畢業(yè)設計地埋式垃圾壓縮機的設計

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1、 學號 10110110531 畢業(yè)設計（論文） 地埋式垃圾壓縮機設計 教 學 系：機電工程系 指導老師：劉 清 元 專業(yè)班級：機 自 1105 學生姓名：戴 世 峰 二O一四年六月 畢業(yè)設計(論文)任務書 學生姓名 戴世峰 專業(yè)班級 機自1105 指導教師 劉清元 職稱 副教授 設計(論文)題目 地埋式垃圾壓縮機設計 設計（論文）主要內(nèi)容： 地埋式垃圾壓縮機參數(shù)：箱體容積6m3，壓縮力4噸。根據(jù)給定的參數(shù)設計地埋式垃圾壓縮機，包括結(jié)構(gòu)設計、液壓傳動設計，并制定垃圾壓縮機的控制方案，據(jù)此

2、完成垃圾壓縮機PLC控制系統(tǒng)設計。同時要求完成圖紙總量折合不少于兩張A0圖紙，提交全部設計文檔及存儲光盤。 要求完成的主要任務及其時間安排: 1．查閱文獻資料（1周） 2．完成地埋式垃圾壓縮機總體技術(shù)方案設計及論證，撰寫開題報告（2周） 3．完成機械結(jié)構(gòu)、液壓傳動部分設計，繪制總裝配圖和液壓原理圖（5周） 4．完成控制部分設計，包括硬件和軟件設計（3周） 5．編寫設計說明書（2周） 必讀參考資料： [1] 彭文生主編. 機械設計[M]. 北京：高等教育出版社書. 2008 [2] 曾勵 編著. 機電一體化系統(tǒng)設計[M]. 北京：高等教育出版社 2010.

3、 [3] 張利平 主編.液壓傳動系統(tǒng)及設計[M]. 北京：化學工業(yè)出版社. 2009. [4] 趙燕主編. 傳感器原理及應用，北京：北京大學出版社，2010； [5] 趙燕主編. 可編程控制器原理和應用 [M]. 北京：北京大學業(yè)出版社， 2010. 指導教師簽名： 教研室主任簽名： 畢業(yè)設計（論文）開題報告 題目 地埋式垃圾壓縮機設計 1. 目的及意義（含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析）： 隨著社會的進步，文明的發(fā)展，城鎮(zhèn)人口將進一步增多，人口密度將進一步加大，隨之而來的問題也將越來越多。其中垃圾得不到

4、有效的處理將會嚴重影響人們的生活質(zhì)量，甚至威脅到人們的健康、生命，所以如何妥善的處理這些人口生產(chǎn)出的垃圾便是其中一個重大的問題。而目前國內(nèi)外處理垃圾主要有：衛(wèi)生填埋、生化堆肥、垃圾焚燒、資源化利用這四種處理方法。 衛(wèi)生填埋不同于一般的填埋，為了防止填埋廢物與周圍環(huán)境接觸，尤其是防止地下水污染，在設計上除了必須嚴格選擇具有適宜的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)和滿足其他條件的場址外，還要求在填埋場底部鋪有一定厚度的黏土層或高密度聚乙烯材料的襯層，并具有地表徑流控制、浸出液的收集和處理、沼氣的收集和處理、監(jiān)測井及適當?shù)淖罱K覆蓋層的設計。 生化堆肥則是處理與利用同在的一種垃圾處理方法，是利用垃圾或土壤中存在的細菌、

5、酵母菌、真菌和放線菌等微生物，使垃圾中的有機物發(fā)生生物化學反應而降解(消化)，形成一種類似腐蝕質(zhì)土壤的物質(zhì)，用作肥料并用來改良土壤。垃圾堆肥技術(shù)在中國農(nóng)業(yè)活動中早有應用，而作為科學進行研究探討此法則始于1920年。按細菌分解的作用原理，分為高溫好氧法和低溫厭氧法堆肥。按堆肥方法，分為露天堆肥法和機械堆肥。堆肥法操作一般分為4步：①預處理，剔出大塊的及無機雜物，將垃圾破碎篩分為勻質(zhì)狀，勻質(zhì)垃圾的最佳含水率為45-60%，碳氮比約為(20-30)：1，達不到需要時可摻進污泥或糞便；②細菌分解(或稱發(fā)酵)，在溫度、水分和氧氣適宜條件下，好氧或厭氧微生物迅速繁殖，垃圾開始分解，將各種有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害的

6、肥料；③腐熟，穩(wěn)定肥質(zhì)，待完全腐熟即可施用；④貯存或處置，將肥料貯存，無機雜物另作填埋處置。 垃圾焚燒是一種較古老的傳統(tǒng)的處理垃圾的方法，而現(xiàn)代各國相繼建造焚燒爐，使垃圾焚燒法成為城市垃圾處理的主要方法之一。將垃圾用焚燒法處理后，垃圾能減量化，節(jié)省用地，還可消滅各種病原體，將有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物。但美中不足的是：垃圾焚燒法會對設備要求極高，一般的焚燒爐在焚燒后都會產(chǎn)生大量的有害物質(zhì)二惡英，并排入空氣中。而二惡英為國際一級有害物質(zhì)，其毒性是砒霜的900倍。因此，垃圾焚燒法在國內(nèi)外已開始進入萎縮期。目前有超過15個國家和地區(qū)，通過了對焚燒垃圾的部分禁令。 資源化利用是將指將廢物直接作為原

7、料進行利用或者對廢物進行再生利用。2008年8月中華人民共和國全國人民代表大會常務委員會通過的《中華人民共和國循環(huán)經(jīng)濟促進法》規(guī)定，“縣級以上人民政府應當統(tǒng)籌規(guī)劃建設城鄉(xiāng)生活垃圾分類收集和資源化利用設施，建立和完善分類收集和資源化利用體系，提高生活垃圾資源化率?！薄翱h級以上人民政府應當支持企業(yè)建設污泥資源化利用和處置設施，提高污泥綜合利用水平，防止產(chǎn)生再次污染?！薄霸趶U物再利用和資源化過程中，應當保障生產(chǎn)安全，保證產(chǎn)品質(zhì)量符合國家規(guī)定的標準，并防止產(chǎn)生再次污染?！薄捌髽I(yè)事業(yè)單位應當建立健全管理制度，采取措施，降低資源消耗，減少廢物的產(chǎn)生量和排放量，提高廢物的再利用和資源化水平?！痹摲ㄈ蕴岢觯?/p>

8、循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃應當包括規(guī)劃目標、適用范圍、主要內(nèi)容、重點任務和保障措施等，并規(guī)定資源產(chǎn)出率、廢物再利用和資源化率等指標?！?該法還要求“國務院標準化主管部門會同國務院循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展綜合管理和環(huán)境保護等有關(guān)主管部門建立健全循環(huán)經(jīng)濟標準體系，制定和完善節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材和廢物再利用、資源化等標準。” 從以上四種處理方法可見，無論哪種處理方法都需要很大的場地，都不能在人口密集的市中心，這就涉及到了垃圾的運輸，為了降低運輸成本我們就需要先將垃圾收集并壓縮然后再運去進行垃圾處理。因而我們就有必要設計并生產(chǎn)壓縮垃圾的設備，將設備埋于地下既可以節(jié)約土地資源又可以美化周圍環(huán)境，就促成了這次課程設計——地埋式垃

9、圾壓縮機的設計。 這種地埋式垃圾壓縮機適用于目前國內(nèi)大中小城市的各個社區(qū)，學校，醫(yī)院等地方，社區(qū)、學校、醫(yī)院收集垃圾存放于這種地埋式垃圾壓縮機中，然后垃圾運輸車再及時的將垃圾運往各個垃圾處理廠，應用范圍極廣更加大了研究的可行性。 2. 基本內(nèi)容和技術(shù)方案： 在整體結(jié)構(gòu)設計上，可形成A、B兩種方案，不過A方案對兩梁交叉點的連接要求較高，箱體抬升后底部兩端的力變化較大故對底部兩液壓缸要求也較高，顯然將帶來更高的成本，而B方案只需將液壓缸的行程設置好，箱體就可以穩(wěn)定的抬升，因而選用B方案。 地埋式垃圾壓縮機的結(jié)構(gòu)組成包括：箱體結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、噴霧沖洗除臭系統(tǒng)、污水收集排放系統(tǒng)

10、、電氣控制和操作系統(tǒng)。 其總體技術(shù)要求如下： 1．主要結(jié)構(gòu)件：機架采用分裝式，便于拆卸、安裝、轉(zhuǎn)移；壓縮主油缸，需保證壓縮油缸同步及安裝要求；橫向內(nèi)部需加裝加強梁，確保大壓力壓縮垃圾時，立柱不產(chǎn)生局部變形； 2．壓頭與橫柱之間采用導向裝置，導向裝置必須采用可自由轉(zhuǎn)運的浮動滑塊，壓頭偏擺時，滑塊滑動能大面積與橫柱接觸，確保橫柱不產(chǎn)生局部變形； 3．電器系統(tǒng)采取PLC程序控制方式，壓縮過程為全自動工程；關(guān)鍵元件(例如：可編程控制器、斷路器、交流接觸器、擴展模塊、傳感器、穩(wěn)壓電源)等使用優(yōu)質(zhì)進口件； 4．所有結(jié)構(gòu)件表面經(jīng)噴丸(砂)處理，再噴涂高防腐油漆，提高防腐能力和整機壽命； 5．安全

11、裝置：地埋式垃圾壓縮機加裝防箱體墜落裝置的安全鉤裝置，安全鉤油缸加裝液壓反饋，電氣上設有互鎖，確保提箱后的安全性。安全鉤裝置的開啟與鎖緊必須采用液壓油缸控制，采用高強度調(diào)制處理，及自動化控制，實現(xiàn)各動作之間的互鎖，確保整機安全性； 6．污水收集排放系統(tǒng)：垃圾箱內(nèi)部、中門，推鏟內(nèi)設有專門的污水收集及排放裝置，地坑內(nèi)四周設有導流通道，進入收集池后集中處理排放，保證站內(nèi)環(huán)境。 3. 進度安排： 查閱文獻資料（1周） 完成地埋式垃圾壓縮機總體技術(shù)方案設計及論證，撰寫開題報告（2周） 完成機械結(jié)構(gòu)、液壓傳動部分設計，繪制總裝配圖和液壓原理圖（5周） 完成控制部分設計，包括硬件和軟件設計（

12、3周） 編寫設計說明書（2周） 4. 指導老師意見： 指導老師簽名： 年 月 日 鄭重聲明 本人的畢業(yè)論文（設計）是在指導教師劉清元的指導下獨立撰寫完成的。如有剽竊、抄襲、造假等違反學術(shù)道德、學術(shù)規(guī)范和侵權(quán)的行為，本人愿意承擔由此產(chǎn)生的各種后果，直至法律責任，并愿意通過網(wǎng)絡接受公眾的監(jiān)督。特此鄭重聲明。

13、 畢業(yè)論文（設計）作者（簽名）： 年 月 日 武漢理工大學華夏學院畢業(yè)設計（論文） 摘要 隨著人們生活水平的提高，對環(huán)境的要求越來越高，而垃圾的處理更是關(guān)乎到最基本的生活環(huán)境，這次畢業(yè)設計我們就討論下垃圾壓縮機的設計。壓縮機的主要結(jié)構(gòu)件采用分裝式，便于拆卸、安裝、轉(zhuǎn)移；壓縮主油缸，需保證壓縮油缸同步及安裝要求；橫向內(nèi)部需加裝加強梁，確保在大壓力壓縮垃圾時，立柱不產(chǎn)生局部變形；采用加強梁，確保橫柱不產(chǎn)生局部變形；電器系統(tǒng)采取PLC程序控制方式，

14、壓縮過程為全自動工程；所有結(jié)構(gòu)件表面經(jīng)噴丸（砂）處理，再噴涂高防腐油漆，提高防腐能力和整機壽命；電氣上設有互鎖，確保提箱后的安全性。采用高強度調(diào)制處理，及自動化控制，實現(xiàn)各動作之間的互鎖，確保整機安全性；污水收集排放系統(tǒng)：垃圾箱內(nèi)部、中門，推鏟內(nèi)設有專門的污水收集及排放裝置，地坑內(nèi)四周設有導流通道，進入收集池后集中處理排放，保證站內(nèi)環(huán)境。相信在不久的將來，人們生活的環(huán)境會越來越好，而垃圾處理的方式會越來越自動化。 關(guān)鍵詞：生活水平；壓縮機；液壓缸；導向裝置；安全性；自動化控制 Abstract W

15、ith the improvement of peoples living standards , increasing demands on the environment , and waste disposal is essential to the basic living environment , we will discuss the next graduation garbage compressor design . The main structure of the use of sub -mounted compressor for easy removal , inst

16、allation, transfer ; master cylinder compression , compression cylinders need to ensure synchronization and installation requirements ; need to install internal transverse reinforcement beam , ensure that when large pressure compressed garbage , column does not produce local deformation ; used to st

17、rengthen the beams, to ensure no cross- pillar local deformation ; electrical systems adopt PLC program control, the compression process is fully automated engineering ; all structural surface by blasting ( sand ) treatment, and then spray paint high corrosion , improve corrosion electrical interloc

18、k is provided to ensure the safety of the suitcase ; ability and whole life . Using high- intensity modulation processing , and automated control, interlock between each action to ensure the security of the whole ; sewerage disposal system : the trash inside the door , push the shovel equipped with

19、a dedicated sewage collection and disposal system , the pit is surrounded by a diversion channel , centralized into a collection tank after discharge to ensure that the station environment. I believe that in the near future, people will be getting better and better living environment , and waste dis

20、posal methods will become increasingly automated. Key words：Living standard；compressors；hydraulic cylinders； guide； security； automation and control I 緒論 建設部、國家環(huán)境保護總局、科學技術(shù)部于2000年6月聯(lián)合發(fā)文要求：“積極開展垃圾分類收集，垃圾收集和運輸應密閉化，防止暴露、散落和滴漏，鼓勵采用壓縮式垃圾收集處理和運輸方式，盡快淘汰敞開式收集和運輸方式”。生活垃圾壓縮機

21、正是適應時代的要求而設計的，它固定安裝在垃圾轉(zhuǎn)運站內(nèi)，其功能是將集中于中轉(zhuǎn)站的垃圾倒入該垃圾壓縮機的收集箱中，經(jīng)過擠壓、傾倒的反復過程把松散垃圾擠壓成高密度塊狀，并用推出裝置將垃圾塊從收集箱中推至垃圾運輸車上，然后將其運輸至垃圾處理廠進行最終處理，防止對環(huán)境的二次污染。 1、城市生活垃圾的處理現(xiàn)狀 城市生活垃圾是人們在日常生活中或為城市日常生活提供服務的活動中產(chǎn)生的固體廢物。100多年以前，世界人口數(shù)量較少，城市化水平較低及人們的生活水平尚未達到較高的標準，因此，城市生活垃圾的數(shù)量是很少的，且多為無機物及容易腐爛的菜葉、果皮核等。當時，城市生活垃圾對我們生活的周圍環(huán)境幾乎沒有不良的影響，所

22、以，對于它的處理也沒有提到正式日程上來。20世紀中葉，隨著工業(yè)化進程的加快，經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市人口密度的增大及城市人均生活水平的提高，人口越來越多的向城市涌入，引起了城市垃圾的急劇增加。由于人們的環(huán)保意識比較淡薄及沒有意識到生活垃圾的危害性，城市居民無序傾倒垃圾并任其堆置而不采取防污染的措施，導致城市生活垃圾的環(huán)境問題越來越突出，大量的垃圾污染了環(huán)境，對城市居民的健康和生存構(gòu)成了嚴重的威脅，已成為社會的一大公害。如塞拉里昂首都弗里敦露天堆放的垃圾，使病菌橫行，連續(xù)二次發(fā)生霍亂，大量的人口死亡。再如，1978年美國的Love Canal河事件(羋振明，1988)，致使里根政府下令關(guān)閉學校、工廠

23、并遷出當?shù)鼐用瘢悦庠馐艹鞘猩罾廴径斐傻沫h(huán)境危害。由于城市生活垃圾對環(huán)境危害極大，并嚴重阻礙當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展，因此，如何高效、安全地處理城市生活垃圾己成為各國政府城市發(fā)展中急需解決的主要問題之一。 2、生活垃圾的組成 生活垃圾的成分復雜且多變，其成分及成分間的關(guān)系與當?shù)氐膰裆a(chǎn)總值及居民的消費水平有關(guān)，表現(xiàn)出很強的地域性及時間性(陳海濱、楊倫全，1996)。一般地，經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū)的生活垃圾以無機物居多，而經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)以有機物居多，其中塑料、廢紙的高含量尤為突出，表現(xiàn)出塑料、廢紙的含量與當?shù)氐慕?jīng)濟水平具有較好的相關(guān)性。生活垃圾的成分還與當?shù)氐哪茉唇Y(jié)構(gòu)有關(guān)，由過去的煤炭作為主要燃料轉(zhuǎn)化

24、為以天然氣作為主要燃料。煤燃燒后會產(chǎn)生大量的廢渣，而氣體燃燒幾乎不產(chǎn)生廢渣生活垃圾的成分不外乎以下內(nèi)容：可降解有機物如食物(蔬菜、肉骨等)、廢紙、塑料、纖維織物、草木樹葉等；無機物如磚瓦土石、玻璃、金屬、陶瓷等。 生活垃圾成分的確定一般采用分揀法(甄金環(huán)，1990)，即現(xiàn)場隨機采取代表性生活垃圾土樣，置于城市郊區(qū)某開闊處風干，稱取風干后生活垃圾土樣約20kg，手工分揀出玻璃、金屬、陶瓷、磚瓦石、塑料、纖維織物等。 3、生活垃圾的處理方法 生活垃圾的處理一般有三種方法：堆肥法、焚燒法及衛(wèi)生填埋法。 （1）堆肥法 生活垃圾堆肥是綜合處理的一種方法，堆肥的最關(guān)鍵設備為發(fā)酵倉，發(fā)酵倉的好壞直

25、接關(guān)系到發(fā)酵的時間、質(zhì)量與環(huán)境污染等，發(fā)酵堆肥是在控制生活垃圾的濕度、含水量、通風量、碳氧化等工藝條件下，利用微生物對生活垃圾中的有機物進行生物降解，使之成為具有良好的穩(wěn)定性的腐殖土狀的有機肥料。現(xiàn)代堆肥工藝大多采用好氧工藝，發(fā)酵溫度為60．70。C，可以消滅大部分病菌微生物，對有機物的分解比較徹底，堆肥時間短。試驗證明，堆肥溫度保持3天以上，就能殺死生活垃圾中的寄生卵、病原微生物和雜草種子，達到堆肥無害化的目的，為保持已形成的腐殖質(zhì)和微量的氮、磷鉀肥等，應使腐爛的肥料保持平穩(wěn)，有機成分應處于好氧和厭氧的條件下，有機的堆肥場當作低級的肥料或土壤團粒調(diào)節(jié)使用，可減少化肥的使用量，對絕大多數(shù)的土壤

26、具有明顯的改良作用。 （2）焚燒法 對發(fā)熱值大于3349KJ／kg的生活垃圾，置于特制的垃圾焚燒爐內(nèi)，在750~1000℃的溫度下焚燒，利用焚燒產(chǎn)生的熱量產(chǎn)生蒸汽，用于發(fā)電或發(fā)熱。對焚燒技術(shù)研究開發(fā)最早的是德國，隨后許多發(fā)達國家如美國、英國、法國、日本等也進行了這方面的研究工作。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前世界上約有4000座現(xiàn)代化的垃圾焚燒爐在運行，我國深圳、北京、天津等地也相繼投產(chǎn)了垃圾焚燒設備。由于我國的垃圾成分不同于一些發(fā)達國家的垃圾成分，沒有分揀，垃圾中的有機物含量較低，我國中等以上城市的低位發(fā)熱量一般在2512—4605KJ／kg，所以應根據(jù)我國的特點研究開發(fā)自己的燃燒裝置。 （3）填

27、埋法 目前，我國生活垃圾的處理方法以填埋為主，堆肥和焚燒為輔，80年代以前，垃圾一般都是露天堆放，場內(nèi)揀垃圾的人很多，有的垃圾場常住人口就有50多人，垃圾管理混亂，填埋作業(yè)面太大，不能當天覆土，因此，蚊蠅孳生，環(huán)境效果很差，造成環(huán)境污染，達不到衛(wèi)生填埋的要求。隨著人們對環(huán)境保護的曰益重視，各級政府部門的大力投入，各地已建成了許多大型生活垃圾填埋場，衛(wèi)生填埋是生活垃圾的最終處理方法。衛(wèi)生填埋場設有防滲漏的襯墊系統(tǒng)、氣體控制系統(tǒng)、滲濾液收集與排出系統(tǒng)、最終覆蓋系統(tǒng)等。襯墊系統(tǒng)一般有滲透系數(shù)很小的材料組成，襯墊可分為單層粘土襯墊、單層土工膜襯墊、雙層土工膜襯墊、單層復合襯墊、雙層復合襯墊等。目前最

28、理想、最有效的襯墊為雙層復合襯墊；氣體控制系統(tǒng)：生活垃圾中的有機物降解會產(chǎn)生大量的氣體，氣體的主要成分為甲烷(沼氣)和二氧化碳，這些氣體可用排氣井或排氣槽排出，排出的氣體可用于供熱或作為其他能源加以利用；滲濾液收集與排出系統(tǒng)：由于大氣降水、地下水的入侵、對垃圾的壓榨及有機物的降解等，會產(chǎn)生大量的滲濾液，滲濾液可通過第一道滲濾液收集系統(tǒng)集中收集，然后利用潛水泵進行排除，少量的滲濾液還會滲至第二道滲濾液收集系統(tǒng)，這一般可用小童徑的管子即可排除。 綜上所述，鑒于目前我國經(jīng)濟條件及技術(shù)條件的限制，絕大部分的生活垃圾仍采用填埋法進行處理，焚燒與堆肥僅處理少部分垃圾，焚燒僅在有限的幾個大城市中運行，況且

29、堆肥及焚燒后的殘渣也要填埋處理，因此，填埋特別是衛(wèi)生填埋，將是我國垃圾處理的主要方向，即使一些經(jīng)濟發(fā)達的國家，填埋也占較大的比例。 為了提高現(xiàn)代化市政環(huán)衛(wèi)裝備技術(shù)水平、為市民提供良好的公共設施服務和生活環(huán)境，對城區(qū)生活垃圾進行處理壓縮后再運輸是有現(xiàn)實意義的、也是必要的，這可使生活垃圾收集運輸工作向清潔生產(chǎn)、低污染高效率方向發(fā)展。該生活垃圾壓縮機經(jīng)優(yōu)化設計后降低了整機的高度，減少了垃圾站的占地面積，節(jié)約了成本，提高了作業(yè)效率，優(yōu)化了居民的生活環(huán)境，提升了社區(qū)整體形象及品味。無二次污染的垃圾儲運是21世紀清潔的環(huán)衛(wèi)模式。 1結(jié)構(gòu)設計 設計要求箱體容積6m3，則設計垃圾箱尺寸為1500*1

30、500*3000，壓縮方向為3000mm方向，壓縮液壓缸不僅要壓縮，還需要將垃圾推入垃圾裝卸車上，液壓缸的行程需達到3200mm，得出垃圾壓縮機的總長在6500mm左右，整體部分需要從地下抬升出來達到車的高度，抬升液壓缸的行程需達到2700mm，得出整個系統(tǒng)的高度在4200mm左右，液壓站放在液壓箱下方，壓縮箱的下方放廢液箱，液壓站、抬升液壓缸、廢液箱都固定在鋼筋混凝土上，控制系統(tǒng)設計在一邊，方便司機控制。 2液壓缸的設計 液壓缸的主要參數(shù)的設計計算 設計液壓缸時，必須對整個系統(tǒng)工況進行分析，確定最大負載力，根據(jù)負載力和速度決定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，然后根據(jù)使用要求確定結(jié)構(gòu)類型、安裝

31、空間尺寸、安裝形式等，之后再進行結(jié)構(gòu)設計。由于單活塞液壓缸在液壓傳動系統(tǒng)中應用比較廣泛，因而它的有關(guān)參數(shù)計算和結(jié)構(gòu)設計具有一定的典型性。目前液壓缸的供貨品種、規(guī)格比較齊全，用戶可以在市場上購買到。廠家也可以根據(jù)用戶的要求設計、制造，用戶一般只要提出液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)及安裝形式即可。 2.1液壓缸工作壓力的確定 液壓缸所能克服的最大負載和有效作用面積間的關(guān)系可用下式表示： F=pA*106 （2-1） 式中，F(xiàn)--液壓缸的最大負載力，包括工作負載、摩擦力、慣性力等； p--液壓缸的工作壓力（MPa）； A--液壓缸（活塞）的有效作用面積。 上式說明，給定液壓缸的最大負載后，液壓缸

32、的工作壓力越高，活塞的有效工作面積就越小，液壓缸的結(jié)構(gòu)就越緊湊，但若系統(tǒng)壓力高，對液壓元件的性能及密封要求也相應提高。在確定工作壓力和活塞直徑時，應根據(jù)工況要求、工作條件以及液壓元件供貨等因素綜合考慮。 不同用途的液壓機械，工作條件不同，工作壓力的范圍也不同。機床液壓傳動系統(tǒng)使用的壓力一般為2~8MPa，組合機床液壓缸的工作范圍為3~4.5MPa，液壓機常用壓力為21~32MPa，工程機械選用16MPa較為合適。 液壓缸標準使用壓力系列表2-1 表2-1 液壓缸標準壓力系列 MPa 2.5 4.0 6.3 10 16 20 25

33、 31.5 40 2.2液壓缸內(nèi)徑的確定 液壓缸的內(nèi)徑一般根據(jù)最大工作負載來確定。 液壓缸的有效工作面積為 A=F/p=πD2/4 （2-2） 活塞桿的直接由受力情況決定，受拉力時?。?.3~0.5）D，受壓力時取（0.5~0.7）D。 計算出活塞直徑D、活塞桿直徑d后，再圓整到標準值。液壓缸內(nèi)徑系列和活塞桿直徑系列見表2-2和表2-3 表2-2液壓缸內(nèi)徑系列 mm 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 50

34、0 表2-3活塞桿直徑系列 mm 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 動力較小的液壓設備，除上述計算方法外，也可按往返速比確定液壓缸的內(nèi)徑D和活塞桿的直徑d。液壓缸的速比系列見表2-4 表2-4液壓缸的速度比值系列 1.06 1.12 1.25 1.

35、4 1.6 2 2.5 5 活塞運動速度的最高值受活塞桿密封圈以及行程末端緩沖裝置所承受的動能限制，一般不大于1m/s，最低值則以無爬行現(xiàn)象為前提，通常應大于0.1~0.2m/s。 2.3液壓缸的行程 液壓缸的活塞桿行程系列見表2-5 表2-5活塞桿行程系列 mm 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 2.4液壓缸長度的確定 液壓缸的長度L根據(jù)工作部件的行程長度確定。從制造上考慮，一般液壓缸的長度不大于液壓缸直徑的20~30倍。 2.5液壓缸缸體壁厚的確定 液壓

36、缸缸體壁厚可根據(jù)結(jié)構(gòu)設計確定。當液壓缸工作壓力較高和缸內(nèi)徑較大時，還必須根據(jù)材料力學的公關(guān)公式進行強度校核。 2.6活塞桿長度的確定 活塞桿直徑確定后，還要根據(jù)液壓缸的長度確定活塞桿的長度。對于工作行程首要的活塞桿，當活塞桿長度與活塞桿直徑之比大于10時，必須根據(jù)材料力學的有關(guān)公式對活塞桿進行穩(wěn)定性校核。 3液壓缸的強度計算與校核 3.1液壓缸缸體壁厚的強度計算與校核 缸筒是液壓缸中重要的零件，當液壓缸的工作壓力較高和缸筒內(nèi)徑較大時，必須進行強度校核。 中、高壓液壓缸一般用無縫鋼管制作缸筒。當D/δ≥10時，按薄壁筒計算公式校核，即 （2-3） 式中，δ--薄壁筒壁厚

37、Py--試驗壓力，當液壓缸額定壓力pn≤16MPa時，py=1.5pn，當pn≥16MPa時，py=1.25pn； ——缸筒材料的許用應力，= 為材料的抗拉強度，n為安全系數(shù)，當D/δ≥10時，一般取n=5。 當缸筒的D/δ＜10時，稱為厚壁筒，高壓缸的筒大都屬于此類。應按壁厚的公式進行校核，即 （2-4） 式中各符號的意義同前。 3.2活塞桿穩(wěn)定性計算與校核 活塞桿受軸向壓力作用時，有可能產(chǎn)生彎曲，當此軸向力達到臨界值Fk時，會出現(xiàn)壓桿不穩(wěn)定現(xiàn)象，臨界值Fk的大小與活塞桿長度、直徑以及液壓缸的安裝方式等因素有關(guān)。只有當活塞桿的計算長度l≥10d時，才進行活塞桿的縱向穩(wěn)定性計

38、算。其計算按材料力學的有關(guān)公式進行。 使液壓缸保持穩(wěn)定的條件為 （2-5） 式中，F(xiàn)——液壓缸承受的軸向壓力； Fcr——活塞桿不產(chǎn)生彎曲變形的臨界力； Ncr——穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取2~6。 Fcr可根據(jù)細長比l/k的范圍按下述有關(guān)公式計算： 當細長比l/k＞m√i時，為 （2-6） 當細長比l/k≤m√i，且m√i=20~120時，為 （2-7） 式中，l——安裝長度，其值與安裝形式有關(guān)； K——活塞桿最小截面的慣性半徑，； m——柔性系數(shù)，對鋼取m=85； i——由液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)，其值可參考有關(guān)文獻； E——活塞桿材料的彈性

39、模量，對鋼取E=2.06*1011Pa； J——活塞桿最小截面的慣性矩； f——由材料強度決定的實驗值，對鋼取f≈4.9*108Pa； A——活塞桿最小截面的面積； a——實驗常數(shù)，對鋼取a=1/5000。 當細長比l/k＜20時，缸具有足夠的穩(wěn)定性，不必校核。 4實際尺寸的確定 設計任務書要求系統(tǒng)壓縮力為4t 當系統(tǒng)壓力為1MPa時，每平方厘米提供的力為100N 而系統(tǒng)壓力一般保持在3~6MPa，則可以計算出缸1活塞截面面積至少為100平方厘米，由于行程太長，考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定性，活塞桿不能太細。 故選用HSGK01-200-140E-3522-800型號液壓缸 通過三維軟

40、件solidworks可以計算出上升箱體總體積為： 579183.9cm2 總質(zhì)量為： 579183.9cm2*7.85g/cm2=4546.5936Kg 四個液壓缸的活塞桿質(zhì)量為： 10445cm2*7.85g/cm2*4=328Kg 垃圾壓縮后的密度為0.7t/m3，則垃圾的質(zhì)量為2.1t，由于垃圾中的元素的不確定性，假定垃圾的質(zhì)量為3t； 四個液壓缸需要克服的壓力為： 4546.5936Kg+328Kg+3000Kg=7.875t 則每個液壓缸所承受的壓力為1.968t 可計算出缸2活塞面積至少為：50cm2，同樣由于穩(wěn)定性的問題， 選用HSGK01-100-70E

41、-3522-800型號液壓缸。 3液壓站的設計 3.1尺寸的確定 液壓系統(tǒng)需要液壓油的量為： V=π*52*4*250+π*102*350=60000πcm3 則液壓站需要的容積為90000πcm3 設計液壓站尺寸為1050*1000*1000 3.2液壓站的工作原理 液壓原理圖如下圖所示： 電磁換向閥控制液壓缸的伸縮，疊加式液控單向閥保證液壓缸的自鎖，同步閥保證了四缸同步，溢流閥控制系統(tǒng)的最高壓力。 3.3各類閥的工作原理 3.3.1疊加式液控單向閥的工作原理 疊加式液控單向閥主要由鋼制閥體、一個或兩個單向閥、先導級活塞組成。單向閥的主閥芯內(nèi)有先導錐閥芯，通過

42、它保證單向閥打開.當油液由A1流向A2,單向閥打開，同時先導級活塞被推至右位，通過先導錐閥芯的作用單向閥打開. 當進油口A1和B1出現(xiàn)失壓，彈簧作用力將閥芯緊壓在閥座上，切斷了單向閥與執(zhí)行機構(gòu)之間的油路。 3.3.2疊加式節(jié)流閥的工作原理 節(jié)流閥是通過改變節(jié)流截面或節(jié)流長度以控制流體流量的閥門。它的外形結(jié)構(gòu)與截止閥并無區(qū)別，只是它們啟閉件的形狀有所不同。節(jié)流閥的啟閉件大多為圓錐流線型，通過它改變通道截面積而達到調(diào)節(jié)流量和壓力的作用。 3.3.3疊加式溢流閥的工作原理 在靜態(tài)時閥關(guān)閉，A口壓力作用于閥芯，同時，壓力經(jīng)過節(jié)流孔作用在閥芯的彈簧側(cè)，并經(jīng)過節(jié)流孔作用于先導閥芯上。如果

43、A口壓力上升并超過彈簧的設定值，先導閥芯克服彈簧力開啟，油液可從閥芯的彈簧側(cè)、節(jié)流孔流入T口,所產(chǎn)生的壓降使閥芯隨之移動，這就使油口A和T連通，而彈簧設定壓力不變?？刂朴蛷膬蓮椈汕唤?jīng)油口T向外部回油。 測壓口(8)可對壓力進行檢測。 3.3.4同步閥的工作原理 分流時, 壓力油從P口進人閥體, 壓力差將掛鉤閥芯拉開, 使閥芯上的二次節(jié)流口內(nèi)棱邊對準閥體沉割槽內(nèi)棱邊。油液分別經(jīng)過左右兩側(cè)一次節(jié)流孔和二次節(jié)流口流入兩個液壓執(zhí)行器。當兩執(zhí)行器負載相同時 ,A、B口油壓相等, 閥芯處于中位, 兩側(cè)二次節(jié)流口阻力相同,A、B兩支路流量相等。當A、B口負載壓力不等時, 流過兩側(cè)一次節(jié)流孔的流量會

44、發(fā)生變化, 例如負載大的一側(cè)的流量會有所下降, 使該側(cè)一次節(jié)流孔壓降減小, 該側(cè)控制腔壓力升高, 破壞了掛鉤閥芯的平衡, 使閥芯向負載小的一側(cè)運動, 從而關(guān)小負載小側(cè)的二次節(jié)流口, 增大該側(cè)二次節(jié)流口阻力, 直到閥芯重新平衡為止。達到平衡時, 左右控制腔壓力幾乎相等, 兩側(cè)固定韋流孔的壓降相等, 因制造時盡量使兩側(cè)固定節(jié)流孔面積相等, 所以兩側(cè)流量幾乎相等, 即油液被等量分流了。 4控制系統(tǒng)的設計 4.1控制器的工作原理 當可編程邏輯控制器投入運行后，其工作過程一般分為三個階段， 即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程

45、邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 （1）輸入采樣階段 在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 （2）用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左

46、邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其

47、上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 （3）輸出刷新階段 當掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應的外設。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。 4.2控制器的選型 機械手控制系統(tǒng)的硬件設計上應考慮到系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性、可靠性以及各種控制元件連接的靈活性和方便性，控制器應選擇有極高可靠性

48、、專門面向惡劣的工業(yè)環(huán)境設計開發(fā)的工業(yè)控制器。 4.2.1國內(nèi)應用較多的西門子S7-300型PLC。 圖4-1 SIEMENS SIMATIC S-700 PLC 西門子S7-300型PLC的優(yōu)點 該機的特性有針對低性能要求的模塊化中小控制系統(tǒng)；可配不同檔次的CPU，可選擇不同類型的擴展模塊；可以擴展多達32個模塊；模塊內(nèi)集成背板總線，網(wǎng)絡連接 - 多點接口 (MPI), -PROFIBUS或-工業(yè)以太網(wǎng)； 通過編程器PG訪問所有的模塊；無插槽限制；借助于“HWConfig”工具可以進行組態(tài)和設置參數(shù)；循環(huán)周期短、處理速度高；指令集功能強大（包含350多條指令），可用于復雜功

49、能； 產(chǎn)品設計緊湊，可用于空間有限的場合； 模塊化結(jié)構(gòu)，設計更加靈活； 有不同性能檔次的CPU模塊可供選用；功能模塊和I/O模塊可選擇； 有可在露天惡劣條件下使用的模塊類型。 S-700 PLC工作原理 PLC采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式。OB1 是用于循環(huán)處理的組織塊（主程序），它可以調(diào)用別的邏輯塊，或被中斷程序（組織塊）中斷。 在起動完成后，不斷地循環(huán)調(diào)用OB1，在OB1 中可以調(diào)用其它邏輯塊(FB, SFB, FC 或SFC)。 循環(huán)程序處理過程可以被某些事件中斷。 在循環(huán)程序處理過程中，CPU 并不直接訪問I/O模塊中的輸入地址區(qū)和輸出地址區(qū)，而是訪問CPU 內(nèi)部的輸入/輸

50、出過程映像區(qū)（在CPU的系統(tǒng)存儲區(qū)） 4.2.2三菱FX2N 系列 三菱FX2N 系列簡介 FX2N 系列是FX系列PLC家族中最先進的系列。由于FX2n系列具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。 【a】 概述 （1）控制16~256點。 （2）內(nèi)置8K容量的RAM存儲器，最大可以擴展到16K。 （3）CPU運算處理速度0.08μS/基本指令。 （4）在FX2N系列右側(cè)可連接輸入輸出擴展模塊和特殊功能模塊。 （5）基本單元內(nèi)置2

51、軸獨立最高20kHz定位功能(晶體管輸出型） 。 （6）快速斷開端子塊，其采用優(yōu)良的可維護性快速斷開端子塊，即使接著電纜也可以更換單元。 （7）時鐘功能和小時表功能，所有的FX2N PLC中都有實時時鐘標準。 （8）持續(xù)掃描功能，為應用所需求的持續(xù)掃描時間定義操作周期。 （9）輸入濾波器調(diào)節(jié)功能，可以用輸入濾波器平整輸入信號（在基本單元中x000到x017）。 （10）注解記錄功能，元件注解可以記錄在程序寄存器中。 （11）在線程序編輯，在線改變程序不會損失工作時間或停止生產(chǎn)運轉(zhuǎn)。 （12）RUN/STOP 開關(guān)，面板上運行/停止開關(guān)易于操作。 （13）遠程維護，遠處的編程軟件

52、可以通過調(diào)制解調(diào)器通信來監(jiān)測、上載或卸載程序和數(shù)據(jù) （14）密碼保護，使用一個八位數(shù)字密碼保護您的程序?！綽】 功能 開發(fā)了各個范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要----模擬I/O，高速計數(shù)器。 定位控制達到16軸，脈沖串輸出或為J和K型熱電偶或Pt傳感器開發(fā)了溫度模塊。 對每一個FX2n主單元可配置總計達8個特殊功能模塊。 4.3控制系統(tǒng)要求 壓縮缸的換向由系統(tǒng)壓力決定，當環(huán)衛(wèi)工人倒完垃圾按下按鈕后，壓縮開始，系統(tǒng)壓力慢慢上升，系統(tǒng)壓力大于能夠提供4.5t的壓力時，電磁換向閥換向，收縮到起始位置停止； 抬升缸由司機控制，當司機按動按鈕時，電機轉(zhuǎn)動-箱體上升-達到一定高度-

53、停止-換向-壓縮缸伸長-達一定距離后-壓縮缸收縮-箱體下降-達到一定高度-停止-換向。 4.4控制系統(tǒng)的設計 4.4.1 I/O分配表 表4-1 I/O分配表 輸入點分配 輸出點分配 X001 壓力繼電器得電 Y001 液壓缸上升 X002 環(huán)衛(wèi)工人啟動按鈕 Y002 液壓缸下降 X003 司機啟動按鈕 Y003 液壓缸伸 X004 上限位開關(guān) Y004 液壓缸縮 X005 下限位開關(guān) Y005 電機轉(zhuǎn)動 X006 右限位開關(guān) Y006 電機停止 X007 左限位開關(guān) X008 電動機急停開關(guān) 4.4

54、.2流程圖設計 4.2.3 梯形圖設計 致謝 歷時將小半年的時間終于將這篇論文完稿，在論文的寫作過程中遇到了各種困難和障礙，都在同學和老師的幫助下度過了。尤其要強烈感謝我的論文指導老師——劉清元老師，劉老師在此期間往返我們學校和理工大本部之間十幾次，每次都對我們進行了細心的指導和幫助，不厭其煩的幫助進行論文的修改和改進。尤其是武漢雄楚大道目前正在修高架，路極不好走。 另外，還要感謝母校，我們在學校四年，學校給我們提供了良好的生活環(huán)境及活躍的學術(shù)氛圍，沒有這種氛圍，我想我也很難完成這篇畢業(yè)論文！ 感謝這篇論文所涉及到的各位學者。本文引用了數(shù)位學者的研究文獻，如果沒有各位學者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。 感謝我的同學和朋友，在我寫論文的過程中給予了我很多素材，還在論文的撰寫和排版過程中提供了熱情的幫助。 由于我的學術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和學友批評和指正！ 參考文獻： a． FX2N系列 ．廣州振控機電設備有限公司 [引用日期2014-05-21] ． b． FX2N系列微型可編程控制器使用手冊 ．工業(yè)庫 [引用日期2014-05-21] ． 13