城市窨井清掏机械手的研究

摘要

城市垃圾处理是城市环境建设过程中的一项重要工作,而城市窨井及污水管道清理又是城市垃圾处理工作中的关键环节。在城市现代化建设过程中,极易发生生活垃圾及工程物料掉入窨井内,导致重物堆满窨井,堵塞生活污水管道,给排污工作带来了很多困难,甚至会发生生活污水外溢。这给人们的生活带来诸多不便,且会影响环境卫生。目前城市窨井清掏重物工作主要依靠人工清掏,使用较原始清掏工具进行作业。人工清掏效率低下、劳动强度大及安全性差。针对城市窨井清掏重物难于实现机械自动化问题,设计了一种具有自适应抓取和卸载能力的大负载窨井清掏机械手。
　　本文分析了目前城市窨井清掏作业现状,提出了窨井清掏机的总体设计方案。在对工业机械手设计理论研究的基础上,阐述了窨井清掏机械手的工作过程及特点;进行了机械手手爪运动学分析和静力计算;利用UG NX软件的设计功能,建立了机械手和回转臂的三维实体模型,装配模型并对机械手手爪进行了运动仿真,获得了机械手手爪的角位移、角速度和角加速度曲线。通过手爪各曲线图,分析手爪的运动特性;利用ANSYS软件的有限元分析功能,对窨井清掏机手爪和回转臂进行了线性静力学分析,获得位移变形图、应力分布图和安全因子图,并对输出结果进行了详细分析。
　　通过对机械手进行虚拟建模、仿真、比较、修改与优化,观察并分析角位移、角速度及角加速度曲线的变化规律,验证了所设计的机械手正确、合理。通过对手爪和回转臂进行有限元分析,明确了它们各自的安全系数、应力分布及总体变形情况,分析结果证明了手爪和回转臂的结构设计安全、合理和可靠,为进一步优化设计与研究清掏机械手提供了重要依据。窨井清掏机械手将成为城市建设中的新亮点,对城市现代化建设具有重要意义。

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第一章 绪论

1.1课题的背景和意义

1.2国内外窨井清淘的研究发展现状

1.3本课题的研究内容及主要工作

第二章 窨井清掏机的总体方案设计

2.1引言

2.2实际作业环境及作业要求分析

2.3窨井清掏机的总体设计方案

2.4本章小结

第三章 清掏机械手的运动仿真研究

3.1软件概述

3.2清掏机械手三维实体建模

3.3机械手手爪运动学分析

3.4机械手的装配与运动仿真

3.5本章小结

第四章 清掏机械手手爪的有限元分析

4.1有限元法及ANSYS软件的简介

4.2机械手手爪的静力计算

4.3利用ANSYS对手爪的有限元分析

4.4本章小结

第五章 清掏机回转臂的设计

5.1回转臂建模设计

5.2回转臂的受力分析与计算

5.3回转臂的有限元分析

5.4本章小结

第六章 结论

参 考 文 献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果