摘 要

随着经济的飞速发展，科学技术水平的突飞猛进，加上人们对生活环境的要求日益提高，一些自动化环卫机械应运而生。而纯电动车厢可卸式垃圾车作为同时拥有垃圾收集和转运功能的环卫设备，其高效和环保的特点受到环卫部门和大型企业的青睐。

数字样机技术，作为一门新兴的生产研究技术，已经逐渐代替了物理样机的几乎所有功能。本文通过对此车作业装置的数字样机开发，实现其结构设计和数字建模，并实现其作业执行机构的运动仿真和参数优化设计。

通过对作业执行机构的运动学分析和受力分析，推导其运动方程和主要承载构件钩臂装置的受力方程。接着设计作业装置各零部件尺寸，通过使用三维设计软件CATIA，对作业装置进行数字建模和虚拟装配。然后将CATIA软件中的三维模型导入ansys workbench中进行静力学仿真分析，校核其是否合格。运用CATIA的DMU运动机构工作台，分别完成了其各个工况的运动仿真，并对其进行相关分析。最后进行参数优化设计，优化举伸液压缸活塞杆的推力，减轻钩臂装置的受载状况。通过比较优化活塞杆推力作用点和优化拖钩高度两种情况，可知优化推力作用点较为合理。在数学软件matlab中编制程序并运行，得到最优值，并将此最优值代入进行静力学仿真分析，进行验证。

本文所研究的车厢可卸式垃圾车作业装置数字样机开发，安全可靠，环保高效，其优化设计对此车作业装置的优化设计具有指导意义。

关键词：车厢可卸式垃圾车；数字样机技术；静力学分析；运动仿真；优化设计。

Abstract

With the rapid development of economic and with the rapid development of scientific and technological level, coupled with the growing demand for living environmen, some automated sanitation machinery have come into being. The pure electric carriage unloading garbage truck is a kind of sanitation equipment having functions of garbage collection and transportation at the same time. Its efficient and environmentally friendly features are favored by the sanitation sector and large enterprises.

Digital prototyping technology, as a new production research technology, has gradually replaced the physical prototype of almost all functions. In this paper, through realizing the digital prototype of the operation device of the vehicle, its structural design and digital modeling are realized, and also motion simulation and parameter optimization design of the actuator are realized.

Through kinematics analysis and the force analysis of the actuator, the motion equation and the force equation of hook arm mechanism which is the main bearing structure are deduced. Then design the size of each parts of the operation device. Through the three-dimensional design software CATIA mechanical design workstation, digital model and virtual assembly of the operation device have been finished. And then take the three-dimensional model into ansys workbench. Take the model for static simulation analysis, check whether it is qualified. Using CATIA DMU motion workstation, the motion simulation of each condition was completed and the correlation analysis of each condition was carried out. Finally, finish the parameter optimization design, optimize the thrust of the hydraulic cylinder, reduce the load situation of the hook arm mechanism. By comparing optimization of the force action point of the piston rod and optimization of the height of the tow hook, it can be seen that the optimization of the force action point is reasonable. In the mathematical software matlab prepare the program and run it, get the optimal value, and then take the optimal value into static simulation analysis to verify result.

This paper studies the development of digital prototype for the carriage unloading garbage truck, which is safe, reliable, environmentally friendly and efficient. The optimizatio design has the guiding significance for the optimization design of the vehicle operation device.

Key words: carriage unloading garbage truck; digital prototyping technology; static si- mulation analysis; motion simulation; optimization design.

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景、目的和意义 1

1.2 车厢可卸式垃圾车研究现状 2

1.2.1 国内研究现状 2

1.2.2 国外研究现状 2

1.3 数字样机技术简介 2

1.4 本文主要研究内容 3

第2章 车厢可卸式垃圾车概述 4

2.1 车厢可卸式垃圾车简介 4

2.2 车厢可卸式垃圾车工作原理 4

2.3 车厢可卸式垃圾车工作流程 5

2.4 本章小结 6

第3章 作业装置结构设计与数字建模 8

3.1 车厢可卸式垃圾车作业装置组成 8

3.2 作业执行机构运动学原理分析 8

3.2.1 装卸厢工况运动学原理 8

3.2.2 垃圾自卸工况运动学原理 10

3.3 作业执行机构受力分析 11

3.4 垃圾厢结构设计及数字建模 14

3.4.1 垃圾厢结构设计 14

3.4.2 垃圾厢数字建模 15

3.4.3 垃圾厢虚拟装配 15

3.5 副车架结构设计与数字建模 16

3.5.1 副车架结构设计 16

3.5.2 副车架数字建模 18

3.5.3 副车架虚拟装配 20

3.6 作业执行机构结构设计与数字建模 21

3.6.1 作业执行机构结构设计 21

3.6.2 作业执行机构数字建模 22

3.7 静力学仿真分析 23

3.7.1 载荷计算 23

3.7.2 有限元分析 23

3.8 本章小结 27

第4章 作业执行机构运动仿真 29

4.1 运动仿真流程 29

4.2 创建运动副 29

4.2.1 装卸厢工况 29

4.2.2 垃圾自卸工况 29

4.3 固定件定义与施加驱动命令 30

4.4 运动模拟 30

4.4.1 装卸厢工况 31

4.4.2 垃圾自卸工况 32

4.5 相关分析 33

4.5.1 装卸厢工况 33

4.5.2 垃圾自卸工况 36

4.6 本章小结 39

第5章 参数优化设计 40

5.1 优化设计简介 40

5.2 优化分析 40

5.2.1 数量关系 40

5.2.2 约束条件与目标函数 41

5.2.3 matlab优化程序编制 41

5.2.4 优化结果 43

5.2.5 优化验证 44

5.3 本章小结 47

第6章 环境影响及经济性分析 48

6.1 环境影响分析 48

6.2 经济性分析 48

第7章 总结与展望 50

7.1 全文总结 50

7.2 研究展望 51

参考文献 52

致 谢 53

第1章 绪论

1.1 研究背景、目的和意义

进入21世纪，经济快速发展，城市化水平不断提高，城市人口尤其是大城市的人口越来越密集。经济的发展为人们生活水平的提高奠定了基础，但物质资料丰富的同时，由此产生的环卫工作者所需要处理的垃圾类别和数量却日渐增多。在城市人口日益密集的情况下，城市的剩余可用空间日趋减少，数量庞大的城市生活垃圾如若得不到快速高效的处理，不仅会对市容市貌产生不良的影响，附近城市居民的健康也会受到其带来的环境污染的威胁。由此，城市的环卫工作对城市居民来说有迫切的需求，对其的要求也会越来越高。因此，垃圾的收集和运输工作都得有环保、可靠以及高效率的保障^[1]。

在近二十多年的时间里，随着科技水平的快速发展，国内外环卫设备的功能也得到了极大的提升，其已经基本具有清洁、收集和转运等功能。垃圾车具有收集和转运的功能，通过它可以将城市里收集到的垃圾从人口密集的城区运到偏远的郊区进行垃圾处理，改善了城区的环境。环卫工人的工作强度也因垃圾车的出现得到了减轻，他们的工作得到了极大的便利。当然，垃圾车作为一种产品，自然促进了相关产业的发展，为这些产业提供了丰富的就业岗位。