機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-后裝壓縮式垃圾車裝填機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)【全套圖紙】

《機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-后裝壓縮式垃圾車裝填機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)【全套圖紙】》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-后裝壓縮式垃圾車裝填機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)【全套圖紙】（31頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、徐州師范大學(xué) 畢 業(yè) 論 文 XZ5110ZYS 型后裝壓縮式垃圾車裝填機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 系（部）： 機(jī) 械 工 程 系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級： 00 機(jī)制 41 學(xué) 生： 2004 年 4 月 5 日至 5 月 25 日 工 學(xué) 院 技術(shù)教育學(xué)院 目 錄 第一章 前言 1 第二章 XZ5110ZYS 型后裝壓縮式垃圾車專用裝置工作原理 4 2.1 XZ5110ZYS 型后裝壓縮式垃圾車專用裝置工作原理 4 2.2 XZ5110ZYS 型后裝壓縮式垃圾車專用裝置液壓原理分析 8 第三章 XZ5110ZYS 型后裝壓縮式垃圾車裝填機(jī)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì) 13 3.1 XZ5110ZY

2、S 型后裝壓縮式垃圾車推卸料機(jī)構(gòu)受力分析13 3.2 XZ5110ZYS 型后裝壓縮式垃圾車裝填機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì) 17 第四章 結(jié)論 25 后 記 26 參考文獻(xiàn) 27 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 摘 要 隨著社會(huì)的進(jìn)步，生活水平的提高，城市的垃圾也發(fā)生了巨大的變化。因此，城市垃圾 的收運(yùn)問題越顯突出。以前垃圾車自身所存在的飄、灑、撒、漏等二次污染，容量小，可壓 縮性差等性能缺點(diǎn)，已經(jīng)不能滿足環(huán)保發(fā)展的需求。因此，后裝壓縮式垃圾車孕育而生，且 優(yōu)勢日益明顯。 后裝壓縮式垃圾車是一種集自動(dòng)裝載垃圾和自動(dòng)卸料為一體的新型垃圾運(yùn)輸車。它的 專用裝置包括車廂、裝填機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)

3、構(gòu)及液壓系統(tǒng)等幾個(gè)部分。本文對 XZ5110ZYS 后裝 壓縮式垃圾車裝填機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、原理進(jìn)行了深入地分析；對裝填機(jī)構(gòu)、推卸料機(jī)構(gòu)進(jìn)行了力 學(xué)分析，在此基礎(chǔ)上，對裝填機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，建立了裝填機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行優(yōu)化 設(shè)計(jì)，最終確定了裝填機(jī)構(gòu)的有關(guān)參數(shù)。優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果表明，優(yōu)化后的裝填機(jī)構(gòu)參數(shù)能改 善裝填機(jī)構(gòu)的性能，提高垃圾車的裝載功能和收運(yùn)容量。 關(guān)鍵詞： 后裝、壓縮、垃圾車、裝填機(jī)構(gòu)、優(yōu)化設(shè)計(jì) ABSTRACT Rubbish in cities has greatly changed with the progress of the society and the improvement

4、 of the living standard. As a result, the problem of collecting and delivering garbage is getting more and more serious. The previous garbage truck has not met the requirements of the development of environment for its disadvantage, such as the second pollution owing to spreading and leaking, small

5、capacity, the low compressive rate. The back-up rubbish truck has been invented in such a situation, and its advantages are getting more and more evident. The back-up compression rubbish truck is a new kind of rubbish truck which loads and throws rubbish totally automatically. Its exclusive devices

6、consist of compartment; shove organization, put-up mechanism and hydraulic system, etc. The mechanism and principle as well as exclusive devices of the truck was carried out and its performance was improved fundamentally in order to improve its capacity and loading performance. In order to fulfill t

7、his purposes, the moving analysis of the shove organization is carried out based on the mechanical analysis of the equip-pack fill organization, and then the mathematical model is established, finally, the parameters concerned of the shove organization are determined. The result of the optimize desi

8、gn proves that the parameters can greatly improve the functions of loading mechanism ,such as loading and carrying . KEY WORDS: Back-up； Compression； Dust cast；Loading mechanism；Optimize design 第一章 前 言 隨著社會(huì)的進(jìn)步，人民生活水平的不斷提高，高層建筑和住宅小區(qū)不斷增多，城市 垃圾的成份發(fā)生了很大的變化，其變化特點(diǎn)是：垃圾密度不斷下降，可壓縮性增強(qiáng)，壓 縮后的垃圾為原來體積的 1/31/5。因此，

9、作為城市環(huán)保課題之一的垃圾收運(yùn)問題就越 顯突出。據(jù)報(bào)道，城市中每年每人制造約 1.20 噸的生活垃圾。這些生活垃圾現(xiàn)大部分用 城市垃圾車運(yùn)走。而近年來垃圾的收集運(yùn)輸以擺臂式自裝卸車，側(cè)裝式垃圾車為主，由 于自身存在的飄、灑、撒、漏等二次污染，容量小，可壓縮性差等性能缺點(diǎn)，已不能適 應(yīng)環(huán)保發(fā)展的需求，為了便于更有效的提高垃圾車的運(yùn)載效率，減少垃圾車在工作過程 中的二次污染，后裝式垃圾車的優(yōu)勢日益明顯。為了提高垃圾車的裝載功能和收運(yùn)容量， 因此對壓縮車的需求越來越多，加強(qiáng)對城市垃圾收運(yùn)車的研制和推廣，對實(shí)現(xiàn)環(huán)衛(wèi)放射 線學(xué)作機(jī)械化、現(xiàn)代化，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保持城市潔凈美觀將起到極為重要的作用。 近

10、幾年來，壓縮式垃圾車的市場迅速擴(kuò)大，但仍在幼稚期，亟待發(fā)展成熟化。 根據(jù)國家權(quán)威部門預(yù)計(jì)， “九五”期間“自動(dòng)裝卸壓縮式垃圾車需求量約為 60007000 輛，并且向密封化、自動(dòng)化、大型化發(fā)展，需要引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和樣車” ， 根據(jù)我國城市車輛過多，交通不暢的狀況，發(fā)展壓縮效率高，大噸位垃圾收集的成熟經(jīng) 驗(yàn)，也是以大型垃圾車為主。特別是垃圾處理場，離城市市區(qū)較遠(yuǎn)，平均約為 3050km，因此市區(qū)往垃圾場送垃圾使用大噸位垃圾車相對來說是經(jīng)濟(jì)的，并且有較好 的社會(huì)效益，適合當(dāng)前市場需求和今后發(fā)展方向，市場前景是相當(dāng)廣闊的。自 20 世紀(jì) 90 年代初期以來，或更早為 1986 年，我國環(huán)衛(wèi)車輛開始

11、發(fā)生質(zhì)的變化。我國許多企業(yè)經(jīng)過 自主開發(fā)，引進(jìn)和消化國外先進(jìn)技術(shù)，生產(chǎn)的快速高效，全封閉，可防止二次污染，符 合現(xiàn)代城市建設(shè)環(huán)保要求的各種環(huán)衛(wèi)車輛正得到越來越廣泛的應(yīng)用，近幾年，其市場迅 速擴(kuò)大，在不斷的探索中，這些環(huán)衛(wèi)車輛正逐漸成熟化并取得很好的社會(huì)效益,適應(yīng)當(dāng)前 市場需求和今后發(fā)展方向，得到迅速普及和推廣使用，并逐步代替了帶側(cè)面液壓提升機(jī) 構(gòu)而無壓縮機(jī)構(gòu)，不能到門到戶的廂式垃圾集運(yùn)車。 目前，國內(nèi)垃圾車制造行業(yè)的主要有： 中韓合資北京市華材特裝車有限公司； 山西長治清華機(jī)械廠； 遼寧撫順起重機(jī)總廠； 武漢九通汽車廠； 南寧專用汽車廠； 上海市環(huán)境工程設(shè)計(jì)科學(xué)研究所； 徐州特種汽車廠。 XZ

12、5110ZYS 后裝壓縮式垃圾車在裝載過程中具有對垃圾的壓縮能力，使用推板卸載， 具有卸載過程平穩(wěn)，安全，機(jī)械化作業(yè)程度高，裝載量大，操作方便，外形美觀大方等 優(yōu)點(diǎn)，是一種較理想的城市生活垃圾運(yùn)載工具（圖 1-1 所示） 。 本車型不僅能大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且能防止裝載過程中的垃圾飛揚(yáng)及污水 滴漏，對保障市容環(huán)境衛(wèi)生也具有積極作用。 圖 1-1 XZ5110ZYS 型后裝壓縮式垃圾車總圖 本課題的題目是XZ5110ZYS 后裝壓縮式垃圾車裝填機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) ，即對推卸料機(jī) 構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，在此基礎(chǔ)上，對裝填機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，建立其數(shù)學(xué)模型，對其進(jìn)行 優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終確定裝填機(jī)構(gòu)的有關(guān)參數(shù)，力

13、求根本上改善裝填機(jī)構(gòu)的性能。 文中運(yùn)用的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是 60 年代迅速發(fā)展起來的一種新的設(shè)計(jì)方法。它應(yīng)用近代 數(shù)學(xué)規(guī)劃論和電子計(jì)算機(jī)，能使一項(xiàng)設(shè)計(jì)在一定的技術(shù)和物質(zhì)條件下尋求一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì) 指標(biāo)最佳的設(shè)計(jì)方案。它使傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生重大的變革，促進(jìn)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理 論和方法的發(fā)展，獲得日益顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。 本文分析了后裝壓縮式垃圾車的工作原理及各工作裝置，對其各部分進(jìn)行分析并在 此基礎(chǔ)上對裝填機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，共分為三個(gè)部分： 第一章：前言。闡述垃圾車歷史發(fā)展及現(xiàn)狀； 第二章：XZ5110ZYS 型后裝壓縮式垃圾車的工作原理及工作裝置分析。闡述了后裝 壓縮式垃圾車專用裝置的工作原理； 第

14、三章：XZ5110ZYS 型后裝壓縮式垃圾車機(jī)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)。介紹了后裝壓縮式 垃圾車的各個(gè)機(jī)構(gòu)，對裝填機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析，根據(jù)分析結(jié)果，對裝填機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè) 計(jì)。 第四章：結(jié)論。闡述了本課題對垃圾車設(shè)計(jì)以及環(huán)保的意義。 第二章 XZ5110ZYS 型后裝壓縮式垃圾車專用裝置工作原理 XZ5110ZYS 后裝壓縮式垃圾車是采用“東風(fēng)”EQ1108G6D15 型底盤15，經(jīng)加裝封閉式 車廂、填塞裝置、推卸料機(jī)構(gòu)、舉升油缸等專用工作裝置而組成的新型城市生活垃圾收 集運(yùn)輸車。其在裝載過程中具有對垃圾的壓縮能力，使用推板卸載，卸載過程平穩(wěn)、安 全，機(jī)械化作業(yè)程度高、裝載量大、操作方便、外形美觀大方等優(yōu)

15、點(diǎn)，是一種較理想的 城市生活垃圾運(yùn)載工具。 2.1 XZ5110ZYS 型后裝壓縮式垃圾車專用裝置工作原理 1.車廂 后裝壓縮式垃圾車的車廂大多采用骨架式結(jié)構(gòu)。車廂的縱截面一般為直角梯形。車 廂后端的斜角 有利于裝載廂以一定角度把垃圾送入車廂。車廂安裝在車架上時(shí)，應(yīng)與 車架上平面保持 1 左右向后的傾角，以便車廂內(nèi)的污水能從后端排除。 車廂的橫截面一般有矩形（圖 2-1a）和鼓形（圖 2-1b）兩種。 (a) 矩形 (b) 鼓形 圖 2-1 車廂的橫截面 從受力角度分析，鼓形截面不僅能承受較大的垃圾橫向膨脹力，而且由于形成了頂 面、左側(cè)面和右側(cè)面 3 個(gè)縱向柱面，使得車廂的縱向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度得

16、到明顯的增強(qiáng)。 因此在中小型垃圾車上多采用這種截面，除車廂前后兩端外，中部幾乎不再需要布置加 強(qiáng)梁。但由于鼓形橫截面的廂壁成形工藝性較差，因此大多后裝壓縮式垃圾車仍然采用 矩形橫截面的型式11。 車廂的高度和寬度應(yīng)使整個(gè)外廓尺寸符合法則要求。 后裝壓縮式垃圾車的系列化一般是按車廂橫截面大小分檔。即某一規(guī)格的橫截面適 應(yīng)一定車廂裝載容積范圍。在同一容積范圍內(nèi)采用同一規(guī)格的推板和裝載廂。 2. 推板 由于車廂內(nèi)的垃圾車受到強(qiáng)烈的擠壓，垃圾的反彈膨脹力作用于廂壁而形成了阻礙 廂內(nèi)垃圾移動(dòng)的摩擦力，故垃圾不易以車廂傾斜的方式自動(dòng)卸出，而必須采用強(qiáng)力推卸 的方法使垃圾推出廂外。推板的驅(qū)動(dòng)方式一般有兩種1

17、7， (a) 油缸水平布置 (b) 油缸斜向布置 圖 2-2 油缸直接驅(qū)動(dòng)方式 一種是多級油缸直接驅(qū)動(dòng)方式。油缸為一般水平布置，以獲得較高的驅(qū)動(dòng)效率并簡化結(jié) 構(gòu),如圖 2-2a。如果油缸水平布置受到縱向尺寸的限制，則可斜向布置如圖 2-2b。但這 樣布置不但增加了構(gòu)件受力，而且驅(qū)動(dòng)力的垂直分力作用在導(dǎo)軌上，從而降低了驅(qū)動(dòng)效 率。另一種推板驅(qū)動(dòng)方式是通過連桿機(jī)構(gòu)放大驅(qū)動(dòng)行程來驅(qū)動(dòng)推板6。如果設(shè)計(jì)合適， 在車廂垃圾排空時(shí)，推板停留在車廂后部，而且在填裝力達(dá)到一定值時(shí)，推板方可被推 動(dòng)向車廂前部退縮，這樣可使車廂內(nèi)的垃圾受壓均勻，同時(shí)也避免了車廂“填不滿”的 情況發(fā)生。 3裝載廂和壓縮機(jī)構(gòu) 裝載廂總

18、成是由裝載廂體和內(nèi)部的壓縮機(jī)構(gòu)組成。其作用是把垃圾填裝到裝載廂內(nèi) 進(jìn)行壓碎壓實(shí)處理，然后再向車廂內(nèi)擠壓。 a. 壓縮機(jī)構(gòu) 一般的壓縮機(jī)構(gòu)有復(fù)合連桿式壓縮機(jī)構(gòu)、帶弧形板復(fù)合式壓縮機(jī)構(gòu)和滑板式壓縮機(jī) 構(gòu)三種，而我們所用的是滑板式壓縮機(jī)構(gòu)。 滑板式壓縮機(jī)構(gòu)的工作原理如圖 2-3 所示 3。 滑板 1 由油缸驅(qū)動(dòng)，并沿裝載廂側(cè)壁上的導(dǎo)軌作斜向直線往復(fù)移動(dòng)。刮板 2 及與它 鉸接的刮板驅(qū)動(dòng)油缸均鉸接在滑板上，因此刮板既可隨滑板一起作往復(fù)移動(dòng)又可繞固定 在滑板上的鉸接中心轉(zhuǎn)動(dòng)，它與上述的兩種壓縮機(jī)構(gòu)比較。由于裝載廂底部靠車廂的下 半段為一與滑板運(yùn)動(dòng)方向平行的平面,因而在由狀態(tài) e 轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài) g 時(shí)，驅(qū)動(dòng)

19、油缸的全部 有效功率將垃圾向車廂內(nèi)壓實(shí)，在這個(gè)過程中刮板施力方向始終保持不變。 ( a ) ( b ) ( c ) 1 2 3 4 ( d ) ( e ) ( f ) ( g ) 1.滑板（壓實(shí)板） 2.刮板（清掃板） 3.刮板油缸（清掃油缸） 4.滑板油缸 （壓實(shí)油缸） 圖 2-3 滑板式壓縮機(jī)構(gòu) b. 填裝角8 滑板式壓縮機(jī)構(gòu)是以一個(gè)固定的角度來施加斜向擠壓力的。如圖 2-4 所示。稱為 垃圾填裝角。是前述的車廂后端的安裝斜角。而則是滑板導(dǎo)軌軸線與裝配結(jié)合面的 1 2 夾角。因此=-。填裝角一般選取 45 左右。 1 2 圖 2-4 垃圾車的裝填角 c. 填裝斗容積 垃圾由裝載廂入口倒入其

20、下腔的填裝斗后，呈自然堆積狀態(tài)。其截面如圖 2-5 所示。 圖中 為垃圾的安息角。 因此填裝斗容積大小的確定應(yīng)考慮以下幾方面因素：使用條件（即斗內(nèi)傾倒垃圾的方式） 。 如果垃圾車主要用來收集分散垃圾或袋裝垃圾，則填裝斗容積可以小些。若主要用來收 集桶裝垃圾、斗裝垃圾或手推車裝垃圾、就要考慮一次裝一桶還是兩桶（或斗、車）等 等，總之填裝容積應(yīng)與此相適應(yīng)。填裝斗容積還應(yīng)與車廂總?cè)莘e相協(xié)調(diào)，大廂小斗會(huì)降 低裝載效率；小廂大斗則造成材料和動(dòng)力的浪費(fèi)。此外還應(yīng)能滿足整車總布置和道路條 件的要求。 圖 2-5 填裝斗容積 d.裝載廂在車廂上的鎖緊 裝填垃圾時(shí)，垃圾對裝載廂的反作用力將使裝載廂向后頂起而與車

21、廂分離，導(dǎo)致填 裝作業(yè)無法進(jìn)行。所以當(dāng)垃圾卸畢裝載廂落座后必須將其下部鎖緊在車廂上，這是填裝 作業(yè)的需要 ，也是汽車行駛時(shí)防止裝載廂跳動(dòng)的需要。 最簡單的鎖緊方法是采用螺栓鎖緊。即在車廂后端下部裝一活節(jié)螺栓螺母機(jī)構(gòu)。裝 載用落座后 ，把活節(jié)螺栓插入裝載廂的相應(yīng)的槽口內(nèi)，擰緊螺母即可鎖緊裝載廂。在需 要舉升裝載廂時(shí)，則先松開螺母，并把活節(jié)螺栓抽出槽口即可。這種機(jī)構(gòu)雖然簡單，但 操作并不便，并與整個(gè)專用裝置的自動(dòng)化操作脫節(jié)，同時(shí)也容易產(chǎn)生誤操作。 第二種鎖緊方法是采用銷、契或鉤子進(jìn)行鎖緊。活動(dòng)緊固件的動(dòng)作可由單獨(dú)油缸或 氣缸驅(qū)動(dòng)。該油缸必須與舉升油缸聯(lián)鎖，即開鎖舉升，以及落下鎖緊，避免產(chǎn)生誤 操作

22、。如果把舉升油缸行程設(shè)計(jì)得稍微靠前一些，利用這一超前的行程來驅(qū)動(dòng)活動(dòng)緊固 件，也可以獲得同樣的效果。 第三種鎖緊方法：把裝載廂和車廂的鉸接設(shè)計(jì)成銷子和長槽連接。舉升油缸的下支 座焊接在車廂上，上支座焊接在裝載廂側(cè)壁上，當(dāng)舉升油缸剛伸出時(shí)，由于焊接在裝載 廂側(cè)壁下端的銷子卡在焊接在車廂上的槽口內(nèi)，因此裝載廂不能轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)果，舉升油缸 頂起整個(gè)裝載廂，使其沿斜向貼合面向上平移一段距離。與此同時(shí)鉸接處的銷子（固定 在裝載廂上）從長槽（固定在車廂上）下端逐漸移動(dòng)到上端。一旦銷子從槽口內(nèi)脫出 （即表示裝載廂下部與車廂脫離約束，裝載廂即可在舉升油缸繼續(xù)作用下，繞上鉸接銷 轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)油缸回縮時(shí)，因裝載廂質(zhì)心在油

23、缸支座的后側(cè)（右側(cè)） ，因此銷子與長槽仍繼 續(xù)保持原 來接觸位置，裝載廂繞銷子轉(zhuǎn)動(dòng)，落下并與車廂結(jié)合面相貼合，油缸繼續(xù)回縮，裝載廂 即沿貼合面下移，上鉸接處銷子回到起始位置，同時(shí)下部銷子又進(jìn)入槽口內(nèi)，并將裝載 廂鎖住在車廂上。 2.2 XZ5110ZYS 型后裝壓縮式垃圾車專用裝置液壓原理 圖 2-3 為裝填機(jī)構(gòu)的一個(gè)工作循環(huán)示意圖，其中循環(huán)動(dòng)作順序?yàn)椋篴-b-c-d-e-f-g- a。液壓原理圖如下 2-6。在液壓系統(tǒng)13的作用下，通過三位四通換向閥的換向，使得壓 實(shí)油缸與清掃油缸伸縮，來實(shí)現(xiàn)滑板（壓實(shí)板）的升、降和刮板（清掃板）的旋轉(zhuǎn)，控 制滑板和刮板的各個(gè)動(dòng)作，對已倒入裝載廂裝填斗的垃圾

24、，通過裝填機(jī)構(gòu)的掃刮、擠碎、 壓實(shí)，被壓入車廂。當(dāng)壓向推板上的垃圾壓力到達(dá)一定程度時(shí)，由于推板油缸存在有背 壓，液壓系統(tǒng)會(huì)使推板自動(dòng)向車廂前部逐漸移動(dòng)，使垃圾被均勻地壓縮，工作過程如下 10： a.初始位置：將垃圾倒入裝填器，啟動(dòng)油泵電機(jī)，液壓油經(jīng)過粗濾器、開關(guān)和油泵進(jìn) 入液壓回路； b.當(dāng)裝填斗裝入垃圾后，操縱三位四通換向閥，將換向閥打至右位，使液壓油進(jìn) 入清掃（刮板）油缸的下腔，推動(dòng)其活塞向上運(yùn)動(dòng)，從而使清掃板（刮板）逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 此時(shí)，滑板（壓實(shí)板）不動(dòng)； c.清掃油缸縮至最短，清掃板（刮板）油缸活塞運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)，即刮板（清掃板）逆 時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到上止點(diǎn)，回轉(zhuǎn)到位； d. 清掃板不動(dòng)、壓實(shí)板

25、下落：操縱三位四通換向閥，將換向閥打至左位，使液 壓油進(jìn)入壓實(shí)（滑板）油缸的上腔，推動(dòng)其活塞向下運(yùn)動(dòng)，從而使壓實(shí)板（滑板）向下運(yùn) 動(dòng)。當(dāng)壓實(shí)板（滑板）運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)即壓實(shí)油缸縮至最短時(shí)運(yùn)動(dòng)停止。此時(shí)裝填機(jī)構(gòu)完 成工作準(zhǔn)備階段； e. 壓實(shí)板（滑板）油缸向下運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，滑板（壓實(shí)板）下落到位， 停止不動(dòng)；反向操縱三位四通換向閥，即把換向閥打至左位，使液壓油進(jìn)入清掃（刮 板）油缸的上腔，推動(dòng)其活塞向下運(yùn)動(dòng)，使清掃板（刮板）順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，刮板（清掃板） 開始清掃動(dòng)作，扒入垃圾，將垃圾進(jìn)行初步的壓縮； f. 清掃（刮板）油缸順時(shí)針運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，刮板（清掃板）順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 到位，停止不

26、動(dòng)，此時(shí)，操縱三位四通換向閥，將換向閥打至右位，使液壓油進(jìn)入壓 實(shí)（滑板）油缸的下腔，推動(dòng)其活塞向上運(yùn)動(dòng)，從而使壓實(shí)板（滑板）向上運(yùn)動(dòng)；滑板 （壓實(shí)板）上升，碾碎垃圾，對垃圾進(jìn)行再次壓縮；由于卸垃圾時(shí)，推板在推卸料油缸的 作用下，將垃圾推出車廂并由于順序閥的壓力而停留在車廂后部，當(dāng)垃圾被推入車廂后， 推板受到來自壓實(shí)油缸施加給垃圾、并經(jīng)垃圾傳遞過來的壓力，此壓力克服平衡閥的背壓， 在此過程中，垃圾被三次壓縮并逐步將推板推向車廂前部； g. 壓實(shí)油缸運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，滑板（壓實(shí)板）上升到上止點(diǎn)，即回到初始 位置，完成一次工作循環(huán)。 (a) (b)(c) (d) (a) 舉升油缸（b）推板油

27、缸 （c）清掃油缸（d）壓實(shí)油缸 圖 2-6 XZ5110ZYS 后裝壓縮式垃圾車液壓原理圖 溢流閥14 1）溢流閥的作用是：調(diào)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(yuǎn)程調(diào)壓、系統(tǒng)卸荷使用。 與安全閥的相同點(diǎn)：符號與安全閥相同。 與安全閥的區(qū)別： 安全閥的作用是當(dāng)系統(tǒng)壓力超過規(guī)定值時(shí)，進(jìn)行卸載，閥口常閉。 溢流閥一般用于定量泵，安全閥一般用于變量泵。 如圖 2-7 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 2-8 所示為 推板油缸部分的可調(diào)溢流閥。 (a)

28、 (b)(c) (d) (a) (b)(c)(d) 圖 2-7 系統(tǒng)溢流閥 圖 2-8 推板油缸溢流閥 舉升油缸 (a) (b)(c) (d) 圖 2-9 液壓系統(tǒng)舉升部分 三位四通電磁閥的彈簧采用自動(dòng)復(fù)位，目的是使在扳動(dòng)操縱手柄后，當(dāng)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(dòng)，控制閥在的位置，液壓油進(jìn)入舉升油缸下腔，活塞伸出，使裝 (a) (b)(c) (d) 填廂舉起。 手柄向右扳動(dòng)，控制閥在的位置，液壓油進(jìn)入舉升油缸上腔，活塞回縮，使裝填 (a) (b)(c) (d) 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

29、填廂 下降速度太快，增強(qiáng)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 (a) (b)(c) (d) 圖 2-10 液壓系統(tǒng)推卸料部分 工作過程： 手柄向右扳動(dòng)，控制閥在的位置，進(jìn)油口進(jìn)油。液壓油進(jìn)入舉升油缸下腔，活塞 (a) (b)(c) (d) 伸出，使推卸料油缸活塞前伸，推動(dòng)推板，將垃圾推出車廂。 手柄向左扳動(dòng)，控制閥在的位置，推板油缸停留在車廂的最后端，當(dāng)裝填機(jī)構(gòu) (a) (b)(c) (d) 的壓實(shí)油缸將垃圾壓入車廂時(shí)，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 (a) (b)(c) (d) 圖 2-11 液壓系統(tǒng)清掃部分 三位四通電磁閥

30、的彈簧采用手動(dòng)復(fù)位，目的是使在扳動(dòng)操縱手柄后，當(dāng)操作人員松 開手柄后，清掃油缸能繼續(xù)工作，直到相應(yīng)的止點(diǎn)為止。 工作過程： 手柄向右扳動(dòng)，控制閥在的位置，液壓油進(jìn)入清掃油缸上腔，活塞回縮，使清掃 (a) (b)(c) (d) 油缸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，準(zhǔn)備進(jìn)行清掃垃圾。 手柄向左扳動(dòng)，控制閥在的位置，液壓油進(jìn)入清掃油缸下腔，活塞伸出，使清 (a) (b)(c) (d) 掃油缸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，清掃垃圾（對垃圾進(jìn)行第一次壓縮） 。旋轉(zhuǎn)到位后，保持在終點(diǎn)狀態(tài)。 壓實(shí)油缸 (a) (b)(c) (d) 圖 2-12 液壓系統(tǒng)壓實(shí)部分 三位四通電磁閥的彈簧采用手動(dòng)復(fù)位，目的是使在扳動(dòng)操縱手柄后，當(dāng)操作人員松 開手柄后

31、，壓實(shí)油缸能繼續(xù)工作，直到相應(yīng)的止點(diǎn)為止。 工作過程： 手柄向右扳動(dòng)，控制閥在的位置，液壓油進(jìn)入壓實(shí)油缸上腔，活塞回縮，使壓實(shí) (a) (b)(c) (d) 油缸下降（同時(shí)帶動(dòng)清掃油缸下降） ，準(zhǔn)備在清掃油缸工作完畢之后，對垃圾進(jìn)行二次壓 縮。 手柄向左扳動(dòng)，控制閥在的位置，液壓油進(jìn)入壓實(shí)油缸下腔，活塞伸出，使壓 (a) (b)(c) (d) 實(shí)油缸上升（同時(shí)帶動(dòng)清掃油缸上升） ，壓實(shí)垃圾（對垃圾進(jìn)行二次壓縮） ，并最終將垃 圾推入車廂。當(dāng)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(dòng)一段距離。 第三章第三章 XZ5110ZYSXZ5110ZYS 型后裝壓縮式垃圾車裝填

32、機(jī)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)型后裝壓縮式垃圾車裝填機(jī)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì) 后裝壓縮式垃圾車的裝載容積和裝載質(zhì)量，取決于兩個(gè)方面的因素：一、車廂的容 積；二、垃圾被壓縮的程度。 車廂容積和裝載質(zhì)量的大小是由垃圾車底盤決定，在車廂容積確定以后，能否達(dá)到 設(shè)計(jì)的裝載質(zhì)量，則取決于裝填機(jī)構(gòu)的壓縮能力和卸料機(jī)構(gòu)的推力，其中裝填機(jī)構(gòu)的壓 縮效果，最終決定了后裝壓縮式垃圾車裝載質(zhì)量和整車的制造質(zhì)量。 如果希望在后裝壓縮式垃圾車的整車基本參數(shù)16給定的情況下，即在車廂容積、裝 載質(zhì)量和整車總質(zhì)量確定的情況下，裝填機(jī)構(gòu)能最大限度地將垃圾壓縮，并且壓縮平穩(wěn)、 能獲取最大的壓縮力，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，就必須考慮以下幾個(gè)問題： 1

33、、盡可能地使裝填機(jī)構(gòu)的壓縮力的水平分力最大； 2、使卸料機(jī)構(gòu)的推力最?。?3、如果裝填機(jī)構(gòu)的壓實(shí)力滿足在即將裝滿時(shí)能將垃圾壓縮進(jìn)車廂，則可以認(rèn)為裝填 機(jī)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求。需要卸料油缸的最大推力發(fā)生在滿載卸料開始時(shí)刻，需要裝填機(jī)構(gòu) 的最大壓縮力發(fā)生在即將裝滿車廂的時(shí)候；可以認(rèn)為，滿載卸料開始時(shí)刻的推板推力的 水平分力與即將裝滿車廂的時(shí)壓實(shí)力的水平分力相等，因此，在計(jì)算最大壓實(shí)力時(shí)，應(yīng) 先分析推卸料機(jī)構(gòu)的受力情況，計(jì)算出推板最大推力，此力即為最大壓實(shí)力； 4、裝填機(jī)構(gòu)在工作周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。 本章首先對推卸料機(jī)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，在此基礎(chǔ)上，對裝填機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，建 立其數(shù)學(xué)模型，對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終

34、確定裝填機(jī)構(gòu)的有關(guān)參數(shù)。 3.1 XZ5110ZYS 型后裝壓縮式垃圾車推卸料機(jī)構(gòu)受力分析4 XZ5110ZYS 型壓縮式垃圾車根據(jù)我國國情的實(shí)際情況，采用推擠卸料結(jié)構(gòu)，這種結(jié) 構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是： 1. 對整車質(zhì)心位置、穩(wěn)定性、駐坡度等總體性能均有利，有效地避免了由傾翻卸料 帶來的質(zhì)心后移的危險(xiǎn)； 2. 簡化了車廂和車架結(jié)合處的結(jié)構(gòu)。 由于在推卸料時(shí)，推卸料油缸主要克服垃圾與底板和內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦力，因此，計(jì) 算推力時(shí)，應(yīng)考慮的垃圾與底板的摩擦力、垃圾內(nèi)壁的摩擦力等因素。由于在卸料開始 時(shí)刻所需卸料油缸液壓推桿推力最大，而此時(shí)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(shí)，應(yīng)求出

35、其在卸料開始時(shí)刻時(shí)的受力情況，并以此為依 據(jù)，進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算，選擇或定制推卸料油缸、壓實(shí)油缸、確定裝填機(jī)構(gòu)的初始尺寸， 為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供原始參數(shù)。 3.1.1 垃圾與底板的摩擦力 根據(jù)有關(guān)材料，非金屬的靜摩擦系數(shù)大致如表 3-1： 表 3-1 非金屬的靜摩檫系數(shù) 垃圾車推卸料機(jī)構(gòu)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) 00.4?，F(xiàn)求最佳 角和最小 F 值。 圖 3-1 推卸料機(jī)構(gòu)示意圖 圖 3-2 推卸料受力分析圖 摩擦副材料 靜摩擦系數(shù)（0） 石金屬0.30.4 木金屬0.6（干） ；0.2（濕） 土土0.10.25 石土0.5（干） ；0.3（濕） 木石0.4

36、木木0.20.5 三級油缸 車廂輪廓 推板 0N mg N F1 0 1 2 0 1 根據(jù)受力平衡條件有： 0sin 0cos 1 01 mgFN NF 解得： （3-30)sin(cos01FmgF ） 于是： （3-4） sincos0 0 1 mg F 顯然，當(dāng)為最大值時(shí)，F(xiàn)1的值最小。為此，用數(shù)學(xué)方法構(gòu)造一個(gè)三角形，sincos 0 來求得最佳值，其配方如圖 3-3： 圖 3-3 摩擦系數(shù)配方圖 （3-5） )cos(1 )sinsincos(cos1 )sin 1 cos 1 1 (1sincos 2 0 2 0 2 0 0 2 0 2 0 0 顯然，當(dāng) 時(shí)，獲得最大值。1)cos(

37、 此時(shí)： （3-6 2 0 0 2 0 0 0 0 1 1)cos(1 sincos mgmgmg F ） 又： ,tan 0 故： ,tan 0 所以： （3-7 0 arctan ） （3-1） （3-2） AF1cos L h F W1 F2 W2 B 由 00.4 可得： （3-8） 84214 . 0arctanarctan 0 0 故當(dāng)只計(jì)算垃圾與底板的摩擦?xí)r，需要的最小推力為： （3-9 8421sin8421cos 4 . 0 sincos 00 0 0 1 mgmg F ） 3.1.2 垃圾與車廂左、右側(cè)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

38、的導(dǎo)槽和 B 點(diǎn)的導(dǎo)輪支持，可在車廂 側(cè)圍上滑動(dòng)。若車廂的長、寬、高分別為 a、b、h，車廂內(nèi)受擠壓的垃圾產(chǎn)生的壓強(qiáng)為 p。 圖 3-4 推板受力圖 卸料過程中，壓縮的垃圾在車廂左、右側(cè)壁和上壁產(chǎn)生的摩擦阻力 F2為： （3-10）)2()2(2bhfpafpbahaF 式中：垃圾與車廂壁之間的靜摩擦系數(shù)；f 受擠壓的垃圾產(chǎn)生的壓強(qiáng)。p 3.1.3 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） cos 2 1 F FF 3.1.4 壓實(shí)油缸推力計(jì)算 在車廂即將裝滿時(shí)，所需要的壓實(shí)油缸的壓實(shí)力的水平分量最大，因此，壓實(shí)油缸 的選擇應(yīng)以在車廂即將裝滿時(shí)為設(shè)

39、計(jì)依據(jù)?？梢哉J(rèn)為，此時(shí)壓實(shí)油缸壓實(shí)力的水平分量 滿足大于或等于推卸料油缸在卸料開始時(shí)刻的推力的水平分量，就可以將垃圾完全地壓 進(jìn)車廂，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 XZ5110ZYS 型后裝壓縮式垃圾車初始設(shè)計(jì)參數(shù)： 1）推料板的傾角為：； 0 73 2）車廂有效的長、寬、高： ； 169521603212mmmmhba 3）垃圾與車廂左、右側(cè)壁和上壁的摩擦系數(shù)取為：；1 . 0f 4）推板自重：；NW28561 5）裝載質(zhì)量：；KgmgG5500 6）卸料推板尺寸：；mmmmS16952160 7）受擠壓的垃圾產(chǎn)生的壓強(qiáng)：由于裝填機(jī)構(gòu)將垃圾壓入以及推卸料機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)推板將p 垃圾推出時(shí)，垃圾的密度的不確定性，

40、因此，垃圾在傳遞壓實(shí)力和推力時(shí)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(cè)壁和上壁產(chǎn)生的摩擦力也不相 等，鑒于此，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，取=11503N/m2；p 8）由上述 7）的分析以及表 1-1，取垃圾與車廂左、右側(cè)壁和上壁的摩擦系數(shù)為： ；1 . 0f 于是： N bhapfmgF FF 40523 8421cos )160 . 2 695 . 1 2(1 . 011503212. 3 8421sin4 . 08421cos 8 . 955004 . 0 cos )2( sincoscos 000 0 02 1 由于此時(shí)清掃油缸壓力固定，因此在壓實(shí)油缸動(dòng)作時(shí)，可以把清掃油缸

41、與清掃板視為一 個(gè)剛體。顯然，此時(shí)壓實(shí)油缸推桿的推力（見圖 3-6）的水平分量應(yīng)大于等于推板卸料cF 油缸推桿推力的水平分量，即： coscosFFC 從而求得： （3-12） cos cosF Fc 式中為裝填角，當(dāng)確定以后，就可以根據(jù)式 1-12 計(jì)算出的值。 c F 3.2 XZ5110ZYS 型后裝壓縮式垃圾車裝填機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)5 裝填機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)如圖 3-5 所示（工作原理見第二章：壓縮式垃圾車裝填機(jī)構(gòu)工作原理 研究） ，清掃板首先對垃圾進(jìn)行預(yù)壓縮，當(dāng)清掃板轉(zhuǎn)到規(guī)定的角度之后，壓實(shí)油缸動(dòng)作， 將垃圾最終壓縮并且推入車廂。 在垃圾車的容積、設(shè)計(jì)裝載質(zhì)量、卸料推板的最大推力和車廂后

42、傾角已經(jīng)確定的情 況下，對垃圾的壓縮程度有著決定性的影響的因素有：裝填角的 圖 3-5 裝填機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖 大小、壓實(shí)油缸推力的水平分量、壓實(shí)油缸在裝填機(jī)構(gòu)上的鉸接點(diǎn)位置、清掃油缸的下 止點(diǎn)位置和清掃板對垃圾的預(yù)壓縮程度；但是目前我國對裝填機(jī)構(gòu)的研究很少，產(chǎn)品的 設(shè)計(jì)基本是比較設(shè)計(jì)、采用測繪或經(jīng)驗(yàn)取值的方法，這極大地限制了產(chǎn)品性能的進(jìn)一步 提高。因此，本節(jié)在對裝填機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，力求根本上改 善裝填機(jī)構(gòu)的性能。 3.2.1 裝填機(jī)構(gòu)的優(yōu)化模型9 根據(jù)圖 3-5，建立如圖 3-6 所示的裝填機(jī)構(gòu)分析圖。 裝填機(jī)構(gòu)工作時(shí)，清掃板首先動(dòng)作，將垃圾進(jìn)行預(yù)壓縮，對其要求為，清掃油

43、缸和 清掃板在工作周期內(nèi)應(yīng)平穩(wěn)，以防產(chǎn)生沖擊，造成清掃垃圾時(shí)產(chǎn)生不能正常工作、降低 清掃油缸銷的使用壽命。 x y x y A B C D E Fmax FA Fc L1 L2 L3 L4 L5 圖 3-6 裝填機(jī)構(gòu)受力分析圖 因此，清掃油缸運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性就成為設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先考慮的因素。 由第二章圖 2-3：XZ5110ZYS 型壓縮式垃圾車裝填機(jī)構(gòu)工作原理圖可以看出，在裝填 機(jī)構(gòu)的一個(gè)工作循環(huán)中，在清掃油缸動(dòng)作時(shí)，壓實(shí)油缸保持不動(dòng)，即壓實(shí)油缸此時(shí)應(yīng)有 足夠的壓力來保證清掃油缸動(dòng)作的穩(wěn)定性和平順性。 清掃油缸完成預(yù)壓縮以后，壓實(shí)油缸動(dòng)作，將垃圾壓縮、擠壓，最終推進(jìn)車廂。在 壓實(shí)油缸選定，即壓實(shí)油缸

44、的推力已經(jīng)確定的情況下，裝填角越小，壓實(shí)油缸推力的水 平分量越大，壓實(shí)效果越好，但是水平分量增大時(shí)，其垂直分量變小，使向上的分力減 小，也會(huì)降低壓縮效果。因此，應(yīng)綜合考慮壓實(shí)油缸的推力的水平和垂直分量，使之達(dá) 到最佳壓實(shí)效果。 根據(jù)上述分析，確定裝填機(jī)構(gòu)的優(yōu)化目標(biāo)為： （1）清掃機(jī)構(gòu)的優(yōu)化目標(biāo)為：工作平穩(wěn)，在清掃油缸的有效動(dòng)作范圍內(nèi)，要求清掃 油缸運(yùn)動(dòng)盡量平穩(wěn)，從而使液壓系統(tǒng)的壓力波動(dòng)盡可能地小。 （2）由于裝填角的正確選取，對于裝填機(jī)構(gòu)的工作效率以及整車的設(shè)計(jì)質(zhì)量有著 決定性的影響，因此為了使壓實(shí)油缸能兼顧壓實(shí)油缸推力的水平分量和垂直分量，可將 壓實(shí)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化目標(biāo)確定為：在壓實(shí)油缸的有效動(dòng)作

45、范圍內(nèi)，要求壓實(shí)油缸運(yùn)動(dòng)盡量平 穩(wěn)，液壓系統(tǒng)的壓力波動(dòng)盡可能地小。 1. 裝填機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析3 如圖 3-6 所示，在中，由余弦定理得：ABC （3-13cos254 2 5 2 4 2 3 LLLLL ） 清掃油缸工作，使得清掃板繞 B 點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，由式 3-13 知，其轉(zhuǎn)速與清掃油缸的伸縮速 度之比為： （3-14） sin 54 3 3 1 LL L L H 在中： ADC （3-15）321LLL （3-16）cos221 2 2 2 1 2 3 LLLLL 由于在壓實(shí)油缸動(dòng)作時(shí)，已經(jīng)為一固定值，可以作為常量處理，所以由上式可得：3L （3-17 sin )cos()cos( 21 21

46、1 2 12 1 2 LL LL L L LL L H ） 現(xiàn)在求的表達(dá)式：由于在壓實(shí)油缸向上運(yùn)動(dòng)的過程中，為一定值，則在 1 2 L L 中，由正弦定理有：ADC )180sin(sin 0 12 LL 由上式得： （3-18） )cos( )sin(sin 2 1 2 1 L L L L 聯(lián)立式 3-17、式 3-18 得： （3-19） )cos()cos(sin)sin( )cos()cos(sinsin 211 121 1 2 LLL LLL L L 2. 設(shè)計(jì)變量的確定 由上述分析可知，影響裝填機(jī)構(gòu)工作的主要參數(shù)為： 、1L2L3L4L5L 等七個(gè)參數(shù)。如果要使裝填機(jī)構(gòu)夠平穩(wěn)工作，

47、應(yīng)使這些參數(shù)的取值最合理，由于和 3 L 是參變量，在優(yōu)化前其值給定，因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)變量為：、。1L2L4L5L 3分目標(biāo)函數(shù)的建立 由式 3-14 可知，油缸運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性可以用速比函數(shù)來表示。即對于清掃油缸運(yùn)動(dòng)的 平穩(wěn)性要求可以轉(zhuǎn)化為在清掃油缸有效運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，使得最大速比與最小速比的比值盡 可能地小。因此，清掃機(jī)構(gòu)的目標(biāo)函數(shù)為： （3-20 min1 max1 1)( H H Hf ） 顯然，油缸運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性可以用速比函數(shù)來表示。因此，對于壓實(shí)油缸運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn) 性要求可以轉(zhuǎn)化為在壓實(shí)油缸有效運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，使得最大速比與最小速比的比值盡可能 地小。因此，壓實(shí)機(jī)構(gòu)的目標(biāo)函數(shù)為： （3-21 min2

48、 max2 2)( H H Hf ） 4 約束函數(shù)的建立 裝填機(jī)構(gòu)的約束有三類1：a.結(jié)構(gòu)約束；b.性能約束；c.邊界約束。 a.結(jié)構(gòu)約束： 工作周期內(nèi)，先使清掃板逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，完成準(zhǔn)備工作，當(dāng)壓實(shí)油缸動(dòng)作，使得清掃 油缸下降到清掃位置以后，再使之順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行對垃圾的清掃，即預(yù)壓縮。設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)保證清掃油缸的伸縮使得清掃板的旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)、且應(yīng)在規(guī)定的角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，于是有： （3-22） 0)(1Xg （3-23）)(2Xg 工作周期內(nèi)，先使壓實(shí)板下降，在清掃板完成預(yù)壓縮以后，再使壓實(shí)板上升，對垃 圾進(jìn)行壓縮，最終推進(jìn)車廂，壓實(shí)油缸的升、降使角發(fā)生變化，于是有： （3-240)(3Xg ） （車

49、廂的后傾角為 730） （3-25 0 473)(Xg ） b.性能約束： 要求清掃油缸伸出的長度要合理，且應(yīng)保證油缸的伸出長度使得清掃板不能發(fā)生自 鎖。 （3-26）1)( min max 3 3 5 L L Xg （3-277 . 1)( min max 3 3 6 L L Xg ） 要求壓實(shí)油缸伸出的長度要合理，有： （3-281)( min1 max1 7 L L Xg ） （3-297 . 1)( min1 max1 8 L L Xg ） c.邊界約束： 優(yōu)化參數(shù)的邊界約束要根據(jù)實(shí)際情況確定，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況給出一些普 遍的邊界約束條件，在得到結(jié)果以后再根據(jù)情況進(jìn)行取舍?；?/p>

50、上述考慮，現(xiàn)設(shè)以下邊 界約束： （3-300)(39 LXg ） （3-310)(46 LXg ） （3-0)(57 LXg 32） （3-0)(548LLXg 33） （3-3549)(LLLXg 34） （3-0)(110 LXg 35） （3-0)(211 LXg 36） （3-384)cos()(212LXg 37） （3-1695sin)(113LXg 38） （3-0)(3214LLXg 39） （3-13215)(LLLXg 40） 3.2.2 優(yōu)化計(jì)算 （1）初始數(shù)據(jù)：初選最不利的裝填角為 730，代入式 3-12 進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算出的 的值，初步選定壓實(shí)油缸的缸徑，再結(jié)合壓

51、縮比、裝載廂和車廂總?cè)莘e，初步確定 c F XZ5110ZYS 型后裝壓縮式垃圾車的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)如表 3-2。 （2）優(yōu)化計(jì)算過程：顯然，本優(yōu)化計(jì)算屬于多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，計(jì)算公式復(fù)雜， 并且需要優(yōu)化的參數(shù)有五個(gè)，因此不適宜采用必須計(jì)算函數(shù)梯度的算法。 計(jì)算時(shí)首先采用乘除法將兩個(gè)單目標(biāo)函數(shù)統(tǒng)一起來，即統(tǒng)一目標(biāo)函數(shù)為： （3-41）)()()( 21 HfHfXf 顯然，優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的值逼近 1.0 時(shí)，裝填機(jī)構(gòu)各個(gè)部分的尺寸是最合理的，能最)(Xf 大限度地滿足使用要求。隨機(jī)方向搜索法不需要求偏導(dǎo)數(shù)，程序簡單，計(jì)算時(shí)收斂性較 好，因此，統(tǒng)一目標(biāo)函數(shù)后，采用隨機(jī)方向搜索法，求得最優(yōu)解28。采

52、用 C 語言編程， 程序框圖如圖 3-7，源程序見附錄，程序運(yùn)行過程如下： 1）給定設(shè)計(jì)變量數(shù)目 n=5，初始變量的上下限, 5421 LLLLX 初始步長，步長收斂精度，產(chǎn)生隨機(jī)方向最大次數(shù)；),2, 1(,nibaii0amaxN 2）隨機(jī)產(chǎn)生初始點(diǎn)；在區(qū)間，利用產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)，隨機(jī)產(chǎn)生初始點(diǎn)的分),(iibair )0( X 量，求得；檢驗(yàn)的可行性), 2 , 1(),( )0( niabraxiiii, )0()0( 2 )0( 1 )0( n xxxX )0( X 條件：如果滿足，則進(jìn)行下一步，否則重新隨機(jī)產(chǎn)生初始點(diǎn)), 2 , 1( , 0)( )0( muXgu ，直至成為可行的初

53、始點(diǎn)； )0( X )0( X 3）；aafXfXX00 )0( ,)(, 4）；jjk 0 , 1 5）在區(qū)間產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，得單位隨機(jī)向量：) 1, 1(), 2 , 1(niyi ，沿方向迭代，得到新的迭代點(diǎn)； n i i T n y yyy S 1 2 21, SSXX )0( 6）檢驗(yàn)新的點(diǎn)的可行性：如果滿足，進(jìn)行（7） ，否則轉(zhuǎn)至), 2 , 1( , 0)(muXgu （9） ； 7）檢驗(yàn)新點(diǎn)的下降性，計(jì)算，若，進(jìn)行（8） ，否則轉(zhuǎn)至（9） ；fXf)(0ff 8），繼續(xù)沿方向迭代，得到新的迭代點(diǎn)，, )0( XX0ff 1jjSSXX )0( 返回（6） ； 9）如果，則置，進(jìn)行（

54、10） ，否則返回（4） ；0jjkk1 10）如果，則進(jìn)行（11） ，否則返回（5） ；maxNk 11）如果，則輸出最優(yōu)解，終止迭代；否則將步長減 XX)()( XfXf 半，即，返回（4） ，繼續(xù)進(jìn)行迭代。aa 5 . 0 3.2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)分析與評估 在設(shè)計(jì)裝填機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮其使用狀況，應(yīng)盡可能使裝填機(jī)構(gòu)工作平穩(wěn)，滿足其運(yùn)動(dòng) 要求，延長其使用壽命；裝填機(jī)構(gòu)應(yīng)與裝填斗的容積匹配，如果裝填機(jī)構(gòu)相對裝填斗太 大，盡管能滿足使用要求，但卻造成了能源和原材料的浪費(fèi)，增加制造成本，裝填機(jī)構(gòu) 相對裝填斗太小，則會(huì)降低生產(chǎn)效率，有可能出現(xiàn)動(dòng)力不足（對垃圾的壓實(shí)力不足、清 掃垃圾不完全等） ，造成二次污

55、染，縮短裝填機(jī)構(gòu)的使用壽命。 優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果如表 3-3，對 XZ5110ZYS 型后裝壓縮式垃圾車裝填機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) 的結(jié)果表明：1、的值由 2.89563 降到 1.01271，說明優(yōu)化設(shè)計(jì)模型建立正確，大大)(Hf 增加了裝填機(jī)構(gòu)工作的平穩(wěn)性；2、通過優(yōu)化設(shè)計(jì)后的參數(shù)在滿足使用要求的同時(shí)，減小 了機(jī)構(gòu)，避免了“大馬拉小車”的現(xiàn)象，為整車的設(shè)計(jì)更加合理創(chuàng)造了條件；3、達(dá)到了 在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下節(jié)約原材料、降低制造成本的目的。 表 3-2 裝填機(jī)構(gòu)初始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 參 數(shù)初始數(shù)據(jù) 初始值（0） 39 終止值（0） 153 與水平面的夾角 旋轉(zhuǎn)角度（0） 114 清掃板長度（mm）5L 19

56、5 壓實(shí)板長度（mm）4L 758 清掃油缸初始長度（mm）min3L 572 清掃油缸伸長量（mm）3L 320 壓實(shí)油缸初始長度（mm）1L 920 壓實(shí)油缸伸長量（mm）1L 610 （mm）2L 295 （0）650 （0） 73 （0） 15 表 3-3 裝填機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果 參 數(shù)優(yōu)化后數(shù)據(jù) （mm）壓實(shí)油缸初始長度（mm）1L1239.48 壓實(shí)油缸伸長量（mm）1L 1012.95 壓實(shí)板長度（mm）4L 981.917 清掃板長度（mm）5L 687.323 （0） 168.667 第四章結(jié) 論 通過對 XZ5110ZYS 型后裝壓縮式垃圾車（以下簡稱垃圾車）的分析結(jié)果 表明

57、： 1、在垃圾車的整車基本參數(shù)給定，即在車廂容積、裝載質(zhì)量和整車總質(zhì) 量確定的情況下，本優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果能使裝填機(jī)構(gòu)能最大限度地將垃圾壓縮， 并且壓縮平穩(wěn)、能獲取最大的壓縮力，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)： （1）裝填機(jī)構(gòu)的壓實(shí)油缸壓縮力的水平分力增大； （2）卸料機(jī)構(gòu)的推力降低； （3）裝填機(jī)構(gòu)的壓實(shí)力滿足了在即車廂將裝滿垃圾時(shí)將垃圾壓縮進(jìn)車廂的設(shè)計(jì)要求。 （4）裝填機(jī)構(gòu)在工作周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。 （5）本優(yōu)化設(shè)計(jì)對于增強(qiáng)環(huán)保意識，有著一定的積極意義。 2、用本文的優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，可進(jìn)一步對推卸料機(jī)構(gòu)、舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析， 從而形成完整的后裝壓縮式垃圾車的研究體系。 3、本文的方法對于此類垃圾車的人機(jī)工程研究

58、和綠色設(shè)計(jì)有一定的參考 價(jià)值。 后 記 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在院、系領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)懷下即將順利結(jié)束，在此，我要對給予我熱心關(guān)懷 和熱情幫助的人表示感謝。 首先，在本次的課程設(shè)計(jì)過程中，指導(dǎo)老師丁繼斌老師精心指導(dǎo)，為本人畢業(yè)設(shè)計(jì) 的順利完成付出了心血，在此謹(jǐn)致以衷心的感謝。 其次，在本次的課畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，得到了徐州師范大學(xué)工學(xué)院機(jī)械系領(lǐng)導(dǎo)和老師 的大力支持，我要對機(jī)械工程系的各位領(lǐng)導(dǎo)對此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的重視表示衷心的感謝。感 謝各位老師特別是三任班主任郭玉琴老師、丁繼斌老師和郭永環(huán)老辛勤耕耘、關(guān)心和幫 助，才使我由一個(gè)懵懂無知的高中生轉(zhuǎn)變成為一名合格的大學(xué)畢業(yè)生，為我今后踏上工 作崗位奠定下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 感謝四

59、年來幫助、支持、關(guān)心我的老師和幫助同學(xué)們。 感謝辛勤培育我的父母，是他們的汗水換來了我現(xiàn)今幸福的大學(xué)生活。 參考文獻(xiàn) 1 陳秀寧，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，浙江：浙江大學(xué)出版社，1991 年(P119-124,166) 2 陳衛(wèi)，壓縮式垃圾車操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析，專用汽車，2002 年 2 月(P9-11) 3 丁繼斌，XZ5110ZYS 后裝壓縮式垃圾車裝填機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，2003 年 8 月(P28-35) 4 胡寧，范俊清，壓縮式垃圾車卸料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，專用汽車，1996 年 4 月(P29-32) 5 黃邦彥主編，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)（2001 年 9 月第 1 版） ，北京：中國人民大學(xué)出版社， 2001

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