垃圾收运车机械手静动态特性分析及结构优化

摘要

垃圾收运车是一种集垃圾收集、压缩和转运等功能于一体的环卫专用车辆，经过多年的消化吸收和自主创新，我国垃圾收运车的发展取得了很大的进步。机械手作为垃圾收运车的重要构件，其作用是实现自动上料。本文以自主开发的侧装式垃圾收运车机械手为研究对象，建立虚拟样机模型和有限元模型，通过动力学和静力学仿真分析研究机械手的动静态特性，并基于有限元法对其进行结构尺寸优化，达到轻量化设计的目标。主要研究内容包括：
　　（1）机械手的方案设计与工作原理分析。根据侧装式垃圾收运车的技术要求和垃圾桶的结构特点，结合现有产品的性能，提出两套机械手设计方案。综合对比分析两套方案的优缺点，从提高垃圾收运车自动化水平的角度出发，选择最合理的方案，并建立三维实体模型。分析机械手的工作原理和垃圾收运车自动上料的过程，通过机械手的运动轨迹验证方案的可行性和正确性。
　　（2）机械手动态特性分析。基于运动学和动力学分析方法，建立机械手的虚拟样机模型，并对其提升和翻转过程进行运动学和动力学仿真。以抓手质心为研究对象模拟自动上料过程中垃圾桶的运动情况，得出其位移和速度曲线。通过分析提升臂和翻转臂的动态特性，研究提升液压缸和旋转油缸的受力情况。研究发现机械手在提升、回臂和翻转过程交接的一瞬间，系统会出现一定的振动和冲击现象，分析其原因与驱动力的突变有关。
　　（3）机械手静态特性分析。以翻转臂、提升臂和抱爪机构组成的机械手简化模型为研究对象，计算分析机械手在抱桶、提升和倾倒三种工况下的静态特性，找出最大应力和最大变形及其所发生的位置。结果发现，受应力集中的影响，机械手提升臂拐弯区域所受应力最大，而最大变形位置则出现在左抓手的最前端。各工况下机械手所受应力都在材料的许用应力范围之内，表明机械手的刚度和强度能够满足设计要求。
　　（4）机械手结构尺寸优化与轻量化设计。选取应力和变形最大的抱桶工况作为研究对象，基于有限元法建立机械手的优化数学模型，结合有限元仿真分析结果，对机械手进行结构优化。得出优化后翻转臂、提升臂和基座的截面厚度，机械手的质量相对于优化前减轻了14.18％，达到了轻量化设计的预期效果，对机械手量产具有一定的指导和参考意义。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 垃圾收运车概述

1.2 课题研究背景及意义

1.3 垃圾收运车机械手研究现状

1.4 主要研究内容

1.5 本章小结

第2章 垃圾收运车机械手几何模型与工作原理

2.1 机械手结构方案分析

2.2 机械手几何模型

2.3 机械手工作原理分析与验证

2.4 本章小结

第3章 垃圾收运车机械手动态特性分析

3.1 虚拟样机技术与ADAMS分析方法

3.2 机械手动力学建模

3.3 机械手运动学分析

3.4 机械手动力学分析

3.5 本章小结

第4章 垃圾收运车机械手静态特性分析

4.1 有限元分析方法概述

4.2 机械手有限元模型

4.3不同工况下机械手有限元分析

4.4 本章小结

第5章 垃圾收运车机械手结构优化设计

5.1 结构优化设计方法

5.2 机械手机构优化设计模型

5.3 优化结果

5.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A(攻读学位期间学术论文发表及项目研究情况)