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后装压缩式垃圾车装填机构优化设计【3张图纸】【优秀】

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9 第四章结论修改稿.doc---(点击预览)

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7 第二章工作装置XIOUGAI.doc---(点击预览)

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关键词：: 压缩紧缩垃圾车装填机构优化设计图纸优秀优良

资源描述：

后装压缩式垃圾车装填机构优化设计

29页 13000字数+说明书+任务书+3张CAD图纸【详情如下】

3目录.doc

5摘要关键字修改稿.doc

6第一章前言修改稿.doc

7 第二章工作装置XIOUGAI.doc

8 第三章XIOUGAI.doc

9 第四章结论修改稿.doc

任务书.doc

压实板总成.dwg

后装压缩式垃圾车装填机构优化设计论文.doc

垃圾车总图.dwg

封面及附录等.doc

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10 后记修改稿.doc

12 参考文献XOUGAI.doc

第一章前言 ……………………………………………………………………………1

第二章 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车专用装置工作原理 …………………4

2.1 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车专用装置工作原理 …………………… 4

2.2　XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车专用装置液压原理分析 ………………8

第三章 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车装填机构分析及优化设计 …………13

　3.1 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车推卸料机构受力分析…………………13

　3.2 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车装填机构运动学分析与优化设计…… 17

第四章结论……………………………………………………………………… 25

后记……………………………………………………………………………………… 26

参考文献 ………………………………………………………………………………… 27

摘要

　　　随着社会的进步，生活水平的提高，城市的垃圾也发生了巨大的变化。因此，城市垃圾的收运问题越显突出。以前垃圾车自身所存在的飘、洒、撒、漏等二次污染，容量小，可压缩性差等性能缺点，已经不能满足环保发展的需求。因此，后装压缩式垃圾车孕育而生，且优势日益明显。

　　　后装压缩式垃圾车是一种集自动装载垃圾和自动卸料为一体的新型垃圾运输车。它的专用装置包括车厢、装填机构、举升机构及液压系统等几个部分。本文对XZ5110ZYS后装压缩式垃圾车装填机构的结构、原理进行了深入地分析；对装填机构、推卸料机构进行了力学分析，在此基础上，对装填机构进行运动分析，建立了装填机构的数学模型并进行优化设计，最终确定了装填机构的有关参数。优化设计结果表明，优化后的装填机构参数能改善装填机构的性能，提高垃圾车的装载功能和收运容量。

关键词：后装、压缩、垃圾车、装填机构、优化设计

文中运用的机械优化设计是60年代迅速发展起来的一种新的设计方法。它应用近代数学规划论和电子计算机，能使一项设计在一定的技术和物质条件下寻求一个技术经济指标最佳的设计方案。它使传统的机械设计方法产生重大的变革，促进现代机械设计理论和方法的发展，获得日益显著的技术和经济效益。

本文分析了后装压缩式垃圾车的工作原理及各工作装置，对其各部分进行分析并在此基础上对装填机构进行优化设计，共分为三个部分：

第一章：前言。阐述垃圾车历史发展及现状；

第二章：XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车的工作原理及工作装置分析。阐述了后装压缩式垃圾车专用装置的工作原理；

第三章：XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车机构分析及优化设计。介绍了后装压缩式垃圾车的各个机构，对装填机构进行了分析，根据分析结果，对装填机构进行了优化设计。

　　　第四章：结论。阐述了本课题对垃圾车设计以及环保的意义。

第二章 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车专用装置工作原理

　　　XZ5110ZYS后装压缩式垃圾车是采用“东风”EQ1108G6D15型底盘[15]，经加装封闭式车厢、填塞装置、推卸料机构、举升油缸等专用工作装置而组成的新型城市生活垃圾收集运输车。其在装载过程中具有对垃圾的压缩能力，使用推板卸载，卸载过程平稳、安全，机械化作业程度高、装载量大、操作方便、外形美观大方等优点，是一种较理想的城市生活垃圾运载工具。

2.1　XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车专用装置工作原理

车厢

　　　后装压缩式垃圾车的车厢大多采用骨架式结构。车厢的纵截面一般为直角梯形。车厢后端的斜角 α有利于装载厢以一定角度把垃圾送入车厢。车厢安装在车架上时，应与车架上平面保持1o左右向后的倾角，以便车厢内的污水能从后端排除。

车厢的横截面一般有矩形（图2-1a）和鼓形（图2-1b）两种。

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QQ截图20130802181559.gif

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内容简介：: 徐州师范大学本科生毕业设计 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车装填机构优化设计第三章 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车装填机构分析及优化设计后装压缩式垃圾车的装载容积和装载质量，取决于两个方面的因素：一、车厢的容积；二、垃圾被压缩的程度。车厢容积和装载质量的大小是由垃圾车底盘决定，在车厢容积确定以后，能否达到设计的装载质量，则取决于装填机构的压缩能力和卸料机构的推力，其中装填机构的压缩效果，最终决定了后装压缩式垃圾车装载质量和整车的制造质量。如果希望在后装压缩式垃圾车的整车基本参数16给定的情况下，即在车厢容积、装载质量和整车总质量确定的情况下，装填机构能最大限度地将垃圾压缩，并且压缩平稳、能获取最大的压缩力，达到预期的设计目标，就必须考虑以下几个问题：1、尽可能地使装填机构的压缩力的水平分力最大； 2、使卸料机构的推力最小；3、如果装填机构的压实力满足在即将装满时能将垃圾压缩进车厢，则可以认为装填机构满足设计要求。需要卸料油缸的最大推力发生在满载卸料开始时刻，需要装填机构的最大压缩力发生在即将装满车厢的时候；可以认为，满载卸料开始时刻的推板推力的水平分力与即将装满车厢的时压实力的水平分力相等，因此，在计算最大压实力时，应先分析推卸料机构的受力情况，计算出推板最大推力，此力即为最大压实力；4、装填机构在工作周期内运动平稳。本章首先对推卸料机构进行力学分析，在此基础上，对装填机构进行运动分析，建立其数学模型，对其进行优化设计，最终确定装填机构的有关参数。3.1 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车推卸料机构受力分析4XZ5110ZYS型压缩式垃圾车根据我国国情的实际情况，采用推挤卸料结构，这种结构的优点是：1. 对整车质心位置、稳定性、驻坡度等总体性能均有利，有效地避免了由倾翻卸料带来的质心后移的危险；2. 简化了车厢和车架结合处的结构。由于在推卸料时，推卸料油缸主要克服垃圾与底板和内壁产生的摩擦力，因此，计算推力时，应考虑的垃圾与底板的摩擦力、垃圾内壁的摩擦力等因素。由于在卸料开始时刻所需卸料油缸液压推杆推力最大，而此时卸料油缸推杆又处于最不发力位置，因此，在分析推料油缸和推板的受力时，应求出其在卸料开始时刻时的受力情况，并以此为依据，进行相关的计算，选择或定制推卸料油缸、压实油缸、确定装填机构的初始尺寸，为优化设计提供原始参数。3.1.1 垃圾与底板的摩擦力摩擦副材料静摩擦系数（0）石金属0.30.4木金属0.6（干）；0.2（湿）土土0.10.25石土0.5（干）；0.3（湿）木石0.4木木0.20.5根据有关材料，非金属的静摩擦系数大致如表3-1：表3-1非金属的静摩檫系数垃圾车推卸料机构及其受力情况如图3-1、图3-2所示，取垃圾与钢板的静摩擦系数00.4。现求最佳角和最小F值。图3-1推卸料机构示意图图3-2 推卸料受力分析图（3-1）（3-2）根据受力平衡条件有：解得：（3-3）于是：（3-4）显然，当为最大值时，F1的值最小。为此，用数学方法构造一个三角形，来求得最佳值，其配方如图3-3：01 图3-3 摩擦系数配方图（3-5）显然，当时，获得最大值。此时：（3-6）又：故：所以：（3-7）由 00.4可得：（3-8）故当只计算垃圾与底板的摩擦时，需要的最小推力为：（3-9）3.1.2 垃圾与车厢左、右侧壁和上壁的摩擦力斜置的推板受力情况如图3-4所示，推板通过A处的导槽和B点的导轮支持，可在车厢侧围上滑动。若车厢的长、宽、高分别为a、b、h，车厢内受挤压的垃圾产生的压强为p。图3-4 推板受力图卸料过程中，压缩的垃圾在车厢左、右侧壁和上壁产生的摩擦阻力F2为：（3-10）式中：垃圾与车厢壁之间的静摩擦系数；受挤压的垃圾产生的压强。3.1.3 所需要推卸料油缸的最小力由上述1、2知，推料油缸所需要的最小力为：（3-11） 3.1.4 压实油缸推力计算在车厢即将装满时，所需要的压实油缸的压实力的水平分量最大，因此，压实油缸的选择应以在车厢即将装满时为设计依据。可以认为，此时压实油缸压实力的水平分量满足大于或等于推卸料油缸在卸料开始时刻的推力的水平分量，就可以将垃圾完全地压进车厢，达到设计要求。XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车初始设计参数：1）推料板的倾角为：；2）车厢有效的长、宽、高：； 3）垃圾与车厢左、右侧壁和上壁的摩擦系数取为：；4）推板自重：；5）装载质量：；6）卸料推板尺寸：；7）受挤压的垃圾产生的压强：由于装填机构将垃圾压入以及推卸料机构驱动推板将垃圾推出时，垃圾的密度的不确定性，因此，垃圾在传递压实力和推力时既不是固体传递，也不是液体传递，在长度方向上垃圾与车厢左、右侧壁和上壁产生的摩擦力也不相等，鉴于此，根据相关文献，取=11503N/m2；8）由上述7）的分析以及表1-1，取垃圾与车厢左、右侧壁和上壁的摩擦系数为：；于是：由于此时清扫油缸压力固定，因此在压实油缸动作时，可以把清扫油缸与清扫板视为一个刚体。显然，此时压实油缸推杆的推力（见图3-6）的水平分量应大于等于推板卸料油缸推杆推力的水平分量，即：从而求得：（3-12）式中为装填角，当确定以后，就可以根据式1-12计算出的值。3.2 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车装填机构运动学分析与优化设计5装填机构运动如图3-5所示（工作原理见第二章：压缩式垃圾车装填机构工作原理研究），清扫板首先对垃圾进行预压缩，当清扫板转到规定的角度之后，压实油缸动作，将垃圾最终压缩并且推入车厢。在垃圾车的容积、设计装载质量、卸料推板的最大推力和车厢后倾角已经确定的情况下，对垃圾的压缩程度有着决定性的影响的因素有：装填角的图3-5 装填机构运动示意图大小、压实油缸推力的水平分量、压实油缸在装填机构上的铰接点位置、清扫油缸的下止点位置和清扫板对垃圾的预压缩程度；但是目前我国对装填机构的研究很少，产品的设计基本是比较设计、采用测绘或经验取值的方法，这极大地限制了产品性能的进一步提高。因此，本节在对装填机构进行分析的基础上，对其进行优化设计，力求根本上改善装填机构的性能。3.2.1 装填机构的优化模型9根据图3-5，建立如图3-6所示的装填机构分析图。装填机构工作时，清扫板首先动作，将垃圾进行预压缩，对其要求为，清扫油缸和清扫板在工作周期内应平稳，以防产生冲击，造成清扫垃圾时产生不能正常工作、降低清扫油缸销的使用寿命。图3-6 装填机构受力分析图因此，清扫油缸运动的平稳性就成为设计时应首先考虑的因素。由第二章图2-3：XZ5110ZYS型压缩式垃圾车装填机构工作原理图可以看出，在装填机构的一个工作循环中，在清扫油缸动作时，压实油缸保持不动，即压实油缸此时应有足够的压力来保证清扫油缸动作的稳定性和平顺性。清扫油缸完成预压缩以后，压实油缸动作，将垃圾压缩、挤压，最终推进车厢。在压实油缸选定，即压实油缸的推力已经确定的情况下，装填角越小，压实油缸推力的水平分量越大，压实效果越好，但是水平分量增大时，其垂直分量变小，使向上的分力减小，也会降低压缩效果。因此，应综合考虑压实油缸的推力的水平和垂直分量，使之达到最佳压实效果。根据上述分析，确定装填机构的优化目标为：（1）清扫机构的优化目标为：工作平稳，在清扫油缸的有效动作范围内，要求清扫油缸运动尽量平稳，从而使液压系统的压力波动尽可能地小。（2）由于装填角的正确选取，对于装填机构的工作效率以及整车的设计质量有着决定性的影响，因此为了使压实油缸能兼顾压实油缸推力的水平分量和垂直分量，可将压实机构的优化目标确定为：在压实油缸的有效动作范围内，要求压实油缸运动尽量平稳，液压系统的压力波动尽可能地小。1. 装填机构运动学分析3如图3-6所示，在中，由余弦定理得：（3-13）清扫油缸工作，使得清扫板绕B点转动，由式3-13知，其转速与清扫油缸的伸缩速度之比为：（3-14）在中：（3-15）（3-16）由于在压实油缸动作时，已经为一固定值，可以作为常量处理，所以由上式可得：（3-17）现在求的表达式：由于在压实油缸向上运动的过程中，为一定值，则在中，由正弦定理有：由上式得：（3-18）联立式3-17、式3-18得：（3-19）2. 设计变量的确定由上述分析可知，影响装填机构工作的主要参数为：、等七个参数。如果要使装填机构够平稳工作，应使这些参数的取值最合理，由于和是参变量，在优化前其值给定，因此，优化设计变量为：、。3分目标函数的建立由式3-14可知，油缸运动的平稳性可以用速比函数来表示。即对于清扫油缸运动的平稳性要求可以转化为在清扫油缸有效运动范围内，使得最大速比与最小速比的比值尽可能地小。因此，清扫机构的目标函数为：（3-20）显然，油缸运动的平稳性可以用速比函数来表示。因此，对于压实油缸运动的平稳性要求可以转化为在压实油缸有效运动范围内，使得最大速比与最小速比的比值尽可能地小。因此，压实机构的目标函数为：（3-21）4 约束函数的建立装填机构的约束有三类1：a.结构约束；b.性能约束；c.边界约束。a.结构约束：工作周期内，先使清扫板逆时针旋转，完成准备工作，当压实油缸动作，使得清扫油缸下降到清扫位置以后，再使之顺时针旋转，进行对垃圾的清扫，即预压缩。设计时，应保证清扫油缸的伸缩使得清扫板的旋转平稳、且应在规定的角度范围内转动，于是有：（3-22）（3-23）工作周期内，先使压实板下降，在清扫板完成预压缩以后，再使压实板上升，对垃圾进行压缩，最终推进车厢，压实油缸的升、降使角发生变化，于是有：（3-24）（车厢的后倾角为730）（3-25） b.性能约束：要求清扫油缸伸出的长度要合理，且应保证油缸的伸出长度使得清扫板不能发生自锁。（3-26）（3-27）要求压实油缸伸出的长度要合理，有：（3-28）（3-29）c.边界约束：优化参数的边界约束要根据实际情况确定，在设计时，应根据实际情况给出一些普遍的边界约束条件，在得到结果以后再根据情况进行取舍。基于上述考虑，现设以下边界约束：（3-30）（3-31）（3-32）（3-33）（3-34）（3-35）（3-36）（3-37）（3-38）（3-39）（3-40）3.2.2 优化计算（1）初始数据：初选最不利的装填角为730，代入式3-12进行计算，根据计算出的的值，初步选定压实油缸的缸径，再结合压缩比、装载厢和车厢总容积，初步确定XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车的有关技术数据如表3-2。（2）优化计算过程：显然，本优化计算属于多目标函数优化设计问题，计算公式复杂，并且需要优化的参数有五个，因此不适宜采用必须计算函数梯度的算法。计算时首先采用乘除法将两个单目标函数统一起来，即统一目标函数为：（3-41）显然，优化目标函数的值逼近1.0时，装填机构各个部分的尺寸是最合理的，能最大限度地满足使用要求。随机方向搜索法不需要求偏导数，程序简单，计算时收敛性较好，因此，统一目标函数后，采用随机方向搜索法，求得最优解28。采用C语言编程，程序框图如图3-7，源程序见附录，程序运行过程如下：1）给定设计变量数目n=5，初始变量的上下限初始步长，步长收敛精度，产生随机方向最大次数；2）随机产生初始点；在区间，利用产生的随机数，随机产生初始点的分量，求得；检验的可行性条件：如果满足，则进行下一步，否则重新随机产生初始点，直至成为可行的初始点； 3）； 4）； 5）在区间产生随机数，得单位随机向量：，沿方向迭代，得到新的迭代点； 6）检验新的点的可行性：如果满足，进行（7），否则转至（9）； 7）检验新点的下降性，计算，若，进行（8），否则转至（9）； 8），继续沿方向迭代，得到新的迭代点，返回（6）；9）如果，则置，进行（10），否则返回（4）； 10）如果，则进行（11），否则返回（5）；11）如果，则输出最优解，终止迭代；否则将步长减半，即，返回（4），继续进行迭代。3.2.3 优化设计分析与评估在设计装填机构时应考虑其使用状况，应尽可能使装填机构工作平稳，满足其运动要求，延长其使用寿命；装填机构应与装填斗的容积匹配，如果装填机构相对装填斗太大，尽管能满足使用要求，但却造成了能源和原材料的浪费，增加制造成本，装填机构相对装填斗太小，则会降低生产效率，有可能出现动力不足（对垃圾的压实力不足、清扫垃圾不完全等），造成二次污染，缩短装填机构的使用寿命。优化设计的结果如表3-3，对XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车装填机构进行优化设计的结果表明：1、的值由2.89563降到1.01271，说明优化设计模型建立正确，大大增加了装填机构工作的平稳性；2、通过优化设计后的参数在满足使用要求的同时，减小了机构，避免了“大马拉小车”的现象，为整车的设计更加合理创造了条件；3、达到了在满足设计要求的前提下节约原材料、降低制造

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