论文总字数：21465字

摘 要

城市的发展离不开环卫部门辛勤的劳动，其中环卫工作中最重要的环节就是垃圾的收集、分类与运输。在运输环节中，我国城市的垃圾运输采用挂桶式垃圾车与标准化的垃圾桶结合的方式，通过垃圾车将垃圾收集一并运走。在实际操作过程中，最常见的拉杆式垃圾车因为结构原因无法实现垃圾桶的自动挂桶，必须要有工作人员在机构运行前将垃圾桶挂到提升机上，并在垃圾倾倒后，手动将垃圾桶取下。由于拉杆式垃圾车结构简单，其在市场上占有很大份额。但是，240L垃圾桶光是空桶就自重17-20kg，满载后质量会超过200kg；同时垃圾车操作人员还要顶着烈日与恶臭反复搬运沉重的垃圾桶，这极大的消耗了操作员的体力与健康，也严重影响了垃圾回收的效率。为解决上述问题，本文从人因工程的角度考虑，从以人为本出发，提出了一种，基于拉杆式垃圾车提升机的新型拉杆式提升机设计及实施方案，在不对原有提升机结构进行大规模整改的情况下，使用以液压动力的卡钳与伸缩机构，使垃圾桶的倾倒作业实现部分自动化，节省了人力搬运垃圾桶的劳动，保护了工人的健康，提升了工作效率。同时在新的提升机基础上，设计了垃圾称重装置，更加方便了垃圾桶倾倒及回收作业。

关键词：人因工程、提升机优化、拉杆式提升机

目录

第1章 绪论 1

1.1 论文的背景及意义 1

1.2 国内外研究概况 1

第2章 原始方案运动轨迹分析 2

第3章 人因角度改善 7

3.1 问题分析 7

3.2 对原有的提升机结构分析 8

3.3卡钳装置和卡钳伸缩装置的设计 9

3.4滑车及辅助工具的设计 20

3.5 提升机优化设计的控制设计 22

第4章 新方案运动轨迹分析 30

第5章、称重机构设计 32

5.1 称重环节位置的选择 32

5.2 称重机构的设计 36

第6章 结论与展望 41

参考文献 42

致谢 43

第1章 绪论

1.1 论文的背景及意义

随着国内经济水平的提高，城市蓬勃发展，很多产业也随着经济发展的主流得到了发展机遇，比如餐饮业，餐饮业发展的最主要的特征就是营业额的增加，如自2012年以来餐饮业的营业额以每年超过100亿的速度增长。餐饮业的发展一方面丰富了市民的生活，对提升公民幸福指数有重要意义，同时也对地区的发展贡献的税收，但另一方面餐饮业也产生了大量的厨余垃圾排放，这些垃圾主要表现为垃圾的排放点极为分散，目前主要通过商户将垃圾集中在垃圾桶内，由垃圾车每天定时清理的方式来收集。

本课题的研究目的是通过对垃圾车的提升机构的优化设计或增加辅助性机构或装置，改进人机交互性能，进而提升垃圾车的工作效率，对保护环境，节约垃圾处理成本有重要意义。

1.2 国内外研究概况

目前，市面上常见的垃圾车从功能上可分为以下几个大类，挂桶式垃圾车、内凹式自装卸垃圾车、侧面平齐式自装卸垃圾车、对接式垃圾车、餐厨垃圾车、带推板且具有压缩功能的垃圾车；而从自装卸的方式上，垃圾车可分为：拉杆式提桶装置和链式提桶装置等，孙智勇在《自装卸式垃圾车挂桶提升装置研究》中总结了市面上常见的垃圾车种类，并且比较了拉杆式提桶装置和链式提桶装置的垃圾车的优缺点。此外，还有一种使用机械手进行垃圾自装卸作业的垃圾车结构，它的特点是可以精确定位垃圾桶的位置，自动化程度较高，简化了人员的操作，伍丽娜、陈韬、张凯、郑华康在《垃圾车机械手动力学特性分析》提出了一种机械手的机构设计方案，和力学特性的计算方法。同时，高志华在《一种垃圾车装载量实时监测装置的创新设计》提出了一种基于plc和液压系统的装载量检测方法。王玉刚、王学、军陈、龙慧、马继峰在《一种新型环保自装卸式垃圾车》中，在拉杆式提桶装置的基础上提出了一种新的挡桶机构，能起到保护垃圾桶的作用。对外文文献的查阅发现，国外的研究多集中于新能源在垃圾车上的应用，以及通过算法对垃圾车回收垃圾的路径进行优化。

第2章 原始方案运动轨迹分析

通过CAD图纸进行原始提升机的运动轨迹分析，首先，原始方案的提升机为拉杆式提升机，主要包括两组拉杆、导轨和滑车组成，工作时垃圾桶通过滑车上的凸台，固定在滑车上，凸台上有齿，可以与垃圾桶裙边咬合；同时滑车上还有挡板配合凸台，防止垃圾桶运动到最高点时调入垃圾车的收纳箱（见图2.1）

图2.1 原始提升机结构示意图

在垃圾桶挂到滑车上之后，滑车及垃圾桶的运动轨迹可以分为三个阶段：上升阶段、旋转阶段、倾倒阶段。

在上升阶段，两组拉杆相互作用，共同牵引滑车延导轨垂直向上运动，该过程共向上运动了1650mm的距离，直到到达导轨分叉点。

图2.2 上升阶段

在旋转阶段，两组拉杆相互作用，共同牵引滑车运动到导轨分叉点，位于上端的滑车滑轮（后文将其称为A点）继续沿弯曲导轨前进，位于下端的滑车滑轮（后文将其称为B点）继续沿垂直导轨前进，滑车整体开始沿水平面旋转，直到A、B点处于相同水平面。下图中（图2.3至图2.4）分别描绘了滑车A点运动到导轨分叉点、A点沿弯曲导轨运动B点继续沿垂直导轨运动及B点运动到导轨分叉点，并最终于A点处于相同水平面，这三种运动情况。

图2.3旋转阶段动作分解图

图2.3旋转阶段动作分解图

图2.3 旋转阶段动作分解图

在倾倒阶段，垃圾桶及滑车以A点为支点，B点沿另一条分叉的弯曲导轨继续向前，使整个滑车及垃圾桶翻转，并完成倾倒动作。下图中红色圆圈表示了以A点为支点的B点的运动轨迹。

图2.4 倾倒阶段

建立数学模型对上述三个阶段进行描述，首先需要建立平面直角坐标系为了计算方便以及避免计算过程中出现负数，以导轨底端水平延长线及倾倒阶段时A点的竖直延长线的交点为坐标系原点，记作点O，并建立水平直角坐标系，坐标系如下：

图2.5 坐标系

对提升机的运动轨迹分析应该集中于对滑车及垃圾桶的运动轨迹分析，在对滑车及垃圾桶的运动轨迹分析时，由于A点在倾倒阶段作为支点固定，故这里研究B点的运动轨迹作为提升机的运动轨迹分析。

接下来对三个运动阶段进行数学描述；

在上升阶段，B点持续上升，该阶段的运动方程为f(x)=190,0≤X＜2055；

在在旋转阶段，B点继续上升，并并沿弯曲导轨运行一段距离，直到到达导轨分叉点，该阶段的运动方程为f(x,y)=(x-2055)²-y²-36100,2055≤X＜2159;

在倾倒阶段，点沿以A点为圆心，半径为180mm的圆运动，该阶段的运动方程为f(x,y)=(x-2245)²-y²-32400，2159≤X＜2398。

第3章 人因角度改善

3.1 问题分析

（1）本项目中所改善的垃圾车的提升机构属于拉杆式提升机构，该机构只有在垃圾桶与提升机构之间的高度差处于一定范围内才能有效工作，在实际使用情景中，若垃圾桶处在较高的路肩上时，需要人工将垃圾桶搬运到平面上进行操作。

（2）拉杆式提升机构运动轨迹固定，没有自带定位及抓取的功能，故每次回收垃圾桶时，都需要一名或多名操作人员下车将垃圾桶搬运到提升机构附近，一方面加大了操作人员的工作量、增加了操作时间，另一方面垃圾的异味会使操作人员不适，进而影响工作效率。

根据以上结论，拟提出两种改进方向：

（1）在原有的结构基础上，加入额外的提升机构，使垃圾车提升机构能上下浮动，适应不同使用情景的需求，进而减少操作人员工作；

（2）结合倒车雷达及摄像头，设计一个显示工具，实现在驾驶室内就能使垃圾车提升机构与垃圾桶对齐，无需下车操作。

从人因工程的角度进行分析，人因工程的研究就是研究在工作环境下的人与机器与环境之间的相互作用，其目的是通过利用科学技术为人创造一个舒适安全的工作环境，进而到达提高功效的目的。

首先对环境进行分析，垃圾车工作的环境中会有垃圾，垃圾自然会散发异味，根据人因工程的原理与生活常识，处于异味环境中的人会产生头晕恶心等不适情况，加速了作业疲劳的发生，其中，作业疲劳是指在工作中，机体出现工作能力的下降的情况，其目的是为了避免身体因过度劳累而引发的健康问题。如何避免工人在异味环境下工作既是人因工程方向改善的第一个要点，接下来对机器与人的关系进行分析。

3.2 对原有的提升机结构分析

本案例所分析的餐厨垃圾车提升机是程力专汽特汽一厂所生产的垃圾车，提升机型号为WGTS-1000A, 属于拉杆式提升机构。拉杆式提升机构结构简单，主动件少成本低，并且通过导轨跟拉杆的配合能自动完成垃圾桶的提升及倾倒动作，市面上大多数垃圾车的提升机构都属于此类型。

拉杆式提升机构在工作前，首先需要工人将垃圾桶推送至拉杆式提升机构旁，由拉杆式提升机构上的凸台抵住垃圾桶的裙边，凸台上由齿，可以很好的咬合住垃圾桶裙边，防止在运动过程中垃圾桶脱落，此外，拉杆式提升机构还有挡板配合凸台，防止垃圾桶运动到最高点时调入垃圾车的收纳箱（见图3.1）。

图3.1 原始提升机结构

但该机构的问题在于，每一次都需要工人下车进行操作，包括需要把垃圾桶拖拉到提升机旁边，并且使垃圾桶侧壁靠紧凸台，以保证在提升机上升过程中凸台上的齿能与垃圾桶裙边正确咬合。故每次回收垃圾桶时，都需要一名或多名操作人员下车将垃圾桶搬运到提升机构附近，一方面加大了操作人员的工作量、增加了操作时间，另一方面垃圾的异味会使操作人员不适，进而影响工作效率。即现有的提升机结构不具有自动化特性和对工作环境的自适应。

为解决这个问题，需要对提升机的工作运动进行改进，使提升机可以处理在不同距离及不同相对高度上的垃圾桶倾倒作业。为达到这个设计要求，我设计了可以直接安装在现有提升机结构上的卡钳装置和卡钳伸缩装置。

3.3卡钳装置和卡钳伸缩装置的设计

3.3.1 确定设计参数

请支付后下载全文，论文总字数：21465字