一种集装箱转运系统设计毕业设计.docx
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一种集装箱转运系统设计毕业设计
学号:
24101900375
南湖学院
毕业设计
题目:
一种集装箱转运系统设计
作者
罗浩
届别
2014
系别
机电系
专业
机械设计制造及其自动化
指导老师
谭竹梅
职称
副教授
完成时间
2014年5月8日
摘要
随着社会经济的不断发展,为满足环保市场的需求,开发出一种新型垃圾集装箱中转站成套设备。
因为伴随着城市的规模扩大以及市民们保护环境意识的加强,把城市生活中每天产生的垃圾及时清运出城,人们对于把保护公共和环境卫生的观念对市政提出了许多重要的要求[1]。
以岳阳为例,在每天产生的生活当中的垃圾大约1.5千多吨全部需要运送至距离市区约为18公里的岳阳县垃圾处理填埋场进行处理。
在当前下来说,多数的转运垃圾方法大部分采用3吨或10吨的自卸卡车装送垃圾,每天大约要运送400多次的车次,其中存在很严重的问题就是车辆装载率很低、垃圾比较松散、车辆油耗以及车辆损耗比较大因。
为中转站大部分都为敝开式的存放方式,不禁车厢的存在密封性,而且对于在城市环境中所造成了较为相当严重的污染问题。
在近期的装送垃圾中,虽然也采用了国外后装式的把垃圾压缩进装载车进中运送的方式,但是由于这种方法不仅存在设备的购置和运行的费用高,而且在装备的维修也困难。
我设计的这套本设备结构型式设计一种新型集装箱中转系统的举升装置,能够帮助人们解决垃圾处理困难的问题。
本文通过介绍城市生活垃圾压缩站的现状,分析了地埋升降式垃圾压缩的设计意义与设计要点。
主要分析压缩装置与升降机构的设计,介绍了楔形压头和剪式升降机构以及其辅助装置的设计,地埋升降式垃圾压缩站提高了垃圾的清理及运输效率,大大提高了环卫部门的工作效率,有效的节省了人力和物力资源。
关键词:
中转装置;举升装置;链条式
Abstract
Withtheeconomicandsocialdevelopment,tomeettheenvironmentalneedsofthemarket,developstationcompletesetsofequipmentanewgarbagecontainertransshipment.Becausealongwiththeexpansionofcityscaleandthecitizensenvironmentalawareness,thecitylifetrashtimelyclearoutofthecity,peoplekeepthesanitationconceptputforwardhigherrequesttothemunicipal.TakingYueyangasanexample,Nissangarbageabout2morethan1000tons,aretobeshippedtoYueyangCountylandfillisapartfromtheurbandistrict20kilometersofthefieldprocessing.Atpresent,themajorityoftransportmodeistouse3tonsor10tonscontainerdumptrucks,loadersloading,everydaymorethan400trainsrunning,thereisgarbageloose,loadrate,lowfuelconsumptionandvehiclelossislarge,andthestationisopen,thecarriageisnotsealed,causeseriouspollutionproblemofcityenvironment.Recentlyasmallamountoftheintroductionofforeigntechnologytoproducetherearloadingcompressiongarbagetruck,butthiskindofequipmenthascomplexstructure,difficulttorepair,equipmentpurchaseandoperatingthedisadvantagesofhighcostanddifficultpopularization.DesignofaliftingdevicemodelcontainertransfersystemIdesignedthissetoftheequipmentconfiguration,canhelppeoplesolvethegarbageproblem.
Thispaperintroducesthepresentsituationofcitylivinggarbagecompressionstation,undergroundliftingtypegarbagecompressiondesignsignificanceanddesignpointsoftheanalysis.Themaindesignandanalysisofcompressiondeviceandtheliftingmechanism,thewedgeindenterandscissorstypeliftingmechanismanddesignoftheauxiliaryequipment,undergroundliftingtypegarbagecompressionstationincreasescleaningandgarbagetransportefficiency,greatlyimprovingthesanitationdepartment'sworkingefficiency,effectivelysavesthemanpowerandmaterialresources.
Keyword:
Thetransferdevice;theliftingdeviceofchaintype
目录
第一章 绪论1
1.1垃圾集装箱的现状1
1.2设计意义1
1.3设计目的2
1.4设计步骤和内容2
1.5主要结构概况3
1.6垃圾压缩处理站举升机构研究现状4
第二章新型集装箱中转系统性能参数的确定5
2.1集装箱执行元件工作压力确定5
2.2集装箱执行元件参数确定5
第三章确定集装箱中转站的方案7
3.1制定调速方案7
3.2制定压力控制方案7
3.3制定顺序方案8
3.4选择液压动力源8
3.5举升装置的设计10
3.6垃圾处理站举升结构工作原理11
第四章本设备主要存在问题和解决方案12
4.1主要的存在问题12
4.2主要的解决方案12
4.3方案的主要优点13
第五章总结与展望14
参考文献15
致谢16
第一章 绪论
1.1垃圾集装箱的现状
近年来,随着科技的发展和社会的不断进步,居住小区不断增加,垃圾中转站建设却未能跟上城市建设的发展步伐。
垃圾中转站数量与标准要求还存在较大差距,很多新建成的居住小区还没有建设垃圾中转站,难以满足城市生产和市民生活需要,致使出现垃圾投放十分困难。
环卫保洁处的环卫工人都是用双轮车清运垃圾,环卫工人每清运一车垃圾约需1小时。
同时,由于垃圾中转站少,每逢节假日环卫工人清运垃圾需排队进站投放,要到晚上12点多钟才能将垃圾投放完毕[2]。
此外,现有的老式垃圾中转站大都年代久远,经过长时间的使用,设备陈旧、简陋,没有排水系统,噪声、臭气和蚊蝇以及收集运输垃圾的车辆落后,对周边居民的生活造成影响,很难以满足城市人口增长、经济的发展和人们生活水平提高对垃圾处理的要求。
特别是市民对居住环境的要求越来越高,人们已无法忍受又脏又臭的旧中转站[3]。
1.2设计意义
在我国,城市化进程在不断加快,垃圾已成为我国城市环境卫生面临的紧迫问题。
我国2009年产生2亿t的城市垃圾,而且每年在以8%~10%的速度增长。
全国有200多座城市陷入垃圾的包围之中,且有1/4的城市已发展到无适合场所堆放垃圾,以至于把解决垃圾的问题落到乡村里,致使城乡结合带的部分环境恶化[4]。
近年来,伴随着居民消费水平和城市经济水平的提高,在我国城市垃圾产生持续增长的同时,垃圾的种类也变得多种多样,其中有这些特点:
垃圾变得越来越重,体积越来越大,而且大部分是有机物很难处理掉。
据对北京市垃圾密度的调查表明,垃圾密度已经由过去的600kg/m3下降到目前的350kg/m3,而且还有逐渐降低的趋势[5]。
所以,垃圾压缩成为处理垃圾势在必行的工序。
对城市生活垃圾的处理,主要分为三个步骤:
垃圾的收集一垃圾的转运(预处理)一垃圾终端处理(填埋或焚烧)。
在垃圾越来越多的情况下,城市中的各种垃圾集中、转运和处理已演变成我们国家走向现代化中一个非常重要的问题,要是处理的不好必将危及到国家提倡的可持续发展的道路。
经过统计国内数个大城市的垃圾处理厂距离城区大多都在40km以上,所以垃圾的运输费用在垃圾处理费用占很大的比重,很多发达国家的垃圾处理费用中80%是运输费。
城市里的生活垃圾随着时间也在分散,这导致垃圾的可压缩性变大。
如果还是用以前的转运方法来运输垃圾,必将造成运输成本的比重加大,垃圾的运输效率变得很低。
所以,把垃圾运输费用降低成为降低整个垃圾处理成本的关键。
在建设部宣布的《城市垃圾转运站设计规范》规定,垃圾运输超过20km时,就应该设计大中型垃圾转运站[6]。
垃圾转运站的建设是系统工程,完整的转运站主要设备包括:
动力与传动系统、举升装置、控制系统、压缩装置、垃圾集装箱等五个功能模块[7]。
1.3设计目的
整机设计的重要组成部分是液压系统的设计,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。
学习液压系统的内容、方法和设计步骤。
经过学习以上内容,可以依据工作需求来确定液压系统的原理图和主要参数,可以进行必须的设计计算,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《一种新型集装箱中转系统的举升装置》。
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。
不同的集装箱制造商生产的集装箱尺寸标准不同。
了解集装箱的生产商及其集装箱的规格十分重要找那个药。
为了最大显得的利用集装箱空间,我们会尽量把货物塞满,让集装箱里面的剩余空间到达最小。
目前,很多企业还是依赖于人工精心的计算装箱,而且仍设计的装箱方案的优化设计程度还远远不够理想。
同时经验装箱存在着不准确性,只有在装箱工作结束以后才能知道每个集装箱载了哪些货物以及每种货物的装箱数量,企业才可以去报关,从而导致发货周期较长[8]。
1.4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。
不同的集装箱制造商生产的集装箱尺寸标准不同。
了解集装箱的生产商及其集装箱的规格十分重要找那个药。
为了最大显得的利用集装箱空间,我们会尽量把货物塞满,让集装箱里面的剩余空间到达最小。
目前,很多企业还是依赖于人工精心的计算装箱,而且仍设计的装箱方案的优化设计程度还远远不够理想。
同时经验装箱存在着不准确性,只有在装箱工作结束以后才能知道每个集装箱载了哪些货物以及每种货物的装箱数量,企业才可以去报关,从而导致发货周期较长。
在处理垃圾的设备中,最主要的设备就是垃圾压缩装置,本课题的压缩装置选择水平垃圾压缩式,设置水平垃圾压缩机,所以对垃圾压缩处理,能解决垃圾在运输过程中亏载问题,这样将就降低了垃圾在运输过程中的费用而且提高来运输效率。
由于城区车辆的逐渐增加,垃圾运输车也不能过多可能还会限时段形式,也增加了环卫工人的任务。
所以,设置水平垃圾压缩机、建设垃圾转运站成为城市垃圾运处呈良好的选择。
比如:
假设要运输的垃圾为8t,用4t的汽车装运,转运站至垃圾处理场的单程为40km,垃圾箱的体积为6m2,松散垃圾密度为0.35t/m2,则每个垃圾箱能运2.1t;经过水平垃圾压缩机压缩后垃圾的密度为0.65t/m2,这样的话每次就可以多运输1.9t,提高运输效率90.4%。
由此可以看出,在城市建设水平垃圾压缩机可以使燃油费用、垃圾转运车次、车辆损耗等多个方面都能节省出垃圾处理费用[9]。
现在,许多国内外的城市垃圾压缩设备都在向高效性的方向发展,改良压缩技术和研制高效实用的水平垃圾压缩机是建设垃圾转运站的关键[10]。
而我国却处在垃圾生产量较大的情况而经济还不是很发达的状况下,特别是在我国与国外垃圾成分有很大差异情况下,研究适合我国国情的水平垃圾压缩机是必须的,十分有必要对其做更进一步的研究。
1.5主要结构概况
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。
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;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。
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。
旋转压缩机构
图1
如图一所示,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[11]。
1.6垃圾压缩处理站举升机构研究现状
地埋、升降、水平式垃圾压缩处理站现已成为垃圾压缩处理设备中的研究热点,具有占地面积小、承载量大等众多突出优点,将其不用的时候放入混凝土坑中,从而减小空间占用[12]。
每次垃圾转运开始时,坑中底部的举升机构能够把垃圾处理站中垃圾储存箱体推出,达到与装在垃圾的车准确的对接。
其中影响垃圾压缩处理站整体性能的关键因素就是举升的机构和垃圾的压缩处理站的关键功能部件,当前在中国大部分生活的垃圾进行压缩和处理站的城市中举升机构大部分主要采用液压的立柱方式和连杆的方式[13]。
其中尤为液压驱动的剪叉铰接式举升机构在每天城市处理生活产生的垃圾处理站中得到了比较广泛的应用。
第二章新型集装箱中转系统性能参数的确定
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。
2.1集装箱执行元件工作压力确定
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[14]。
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选取。
2.2集装箱执行元件参数确定
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,则需重新修改计算D、d、A1、A2,直至满足式为止,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,其中140D得11.2mm可按薄壁公式校验其强度,即max2PD式中:
Pmax——缸筒内最高工作压力,为15MPa;缸筒材料许用应力;bn,b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≤5d=(0.5~0.55)D受压及拉5
7d=0.7D由缸筒材料为45号钢,查得600bMPaN为安全系数,一般取5n带入数据,得max151408.75600225PDMPamm符合条件[15]。
第三章确定集装箱中转站的方案
3.1制定调速方案
液压执行元件确定之后,其运动方向和运动速度的控制是核心问题。
DLZ式固态垃圾压实机主要由两个执行元件组成:
压实缸和升降缸。
方向控制用逻辑控制单元或换向阀来实现。
对于一般中小流量的液压系统,大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作对于于高压流量的液压系统,多采用插装阀一于先导控制阀的逻辑组合来实现。
速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。
相应的调速方式有节流流调速、容积调速以及二者结合即容积节流流调速。
节流调速一般采用定量泵供油,用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调速。
此种调速方式结构简单,但这种系统必须用溢流阀,所以效率低,发热量大,多用于功率不大的场合。
容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量米达到调速目的的。
其优点是没有溢流损失和节流损失,效率高。
由于为了散热和补充泄漏,需要有辅助泵。
此种调速方式适用于功率大、运转速度高的液压系统。
节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁油节流三种形式。
进油节流启动冲击较小,回油节流常用在有负载的场合,旁油节流多用于高速。
调速回路一确定,回路的循环形式也就随之确定了。
节流调速一般开式循环形式。
在开式系统中,液压泵从油箱吸油,压力油流经系统释放能量后,在排回油箱,开式回路结构简单一,散热性好,但油箱体积大,容易混入空气。
综上所述,再结合垃圾压实机的工作特点:
一要求功率比较大,对执行元件的执行精度一要求不是很高,只要求性能稳定,维修周期长,经济费用低。
工作环境:
在垃圾中转站中环境差,固体体颗粒物多,湿度大,极易受到污染。
所以选取节流进油调速,开式系统,变量泵供油[16]。
3.2制定压力控制方案
液压执行元件工作时,要求系统保持一定的工作压力或在一定爪力范围工作,也需要多级或无极连续的调节压力,一般在节流调速系统中,通常由定量泵供油,用安全阀起安全保护作用。
DLZ式垃圾压实机在泵的出油日采用电磁溢流阀调节出口压力,考虑到泵的卸载时间短,所以选抒断电卸载。
在泵的出油口装单向阀,在压实缸有杆腔回路上采用平衡阀,其功用是在执行元件的回油管路中建立背压,防止因重力是压头下落。
在推缸的有杆和无杆回路上装单向节流间来分别控制推头快退和顶推时所需要的压力。
3.3制定顺序方案
本液压系统,要求器不工作时,处于保压状态,所以采用O型中位机能的电磁换向阀。
液压泵无载启动,经过一段时间,泵正常运转。
延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭,建立正常的工作压力。
然后通过电磁换向阀。
例如,当执行完压实的预定动作后,回路中的压力到达一定的数值后,通过压力继电器发出电信号,是电磁换向阀换向,是油液进入压缸的有压杆腔,使压头后退。
3.4选择液压动力源
在液压的工作系统中其中工作的介质用液压的方式源进行作用和供油,其中动力源的核心就是可以液压的泵。
容积调速系统多数是用变量泵供油,用安全阀限定系统的最高压力。
为节省能源提高效率,其中液压装置的供应油量的大小要尽量与系统所需流量相匹配。
对于工作循环各阶段中系统所需油量相对较大的情况,一般采用多泵供油或变量泵供油。
对于所需流量较小的情况,可增设蓄能器做辅助油源。
油液的净化装置是液压源中不可缺少的。
一般泵的入口要装有过滤器,进入系统的油液根本被保护元件的要求,通过相应的精过滤再次过滤。
为防止系统中杂质流回油箱,可在回油路处设置磁性过滤器或其他形式的过滤器。
根据液压设备所处的环境及对温度的要求,还要考虑加装热、冷却等措施。
该液压系统未暴露在工作环境当中。
前而曾提到过,工作条件恶劣,环境温度适中,湿度大,尘挨固态颗粒物多,有外界冲击震荡:
该设备对执行精度要求不是太高:
又从经济方而考虑,所以,选择叶片泵。
又因为要满足液压系统的动作执行的快慢,所以最终选择单级叶片泵。
DLZ式固态垃圾压实机完整的液压系统图
图2
电磁铁动作表
序号
压缸前进
压缸压制
压缸退回
撑缸升起
撑缸下降
原位停止/卸载
1DT
+
+
—
—
—
—
2DT
—
—
+
—
—
—
3DT
—
—
—
—
+
—
4DT
—
—
—
+
—
—
5DT
+
—
+
—
+
—
6DT
—
—
—
—
—
+
压实机的液压系统原理图如图所示。
油源为单极叶片泵1给系统供油甲以满足压实缸快慢速度要求:
泵1出油口的压力分别由12和14设定。
压实机有两个执行器,分别为压实液压缸7和升降液压缸9,两缸的运动方向分别由三位四通电磁换向阀11和10控制;立置缸7的回油路设有液控单向阀用以防止压头因重力卜一落; 调速阀6用于调节缸7的升起和下降的速度。
启动泵1,由于6是断电卸荷,所以泵处于卸荷状态,当泵的出口压力达到系统的要求时,继电器发出电信号给电磁换向阀1DT,切换至右位,泵1的压力油便压实缸9的无杆腔,故缸9的活塞杆启动、压头快速前进,缸9的有杆腔的油液则经调速阀排回油箱。
当压头实垃圾时,系统压力升高,达到继电器调定的压力,给电磁阀换向发出信号,使6DT断电卸荷泵空载,经溢流阀5排回油箱,
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