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垃圾收运车机械手静动态特性分析及结构优化
| 论文题名： | 垃圾收运车机械手静动态特性分析及结构优化 |
| 关键词： | 垃圾收运车;机械手;静动态特性;尺寸优化;轻量化设计 |
| 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。 |
| 作者： | 何云超 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 吴长德;毛伟杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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