1、本科毕业论文（20 届）垃圾清运车辆工作装置设计（桶式）所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日II毕业设计任务书设计题目： 垃圾清运车辆工作装置设计（桶式） 1课题意义及目标垃圾车主要是运载生活垃圾，亦可运输灰，砂，石，土等散装建筑材料，也可以在矿山或煤建中送矿石或煤。循环运输垃圾，充分提高了车辆的运输能力，适用于垃圾中短途运输，如环卫部门对城镇垃及的清理，运输等。通过工作装置的设计，得到机械设计工程师的基本训练。 2主要
2、任务主要原始参数如下：东风 140 机械手式垃圾车 外型尺寸(mm)：685024402720底盘型号：EQ1102FLJ5 货厢尺寸(mm)：400023001470根据要求进行市场调查研究，确定主要技术参数；拟定总体方案，并进行论证；进行工作装置传动设计，选择合理的传动件；零件设计及结构设计。提交毕业设计计算说明书一份；垃圾车辆工作装置原理图一份；进行动作仿真并提供设计图纸 2张 A0；3主要参考资料1 王望予. 汽车设计M. 北京：机械工业出版社，20122 陈家瑞. 汽车构造M . 北京：机械工业出版社，20003 成大先. 机械设计手册M. 北京：化学工业出版社，2004.54 其他
3、网络检索到的相关资料4进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 进行调查研究，查阅资料，完成开题报告 2014.12.01 一 2014.12.30 2 初步拟定总体方案，总体方案论证确定 2014.12.31 一 2015.04.12 3 对主要构件的强度与刚度校核计算 2015.04.13 一 2015.04.22 4 工作装置装配图、结构设计图、主要零件图 2015.04.23 一 2015.06.015 撰写并编制论文、打印，准备毕业答辩资料 2015.06.02 一 2015.06.22审核人： 年 月 日III垃清运车辆工作装置设计（桶式）摘要在我国，随着城镇现代化建设的明显加快，
4、城镇的生活垃圾也随之越来越多，环保意识也就需要增强，促使我国和其他国家出台一些新的环保政策，垃圾车制造和改造也就更加重要，同时也得到了快速的发展。目前的垃圾清运车应用还不够完善，我国目前的城镇垃圾收集的模式主要是“导入垃圾桶环卫工人用手推车或货车拉走垃圾收集点中转站最终处理场”，运输过程效率低，人工劳动强度大，主要一点是路边垃圾收集点污染比较严重，垃圾随风飘走、到处散落垃圾、异味等严重污染现象及其常见，给路人带来极其大的健康危害。另外，垃圾清运车运输过程和卸车也需要升级，车厢密封性好，轻度高，装卸垃圾实现全自动化成为发展的必然趋势。关 键 词 ：导轨式, 机械手, 举升机构, 副车架, 液压系
5、统The Design process of Rubbish Rollectors working Device(Barrel)AbsrractionIn china, with the process of country and township significantly accelerated, the amount of municipal waste is increasing,our country and other country introduction policy of environmental awareness, reform of garbage truck i
6、s more importantly,and getting development rapidly.Application of rubbish collector is still not perfect today, main mode of urban garbage collection is “rush into the trash cansanitation workers use the trolleys or vans to moveplace of garbage collectiontransit station final disposal sites“,the tra
7、nsportation process is very inefficient and labor intensity is more larger,The main point is that the roadside pollution of garbage collection is more seriously,.the rubbish gone with the wind, unpleasant smell and serious pollution phenomenon are common.In addition,transport process of garbage truc
8、k also needs to be upgraded, carriage is sealed better, quality light, loading and unloading full automation are inexorable trend of garbage car development.Leywords: type of Rail, Manipulator, Lifting mechanism, Viceframe, Hydraulic systemIV目 录摘要 .1绪论 .11.1 选题背景及意义 .11.2 国内外垃圾清运车车研究现状 .11.3 现有垃圾清运车
9、存在的问题 .51.4 课题来源及主要研究内容 .51.5 总体设计思路 .6垃圾桶的举升结构设计2.1 垃圾桶举升装置设计简介 .62.2 坐标系设定 .62.3 设计标准 .62.4 工作原理 .72.5 主要部件 .92.5.1 主要部件注意事项 .102.6 设计参数及校核 .132.6.1 机械手设计 .133.6.2 滚轮滑道和 Y 向导轨铰接处支座力计算 .152.6.3 节臂危险截面应力计算与校核 .17自卸举升机构参数的确定及校核 .183.1 底盘选择与参数确定 .183.2 自卸车厢液压举升装置设计 .193.2.1 自卸举升装置具备的性能 .193.2.2 液压举升机构
10、的确定 .203.2.3 举升机构部件的尺寸计算 .213.2.4 拉杆和铰支座受力计算与校核 .24液压系统的计算 .26总 结 与 展 望 .28参 考 文 献 .29III致 谢 .291绪论1.1 选题背景及意义随着城市化进程的加快，城市生活垃圾也在快速增加。对往年统计数据进行总体分析，我国城市生活垃圾的年增长率大约为 8左右，据统计数据显示到今年全国城市生活垃圾清运量大约达到 2 亿吨之多，日均约为 55 万吨 ，由生活垃圾造成的环境污染问题受到了密切的关注，因为这些垃圾不仅污染环境，破坏城 市景色 ，而且空气上的漂浮物会带有大量细菌，严重后果危害人体健康，近年来，人均生活水平提高，
11、人们对周围环境卫生要求更加高，按照现阶段城市垃圾处置“无害化、资源化、减量化，避免二次污染”的趋势，确保垃圾在收集和转运过程中不发生飘、遗、洒、漏等二次污染，消除死角垃圾，保持城市市容外观新颖、美丽，必将对高技术水平和高环保标准的环卫垃圾清运车产生大量需求。垃圾收集技术方面，我国主要是将垃圾桶移动到垃圾车旁边，然后放到挂钩上，半自动升降来倾倒垃圾;国外此行业技术比较成熟，很多采用机械手自动抓取垃圾桶然后倾倒垃圾，再将垃圾桶放回原处，但也存在一些问题，比如垃圾桶被撞倒，机械手不能准确抓取垃圾桶，定位不准确，倾倒速度过快导致垃圾飞扬，机械手抓手半径过小或过大导致抓坏垃圾桶、抓不住掉下等等。因此，开
12、展自动提升垃圾桶机械手和自动倾卸的研制，不仅具有广阔的市场应用前景，而且是创建卫环保生城市、提升城市面貌和居住友好环境的必然要求。侧装式垃圾车通过安装在车厢一侧的垃圾桶举升机构，将桶装垃圾提升倾倒入车厢内，实现城镇和社区垃圾的高效率收集和运输，采用封闭式收集、运输，避免了运输过程中的二次污染问题的出现，但其垃圾桶收集方式需通过环卫工人将垃圾桶挂接到举升机构挂钩处，那么就会劳动强度高、装车效率低，降低了垃圾清运车的使用效率。如何省去人工挂接垃圾桶动作，能完成伸臂、夹取、 装车、放回、松手、复位，自卸等工作程序，设计一款结构合理、功能强大、适应范围宽、机械可靠性高的垃圾桶自动收集机械手，和自动倾卸
13、垃圾是环卫机械发展的总体趋势和必然要求。1.2 国内外垃圾清运车车研究现状垃圾车机械手在国外逐渐成熟，并得到广泛应用，采用机械手自动化程度已达2到较高水平。随着全球化城市环保建设，高新技术的快速发展，带有机械手结构与功能设计技术的垃圾清运车不断技术革新，发展到现在，国外垃圾车机械手主要有导轨式机械手、梯式轨道剪刀撑机械手、关节型连杆式机械手、组合型机械手等等。图 1.1 侧装式垃圾车 Sidewinder XTR 为美国 New Way 公司生产的，采用导轨式机械手自动抓取垃圾桶，机械手安装于底盘和车厢之间，主要由外伸导轨、末端手爪、翻转机构三部分构成。平时工作时，外伸导轨可以自由伸缩为末端手
14、爪接近路边垃圾桶动提供动作；然后末端手爪夹紧垃圾桶，全套，翻转机构动作，全套工作过程完成后，垃圾桶翻转 180左右，将垃圾桶内垃圾倾倒到车厢内。车厢上部带有适当小口，其中翻转机构动作时，外伸导轨也在同步收缩，用来减小弯矩和其他力。整套垃圾桶收集动作仅用 8s 时间，机械手抓力大，承重高，动作速度快，可抓取垃圾桶质量超过 200kg；另外，通过外伸导轨可远距离 3m 抓取垃圾桶，这样大大地增加了垃圾车的作业半径。但是，由于垃圾桶位置是随机的，司机驾驶技术也各不相同，这就导致停车位置可能对不准垃圾桶，因此，机械手末端手爪与垃圾桶的相对位置具有不确定性，在抓取垃圾桶前，只能依靠驾驶员控制整车前进或后
15、退以实现对准动作，工作过程浪费时间和燃料，同时还缺乏准确性。导轨式机械手图 1.1 New Way 公司生产的 Sidewinder XTR 侧装式垃圾车图 1.2 为美国 Heil 公司生产的侧装式垃圾车 Heil DuraPack Python，采用关节型连杆式机械手，车厢与驾驶室装自动机械手设备，主要由简单的连杆机构、关节、相同的末端手爪三部分组成。工作工程中，液压缸提供动力，驱动连杆机构实现末3端手爪靠近垃圾桶动作；然后手爪抓紧垃圾桶，待这一套完整动作完成后，连杆机构再次工作，提升垃圾桶并旋转垃圾桶半个圆周，整套垃圾桶提升和倾倒动作完成需要 810s 时间，机械手动作速度快并抓重大，可
16、抓取垃圾桶质量超过 280kg；由于没有导轨，自由外伸可达 2.7m，比美国的 Sidewinder XTR 侧装式垃圾车作业半径略小。该型号的关节型连杆式机械手与导轨式机械手具有相似的缺点，即不能自动实现手爪对准垃圾桶动作，在提升垃圾桶之前，只能靠司机全程操控整车后退或前进以调整对准动作，由于整车质量较大，惯性较高，动作迟缓，很容易碰倒或者抓不到垃圾桶。另外，机械手空间工作幅度很大，机械手连杆、关节的强度刚度要求较高。图 1.2 为美国公司自主研发的 ZR 系列侧装式垃圾车，采用梯式轨道剪刀撑机械手抓取垃圾桶，主要由剪刀撑机构、梯式轨道、末端手爪三部分构成。考虑垃圾箱提升过程中的运动轨迹，专
17、门设计了梯式轨道。工作时，自由伸展成末端手爪路边垃圾桶动作由机械手剪刀撑机构完成，接着末端手爪对垃圾桶进行夹紧，全套动作完成后，剪刀撑机构归位，垃圾桶紧靠在梯式轨道上，顺着设定好的轨迹运动，垃圾桶同样旋转 180，实现垃圾桶内垃圾倾倒动作，10s 左右时间可完成一次工作，可提升质量为 250kg 左右的垃圾桶，另外作业半径自由外伸可达 3m，工作过程机构可靠性高，工作性能好，顺序合理，工作噪音小，但是这种垃圾清运车也具备同样的缺陷，不能自动实现手爪对准垃圾桶抓取，只能靠司机的驾驶技术来调整位置实现垃圾桶抓取。梯式轨道剪刀撑机械手图 1.2 McNeilus 公司生产的 ZR 系列侧装式垃圾车我
18、国上个世纪 80 年代，垃圾车的研发厂商通过借鉴和汲取国外的先进技术，加快了国产垃圾清运车的研发和生产，使国产垃圾车机械手得到了一定发展，由于我4国对此行业研究比较晚，产品技术比较低。国内垃圾车与国外相比在整车性能和自动化方面存在很大差距。一方面自动化程度较低，另一方面现有机械手类型少。近几年，国家不断加大力度对垃圾车机械手高深度研发和优化，国内一些垃圾车企业获得了明显突破，但大部分集中在中小型车辆上。图 1.3 为我国湖北程力专用车公司研制的侧装式垃圾车，垃圾车机械手采用吊升翻桶机构，主要由垃圾桶挂接机构、拉杆、特定路径轨道、桶挂接机构、翻转液压缸组成。翻转机构在车厢的上面，提升机构与上盖相
19、连，翻转液压缸开始工作，驱动顶盖打开，协同拉杆驱动挂接机构沿原设定好的路径轨道上升到车厢开口处，待垃圾桶提升到车厢顶端同时根据轨道翻转，挂接机构翻转 180，实现垃圾桶内垃圾倾倒到开口车厢内。该吊升翻桶机械手结构简单，密封性好，由于需要人工推上挂钩，自动化程度较低，浪费人力资本，同时降低了工作效率。吊升翻桶机械手图 1.3 程力专用车公司生产的侧装式垃圾车图 1.4 为烟台海德专用车公司研制开发的侧装式餐厨垃圾车 CHD5125ZZZ，垃圾车机械手采用举升翻桶机构，工作过程中，同样需要人工将垃圾桶挂在钩上，然后举升液压缸动作，两条旋转带动垃圾箱垂直上升，使挂接机构沿轨道上升到车厢开口处，挂接机构翻转 180，实现垃圾桶内垃圾倾倒到开口车厢内。该吊升翻桶机械手结构简单，工作幅度小，密封性好，但是自动化程度较低，需要人工挂接垃圾桶，同样需要较大的人力和较多时间。
