《XZ5110ZYS后装压缩式垃圾车装填机构优化设计_丁继斌.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《XZ5110ZYS后装压缩式垃圾车装填机构优化设计_丁继斌.doc（6页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、?机械制造与研究?丁继斌，XZ5110ZYS后装压缩式垃圾车装填机构优化设计XZ5110ZYS后装压缩式垃圾车装填机构优化设计丁继斌(徐州师范大学工学院机械工程系，江苏 徐州221011 )摘 要：应用优化设计理论，建立了 XZ5110ZYS后装压缩式垃圾车装填机构的数学模型并对其进行了优化设计，结果表明，优化设计数学模型的正确建立，对于改进产品设计方法、提高产 品制造品质有着重要意义 。关键词：垃圾车；装填机构；优化设计中图分类号：U46916 + 91 文献标识码：B文章编号：167125276 (2003) 0620028204Optimize Desig non the Loadi n
2、g Mecha nism of XZ5110ZYSBack2oaded and Compressed Rubbish VehicleDIN GJi2bin(Mecha nical Engin eeri ng Departme nt of Tech no logy In stitute ,Xuzhou Normal University ,JS Xuzhou 221011 ,China)Abstract : This paper applies the theory of optimize design and established the mathematics model for the
3、load2 ing mecha ni sm of XZ5110ZYS rubbish vehicle with back2loaded a nd compressedc on structri on. The results i n2 dicate that the mathematics model is correct. It has significantly improved the design and quality of products. Key words :rubbish vehicle ;loading mechanism;optimize design? 29 ?& C
4、hoa Academe Journal ElcctTMiic PuitlLshiiEg 匕 All rights rescued, httpwww ciiki.ncr?机械制造与研究?丁继斌，XZ5110ZYS后装压缩式垃圾车装填机构优化设计? 29 ?& Choa Academe Journal ElcctTMiic PuitlLshiiEg 匕 All rights rescued, httpwww ciiki.ncr?机械制造与研究?丁继斌，XZ5110ZYS后装压缩式垃圾车装填机构优化设计后装压缩式垃圾车集自动装填与压缩、密封运输和自卸为一体，自动化程度高，提高了垃圾运载 能力，降低了
5、运输成本，避免了二次污染，是收集、 运输城市生活垃圾的理想工具，克服了摆臂式、侧装式等型式的垃圾车容量小、可压缩性差和容易产 生飘、洒、撒、漏二次污染的缺点，是垃圾车的发展 趋势。然而过去产品设计主要是采取经验取值或 测绘的方法，限制了产品整体设计水平的提高。通过优化设计，力求从根本上改善后装压缩式垃圾车 装填机构的性能，提高产品制造品质。1工作原理XZ5110ZYS后装压缩式垃圾车的装填机构工 作原理如图1 ,液压系统如图2,在液压系统的作用 下,通过换向阀的换向，实现滑板的升、降和刮板的 旋转,控制滑板和刮板的各种动作，将倒入装载厢 装填斗的垃圾通过装填机构的扫刮、压实并压入车厢;当压向推
6、板上的垃圾负荷达到预定压力时，由于推板油缸存在有背压，液压系统会使推板自动向 车厢前部逐渐移动，使垃圾被均匀地压缩，工作过1 滑板;2 刮板;3 一刮板油缸;4 滑板油缸图1 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车装填机构工作原理将垃圾倒入装填器，启动油泵电机，液压油经 过粗滤器、开关和油泵进入液压回路，操纵换向阀3，液压油进入刮板油缸的上腔，推动油缸向上运收稿日期:2003208229? 28 ?http : ZZHD. chinajournal. net. cn E2mail : ZZHD chinajournal. 机械制造与自动化动，从而使刮板逆时针转动。当刮板油缸运动到上 止点时回转到
7、位；操纵换向阀4，使液压油进入滑 板油缸的上腔，推动其活塞向下运动，从而使滑板 向下运动；到下止点时停止。至此装填机构完成工 作准备阶段；反向操纵换向阀 3,液压油进入刮板 油缸的下腔，推动其油缸向下运动，使刮板顺时针图2 XZ5110ZYS型后装压缩式垃圾车液压原理图转动,此时刮板开始清扫动作，扒入垃圾，进行初步 地压缩；当刮板顺时针运动到下止点时，停止运动，此时臊纵换向阀4,使液压油进入滑板油缸的下 腔，推动其活塞向上运动，从而使滑板向上运动；滑 板上升，研碎垃圾，对垃圾进行再次压缩；由于卸垃 圾时，推板在推卸料油缸的作用下，将垃圾推出车 厢并由于顺序阀的压力而停留在车厢后部，当垃圾被推入
8、车厢后，推板受到来自滑板油缸施加给垃 圾、并经垃圾传递过来的压力，此压力克服平衡阀的背压，在此过程中，垃圾被又一次压缩并逐步将 推板推向前部；滑板油缸运动到上止点时停止运 动，滑板上升到上止点，即回到初始位置，这样，装 填机构完成一次工作循环。卸料时，操纵换向阀1，使举升油缸将装填厢升起，接着操纵换向阀2，使得推板油缸推挤垃圾，将车厢内的垃圾推出；垃圾推出车厢后，反向操纵换向阀1，举升油缸将装填厢回位。由于背压的作用，推板停留在车厢后 部。反向操纵换向阀1时，举升油缸回位，使得装 填厢复位并锁紧。2装填机构的优化模型在垃圾车的容积、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
9、，对垃圾的压缩程度有着决定性影响的因素有：装填角a的大小、滑板油缸推力的水平分量、滑板油缸在装 填机构上的铰接点位置、刮板油缸的下止点位置和 清扫板对垃圾的预压缩程度。装填机构工作时，刮板油缸首先回缩使刮板动M achi ne B uil di ng & A utomation ，Dec 2003 ，（ 6） : 28231，35作，将垃圾进行预压缩，对其要求为，刮板油缸和刮 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。因此，刮板油缸运动的平稳性就成为设计时 应首先考虑的因素。由图1可以看出，在装填机构的一个工作循环 中，在刮板油缸动作时，滑
10、板油缸保持不动，即滑板 油缸此时应有足够的压力来保证刮板油缸动作的 稳定性和平顺性，当刮板油缸完成预压缩以后，滑板油缸动作，将垃圾压缩、挤压，最终推进车厢。图，图1中滑板油缸L1、刮板油缸L3为主动件，刮 板油缸产生的力 Fa推动刮板BE（从动件）旋转, 受力点为A,方向沿CA ;滑板油缸产生力 Fc,受力 点为C ,方向沿OC ,使滑板B D （从动件）带动刮板? 29 ?& Choa Academe Journal ElcctTMiic PuitlLshiiEg 匕 All rights rescued, httpwww ciiki.ncr?机械制造与研究?丁继斌，XZ5110ZYS后装压
11、缩式垃圾车装填机构优化设计机构一起产生平移运动，Fc产生的水平分力将垃圾推进车厢，产生的垂直分力使整个装填机构沿滑 板轨道上下运动；图3中，XOY为固定坐标系， X oy为活动坐标系；显然，希望L5和ALi尽量 大，Li尽量小;L i越小，整个装填机构占用空间就 越小，就能将空间节省下来，最大限度地使Al 1大,能最大限度地增加滑板油缸伸长量；在车厢后倾角已确定的情况下，装填角a越小，滑板油缸Li 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，应综合考虑滑板油缸推力 的水平和垂直分量，使之达到最佳压实效果。应合 理设计装填角
12、a ,使滑板油缸的水平和垂直推力 满足使用要求。根据上述分析，确定装填机构的优化目标 为1 :a) 工作平稳，在刮板油缸、滑板油缸的有效动 作范围内运动平稳，使液压系统的压力波动尽可能2 L 3 = 23 L 4 L5SinB令 l5 = 3 ，ul3=l3,则由式(1)得刮板L 5转速col与刮板油缸5L 3伸缩速度ul3之比Hi为:叫31L 3H1 = uL =L 3- /L 3=l 4L5 ? sinB在AAOC中：.2 2L3 = Li +L2 -2 L 1 L2 ?cos丫由于在滑板油缸动作时，L3已经为一固定值，可以作为常量处理，故同理可求得滑板油缸转速03l1与其伸缩速度Uli之
13、比H2为：H2 =LiULiL 2(L 2COS丫 - L 1) +(Li COSY - L 2)L iL i L 2sin丫现求弋的表达式，由于在滑板油缸向上运动的1-2010 CliosiJournal hlcctronic Polishing House. All rights rescued.?机械制造与研究?丁继斌，XZ5110ZYS后装压缩式垃圾车装填机构优化设计过程中2为一定值，则在aaoc中，由正弦定理得1-2010 CliosiJournal hlcctronic Polishing House. All rights rescued.?机械制造与研究?丁继斌，XZ5110Z
14、YS后装压缩式垃圾车装填机构优化设计sinY -_L sin (丫 + 2)L iL 1b) 满足使用要求使机构尺寸合理 ，最大限度 利用空间。避免“大马拉小车”和“小马拉大车”现 象。211装填机构运动学分析 如图3所示，在 AABC中，由余弦定理得：2 2 2L 2 = L 2 + L 2 - 2 L 4 L 5 ? COS3(1 )由于L4、L5长度不变，故对(1)求导得：L 2Ljsin2 = sin(180 - 丫 - 2) 由式得：L2COS(丫 + 2)由式(4)、得:1-2010 CliosiJournal hlcctronic Polishing House. All rig
15、hts rescued.?机械制造与研究?丁继斌，XZ5110ZYS后装压缩式垃圾车装填机构优化设计L2Lisinsin丫 - (L2cosr - Li) cos(丫 + 2)/ -LiLi s in(丫 + 2) s in 丫 + (Licosy - L2) cos(y + 2)于是：(L 2COS丫 - L 1)L isinSsinv - ( L?cosy - Li)cos(y + 2)+/小.八小(L icos丫- L2)H2Lis in(丫+ 2)s inY+ (Licosy- L2)cos(y + 2)L1 L 2SinY1-2010 CliosiJournal hlcctronic
16、 Polishing House. All rights rescued.?机械制造与研究?丁继斌，XZ5110ZYS后装压缩式垃圾车装填机构优化设计1-2010 CliosiJournal hlcctronic Polishing House. All rights rescued.?机械制造与研究?丁继斌，XZ5110ZYS后装压缩式垃圾车装填机构优化设计构的目标函数为：f ( Hi)H imaxHiminf ( H2)H2maxH2min? 30 ?http : ZZHD. chinajournal. net. cn E2mail : ZZHD chinajournal. net. cn
17、 机械制造与自动化2.2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：Li、L2、L3、L4、L5、丫、等七个参数。如果要 使装填机构平稳工作，应使这些参数的取值趋于最 合理，由于L3和3是参变量，在优化前其值给定， 因此，优化设计变量为：Li L 2、4、5、丫。2.3分目标函数的建立油缸运动的平稳性可以用速比函数来表示。 即对于刮板油缸运动的平稳性要求可以转化为在 刮板油缸有效运动范围内，使得最大速比 Himax与最小速比Himin的比值尽可能地小。因此，刮板机对于滑板油缸运动的平稳性要求可以转化为 在滑板油缸有效运动范围内，使得最大速比H2max与最小速比H2min的比值
18、尽可能地小。因此，压实 机构的目标函数为：2. 4约束函数的建立装填机构的约束有三类2：结构约束、性能约1-2010 CliosiJournal hlcctronic Polishing House. All rights rescued.?机械制造与研究?丁继斌，XZ5110ZYS后装压缩式垃圾车装填机构优化设计1-2010 CliosiJournal hlcctronic Polishing House. All rights rescued.?机械制造与研究?丁继斌，XZ5110ZYS后装压缩式垃圾车装填机构优化设计束和边界约束。据此建立约束函数式（9）（27）: a）结构约束：工作周期
19、内，先使刮板逆时针旋 转,完成准备工作，当滑板油缸动作，使得刮板油缸 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，应保证刮板油缸 的伸缩使得刮板的旋转平稳、且应在规定的角度范围内转动，于是有：g1( X)=3 0(9)g2(X)=3 0(11)g4（X） = 丫 1L 3min(13)L 3maxg6( x)= 1(15)L 1minL 1maxg8( x)= 0(17)g10 ( X) = L4 0(18)gn (X) = L5 0(19)g12 ( X) = L4+L5 0(20)g13 ( X) = L4 + L 5 L 3(21)g14 ( X) = L1
20、 0(22)g15 ( X) = L2 0(23)g16 ( X) = L2cos(a-y） 384（初始设计尺寸）(24)g17 ( X) = L1 sina 0(26)g19 ( X) = L2 + L 3 L 1(27)2.5优化计算M achi ne B uil di ng& A utomation,Dec 2003 ,(6) :28231 , 35a）初始数据：初选装填角，初步选定滑板油缸 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 术数据列于表1。表1装填机构初始设计数据参数初始数据3与水平面的夹角/ （）* 活：步：；贏: *
21、 -3 _1 tH -初始值39终止值153旋转角度114刮板支架长度L 5/ mm195滑板支架长度L4/ mm758刮板油缸初始长度L 3min/ mm572刮板油缸伸长量AL3/ mm320滑板油缸初始长度L 1/ mm920滑板油缸伸长量L1/mm610L 2/ mm295Y/ (650a/ (o)73b）优化计算过程：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，因此不宜采用必须计算函数梯度的算 法3。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：f （ H） = f （ Hi） ? f （ H2）（28）显然，优化目标函数 f
22、 （ H）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，计算结 果列于表2。Jounial Efcctrin;c Pwinlishing H-onsc- All righls rescued.表2装填机构优化设计结果参数优化后数据滑板油缸初始长度/mm881滑板油缸伸长量/ mm687L 2/ mm302滑板支架长度L 4 / mm821刮板支架长度L 5 / mm340Y / ()45 21a / ()55（下转第35页）?机械制造与研究?曹杰
23、等，切削液环境评价体系与方法的研究根据切削液评价体系的 16个属性，建立有限 个方案多目标决策矩阵的数据库和 16个属性作成 对比较的相对权重的判断矩阵的数据库，以Mi2crosoft SQL Sever7.0 为后台数据库，powerbuild7. 0为前台开发工具，求切削液规范化的决策矩阵、偏好权向量和最优解，以切削液评价方案偏好权向量 式编程为例加以说明。SS 100 ,100 的矩阵说 明数据库是可扩充的和动态的，即根据环境需求，切削液评价体系的属性最多可增加到100个评价方案也可增加到100个。m,n是动态评价方法的 具体值。decimal ss16 ,16 ,w 16 int i
24、,j ,k ,kk double b ,c ,w 16 kk = dw _ 1. rowcount ()* Xyfor i = 1 to 16for j = 1 to 16ssi ,j = dw _ 1. object. datai ,j nextnextfor i = 1 to 16c = 0. 00for j = 1 to 16b = 0.00for k = 1 to 16b = b + ssk ,jnextc= c + ssi ,j/ bnextwi =c/16nextfor i = 1 to 16(上接第31页)3结论在设计装填机构时应考虑其使用状况，尽可能使装填机构工作平稳，满足功能
25、要求，延长使用寿 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，若装填 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。根据表2所示的优化设计结果，可以说明：a)优化计算后，f ( H)值由2. 7降到 1. 01271，说明优化设计模型建立正确，增加了装填机构工作的平稳性；M achi ne B uil di ng & A utomation , Dec 2003 , ( 6) : 32235 dw _ 1. obje
26、ct. datai ,1 = wi nexti =dw _ 1. update ()dw _ 1. retrieve ()4结束语合理的选用切削液，可以减少环境污染和对人 体的伤害，改善金属切削过程中界面磨擦状况，减少刀具和切屑的粘结，抑制积屑瘤和鳞刺的生长，减少工件热变形，保证加工精度，减少切削力，提高 刀具耐用度和生产效率。参考文献：1 Munoz A A and Sheng P1 An analytical approach for determining the environment impact of machining processesJ1Journal of Ma2 teri
27、als Processing Technology ,Nov ,1995.2 Srinivasan M , Sheng P1 Feature2asedprocess planning for envi2 ronmentally conscious machining2Part 1 J 1 Microplanning , Robotics and Computer Integrated Manufacturing , 1999 , ( 15): 2572270.3 Srinivasan M ,Sheng P1Feature2)asedprocessplanning for environ2 me
28、ntally conscious machining2Part 2 J 1 Microplanning , Robotics and Computer Integrated Manufacturing ,1999 ,(15) :271 - 281.4 张月兰1金属切削液M 1上海：上海科学技术出版社,19892 0515 石森森1切削中的摩擦与切削液M1北京冲国铁道出版社, 199420616 徐南荣，钟伟俊1科学决策理论与方法M 1南京：东南大学出 版社,19952121b) 优化设计后的参数在满足使用要求的同时，充分利用了装填箱容积，避免了 “大马拉小车”的现象；c) 达到了在满足设计要求
29、的前提下节约原材 料、降低制造成本的目的；d) 根据本优化设计生产的产品于2003年5月份投放市场，使用效果显示产品具有良好的使用 性能和性能价格比，得到现场技术人员和广大操作 及维修工人的好评。参考文献：1 万耀青，阮宝湘1机电工程现代设计方法M .北京:北京理工 大学出版社,199412 盛金良，李 刚1拉臂式垃圾车工作装置优化设计J .工程机 械,2001 (1) 1陈秀宁1机械优化设计M.杭州:浙江大学出版社,2001 1? 35 ?机械制造与研究?曹杰等，切削液环境评价体系与方法的研究? 35 ?机械制造与研究?曹杰等，切削液环境评价体系与方法的研究 创420也Acadciic Joiinis EIccItmilc Fyfrilishirtg House- All rigtils rescued.httpKvmw cinfcincr? 35 ?