自卸式垃圾车上装设计.docx

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自卸式垃圾车上装设计

xxxxxx大学

毕业论文（设计）

题目：

自卸式垃圾车上装设计

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本人声明：

所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得青岛农业大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

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本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。

本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。

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自卸式垃圾车上装设计

摘要

伴随着社会经济的快速发展和城市人口的急速增长，城市固体废弃物的种类和数量也随着迅速增加。

目前，已经广泛应用于我国城镇垃圾收运的垃圾车具有机动性强，工作效率高，节省劳动力的特点，而且对改善环卫工人的工作环境有很大的帮助。

但是现在使用的垃圾车车厢大多为敞开式结构，因此在垃圾的运送过程中，尤其是恶劣天气情况时，二次污染问题就比较严重，而通过在自卸车车厢上安装了密封盖的密封自卸式垃圾车很好的解决了这个问题。

本文重点研究了垃圾车的自卸机构和密封盖的翻转机构，在保证没有干涉的情况下，设计出结构更加合理操作更加方便的自卸装置和翻转机构。

为了使设计效果更理想，本设计借助Solidworks软件，利用计算机模拟功能进行系列化设计。

借助设计软件，构建三维模型，使设计达到的效果更真实地展现出来。

上述分析的相关方法和结论，解决了自卸式垃圾车对环境的二次污染问题，进一步提高了垃圾车的工作效率，达到了节能环保的要求，满足了设计要求。

关键词：

自卸式垃圾车；翻转机构；三维模型

DesignofAutomatic-unloadedGarbageTruckMechanism

Abstract

Withthecontinuedsocio-economicdevelopmentandtherapidgrowthsofurbanpopulation,theamountofmunicipalsolidwasteandthetypesalsogrowsrapidly.Atpresent,garbagetruckinourcountryforgarbagerecyclingiswidelyusedincitiesandtowns.Thegarbagetruckshavemanyadvantages,suchasstrongmobility,highefficiency,laborsavinganditimprovestheworkingenvironmentobviously.Whilethecases’structureofspecialgarbagetruckaremostlyopen,soduringtransports,thegarbageiseasytodriftdownthetruckespeciallytheweatherisdisgusting,whichwillcausepollutiontotheenvironmentonceagain.Buttheseal-coveredgarbagetruckwhichinstallsasealingcovercansolvethisproblemverywell.

Thisarticlefocusesontheautomatic-unloadmechanismandtheturnovermechanismwhichpullsself-discharginggarbagetruckamorereasonablestructuredautomatic-unloadmechanismandamoreflexibleturnovermechanismundertheconditionsofnoInterference.TheSolidworkstechnologymustbeused,theback-sealingcover’sturnovermechanismissimulatedinordertodoserialdesignsofit.WiththehelpofSolidworksdesigningsoftware,the3Dmodelsaremadewhichwillmaketheresultmuchmorevisualized.

Methodoftheaboveanalysisandconclusionsavoidsthesecondarypollutionofgarbagetrucktotheenvironmentandmakesaprogressonworkefficiency,whichwillmeettheneedsofenergyconservation,environmentalprotectionanddesignrequirement.

Keywords：

automatic-unloadedgarbagetruck;turnovermechanism;three-dimensionalmodel

1绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1我国城市生活垃圾的现状

城市生活垃圾的主要成份包括厨房剩余杂物、废纸、产品包装盒、废弃金属制品、玻璃瓷器碎片等，大部分的城市生活垃圾是由居民家庭、餐饮业、商业、市政环卫业等产生的，其主要特点是成份复杂，有机物含量高，构成和性状是一个不断变化的动态过程。

近几年，随着城市人口数量的增加以及居民消费水平的稳步提高，我国城市制造垃圾总量出现了持续增长的态势。

据不完全统计,我国城市生活垃圾制造量已经超过了1.5亿吨每年，而且还在持续增长，一般每年的增长率在7%左右。

城市周边历年堆放的生活垃圾总量已达60亿吨之多，在全国668座城市中至少有200座处于“垃圾围城”的尴尬境地。

显然，城市污染防治问题在我国现代化建设中已经日趋紧迫,处理不好这个问题将危及我国未来的可持续发展。

全国各级环保部门高度重视生活垃圾的收集、储存、清运，在今后相当一段时间内生活垃圾的妥善处理将成为十分繁重的任务，负责城市生活垃圾中转工作的垃圾车的研究也非常迫切[1]。

1.1.2研究对象

汽车问世以来对人类的日常生活产生了巨大影响。

如今，一个国家汽车工业的发达程度已经成为反映其工业水平的重要标志，汽车也已经成为当代物质文明与进步的象征。

近年来，由于社会经济的快速发展和城市人口的急速增长，城市固体废弃物的数量和种类也随着迅速增加，环保已经成为一个热门话题。

一方面是因为大量的城市垃圾对人们优美舒适的工作、学习和生活环境造成了极其恶劣的影响，另一方面是因为大量的城市垃圾严重威胁着人们赖以生存的环境。

据有关资料分析显示，每人每天平均产生0.5公斤的垃圾，据此计算，一个200万人口的城市，每天就会产生约1000吨的垃圾，如果每辆垃圾车载重10吨，就需垃圾车100台，全国有668座城市，这自然是一个很大的数字。

目前，垃圾车的应用日益普遍，我国用于收运城镇垃圾的垃圾车具有机动性强、工作效率高、节省劳动力、改善工人劳动环境等优点，中国汽车技术研究中心的数据显示：

1~10月份，我国环卫类专用车共生产33837辆，同比增长42.61%。

其中，环卫车生产19787辆，垃圾车生产13708辆，发展势头较大，从长远发展来看，垃圾车是城市环卫工作的重要装备，有着广阔的发展前景[2]。

根据我国国家标准GB/T17350-1998（专用汽车和专用半挂车代号）规定，垃圾收集车的形式主要有自卸式、自装卸式和压缩式，其中，我进行研究和改进的是自卸式垃圾车。

自卸式垃圾车是利用本车发动机动力，驱动液压举升机构，从而使车厢倾斜一定角度，使垃圾凭借自身重量实现倾卸并依靠车厢自重使其复位的专用自卸车。

图1-1为普通自卸式垃圾车的结构组成。

图1-1普通自卸式垃圾车结构组成

1-液压操纵装置2-倾卸机构3-液压缸4-拉杆5-车厢

6-铰链支座7-安全撑杆8-油箱9-油泵10-传动轴11-取力器

1.2Solidworks软件的应用现状及优势

Solidworks是世界上第一家Windows原创的三维机械设计软件，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件之一，广泛应用于航空航天、汽车、造船等领域。

Solidworks软件具有强大的造型功能，支持特征造型、草图设计、曲面造型、钣金设计等多种造型手段同时支持自上向下或自下向上的产品设计流程，具有业界独有的直接建模技术、知识驱动自动化技术、部件间超级连接技术等。

Solidworks是一个全参数化的造型系统，模型具有良好的追述性和重用性，系统提供了丰富的对外接口。

它具有强大的装配造型模块和工程图模块。

其装配模块具有先进的内存管理技术，可以对大装配进行优化，提高运算效率。

工程图模块提供了各类视图的创建方法，同时用户可以自行定义工程图模版，是用户进行产品开发的得力工具[3]。

传统手工设计方法的设计过程不够直观，设计人员工作量大。

而且设计时不能进行分析，设计方面的缺陷也不容易发现或者发现后修改较为麻烦。

而利用Solidworks软件比传统的手工设计的方法更为优越，只需要把模型建在计算机里，就可以进行机构的显示，运动模拟，干涉检验等各种性能的评价和分析。

所以用Solidworks软件设计不仅加快开发速度，避免或减少代价极高的设计误差，而且易于实现产品的系列化设计。

1.3分析国内外垃圾车现状并提出问题

1.3.1垃圾车的类型

国外已经开发出很多形式的垃圾车，技术比较成熟，但由于国内外的垃圾特性差别较大，这些垃圾车在一定程度上并不适合我国国情，为此开发适合我国特点的垃圾车具有较高的社会和经济效益[4]。

目前，我国常用的垃圾车类型主要有自卸式垃圾车、压缩式垃圾车和摆臂式垃圾车等等。

通过网络及杂志我们可以看到，我国的垃圾车生产企业已经通过引进、消化、吸收国外先进技术，形成了自主开发能力，正在逐步追赶国外先进水平，为更好的满足城镇垃圾的收运需求做出努力。

下面简单介绍一下我国常见的几种垃圾车。

（1）自装卸式垃圾车

自装卸式垃圾车分密封式和非密封式两类。

利用液压举升机构，在装入垃圾后能自行将垃圾卸下，液压举升油缸性能稳定，工作可靠。

后密封式垃圾车具有后密封盖翻转装置，能将后密封盖举起及落下，从而实现车厢密封及垃圾装入，本设计主要就是设计自卸式垃圾车的自卸装置及后盖翻转机构。

（2）压缩式垃圾车

压缩式垃圾车主要用于收集、转运袋装生活垃圾。

具有压缩比高、安全环保等优点。

压缩式垃圾车压缩倍数比较大，能解决车厢设计空间利用率低和垃圾填埋的减容问题。

据有关研究表明，经压缩，生活垃圾的密度可由大约300kg/

压缩到500~650kg/

，提高了车厢空间利用率。

但是这种垃圾车存在价格昂贵，装车点多，增加集运费用等问题。

（3）摆臂式垃圾车

    摆臂垃圾车的特点是垃圾车厢与车体分开，通过摆臂实现车厢的自装卸，也可以实现一辆车与多个厢体的联合使用，充分提高了车辆的运输能力，特别适用于短途运输，如环卫部门对城镇垃圾的清理、运输等。

为了避免垃圾在运输中飘落，造成二次污染，部分车型设计成了全封闭结构。

（4）挂桶式垃圾车

     这种垃圾车通过液压油缸和链条联动装置实现对垃圾箱的提升和翻转，将多处垃圾箱内的垃圾自动收入车厢，并在到达目的地时一次性自动卸载出去。

采用液压操作系统，具有自装自卸功能。

尽管近年来我国垃圾车的制造得到了快速发展，但是自卸式垃圾车水平和外国还有一定的差距[5]。

目前，伴随二维、三维软件的迅速发展，设计的精确性不断提高，垃圾车的各种设计功能能够通过运动仿真进行制造前的模拟，减少了新产品的设计成本，缩短了设计周期，有利于新产品的更新换代，有利于我国垃圾车行业的迅速成长与发展。

1.3.2存在的问题及研究方向

自卸式垃圾车是目前我国中小城市垃圾运输的主要车型，这种垃圾车大部分是用普通自卸车的底盘改装而成。

自卸式垃圾车主要有两种，敞开式和密封式。

因为开放式垃圾车没有密封性，所收在垃圾的收集和运送过程中，尤其是在恶劣的天气条件下，很容易造成垃圾飞扬散落及污水外溢的问题，从而影响周围环境，造成二次污染，给环境的改善工作增加负担。

为了避免这种情况的发生，垃圾车应该采用密封式。

常用的自卸式密封垃圾车有顶密封盖式和后密封盖式两种，顶密封盖式需要其他车辆或较多的人力进行垃圾装载，而后密封盖式垃圾车能实现自装自卸，不会耗费过多的人力物力，因此后密封盖自卸式垃圾车应该得到广泛的应用。

车厢后密封盖的翻转动作由翻转机构完成，作为自卸车的一个特殊机构，其设计质量就成了影响自卸车质量的关键因素。

因此本设计设计了一种用于自卸式垃圾车的后盖翻转机构，以便于车厢垃圾的彻底清理及车厢的清洗，使自卸式垃圾车能够更广泛应用于城镇垃圾的清理。

随着计算机技术的快速发展和广泛应用，汽车CAD技术己经应用于汽车领域的诸多环节，CAD技术使欧、美、日等国家的汽车工业保持了世界领先地位。

我国在机械设计中采用CAD技术的历史很短，但其发展速度十分惊人。

无论在机构综合、通用零部件设计，还是各种专业机械的设计都有CAD技术应用的成果。

自卸式垃圾车后盖翻转机构的CAD方法正从研究、探讨走向实际应用阶段。

要想提高车辆产品的竞争力，就必须考虑将CAD技术应用到产品开发设计以及改进当中。

1.3.3本文的研究内容

根据题目要求，通过检索和查阅图书馆、互联网等提供的大量相关文献资料，对国内外现存各种垃圾车进行分析借鉴，然后根据需要进行设计改造，最终完成设计目标。

本文主要研究以下内容：

（1）根据给定的参数，设计自卸式垃圾车上装，绘制零部件二维图和装配图；

（2）对车厢、后盖、上盖、副车架、液压缸以及驾驶室、车架、轮胎等进行三维建模，建立装配体模型，并确保装配体尺寸符合限制条件；

（3）根据给定的参数，对后盖翻转机构各零部件进行建模，按照约束关系把各零部件装配成后盖翻转机构装配体，并确保机构运动无干涉；

（4）对后盖翻转机构装配体进行极限运动位置静态分析，并根据机构运动相关参数选定液压油缸，通过分析计算，确定系统压力；

（5）校核关键零部件。

2自卸式垃圾车选型及方案分析

自卸式垃圾车是国内已经存在的一种垃圾车，一般应用于与特定的垃圾中转站配套实现垃圾的收集运送。

自卸式垃圾车具有功能先进，质量可靠，故障率低，维护方便，运行费用低，运载量大，操作灵活方便，运载效率高等优点，而且它的开发和制造成本相对其他形式的垃圾车来说较低，将其车厢密封就可以避免对环境的二次污染，因而自卸式垃圾车得到了比较广泛的应用[6]。

自卸式垃圾车的翻转机构在液压系统的控制下工作，自动倾卸垃圾，降低了工人劳动强度，提高了工作效率；密封功能使其避免了运输过程中的二次污染问题，有利于改善环境。

在激烈的市场竞争下，自卸式垃圾车因为具备优良的装载性能，结构简单，并能节省人力物力所以得到了优先发展与利用。

2.1基本数据要求

2.1.1基本要求

本题目要求设计装运空间（车厢容积）为12m3左右，在给定底盘上进行的自卸式垃圾车上装设计必须符合QC/T2911-1993《垃圾车技术条件》要求。

2.1.2技术要求

（1）满足车厢设计容积为12m3。

（2）选择结构简单、省力、安全可靠而且容易维修保养的自卸机构。

（3）设计结构合理的后盖翻转机构，确保机构运动无干涉，并保证车厢盖与车厢之间的密封和垃圾倾卸的要求。

（4）各运动部件工作安全可靠，日常维修保养方便。

（5）尽量使用通用件，以便减少设计工作量、降低制造成本。

2.2自卸式垃圾车结构方案的确定

（1）顶盖平移密封式垃圾车

顶盖平移式垃圾车的优点是具有良好的密封性，可以有效防止二次污染的发生，且顶盖的平移式传动结构，减少了作业空间范围，是一种有效的环保设备。

但是，顶盖平移式垃圾车不能实现与垃圾中转站对接，需要其他车辆和较多的人力来进行装载，耗费过大。

（2）后盖密封自卸式垃圾车

后盖密封自卸式垃圾车不仅具有良好的密封性，能够防止垃圾对外泄露和污染，而且可以与垃圾中转站对接，能够实现垃圾的收集运输自动化，节省了大量的人力物力，且后盖密封式自卸式垃圾车结构简单，设计难度低，开发和制造成本低，因此具有良好的市场竞力[7]。

通过对以上两种不同形式的密封自卸式垃圾车进行对比，我们选用后盖密封自卸式垃圾车进行研究。

2.3主要技术参数及要求

（1）载重汽车的外形

具体形式如图2-1和图2-2所示：

图2-1自卸车底盘侧视图

图2-2自卸车底盘俯视图

（2）自卸车底盘主要技术参数

根据实际需要和设计要求，选用型号为EQ1168KJ的自卸车底盘进行改装设计，具体参数如表2-1所示。

表2-1主要技术参数

名称

数据

底盘型号

EQ1168KJ

满载总质量（kg）

16000

最高车速（km/h）

90

轴距（mm）

3950

轮距（前/后轮）（mm）

1800/1800

纵向通过角（接近/离去角）（度）

30°/17°

车厢容积（m3）

12

车厢最大举升角（度）

48±2°

前/后悬（mm）

1250/1040

（3）车厢尺寸要求

1）垃圾车厢容积：

12m3左右。

2）垃圾车厢内部宽度：

2200mm。

（4）主要技术要求

以与某垃圾转运站配套使用为例，具体参数如下：

转运站门高：

2950mm，要求垃圾车翻转后驶进垃圾转运站不发生干涉。

垃圾块推板高：

1200mm；宽：

2200mm，要求能顺利将垃圾块推进垃圾车厢内。

垃圾块：

长×宽×高=1700×2100×1300，要求一次装载2个垃圾块。

2.4垃圾车箱体尺寸确定

由于垃圾块大小为1700×2100×1300mm3的立方块，因此为保证垃圾块能顺利装入、卸下，保证车厢高度必须大于1300mm。

已知自卸车底盘离地面距离为923mm，因为箱体高度必须大于1300mm，因此在考虑到后盖翻转后不与中转站顶部发生碰撞，应使车厢高度在原来基础上尽量低一点，在此取垃圾车车厢高度为1430mm。

又因车厢容积为12m3左右，宽度为2210mm，同时考虑到箱体比例使垃圾车比较美观，取垃圾车车厢长度为3800mm。

所以车厢内部尺寸（长

宽

高）（mm）：

3800

2210

1430。

确定车厢外形尺寸（长

宽

高）（mm）：

3882

2296

1580。

2.5举升机构的设计

2.5.1举升机构的设计原则

举升机构是自卸汽车的重要组成部分，它直接关系着自卸车使用性能和整体布置，决定了自卸汽车设计的优劣。

装有举升机构的自卸式垃圾车可实现垃圾的快速收集运输，大大节省了垃圾倾倒时间和劳动力，缩短了运输周期，提高了工作效率，改善了工人的劳动环境。

因此，举升机构的选择对自卸式垃圾车有着极其重要的意义。

所以这部分文章着重对液压举升机构进行设计分析。

对液压举升机构的设计分析应考虑到工作环境、工作性质及工作内容等方面的要求，设计时一般应满足：

（1）良好的平稳性；

（2）卸料方便性；（3）较强的免维护性；（4）稳定的动力性；（5）车身紧凑、良好的整体协调性[8]。

由于以上要求及自卸式垃圾车整车的其他条件限制，使液压举升机构的设计及布置较难解决。

根据现有的垃圾车举升机构分析可以总结出液压举升机构在布置时应遵循以下原则：

（1）在车厢平放时，举升机构不能与车身底盘上安装的零部件发生干涉，如，在工作时液压缸无论摆动到哪个位置都不能与传动轴、车架、副车架等部分干涉。

（2）在条件允许的情况下，应尽量将举升机构靠前布置，这样可以使举升机构举升时举升力臂较大。

在举升载荷相同的情况下，举升力臂越大，举升力越小，这样液压系统的压力就越小，相应的尺寸、技术要求等更容易实现。

（3）为了保证整车装配性能、减少配套件数量和加工件数量，在设计允许的情况下，尽量选用标准件和通用件。

2.5.2举升机构形式的选择

举升机构分为两大类：

直推式和连杆组合式。

直推式举升机构利用液压缸直接作用于车厢。

有布置简单、结构紧凑、举升效率高等优点。

但是由于液压油缸的工作行程较长，所以一般采用2级或3级伸缩式套筒油缸。

直推式举升机构按液压缸布置位置不同可分为两种：

前置式和后置式，具体形式如图2-3所示。

前置式的液压缸铰接点在车厢最前端，液压缸承受较小的力，但行程较大，一般应用于重型自卸车，通常采用多级伸缩式套筒液压缸。

后置式的液压缸铰接点在车厢中部，液压缸行程较小，但举升力较大。

在举升载荷相同的条件下，前置式需要的举升力较小，但活塞的工作行程较长；后置式与前置式相反。

图2-3直推式举升机构的布置

（a）前置式（b）后置式

常用连杆组合式举升机构的布置形式有两种：

油缸前推式（又称T式）和油缸后推式（又称D式），具体形式如图2-4所示。

图2-4连杆组合式举升机构

（a）油缸前推式（b）油缸后推式

1-铰支座2-车厢3-油缸4-三角臂

直推式和连杆组合式举升机构的综合比较见表2-2：

表2-2直推式与连杆组合式举升机构的比较

类别

项目

直推式

连杆组合式

结构布置

简便

复杂

系统质量

较小

较大

设计高度

较低

较高

加工工艺

多级缸，加工精度高

单级缸，制造简便

耐冲击性

较好

较差

直推式举升机构结构简单，相比来说更容易设计。

举升过程是通过油缸直接顶起车厢，一般常采用双油缸结构来提高整车稳定性，但是容易导致油缸泄漏或双缸不同步，进而造成车厢举升受力不均，损坏油缸，甚至导致车厢变形的严重后果。

如果增加一个浮动装置可以解决上述问题，但会使整车的尺寸增加。

本题目设计的垃圾车适用于运输压缩成一定规则性状的垃圾块，对于密度比较均匀的垃圾块可以不考虑整车稳定性的问题，从整体考虑，选择直推式举升机构。

油缸前置式举升机构适用于中、重型自卸汽车；油缸后置式适用于中、轻型自卸汽车。

综上所述，设计选用油缸后置直推式举升机构。

2.6初选油缸

2.6.1油缸各部分方案及参数选择

（1）液压缸结构选择

a．缸体与缸盖的连接形式

表2-3常见的缸体与缸盖连接形式

连接形式

特点

法兰连接

结构较简单；易加工，成本低；强度较大，可以承受高压；外径较大；重量比螺纹连接的大；工艺过程复杂

螺纹连接

外型尺寸小；重量较轻；端部结构比较复杂；装卸要要专门工具；工艺要求较高

拉杆连接

易加工；易装卸；结构通用性大；重量较大；外形尺寸较大

焊接

结构简单