地埋式垃圾压缩机的设计终版.doc

学号10110110531毕 业 设 计 （论 文）地埋式垃圾压缩机设计教 学 系：机电工程系 指导老师： 专业班级：机 自 1105 学生姓名： 二O一四年六月毕业设计(论文)任务书学生姓名戴世峰专业班级机自1105指导教师刘清元职称副教授设计(论文)题目地埋式垃圾压缩机设计设计（论文）主要内容：地埋式垃圾压缩机参数：箱体容积6m3，压缩力4吨。根据给定的参数设计地埋式垃圾压缩机，包括结构设计、液压传动设计，并制定垃圾压缩机的控制方案，据此完成垃圾压缩机PLC控制系统设计。同时要求完成图纸总量折合不少于两张A0图纸，提交全部设计文档及存储光盘。要求完成的主要任务及其时间安排:1查阅文献资料（1周） 2完成地埋式垃圾压缩机总体技术方案设计及论证，撰写开题报告（2周）3完成机械结构、液压传动部分设计，绘制总装配图和液压原理图（5周）4完成控制部分设计，包括硬件和软件设计（3周）5编写设计说明书（2周）必读参考资料：1 彭文生主编. 机械设计M. 北京：高等教育出版社书. 20082 曾励 编著. 机电一体化系统设计M. 北京：高等教育出版社 2010.3 张利平 主编.液压传动系统及设计M. 北京：化学工业出版社. 2009.4 赵燕主编. 传感器原理及应用，北京：北京大学出版社，2010；5 赵燕主编. 可编程控制器原理和应用 M. 北京：北京大学业出版社， 2010. 指导教师签名： 教研室主任签名： 毕业设计（论文）开题报告题目地埋式垃圾压缩机设计1. 目的及意义（含国内外的研究现状分析）：随着社会的进步，文明的发展，城镇人口将进一步增多，人口密度将进一步加大，随之而来的问题也将越来越多。其中垃圾得不到有效的处理将会严重影响人们的生活质量，甚至威胁到人们的健康、生命，所以如何妥善的处理这些人口生产出的垃圾便是其中一个重大的问题。而目前国内外处理垃圾主要有：卫生填埋、生化堆肥、垃圾焚烧、资源化利用这四种处理方法。卫生填埋不同于一般的填埋，为了防止填埋废物与周围环境接触，尤其是防止地下水污染，在设计上除了必须严格选择具有适宜的水文地质结构和满足其他条件的场址外，还要求在填埋场底部铺有一定厚度的黏土层或高密度聚乙烯材料的衬层，并具有地表径流控制、浸出液的收集和处理、沼气的收集和处理、监测井及适当的最终覆盖层的设计。生化堆肥则是处理与利用同在的一种垃圾处理方法，是利用垃圾或土壤中存在的细菌、酵母菌、真菌和放线菌等微生物，使垃圾中的有机物发生生物化学反应而降解(消化)，形成一种类似腐蚀质土壤的物质，用作肥料并用来改良土壤。垃圾堆肥技术在中国农业活动中早有应用，而作为科学进行研究探讨此法则始于1920年。按细菌分解的作用原理，分为高温好氧法和低温厌氧法堆肥。按堆肥方法，分为露天堆肥法和机械堆肥。堆肥法操作一般分为4步：预处理，剔出大块的及无机杂物，将垃圾破碎筛分为匀质状，匀质垃圾的最佳含水率为45-60%，碳氮比约为(20-30)：1，达不到需要时可掺进污泥或粪便；细菌分解(或称发酵)，在温度、水分和氧气适宜条件下，好氧或厌氧微生物迅速繁殖，垃圾开始分解，将各种有机质转化为无害的肥料；腐熟，稳定肥质，待完全腐熟即可施用；贮存或处置，将肥料贮存，无机杂物另作填埋处置。 垃圾焚烧是一种较古老的传统的处理垃圾的方法，而现代各国相继建造焚烧炉，使垃圾焚烧法成为城市垃圾处理的主要方法之一。将垃圾用焚烧法处理后，垃圾能减量化，节省用地，还可消灭各种病原体，将有毒有害物质转化为无害物。但美中不足的是：垃圾焚烧法会对设备要求极高，一般的焚烧炉在焚烧后都会产生大量的有害物质二恶英，并排入空气中。而二恶英为国际一级有害物质，其毒性是砒霜的900倍。因此，垃圾焚烧法在国内外已开始进入萎缩期。目前有超过15个国家和地区，通过了对焚烧垃圾的部分禁令。资源化利用是将指将废物直接作为原料进行利用或者对废物进行再生利用。2008年8月中华人民共和国全国人民代表大会常务委员会通过的中华人民共和国循环经济促进法规定，“县级以上人民政府应当统筹规划建设城乡生活垃圾分类收集和资源化利用设施，建立和完善分类收集和资源化利用体系，提高生活垃圾资源化率。”“县级以上人民政府应当支持企业建设污泥资源化利用和处置设施，提高污泥综合利用水平，防止产生再次污染。”“在废物再利用和资源化过程中，应当保障生产安全，保证产品质量符合国家规定的标准，并防止产生再次污染。”“企业事业单位应当建立健全管理制度，采取措施，降低资源消耗，减少废物的产生量和排放量，提高废物的再利用和资源化水平。”该法仍提出，“循环经济发展规划应当包括规划目标、适用范围、主要内容、重点任务和保障措施等，并规定资源产出率、废物再利用和资源化率等指标。” 该法还要求“国务院标准化主管部门会同国务院循环经济发展综合管理和环境保护等有关主管部门建立健全循环经济标准体系，制定和完善节能、节水、节材和废物再利用、资源化等标准。”从以上四种处理方法可见，无论哪种处理方法都需要很大的场地，都不能在人口密集的市中心，这就涉及到了垃圾的运输，为了降低运输成本我们就需要先将垃圾收集并压缩然后再运去进行垃圾处理。因而我们就有必要设计并生产压缩垃圾的设备，将设备埋于地下既可以节约土地资源又可以美化周围环境，就促成了这次课程设计地埋式垃圾压缩机的设计。这种地埋式垃圾压缩机适用于目前国内大中小城市的各个社区，学校，医院等地方，社区、学校、医院收集垃圾存放于这种地埋式垃圾压缩机中，然后垃圾运输车再及时的将垃圾运往各个垃圾处理厂，应用范围极广更加大了研究的可行性。2. 基本内容和技术方案： 在整体结构设计上，可形成A、B两种方案，不过A方案对两梁交叉点的连接要求较高，箱体抬升后底部两端的力变化较大故对底部两液压缸要求也较高，显然将带来更高的成本，而B方案只需将液压缸的行程设置好，箱体就可以稳定的抬升，因而选用B方案。地埋式垃圾压缩机的结构组成包括：箱体结构、液压系统、喷雾冲洗除臭系统、污水收集排放系统、电气控制和操作系统。其总体技术要求如下：1主要结构件：机架采用分装式，便于拆卸、安装、转移；压缩主油缸，需保证压缩油缸同步及安装要求；横向内部需加装加强梁，确保大压力压缩垃圾时，立柱不产生局部变形；2压头与横柱之间采用导向装置，导向装置必须采用可自由转运的浮动滑块，压头偏摆时，滑块滑动能大面积与横柱接触，确保横柱不产生局部变形；3电器系统采取PLC程序控制方式，压缩过程为全自动工程；关键元件(例如：可编程控制器、断路器、交流接触器、扩展模块、传感器、稳压电源)等使用优质进口件；4所有结构件表面经喷丸(砂)处理，再喷涂高防腐油漆，提高防腐能力和整机寿命；5安全装置：地埋式垃圾压缩机加装防箱体坠落装置的安全钩装置，安全钩油缸加装液压反馈，电气上设有互锁，确保提箱后的安全性。安全钩装置的开启与锁紧必须采用液压油缸控制，采用高强度调制处理，及自动化控制，实现各动作之间的互锁，确保整机安全性；6污水收集排放系统：垃圾箱内部、中门，推铲内设有专门的污水收集及排放装置，地坑内四周设有导流通道，进入收集池后集中处理排放，保证站内环境。3. 进度安排：查阅文献资料（1周）完成地埋式垃圾压缩机总体技术方案设计及论证，撰写开题报告（2周）完成机械结构、液压传动部分设计，绘制总装配图和液压原理图（5周）完成控制部分设计，包括硬件和软件设计（3周）编写设计说明书（2周）4. 指导老师意见： 指导老师签名： 年 月 日郑 重 声 明 本人的毕业论文（设计）是在指导教师刘清元的指导下独立撰写完成的。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。特此郑重声明。毕业论文（设计）作者（签名）： 年 月 日目 录摘 要IAbstractII绪论11结构设计32液压缸的设计32.1液压缸工作压力的确定32.2液压缸内径的确定42.3液压缸的行程42.4液压缸长度的确定52.5液压缸缸体壁厚的确定52.6活塞杆长度的确定53液压缸的强度计算与校核53.1液压缸缸体壁厚的强度计算与校核53.2活塞杆稳定性计算与校核63.3实际尺寸的确定74液压站的设计74.1尺寸的确定74.2液压站的工作原理74.3各类阀的工作原理85控制系统的设计95.1控制器的工作原理95.2控制器的选型105.3控制系统要求125.4控制系统的设计13设 计 总 结16参 考 文 献17致谢17摘 要 随着人们生活水平的提高，对环境的要求越来越高，而垃圾的处理更是关乎到最基本的生活环境，这次毕业设计我们就讨论下垃圾压缩机的设计。压缩机的主要结构件采用分装式，便于拆卸、安装、转移；压缩主油缸，需保证压缩油缸同步及安装要求；横向内部需加装加强梁，确保在大压力压缩垃圾时，立柱不产生局部变形；压头与横柱之间采用导向装置，导向装置又做加强梁用，确保横柱不产生局部变形；电器系统采取PLC程序控制方式，压缩过程为全自动工程；所有结构件表面经喷丸（砂）处理，再喷涂高防腐油漆，提高防腐能力和整机寿命；电气上设有互锁，确保提箱后的安全性。污水收集排放系统：垃圾箱内部、中门，推铲内设有专门的污水收集及排放装置，地坑内四周设有导流通道，进入收集池后集中处理排放，保证站内环境。相信在不久的将来，人们生活的环境会越来越好，而垃圾处理的方式会越来越自动化。关键词：生活水平；压缩机；液压缸；导向装置；安全性；自动化控制Abstract With 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, installation, 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 Between the head and the horizontal column guides, guide and strengthen Beam made to ensure that no cross-pillar local deformation; localized deformation electrical system to take PLC program control, the compression process is fully automated engineering; all structural surface byblasting (sand) treatment, and then spray paint high corrosion and improve corrosion resistance and whole life; has electrically interlocked to ensure the safety of the suitcase. Sewerage disposal system: the trash inside the door, push the shovel equipped with a dedicated sewage collection and disposal system, the pit is surrounded by a diversion channel, centralized treatment after discharge into the collection tank to ensure the station environment. I believe that in the near future, people will be getting better and better living environment, and waste disposal methods will become increasingly automated.Key words：Living standard；compressors；hydraulic cylinders；guide, security；automation and control绪论建设部、国家环境保护总局、科学技术部于2000年6月联合发文要求：“积极开展垃圾分类收集，垃圾收集和运输应密闭化，防止暴露、散落和滴漏，鼓励采用压缩式垃圾收集处理和运输方式，尽快淘汰敞开式收集和运输方式”。生活垃圾压缩机正是适应时代的要求而设计的，它固定安装在垃圾转运站内，其功能是将集中于中转站的垃圾倒入该垃圾压缩机的收集箱中，经过挤压、倾倒的反复过程把松散垃圾挤压成高密度块状，并用推出装置将垃圾块从收集箱中推至垃圾运输车上，然后将其运输至垃圾处理厂进行最终处理，防止对环境的二次污染。1、城市生活垃圾的处理现状城市生活垃圾是人们在日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物。100多年以前，世界人口数量较少，城市化水平较低及人们的生活水平尚未达到较高的标准，因此，城市生活垃圾的数量是很少的，且多为无机物及容易腐烂的菜叶、果皮核等。当时，城市生活垃圾对我们生活的周围环境几乎没有不良的影响，所以，对于它的处理也没有提到正式日程上来。20世纪中叶，随着工业化进程的加快，经济的高速发展，城市人口密度的增大及城市人均生活水平的提高，人口越来越多的向城市涌入，引起了城市垃圾的急剧增加。由于人们的环保意识比较淡薄及没有意识到生活垃圾的危害性，城市居民无序倾倒垃圾并任其堆置而不采取防污染的措施，导致城市生活垃圾的环境问题越来越突出，大量的垃圾污染了环境，对城市居民的健康和生存构成了严重的威胁，已成为社会的一大公害。如塞拉里昂首都弗里敦露天堆放的垃圾，使病菌横行，连续二次发生霍乱，大量的人口死亡。再如，1978年美国的Love Canal河事件(芈振明，1988)，致使里根政府下令关闭学校、工厂并迁出当地居民，以免遭受城市生活垃圾污染而造成的环境危害。由于城市生活垃圾对环境危害极大，并严重阻碍当地的经济发展，因此，如何高效、安全地处理城市生活垃圾己成为各国政府城市发展中急需解决的主要问题之一。2、生活垃圾的组成生活垃圾的成分复杂且多变，其成分及成分间的关系与当地的国民生产总值及居民的消费水平有关，表现出很强的地域性及时间性(陈海滨、杨伦全，1996)。一般地，经济不发达地区的生活垃圾以无机物居多，而经济发达地区以有机物居多，其中塑料、废纸的高含量尤为突出，表现出塑料、废纸的含量与当地的经济水平具有较好的相关性。生活垃圾的成分还与当地的能源结构有关，由过去的煤炭作为主要燃料转化为以天然气作为主要燃料。煤燃烧后会产生大量的废渣，而气体燃烧几乎不产生废渣生活垃圾的成分不外乎以下内容：可降解有机物如食物(蔬菜、肉骨等)、废纸、塑料、纤维织物、草木树叶等；无机物如砖瓦土石、玻璃、金属、陶瓷等。生活垃圾成分的确定一般采用分拣法(甄金环，1990)，即现场随机采取代表性生活垃圾土样，置于城市郊区某开阔处风干，称取风干后生活垃圾土样约20kg，手工分拣出玻璃、金属、陶瓷、砖瓦石、塑料、纤维织物等。3、生活垃圾的处理方法生活垃圾的处理一般有三种方法：堆肥法、焚烧法及卫生填埋法。（1）堆肥法生活垃圾堆肥是综合处理的一种方法，堆肥的最关键设备为发酵仓，发酵仓的好坏直接关系到发酵的时间、质量与环境污染等，发酵堆肥是在控制生活垃圾的湿度、含水量、通风量、碳氧化等工艺条件下，利用微生物对生活垃圾中的有机物进行生物降解，使之成为具有良好的稳定性的腐殖土状的有机肥料。现代堆肥工艺大多采用好氧工艺，发酵温度为6070。C，可以消灭大部分病菌微生物，对有机物的分解比较彻底，堆肥时间短。试验证明，堆肥温度保持3天以上，就能杀死生活垃圾中的寄生卵、病原微生物和杂草种子，达到堆肥无害化的目的，为保持已形成的腐殖质和微量的氮、磷钾肥等，应使腐烂的肥料保持平稳，有机成分应处于好氧和厌氧的条件下，有机的堆肥场当作低级的肥料或土壤团粒调节使用，可减少化肥的使用量，对绝大多数的土壤具有明显的改良作用。（2）焚烧法对发热值大于3349KJkg的生活垃圾，置于特制的垃圾焚烧炉内，在7501000的温度下焚烧，利用焚烧产生的热量产生蒸汽，用于发电或发热。对焚烧技术研究开发最早的是德国，随后许多发达国家如美国、英国、法国、日本等也进行了这方面的研究工作。据不完全统计，目前世界上约有4000座现代化的垃圾焚烧炉在运行，我国深圳、北京、天津等地也相继投产了垃圾焚烧设备。由于我国的垃圾成分不同于一些发达国家的垃圾成分，没有分拣，垃圾中的有机物含量较低，我国中等以上城市的低位发热量一般在25124605KJkg，所以应根据我国的特点研究开发自己的燃烧装置。（3）填埋法目前，我国生活垃圾的处理方法以填埋为主，堆肥和焚烧为辅，80年代以前，垃圾一般都是露天堆放，场内拣垃圾的人很多，有的垃圾场常住人口就有50多人，垃圾管理混乱，填埋作业面太大，不能当天覆土，因此，蚊蝇孳生，环境效果很差，造成环境污染，达不到卫生填埋的要求。随着人们对环境保护的曰益重视，各级政府部门的大力投入，各地已建成了许多大型生活垃圾填埋场，卫生填埋是生活垃圾的最终处理方法。卫生填埋场设有防渗漏的衬垫系统、气体控制系统、渗滤液收集与排出系统、最终覆盖系统等。衬垫系统一般有渗透系数很小的材料组成，衬垫可分为单层粘土衬垫、单层土工膜衬垫、双层土工膜衬垫、单层复合衬垫、双层复合衬垫等。目前最理想、最有效的衬垫为双层复合衬垫；气体控制系统：生活垃圾中的有机物降解会产生大量的气体，气体的主要成分为甲烷(沼气)和二氧化碳，这些气体可用排气井或排气槽排出，排出的气体可用于供热或作为其他能源加以利用；渗滤液收集与排出系统：由于大气降水、地下水的入侵、对垃圾的压榨及有机物的降解等，会产生大量的渗滤液，渗滤液可通过第一道渗滤液收集系统集中收集，然后利用潜水泵进行排除，少量的渗滤液还会渗至第二道渗滤液收集系统，这一般可用小童径的管子即可排除。综上所述，鉴于目前我国经济条件及技术条件的限制，绝大部分的生活垃圾仍采用填埋法进行处理，焚烧与堆肥仅处理少部分垃圾，焚烧仅在有限的几个大城市中运行，况且堆肥及焚烧后的残渣也要填埋处理，因此，填埋特别是卫生填埋，将是我国垃圾处理的主要方向，即使一些经济发达的国家，填埋也占较大的比例。为了提高现代化市政环卫装备技术水平、为市民提供良好的公共设施服务和生活环境，对城区生活垃圾进行处理压缩后再运输是有现实意义的、也是必要的，这可使生活垃圾收集运输工作向清洁生产、低污染高效率方向发展。该生活垃圾压缩机经优化设计后降低了整机的高度，减少了垃圾站的占地面积，节约了成本，提高了作业效率，优化了居民的生活环境，提升了社区整体形象及品味。无二次污染的垃圾储运是21世纪清洁的环卫模式。1结构设计设计要求箱体容积6m3，则设计垃圾箱尺寸为1500*1500*3000，压缩方向为3000mm方向，压缩液压缸不仅要压缩，还需要将垃圾推入垃圾装卸车上，液压缸的行程需达到3200mm，得出垃圾压缩机的总长在6500mm左右，整体部分需要从地下抬升出来达到车的高度，抬升液压缸的行程需达到2700mm，得出整个系统的高度在4200mm左右，液压站放在液压箱下方，压缩箱的下方放废液箱，液压站、抬升液压缸、废液箱都固定在钢筋混凝土上，控制系统设计在一边，方便司机控制。2液压缸的设计液压缸的主要参数的设计计算设计液压缸时，必须对整个系统工况进行分析，确定最大负载力，根据负载力和速度决定液压缸的主要结构尺寸，然后根据使用要求确定结构类型、安装空间尺寸、安装形式等，之后再进行结构设计。由于单活塞液压缸在液压传动系统中应用比较广泛，因而它的有关参数计算和结构设计具有一定的典型性。目前液压缸的供货品种、规格比较齐全，用户可以在市场上购买到。厂家也可以根据用户的要求设计、制造，用户一般只要提出液压缸的结构参数及安装形式即可。2.1液压缸工作压力的确定液压缸所能克服的最大负载和有效作用面积间的关系可用下式表示：F=pA*106 （2-1）式中，F-液压缸的最大负载力，包括工作负载、摩擦力、惯性力等；p-液压缸的工作压力（MPa）；A-液压缸（活塞）的有效作用面积。上式说明，给定液压缸的最大负载后，液压缸的工作压力越高，活塞的有效工作面积就越小，液压缸的结构就越紧凑，但若系统压力高，对液压元件的性能及密封要求也相应提高。在确定工作压力和活塞直径时，应根据工况要求、工作条件以及液压元件供货等因素综合考虑。不同用途的液压机械，工作条件不同，工作压力的范围也不同。机床液压传动系统使用的压力一般为28MPa，组合机床液压缸的工作范围为34.5MPa，液压机常用压力为2132MPa，工程机械选用16MPa较为合适。液压缸标准使用压力系列表2-1 表2-1 液压缸标准压力系列 MPa2.54.06.31016202531.5402.2液压缸内径的确定液压缸的内径一般根据最大工作负载来确定。液压缸的有效工作面积为A=F/p=D2/4 （2-2）活塞杆的直接由受力情况决定，受拉力时取（0.30.5）D，受压力时取（0.50.7）D。计算出活塞直径D、活塞杆直径d后，再圆整到标准值。液压缸内径系列和活塞杆直径系列见表2-2和表2-3表2-2液压缸内径系列 mm810121620253240506380100125160200250320400500表2-3活塞杆直径系列 mm456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400动力较小的液压设备，除上述计算方法外，也可按往返速比确定液压缸的内径D和活塞杆的直径d。液压缸的速比系列见表2-4表2-4液压缸的速度比值系列1.061.121.251.41.622.55活塞运动速度的最高值受活塞杆密封圈以及行程末端缓冲装置所承受的动能限制，一般不大于1m/s，最低值则以无爬行现象为前提，通常应大于0.10.2m/s。2.3液压缸的行程液压缸的活塞杆行程系列见表2-5表2-5活塞杆行程系列 mm2550801001251602002503204002.4液压缸长度的确定液压缸的长度L根据工作部件的行程长度确定。从制造上考虑，一般液压缸的长度不大于液压缸直径的2030倍。2.5液压缸缸体壁厚的确定液压缸缸体壁厚可根据结构设计确定。当液压缸工作压力较高和缸内径较大时，还必须根据材料力学的公关公式进行强度校核。2.6活塞杆长度的确定活塞杆直径确定后，还要根据液压缸的长度确定活塞杆的长度。对于工作行程首要的活塞杆，当活塞杆长度与活塞杆直径之比大于10时，必须根据材料力学的有关公式对活塞杆进行稳定性校核。3液压缸的强度计算与校核3.1液压缸缸体壁厚的强度计算与校核缸筒是液压缸中重要的零件，当液压缸的工作压力较高和缸筒内径较大时，必须进行强度校核。中、高压液压缸一般用无缝钢管制作缸筒。当D/10时，按薄壁筒计算公式校核，即 （3-1）式中，-薄壁筒壁厚Py-试验压力，当液压缸额定压力pn16MPa时，py=1.5pn，当pn16MPa时，py=1.25pn；缸筒材料的许用应力，= 为材料的抗拉强度，n为安全系数，当D/10时，一般取n=5。当缸筒的D/10时，称为厚壁筒，高压缸的筒大都属于此类。应按壁厚的公式进行校核，即 （3-2）式中各符号的意义同前。3.2活塞杆稳定性计算与校核活塞杆受轴向压力作用时，有可能产生弯曲，当此轴向力达到临界值Fk时，会出现压杆不稳定现象，临界值Fk的大小与活塞杆长度、直径以及液压缸的安装方式等因素有关。只有当活塞杆的计算长度l10d时，才进行活塞杆的纵向稳定性计算。其计算按材料力学的有关公式进行。使液压缸保持稳定的条件为 （3-3）式中，F液压缸承受的轴向压力；Fcr活塞杆不产生弯曲变形的临界力；Ncr稳定性安全系数，一般取26。Fcr可根据细长比l/k的范围按下述有关公式计算：当细长比l/kmi时，为 （3-4）当细长比l/kmi，且mi=20120时，为 （3-5）式中，l安装长度，其值与安装形式有关；K活塞杆最小截面的惯性半径，；m柔性系数，对钢取m=85；i由液压缸支承方式决定的末端系数，其值可参考有关文献；E活塞杆材料的弹性模量，对钢取E=2.06*1011Pa；J活塞杆最小截面的惯性矩；f由材料强度决定的实验值，对钢取f4.9*108Pa；A活塞杆最小截面的面积；a实验常数，对钢取a=1/5000。当细长比l/k20时，缸具有足够的稳定性，不必校核。3.3实际尺寸的确定设计任务书要求系统压缩力为4t当系统压力为1MPa时，每平方厘米提供的力为100N而系统压力一般保持在36MPa，则可以计算出缸1活塞截面面积至少为100平方厘米，由于行程太长，考虑到系统稳定性，活塞杆不能太细。故选用HSGK01-200-140E-3522-800型号液压缸通过三维软件solidworks可以计算出上升箱体总体积为：579183.9cm2总质量为：579183.9cm2*7.85g/cm2=4546.5936Kg四个液压缸的活塞杆质量为：10445cm2*7.85g/cm2*4=328Kg垃圾压缩后的密度为0.7t/m3，则垃圾的质量为2.1t，由于垃圾中的元素的不确定性，假定垃圾的质量为3t；四个液压缸需要克服的压力为：4546.5936Kg+328Kg+3000Kg=7.875t则每个液压缸所承受的压力为1.968t可计算出缸2活塞面积至少为：50cm2，同样由于稳定性的问题，选用HSGK01-100-70E-3522-800型号液压缸。4液压站的设计4.1尺寸的确定液压系统需要液压油的量为：V=*52*4*250+*102*350=60000cm3则液压站需要的容积为90000cm3设计液压站尺寸为1050*1000*10004.2液压站的工作原理液压原理图如下图所示： 图4-1 液压原理图电磁换向阀控制液压缸的伸缩，叠加式液控单向阀保证液压缸的自锁，同步阀保证了四缸同步，溢流阀控制系统的最高压力。4.3各类阀的工作原理4.3.1叠加式液控单向阀的工作原理叠加式液控单向阀主要由钢制阀体、一个或两个单向阀、先导级活塞组成。单向阀的主阀芯内有先导锥阀芯，通过它保证单向阀打开.当油液由A1流向A2,单向阀打开，同时先导级活塞被推至右位，通过先导锥阀芯的作用单向阀打开.当进油口A1和B1出现失压，弹簧作用力将阀芯紧压在阀座上，切断了单向阀与执行机构之间的油路。4.3.2叠加式节流阀的工作原理节流阀是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门。它的外形结构与截止阀并无区别，只是它们启闭件的形状有所不同。节流阀的启闭件大多为圆锥流线型，通过它改变通道截面积而达到调节流量和压力的作用。4.3.3叠加式溢流阀的工作原理在静态时阀关闭，A口压力作用于阀芯，同时，压力经过节流孔作用在阀芯的弹簧侧，并经过节流孔作用于先导阀芯上。如果A口压力上升并超过弹簧的设定值，先导阀芯克服弹簧力开启，油液可从阀芯的弹簧侧、节流孔流入T口,所产生的压降使阀芯随之移动，这就使油口A和T连通，而弹簧设定压力不变。控制油从两弹簧腔经油口T向外部回油。测压口(8)可对压力进行检测。4.3.4同步阀的工作原理分流时, 压力油从P口进人阀体, 压力差将挂钩阀芯拉开, 使阀芯上的二次节流口内棱边对准阀体沉割槽内棱边。油液分别经过左右两侧一次节流孔和二次节流口流入两个液压执行器。当两执行器负载相同时 ,A、B口油压相等, 阀芯处于中位, 两侧二次节流口阻力相同,A、B两支路流量相等。当A、B口负载压力不等时, 流过两侧一次节流孔的流量会发生变化, 例如负载大的一侧的流量会有所下降, 使该侧一次节流孔压降减小, 该侧控制腔压力升高, 破坏了挂钩阀芯的平衡, 使阀芯向负载小的一侧运动, 从而关小负载小侧的二次节流口, 增大该侧二次节流口阻力, 直到阀芯重新平衡为止。达到平衡时, 左右控制腔压力几乎相等, 两侧固定韦流孔的压降相等, 因制造时尽量使两侧固定节流孔面积相等, 所以两侧流量几乎相等, 即油液被等量分流了。5控制系统的设计5.1控制器的工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。（1）输入采样阶段在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。（2）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。（3）输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。5.2控制器的选型机械手控制系统的硬件设计上应考虑到系统工作的稳定性、可靠性以及各种控制元件连接的灵活性和方便性，控制器应选择有极高可靠性、专门面向恶劣的工业环境设计开发的工业控制器。5.2.1国内应用较多的西门子S7-300型PLC。图5-1 SIEMENS SIMATIC S-700 PLC西门子S7-300型PLC的优点该机的特性有针对低性能要求的模块化中小控制系统；可配不同档次的CPU，可选择不同类型的扩展模块；可以扩展多达32个模块；模块内集成背板总线，网络连接 - 多点接口 (MPI), -PROFIBUS或-工业以太网； 通过编程器PG访问所有的模块；无插槽限制；借助于“HWConfig”工具可以进行组态和设置参数；循环周期短、处理速度高；指令集功能强大（包含350多条指令），可用于复杂功能； 产品设计紧凑，可用于空间有限的场合； 模块化结构，设计更加灵活； 有不同性能档次的CPU模块可供选用；功能模块和I/O模块可选择； 有可在露天恶劣条件下使用的模块类型。S-700 PLC工作原理PLC采用循环执行用户程序的方式。OB1 是用于循环处理的组织块（主程序），它可以调用别的逻辑块，或被中断程序（组织块）中断。在起动完成后，不断地循环调用OB1，在OB1 中可以调用其它逻辑块(FB, SFB, FC 或SFC)。循环程序处理过程可以被某些事件中断。在循环程序处理过程中，CPU 并不直接访问I/O模块中的输入地址区和输出地址区，而是访问CPU 内部的输入/输出过程映像区（在CPU的系统存储区）5.2.2三菱FX2N 系列三菱FX2N 系列简介FX2N 系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2n系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。图5-2 FX2N系列可编程控制器概述（1）控制16256点。（2）内置8K容量的RAM存储器，最大可以扩展到16K。（3）CPU运算处理速度0.08S/基本指令。（4）在FX2N系列右侧可连接输入输出扩展模块和特殊功能模块。（5）基本单元内置2轴独立最高20kHz定位功能(晶体管输出型） 。（6）快速断开端子块，其采用优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可以更换单元。（7）时钟功能和小时表功能，所有的FX2N PLC中都有实时时钟标准。（8）持续扫描功能，为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。（9）输入滤波器调节功能，可以用输入滤波器平整输入信号（在基本单元中x000到x017）。（10）注解记录功能，元件注解可以记录在程序寄存器中。（11）在线程序编辑，在线改变程序不会损失工作时间或停止生产运转。（12）RUN/STOP 开关，面板上运行/停止开关易于操作。（13）远程维护，远处的编程软件可以通过调制解调器通信来监测、上载或卸载程序和数据（14）密码保护，使用一个八位数字密码保护您的程序。【b】功能开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要-模拟I/O，高速计数器。定位控制达到16轴，脉冲串输出或为J和K型热电偶或Pt传感器开发了温度模块。对每一个FX2n主单元可配置总计达8个特殊功能模块。对比选择FX2N系列PLC。5.3控制系统要求压缩缸的换向由系统压力决定，当环卫工人倒完垃圾按下按钮后，压缩开始，系统压力慢慢上升，系统压力大于能够提供4.5t的压力时，电磁换向阀换向，收缩到起始位置停止；抬升缸由司机控制，当司机按动按钮时，电机转动-箱体上升-达到一定高度-停止-换向-压缩缸伸长-达一定距离后-压缩缸收缩-箱体下降-达到一定高度-停止-换向。5.4控制系统的设计5.4.1 I/O分配表表5-1 I/O分配表输入点分配输出点分配X001压力继电器得电Y001液压缸上升X002环卫工人启动按钮Y002液压缸下降X003司机启动按钮Y003液压缸伸X004上限位开关Y004液压缸缩X005下限位开关Y005电机转动X006右限位开关Y006电机停止X007左限位开关X000电动机急停开关5.4.2流程图设计图5-3 状态转移图5.4.3 梯形图设计图5-4 梯形图5.4.4程序设计LD X002LDI X000LDI Y004OUT Y003LD Y003LDI X001LDI X006LDI X000OUT Y004LD X003LDI X004LDI X000OUT Y001LD X004LDI X007LDI Y001LDI X000OUT Y003LD X007LDI X006LDI Y003LDI X000OUT Y004LD X006LDI X005LDI Y004LDI X000OUT Y002END设 计 总 结每一次设计都会学到很多专业知识，每一次设计都会领悟到很多人生道理，尤其是这次毕业设计，我们不仅巩固加深了对专业知识的，而且学会了word、excel等软件，尤其是在来回的修改中现在已经能熟练的应用这些软件了，在整个设计过程中，我遇到了很多次瓶颈，有的在指导老师的指点下顿时豁然开朗，有的在图书馆查资料后思路逐渐清晰，在人生中也是一样的，我们马上就要毕业了踏入社会这个大集体中，很多事以后都得我们自己去处理，自己去解决，当我们碰到自己能力范围外的事的时候，我们应该学会去请教前辈，去利用好自己身边的资源，那样你将发现生活如此多彩，世界如此美丽。参 考 文 献1 张展.机械设计通用手册M.北京：机械工业出版社，2008.4.2 王文斌.机电一体化系统设计M.机械设计手册编委会.北京：机械工业出版社，2007.2.3 张佑林，王琳.现代机械工程M.北京:科学出版社，2007.4 张伟林.三菱PLC、变频器与触摸屏综合应用实训M.北京:中国电力出版社，2011.4.5 彭文生，李志明，黄华梁.机械设计M.北京: 高等教育出版社，2008.11.6 李桌球，理论力学M.武汉：武汉理工大学出版社，2010.8.7 张佑林，王琳，现代机械工程图学教程M.北京：科学出版社，2007.8 FX2N系列 广州振控机电设备有限公司 引用日期2014-05-21 9 FX2N系列微型可编程控制器使用手册 工业库 引用日期2014-05-21 10 Mechanical Design and Manufacturing Processes 11 Method for Evaluating VR-based Tools for Collaborative Design致谢历时将小半年的时间终于将这篇论文完稿，在论文的写作过程中遇到了各式各样的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要感谢我的论文指导老师刘清元老师，刘老师在此期间往返我们学校和理工大本部之间十几次，每次都对我们进行了细心的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。尤其是武汉雄楚大道目前正在修高架，路极不好走。另外，还要感谢母校，我们在学校四年，学校给我们提供了良好的生活环境及活跃的学术氛围，没有这种氛围，我想我也很难完成这篇毕业论文！感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予了我很多素材，还在论文的撰写和排版过程中提供了热情的帮助。由于本人学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！