承重型垃圾上料机械臂动力学特性及结构优化

发布时间：2020-07-21 10:18

【摘要】：国内处理生活垃圾的方式,目前普遍依赖人工收集和中转站储存。随着城乡生态文明建设的推进,原有的垃圾运输设备难以符合卫生城市创建的标准,兼顾高效收集、压缩和运输垃圾功能的车辆逐渐成为环卫领域的新宠。本文以自主开发的侧装承重型机械臂为研究对象,建立虚拟数字样机和有限元模型,基于运动学分析验证其工作安全性,通过动力学仿真和有限元法研究机械手承载特点与静态响应,确保其稳定可靠,完成关键零部件的结构尺寸优化,达到轻量化设计的目标。具体研究内容包括:(1)机械臂的结构方案与工作原理。根据传统餐厨垃圾车技术规范和垃圾桶的结构特点,提出两套末端承重机构设计方案。结合城乡具体使用环境,选择简洁稳定的挂钩式方案,并建立三维模型。分析承重型上料机械臂的工作原理,确定垃圾车自动收集的步骤,验证设计方案效率高且经济性好。(2)机械臂运动轨迹与抗倾覆分析。基于ADAMS软件提供的虚拟样机平台,建立上料机械臂的功能化数字样机。仿真分析其水平伸缩和提升翻转等运动过程,得出挂钩质心路径轨迹和顶盖运动情况,从而获得机械臂的工作域。采取力矩平衡法分析垃圾收运车的抗倾覆性,确保其在各种情况下都能保证人员的安全,不会发生侧翻或倾倒事故。(3)机械臂动力学及有限元仿真。针对上料机械臂的虚拟样机模型,完成伸出取桶和提升翻转步骤的动力学计算,得知液压缸受力峰值达9118.6N,而且每当运动状态改变,系统都会发生明显的冲击。采用有限元法仿真分析机械手在危险工况下的静态特性,结果显示,最大应力位置出现在提拉杆底座焊缝处,而最大变形位置则是挂耳端面。但机械手所受应力都在材料的许用应力范围之内,表明承重机械手的刚度和强度能够满足设计要求。(4)机械臂的结构尺寸优化。选取上料过程中最关键的机械手部件作为研究对象,使用均质拓扑法建立它的优化设计模型,结合有限元软件分析结果,对机械手承重结构进行尺寸优化,得到挂耳支架,伸展臂和拉杆底座的截面厚度较优值,使机械手减轻了 16.23%的质量,达到了轻量化设计的预期效果,对承重机械手的改进及正式生产具有一定指导意义。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.691
【图文】：

垃圾收运,农村卫生,城镇环境,垃圾

第１章绪论逡逑．１课题背景及意义逡逑本文研宄对象是一款垃圾收运车的上料机械臂，源自我校国家级纵向课题“智能化城乡垃圾收集和转运系统”（编号１０５０２５００５１４００１）中侧装压缩式环的开发。依托长沙湖大环保科技有限公司，自主设计了邋５０４０ＺＺＺ型垃圾收运涵盖了以往车型的优点，灵活收集生活垃圾，并压缩转运至填埋处理厂，消圾中转站这个环节。另外，此款收运车可实现单人操作，自动挂桶，而且匹面流行的２４０Ｌ垃圾桶。上料机械臂是最关键的部分，我们借鉴多种同类装置，逡逑行了大胆尝试。添加液压缸等辅助元件，完成伸展、钩取、翻转倾倒和卸桶列动作，有效提升垃圾处理效率，降低环卫工人的劳动强度。新研制的５０４０ＺＺ垃圾收运车整体模型如下图。逡逑

上料机,后发优势,成熟产品,借鉴国外

逡逑图１．２垃圾处理方式对比逡逑通过对侧装压缩式收运车上料机构的静动态特性分析及结构优化，满足既定逡逑技术指标的前提下，提高运行稳定性和可靠性的要求，并尽可能实现轻量化设计，逡逑从而满足市场化需求。目前国内对垃圾收运车上料机械臂静动态特性的研究还比逡逑较少，因此该研究对自主产品的开发具有一定的指导意义和现实意义。主要表现逡逑在：逡逑（１）

塑料垃圾

接于顶部压板，跟车厢连成整体，兼具上料机构骨架的作用。逡逑沷’逡逑图２．１侧装垃圾车上料机构组成逡逑１－举升杆、２－可动心轨道、３－滑盖门液压缸、４－翻转车架、５－承重臂逡逑经过实地走访调查和客户反馈的信息，为了实现垃圾不落地的美好愿景，将逡逑桶内空间做大很有必要，充当微型中转站的作用。与垃圾桶制造厂家协商后，生逡逑产了一批２４０升塑料垃圾桶，如图２．２所示。把原先尺寸等比例放大，整体呈现逡逑圆角矩形，桶盖边缘布置多根加强筋，其中装配挂耳一侧桶身材质填充更紧密，逡逑保证足够的强度被机械臂夹持，底部则装配行走小轮，减少环卫工人推动阻力。逡逑＾——逡逑图２．２邋２４０Ｌ塑料垃圾桶逡逑１－挂耳和筋条、２－厚实桶身、３－推动行走轮逡逑这些独特之处与垃圾箱稍显不同，相较堆积场则差别更大，考虑其桶盖能够逡逑旋转打开，利用地心引力卸料很合理，侧装垃圾收运车无疑是最佳选择。接下来逡逑要提高机械臂的承载能力

【参考文献】