垃圾中转设备减振装置设计【含CAD图纸和说明书】
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附件：2009年度江苏省机械工业科技进步奖一等奖项目序号项目名称完成单位完成人1XR280旋挖钻机徐州徐工筑路机械有限公司孔庆华、张忠海、陈以田、赵斌、吕伟祥、刘玉涛、韩立华、宋雨、陈波群、赵伟、朱建、高晶、贾丽、胡志民、肖明雨、崔刚、单昌猛22LTLZ60型沥青摊铺机江苏华通动力重工有限公司肖翀宇、纪星文、黄立新、黄烨、雍斌、吴建华、李鹤、陈玉君、蒋霞、程飚、董燕、朱正东、蔡峰3QUY450履带起重机徐州重型机械有限公司史先信、闫丽娟、陈卫东、孙影、孟进军、刘可、周波、林华、孙丽、赵斌、程磊、李建华、徐胜强、韩向芹、李西红、刘宝、余钦伟、彭铎、曹运武、宋威、李云青、丁美莲、李小辉、李香伟、章琢4JP42举高喷射消防车徐州重型机械有限公司张玉纯、史先信、赵斌、姚明、徐小东、王东、田志坚、陈相奇、阚四化、冯瑜、王江坤、王丽侠、李小辉、刘美玲、李从南、樊俊林533吨履带式液压挖掘机徐州徐挖约翰迪尔机械制造有限公司史勇、任昌义、龚纪强、张马永、王海龙6MT-200电伺服数控转塔冲床江苏金方圆数控机床有限公司潘红卫、吴宏祥、叶敬春、徐长奎7400MPA超高压数控万能水切割机南京大地水刀股份有限公司陈波、赵红军、蒋镇汉、程仪伦、刘新海、李刚8柴油机高压共轨系统关键部件高压变量泵技术开发和产业化无锡威孚高科技股份有限公司王亚伟、王小波、吴楚、刘乔明9ER系列永磁同步电梯曳引机苏州通润驱动设备股份有限公司张鹤、曹建文、房文娜、瞿叶胜、周健、叶志峰、虞学家、瞿永清、周卫10风能发电专用钢球江苏力星钢球有限公司施波、周勇、王嵘、马林、沙小建、卢国杰、汤国华11百万千瓦等级汽轮机（含核电）国产化长叶片无锡透平叶片有限公司邵燃、徐大懋、刘东、李湘军、章洪宇、揭念柱、邹维平、杨恩超、王金吕、滕树新、杨海东、范菲、匡逸强12光催化复合技术处理有机污染物的应用研究江苏大学谢吉民、吕晓萌、朱建军、丁建林、魏巍13中国区域发展演化及其相关政策研究江苏大学杜建国、查奇芬、张海斌、李迁、李正华2009年度江苏省机械工业科技进步奖二等奖项目序号项目名称完成单位完成人1XR220A旋挖钻机徐州徐工筑路机械有限公司任化杰、张忠海、陈以田、赵斌、韩立华、吕伟祥、高晶、陈波群、宋雨、刘玉涛、赵伟、崔刚、贾丽、胡志民、单昌猛、朱建、肖明雨2XM130型铣刨机徐州徐工筑路机械有限公司孔庆华、张忠海、平德纯、宋玉平、张陈、梁邦修、潘锋、曹强、张慧、何经纬、杨波、黄敏、吴季侠、韩松、胡建国、周鑫、杨俊清、彭秀芹3XZ320水平定向钻机徐州徐工筑路机械有限公司张忠海、平德纯、常仁齐、李根营、杜文阳、陈慧、李静、刘玉山、温建波、赵国臣、袁高安、胡建国、苗怀庆、吴季侠、王兆龙、刘顺、谭英林、郭焕焕4LXH系列电控全液压沥青路面铣刨机江苏华通动力重工有限公司肖翀宇、刘益民、王富春、冷志刚、吴劲松、雍斌、刘斌、刘小娥、陈飞、向彦亮、杨洋、张映莹5HB56混凝土泵车徐州重型机械有限公司张玉纯、史先信、冯敏、徐怀玉、沈千里、吴庆勇、李明玉、马传杰、王志强、王守卫、孙风、路洪斌、王旭、张鹏程、郑永生6ZL60H轮式装载机常林股份有限公司李锦林、钨钢、殷鹏龙、蒋惠锦、傅清、丁志鹏、赵培兴、顾国民、吴培贤、孙小青、沈星宇7WZ30-25挖掘装载机常林股份有限公司张建立、陈跃、李晓刚、薛伯良、沈星宇、丁志鹏、李靖、吴光耀、陈建军8ET-600数控转塔冲床江苏金方圆数控机床有限公司潘红卫、吴宏祥、芦锋、叶敬春、陈宏星、王雪、徐长奎9PB-800型汽车横梁数控冲孔生产线江苏金方圆数控机床有限公司潘红卫、吴宏祥、王爱民、叶敬春、陈曙光、李强、芦锋10JF75G-200B型闭式双点高速精密压力机江苏省徐州锻压机床厂集团有限公司何光军、肖政、梁化春、刘茂银、施雄兵、冯华林、鹿新建、李文、季亚、李彬、金宁、盛娟、师厚龙11QC11K大型数控液压闸式剪板机江苏江海机床集团有限公司康铁强12SKY-5L五轴联动高速数控铣床南京四开电子企业有限公司陆启建、刘明灯、杜玉湘、王康、王志琛13PSL2906B型对开九色轮转胶印机无锡长城机器制造公司倪渝宝、包进兴、黄金华14单梁激振筛徐州大陆振动机械有限公司陆信、周峰、李村、张何新、孟东升15铌基超导丝材表面连续涂覆新技术南通市申海特种镀饰有限责任公司仇士学16XY型清洁环保电镀自动生产线无锡市星亿涂装环保设备有限公司匡优新17冷温复合锻造荣威汽车差速器锥齿轮江苏太平洋精密锻造有限公司夏汉关、朱正斌、赵红军、董义、张勇、王耀祖、黄泽培、石小荣、陶立平、徐骥18环保型柔软性阳极保护电缆宝胜科技创新股份有限公司房权生、仲怀国、柏庆梅、张华荣、冯志骏、刘彦君19VM系列永磁同步电梯曳引机苏州通润驱动设备股份有限公司张鹤、曹建文、房文娜、周健、瞿叶胜、叶志峰、虞学家、周卫、瞿永清20CAP1智能型可通信自动转换开关电器常熟开关制造有限公司（原常熟开关厂）唐春潮、管瑞良、张志刚、唐伟、丁晓辉、褚文、徐晓阳21JD系列交直流接触器电子式节电器江阴市星火电子科技有限公司虞培良、徐振德、刘汝宝221-5010199船舶液压大型马达泵体南通华东液压铸业有限公司丁先华、钱学俊、张建成、丁洋231600吨起重船中船澄西船舶修造有限公司颜泽定、严兴春、蒋国荣、盛建军、王广伟、石福军、张秋红24265kN液压拖缆机南京中船绿洲机器有限公司王洪琪、常仲明、陈建锋、曹辉、沈爱臣、张小卡、陈琦、岱阿根、张永法25油砂油页岩绿色提油技术装备江苏鹏飞集团股份有限公司王家安、贲道春、倪文龙、贲道林、李刚26压缩机远程监控与故障诊断技术研究无锡压缩机股份有限公司 江南大学朱为宇、张秋菊、吴文莉、黄钧人、周耘、盛晓尘2009年度江苏机械工业科技进步奖三等奖项目序号项目名称完成单位完成人1XR120旋挖钻机徐州徐工筑路机械有限公司张忠海、吴兆成、陈以田、韩立华、宋雨、陈波群、赵伟、朱建、高晶、赵斌、肖明雨、贾丽2XM50型铣刨机徐州徐工筑路机械有限公司张忠海、平德纯、张陈、解德杰、宋玉平、黄敏、何经纬、杨波、潘峰、张慧、杨俊清、曹强、周鑫、彭秀芹、梁邦修、胡建国、吴季侠、杜伟、戴宝庆、王兆龙、韩松、孙宝海3GR135C平地机徐州徐工筑路机械有限公司张忠海、张强大、李利军、卢圣利、张继光、吴季霞、邓超海、焦玉元、卜莉莉、吴迪、高欢、孙宝海、刘颖、王鹏4QUY80履带起重机徐州重型机械有限公司程磊、赵斌、孙丽、许胜强、李西红、章琢、丁美莲、林华、李建华、余钦伟、李云青、彭铎、孙影、宋威、刘宝、毛安兵、汤洪飞、曹运武、李香伟5HB41系列混凝土泵车及泵车核心技术的研究应用徐州重型机械有限公司徐怀玉、冯敏、吴庆勇、沈千里、张鹏程、马传杰、王守卫、王志强、李明玉、孙风、路洪斌、田明见、郑永生、息树辛、樊学勇、房有年、汪辉、贾建辉、刘文波6ZL50H轮式装载机常林股份有限公司桑涛、沈星宇、吴光耀、黄朝辉、陈跃、汪庆海、丁志鹏、吴培贤、赵培兴、许黎明7PY220C-5平地机常林股份有限公司王玉林、朱武强、吴培贤、吴光耀、薛伯良、李靖、陆标权、傅清、顾国民8YHZH-2000整体框架下顶式液压机南通华东油压机械制造有限公司丁先华、刘建忠、曹阳军、张亮、郑汉军、龚洁9碱性连续电镀锌、磷化、耐指纹卷板自动化生产线南京四方表面技术有限公司袁华、孙存余、杨定峰、徐立明、周斌10降低转向器总成自由间隙南京东华汽车转向器有限公司王晓琪、陈春华、王再武、叶金军11电动车电动助力转向系统开发南京东华汽车转向器有限公司王晓琪、陈春华、王再武、叶金军、华军、薛峰12325、330系列链轨节余热淬火工艺开发南京汽车锻造有限公司成功、张丽、程坚、朱德嵩、刘德群、王文祥、张进13PROFIBUS现场总线电缆宝胜科技创新股份有限公司仇家斌、仲怀国、陈锦梅、王彩生、董春、张华荣14多用途特殊移动作业机器人南京理工大学 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.3第二章地平式垃圾举升机构的类型综合及方案优选第二章地平式垃圾举升机构的类型综合及方案优选 .62.1 举升机构的设计目标及要求.62.1.1 概述.62.1.2 举升机构的设计目标.62.2 举升机构的类型综合及方案优选.62.2.1 平行四边形举升方案.72.2.2 含一个移动副的四杆机构举升方案.72.2.3 液压斜拉式举升方案.72.3 本章小结.8第三章垃圾集装箱导向轨迹设计第三章垃圾集装箱导向轨迹设计 .93.1 概述.93.2 垃圾集装箱运动过程分析.93.3.1 数学方法的选取.10第四章第四章 举升机构的建模及运动仿真举升机构的建模及运动仿真 .124.1 问题的描述.124.2 举升机构模型的建立.12参考文献参考文献 .15第一章绪论第一章绪论减振系统是生活垃圾中转设备的一个重要组成部分，该系统的好坏直接影响整个设备质量的高低。在总结了前人工作的基础上，针对现有垃圾中转设备中减振系统存在的问题，并结合环卫部门的一些切实需要进行分析与研究，开发具有自主知识产权的新型减振降噪装置，应用于垃圾中转设备中。主要内容：中转装置中提升机构及传动系统的改进设计。以液压斜拉式生活垃圾中转装置为研究对象，分析垃圾装载过程中主要噪声来源；提出液压斜拉式生活垃圾中转装置减振降噪的方案，并对其各部分结构进行设计与改进；对改进后的中转设备工作状况进行分析并与改进前形成对比。主要解决问题：针对液压斜拉式生活垃圾中转装置噪声来源提出减振降噪的具体方案；对垃圾中转设备提升机构及传动系统结构进行改进；对改进后的中转装置进行运动学与动力学分析。生活垃圾的现状城市生活垃圾是人类生活中不可避免的废弃物。生活垃圾固然有可资源化的一面，但迄今为止，我国绝大多数城市生活垃圾仍以露天堆放为主，不仅占用了宝贵的土地资源，垃圾中的危害物还会污染空气、土壤和水体，并以空气、土壤、水体、食物为载体将附着的危害物质侵入人体，使人体受害闭。因此，能否妥善解决垃圾问题，是关系到国计民生的一件大事。随着物质资源的不断开发利用和文明的持续发展，特别是人口的增长和城市化的迅速发展，我国城市生活垃圾的产生量也迅速增长，年平均增长速度达 6%，年产生量达1.5 亿，垃圾清运量年增加率达.86%。大量露天堆放的城市生活垃圾己成为城市发展中的棘手问题。如何及时、方便地收集、转运、处理生活垃圾己引起全国各级环卫部门的高度重视，在今后相当长一段时间内生活垃圾的处理任务将十分繁重州。2 垃圾中转装置的研制意义近年来我国城市建设发生了翻天覆地的变化，特别是随着改革开放的不断深入，国民经济的不断增长，城市化和城镇化建设出现了突飞猛进的发展趋势。但是随着城市人口密度的不断增加，城市生活垃圾的收集、储运、加工等已成为城市现代化管理的一个重要课题。从我国目前城市生活垃圾的收集和储运方法来看，许多城市都采用垃圾箱收集、大卡车运输的方法，到处可见的垃圾箱是城市卫生管理不可缺少的卫生设施。这种箱体占地多、分布广，不仅影响市容，而且垃圾箱内散发出的臭味将带来空气污染并滋生大量蚊蝇传播疾病。因此设计适合城市生活垃圾收集和储运的专用设备，是我国城市发展中巫待解决的问题之一。因此从有无中转环节来区别，垃圾收运系统可分为无中转收运模式和有中转收运模式。区别垃圾收运模式还必须从收集方式上加以区别，目前使用的垃圾收集方式主要有:车辆流动收集(或称无站式收集)、收集站收集、动力管道收集闪。车辆流动收集是利用收集车辆对分散于各收集点的垃圾进行收集的一种方法，收集后的垃圾直接或经中转后运往垃圾处理场。山东理工大学硕士学位论文第一章绪论垃圾收集运输 lll 垃圾处理理中转运运输输车辆流动收集方式较适用于人口密度低、车辆可方便进出的地区。这种方法在西欧、北欧使用很普遍，国内一些人口密度较低的中小城市或大城市的周边地区也较适用这种方法，车辆流动收集方式的优点是其灵活性较大，垃圾的收集点可随时变更，但由于车辆必须到收集点进行收集作业，对收集点周围环境造成噪声、粉尘等影响。收集站收集是利用设立于垃圾产生区域的固定站点来进行垃圾收集的一种方法，来自产生源的垃圾一般通过人力或机动小车运至收集站。这种收集方式较适应于人口密度高、区内道路窄小的城区，而一些对噪声等污染控制要求较高及实行上门或分类收集的地区也较适宜于这种收集方式。垃圾中转装置是收集站收集方式中的重要设备，是收集与转运系统的中枢，对整个垃圾处理系统有重要的意义生活垃圾收集与转运环节的费用约占垃圾填埋处理总费用的 60%一 70%，因此选择经济合理的垃圾中转装置具有重要的经济效益.衡量一套垃圾中转装置的优劣应该从多个方面进行考虑，以下为几个主要方两:1、与集运系统前后环节的配合收运系统的前部环节为垃圾的产生源，如居民家庭、企事业单位、饭店、食堂等，合理的中转装置应有利于垃圾从产生源向系统的转移，而且具有卫生、方便、省力的优点。2、对环境的影响垃圾中转系统对环境的影响有对外部环境的影响和内部环境的影响之分。应严格避免系统对外部环境的影响，包括垃圾的二次污染，如:举升装运中垃圾的散落、污水泄漏、嗅觉污染、噪声污染和视觉污染等，对系统内部环境的影响主要指作业环境不良川。3、劳动条件的改善一个合理的垃圾中转系统应最大限度地解放劳动力，降低人的劳动强度，改善劳动条件。因此合理的垃圾中转系统应具有较高的机械化和自动化程度。山东理工大学硕士学位论文第一章绪论4、经济性经济性是衡量一个垃圾中转装置优劣的重要指标，其量化的综合评价指标是中转单位量垃圾的费用。影响单位中转费的因素很多，主要有举升方式、中转站配套建设及操作难易程度等。综合考虑上述各方面的因素，建立适合我国国情的垃圾中转系统，以达到良好的社会效益和经济效益，还需要做深入的研究与探讨。2 国内外研究现状与存在问题2.1 垃圾中转装置的研究现状不同国家由于经济发展水平不同以及垃圾组分有很大差异，在处理垃圾的方法上也各不相同，这是导致各国垃圾集运方式不同的一个重要原因。世界上许多发达国家对垃圾减量化和提高垃圾回收利用率的意识比中国要早，以芬兰和日本为代表的几个国家根据本国国情，在垃圾分类回收和减量化方面做得较为突出，其垃圾收运设备多为废品分类回收站，附近地区的居民和企业可以将汽车直接开上回收站的垃圾分类平台，并根据分类提示牌上的标志，将垃圾放入相应的回收拖车箱内。以美国为代表的机械化水平高度发达的国家，在垃圾收集清理的过程中就己经基本实现机械自动化，一般由垃圾收集车直接收集清扫垃圾后运往垃圾处理厂进行处理，有的城市建立了城市管道真空收集系统或大型垃圾转运站，其封闭性好，对环境无污染，自动化程度高，减轻了工人的劳动强度，但投资大，运行费用较高，暂时还不适合我国国情。目前我国的环卫装备水平远远不能满足城市发展的需求，在环卫装备技术方面的研究也尚处于起步阶段。我国应用最多的是中小型垃圾中转装置。随着我国垃圾产量的逐年增加，如何及时、方便地收集、储存、清运生活垃圾已引起全国各级环卫部门的高度重视，城市生活垃圾中转装置的研制与改进也尤为迫切。城市生活垃圾中转装置是生活垃圾收运物流系统的枢纽。垃圾经转运站不仅实现了垃圾运输的封闭化，而且提高了长途运输的经济性，减少了车流量。近年来，垃圾中转装置己逐渐成为城市重要的环卫设施。第二章地平式垃圾举升机构的类型综合及方案优选第二章地平式垃圾举升机构的类型综合及方案优选2.1 举升机构的设计目标及要求2.1.1 概述举升机构是垃圾中转装置的重要工作模块之一，直接影响到垃圾中转装置的使用性能。随着垃圾中转装置产品技术的发展，举升机构的结构型式也不断增多。目前应用较广的举升方式主要有链条式举升方案、液压式举升方案、连杆式举升方案、组合机构式举升方案等。其中链条式举升方案结构紧凑、易损件少、可靠性高，得到较广的推广应用，但是链条式举升方案挖坑深度约为.43 米，在地下水位较高城市的推广使用受到限制。若能将垃圾中转装置配备合适的举升机构，则不仅适用性增强，其工作性能也将会得到很大的改善。因此，举升机构的设计成为地平式垃圾中转装置设计中的首要问题。2.1.2 举升机构的设计目标根据对市场上现有生活垃圾中转装置的调查研究，提出地平式生活垃圾中转装置举升机构的设计要求如下:1、举升装置应满足一定转角要求，举升轨迹应保证垃圾箱中垃圾无撒落。经过调研分析，设计方案采用无汽车托板形式，举升机构在举升过程中完成垃圾箱装车，因此在选定运动轨迹时必须保证举升过程无垃圾撒落，避免二次污染。2、驱动装置具有足够的承载能力，工作可靠，稳定性高。为保证中转站中转垃圾的能力，垃圾箱满载重量一般在 5 吨左右，无论选用何种驱动装置，必须保证承载情况下工作可靠、运行平稳。3、结构布置合理，挖坑深度低，制造成本低。能够实现垃圾箱平稳装车，要求合理布置各构件，运动过程中避免干涉现象发生，同时举升机构的设计要满足挖坑较浅这一要求，使中转装置在地下水位较高的城市也适用。4、结构简单，工作可靠，易于维护，对周围环境影响少。结构复杂势必加大成本。同时，若机构中存在易损件，工作过程中就会经常出现故障，这样不仅增加了维修费用，给客户带来经济负担，而且会影响垃圾转运。所以举升装置应该皮实可靠、坚固耐用。垃圾举升过程应尽量平稳，避免振动、冲击和噪声影响周围居民休息。选择结构尽量简单的方案并保证中转站具有良好的性能也是一个重要的设计要求。2.2 举升机构的类型综合及方案优选根据上述设计目标及要求，对举升装置进行机构类型综合，寻找并设计合乎要求的举升装置。所谓机构类型综合，广义是指机构设计时的选型，如齿轮、凸轮、连杆和间歇机构等的选择，在本章研究中仅指连杆机构的类型综合，又称为“数综合” ，是指把一定数量的构件和运动副如何进行排列搭配以组成机构的综合过程既润。可以实现垃圾集装箱的举升装卸的装置有很多种，在工程机械领域连杆机构以其承载能力大、结构简单、制造容易、工作可靠等优点有着广泛的应用，对于生活垃圾举升这样的中低速场合连杆机构更为适用，所以在本课题的研究中举升工作装置选择连杆机构的组成形式。在连杆机构中，根据杆数的不同、自由度的不同、运动链类型及构件应用功能的不同可以分为很多类型在众多类型之中能够实现生活垃圾举升功能的连杆机构也有很多种，对符合设计目标的连杆机构进行类型综合是获取最佳设计方案的基石出。由于平面四杆机构是最简单的一种机构，现从四杆机构入手进行分析。平面四杆机构的一般化运动链只有一种形式。2.2.1 平行四边形举升方案结构的铰链四杆机构作为举升装置时，需采用连架杆托起垃圾集装箱，并要求连架杆在运动中要尽量保持水平，因此考虑用平行四边形机构来实现运动要求。平行四边形机构有以下两个运动特性:两曲柄转速相等、连架杆始终与机架平行浏。根据举升转角及举升平稳性要求，设计垃圾坑左右两旁对称分布平行四边形结构，选用电机驱动对于此种举升机构，假定作用于连架杆上的压力 N 沿杆均匀分布，且压力 N 大小为垃圾箱重量的一半，0 角为杆 AB 与水平面之间的夹角，AB 长度为 12。通过计算得到杆 AB、Dc 上所受到的压力汽、凡分别为:向尺寸必然较大，使制造成本升高;且 CD 杆上扭矩变化幅度较大，影响举升稳定性。另外，由于垃圾集装箱每举升一次，主动件转过 80角，而举升时间一般大于 60 秒，因此转速相当低，这就需要传动比很大的减速器才能得到很低的输出转速，特别是减速器需要很大的输出扭矩，使得减速器选型相当困难。通过调研，只有几种特殊的减速器能满足要求，但是其价格过高，将使中转站的成本大大增加。图 2.7 主动件上扭矩变化曲线综上所述:平行四边形机构作为举升方案还存在诸多缺陷，因此该结构形式不予采2.2.2 含一个移动副的四杆机构举升方案24 种非同构形式中，构件 3、4 以移动副相连，由于举升机构构件以液压缸形式出现并且执行件需要实现一定转角的要求，根据这些约束条件，排除同构形式，最终得到 8 种可供选择的可行性方案，如图.28 所示。在八种可行性方案中转化为实际机构后，由于机构中液压缸的存在，所以实际机构可能为同构，排除同构后，非同构的实际机构为a、e、e、g。2.2.3 液压斜拉式举升方案在方案 g 的基础上，设计一装箱斜面，举升过程中，垃圾箱后轮沿斜面行入倾斜的自卸车厢。采用该举升方式，垃圾集装箱的部分重量将由斜面来分担，作用于液压缸的压力将得到降低，其结构如图 3.13。若能合理设计该举升机构各结构参数，液压缸活塞杆直径及液压缸功率都将得到降低。图 2.13 液压斜拉式举升方案结构简图图 2.14 设计图纸以液压斜拉式举升装置作为地平式生活垃圾中转装置的举升机构，我们做了大量的研究工作。该举升方案较传统举升方式具有明显优势，主要可以总结为以下几方面的优点:结构简单、易损件少;由于举升过程中斜面与摆杆共同承载垃圾箱重量，作用于液压缸上的最大举升力大大降低，液压缸选型相对经济;建筑施工深度较低;举升装置安全可靠，稳定性好，不易造成二次污染。2.3 本章小结综上所述，本章主要做了以下工作:1、确定了地平式生活垃圾中转装置举升机构的设计目标及要求。2、对举升机构进行类型综合，分析了各可行性方案的特点及存在问题，理结构，从四杆机构里优选出最佳举升方案。3、对优选出的最佳举升方案进行创新设计，提出液压斜拉式举升方案，案的优越性进行初步探讨。第三章垃圾集装箱导向轨迹设计第三章垃圾集装箱导向轨迹设计3.1 概述液压斜拉式垃圾中转装置举升机构建筑施工深度仅为 1.7 米，而且结构简单、成本低廉，具有广泛的市场前景。但是设计中发现，举升过程中垃圾集装箱后轮沿设计轨道运动，在地面与斜面交界处由于过渡不平稳，容易产生振动:同时过渡处液压缸举升力会突然增大，工作期间油压特性不稳定，容易产生液压冲击。因此，需要对举升机构装箱导向轨迹进行设计。合理的导向轨迹可以提高液压缸油压特性，保护液压元件，改善机构各部件的受力状况，增强举升装置稳定性，增加产品使用寿命。3.2 垃圾集装箱运动过程分析 将斜面倾角设计成 450，装运垃圾时，调整自卸车厢与斜面在同一平面内，如图 4.1所示。启动液压泵，垃圾集装箱可沿设计导轨实现举升装车。垃圾箱装载过程可分为两个阶段:第一阶段:垃圾箱在坑底运动第二阶段:垃圾箱在斜面上运动因此，分析液压缸举升力变化规律如下:垃圾箱后轮刚好进入斜面，作用于液压缸活塞杆上的压力将增大;然后压力值将达到最大，此后随刀的增大，举升力将逐渐减少，直到摆臂转角刀=820 时，摆臂转至极限位置，垃圾箱完全装入自卸车车厢。由液压缸举升力公式还可以看出:0 的变化对举升力最大值凡 xa 的影响也比较明显。由上述分析得出斜面装箱过程中，作用于液压缸上的压力变化规律是先增大后减少。因此，垃圾箱后轮进入斜面后，作用于液压缸上的举升力有增大的趋势，应当增加斜面提供的支持力，从而斜面初始倾角夕取较少值;当摆臂转至刀=420 附近，可逐渐增大夕。但是，设计中要尽量避免曲面波动较大给垃圾箱运动平稳性造成的影响。垃圾集装箱在波形曲面上运动，系统将受到来自支承路面的激励，引起垃圾集装箱的强迫振动。垃圾集装箱举升过程中作用于曲面上的作用力时刻变化，因此频率的影响相当复杂。但从振幅公式可以比较直观的看出:垃圾集装箱的振幅 B 与波形路面的振幅 a 成正比。因此曲面的设计中在满足倾角夕的上述变化规律外，还应保证曲面波动较小。按照上述设计要求，取装箱导向曲面偏离斜面的最大距离分别为 a，二 0.15m、aZ=.08m，先确定斜面上四个重要点 l、3、5、7，这四个点可初步确定曲面形状。考虑到对运行平稳性及精确度的要求，再插入 2、4、6、8、9 五点使曲面尽量光滑并实现与自卸车交接处平缓过渡。以斜面与地面交接线端点为坐标原点，单位取米，经过计算，各点处的坐标值确定如表 4.1 所示。己知上述九点，选择适当的数学方法便可得到比较精确的设计曲线方程。制作装箱导向曲面时，根据曲线方程，可以取出曲线上任意多个点完成曲面的近似加工。3.3 举升机构装箱导向轨迹设计3.3.1 数学方法的选取本问题可概括为给出一批离散点，要求作出一条通过这些点的光滑曲线，以满足曲面设计要求。反映在数学上，即己知函数在一些点上的坐标值，寻求它的分析表达式。解决这类问题有两种方法:一类方法是给出函数 f(x)的一些样点值，选定一个便于计算的函数形式，如多项式、分段线性函数及三角多项式等，要求它过已知样点，由此确定函数诚 x)作为 f(x)的近似，这就是插值法。另一类方法在选定函数的基本形式后，不要求近似函数过己知样点，只要求在某种意义上它在这些点上总偏差最小。通过对这两种方法的比较，并且本问题中要求曲线方程过己知点，因此设计中选取插值法求解曲线方程。插值法是一种古老的数学方法，它来自生产实践。早在一千多年前，我国科学家在研究历法上就应用了线形插值与二次插值，但它的基本理论和结果却是在微积分产生以后才逐步完善的，其应用也日益增多，特别是在电子计算机广泛使用以后，由于航空、造船、精密机械加工等实际问题的需要，使插值法在实践上或理论上显得更为重要，并得到进一步发展，尤其是近几十年发展起来的样条(PSlnei)插值，更获得了广泛的应用。常用插值方法有拉格朗日插值(Lagrnage)、牛顿插值(Nev 沈 on)、分段线性插值等。利用插值基函数很容易得到拉格朗日插值多项式，公式结构紧凑，在理论分析中甚为方便。但当插值节点增减时插值基函数也要随之发生变化，整个公式也将发生变化，这在实际计算中很不方便，为了克服这一缺点，可把插值多项式表示为如下便于计算的形式:凡 x()二 a。+a，x(一 x。)+口 2x(一 x。卜一 xl)+a。x(一 x。)x(一 xn_:)其中 a。 ，a， ，a。为待定系数，可由插值条件确定，这种插值方法称为牛顿插值(Newotn)。牛顿插值的优点是:每增加一个节点，插值多项式只增加一项，即有递推式:Pn+1(x)=几(x)+(x 一 x。)(x 一 x!)(x 一 x。)fx。 ，x， ，xn+，与拉格朗日插值相比，牛顿插值可以大大节省运算次数，特别是在插值点较多的情况下节省运算时间仁悯。3.3.2 装箱导向曲面曲线方程本课题中涉及到的问题是要根据精确度要求随时增加插值点个数，因此采用牛顿插值法。牛顿插值多项式按照表 4.2 中的数据求得。山东理工大学硕士学位论文第四章垃圾集装箱导向轨迹设计表 4.2 导向曲面曲线设计差商表x，y，一阶差商三阶 1六阶差商差商七阶差商八阶差商九阶差商利用上述九个插值点，通过计算可得到如下装箱导向曲面曲线方程为八次，插值多项式可较好地逼近装箱导向曲面曲线函数.可以看出曲线形状符合设计要求，并且坑底与曲面交接处及自卸车厢与曲面交接处过渡平滑，可有效减少由于运动不平稳产生的振动。此外，为了比较曲面与斜面的差别，取垃圾集装箱在曲面上运动的五点，并计算在这五点处的液压缸举升力，3.3.3 装箱导向轨迹设计结果分析对表格中数据进行分析可以看出:将斜面设计为曲面后，首先装箱过程中液压缸上的最大举升力 mFa、=.441、10N，较斜面装箱的压力最大值 mfxa=5.79、10N 大大降低;其次，垃圾箱刚进入曲面瞬间少，比刚进入斜面瞬间压力值也大大降低;再次，由于垃圾箱在装箱导向曲面上运动，整个装箱过程中作用于液压缸活塞杆上的压力变化幅度相对较小，不仅在曲面上运动期间，而且在进入曲面和离开曲面时液压装置运行都相对较平稳。因此，对垃圾集装箱导向轨迹进行设计，根据初步分析结果可以看出:将斜面设计为曲面有效地降低了作用于液压缸上的最大举升力，举升力变化幅度也相对降低，运动过程中的振动和冲击也相应减少;但是通过这几个数据还可以看出液压缸上的举升力最大值和最小值间差别仍然较大，油压特性有待于进一步提高。山东理工大学硕士学位论文第四章垃圾集装箱导向轨迹设计3.4 本章小结综上所述，本章作了以下工作:1、对垃圾集装箱运动过程进行了详细分析，确定了整个举升过程中液压缸举升力的变化趋势，分析了斜面运动轨迹存在的缺陷，并提出曲面运动轨迹的设计方案，合理确定关键点坐标值。2、选择牛顿插值法求解装箱曲面曲线方程，根据曲线方程利用 MATLAB 绘制出曲面曲线，为液压斜拉式垃圾中转装置的设计制作提供了基本的数据参数。3、利用曲面曲线方程，对导向轨迹曲面设计结果进行分析，通过对轨迹设计前后液压缸上举升力数值和运行平稳性的比较，分析出垃圾集装箱在曲面上运动较在斜面上运动的优点及不足。山东理工大学硕士学位论文第五章斜拉装箱机构运动仿真及动力优化第五章斜拉装箱机构运动仿真及动力优化第四章第四章 举升机构的建模及运动仿真举升机构的建模及运动仿真4.1 问题的描述前面章节利用 M 户 n，LAB 对生活垃圾中转装置举升机构进行了尺寸优化，确定了液压缸与摆臂最佳铰接点，并设计出垃圾箱后轮的合理运动轨迹。在垃圾箱后轮运动轨迹发生变化以后，为使液压缸油压特性尽量稳定、最大举升力尽量降低，液压缸与地面的铰接点必然要进行精确设计。本章将对举升机构进行运动学仿真，并通过结构的参数化设计确定液压缸与地面合适铰接位置，在此基础上对垃圾箱的运动学及动力学特性进行分析，对设计方案进行改进，使液压缸油压特性较为稳定。山东理工大学硕士学位论文第五章斜拉装箱机构运动仿真及动力优化4.2 举升机构模型的建立1、建模准备工作及几何建模建模前需要做以下准备工作:首先，显示工作栅格平面。ADAMSMew 绘制的物体平行于当前的工作栅格平面，显示工作栅格平面有利于绘图;其次，显示坐标窗口，以便可以了解点的坐标值;再次，确认当前单位设置是否符合要求;最后，确定当前几何形体属于新的构件、向现有构件添加的几何形体、向地基上添加的几何形体。ADAMS 朋 ew 提供了丰富的实体建模工具，可以产生四种类型的几何体:刚性形体、柔性形体、点质量和地基形体。刚性形体的特点是在任何时候都不会发生变形，具有质量和惯性矩;柔性形体在外力的作用下会发生变形:点质量的体积为零，它仅有质量而没有惯性矩;地基形体没有速度和质量，其自由度为零，在任何时候都保持静止。产生几何体时，ADAMSMew 自动地为几何体取一个名称，取名的规则是根据几何体的类型和序号。例如:当产生第一个点质量时，ADAMSv/iew 命名为 P。砍.Mass 一 1。产生第二个点质量时，命名为 P。放.Mass 一 2。ADAMSv/iwe 将各种形状的刚性形体统一视为构件，用 PART 命名。用户可以根据需要，对构件和几何形体重新命名。要注意 part 和几何形体的关系，一个 part 可以包括几个不同的几何实体，具有一个质心和统一的转动惯量。不同的 part 又组成了一个模型(model)，每个模型(mode)l 可以单独的进行仿真分析，几个模型(mode)l 又可以组成一个数据库(Datbaas)e，数据库是 ADAMS 中的一个项目，后缀为 Bin，是个二进制的文件。svae 命令可以保存整个数据库(*.bni)，而 xeport 命令只能输出一个模型(*.cmd)。每一个新产生的几何体都设有一个参考坐标，即基建构架坐标系。在仿真分析过程中，几何体的尺寸和形状相对于该几何体参考坐标静止不变，几何体参考坐标在地面坐标系中的位置和方向，确定了几何体所在的位置和方向洲一闹。2、模型拓扑结构图创建液压斜拉式生活垃圾中转装置举升机构模型，必须清楚各组成部分之间的联结关系。该机构主要应包括摆臂(物 ggnligAnn)、左右液压缸活塞杆(LetfPo)el、左右液压缸(Letfor 几 hgtHydraulicCylndier)、垃圾集装箱or 形 hgtPiston垃圾集装箱轮子(whee)l 及位于地面上的装箱导向曲面(Ground)。(MSWConatiner)、整个举升装置结构关键位置参数的初步确定及几何建模由模型拓扑结构图及 ADAMSV/iew 提供的实体建模工具，根据经验初步确定举升机构几何模型建立的关键点如下:摆臂与地面铰接点 A、B，摆臂与液压缸活塞杆铰接点 C、D，液压缸与地面铰接点 E、F，液压缸上端点 G、H，垃圾箱顶点 I。此外，垃圾箱后轮的位置、垃圾箱与摆臂铰接点等也要根据箱体的位置及实际尺寸合理选择。以上九个关键点的坐标值如表 5.1 所示。几何建模中根据确定出的曲线上九个关键点作出闭合的曲线，然后拉伸出与地面相连的实体。整个举升装置的材料为钢结构，变形很小，可以把主体结构看作刚体。在不影响仿真效果的前提下，尽量简化模型的外形，前轮在举升过程中与地面无接触，建模时直接将其与箱体连为一个整体。后轮在整个举升过程中沿装箱导向曲面运动，是联结地面与垃圾箱体的关键，因此后轮须作为一个独立的构件，并根据实际尺寸对其建模。建模后主要构件属性如表 5.2 所示。山东理工大学硕士学位论文第五章斜拉装箱机构运动仿真及动力优化除几何形状以外，仿真分析时所需的构件特性还包括:质量、转动惯量和惯性积、初始速度，初始位置和方向等。ADAMSMew 几何建模时，程序根据设置的默认值自动确定构件的有关特性，可以通过构件特性修改对话框对其特性进行修改。垃圾集装箱及后轮的重量是直接影响举升力的大小，建模中应将垃圾箱默认质量值修改为 sxl 护，单位是千克，此外后轮质量也应根据实际质量进行适当调整。表 5.2 主要构件属性表4、物理模型的建立根据模型拓扑结构图，通过对几何模型添加相应的约束和力可以生成物理模型，然后通过一定的运动关系把相关的运动副联系起来。模型中有 8 处铰接副(R 上 volution)。其中后轮与垃圾集装箱之间的铰接副为虚约束，属局部自由度，在机械设计当中局部自由度应当排除不计。但在举升装置的建模当中，由于后轮与地面之间属滚动摩擦，设计成转动副对仿真结果更为有利。后轮与
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