垃圾压缩中转站液压系统设计

液压传动课程设计设计目的：液压系统的设计是整机设计的重要组成部分,主要任务是综合运用《液压与气压传动》中所学的各项基础知识，通过查阅资料，小组研究的形式进行液压系统设计。

,学习液压系统的设计步骤、内容和方法。

通过学习，能根据工作要求确定液压系统的主要参数、系统原理图，能进行必要的设计计算，合理地选择和确定液压元件，对所设计的液压系统性能进行校验算，为进一步进行液压系统结构设计打下基础。

本次液压传动课程设计的题目是《垃圾压缩中转站-液压系统设计》。

设计成果在生产生活中有着一定的应用价值，既贴合实际，又锻炼了创新能力。

设计步骤和内容：液压系统的设计步骤和内容大致如下：(1)明确设计要求，进行工况分析；(2)确定液压系统的主要性能参数；(3)拟订液压系统原理图；(4)计算和选择液压元件；(5)验算液压系统的性能；(6)液压缸设计；(7)绘制工作图，编写技术文件，并提出电气控制系统的设计任务书。

机构概况该装置由垃圾集装箱、举升机构、旋转机构和压缩机构四部分组成。

平常，包括垃圾集装箱在内的整个装置置于地下，吊板盖于其上，垃圾由自动封闭门进入。

当垃圾装满后，由压缩机构予以压缩，然后再装料……最后由举升机构将吊在吊板上的垃圾箱升起，并通过旋转机构使其达到适当位置后，封闭式装车外运。

主要结构垃圾压缩集运设备由横向压缩系统、垂直升降、机架、污水排放装置、压缩块装载箱、液压站电控系统和机器状态显示及故障报警系统组成。

工作循环概况描述横向压缩系统将装入垃圾成形模中的疏松物料压缩成密实的块状物料以便运出。

垂直升降系统将装满压成块状垃圾的压缩块装载箱抬起，进而送入运输车内外运。

压缩块装载箱贮装散料垃圾以备压缩成块。

污水排放装置将压出的污水滤除排放。

装载箱托架将装载箱托起。

液压站为整个装置提供动力。

电控系统控制设备运行工艺过程。

机械状态显示和报警系统能清晰的反映设备运行状态，保障设备运行安全可靠。

操作工艺过程结构草图如下：如草图示意，首先垂直升降系统(1)将垃圾箱送入垃圾压缩装置(4)内。

当散状垃圾装满箱体后，横向压缩系统(3)压下并反复几次，将垃圾压成块状，压下的污水由污水滤孔排出。

此时由控制系统将压缩板拉回原处，以便继续装入垃圾；待到箱内装满垃圾后，由垂直升降系统(1)将垃圾箱抬出压缩装置(4)，经转向系统(2)转至适当位置放入转运车，挂钩(5)脱离，再勾住新的垃圾箱放入压缩装置(4)内。

整个过程自动化程度高，设备的运行状态通过显示器一目了然。

当机器运行出现故障时自动报警。

设备运行安全可靠。

主要技术参数1.垃圾箱容积：10m32.升降高度：3.2m3.上升速度：0.017m/min4.下降速度：0.034m/min5.压头快进速度：2.5m/min6.压头压实速度：0.5m/min7.压头快退速度：4.0m/min8.主电机功率：4.0KW9.旋转电机功率：1.1KW10.液压系统工作压力：10MPa11.整机重量：6000kg12.驱动方式：电机驱动一．液压系统主要性能参数的确定这里，液压系统的主要性能参数是指液压执行元件的工作压力p和最大流量Ｑ，它们均与执行元件的结构参数（即液压缸的有效工作面积或液压马达的排量）有关。

液压执行元件的工作压力和最大流量是计算与选择液压元件、原动机（电机），进行液压系统设计的主要依据。

液压执行元件工作压力的确定液压执行元件的工作压力是指液压执行元件的输入压力。

在确定液压执行元件的结构尺寸时，一般要先选择好液压执行元件的工作压力。

工作压力选得低，执行元件的尺寸则大，整个液压系统所需的流量和结构尺寸也会变大，但液压元件的制造精度、密封要求与维护要求将会降低。

压力选得愈高，结果则相反。

因此执行元件的工作压力的选取将直接关系到液压系统的结构大小、成本高低和使用可靠性等多方面的因素。

也可根据设备的类型参考表4选取。

表4 常用液压设备工作压力设备类型机床农业机械小型工程机械液压机挖掘机重型机械启重机械磨床车、铣、刨床组合机床拉床龙门刨床工作压力/ MPa 0．8~2 2~4 3~5 <10 10~15 20~32 垃圾压缩中转站属于小型工程机械,所以工作压力选择10~15 Mpa,本产品选择10液压执行元件主要结构参数的确定升降液压系统执行元件主要结构参数确定液压缸的主要要尺为缸简内径、活塞杆直径、缸筒长度以及缸筒壁厚等。

（1）工作负载液压缸工作负载R是指工作机构在满负荷情况下，以一定加速度起动时对液压缸产生的阻力，即式中R l——工作机构的荷重及自重对液压缸产生的作用力（N）;R f ——工作机构在满载下起动时的静摩擦力（N ）； R g ——工作机构满载起动时的惯性力（N ）。

（2）工作速度和速度液压缸的工作速度.与其输入流量和活塞的面积有关。

无杆腔进油时，活塞或缸体的工作速度为有杆端进油时的速度如果工作机构对液压缸的工作速度有一定要求时，应根据所需的工作速度和已选定的泵的流量来确定缸径;推力和速度都有要求时，’可根据速度和缸径来选择泵;在速度没有要求时，则可根据已选定的泵和缸来确定工作速度。

双作用液压缸，其往复运动的速度比为除有特殊要求的场合外，速比不宜过小或过大，以免发生过大的被压或活塞杆太细，稳定性不好。

φ值可按JB2183-77中所制定的标准选用，工作压力高的液压缸选用大值，工作压力小的则选小值。

（3）缸筒内径根据公式F=PA ，其中F ——活塞所需推力P ——工作压力A ——活塞应有的有效面积 整机重量为6000kg,垃圾重量7t所以F 60007000x9.8N 127400N =+=（）61010P x Pa =得26127400/127401010A F P mm x Pa=== 又2/4A D π=其中D ——缸筒内径 带入A 的值，解得128D ≈mm缸筒内径按GB2348-80及足大升降高度，查表圆整为140mm 活塞杆直径取为0.60.614084d D mm ==⨯=圆整100mm 所以活塞的面积221401539444D A ππ⨯===活塞杆的面积()()22221140100754044D d A ππ--===要确定液压执行元件的最大流量，必须先确定执行元件的结构参数。

这里主要指液压缸的有效工作面积A1、A2及活塞直径D 、活塞杆直径d 。

液压执行元件的结构参数首先应满足所要克服的最大负载和速度的要求。

例如图3所示一单杆活塞缸，其无杆腔和有杆腔的有效作用面积分别为A1和A2，当最大负载为F max 时的进、回油腔压力分别为p1和 p2，这时活塞上的力平衡方程应为这样就有式中，A2/A1一般由快速进、退速度比与回路结构有关。

例如当快进时是液压缸的无杆腔进油、有杆腔回油，而快退时是有杆腔进油、无杆腔回油，快进、快退时的流量Q 均相同（一般为泵的最大供油流量），这时快速进、退的速度比v1 / v2为（6）即这时的液压缸两腔的面积比由快速进、退的速度比λv 确定 。

当快进时采用差动连接液压回路，快退时采用有杆腔进油、无杆腔回油，并且要求快速进、退速度相等时，则应A2 /A1=1/2。

表5 按活塞杆受力情况选取活塞杆直径在D 、d 圆整后，应由式A1=πD2/4和A2=π(D2-d2)/4重新求出A1和A2。

则此时液压缸两腔的有效工作面积A1、A2已初步确定。

液压缸两腔的有效工作面积除了要满足最大负载和速度要求外，还需满足系统中流量控制阀最小稳定流量Qvmin 的要求，以满足系统的最低速度vmin 要求。

因此还需对液压缸的有效工作面积A1（或A2）进行验算。

即式中Qvmin 可由阀的产品样本中查得。

若经验算D 、d 不满足式（9-11），则需重新修改计算D 、d 、A1、A2 ，直至满足式（11）为止，才算最后确定液压缸的有效工作面积。

液压缸的结构强度计算和稳定校验(1)缸壁强度校核 若壁厚/0.08D δ=，其中140D =得11.2mm δ≤可按薄壁公式校验其强度，即 []max 2P Dδδ≥式中：P max ——缸筒内最高工作压力，为15MPa ； []δ——缸筒材料许用应力； []bnδδ=，b δ为材料抗拉强度。

活塞杆受力情况 工作压力p /MPa 活塞杆直径d受 拉 - d=(0.3~0.5)D 受压及拉 P≤5 d=(0.5~0.55)D 受压及拉 5<p ≤7 d=(0.6~0.7)D 受压及拉 p>7 d=0.7D由缸筒材料为45号钢，查得600b MPa δ= N 为安全系数，一般取5n = 带入数据，得[]max 151408.75600225P D MPa mmδδ⨯≥=≈⨯符合条件。

圆整取壁厚10mm δ=（2）活塞杆强度及液压稳定性的计算a.活塞杆强度活塞杆强度可由下列推出d =R ——工作负荷查表可知45#钢的抗拉强度600bMPa δ=10.951.4R F ηηη===16004641.4b s MPa σση===63.6d d mm≥≥=10063.6d mm =≥所以活塞杆强度合格。

单杆双作用液压缸往复运动的速度比ϕ为:2212222221401000.51401.02 2.04/min0.5V D d V D V m ϕ-==-=≈==Ｖ１——活塞杆上升的速度1.02ｍ／ｍｉｎ Ｖ２一一活塞杆下降的速度2.04ｍ／ｍｉｎｂ．稳定性计算一般，短行程液压缸在轴向力作用下仍能保持原有的直线状态下的平衡，故可视为单纯受压或受拉直杆。

但实际上液压缸是缸体、活塞和活塞杆的组合体。

在由于几活塞和缸体之间以及活塞杆与导向之间均有配合间隙，加之缸的自重及负载偏心等原因均可产生纵向弯曲。

所以受压时载荷似于压杆。

当活寨行程较大比值１／ｄ＞０时，活塞杆承受的压力超过一定数值时液压缸将出现纵向弯曲，由此在确定活塞杆直径时除要满足强度外还将根据液压缸支撑形式进行足够验算kkF F η≤。

式中：F ——液压缸的最大推力，()R FF N =K F ——液压缸稳定临界力()NK η——稳定安全系数，一般取2K η=液压缸稳定临界力K F 的值与活塞杆和缸体的材料、长度、刚度及其两端支承情况等因素有关，当1liμλλ=>时，可由欧拉公式计算:()22K EJ F l πμ=式中λ——活塞杆的柔性系数μ——不同支撑形式的液压变换成两端饺支压杆时的长度折算系数，查手册可知2μ=l ——活塞杆计算长度，其值与活塞行程和液压缸的支撑形式有关。

即液压缸安装长度（ｍ）E ——活塞杆材料的纵向弹性模数()Pa ，对于钢材E ＝２.１*１０１１ｐａJ ——活塞断面的最小惯性矩4464d J m π= i——一活塞杆断面的回转半径，/4i d ==，其中Ａ为断面面积()2m 对于断面实心杆，/4i d =式中：1λ——大柔度杆的最小极限柔度、即临界力相当于材料比例极限时的柔度，其值为1λ=其中p σ为比例极限，４５号钢的1λ值为100MPa110d>时12λλλ>>时属于柔度杆，可按雅辛斯基公式计算()()K F A a b N λ=-式中：2λ——柔度系数，查表A ——活塞杆断面面积，()224d A m π=ａ，ｂ——与活塞杆的材料有关的系数查表。