究對象應(yīng)用越來越廣泛,對于掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計流程幫助很大,另外對于改善垃圾車的工作效率和可靠性有一定的意義。
第2章 液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算
2.1 設(shè)計方案分析
后裝壓縮式垃圾車的壓縮裝置由壓縮機構(gòu)和裝填箱組成,對其壓縮裝置形式進(jìn)行分析,確定最佳方案。到目前為止,已經(jīng)研究開發(fā)和使用的壓縮機構(gòu)可分為五種形式:滑動刮板式、擺動刮板式、滑動一擺動刮板式、連桿刮板式、定軸轉(zhuǎn)動刮板式。一般認(rèn)為,機構(gòu)的運動件數(shù)、自由度數(shù)較多及裝填箱底板軌跡較復(fù)雜的機構(gòu)為復(fù)雜機構(gòu)。
表2-1 各機構(gòu)特征表
機構(gòu)名稱
機構(gòu)運動件數(shù)
機構(gòu)自由度
裝填箱底板軌跡特征
滑動刮板式
2
2
圓弧+直線
滑動—擺動刮板式
3
3
圓弧+直線
擺動刮板式
2
2
圓弧1+圓弧2
連桿刮板式
3
1
連桿曲線
定軸轉(zhuǎn)動刮板式
2
2
圓弧
從表1一1可以看出,滑動一擺動刮板機構(gòu)的構(gòu)造最復(fù)雜,而轉(zhuǎn)動刮板式的構(gòu)造較簡單。根據(jù)經(jīng)濟性和實際使用情況,選擇滑動刮板式壓縮機構(gòu)。
后裝壓縮式垃圾車主要機構(gòu)包括:車體、車廂、推板、推板油缸、滑板、滑板油缸、刮板、刮板油缸、裝填廂、舉升油缸。
后裝壓縮式垃圾車主要工作流程為:垃圾倒入裝填器,刮板轉(zhuǎn)動至上止點,回轉(zhuǎn)到位;滑板下行至下止點;刮板反向回轉(zhuǎn),刮入垃圾進(jìn)行初步壓縮,刮板運動至下止點時停止運動;滑板上行至上止點,將垃圾壓實到車廂內(nèi)的推板上;垃圾車裝滿垃圾進(jìn)入垃圾回收站,舉升油缸將裝填廂舉起;推板油缸推動推板將垃圾推出;舉升油缸復(fù)位,即裝填廂復(fù)位。根據(jù)其工作流程來確定動作順序,其中滑板油缸和刮板油缸之間要實現(xiàn)順序動作。
確定其主要參數(shù):選取車廂容積為13m3;根據(jù)《壓縮式垃圾車》CJ/T127—2000標(biāo)準(zhǔn),壓縮裝置在進(jìn)行壓縮垃圾的一個工作循序時不大于30s;采用車廂內(nèi)推板卸料的,從推板動作開始至卸料完畢的時間,對容積大于或等于12m3的垃圾車不大于45s,此處選取35s;液壓系統(tǒng)應(yīng)設(shè)安全閥,其調(diào)整壓力應(yīng)為系統(tǒng)最高工作壓力的110%。翻斗油缸工作行程430mm,時間4s;滑板油缸工作行程600mm,時間10s;刮板油缸工作行程300mm,時間5s;舉升油缸工作行程650mm,時間13s;推板油缸工作行程3000mm,時間35s。
2.2工況分析
工況分析是指對工作機構(gòu)的工作過程進(jìn)行運動分析和動力分析,以便了解其運動規(guī)律和負(fù)載特性。此處對后裝壓縮式垃圾車的工作油缸進(jìn)行分析即翻斗油缸、滑板油缸、刮板油缸、舉升油缸、推板油缸。
1.運動分析
運動分析是分析主機各工作機構(gòu)是以怎樣的運動規(guī)律來完成一個工作循環(huán)的,也就是分析液壓缸或液壓馬達(dá)的運動規(guī)律。如果是直線運動,要分析位移、速度隨時間的變化規(guī)律,繪制位移循環(huán)圖(L-t)和速度循環(huán)圖(v-t)。如果是旋轉(zhuǎn)運動,要分析角位移、角速度隨時間的變化規(guī)律,繪制角位移(θ-t)和角速度循環(huán)圖(ω-t)。此處對工作油缸進(jìn)行位移、速度分析,繪制位移循環(huán)圖(L-t)。
1) 翻斗油缸
圖2-1翻斗油缸位移循環(huán)圖
圖2-2翻斗油缸位移循環(huán)圖
2)滑板油缸
圖2-3滑板油缸位移循環(huán)圖
圖2-4滑板油缸速度循環(huán)圖
3)刮板油缸
圖2-5刮板油缸位移循環(huán)圖
圖2-6刮板油缸速度循環(huán)圖
4)舉升油缸
圖2-7舉升油缸位移循環(huán)圖
圖2-8舉升油缸速度循環(huán)圖
5)推板油缸
圖2-9 推板油缸位移循環(huán)圖
圖2-10 推板油缸速度循環(huán)圖
2.動力分析
動力分析是分析工作機構(gòu)在運動過程中的受力情況,也就是分析分析液壓缸或液壓馬達(dá)的負(fù)載情況,并繪制相應(yīng)的負(fù)載循環(huán)圖(F-t)。
工作機構(gòu)作直線運動時,液壓缸所要克服的負(fù)載為:
式中:Fe—工作負(fù)載;
Ff—摩擦負(fù)載;
Fi—慣性負(fù)載;
1)翻斗油缸
估算翻斗支架質(zhì)量m1為30Kg,每桶垃圾的質(zhì)量m2為80Kg,滑動摩擦系數(shù)為0.07。
N
N
N
其總負(fù)載為N。對總負(fù)載放大留余量,則取100KN。
圖2-11翻斗油缸負(fù)載循環(huán)圖
2)滑板油缸
估算滑板支架質(zhì)量m1為125Kg,刮板質(zhì)量m2為50Kg,滑動摩擦系數(shù)為0.07。
N,
N,
N,
其總負(fù)載N,對總負(fù)載放大留余量,則取100KN。
圖2-12滑板油缸負(fù)載循環(huán)圖
2) 刮板油缸
刮板質(zhì)量m1為50Kg,滑動摩擦系數(shù)為0.07。
N
N
N
對推板和刮板作受力分析,如圖2-13所示。
圖2-13 壓縮裝置受力分析圖
垃圾在填裝擠壓過程中,在滑板擠壓力FL作用下,受壓垃圾向左方移動,與此同時,廂壁作用在垃圾上的摩擦力Ff1方向與垃圾移動方向相反,其大小為:
式中:S1—車廂橫截面內(nèi)壁周長(m);
x—圖示的推進(jìn)長度(m);
p—垃圾的單位膨脹力(N/m2);
f—垃圾與壁面的綜合摩擦系數(shù)。
阻礙垃圾移動的另外一個阻力是垃圾重力引起的,記作Ff2,則有:
式中:S2—近似取車廂的寬度(m);
—垃圾的計算密度(kg/m3);
h—車廂高度(m);
若向前推進(jìn)垃圾,必須滿足下列條件:
即
當(dāng)結(jié)構(gòu)尺寸確定后,、和已知。、、則隨壓縮程度,垃圾成分不同而變化,因此它們的確切數(shù)據(jù)很難確定。通過試驗,KN/m。
設(shè),—推板行程mm
—裝填角,
KN
其總負(fù)載為KN,對總負(fù)載放大留余量,則取200KN。
圖2-13刮板油缸負(fù)載循環(huán)圖
4)舉升油缸
估算裝填廂質(zhì)量為2000Kg,滑動摩擦系數(shù)為0.07。
N
N
N
其總負(fù)載為N,對總負(fù)載放大留余量,則取200KN。
圖2-14舉升油缸負(fù)載循環(huán)圖
5)推板油缸
估算推板質(zhì)量為350Kg,滑動摩擦系數(shù)為0.07,車廂容積為13m3,垃圾密度為0.45t/m3。
N
N
N
其總負(fù)載為N,對總負(fù)載放大留余量,則取180KN。
圖2-15推板油缸負(fù)載循環(huán)圖
2.3確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)
1.初選系統(tǒng)工作壓力
液壓系統(tǒng)工作壓力選定是否合理,直接關(guān)系到整個液壓系統(tǒng)設(shè)計的合理程度。在液壓系統(tǒng)功率一定的情況下,若壓力選的過低,則液壓元、輔件的尺寸和自重就會增加;若壓力選的較高,則尺寸和自重會相應(yīng)減少。例如,飛機液壓系統(tǒng)的工作壓力從21MPa提高到28MPa,則其自重下降約5%,其體積將減小13%。然而,若液壓系統(tǒng)壓力選的過高,由于對制造液壓元、輔件的材質(zhì)、密封、制造精度等要求的提高,反而會增大系統(tǒng)的尺寸和自重,其效率和使用壽命也會相應(yīng)下降,因此不能一味的追求高壓。表2-2所示為目前我國幾類機器常用的液壓系統(tǒng)工作壓力。根據(jù)表2-2的數(shù)據(jù),初選系統(tǒng)壓力P=13MPa。
表2-2 我國目前幾類機器常用的液壓系統(tǒng)工作壓力
設(shè)備類型
機床
農(nóng)業(yè)機械、小型工程機械、工程機械的輔助機構(gòu)等
壓力機,中、大型挖掘機,重型機械,起重運輸機械等
系統(tǒng)壓力/MPa
磨床
組合機床
龍門刨床
拉床
0.8~2
3~5
2~8
8~10
10~16
20~32
2.計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸
根據(jù)需要的液壓缸的理論輸出F和系統(tǒng)選定的供油壓力p來計算缸筒內(nèi)徑D(m),計算公式如下:
(2-1)
式中:F—液壓缸的理論輸出力(N);
p—供油壓力(MPa)。
對于活塞桿直徑可以按經(jīng)驗公式來初步選定活塞桿直徑,經(jīng)驗公式如下:
(2-2)
在此處確定為。
1)翻斗油缸
翻斗油缸負(fù)載F=100KN,根據(jù)公式(2-1)計算得D=99mm,根據(jù)表2-3選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸D=100mm;根據(jù)公式(2-2)得d=25mm,根據(jù)表2-4選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸d=25mm。
表2-3缸筒內(nèi)徑尺寸系列(mm)
8
40
125
(280)
10
50
(140)
320
12
63
160
(360)
16
80
(180)
400
20
(90)
200
(450)
25
100
(220)
500
32
(110)
250
注:1.圓括號內(nèi)尺寸為非優(yōu)先選用者。
2.內(nèi)徑上限可擴展,按R10優(yōu)先數(shù)系列選用。
表2-4活塞桿外徑尺寸系列
4
20
56
160
5
22
63
180
6
25
70
200
8
28
80
220
10
32
90
250
12
36
100
280
14
40
110
320
16
45
125
360
18
50
140
注:直徑上限可擴展,按R20優(yōu)先數(shù)系列選用。
3) 滑板油缸
滑板油缸負(fù)載F=100KN,根據(jù)公式(2-1)計算得D=99mm,根據(jù)表2-3選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸D=100mm;根據(jù)公式(2-2)得d=25mm,根據(jù)表2-4選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸d=25mm。
3)刮板油缸
刮板油缸負(fù)載F=200KN,根據(jù)公式(2-1)計算得D=140mm,根據(jù)表2-3選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸D=160mm;根據(jù)公式(2-2)得d=40mm,根據(jù)表2-4選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸d=40mm。
4)舉升油缸
舉升油缸負(fù)載F=200KN,根據(jù)公式(2-1)計算得D=140mm,根據(jù)表2-3選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸D=160mm;根據(jù)公式(2-2)得d=40mm,根據(jù)表2-4選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸d=40mm。
5)推板油缸
推板油缸由于行程較長,采用二級油缸。推板油缸負(fù)載F=180KN,根據(jù)公式(2-1)計算得D1=133mm,根據(jù)表2-3選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸D=160mm;根據(jù)公式(2-2)得d=25mm,根據(jù)表2-4選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸d=25mm,二級缸筒內(nèi)徑D2=125mm。
3.計算液壓缸的流量
根據(jù)活塞橫截面積和液壓缸運動速度來計算液壓缸流量。計算公式如下:
(2-3)
(2-4)
式中:D—缸筒內(nèi)徑;
d—活塞桿直徑;
Vmax—液壓缸的最大運動速度。
1)翻斗油缸
翻斗油缸缸筒內(nèi)徑D=100mm ,活塞桿直徑d=25mm,液壓缸最大運動速度Vmax=108mm/s。根據(jù)公式(2-3)和(2-4)得q1=8.47810-4m3/s、q2=7.94810-4m3/s。
2)滑板油缸
滑板油缸缸筒內(nèi)徑D=100mm ,活塞桿直徑d=25mm,液壓缸最大運動速度Vmax=60mm/s。根據(jù)公式(2-3)和(2-4)得q1=4.7110-4m3/s、q2=4.4210-4m3/s。
3)刮板油缸
刮板油缸缸筒內(nèi)徑D=160mm ,活塞桿直徑d=40mm,液壓缸最大運動速度Vmax=60mm/s。根據(jù)公式(2-3)和(2-4)得q1=1.20610-3m3/s、q2=1.13010-3m3/s。
4)舉升油缸
舉升油缸缸筒內(nèi)徑D=160mm ,活塞桿直徑d=40mm,液壓缸最大運動速度Vmax=50mm/s。根據(jù)公式(2-3)和(2-4)得q1=1.00410-4m3/s、q2=0.94210-4m3/s。
5)推板油缸
滑板油缸缸筒內(nèi)徑D=160mm ,液壓缸最大運動速度Vmax=60mm/s。根據(jù)公式(2-3)得q1=1.72810-3m3/s。
4.繪制液壓系統(tǒng)工況圖
工況圖包括壓力循環(huán)圖、流量循環(huán)圖和功率循環(huán)圖。它們是調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)、選擇液壓泵、閥等元件的依據(jù)。
1) 壓力循環(huán)圖—(p-t)圖 通過最后確定的液壓執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸,在根據(jù)實際載荷的大小,倒求出液壓執(zhí)行元件在其動作循環(huán)各階段的工作壓力,然后把它們繪制成(p-t)圖。
2) 流量循環(huán)圖—(qv-t)圖 根據(jù)已確定的液壓缸有效工作面積或液壓馬達(dá)的排量,結(jié)合其運動速度算出它在工作循環(huán)中每一階段的實際流量,把它繪制成qv-t)圖。若系統(tǒng)有多個液壓執(zhí)行元件同時工作,要把各自的流量圖疊加起來繪制出總的流量循環(huán)圖。
3) 功率循環(huán)圖—(P-t)圖 繪制壓力循環(huán)圖和總流量循環(huán)圖后,根據(jù)P=pqv,即可繪出系統(tǒng)的功率循環(huán)圖。
4.1壓力循環(huán)圖
1)翻斗油缸
圖2-16翻斗油缸壓力循環(huán)圖
2)滑板油缸
圖2-17滑板油缸壓力循環(huán)圖
3)刮板油缸
圖2-18刮板油缸壓力循環(huán)圖
4)舉升油缸
圖2-19舉升油缸壓力循環(huán)圖
5)推板油缸
圖2-20推板油缸壓力循環(huán)圖
4.2流量循環(huán)圖
1)翻斗油缸
圖2-21翻斗油缸流量循環(huán)圖
2)滑板油缸
圖2-22滑板油缸流量循環(huán)圖
3)刮板油缸
圖2-23刮板油缸流量循環(huán)圖
4)舉升油缸
圖2-24舉升油缸流量循環(huán)圖
5)推板油缸
圖2-25推板油缸流量循環(huán)圖
4.3功率循環(huán)圖
1)翻斗油缸
圖2-26翻斗油缸功率循環(huán)圖
2)滑板油缸
圖2-27滑板油缸功率循環(huán)圖
3)刮板油缸
圖2-28刮板油缸功率循環(huán)圖
4)舉升油缸
圖2-29舉升油缸功率循環(huán)圖
5)推板油缸
圖2-30推板油缸功率循環(huán)圖
第3章制定液壓系統(tǒng)圖
3.1油路液壓方案圖
1)翻斗油路
圖3-1翻斗油路液壓方案圖
2)滑板和刮板油路
從前面的機構(gòu)動作流程可得出,滑板和刮板之間要實現(xiàn)順序動作。
圖3-2滑板和刮板油路液壓方案圖
3)舉升油路
圖3-3舉升油路液壓方案圖
4)推板油路
圖3-4推板油路液壓方案圖
3.2制定總液壓系統(tǒng)圖
根據(jù)以上方案圖,制定出液壓系統(tǒng)圖
圖3-5液壓系統(tǒng)圖
第4章 液壓元件的選擇與專用件的設(shè)計
4.1液壓泵的選擇
1.確定液壓泵的最大工作壓力pp
(4-1)
式中:p1—液壓缸或液壓馬達(dá)最大工作壓力;
—從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間的總的管路損失。
的準(zhǔn)確計算要待元件選定并繪出管路圖時才能進(jìn)行,初算時可按經(jīng)
驗數(shù)據(jù)選?。汗苈泛唵巍⒘魉俨淮蟮?,取=(0.2~0.5)MPa;
管路復(fù)雜,進(jìn)口有調(diào)速閥的,取=(0.5~1.5)MPa。取
=1.0MPa,p1=13MPa;則MPa。
2.確定液壓泵的流量qvp
多液壓缸或液壓馬達(dá)同時工作時,液壓泵的輸出流量為:
(4-2)
式中:K—系統(tǒng)泄漏系數(shù),一般取K=1.1~1.3;
—同時動作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量,可從(qV-t)圖上查得。對于在工作過程中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng),還須加上溢流閥的最小溢流量,一般取0.510-4m3/s。
取K=1.2,m3/s。則 m3/s。
3.選擇液壓泵的規(guī)格
根據(jù)以上求得的pP和qVP值,按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式,從產(chǎn)品樣本或本手冊中選擇相應(yīng)的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲備,所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25% ~60%。p=13(1+25%)~13(1+60%)=16.25 ~20.8MPa,選用外嚙合單級齒輪泵CBF-F32。
4.2液壓閥的選擇
根據(jù)以上計算從參考文獻(xiàn)[3]、[4]、[5]中選取合適的液壓的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。其選出的規(guī)格列在表4-1
表4-1
序號
名稱
選用規(guī)格
1
三位四通電磁換向閥
34DF30-E10B
2
三位四通電磁換向閥
34DF30-E16B
3
三位四通電磁換向閥
34DF30-E16B
4
三位四通電磁換向閥
S-DSG-03-3C2-D24-50
5
減壓閥
JF-L32H
6
減壓閥
JF-L32H
7
減壓閥
JF-L32H
8
減壓閥
JF-L32H
9
減壓閥
JF-L32H
10
溢流閥
YF-B20H
11
溢流閥
YF-B20B
12
節(jié)流閥
LF-B20C
13
節(jié)流閥
LF-B20C
14
節(jié)流閥
LF-B32C
15
單向節(jié)流閥
LDF-B20C
16
單向節(jié)流閥
LDF-B20C
17
順序閥
XD2F-L20H
18
順序閥
XD2F-L20H
19
液控單向閥
DFY-B20H1
20
液控單向閥
DFY-B20H1
21
單向調(diào)速閥
QA-H20
22
單向閥
DF-B20K1
4.3管道尺寸的確定
1.管道內(nèi)徑計算
(4-3)
式中:—通過管道內(nèi)的流量(m3/s);
—管內(nèi)允許流速(m/s),見表4-2。
表4-2
管道
推薦流速/(m/s)
液壓泵吸油管道
0.5 ~1.5,一般常取1以下
液壓系統(tǒng)壓油管道
3 ~6,壓力高,管道短,粘度小取大值
液壓系統(tǒng)回油管道
1.5 ~2.6
計算出內(nèi)徑d后,按標(biāo)準(zhǔn)系列選取相應(yīng)的管子。
1)翻斗油路
根據(jù)公式(4-3)計算得d1為16.43mm,選取管道標(biāo)號為A192S-23;d2為15.91mm,選取管道標(biāo)號為A166S-27。
2) 刮板油路
根據(jù)公式(4-3)計算得d1為19.60mm,選取管道標(biāo)號為A226S-24;d2為18.97mm,選取管道標(biāo)號為A196S-23。
3)滑板油路
根據(jù)公式(4-3)計算得d1為12.25mm,選取管道標(biāo)號為A136S-30;d2為11.86mm,選取管道標(biāo)號為A136S-30。
4)舉升油路
根據(jù)公式(4-3)計算得d1為17.88mm,選取管道標(biāo)號為A192S-23;d2為17.32mm,選取管道標(biāo)號為A192S-23。
5)推板油路
根據(jù)公式(4-3)計算得d為23.46mm,選取管道標(biāo)號為A256S-22。
4.4油箱容量的確定
初始設(shè)計時,先按經(jīng)驗公式(4-4)確定油箱的容量,待系統(tǒng)確定后,在按散熱的要求進(jìn)行校核。油箱容量的經(jīng)驗公式為:
(4-4)
式中:—液壓泵每分鐘排出壓力油的容積(m3);
—經(jīng)驗系數(shù),見表4-3。
表4-3經(jīng)驗系數(shù)
系統(tǒng)類型
行走機械
低壓系統(tǒng)
中壓系統(tǒng)
鍛壓系統(tǒng)
冶金機械
1~2
2~4
5~7
6~12
10
根據(jù)公式(4-4)得,m3。
第5章液壓系統(tǒng)性能驗算
5.1液壓系統(tǒng)壓力損失
壓力損失包括管路的沿程損失,管路的局部壓力損失和閥類元件的局部損失,總的壓力損失為
(5-1)
(5-2)
(5-3)
(5-4)
式中:—管道長度(m);
—管道內(nèi)徑(m);
—液流平均速度(m/s);
—液壓油密度(kg/m3)
—沿程阻力系數(shù);
—局部阻力系數(shù);
qV—閥的額定流量(m3/s);
qV——通過閥的實際流量(m3/s);
—閥的額定壓力損失(Pa)。
系統(tǒng)的調(diào)整壓力
(5-5)
式中:—液壓泵的工作壓力或支路的調(diào)整壓力。
根據(jù)公式(5-2)、(5-3)、(5-4)計算得出,
1.管路的沿程損失
翻斗油路Pa、Pa;刮板油路Pa、Pa;滑板油路Pa、Pa;舉升油路Pa、Pa;推板油路Pa、Pa。
則總的管路的沿程損失Pa。
2.管路的局部壓力損失
翻斗油路Pa;刮板油路Pa;滑板油路Pa;舉升油路Pa;推板油路Pa。
則管路的局部壓力損失Pa。
3.閥類元件的局部損失
三位四通電磁換向閥
1號34DF30-E10B MPa;2號34DF30-E16B MPa;3號34DF30-E16B MPa;4號S-DSG-03-3C2-D24-50 MPa。
減壓閥
5號JF-L32H MPa;6號JF-L32H MPa;7號JF-L32H MPa;8號JF-L32H MPa;9號JF-L32H MPa。
溢流閥
10號YF-B20H MPa;11號YF-B20B MPa。
節(jié)流閥
12號LF-B20C MPa;13號LF-B20C ;14號LF-B20C MPa。
單向節(jié)流閥
15號LDF-B20C MPa;16號LDF-B20C MPa。
順序閥
17號XD2F-L20H MPa;18號XD2F-L20H MPa。
液控單向閥
19號DFY-B20H1 MPa;20號DFY-B20H1 MPa。
單向調(diào)速閥
21號QA-H20 MPa。
單向閥
22號DF-B20K1 MPa。
以上的相加得出MPa。
3.總的壓力損失為
根據(jù)以上數(shù)據(jù)的結(jié)果用公式(5-1)得出MPa;根據(jù)公式(5-5)計算的MPa,在前面的液壓泵初選時其確定的CBF-F32的額定壓力為20MPa大于15.6MPa,則液壓泵的額定壓力符合要求。
5.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算
1.計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率
液壓系統(tǒng)工作時,除執(zhí)行元件驅(qū)動外載荷輸出有效功率外,其余功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量,使油溫升高。使用下式計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率
(5-6)
(5-7)
(5-8)
式中:Pr—液壓系統(tǒng)的總輸入功率;
Pc—輸出的有效功率;
Tt—工作周期(s);
z、n、m—分別為液壓泵、液壓缸、液壓馬達(dá)的數(shù)量;
pi、qVi、—第i臺泵的實際輸出壓力、流量、效率;
ti—第i臺泵工作時間(s);
TWj、、tj—液壓馬達(dá)的外載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、工作時間(NM、rad/s、s);
FWj、si—液壓缸外載荷及驅(qū)動此載荷的行程(NM)。
根據(jù)公式(5-7)KW;
根據(jù)公式(5-8)根據(jù)公式(5-6)
KW
2.計算液壓系統(tǒng)的散熱功率
液壓系統(tǒng)主要通過油箱表面來散熱,其計算發(fā)熱功率公式如下
( 5-9)
(5-10)
(5-11)
式中:K1—油箱散熱系數(shù)(W/(m2℃)),見表5-1
K2—管路散熱系數(shù)(W/(m2 ℃)),見表5-2
A1、A2—分別為油箱、管道的散熱面積(m3);
—油箱與環(huán)境溫度之差(℃)。
表5-1油箱散熱系數(shù)(W/(m2℃))
冷卻條件
K1
通風(fēng)條件很差
8~9
通風(fēng)條件良好
15~17
用風(fēng)扇冷卻
23
循環(huán)水強制冷卻
110~170
前面初步求得油箱的有效容積為0.32m3,根據(jù)公式(5-10)得m3;取、、,計算公式(5-11)得m3;此處不計算管道散熱功率,根據(jù)公式(5-9)得KW;由此可見,油箱的散熱滿足不了要求,有因為管道散熱極小,需另設(shè)冷卻器。
3.冷卻器所需冷卻面積的計算
冷卻面積為:
(5-12)
式中:—傳熱系數(shù),用管式冷卻器時,?。╓/(m2 ℃));
—平均溫升,。
取油進(jìn)入冷卻器的溫度℃,油流出冷卻器的溫度℃,冷卻水入口溫度℃,冷卻水出口溫度℃。則:℃
根據(jù)公式(5-12)得所需冷卻器的散熱面積m3;考慮到冷卻器長期使用時,設(shè)備腐蝕和油垢,水垢對傳熱的影響,冷卻面積應(yīng)比計算值大30%,實際選用冷卻器面積為m3。
第6章后裝壓縮式垃圾車虛擬樣機建模的ADAMS仿真分析
6.1基于UG的后裝壓縮式垃圾車三維建模與裝配
利用UG6.0對后裝壓縮式垃圾車主要結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行建模,建模完成后進(jìn)行總裝配。其主要機構(gòu)模型圖如圖6-1所示。
車廂 刮板
滑板 推板
裝填廂 油缸
圖6-1后裝壓縮式垃圾車主要結(jié)構(gòu)部件三維模型圖
將各零部件組裝,其最終裝配圖如圖6-2所示
圖6-2后裝壓縮式垃圾車主要結(jié)構(gòu)部件總裝配圖
6.2在ADAMS中導(dǎo)入幾何模型進(jìn)行仿真
將后裝壓縮式垃圾車主要結(jié)構(gòu)部件總裝配文件導(dǎo)出為x_t文件。其操作過程如圖6-3所示,選中部件導(dǎo)出。
圖6-3將三維模型文件文件導(dǎo)出為x_t文件
在ADAMS中導(dǎo)入上面的x_t文件,點擊File中的import導(dǎo)入x_t文件。導(dǎo)入結(jié)果如圖6-4所示
圖6-4導(dǎo)入結(jié)果圖
對其設(shè)置材料屬性、添加約束和驅(qū)動,為模擬液壓缸的運動,這里使用step函數(shù)。在ADAMS中,step函數(shù)的句法如下:
step(x,x0,h0,x1,h1)
其中:x—獨立變量
x0—變量的初始值
h0—函數(shù)的初始值
x1—變量的終止值
h1—函數(shù)的終止值
翻斗油缸的驅(qū)動函數(shù)為step(time,0,0,4,-320)+step(time,4,0,8,320);
刮板油缸的驅(qū)動函數(shù)step (time,8,0,13,210)+step(time,23,0,28,-210);
滑板油缸的驅(qū)動函數(shù)為step(time,13,0,23,470) +step(time,28,0,38,-470);
舉升油缸的驅(qū)動函數(shù)為step(time,38,0,51,390)+step(time,86,0,99,-390);
推板油缸中的二級油缸驅(qū)動函數(shù)為step(time,51,0,68,-900)+step(time,99,0,116,900),
活塞桿驅(qū)動函數(shù)為step(time,68,0,85,-800)+step(time,116,0,134,800)。
進(jìn)行求解運算,觀察模型動畫,各機構(gòu)的動作順序和方式和物理樣機一致。
6.3運動學(xué)仿真結(jié)果
利用ADAMS的postprocessor,進(jìn)行結(jié)果后處理,得出相應(yīng)的曲線。得出的曲線圖如圖6-5所示。
刮板質(zhì)心速度曲線
刮板質(zhì)心加速度曲線
滑板質(zhì)心速度曲線
推板質(zhì)心速度曲線
圖6-5曲線圖
結(jié)論與展望
通過本課題的研究設(shè)計,詳細(xì)的了解了后裝壓縮式垃圾車的的設(shè)計過程和基本的液壓系統(tǒng)設(shè)計過程。液壓系統(tǒng)的設(shè)計牽涉到多方面的問題,如液壓裝置的結(jié)構(gòu)形式同樣需要考慮。在設(shè)計后裝壓縮式垃圾車的過程中考慮到各液壓負(fù)載機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式,如翻斗支架、刮板、滑板、推板等。在此課題中使用三維軟件UG進(jìn)行虛擬樣機的建模,這樣可以很好的觀察出液壓裝置在整機內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計形式是否合適和完善。三維模型設(shè)計的使用可以很好的方便裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計,容易修改,能夠很好的節(jié)省設(shè)計時間和成本。隨著技術(shù)的發(fā)展,虛擬樣機技術(shù)將得到普遍的應(yīng)用。在設(shè)計過程中我們不光要考慮其結(jié)構(gòu)形式,同時也要考慮其靜力學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)等各方面上的性能。在這些方面,使用ADAMS軟件進(jìn)行仿真,得出分析結(jié)果,在本課題中對其進(jìn)行了運動學(xué)分析。此類技術(shù)使用能夠更好地設(shè)計和完善產(chǎn)品。
我國目前的后裝壓縮式垃圾車基本上參照國外成熟的技術(shù),缺乏自己的核心技術(shù)和創(chuàng)新能力。垃圾車工作環(huán)境較惡劣、載荷情況多變。垃圾車物理樣機試驗則需要模擬不同工況,耗時耗力。加大研發(fā)周期和成本。而利用現(xiàn)代設(shè)計方法(如三維建模,虛擬樣機仿真技術(shù))可以很好的解決這方面的問題。本課題在設(shè)計過程中,采用了三維建模和虛擬樣機技術(shù),很方便的解決了其結(jié)構(gòu)問題和在運動學(xué)上的分析。
由于作者的學(xué)術(shù)水平和自身能力有限,在使用ADAMS中,對后裝壓縮式垃圾車的液壓系統(tǒng)的分析仍存在一些不完善的地方;本課題只進(jìn)行了運動學(xué)分析,像推板、刮板受力較大的部件應(yīng)該進(jìn)行靜力學(xué)分析,來改善這些部件的結(jié)構(gòu)形式;也可以對液壓缸進(jìn)行動力學(xué)分析;仿真用的三維模型較為簡陋有待完善。
隨著我國的城鎮(zhèn)化的發(fā)展,我們必然面臨著城市垃圾的回收問題,而普通垃圾收集方式耗時耗力,效率不高,垃圾車必然得到大規(guī)模應(yīng)用。則需要我們對垃圾車進(jìn)行深入的研究。
致謝
首先衷心感謝我的指導(dǎo)老師徐振法老師,在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計過程中,自始至終都得到了徐老師
在畢業(yè)論文完成之時,我謹(jǐn)向所有關(guān)心、指導(dǎo)和幫助。徐老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng),敏銳的科研眼光,深深的影響了我。
感謝各位老師對我的論文進(jìn)行評審,向所有關(guān)心、指導(dǎo)和幫助過我的老師和同學(xué)們致以最誠摯的感謝!
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附錄A一篇引用的外文文獻(xiàn)及其譯文
附錄B 列入的主要參考文獻(xiàn)的題錄及摘要或參考文獻(xiàn)原文
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本手冊主要內(nèi)容包括:液壓泵與液壓馬達(dá)、液壓缸、液壓閥、伺服控制元件、電液比例元件與數(shù)字元件、液壓輔件、液壓油及其污染控制、液壓元件測試技術(shù)、液壓設(shè)備故障處理、常用液壓標(biāo)準(zhǔn)。
[4]張利平.液壓閥原理、使用與維護(hù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.
本書主要內(nèi)容包括:液壓控制閥概論、方向控制閥、壓力控制閥、流量控制閥、疊加閥、插裝閥、電液伺服控制閥、電液比例控制閥、電液數(shù)字控制閥、液壓控制裝置的集成化、液壓閥常用標(biāo)準(zhǔn)資料。
[5]杜國森.液壓元件產(chǎn)品樣本[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000.
本樣本主要匯編了國內(nèi)主要液壓件廠家的產(chǎn)品,包括:各種液壓泵和液壓馬達(dá)、液壓缸、中高壓液壓閥、液壓裝置、液壓機具、液壓附件等。本樣本中的液壓閥部分按產(chǎn)品系列列出。
[6]左朝永.后裝壓縮式垃圾車壓縮裝置設(shè)計研究與仿真分析[D].廣西:廣西大學(xué),2008.
本文是圍繞廣西自然科學(xué)基金資助項目“城市生活垃圾壓縮特性研究及垃圾壓縮機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計”展開的。壓縮裝置是后裝壓縮式垃圾車的核心、關(guān)鍵部件之一,其性能直接關(guān)系到垃圾車的裝填容積和整車質(zhì)量等,課題研究目的是揭示壓縮裝置的特性及其相關(guān)參數(shù)對裝置性能的影響,設(shè)計出適合我國國情的高壓縮比、可靠性好且結(jié)構(gòu)簡單合理的壓縮裝置。論文的主要工作如下:
1、通過壓縮裝置型式的綜合分析和方案的優(yōu)選,確定了壓縮機構(gòu)的最終方案,對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了具體設(shè)計與計算;針對裝填角的大小對垃圾的壓縮程度和垃圾車的裝載量有著至關(guān)重要的影響等,使用ADAMS宏命令等,創(chuàng)建ADAMS下的n個參數(shù)化虛擬樣機仿真模型,通過計算、仿真和綜合評價確定了壓縮裝置的裝填角為480。
2、根據(jù)運動功能要求,對刮板機構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,確定了相關(guān)參數(shù)的具體值;對裝填角為48。的參數(shù)化模型進(jìn)行設(shè)計研究與參數(shù)優(yōu)化,最終確立了各個關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點的參數(shù)值。
3、借助Pro/E和AutoCAD工具,設(shè)計了該裝置的全套圖紙和完整的虛擬樣機模型,并將虛擬樣機模型導(dǎo)入到ADAMS中進(jìn)行了仿真分析,獲得了運動學(xué)與動力學(xué)仿真結(jié)果;同時為壓縮裝置關(guān)鍵部件的有限元分析提供了載荷數(shù)據(jù)。
4、在ANSYS軟件中建立刮板的有限元分析模型,獲得刮板在4種工況下的變形與應(yīng)力結(jié)果,結(jié)合分析結(jié)果對刮板進(jìn)行了局部調(diào)整和改進(jìn);最后利用ANSYS分析了各工作液壓缸選型的正確性。上述分析的相關(guān)方法和結(jié)論,有助于后裝壓縮式垃圾車的工程設(shè)計
與改進(jìn),對產(chǎn)品的研發(fā)和提高產(chǎn)品質(zhì)量有著重要指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞:壓縮式垃圾車壓縮裝置優(yōu)化設(shè)計虛擬樣機仿真
[8]王國強,張進(jìn)平,馬若?。摂M樣機技術(shù)及其在ADAMS上的實踐[M].西安:西北
工業(yè)大學(xué)出版社,2002.
本書介紹了多體系統(tǒng)動力學(xué)理論及ADAMS軟件在工程的應(yīng)用。其主要內(nèi)容包括:多體系統(tǒng)動力學(xué)的基礎(chǔ)理論、ADAMS軟件概述、ADAMS/View基本使用方法、ADAMS/PostProcessor基本使用方法、ADAMS/Hydraulics基本使用方法、ADAMS在汽車工業(yè)中的應(yīng)用、ADAMS在鐵道工業(yè)中的應(yīng)用、ADAMS在航天航空工業(yè)中的應(yīng)用、ADAMS在機械工業(yè)中的應(yīng)用。
[11]郝東岳,王新艷,候濤. 后裝壓縮式垃圾車液壓系統(tǒng)設(shè)計[J]. 專用汽車,2010,(06):
48-51
摘要:綜述了后裝壓縮式垃圾車的液壓系統(tǒng)方案設(shè)計,分析其專用裝置的工作特點,提出液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求,根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行液壓元件的選擇,并擬定出控制回路的不同方案。通過分析比較選擇運動平穩(wěn)性、安全性更好地方案,組成綜合性能優(yōu)異的整車回路,以求液壓系統(tǒng)的設(shè)計更合理、更經(jīng)濟。
[10]黃有林,李自光,蘇文明.后裝壓縮式垃圾車液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 專用汽車,
2011,(04):60-63
摘要:壓縮式垃圾車近年來發(fā)展迅速,但制造水平參差不齊,通過對某后裝式垃圾車液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的設(shè)計分析,介紹了一種高效率、高可靠性、高智能化的大型壓縮式垃圾車,為壓縮式垃圾車的發(fā)展提供了一種有效的途徑。
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后裝壓縮式垃圾車液壓系統(tǒng)設(shè)計
摘要
本文主要介紹了后裝壓縮式垃圾車液壓系統(tǒng)的設(shè)計過程包括液壓方案擬定、液壓相關(guān)參數(shù)設(shè)計、液壓元件的設(shè)計、液壓系統(tǒng)圖的設(shè)計以及液壓系統(tǒng)性能的驗算等。同時也介紹了利用三維軟件UG建立后裝壓縮式垃圾車模型,導(dǎo)入ADAMS中對垃圾車的虛擬樣機進(jìn)行仿真,此課題對其進(jìn)行運動學(xué)分析,并對液壓系統(tǒng)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。
關(guān)鍵詞:后裝壓縮式垃圾車;液壓系統(tǒng)設(shè)計;虛擬樣機;ADAMS;仿真
引言
隨著我國的城鎮(zhèn)化建設(shè),城市生活垃圾的成分發(fā)生了很大的變化,垃圾的密度不斷下降,可壓縮性增加城市中的垃圾處理工作量變得越來越繁重,采用傳統(tǒng)的人工收集垃圾方式,耗時耗力,效率低。后裝壓縮式垃圾車開始得到重視,使用范圍越來越廣。
后裝壓縮式垃圾車是在壓縮垃圾車基礎(chǔ)上加裝后掛桶翻轉(zhuǎn)機構(gòu)或垃圾斗翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。由密封式垃圾廂、液壓系統(tǒng)、操作系統(tǒng)組成。整車為全密封型,自行壓縮、自行傾倒、壓縮過程中的污水全部進(jìn)入污水廂,較為徹底的解決了垃圾運輸過程中的二次污染的問題,具有壓力大、密封性好、操作方便、安全等優(yōu)點。
我國的垃圾車技術(shù)引自國外,現(xiàn)在技術(shù)日趨成熟,但我國的垃圾車缺乏自己的核心技術(shù),相關(guān)重要關(guān)鍵部件需靠進(jìn)口。后裝壓縮式垃圾車的壓縮裝置靠液壓系統(tǒng)來驅(qū)動,其液壓系統(tǒng)設(shè)計及其重要。隨這現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的發(fā)展,在機械設(shè)計過程中,三維建模技術(shù)與虛擬樣機仿真技術(shù)開始廣泛運用。這些技術(shù)能夠縮短開發(fā)周期,降低研究開發(fā)成本,更好地完善后裝壓縮垃圾車的技術(shù)。
第1章 緒論
1.1 后裝壓縮式垃圾車研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
后裝壓縮式垃圾車由密封式垃圾廂、液壓系統(tǒng)、操作系統(tǒng)組成。整車為全密封型,自行壓縮、自行傾倒、壓縮過程中的污水全部進(jìn)入污水廂,較為徹底的解決了垃圾運輸過程中的二次污染的問題,關(guān)鍵部件采用進(jìn)口部件,具有壓力大、密封性好、操作方便、安全等優(yōu)點。 可選配后掛桶翻轉(zhuǎn)機構(gòu)或垃圾斗翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。后裝壓縮式垃圾車大大提高了裝載量和效率,它的收集和壓縮過程基本都由液壓系統(tǒng)驅(qū)動。
垃圾收集方式簡便,一改城市滿街?jǐn)[放垃圾筒的臟亂舊貌,杜絕二次污染。壓縮比高、裝載量大,最大破碎壓力達(dá)12噸,裝載量相當(dāng)于同噸級排非壓縮垃圾的兩倍半。作業(yè)自動化,采用進(jìn)口電腦控制系統(tǒng),全部填裝排卸作業(yè)中需司機一人操作,不僅減輕環(huán)衛(wèi)工人的勞動強度,而且大大改善了工作環(huán)境。經(jīng)濟性好,專用設(shè)備工作時,電腦控制系統(tǒng)自動控制油門。雙保險系統(tǒng),作業(yè)系統(tǒng)具有電腦控制和手動操縱雙重功能,大大地保障和提高車輛的使用率。翻轉(zhuǎn)機構(gòu),可選裝配置帶垃圾筒(或斗)的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。然而后裝壓縮式垃圾車在使用過程中仍存在著一些問題,如作業(yè)噪聲大、密閉可靠性差、載質(zhì)量利用率低等。
隨著技術(shù)的發(fā)展,它的發(fā)展趨勢主要有以下幾點:
1)垃圾監(jiān)測系統(tǒng)
在壓縮式垃圾車工作過程中,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,在一般情況下是很難監(jiān)測的。通過加載垃圾監(jiān)測系統(tǒng),能隨時隨地檢測車輛負(fù)載的變化情況及垃圾是否填滿,為垃圾車駕駛員和管理者提供參考。這有利于提高垃圾車作業(yè)的科學(xué)性和行車安全性?同時也能減少工作人員的工作量、提高工作效率。國內(nèi)少數(shù)車型安裝了該系統(tǒng)。
2)翻桶機構(gòu)
配備全自動控制的翻桶機構(gòu)是壓縮式垃圾車發(fā)展的新方向。發(fā)達(dá)國家尤其是西歐及美國的壓縮式垃圾車都配備先進(jìn)的翻桶機構(gòu),可方便地實現(xiàn)對大小垃圾桶在不同位置的自動抓取、舉升和卸料。我國許多城已采用桶裝垃圾收集,但垃圾車配備的翻桶技術(shù)水平和靈活性不高。國外一些壓縮式垃級車的翻桶機構(gòu)可以"遠(yuǎn)離車廂",靈活主動抓取垃圾桶,而國內(nèi)垃圾車的翻桶機構(gòu)一般不能遠(yuǎn)離車廂,因此需將車廂緊貼垃圾桶,給駕駛者帶來難度。
3)液壓控制裝置
壓縮式垃圾車的液壓裝置應(yīng)具有以下特征:較小的節(jié)流損失:減少管路連接工作:無泄漏:可與其他液壓功能組合,如裝載機構(gòu)的液壓泵可以向抓鉗等系統(tǒng)供油。
4)綠色視覺效果
車輛的外觀造型及彩化已越來越受到環(huán)衛(wèi)部門的重視,一些適合不同城市品味的彩化的環(huán)衛(wèi)車輛已成為城市一道亮麗的風(fēng)景。通過對車輛外形和性能的改進(jìn),可消除或減輕視覺污染,避免或減少作業(yè)時對周圍環(huán)境和人員的影響,使環(huán)衛(wèi)車輛與作業(yè)環(huán)境相協(xié)調(diào)。
5)除臭滅菌
除臭滅菌技術(shù)在壓縮式垃圾車上的運用也是發(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)已在該類產(chǎn)品上成功運用。
6)分隔車廂
壓縮式垃圾車車身內(nèi)部結(jié)構(gòu)可按一定比例劃分為幾部分,這種結(jié)構(gòu)劃分使得壓縮式垃圾車可在同一次作業(yè)時收集并分隔幾種不同類型的垃圾??赏ㄟ^優(yōu)化垃圾收集路線,為垃圾分類回收提供更多的便利性。
1.2本課題研究內(nèi)容
對垃圾車的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計,液壓系統(tǒng)的設(shè)計包括液壓系統(tǒng)的功能原理設(shè)計和液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。液壓系統(tǒng)的功能原理設(shè)計要根據(jù)技術(shù)要求進(jìn)行系統(tǒng)功能設(shè)計,主要包括動力和運動分析,確定主要參數(shù),編制液壓執(zhí)行器工況圖,然后擬定液壓系統(tǒng)圖。組成元件的選定要盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)元件。最后,利用大型三維軟件建立垃圾車模型,導(dǎo)入ADAMS中對垃圾車的虛擬樣機進(jìn)行仿真,并對液壓系統(tǒng)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。
目前城市生活垃圾的處理問題,越來越受重視,垃圾圍城現(xiàn)象困擾人們生活。要處理垃圾首先需要收集轉(zhuǎn)運,以前的收集方式是先人力收集,然后采用普通的車運輸,效率低且裝載量少。壓縮時垃圾車大大提高了裝載量和效率,壓縮式垃圾車的收集和壓縮過程基本都由液壓系統(tǒng)驅(qū)動。本課題研究對象是后裝壓縮式垃圾車的液壓系統(tǒng)設(shè)計,研究對象應(yīng)用越來越廣泛,對于掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計流程幫助很大,另外對于改善垃圾車的工作效率和可靠性有一定的意義。
第2章 液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算
2.1 設(shè)計方案分析
后裝壓縮式垃圾車的壓縮裝置由壓縮機構(gòu)和裝填箱組成,對其壓縮裝置形式進(jìn)行分析,確定最佳方案。到目前為止,已經(jīng)研究開發(fā)和使用的壓縮機構(gòu)可分為五種形式:滑動刮板式、擺動刮板式、滑動一擺動刮板式、連桿刮板式、定軸轉(zhuǎn)動刮板式。一般認(rèn)為,機構(gòu)的運動件數(shù)、自由度數(shù)較多及裝填箱底板軌跡較復(fù)雜的機構(gòu)為復(fù)雜機構(gòu)。
表2-1 各機構(gòu)特征表
機構(gòu)名稱
機構(gòu)運動件數(shù)
機構(gòu)自由度
裝填箱底板軌跡特征
滑動刮板式
2
2
圓弧+直線
滑動—擺動刮板式
3
3
圓弧+直線
擺動刮板式
2
2
圓弧1+圓弧2
連桿刮板式
3
1
連桿曲線
定軸轉(zhuǎn)動刮板式
2
2
圓弧
從表1一1可以看出,滑動一擺動刮板機構(gòu)的構(gòu)造最復(fù)雜,而轉(zhuǎn)動刮板式的構(gòu)造較簡單。根據(jù)經(jīng)濟性和實際使用情況,選擇滑動刮板式壓縮機構(gòu)。
后裝壓縮式垃圾車主要機構(gòu)包括:車體、車廂、推板、推板油缸、滑板、滑板油缸、刮板、刮板油缸、裝填廂、舉升油缸。
后裝壓縮式垃圾車主要工作流程為:垃圾倒入裝填器,刮板轉(zhuǎn)動至上止點,回轉(zhuǎn)到位;滑板下行至下止點;刮板反向回轉(zhuǎn),刮入垃圾進(jìn)行初步壓縮,刮板運動至下止點時停止運動;滑板上行至上止點,將垃圾壓實到車廂內(nèi)的推板上;垃圾車裝滿垃圾進(jìn)入垃圾回收站,舉升油缸將裝填廂舉起;推板油缸推動推板將垃圾推出;舉升油缸復(fù)位,即裝填廂復(fù)位。根據(jù)其工作流程來確定動作順序,其中滑板油缸和刮板油缸之間要實現(xiàn)順序動作。
確定其主要參數(shù):選取車廂容積為13m3;根據(jù)《壓縮式垃圾車》CJ/T127—2000標(biāo)準(zhǔn),壓縮裝置在進(jìn)行壓縮垃圾的一個工作循序時不大于30s;采用車廂內(nèi)推板卸料的,從推板動作開始至卸料完畢的時間,對容積大于或等于12m3的垃圾車不大于45s,此處選取35s;液壓系統(tǒng)應(yīng)設(shè)安全閥,其調(diào)整壓力應(yīng)為系統(tǒng)最高工作壓力的110%。翻斗油缸工作行程430mm,時間4s;滑板油缸工作行程600mm,時間10s;刮板油缸工作行程300mm,時間5s;舉升油缸工作行程650mm,時間13s;推板油缸工作行程3000mm,時間35s。
2.2工況分析
工況分析是指對工作機構(gòu)的工作過程進(jìn)行運動分析和動力分析,以便了解其運動規(guī)律和負(fù)載特性。此處對后裝壓縮式垃圾車的工作油缸進(jìn)行分析即翻斗油缸、滑板油缸、刮板油缸、舉升油缸、推板油缸。
1.運動分析
運動分析是分析主機各工作機構(gòu)是以怎樣的運動規(guī)律來完成一個工作循環(huán)的,也就是分析液壓缸或液壓馬達(dá)的運動規(guī)律。如果是直線運動,要分析位移、速度隨時間的變化規(guī)律,繪制位移循環(huán)圖(L-t)和速度循環(huán)圖(v-t)。如果是旋轉(zhuǎn)運動,要分析角位移、角速度隨時間的變化規(guī)律,繪制角位移(θ-t)和角速度循環(huán)圖(ω-t)。此處對工作油缸進(jìn)行位移、速度分析,繪制位移循環(huán)圖(L-t)。
1) 翻斗油缸
圖2-1翻斗油缸位移循環(huán)圖
圖2-2翻斗油缸位移循環(huán)圖
2)滑板油缸
圖2-3滑板油缸位移循環(huán)圖
圖2-4滑板油缸速度循環(huán)圖
3)刮板油缸
圖2-5刮板油缸位移循環(huán)圖
圖2-6刮板油缸速度循環(huán)圖
4)舉升油缸
圖2-7舉升油缸位移循環(huán)圖
圖2-8舉升油缸速度循環(huán)圖
5)推板油缸
圖2-9 推板油缸位移循環(huán)圖
圖2-10 推板油缸速度循環(huán)圖
2.動力分析
動力分析是分析工作機構(gòu)在運動過程中的受力情況,也就是分析分析液壓缸或液壓馬達(dá)的負(fù)載情況,并繪制相應(yīng)的負(fù)載循環(huán)圖(F-t)。
工作機構(gòu)作直線運動時,液壓缸所要克服的負(fù)載為:
式中:Fe—工作負(fù)載;
Ff—摩擦負(fù)載;
Fi—慣性負(fù)載;
1)翻斗油缸
估算翻斗支架質(zhì)量m1為30Kg,每桶垃圾的質(zhì)量m2為80Kg,滑動摩擦系數(shù)為0.07。
N
N
N
其總負(fù)載為N。對總負(fù)載放大留余量,則取100KN。
圖2-11翻斗油缸負(fù)載循環(huán)圖
2)滑板油缸
估算滑板支架質(zhì)量m1為125Kg,刮板質(zhì)量m2為50Kg,滑動摩擦系數(shù)為0.07。
N,
N,
N,
其總負(fù)載N,對總負(fù)載放大留余量,則取100KN。
圖2-12滑板油缸負(fù)載循環(huán)圖
2) 刮板油缸
刮板質(zhì)量m1為50Kg,滑動摩擦系數(shù)為0.07。
N
N
N
對推板和刮板作受力分析,如圖2-13所示。
圖2-13 壓縮裝置受力分析圖
垃圾在填裝擠壓過程中,在滑板擠壓力FL作用下,受壓垃圾向左方移動,與此同時,廂壁作用在垃圾上的摩擦力Ff1方向與垃圾移動方向相反,其大小為:
式中:S1—車廂橫截面內(nèi)壁周長(m);
x—圖示的推進(jìn)長度(m);
p—垃圾的單位膨脹力(N/m2);
f—垃圾與壁面的綜合摩擦系數(shù)。
阻礙垃圾移動的另外一個阻力是垃圾重力引起的,記作Ff2,則有:
式中:S2—近似取車廂的寬度(m);
—垃圾的計算密度(kg/m3);
h—車廂高度(m);
若向前推進(jìn)垃圾,必須滿足下列條件:
即
當(dāng)結(jié)構(gòu)尺寸確定后,、和已知。、、則隨壓縮程度,垃圾成分不同而變化,因此它們的確切數(shù)據(jù)很難確定。通過試驗,KN/m。
設(shè),—推板行程mm
—裝填角,
KN
其總負(fù)載為KN,對總負(fù)載放大留余量,則取200KN。
圖2-13刮板油缸負(fù)載循環(huán)圖
4)舉升油缸
估算裝填廂質(zhì)量為2000Kg,滑動摩擦系數(shù)為0.07。
N
N
N
其總負(fù)載為N,對總負(fù)載放大留余量,則取200KN。
圖2-14舉升油缸負(fù)載循環(huán)圖
5)推板油缸
估算推板質(zhì)量為350Kg,滑動摩擦系數(shù)為0.07,車廂容積為13m3,垃圾密度為0.45t/m3。
N
N
N
其總負(fù)載為N,對總負(fù)載放大留余量,則取180KN。
圖2-15推板油缸負(fù)載循環(huán)圖
2.3確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)
1.初選系統(tǒng)工作壓力
液壓系統(tǒng)工作壓力選定是否合理,直接關(guān)系到整個液壓系統(tǒng)設(shè)計的合理程度。在液壓系統(tǒng)功率一定的情況下,若壓力選的過低,則液壓元、輔件的尺寸和自重就會增加;若壓力選的較高,則尺寸和自重會相應(yīng)減少。例如,飛機液壓系統(tǒng)的工作壓力從21MPa提高到28MPa,則其自重下降約5%,其體積將減小13%。然而,若液壓系統(tǒng)壓力選的過高,由于對制造液壓元、輔件的材質(zhì)、密封、制造精度等要求的提高,反而會增大系統(tǒng)的尺寸和自重,其效率和使用壽命也會相應(yīng)下降,因此不能一味的追求高壓。表2-2所示為目前我國幾類機器常用的液壓系統(tǒng)工作壓力。根據(jù)表2-2的數(shù)據(jù),初選系統(tǒng)壓力P=13MPa。
表2-2 我國目前幾類機器常用的液壓系統(tǒng)工作壓力
設(shè)備類型
機床
農(nóng)業(yè)機械、小型工程機械、工程機械的輔助機構(gòu)等
壓力機,中、大型挖掘機,重型機械,起重運輸機械等
系統(tǒng)壓力/MPa
磨床
組合機床
龍門刨床
拉床
0.8~2
3~5
2~8
8~10
10~16
20~32
2.計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸
根據(jù)需要的液壓缸的理論輸出F和系統(tǒng)選定的供油壓力p來計算缸筒內(nèi)徑D(m),計算公式如下:
(2-1)
式中:F—液壓缸的理論輸出力(N);
p—供油壓力(MPa)。
對于活塞桿直徑可以按經(jīng)驗公式來初步選定活塞桿直徑,經(jīng)驗公式如下:
(2-2)
在此處確定為。
1)翻斗油缸
翻斗油缸負(fù)載F=100KN,根據(jù)公式(2-1)計算得D=99mm,根據(jù)表2-3選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸D=100mm;根據(jù)公式(2-2)得d=25mm,根據(jù)表2-4選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸d=25mm。
表2-3缸筒內(nèi)徑尺寸系列(mm)
8
40
125
(280)
10
50
(140)
320
12
63
160
(360)
16
80
(180)
400
20
(90)
200
(450)
25
100
(220)
500
32
(110)
250
注:1.圓括號內(nèi)尺寸為非優(yōu)先選用者。
2.內(nèi)徑上限可擴展,按R10優(yōu)先數(shù)系列選用。
表2-4活塞桿外徑尺寸系列
4
20
56
160
5
22
63
180
6
25
70
200
8
28
80
220
10
32
90
250
12
36
100
280
14
40
110
320
16
45
125
360
18
50
140
注:直徑上限可擴展,按R20優(yōu)先數(shù)系列選用。
3) 滑板油缸
滑板油缸負(fù)載F=100KN,根據(jù)公式(2-1)計算得D=99mm,根據(jù)表2-3選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸D=100mm;根據(jù)公式(2-2)得d=25mm,根據(jù)表2-4選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸d=25mm。
3)刮板油缸
刮板油缸負(fù)載F=200KN,根據(jù)公式(2-1)計算得D=140mm,根據(jù)表2-3選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸D=160mm;根據(jù)公式(2-2)得d=40mm,根據(jù)表2-4選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸d=40mm。
4)舉升油缸
舉升油缸負(fù)載F=200KN,根據(jù)公式(2-1)計算得D=140mm,根據(jù)表2-3選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸D=160mm;根據(jù)公式(2-2)得d=40mm,根據(jù)表2-4選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸d=40mm。
5)推板油缸
推板油缸由于行程較長,采用二級油缸。推板油缸負(fù)載F=180KN,根據(jù)公式(2-1)計算得D1=133mm,根據(jù)表2-3選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸D=160mm;根據(jù)公式(2-2)得d=25mm,根據(jù)表2-4選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸d=25mm,二級缸筒內(nèi)徑D2=125mm。
3.計算液壓缸的流量
根據(jù)活塞橫截面積和液壓缸運動速度來計算液壓缸流量。計算公式如下:
(2-3)
(2-4)
式中:D—缸筒內(nèi)徑;
d—活塞桿直徑;
Vmax—液壓缸的最大運動速度。
1)翻斗油缸
翻斗油缸缸筒內(nèi)徑D=100mm ,活塞桿直徑d=25mm,液壓缸最大運動速度Vmax=108mm/s。根據(jù)公式(2-3)和(2-4)得q1=8.47810-4m3/s、q2=7.94810-4m3/s。
2)滑板油缸
滑板油缸缸筒內(nèi)徑D=100mm ,活塞桿直徑d=25mm,液壓缸最大運動速度Vmax=60mm/s。根據(jù)公式(2-3)和(2-4)得q1=4.7110-4m3/s、q2=4.4210-4m3/s。
3)刮板油缸
刮板油缸缸筒內(nèi)徑D=160mm ,活塞桿直徑d=40mm,液壓缸最大運動速度Vmax=60mm/s。根據(jù)公式(2-3)和(2-4)得q1=1.20610-3m3/s、q2=1.13010-3m3/s。
4)舉升油缸
舉升油缸缸筒內(nèi)徑D=160mm ,活塞桿直徑d=40mm,液壓缸最大運動速度Vmax=50mm/s。根據(jù)公式(2-3)和(2-4)得q1=1.00410-4m3/s、q2=0.94210-4m3/s。
5)推板油缸
滑板油缸缸筒內(nèi)徑D=160mm ,液壓缸最大運動速度Vmax=60mm/s。根據(jù)公式(2-3)得q1=1.72810-3m3/s。
4.繪制液壓系統(tǒng)工況圖
工況圖包括壓力循環(huán)圖、流量循環(huán)圖和功率循環(huán)圖。它們是調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)、選擇液壓泵、閥等元件的依據(jù)。
1) 壓力循環(huán)圖—(p-t)圖 通過最后確定的液壓執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸,在根據(jù)實際載荷的大小,倒求出液壓執(zhí)行元件在其動作循環(huán)各階段的工作壓力,然后把它們繪制成(p-t)圖。
2) 流量循環(huán)圖—(qv-t)圖 根據(jù)已確定的液壓缸有效工作面積或液壓馬達(dá)的排量,結(jié)合其運動速度算出它在工作循環(huán)中每一階段的實際流量,把它繪制成qv-t)圖。若系統(tǒng)有多個液壓執(zhí)行元件同時工作,要把各自的流量圖疊加起來繪制出總的流量循環(huán)圖。
3) 功率循環(huán)圖—(P-t)圖 繪制壓力循環(huán)圖和總流量循環(huán)圖后,根據(jù)P=pqv,即可繪出系統(tǒng)的功率循環(huán)圖。
4.1壓力循環(huán)圖
1)翻斗油缸
圖2-16翻斗油缸壓力循環(huán)圖
2)滑板油缸
圖2-17滑板油缸壓力循環(huán)圖
3)刮板油缸
圖2-18刮板油缸壓力循環(huán)圖
4)舉升油缸
圖2-19舉升油缸壓力循環(huán)圖
5)推板油缸
圖2-20推板油缸壓力循環(huán)圖
4.2流量循環(huán)圖
1)翻斗油缸
圖2-21翻斗油缸流量循環(huán)圖
2)滑板油缸
圖2-22滑板油缸流量循環(huán)圖
3)刮板油缸
圖2-23刮板油缸流量循環(huán)圖
4)舉升油缸
圖2-24舉升油缸流量循環(huán)圖
5)推板油缸
圖2-25推板油缸流量循環(huán)圖
4.3功率循環(huán)圖
1)翻斗油缸
圖2-26翻斗油缸功率循環(huán)圖
2)滑板油缸
圖2-27滑板油缸功率循環(huán)圖
3)刮板油缸
圖2-28刮板油缸功率循環(huán)圖
4)舉升油缸
圖2-29舉升油缸功率循環(huán)圖
5)推板油缸
圖2-30推板油缸功率循環(huán)圖
第3章制定液壓系統(tǒng)圖
3.1油路液壓方案圖
1)翻斗油路
圖3-1翻斗油路液壓方案圖
2)滑板和刮板油路
從前面的機構(gòu)動作流程可得出,滑板和刮板之間要實現(xiàn)順序動作。
圖3-2滑板和刮板油路液壓方案圖
3)舉升油路
圖3-3舉升油路液壓方案圖
4)推板油路
圖3-4推板油路液壓方案圖
3.2制定總液壓系統(tǒng)圖
根據(jù)以上方案圖,制定出液壓系統(tǒng)圖
圖3-5液壓系統(tǒng)圖
第4章 液壓元件的選擇與專用件的設(shè)計
4.1液壓泵的選擇
1.確定液壓泵的最大工作壓力pp
(4-1)
式中:p1—液壓缸或液壓馬達(dá)最大工作壓力;
—從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間的總的管路損失。
的準(zhǔn)確計算要待元件選定并繪出管路圖時才能進(jìn)行,初算時可按經(jīng)
驗數(shù)據(jù)選取:管路簡單、流速不大的,取=(0.2~0.5)MPa;
管路復(fù)雜,進(jìn)口有調(diào)速閥的,取=(0.5~1.5)MPa。取
=1.0MPa,p1=13MPa;則MPa。
2.確定液壓泵的流量qvp
多液壓缸或液壓馬達(dá)同時工作時,液壓泵的輸出流量為:
(4-2)
式中:K—系統(tǒng)泄漏系數(shù),一般取K=1.1~1.3;
—同時動作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量,可從(qV-t)圖上查得。對于在工作過程中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng),還須加上溢流閥的最小溢流量,一般取0.510-4m3/s。
取K=1.2,m3/s。則 m3/s。
3.選擇液壓泵的規(guī)格
根據(jù)以上求得的pP和qVP值,按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式,從產(chǎn)品樣本或本手冊中選擇相應(yīng)的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲備,所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25% ~60%。p=13(1+25%)~13(1+60%)=16.25 ~20.8MPa,選用外嚙合單級齒輪泵CBF-F32。
4.2液壓閥的選擇
根據(jù)以上計算從參考文獻(xiàn)[3]、[4]、[5]中選取合適的液壓的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。其選出的規(guī)格列在表4-1
表4-1
序號
名稱
選用規(guī)格
1
三位四通電磁換向閥
34DF30-E10B
2
三位四通電磁換向閥
34DF30-E16B
3
三位四通電磁換向閥
34DF30-E16B
4
三位四通電磁換向閥
S-DSG-03-3C2-D24-50
5
減壓閥
JF-L32H
6
減壓閥
JF-L32H
7
減壓閥
JF-L32H
8
減壓閥
JF-L32H
9
減壓閥
JF-L32H
10
溢流閥
YF-B20H
11
溢流閥
YF-B20B
12
節(jié)流閥
LF-B20C
13
節(jié)流閥
LF-B20C
14
節(jié)流閥
LF-B32C
15
單向節(jié)流閥
LDF-B20C
16
單向節(jié)流閥
LDF-B20C
17
順序閥
XD2F-L20H
18
順序閥
XD2F-L20H
19
液控單向閥
DFY-B20H1
20
液控單向閥
DFY-B20H1
21
單向調(diào)速閥
QA-H20
22
單向閥
DF-B20K1
4.3管道尺寸的確定
1.管道內(nèi)徑計算
(4-3)
式中:—通過管道內(nèi)的流量(m3/s);
—管內(nèi)允許流速(m/s),見表4-2。
表4-2
管道
推薦流速/(m/s)
液壓泵吸油管道
0.5 ~1.5,一般常取1以下
液壓系統(tǒng)壓油管道
3 ~6,壓力高,管道短,粘度小取大值
液壓系統(tǒng)回油管道
1.5 ~2.6
計算出內(nèi)徑d后,按標(biāo)準(zhǔn)系列選取相應(yīng)的管子。
1)翻斗油路
根據(jù)公式(4-3)計算得d1為16.43mm,選取管道標(biāo)號為A192S-23;d2為15.91mm,選取管道標(biāo)號為A166S-27。
2) 刮板油路
根據(jù)公式(4-3)計算得d1為19.60mm,選取管道標(biāo)號為A226S-24;d2為18.97mm,選取管道標(biāo)號為A196S-23。
3)滑板油路
根據(jù)公式(4-3)計算得d1為12.25mm,選取管道標(biāo)號為A136S-30;d2為11.86mm,選取管道標(biāo)號為A136S-30。
4)舉升油路
根據(jù)公式(4-3)計算得d1為17.88mm,選取管道標(biāo)號為A192S-23;d2為17.32mm,選取管道標(biāo)號為A192S-23。
5)推板油路
根據(jù)公式(4-3)計算得d為23.46mm,選取管道標(biāo)號為A256S-22。
4.4油箱容量的確定
初始設(shè)計時,先按經(jīng)驗公式(4-4)確定油箱的容量,待系統(tǒng)確定后,在按散熱的要求進(jìn)行校核。油箱容量的經(jīng)驗公式為:
(4-4)
式中:—液壓泵每分鐘排出壓力油的容積(m3);
—經(jīng)驗系數(shù),見表4-3。
表4-3經(jīng)驗系數(shù)
系統(tǒng)類型
行走機械
低壓系統(tǒng)
中壓系統(tǒng)
鍛壓系統(tǒng)
冶金機械
1~2
2~4
5~7
6~12
10
根據(jù)公式(4-4)得,m3。
第5章液壓系統(tǒng)性能驗算
5.1液壓系統(tǒng)壓力損失
壓力損失包括管路的沿程損失,管路的局部壓力損失和閥類元件的局部損失,總的壓力損失為
(5-1)
(5-2)
(5-3)
(5-4)
式中:—管道長度(m);
—管道內(nèi)徑(m);
—液流平均速度(m/s);
—液壓油密度(kg/m3)
—沿程阻力系數(shù);
—局部阻力系數(shù);
qV—閥的額定流量(m3/s);
qV——通過閥的實際流量(m3/s);
—閥的額定壓力損失(Pa)。
系統(tǒng)的調(diào)整壓力
(5-5)
式中:—液壓泵的工作壓力或支路的調(diào)整壓力。
根據(jù)公式(5-2)、(5-3)、(5-4)計算得出,
1.管路的沿程損失
翻斗油路Pa、Pa;刮板油路Pa、Pa;滑板油路Pa、Pa;舉升油路Pa、Pa;推板油路Pa、Pa。
則總的管路的沿程損失Pa。
2.管路的局部壓力損失
翻斗油路Pa;刮板油路Pa;滑板油路Pa;舉升油路Pa;推板油路Pa。
則管路的局部壓力損失Pa。
3.閥類元件的局部損失
三位四通電磁換向閥
1號34DF30-E10B MPa;2號34DF30-E16B MPa;3號34DF30-E16B MPa;4號S-DSG-03-3C2-D24-50 MPa。
減壓閥
5號JF-L32H MPa;6號JF-L32H MPa;7號JF-L32H MPa;8號JF-L32H MPa;9號JF-L32H MPa。
溢流閥
10號YF-B20H MPa;11號YF-B20B MPa。
節(jié)流閥
12號LF-B20C MPa;13號LF-B20C ;14號LF-B20C MPa。
單向節(jié)流閥
15號LDF-B20C MPa;16號LDF-B20C MPa。
順序閥
17號XD2F-L20H MPa;18號XD2F-L20H MPa。
液控單向閥
19號DFY-B20H1 MPa;20號DFY-B20H1 MPa。
單向調(diào)速閥
21號QA-H20 MPa。
單向閥
22號DF-B20K1 MPa。
以上的相加得出MPa。
3.總的壓力損失為
根據(jù)以上數(shù)據(jù)的結(jié)果用公式(5-1)得出MPa;根據(jù)公式(5-5)計算的MPa,在前面的液壓泵初選時其確定的CBF-F32的額定壓力為20MPa大于15.6MPa,則液壓泵的額定壓力符合要求。
5.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算
1.計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率
液壓系統(tǒng)工作時,除執(zhí)行元件驅(qū)動外載荷輸出有效功率外,其余功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量,使油溫升高。使用下式計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率
(5-6)
(5-7)
(5-8)
式中:Pr—液壓系統(tǒng)的總輸入功率;
Pc—輸出的有效功率;
Tt—工作周期(s);
z、n、m—分別為液壓泵、液壓缸、液壓馬達(dá)的數(shù)量;
pi、qVi、—第i臺泵的實際輸出壓力、流量、效率;
ti—第i臺泵工作時間(s);
TWj、、tj—液壓馬達(dá)的外載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、工作時間(NM、rad/s、s);
FWj、si—液壓缸外載荷及驅(qū)動此載荷的行程(NM)。
根據(jù)公式(5-7)KW;
根據(jù)公式(5-8)根據(jù)公式(5-6)
KW
2.計算液壓系統(tǒng)的散熱功率
液壓系統(tǒng)主要通過油箱表面來散熱,其計算發(fā)熱功率公式如下
( 5-9)
(5-10)
(5-11)
式中:K1—油箱散熱系數(shù)(W/(m2℃)),見表5-1
K2—管路散熱系數(shù)(W/(m2 ℃)),見表5-2
A1、A2—分別為油箱、管道的散熱面積(m3);
—油箱與環(huán)境溫度之差(℃)。
表5-1油箱散熱系數(shù)(W/(m2℃))
冷卻條件
K1
通風(fēng)條件很差
8~9
通風(fēng)條件良好
15~17
用風(fēng)扇冷卻
23
循環(huán)水強制冷卻
110~170
前面初步求得油箱的有效容積為0.32m3,根據(jù)公式(5-10)得m3;取、、,計算公式(5-11)得m3;此處不計算管道散熱功率,根據(jù)公式(5-9)得KW;由此可見,油箱的散熱滿足不了要求,有因為管道散熱極小,需另設(shè)冷卻器。
3.冷卻器所需冷卻面積的計算
冷卻面積為:
(5-12)
式中:—傳熱系數(shù),用管式冷卻器時,?。╓/(m2 ℃));
—平均溫升,。
取油進(jìn)入冷卻器的溫度℃,油流出冷卻器的溫度℃,冷卻水入口溫度℃,冷卻水出口溫度℃。則:℃
根據(jù)公式(5-12)得所需冷卻器的散熱面積m3;考慮到冷卻器長期使用時,設(shè)備腐蝕和油垢,水垢對傳熱的影響,冷卻面積應(yīng)比計算值大30%,實際選用冷卻器面積為m3。
第6章后裝壓縮式垃圾車虛擬樣機建模的ADAMS仿真分析
6.1基于UG的后裝壓縮式垃圾車三維建模與裝配
利用UG6.0對后裝壓縮式垃圾車主要結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行建模,建模完成后進(jìn)行總裝配。其主要機構(gòu)模型圖如圖6-1所示。
車廂 刮板
滑板 推板
裝填廂 油缸
圖6-1后裝壓縮式垃圾車主要結(jié)構(gòu)部件三維模型圖
將各零部件組裝,其最終裝配圖如圖6-2所示
圖6-2后裝壓縮式垃圾車主要結(jié)構(gòu)部件總裝配圖
6.2在ADAMS中導(dǎo)入幾何模型進(jìn)行仿真
將后裝壓縮式垃圾車主要結(jié)構(gòu)部件總裝配文件導(dǎo)出為x_t文件。其操作過程如圖6-3所示,選中部件導(dǎo)出。
圖6-3將三維模型文件文件導(dǎo)出為x_t文件
在ADAMS中導(dǎo)入上面的x_t文件,點擊File中的import導(dǎo)入x_t文件。導(dǎo)入結(jié)果如圖6-4所示
圖6-4導(dǎo)入結(jié)果圖
對其設(shè)置材料屬性、添加約束和驅(qū)動,為模擬液壓缸的運動,這里使用step函數(shù)。在ADAMS中,step函數(shù)的句法如下:
step(x,x0,h0,x1,h1)
其中:x—獨立變量
x0—變量的初始值
h0—函數(shù)的初始值
x1—變量的終止值
h1—函數(shù)的終止值
翻斗油缸的驅(qū)動函數(shù)為step(time,0,0,4,-320)+step(time,4,0,8,320);
刮板油缸的驅(qū)動函數(shù)step (time,8,0,13,210)+step(time,23,0,28,-210);
滑板油缸的驅(qū)動函數(shù)為step(time,13,0,23,470) +step(time,28,0,38,-470);
舉升油缸的驅(qū)動函數(shù)為step(time,38,0,51,390)+step(time,86,0,99,-390);
推板油缸中的二級油缸驅(qū)動函數(shù)為step(time,51,0,68,-900)+step(time,99,0,116,900),
活塞桿驅(qū)動函數(shù)為step(time,68,0,85,-800)+step(time,116,0,134,800)。
進(jìn)行求解運算,觀察模型動畫,各機構(gòu)的動作順序和方式和物理樣機一致。
6.3運動學(xué)仿真結(jié)果
利用ADAMS的postprocessor,進(jìn)行結(jié)果后處理,得出相應(yīng)的曲線。得出的曲線圖如圖6-5所示。
刮板質(zhì)心速度曲線
刮板質(zhì)心加速度曲線
滑板質(zhì)心速度曲線
推板質(zhì)心速度曲線
圖6-5曲線圖
結(jié)論與展望
通過本課題的研究設(shè)計,詳細(xì)的了解了后裝壓縮式垃圾車的的設(shè)計過程和基本的液壓系統(tǒng)設(shè)計過程。液壓系統(tǒng)的設(shè)計牽涉到多方面的問題,如液壓裝置的結(jié)構(gòu)形式同樣需要考慮。在設(shè)計后裝壓縮式垃圾車的過程中考慮到各液壓負(fù)載機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式,如翻斗支架、刮板、滑板、推板等。在此課題中使用三維軟件UG進(jìn)行虛擬樣機的建模,這樣可以很好的觀察出液壓裝置在整機內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計形式是否合適和完善。三維模型設(shè)計的使用可以很好的方便裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計,容易修改,能夠很好的節(jié)省設(shè)計時間和成本。隨著技術(shù)的發(fā)展,虛擬樣機技術(shù)將得到普遍的應(yīng)用。在設(shè)計過程中我們不光要考慮其結(jié)構(gòu)形式,同時也要考慮其靜力學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)等各方面上的性能。在這些方面,使用ADAMS軟件進(jìn)行仿真,得出分析結(jié)果,在本課題中對其進(jìn)行了運動學(xué)分析。此類技術(shù)使用能夠更好地設(shè)計和完善產(chǎn)品。
我國目前的后裝壓縮式垃圾車基本上參照國外成熟的技術(shù),缺乏自己的核心技術(shù)和創(chuàng)新能力。垃圾車工作環(huán)境較惡劣、載荷情況多變。垃圾車物理樣機試驗則需要模擬不同工況,耗時耗力。加大研發(fā)周期和成本。而利用現(xiàn)代設(shè)計方法(如三維建模,虛擬樣機仿真技術(shù))可以很好的解決這方面的問題。本課題在設(shè)計過程中,采用了三維建模和虛擬樣機技術(shù),很方便的解決了其結(jié)構(gòu)問題和在運動學(xué)上的分析。
由于作者的學(xué)術(shù)水平和自身能力有限,在使用ADAMS中,對后裝壓縮式垃圾車的液壓系統(tǒng)的分析仍存在一些不完善的地方;本課題只進(jìn)行了運動學(xué)分析,像推板、刮板受力較大的部件應(yīng)該進(jìn)行靜力學(xué)分析,來改善這些部件的結(jié)構(gòu)形式;也可以對液壓缸進(jìn)行動力學(xué)分析;仿真用的三維模型較為簡陋有待完善。
隨著我國的城鎮(zhèn)化的發(fā)展,我們必然面臨著城市垃圾的回收問題,而普通垃圾收集方式耗時耗力,效率不高,垃圾車必然得到大規(guī)模應(yīng)用。則需要我們對垃圾車進(jìn)行深入的研究。
致謝
首先衷心感謝我的指導(dǎo)老師徐振法老師,在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計過程中,自始至終都得到了徐老師
在畢業(yè)論文完成之時,我謹(jǐn)向所有關(guān)心、指導(dǎo)和幫助。徐老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng),敏銳的科研眼光,深深的影響了我。
感謝各位老師對我的論文進(jìn)行評審,向所有關(guān)心、指導(dǎo)和幫助過我的老師和同學(xué)們致以最誠摯的感謝!
參考文獻(xiàn)
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附錄A一篇引用的外文文獻(xiàn)及其譯文
附錄B 列入的主要參考文獻(xiàn)的題錄及摘要或參考文獻(xiàn)原文
[1]機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊液壓傳動與控制[M].北京:機械工業(yè)出版社,
2007.
本書主要內(nèi)容包括:常用液壓基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)、液壓基本回路、液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計計算、液壓泵、液壓執(zhí)行元件、液壓控制閥、液壓輔件、液壓泵站油箱管路及管件、液壓介質(zhì)、液壓伺服控制、電液比例控制、液壓系統(tǒng)的安裝調(diào)試與故障處理。
[3]黎啟柏.液壓元件手冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社 機械工業(yè)出版社,2000.
本手冊主要內(nèi)容包括:液壓泵與液壓馬達(dá)、液壓缸、液壓閥、伺服控制元件、電液比例元件與數(shù)字元件、液壓輔件、液壓油及其污染控制、液壓元件測試技術(shù)、液壓設(shè)備故障處理、常用液壓標(biāo)準(zhǔn)。
[4]張利平.液壓閥原理、使用與維護(hù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.
本書主要內(nèi)容包括:液壓控制閥概論、方向控制閥、壓力控制閥、流量控制閥、疊加閥、插裝閥、電液伺服控制閥、電液比例控制閥、電液數(shù)字控制閥、液壓控制裝置的集成化、液壓閥常用標(biāo)準(zhǔn)資料。
[5]杜國森.液壓元件產(chǎn)品樣本[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000.
本樣本主要匯編了國內(nèi)主要液壓件廠家的產(chǎn)品,包括:各種液壓泵和液壓馬達(dá)、液壓缸、中高壓液壓閥、液壓裝置、液壓機具、液壓附件等。本樣本中的液壓閥部分按產(chǎn)品系列列出。
[6]左朝永.后裝壓縮式垃圾車壓縮裝置設(shè)計研究與仿真分析[D].廣西:廣西大學(xué),2008.
本文是圍繞廣西自然科學(xué)基金資助項目“城市生活垃圾壓縮特性研究及垃圾壓縮機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計”展開的。壓縮裝置是后裝壓縮式垃圾車的核心、關(guān)鍵部件之一,其性能直接關(guān)系到垃圾車的裝填容積和整車質(zhì)量等,課題研究目的是揭示壓縮裝置的特性及其相關(guān)參數(shù)對裝置性能的影響,設(shè)計出適合我國國情的高壓縮比、可靠性好且結(jié)構(gòu)簡單合理的壓縮裝置。論文的主要工作如下:
1、通過壓縮裝置型式的綜合分析和方案的優(yōu)選,確定了壓縮機構(gòu)的最終方案,對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了具體設(shè)計與計算;針對裝填角的大小對垃圾的壓縮程度和垃圾車的裝載量有著至關(guān)重要的影響等,使用ADAMS宏命令等,創(chuàng)建ADAMS下的n個參數(shù)化虛擬樣機仿真模型,通過計算、仿真和綜合評價確定了壓縮裝置的裝填角為480。
2、根據(jù)運動功能要求,對刮板機構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,確定了相關(guān)參數(shù)的具體值;對裝填角為48。的參數(shù)化模型進(jìn)行設(shè)計研究與參數(shù)優(yōu)化,最終確立了各個關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點的參數(shù)值。
3、借助Pro/E和AutoCAD工具,設(shè)計了該裝置的全套圖紙和完整的虛擬樣機模型,并將虛擬樣機模型導(dǎo)入到ADAMS中進(jìn)行了仿真分析,獲得了運動學(xué)與動力學(xué)仿真結(jié)果;同時為壓縮裝置關(guān)鍵部件的有限元分析提供了載荷數(shù)據(jù)。
4、在ANSYS軟件中建立刮板的有限元分析模型,獲得刮板在4種工況下的變形與應(yīng)力結(jié)果,結(jié)合分析結(jié)果對刮板進(jìn)行了局部調(diào)整和改進(jìn);最后利用ANSYS分析了各工作液壓缸選型的正確性。上述分析的相關(guān)方法和結(jié)論,有助于后裝壓縮式垃圾車的工程設(shè)計
與改進(jìn),對產(chǎn)品的研發(fā)和提高產(chǎn)品質(zhì)量有著重要指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞:壓縮式垃圾車壓縮裝置優(yōu)化設(shè)計虛擬樣機仿真
[8]王國強,張進(jìn)平,馬若丁.虛擬樣機技術(shù)及其在ADAMS上的實踐[M].西安:西北
工業(yè)大學(xué)出版社,2002.
本書介紹了多體系統(tǒng)動力學(xué)理論及ADAMS軟件在工程的應(yīng)用。其主要內(nèi)容包括:多體系統(tǒng)動力學(xué)的基礎(chǔ)理論、ADAMS軟件概述、ADAMS/View基本使用方法、ADAMS/PostProcessor基本使用方法、ADAMS/Hydraulics基本使用方法、ADAMS在汽車工業(yè)中的應(yīng)用、ADAMS在鐵道工業(yè)中的應(yīng)用、ADAMS在航天航空工業(yè)中的應(yīng)用、ADAMS在機械工業(yè)中的應(yīng)用。
[11]郝東岳,王新艷,候濤. 后裝壓縮式垃圾車液壓系統(tǒng)設(shè)計[J]. 專用汽車,2010,(06):
48-51
摘要:綜述了后裝壓縮式垃圾車的液壓系統(tǒng)方案設(shè)計,分析其專用裝置的工作特點,提出液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求,根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行液壓元件的選擇,并擬定出控制回路的不同方案。通過分析比較選擇運動平穩(wěn)性、安全性更好地方案,組成綜合性能優(yōu)異的整車回路,以求液壓系統(tǒng)的設(shè)計更合理、更經(jīng)濟。
[10]黃有林,李自光,蘇文明.后裝壓縮式垃圾車液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 專用汽車,
2011,(04):60-63
摘要:壓縮式垃圾車近年來發(fā)展迅速,但制造水平參差不齊,通過對某后裝式垃圾車液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的設(shè)計分析,介紹了一種高效率、高可靠性、高智能化的大型壓縮式垃圾車,為壓縮式垃圾車的發(fā)展提供了一種有效的途徑。
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