侧装式垃圾车多功能机械手仿真分析与优化设计

摘要

随着城市化建设步伐的加快以及城镇化文明的建设，国家和地方也相继出台了相关的政策以加强城市环保建设，这对垃圾自动收集的快速发展也提供了条件。目前，我国现有的垃圾车存在着效率低下，自动化程度低，人工施工大等问题，这直接影响了城市环境的建设。国外的垃圾车实现了半自动化设计，能够自动抓取垃圾桶并倒入到垃圾车厢中，真正达到了垃圾车的智能化收集垃圾。然而这对于垃圾车机械手的设计提出了更高的要求，对于其对垃圾桶的自动识别以及其机械手臂强度和刚度的设计都提出了全新要求。因此，本文在研究侧装垃圾车多功能机械手的智能化参数设计的同时，对机械手的强度和刚度进行了分析与验证，并在此基础上进行了机械手的结构优化。
　　首先，对机械手运动学以及动力学进行了分析，在此基础上，利用ADAMS建立了机械手的虚拟仿真模型，并结合集中典型的工况，对机械手的智能抓取垃圾桶进行了仿真分析，并得出了相关的参数，分析其受力的基础上，对仿真的数据进行了分析和研究。
　　其次，应用workbench软件，建立机械手有限元模型，在各种典型工况下，对机械手的受力进行有限元分析，得出侧装垃圾车多功能机械手在三种典型工况下，机械手的受力应变和应力图，并进行静强度刚度校核。在此基础上为后续的机械手优化设计提供了一定的依据。
　　最后，基于workbench平台，结合机械手的受力分析，在对其优化设计的基础上对机械手的结构进行了改进，符合轻量化设计的趋势。并对优化以后的机械手进行了应力分析并与优化之前进行了对比，达到了设计的要求。
　　通过对侧装式垃圾车机械手动力学分析和有限元分析的基础上，得出了机械手运动的轨迹以及各导轨的受力分析，最后结合有限元分析得到机械手应力集中的位置，根据分析结果在确保强度的基础上做到机械手轻量化的优化设计。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的主要研究内容

第2章 机械手的运动学及动力学分析

2．1 机械手的结构及工作原理

2．2 机械手的机构运动学分析

2．2．1 机械手运动学分析

2．2．2 运动学方程的检验

2．3 机械手的动力学分析

2．3．1 机械手的牛顿-欧拉方程法

2．3．2 动力学方程的递推

2．4 本章小结

第3章 机械手的建模及仿真分析

3．1 机械手的几何建模

3．1．1 分析软件及几何模型的建立

3．1．2 施加动力约束

3．1．3 驱动及外载荷

3．2 机械手的动力学仿真分析

3．2．1 主要仿真工况

3．2．2 典型工况仿真分析

3．3 本章小结

第4章 侧装垃圾车机械手有限元分析

4．1 垃圾车机械手有限元仿真目的

4．2 垃圾车机械手应力的理论计算

4．3 侧装式垃圾车机械手有限元模型

4．3．1 网格划分

4．3．2 载荷的计算与施加

4．4 有限元仿真分析

4．4．1 抓举开始时工况分析

4．4．2 仰举过程中工况分析

4．4．3 倾倒垃圾时工况分析

4．5 机械手有限元仿真结果分析

4．6 本章小结

第5章 机械手的结构优化

5．1 结构优化

5．2 机械手结构优化模型

5．2．1 设计变量的选取

5．2．2 优化约束条件的确定

5．3 优化结果分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间获得科研成果与获奖等情况

致谢