机械毕业设计（论文）-压缩式垃圾车压缩装置设计【全套图纸】

（）大学（）大学 毕业设计论文毕业设计论文 设计（论文）题目：设计（论文）题目： 压缩式垃圾车压缩装置设计 全套图纸，加 153893706 系系 别：别： 机械工程系 专专 业：业：机械设计制造及其自动化 班班 级：级： 09 机制 姓姓 名：名： 学学 号：号： 0801631114 指导老师：指导老师： 完成时间：完成时间： 2013-05 （）大学机械工程学院 - 2 - 摘要摘要 后装压缩式垃圾车因其压缩容量大、密封性好、装料方便、自动化程度高等优点而 日益成为环卫垃圾收集运输的主要车种。论文选题具有很强的工程背景和应用价值。其 主要内容包括： 1 对后装式压缩垃圾车的整车进行总体方案设计，以及对主要工作部件装填机构、 锁紧机构、填料器、装填箱、滑板、推板、推板滑轨及推板驱动方式进行方案优选。 2 掌握其压缩装置动作原理，建立压缩垃圾车的整车的三维模型。 3 从影响后装压缩式垃圾车的装载容积和装载质量的因素着手，对装填角、压缩比 等因素做分析，特别针对压缩装置装填角运用力学知识并结合多体动力学仿真软件 ADAMS 进行仿真实验研究，建立多个垃圾压缩机构仿真模型，通过计算结果、仿真实验 分析结果和综合评价之间的相互研究与对比，确定出垃圾压缩车压缩机构最佳的装填角 度。 4 对后装式压缩垃圾车关键参数进行设计研究，确定装填角、压缩比、装填箱的质 心位置、推挤卸料机构、车厢等的设计参数。 关键词：压缩装置、推挤料机构、压缩角、质心关键词：压缩装置、推挤料机构、压缩角、质心 （）大学机械工程学院 - 3 - ABSTRACT After install zip compression type garbage truck because of its large capacity, good sealing, easy loading, high degree of automation and increasingly become the main environmental sanitation garbage collection transport type. Thesis topic selection has a strong engineering background and application value. The main content includes: 1 compress garbage truck vehicle mounted after overall scheme design, and the main working parts feeder loading mechanism, locking mechanism, fill, packing boxes, skateboarding, push board, slide push board and push plate drive way plan optimization. 2 master its compression device principle, the establishment of three-dimensional model of compressed garbage truck vehicle. After 3 from the influence of compression type garbage truck load capacity and load of quality factors, factors such as the loading Angle, compression ratio for analysis, especially in view of the loading Angle compressed device utilizing the knowledge of mechanics and combined with multi-body dynamics simulation software ADAMS simulation experiments, several garbage compression simulation model is established, through the calculation results and simulation results of the analysis and comprehensive evaluation of mutual study and comparison, determine the car garbage compression compression institutions optimal loading Angle. 4 key parameters of mounted after compression garbage truck to carry on the design research and determine the loading Angle, compression ratio, packing box of the center of mass position, push the design parameters of discharge mechanism, cars, etc. Keywords: compression device, pushing mechanism, compression Angle and center of mass （）大学机械工程学院 - 4 - 目录 摘要摘要- 2 - ABSTRACTABSTRACT- 3 - 第一章第一章 概述概述.- 5 - 1.1 压缩式垃圾车发展现状 - 5 - 1.2 压缩式垃圾车的工作特点 - 6 - 1.3 运动仿真分析应用 - 7 - 1.4 论文的研究意义 - 9 - 第二章第二章 压缩式垃圾车压缩装置的方案设计压缩式垃圾车压缩装置的方案设计.- 10 - 2.1 总体设计方案及工作原理 .- 10 - 2.2 装填机构原理 .- 11 - 2.3 提升机构原理.- 12 - 2.4 本章小结 .- 13 - 第三章第三章 压缩式垃圾车压缩装置参数设计压缩式垃圾车压缩装置参数设计.- 14 - 3.1 装填角.- 14 - 3.2 ADAMS 运动仿真软件简介 .- 15 - 3.3 仿真数据分析.- 16 - 3.4 各个机构油缸参数 .- 18 - 3.5 本章小结.- 28 - 第四章第四章 压缩式垃圾车压缩装置三维建模压缩式垃圾车压缩装置三维建模.- 29 - 4.1 solidwork 软件介绍 .- 29 - 4.2 提升机构的三维建模 .- 32 - 4.3 压缩机构的三维建模 .- 34 - 4.4 压缩式垃圾车压缩装置装配体 .- 36 - 4.5 本章小结 .- 37 - 致谢致谢.- 38 - 参参 考考 文文 献献- 39 - （）大学机械工程学院 - 5 - 第一章第一章 概述概述 1.11.1 压缩式垃圾车发展现状压缩式垃圾车发展现状 随着城市建设的不断发展，城市人口不断攀升，人们对于生活环境的要求随着生活 水平的提高而提高，城市生活垃圾所带来的一系列问题已经凸现出来。原有的垃圾运输 设备或者垃圾中转站，已经不能满足日益增长的垃圾处理的要求。另外，在垃圾无害化 处理方面，用于垃圾填埋的场地也捉襟见肘，环卫部门不得不选择城市边缘的城郊结合 部作为填埋场。由于远离城市中心，造成垃圾的运输距离大大增加，使垃圾运输的费用 在垃圾处理费用中所占的比例大为增加。在某些发达国家甚至达到 80%左右。所以，现 在对于垃圾处理行业来说，垃圾运输是重要的一环，并且，运输的效率是应该摆在第一 位的。另外，运输工具的选择好坏，也会影响到运输过程中二次污染的产生。垃圾的两 种收集运输方式，一种是在垃圾运输距离超过 20Km 的情况下，要设立垃圾中转站的方 式；一种是直接采用垃圾运输设备运输收集。垃圾中转站一般占地面积较大，在城市面 积不断增长的今天，完全依靠这种方式是不现实的。我国现阶段采用的是两种方式相结 合，高效率的垃圾运输设备可方便喂入，不受地域的限制，是环卫设备发展的方向。 图图 1.11.1 压缩式垃圾车外形图压缩式垃圾车外形图 我国的几个大城市中，垃圾处理厂距离市中心在 50Km 以上。按人均产生 0.5kg 垃 圾来计算，千万人口的城市将日产 5000 吨左右，10 吨的垃圾运输设备需要运输 500 次左右，这个任务是相当艰巨的。然而，目前我国城市中高性能的垃圾车还不普遍，非 压缩式垃圾车采用敞开式垃圾车、加盖式垃圾车等非压缩式垃圾车，拉臂压缩式垃圾车 的使用较多。主要原因是我国的垃圾运输设备发展的时间不长，国家投入不多。因此， （）大学机械工程学院 - 6 - 我国垃圾生产厂家规模一般较小，我国的垃圾生产厂家普遍规模较小，年销售产值 200 万以上的不到 100 家，年销售 1000 万的更是只有几家而已。我国生产垃圾车的主要企 业有：青海新路环卫设备制造有限公司，北京华林专用车制造公司，济南哈勒专用车制 造公司，中国第一汽车集团四川专用汽车厂、上海市环境工程设计科学研究院、中日合 资。 南京晨光航天应用技术股份有限公司、广西玉柴专用汽车厂、湖北程力专用车厂、 中联中标环卫设备制造厂等。青海新路，北京华林，济南哈勒，中联中标的规模较大， 基本能满足各大城市的垃圾车的需求。这其中还包括三家中外合资企业，不是中外合资 的企业的关键元件也是依赖进口，没有自主产权。但是，城市还在不断发展中，要想使 垃圾设备跟上发展的需要，扩大中小企业规模，甚至上一些新的项目，建一些新的厂家 都是当务之急。 除此之外，还需积极的引进国外的垃圾车先进的制造技术。垃圾车起源于上个世纪 初的欧洲，经过一战、二战后，垃圾车已经在全球范围内发展起来，并在发达国家有了 广泛的使用。发达国家的垃圾设备技术先进，工艺成熟，自动化程度很高。国外生产垃 圾车的厂家主要有：戴姆勒克莱斯勒公司(DaimlerChrysler)，MAN 公司、许凌 (Schorling)公司、依维柯(IVECO)公司、法恩(Faun)公司、海勒(Haller)公司、SCANIA 公 司、Tteberg 公司等。差距仍然存在，但我们应该看到，发达国家的设备在我国不一定就 能适应；随着国家对环卫设备投入的增加，垃圾车的制造和研发技术有了长足的进展， 与发达国家无论在上装还是底盘的制造上，差距都在逐渐缩小。我们应该利用后发优势， 在借鉴的基础上设计出适合国情的高效率的垃圾车。 1.21.2 压缩式垃圾车的工作特点压缩式垃圾车的工作特点 资源化、无害化原则，加强对垃圾产生过程的管理，从源头减少垃圾的产生。垃圾 处理常规方法有三种：卫生填埋、焚烧、生物堆肥焚烧法具有时间短，垃圾清除彻底等 特征，但要达到国家规定的排放标准，造价极高；堆法将垃圾资源化，但肥效差，成本 高，占地面积大；因此，80%以上的垃圾处理仍然要依靠填埋。主要原因是，填埋法在我 国一直沿用，技术成熟，处理量大，成本低。但是，原有垃圾处理技术没有注意到垃圾 的减量化，占地过多，后期处理工作，如滤液处理，难度很大，所以仍需要进一步改进。 此外，循环利用，减少焚烧排放，都需要将垃圾分类处理。 垃圾车的制造要求专用车企业在研发高性能的垃圾车时，提出了跟高的标准，可以 概括为以下几个方面。 (1)不同类型的垃圾转运与收集采用的设备更加具体化。 （）大学机械工程学院 - 7 - (2)具有压缩功能的垃圾车普遍化，并有装置与收集装置配套。 (3)跑、冒、滴、漏二次污染逐步得到解决。如增加推板的高度，在车尾加设盖板密封以 及整车的接口处加装密封条等。 (4) PLC 及其他电器控制系统的配备，液压传动系统的配备使整车机电液一体化，自动 化水平大大提高。 (5)垃圾车是一种特种作业车辆，工作环境多变，要求转向具有灵活性，且通过能力较好； 为节约制造成本，应降低整车的重量，提高载质量系数；动力排放要求达到欧 II 及以上 的排放标准；考虑到用户工作的舒适性，驾驶室要求密封，座椅弹性良好，有空调。 (6)车辆复杂必然降低其可靠性，但增加一些附属装置，如除臭、清洗的设备，影响还是 不大的，也是经济提高的指标。 后装式垃圾车的比较优势集运模式上，用压缩式垃圾车运输生活垃圾是具有明显的优 势的。同时，有关国家法规规定，敞开式、加盖式垃圾车不能免除购置附加费，使用成 本高，密封性能差；集装箱装卸载效率低，存在滴漏污染，垃圾不可压缩。而且，摆臂 式、侧装式等车型的垃圾容量小，可压缩性差，且容易产生飘、撒、洒、漏等二次污染。 以上车型的劣势，使得工程界不得不寻找一种压缩比较高、二次污染较少的车型，以提 高运输的效率和经济效益，而这种设备应该是一种压缩式垃圾车。压缩式垃圾车包括后 装式垃圾压缩车、侧装式垃圾压缩、前装式垃圾压缩车，以及拉臂式垃圾压缩车。而后 装式垃圾压缩车具有以下几个优势。 (1)装填自动化、高压缩比、大装载量、低运输成本、较少的人员配备； (2)密封性好，跑、冒、滴、漏的问题基本得到解决； (3)收集装置人性化设计，使得垃圾投入更容易，所以不必固定设置垃圾的 投放地点； (4)为城市环卫的设备配置和责任分区提供了较好的依据和支持。 1.31.3 运动仿真分析应用运动仿真分析应用 近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，运动仿真分析在工程设计和 分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途 径， 现在从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开运动仿真分析计算，其在机械制 造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器，国防军工，船舶，铁道，石化， 能源，科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃，主要表现在以下 几个方面： 增加产品和工程的可靠性 （）大学机械工程学院 - 8 - 在产品的设计阶段发现潜在的问题经过分析计算，采用优化设计方案，降低原材料 成本缩短产品投向市场的时间模拟试验方案，减少试验次数，从而减少试验经费，国际 上早在 60 年代初就开始投入大量的人力和物力开发运动仿真分析程序，但真正的 CAE 软件是诞生于 70 年代初期，而近 15 年则是 CAE 软件商品化的发展阶 段，CAE 开发商 为满足市场需求和适应计算机硬、软件技术的迅速发展，在大力推销其软件产品的同时， 对软件的功能、性能，用户界面和前、后处理能力，都进 行了大幅度的改进与扩充。这 就使得目前市场上知名的 CAE 软件，在功能、性能、易用性、可靠性以及对运行环境的 适应性方面，基本上满足了用户的当前需求， 从而帮助用户解决了成千上万个工程实际 问题，同时也为科学技术的发展和工程应用做出了不可磨灭的贡献。目前流行的 CAE 分 析软件主要有 NASTRAN、 ADINA 、ANSYS、ABAQUS、MARC、MAGSOFT、COSMOS 等。MSC-NASTRAN 软件因为和 NASA 的特殊关系，在航空航天领域有着很高 的地位，它以最早期的主要用于航空航天 方面的线性运动仿真分析系统为基础，兼并了 PDA 公司的 PATRAN，又在以冲击、接触 为特长的 DYNA3D 的基础上 组织开发了 DYTRAN。近来又兼并了非线性分析软件 MARC,成为目前世界上规模最大的运动仿真分析系统4。ANSYS 软件致力于耦合场的分 析计算，能够进 行结构、流体、热、电磁四种场的计算，已博得了世界上数千家用户的 钟爱。ADINA 非线性运动仿真分析软件由著名的运动仿真专家、麻省理工学院的 K.J.Bathe 教授领导开发，其单一系统即可进行结构、流体、热的耦合计算。并同时具有 隐式和显式两种时间积分算法。由于其在非线性求解、流固耦合分 析等方面的强大功能， 迅速成为运动仿真分析软件的后起之秀，现已成为非线性分析计算的首选软件。纵观当 今国际上 CAE 软件的发展情况，可以看出运动仿真分析方法的一些发展趋势： 1、与 CAD 软件的无缝集成当今运动仿真分析软件的一个发展趋势是与通用 CAD 软 件的集成使用，即在用 CAD 软件完成部件和零件的造型设计后，能直接将模型传送到 CAE 软件中进行有限 元网格划分并进行分析计算，如果分析的结果不满足设计要求则重 新进行设计和分析，直到满意为止，从而极大地提高了设计水平和效率。为了满足工程 师快捷地解 决复杂工程问题的要求。许多商业化运动仿真分析软件都开发了和著名的 CAD 软件（例如 Pro/ENGINEER、Unigraphics、 SolidEdge、SolidWorks、IDEAS、Bentley 和 AutoCAD 等）的接口。有些 CAE 软件为了 实现和 CAD 软件的无缝集成而采 用了 CAD 的建模技术，如 ADINA 软件由于采用了基 于 Parasolid 内核的实体建模技术，能和以 Parasolid 为核心的 CAD 软件（如 Unigraphics、SolidEdge、SolidWorks）实现真正无缝的双向数据交换。 （）大学机械工程学院 - 9 - 1.41.4 论文的研究意义论文的研究意义 建国五十年来，我国的机械工业虽然已经有了较大的发展，具备了一定的基础和规 模，初步满足国民经济和人民生活的需要。但随着世界科学技术的迅速发展，我国机械 工业的技术水平和生产能力与工业发达国家相比还存在相当大的差距。因此，在我国以 新技术改造传统产业和开发高技术含量的新产品，已成为当前机械工业以至各传统产业 密切关注和改革的焦点。机电一体化技术是机械技术和电子技术的有机结合，它包括机 械、电子、计算机和自动控制技术。它从系统工程的观点出发，使产品或系统实现整体 优化。近年来，世界上各发达国家竞相发展机电一体化技术，以提高制造技术水平，实 现生产系统向柔性化、智能化发展。机电一体化技术给传统的机械工业带来了革命性的 变革和惊人的效益，使产业结构、生产方式和管理体制发生深刻的变化。机电一体化是 当今世界机械工业技术和产品发展的主要趋势，也是我国机械工业发展的必由之路。作 为国家高新技术企业，我公司一贯高度重视和密切关注国内外机电一体化技术的发展和 应用情况，同时坚决要求工程技术人员努力掌握机电一体化产品和系统的设计方法和原 则，本着“应用先进的机电一体化技术，推动机械电子工业的进步”为宗旨，开发机电 一体化产品。该过程在丰富和充实国内该领域的机电产品的同时，也能提高本企业产品 品位、扩大生产经营产品的种类、开拓国内机电产品市场，并力争取得一席之地，为本 企业的生存和发展创造一个良好的基础。减速器的研制工作就是我公司按照国家在这一 领域的发展规划的意图，根据我国广告制作市场的需求和我公司的发展需要，经过长达 三年的市场调查和预测、方案的构思和评价，进行详细地设计，考虑到系统设计中的质 量控制和制造过程的质量管理，而着手研制的机电一体化产品之一。 （）大学机械工程学院 - 10 - 第二章第二章 压缩压缩式垃圾式垃圾车压缩车压缩装置的方案装置的方案设计设计 2.12.1 总体设计方案总体设计方案及工作原理及工作原理 压缩式垃圾车主要由执行机构、驱动系统以及位置检测装置等所组成。驱动系统是 驱动执行机构运动的的传动装置。常用的有液压传动、电力传动和机械传动等形式。控 制系统由电器控制和射流控制两种。它支配着压缩式垃圾车按规定的程序运动。位置检 测装置控制压缩式垃圾车执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控 制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一 定的精度到达设定位置。 经综合考虑，本文选用液压传动方式实现垃圾自动压缩。 图图2.12.1压缩式垃圾车的压缩方案压缩式垃圾车的压缩方案 系统组成：油缸、装填机构、锁紧机构、填料器、装填箱、滑板、推板、推板滑轨 原理：车厢固定在底盘车架上, 装填机构位于车厢后部，其上角与车厢铰接，可由举 升油缸驱动绕铰接轴转动。垃圾从装填机构后端的入口处倒入其内,并由压缩机构进行压 缩,将垃圾推入车厢压实。车厢前端装有油缸驱动的卸料机构。卸出垃圾时,首先由举升油 缸将装填机构举起,车厢后部呈敞开状，然后由卸料机构将垃圾推出车厢。 1、装填准备阶段 （1）垃圾倾倒机构在双作用液压缸的作用下，倒入装填器。 （2）刮板油缸在换向阀的作用下换向收缩，刮板逆时针转动，刮板转至上止点后， （）大学机械工程学院 - 11 - 回转到位。 （3）刮板回转到位后，滑板油缸在换向阀的作用下换向伸出，方向与滑板的斜向下 的倾角一致。在滑板油缸带动滑块向下运动到上止点时停止，到此为止准备阶段结束。 2、装填压缩阶段 （4）刮板油缸在换向阀的作用下换向伸出，刮板顺时针转动，开始装填箱内的垃圾 清扫动作。将垃圾从进料口扒入垃圾箱，并将垃圾初步压缩，当垃圾顺时针转动到下止 点后，停止运动。 （5）换向阀换向，滑板上升。进料口较小，滑板上升时，垃圾受到进料口的挤压， 垃圾通过后，产生了被研碎的效果。滑板油缸运动到带动滑块即刮板向上运动到下止点 时，刮板回到初始位置，这样，装填机构完成一次循环。 （6）推板的支撑点设在车厢的前端，而垃圾推卸完毕后的位置在垃圾箱的后端，运 动行程很长，推卸力有很大，用单极缸无法完成这一任务。这里采用斜置式的多级缸直 接驱动，既可配合刮板进行双向压缩，又可实现垃圾的迅速推卸。当垃圾从进料口进入 垃圾箱后，推板位于垃圾箱的后端。由于推板油缸的回油路上存在一个背压阀，利用小 孔节流原理实现对油路的节流作用，一方面防止推板迅速后退，另一方面形成对推板的 推力，实现对垃圾的二次压缩。 3、卸料准备及卸料阶段： （7）锁紧油缸换向阀换向，油缸收缩，锁钩脱离锁孔。装填器举升油缸换向阀换向， 装填器上扬。油缸回油路上设有一个单向阀，作为安全保护元件。油缸继续运动到下止 点后停止，上扬动作结束。 （8）推板油缸开控制阀换向，油缸开始克服垃圾所受到的摩擦将垃圾推出箱体外， 知道完全推出，垃圾的卸料过程结束。下一次循环的准备阶段： （9）装填机构油缸在换向阀的作用下换向，在回油路上也安装有背压阀，以确保装 填机构下降的速度不至于过快。油缸运动下止点，装填器两侧板与垃圾箱的两侧板合缝。 （10）锁紧油缸在换向阀的作用下换向伸长，知道油缸运动到上止点，锁钩钩进锁 孔内，密封动作完成。到此为止，装填、压缩及卸料整个一个工作循环完成。 2.22.2 装填机构原理装填机构原理 （）大学机械工程学院 - 12 - 图图2.22.2 装填机构装填机构 由刮板、滑板、装填器、滑板油缸、刮板油缸及其他固定连接部件组成。主要性能 是装入垃圾并进行压缩，配合卸料机构卸料，密封。 2 23 3 提升机构原理提升机构原理 图图2.32.3 提升机构提升机构 垃圾桶的提升只要求在一定角度内转动，所以不要求提升机构作整周的运动，符合 （）大学机械工程学院 - 13 - 这种要求的是双摇杆机构。因此，提升机构的运动由电机来带动是不理想的，这里采用 的是一个双作用油缸来完成整个动作。底盘上的发动机的运动有变速箱传到液压系统的 取力器，带动液压油泵，带动双作用油缸，由油缸带动双摇杆机构的摆臂，实现垃圾桶 的往复运动。当双作用缸完全缩回的时候，垃圾桶处于初始位置（地上） ；当双作用缸完 全伸出时，垃圾桶处于终了位置，即垃圾完全倒进的位置。 当提升机构在倾倒垃圾的过程中，装填机构的运动已经在进行。锁紧机构的运动是 之前进行的，将在方案选择中进一步说明。 2.42.4 本章小结本章小结 通过对比分析，确定了压缩垃圾车的工作原理车厢固定在底盘车架上, 装填机构位于 车厢后部，其上角与车厢铰接，可由举升油缸驱动绕铰接轴转动。垃圾从装填机构后端 的入口处倒入其内,并由压缩机构进行压缩,将垃圾推入车厢压实。车厢前端装有油缸驱动 的卸料机构。卸出垃圾时,首先由举升油缸将装填机构举起,车厢后部呈敞开状，然后由卸 料机构将垃圾推出车厢。 （）大学机械工程学院 - 14 - 第三章第三章 压缩压缩式垃圾式垃圾车压缩车压缩装置参数装置参数设计设计 3.13.1 装填角装填角 后装压缩式垃圾车能否达到设计的装载质量，两个最关键的因素分别是：刮板压缩 机构的压缩能力和卸料机构的反向挤压力，对于一辆垃圾压缩车来说，其压缩效果的好 与坏，是评价后装垃圾压缩车装载质量以及工作性能的重要指标。 图图3.13.1 装填角装填角 要达到这样的效果，就要改善装填装置，其中最重要的一个因素就是对装填角进行 合理的设计。使垃圾在进入厢体时所受到的压缩力接近水平方向，并保证箱体内的垃圾 盛满的情况下还能继续将垃圾压入厢体内，这样，箱内垃圾的压缩比也会有所增加。装 填角的示意图如图 3.1 所示， 为垃圾的装填角， 为垃圾箱尾端的安装角， 1 为滑板导轨线与厢体尾端安装斜面的夹角， 2 装填角设计合理的情况下，可保证被压缩的垃圾在进入厢体的时候受到的 12 刮板的推挤力的水平分量尽可能大，从而使压实的效果达到最佳。因此，装填角的设计 在整车设计中至关重要。目前，国内后装压缩式垃圾车的装填角的取值大多为比较设计 和经验设计，仿照国外同类设备数据，取值在 39到 60之间。本文采用基于 ADAMS 的装填角度仿真分析研究。 （）大学机械工程学院 - 15 - 3.23.2 ADAMSADAMS 运动仿真软件简介运动仿真软件简介 ADAMS 软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械 系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统 动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加 速度和反作用力曲线。ADAMS 软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞 检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。 ADAMS 一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟 机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具， 其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的 二次开发工具平台。ADAMS 软件有两种操作系统的版本：UNIX 版和 Windows NT/2000 版 Adams 是全球运用最为广泛的机械系统仿真软件，用户可以利用 Adams 在计算机上 建立和测试虚拟样机，实现事实再现仿真，了解复杂机械系统设计的运动性能。 MD Adams（MD 代表多学科）是在企业级 MSC SimEnterprise 仿真环境中与 MD Nastran 相互补充，提供了对于复杂的高级工程分析的完整的仿真环境， SimEnterprise 是 当今最为完整的集成仿真和分析技术。 MD Adams 的发布完全支持运动-结构耦合仿真，与 MD Nastran 的双向集成可以释放 便利地将 Adams 的模型输出到 Nastran 进行更为详细的 NVH 分析或应力恢复，继而进行 寿命/损伤计算。 MD Adams/Car 应用 MD Adams/Car，技术团队可以快速建立和测试整车和子系统的功能化虚拟样车。 这可以帮助在车辆研发过程中节省时间、降低费用和风险，提升新车设计的品质。 通过 MD Adams/Car 的仿真环境，汽车工程师们可以在虚拟环境中对于不同的路面、不同 实际条件反复测试他们的设计，从而得到满意的结果。 MD Adams/Car 包含许多的功能模块用于多学科仿真。 Multidiscipline Value 多学科价值 多学科的价值在于大大地拓广了数字分析的能力，MSC 的 MD 技术是优化的涵盖跨 学科/多学科的集成，可以充分利用现有的高性能计算技术解决大量大规模的问题。多学 科技术聚焦于提升仿真效率、保证设计初期设计的有效性、提升品质、加速产品投放市 场。 （）大学机械工程学院 - 16 - 1. 新的在线帮助系统以及 PDF 格式文件，方便打印 在 MD Adams 中，MSC.Software 引入了一套新的电子在线帮助系统。MD Adams 和 MD Adams/Car 的用户可以使用整个帮助系统。在帮助系统的目录表中，按照模块进 行组织，更方便信息的查找和搜索。对 MD Adams/View 中的命令语言，新加帮助，对 MD Adams/Vibration 模块新加了新的理论手册。为方便打印，帮助文档提供了所有帮助 文档的 PDF 格式。 2. 输出线形模型可用在 NASTRAN 中进行进一步的振动性能分析 MD Adams/Vibration 的一个新功能就是 Adams2Nastran 功能，该功能可以输出线形 模型，用于在 NASTRAN 中进行进一步的振动性能分析。此功能将线性化后的 ADAMS 模型封装为 Nastran 的 DMIG 输入形式。一旦输出完成，用户能够利用 NASTRAN 强大 的频响分析的功能，对系统进行精确的 NVH 分析和较高频域范围内系统的响应分析。 3. 在 3D 接触分析中，用于处理球体新的分析方法 当模型中存在 3D 的球体接触碰撞时，为了得到更为精确的结果，加强了接触计算的 算法，即使用真实的几何来代表球体。同旧的将球体表面用小平面表示的方法相比，这 种算法解算的速度明显加快。例如，如右图所示的滚珠轴承模型，解算的速度提高 3.1 倍。 这种算法的另一个好处是接触载荷计算的精度提高。右图所示的曲线图显示旧的算 法 （黑色曲线）和新的算法 （红色曲线）所得到的接触载荷的区别所在。 3.33.3 仿真数据分析仿真数据分析 将模型转化为 parasolid 格式，最后导入到 ADAMS 中，建立了压缩式垃圾车的虚拟 样机模型。模型含有垃圾体与装填箱接触、垃圾体与挡板接触、垃圾体与滑板接触、垃 圾体与刮板接触，并建立左右挡板垃圾体为一种既有弹性又有塑性的材料，但 ADAMS 一般只能创建刚性模型，因此，在这里用垃圾球代替垃圾体，建模时将球的质量和密度 等参数设定为垃圾的特性参数即可。 下面对垃圾球在 4560范围内进行仿真，从而确定出装填角的具体数值。 （）大学机械工程学院 - 17 - 图图3.23.2 3939时的水平挤压曲线时的水平挤压曲线 图图3.33.3 4242时的水平挤压曲线时的水平挤压曲线 图图3.43.4 4545时的水平挤压曲线时的水平挤压曲线 （）大学机械工程学院 - 18 - 图图3.53.5 5757时的水平挤压曲线时的水平挤压曲线 图图3.63.6 6060时的水平挤压曲线时的水平挤压曲线 由图可知，45时的挡板所受到的挤压力是最大的。 3.43.4 各个机构油缸参数各个机构油缸参数 动力分析是分析工作机构在运动过程中的受力情况，也就是分析分析液压缸或液压 马达的负载情况，并绘制相应的负载循环图（F-t） 。 工作机构作直线运动时，液压缸所要克服的负载为： ifeFFFF 式中：Fe工作负载； Ff摩擦负载； （）大学机械工程学院 - 19 - Fi惯性负载； 1）翻斗油缸 估算翻斗支架质量 m1 为 30Kg，每桶垃圾的质量 m2 为 80Kg，滑动摩擦系数为 0.07。 N 2948 . 9301gmFe N 2158.20)08 . 930(07 . 0 )(1NfFmF N 0iF 其总负载为 N。 188322gmFFFFife 对总负载放大留余量，则取 100KN。 -200 -100 0 100 200 051015 t/s F/KN 图图 3.7 翻斗油缸负载循环图翻斗油缸负载循环图 2）滑板油缸 估算滑板支架质量 m1 为 125Kg，刮板质量 m2 为 50Kg，滑动摩擦系数为 0.07。 N， 12258 . 91251gmFe N， 8675.85122507 . 0 NfFF N， 0iF 其总负载N， 18012gmFFFFife 对总负载放大留余量，则取 100KN。 -150 -100 -50 0 051015202530 t/s F/KN 图图 3.8 滑板油缸负载循环图滑板油缸负载循环图 刮板油缸 （）大学机械工程学院 - 20 - 刮板质量 m1 为 50Kg，滑动摩擦系数为 0.07。 N 4908 . 9501gmFe N 35 3 . 3449007 . 0 FNFf N 0iF 对推板和刮板作受力分析。 L x F背压 FL 图图 3.9 压缩装置受力分析图压缩装置受力分析图 垃圾在填装挤压过程中，在滑板挤压力 FL 作用下，受压垃圾向左方移动，与此同时， 厢壁作用在垃圾上的摩擦力 Ff1 方向与垃圾移动方向相反，其大小为： xfpSFf11 式中：S1车厢横截面内壁周长（m） ； x图示的推进长度（m） ； p垃圾的单位膨胀力（N/m2） ； f垃圾与壁面的综合摩擦系数。 阻碍垃圾移动的另外一个阻力是垃圾重力引起的，记作 Ff2，则有： xhgSfFjf22 式中：S2近似取车厢的宽度（m） ； 垃圾的计算密度（kg/m3） ； j h车厢高度（m） ； 若向前推进垃圾，必须满足下列条件： 即 211cosffLHFFFF 1 21 cos )( xhgSpSf FL j （）大学机械工程学院 - 21 - 当结构尺寸确定后，、和已知。、则随压缩程度，垃圾成分不同而 1 S 2 S h fpj 变化，因此它们的确切数据很难确定。通过试验，KN/m。 30)(21hgSpSfj 设，推板行程mm xFL 1cos 30000 LxmaxL3000L 装填角， LFL 1 max cos 30000 1601 KN 180maxLF 其总负载为KN，对总负载放大留余量，则取 200KN。 181maxLifeFFFFF -400 -200 0 200 400 0510152025 t/s F/KN 图图 3.10 刮板油缸负载循环图刮板油缸负载循环图 4）举升油缸 估算装填厢质量为 2000Kg，滑动摩擦系数为 0.07。 1m N 196008 . 920001gmFe N 13721960007 . 0 NfFF N 0Fi 其总负载为N， 20972ifeFFFF 对总负载放大留余量，则取 200KN。 0 100 200 300 020406080 t/s F/KN 图图 3.11 举升油缸负载循环图举升油缸负载循环图 5）推板油缸 估算推板质量为 350Kg，滑动摩擦系数为 0.07，车厢容积为 13m3，垃圾密度为 1m （）大学机械工程学院 - 22 - 0.45t/m3。 N 573301045 . 0 13 3 gFe N 1 . 2408 . 935007 . 0 NfFF N 0Fi 其总负载为N， 1 . 57570ifeFFFF 对总负载放大留余量，则取 180KN。 0 100 200 010203040 t/s F/KN 图图 3.12 推板油缸负载循环图推板油缸负载循环图 确定液压系统主要参数 1.初选系统工作压力 液压系统工作压力选定是否合理，直接关系到整个液压系统设计的合理程度。在液 压系统功率一定的情况下，若压力选的过低，则液压元、辅件的尺寸和自重就会增加； 若压力选的较高，则尺寸和自重会相应减少。例如，飞机液压系统的工作压力从 21MPa 提高到 28MPa，则其自重下降约 5%，其体积将减小 13%。然而，若液压系统压力选的过 高，由于对制造液压元、辅件的材质、密封、制造精度等要求的提高，反而会增大系统 的尺寸和自重，其效率和使用寿命也会相应下降，因此不能一味的追求高压。表 3-1 所示 为目前我国几类机器常用的液压系统工作压力。根据表 2-2 的数据，初选系统压力 P=13MPa。 表表 3-1 我国目前几类机器常用的液压系统工作压力我国目前几类机器常用的液压系统工作压力 设 备类型 机床 磨床组 合机床 龙 门刨床 拉 床 农业机械、 小型工程机械、 工程机械的辅 助机构等 压力机，中、 大型挖掘机，重 型机械，起重运 输机械等系 统压力 /MPa 0.8 2 3 5 2 8 8 10 10162032 （）大学机械工程学院 - 23 - 2.计算液压缸的主要结构尺寸 根据需要的液压缸的理论输出 F 和系统选定的供油压力 p 来计算缸筒内径 D（m） ， 计算公式如下： 3 10 4 p F D 式中：F液压缸的理论输出力（N） ； p供油压力（MPa） 。 对于活塞杆直径可以按经验公式来初步选定活塞杆直径，经验公式如下： Dd) 3 1 5 1 ( 在此处确定为 。 Dd 4 1 1）翻斗油缸 翻斗油缸负载 F=100KN，根据公式（2-1）计算得 D=99mm，根据表选取标准尺寸 D=100mm；根据公式得 d=25mm，根据表选取标准尺寸 d=25mm。 表表 3-2 缸筒内径尺寸系列（缸筒内径尺寸系列（mm） 840125（280） 1050（140）320 1263160（360） 1680（180）400 20（90）200（450） 25100（220）500 32（110）250 注：1.圆括号内尺寸为非优先选用者。 2.内径上限可扩展，按 R10 优先数系列选用。 表表 3-3 活塞杆外径尺寸系列活塞杆外径尺寸系列 42056160 52263180 62570200 82880220 103290250 （）大学机械工程学院 - 24 - 1236100280 1440110320 1645125360 1850140 注：直径上限可扩展，按 R20 优先数系列选用。 滑板油缸 滑板油缸负载 F=100KN，根据公式）得 D=99mm，根据表选取标准尺寸 D=100mm；根据公式得 d=25mm，根据表选取标准尺寸 d=25mm。 3）刮板油缸 刮板油缸负载 F=200KN，根据公式计算得 D=140mm，根据选取标准尺寸 D=160mm；根据公式得 d=40mm，根据表选取标准尺寸 d=40mm。 4）举升油缸 举升油缸负载 F=200KN，根据公计算得 D=140mm，根据表选取标准尺寸 D=160mm；根据公式得 d=40mm，根据表选取标准尺寸 d=40mm。 5）推板油缸 推板油缸由于行程较长，采用二级油缸。推板油缸负载 F=180KN，根据公式计算得 D1=133mm，根据表选取标准尺寸 D=160mm；根据公式得 d=25mm，根据表选取标准尺 寸 d=25mm，二级缸筒内径 D2=125mm。 3.计算液压缸的流量 根据活塞横截面积和液压缸运动速度来计算液压缸流量。计算公式如下： max 2 1 4 1 VDq max 22 2 )( 4 1 VdDq 式中：D缸筒内径； d活塞杆直径； Vmax液压缸的最大运动速度。 1）翻斗油缸 翻斗油缸缸筒内径 D=100mm ，活塞杆直径 d=25mm，液压缸最大运动速度 Vmax=108mm/s。根据公式得 q1=8.47810-4m3/s、q2=7.94810-4m3/s。 2）滑板油缸 滑板油缸缸筒内径 D=100mm ，活塞杆直径 d=25mm，液压缸最大运动速度 （）大学机械工程学院 - 25 - Vmax=60mm/s。根据公式得 q1=4.7110-4m3/s、q2=4.4210-4m3/s。 3）刮板油缸 刮板油缸缸筒内径 D=160mm ，活塞杆直径 d=40mm，液压缸最大运动速度 Vmax=60mm/s。根据公式得 q1=1.20610-3m3/s、q2=1.13010-3m3/s。 4）举升油缸 举升油缸缸筒内径 D=160mm ，活塞杆直径 d=40mm，液压缸最大运动速度 Vmax=50mm/s。根据公式得 q1=1.00410-4m3/s、q2=0.94210-4m3/s。 5）推板油缸 滑板油缸缸筒内径 D=160mm ，液压缸最大运动速度 Vmax=60mm/s。根据公式得 q1=1.72810-3m3/s。 4绘制液压系统工况图 工况图包括压力循环图、流量循环图和功率循环图。它们是调整系统参数、选择液 压泵、阀等元件的依据。 压力循环图（p-t）图 通过最后确定的液压执行元件的结构尺寸，在根据实际载 荷的大小，倒求出液压执行元件在其动作循环各阶段的工作压力，然后把它们绘制成（p- t）图。 流量循环图（qv-t）图 根据已确定的液压缸有效工作面积或液压马达的排量，结 合其运动速度算出它在工作循环中每一阶段的实际流量，把它绘制成 qv-t）图。若系统有 多个液压执行元件同时工作，要把各自的流量图叠加起来绘制出总的流量循环图。 功率循环图（P-t）图 绘制压力循环图和总流量循环图后，根据 P=pqv，即可绘 出系统的功率循环图。 压力循环图 1）翻斗油缸 -20 -10 0 10 20 051015 t/s p/MPa 图图 3.13 翻斗油缸压力循环图翻斗油缸压力循环图 2）滑板油缸 （）大学机械工程学院 - 26 - -150 -100 -50 0 051015202530 t/s F/KN 图图 3.14 滑板油缸压力循环图滑板油缸压力循环图 3）刮板油缸 -20 -10 0 10 20 0510152025 t/s p/MPa 图图 3.15 刮板油缸压力循环图刮板油缸压力循环图 4）举升油缸 图图 3.16 举升油缸压力循环举升油缸压力循环图图 5）推板油缸 0 5 10 010203040 t/s p/MPa 图图 3.17 推板油缸压力循环图推板油缸压力循环图 流量循环图 （）大学机械工程学院 - 27 - 1）翻斗油缸 -10 0 10 051015 t/s q/1e-4m3/s 图图 3.18 翻斗油缸流量循环图翻斗油缸流量循环图 2）滑板油缸 -5 0 5 10 051015202530 t/s q/1e-4m3/s 图图 3.19 滑板油缸流量循环图滑板油缸流量循环图 3）刮板油缸 -2 -1 0 1 2 0510152025 t/s q/1e-4m3/s 图图 3.20 刮板油缸流量循环图刮板油缸流量循环图 4）举升油缸 -2 -1 0 1 2 020406080 t/s q/1e-4m3/s 图图 3.21 举升油缸流量循环图举升油缸流量循环图 5）推板油缸 （）大学机械工程学院 - 28 - 0 1 2 010203040 t/s q/1e-4m3/s 图图 3.22 推板油缸流量循环图推板油缸流量循环图 3.53.5 本章小结本章小结 本章首先介绍了装填角，其中最重要的一个因素就是对装填角进行合理的设计。使 垃圾在进入厢体时所受到的压缩力接近水平方向，并保证箱体内的垃圾盛满的情况下还 能继续将垃圾压入厢体内，这样，箱内垃圾的压缩比也会有所增加，其次通过运动仿真， 求出了装填角 45时的挡板所受到的挤压力是最大的，最后对油缸参数进行确定。 （）大学机械工程学院 - 29 - 第四章第四章 压缩式垃圾车压缩装置三维建模压缩式垃圾车压缩装置三维建模 4.14.1 solidworksolidwork 软件介绍软件介绍 SolidWorks 软件是世界上第一个基于 Windows 开发的三维 CAD 系统，由于技术创新 符合 CAD 技术的发展潮流和趋势，SolidWorks 公司于两年间成为 CAD/CAM 产业中获利 最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得 SolidWorks 每年都有数十乃至数百项的技 术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在 1995-1999 年获得全球微机平台 CAD 系统评 比第一名；从 1995 年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从 1999 年起，美国 权威的 CAD 专业杂志 CADENCE 连续 4 年授予 SolidWorks 最佳编辑奖，以表彰 SolidWorks 的创新、活力和简明。至此，SolidWorks 所遵循的易用、稳定和创新三大原 则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地 投向了市场。 由于 SolidWorks 出色的技术和市场表现，不仅成为 CAD 行业的一颗耀眼的明星，也 成为华尔街青睐的对象。终于在 1997 年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将 SolidWorks 全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资， 获得了高额的回报，创造了 CAD 行业的世界纪录。并购后的 SolidWorks 以原来的品牌和 管理技术队伍继续独立运作，成为 CAD 行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks 三维 机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的 CAD 产品。 使用了 Windows OLE 技术、直观式设计技术、先进的 parasolid 内核（由剑桥提供） 以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks 成为全球装机量最大、最好用的软件。 资料显示，目前全球发放的 SolidWorks 软件使用许可约 28 万，涉及航空航天、机车、食 品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散 制造等分布于全球 100 多个国家的约 3 万 1 千家企业。在教育市场上，每年来自全球 4，300 所教育机构的近 145，000 名学生通过 SolidWorks 的培训课程。 据世界上著名的人才网站检索，与其它 3D CAD 系统相比，与 SolidWorks 相关的招 聘广告比其它软件的总合还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程师使用 SolidWorks，越来越多的企业雇佣 SolidWorks 人才。据统计，全世界用户每年使用 SolidWorks 的时间已达 5500 万小时。 在美国，包括麻省理工学院（MIT） 、斯坦福大学等在内的著名大学已经把 SolidWorks 列为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如清华大学、哈尔滨 工业大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、上海教育局等也在应用 （）大学机械工程学院 - 30 - SolidWorks 进行教学。 Solidworks 软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 功能强大、易学易用和技术创 新是 SolidWorks 的三大特点，使得 SolidWorks 成为领先的、主流的三维 CAD 解决方案。 SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。 SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、 易学易用。 对于熟悉微软的 Windows 系统的用户，基本上就可以用 SolidWorks 来搞设计了。 SolidWorks 独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks 资 源管理器是同 Windows 资源管理器一样的 CAD 文件管理器，用它可以方便地管理 CAD 文件。使用 SolidWorks ，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质 量的产品投放市场。 在目前市场上所见到的三维 CAD 解决方案中，SolidWorks 是设计过程比较简便而方 便的软件之一。美国著名咨询公司 Daratech 所评论：“在基于 Windows 平台的三维 CAD 软件中，SolidWorks 是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者。 ” 在强