压缩式垃圾车结构设计与研究.doc

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1、全套设计（图纸）加扣扣 194535455压缩式垃圾车结构设计与研究摘要为了解决目前市场上现有的后装压缩式垃圾车压缩垃圾效率较低以及压缩机构寿命短、经常需要维修的问题，本此设计详细论述了一种针对现有的压缩式垃圾车压缩机构的改良方案。论文详细论述了对现有压缩机构的轨迹分析及力学分析过程，并针对这些分析对压缩机构进行的改良，以及对改良后的压缩机构的论证。本设计针对现有垃圾车的压缩机构进行改良，在提升压缩机构寿命的基础上，并没有大幅度地提高压缩机构的体积，因此没有对压缩式垃圾车的结构产生较大影响，对现在的都市垃圾清理工作有较大的意义。关键词： 压缩机构; 三维造型;运动仿真；力学分析Design a

2、nd research about the structure of compression garbage truckAbstract：In order to resolve the problems of current available compression garbage truck such as low efficiency of garbage compression，the short life of the compression mechanism and its need of repair. The design discusses in detail a modi

3、fied program for the compression mechanism of existing compression garbage truck. Paper discusses in detail the trajectory analysis of existing compression mechanism and its mechanical analysis. The improved design is about the existing garbage trucks compression mechanism，To enhance the compression

4、 mechanism life without a substantial increase in the volume of the compression mechanism, so there is no significant impact on the structure of compression garbage truck. It has a larger significance to the present garbage clean-up work of city.Key words：Compression mechanism，Three-dimensional mode

5、ling，Motion simulation，Mechanical analysis目录压缩式垃圾车结构设计与研究1摘要1目录3第1章 前言41.1课题背景41.2垃圾车现状41.3研究的目的和内容41.4设计方法5第二章 常用后装压缩式垃圾车的参数确定及建模62.1 垃圾车的参数确定62.2 基于SolidWorks的垃圾车建模6第三章 对常用垃圾车压缩机构的运动学及结构静力学分析103.1垃圾车的运动学分析103.2 垃圾车的结构静力学分析17第四章 垃圾车压缩机构的结构优化224.1 针对静力学分析后刮板的两种优化方案对比234.2连接件的设计改良及建模264.3不同材料对压缩机构形变的

6、影响284.4总体优化方案33第五章 改良后的垃圾车压缩机构的静力学验证35第六章 总结38致谢39参考文献40第1章 前言1.1课题背景随着我国国民生活水平的不断提高以及城市规模的不断增大，我国的城市垃圾数量也呈几何级数增长。后装压缩式垃圾车在中国已经发展多年，随着城镇化的不断发展，后装压缩式垃圾车早已成为都市垃圾清理必不可少的工具之一，成为清洁用车中必不可少的一份子。而后装压缩式垃圾车的大量基本技术早已趋于成熟，很多城市的垃圾车也都更迭多代。但是，在城市人口越来越多的今天，工作环境与工作量的变化对现代压缩式垃圾车又提出了新的要求，城市需要效率更高，耐用性更强的垃圾车。1.2垃圾车现状现今，

7、中国的压缩式垃圾车主要由老牌的生产商用汽车的厂商生产，他们的后装压缩式垃圾车在中国已经更新换代多年，有着大量的技术积累，很多厂商早已推出极其成熟的垃圾车解决方案。但是直到今天，现有的压缩式垃圾车依旧存在较多的难以解决的问题，如需要人力过多，密封性不强，难以清理等。而城镇化的快速发展，也对后装压缩式垃圾车的改进提出了更高更快的要求。1.3研究的目的和内容1.3.1研究的目的：针对现有的后装压缩式垃圾车进行结构优化，使其能够在无需大幅度提高压缩机构体积的情况下提高压缩机构的使用寿命。1.3.2研究的内容：通过对建模后的垃圾车压缩机构进行运动学及静力学分析，观察其运动过程中内力最大时压缩机构所在的运

8、动位置，并进一步分析在此位置处压缩机构的总体形变和应力应变分布情况，总结出压缩机构的形变及应变应力分布薄弱点，再根据这些薄弱点提出一至二个改良方案，并通过ANSYS分析进行方案对比，最后确定最终优化方案，最后讨论在此优化方案下不同材料改良件的静力学表现，最终得出使用什么材料的压缩机构改良件最好。1.4设计方法通过查阅资料，再结合大学所学的知识以及生活经验，确定后装压缩式垃圾车的类型以及基本参数。通过对垃圾车的结构对比研究，以及对已有的后装压缩机构的SolidWorks建模，并用ADAMS对机构进行受力分析，初步确定压缩机构的改良方案，并针对改良方案进行具体分析，具体设计过程如下：1.4.1.认

9、识后装压缩式垃圾车通过对资料的查阅及购买的环卫用车维修手册，对后装压缩式垃圾车的基本结构及参数有一个大概的了解。并通过详尽的实验室结构手册对后装及压缩机构的运动有一个较为全面的认识。通过互联网及生活经验，分析比较压缩式垃圾车与其他垃圾车的优点及不足，并在了解机构的基础上对垃圾车进行改良。1.4.2构思设计以市场上现有的后装压缩式垃圾车为研究对象，对其后箱的压缩机构有一个全面的认识，并通过SolidWorks对后箱的压缩机构进行建模，在Adams受力分析的基础上对机构进行改良优化，并确保优化后的垃圾车正常运作以及对现有压缩式垃圾车有一定进步。 1.4.3原型初步设计由于本次设计需要对市场已有的垃

10、圾车有充分的了解，因此笨的重点放在对已有的垃圾车的了解上。通过互联、书籍及图书馆资料的查阅，充分了解后装式车的后箱结构、结构的运动情况、基本参数及优缺点。在实验室用简要装置搭建出基本的机构模型，对其进行运动轨迹分析。再用SolidWorks进行3D建模，并通过资料确定各方面的参数，对3D模型进行参数的修改及确定，在此基础上运用ADAMS对压缩机构进行运动学分析，并将这些数据提交指导老师审阅。1.4.4全面设计借助对机构的运动学分析、结构静力学分析及查阅所得资料，对现有的机构进行改良并设计改良部件的基本参数，再对改良后的机构进行建模及结构静力学分析，确保它能够更好地运动。最后对改良机构的可行性进

11、行论证并得出最终的设计结构，交由指导老师审核。第二章 常用后装压缩式垃圾车的参数确定及建模2.1 垃圾车的参数确定通过查阅图书馆资料及上网对比在售压缩式垃圾车的参数得出垃圾车的后箱压缩机构部分的基本参数如下表2-1所示：表2-1垃圾车整体参数7440mm2913mm3480mm刮板400mm49mm推卸油缸行程 3210mm 额定压强 16Mpa起重油缸行程 555mm 额定压强 14Mpa刮板油缸行程 245mm 额定压强 14Mpa后箱载重4000kg2.2 基于SolidWorks的垃圾车建模2.2.1 SolidWorks软件的介绍SolidWorks是Dassault Systeme

12、s S.A旗下的负责机械设计自动化的视窗软件。它遵循易用、稳定和创新三大原则，涉及机械、汽车及航空等领域，在整个国际市场有着极高的市场占有率及良好的用户评价。SolidWorks功能强大，应用繁琐，却依然有着操作简便、逻辑清晰、易学易用的特点。它包括零件图、装配图和工程图三大模块，为用户提供多种不同的设计方案，最大程度地减少了用户在设计过程中的错误并有效地提高了产品质量。2.2.2 基于SolidWorks的垃圾车建模根据现有的垃圾车参数，运用SolidWorks对垃圾车的零部件建模及整体装配如下： 图2-1推卸油缸 推卸油缸采用四段式设计，由大到小的四段行程分别为750mm、785mm、82

13、0mm和855mm，构成总行程为3210mm的一个油缸，它由四个油缸及一个杠杆构成，前后两个连接孔的直径都为30mm。它被装配于推卸板的前方，固定在整个箱体靠车头的部分，用于卸载垃圾车中的垃圾。 图2-2刮板油缸刮板油缸由活塞、缸体、缸盖及杠杆四部分构成，前后两个连接孔直径为30mm，行程为245mm。它被装配于压缩机构中，两个一组，共分两组，分三步运动对压缩箱体内的垃圾进行回收与压缩。图2-3刮板固定件刮板固定件用于连接刮板油缸和升重油缸，它由两个滑槽及两个连接孔构成，两个滑槽在一定程度上约束刮板的运动方向，上方的连接孔用于固定上方压缩油缸的位置，下方的连接孔与起重油缸相连，用于升起后部的压

14、缩箱体。它被固定于压缩箱体中上方，两个连接孔的直径都为30mm。图2-4升重油缸升重油缸由缸盖、缸体、活塞及杠杆四部分构成，前后两个连接孔直径为30mm，行程为555mm。它用于升起压缩箱体，便于垃圾车卸料，被固定在后巷尾部，与后箱和压缩箱体相连接。图2-5刮板 刮板由下部的主件及上方的连接部分构成，刮板的挂垃圾面总面积约两平方米，上方的四个连接孔的直径都为30mm。图2-6刮缸连接件刮缸连接件主要用于连接刮板和上下两组刮板油缸，它与下方的刮板油缸配合以改变刮板的旋转角度，并受上方的刮板油缸带动，刮起并压缩垃圾。它的三个连接孔直径都为30mm，左下方的连接孔与上方的刮板油缸相连，左上方的连接孔

15、与下方的刮板油缸相连，右边的连接孔用于固定刮板的位置。整体垃圾车的总装图如下：图2-7第三章 对常用垃圾车压缩机构的运动学及结构静力学分析 查阅相关资料可知，压缩机构的受力最大位置是在压缩机构的刮板刮起垃圾并压缩垃圾时。此时，压缩机构的刮板角度接近于竖直，以最大的面积压缩垃圾的体积，受力更加均匀，更不易损坏。为验证此结论，得出更加科学的改良方案，下面通过ADAMS运动学分析软件对压缩机构的运动过程及受力情况进行分析。3.1垃圾车的运动学分析3.1.1 Adams软件的介绍ADMS（机械系统动力学分析软件）是美国机械动力公司开发出的虚拟样机分析软件，它是世界上应用范围最广泛、使用行业最多、使用率

16、最高的机械系统动力学仿真软件。它拥有交互式的图形环境、零件库、约束库和力库，包含基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱五大模块。明晰的操作流程不仅可以使初学者运用一般模块对简单的机械结构进行运动学分析，还能让有特别要求的用户对特定的工业技术领域问题进行有效的建模及仿真分析。3.1.1基于SolidWorks的模型导入由于ADAMS的建模功能比较薄弱且不易操作，对一些零件较多、装配复杂的装配体来说尤为困难，座椅在专业建模软件中建立模型并导入ADAMS成为了用户的首选。在倒入模型前，由于在ADMS中可以设定材料并会忽略已有的约束，所以并不需要对装配体进行过多的设置，并且不需要加入销钉等

17、固定件。直接将三维模型另存为*.X_T后缀名的文件，在ADMS中，进行如下选择，便可以成功导入模型。在ADMS导入模型后，便需要对模型进行验证，验证通过后选定材料，确定质量，如下图3-1所示；图3-1然后再次验证模型的正确性，即是否有多余的力于约束，验证成功如下图3-2所示：图3-23.1.2 基于Adams的垃圾车压缩机构动力学分析（1）由于垃圾车的装配零件过多且大部分重复，需要对垃圾车压缩机构的部分零件添加布尔运算，即固定一些零件的相对空间位置，图标如下图3-3所示：图3-3在布尔运算的定义下，对于无相对运动的零件，尤其是相互平行的运动部件，可以大大减少驱动与约束的定义次数，具体操作及结果

18、如下图3-4所示：点击布尔运算图标后，选定左右两个刮缸固定件，确定相对位置：图3-4设置布尔运算在对整个装配体的重复部件施加布尔运算后，ADAMS所显示的零件结构只剩下了7个，便于后续操作的进行。图3-5(2)由于从SolidWorks中添加的约束在导入ADAMS后全部失效，故需要对连接部分重新添加约束。ADAMS所提供的约束包括固定副，转动副、移动副、圆柱副、球副、恒速副、虎克副、螺旋副以及平面副，约束的图标如下图3-6所示：图3-6在本次仿真中，主要用到的是转动副、滑动副以及点线约束，在结构中添加运动副的情况如下图3-7、图3-8、图3-9、图3-10所示：点击转动副图标，再选定相互转动的

19、两个零件，将转动副选定在两零件接触面的连接孔中心。图3-7 下方组刮缸于刮缸连接件相连的转动副 图3-8 刮缸连接件与刮板之间相连的转动副 图3-9 下方组刮缸与刮板之间相连的转动副图3-10轴承与槽之间的点线约束（3）在添加完约束之后，需要对上下四个油缸添加驱动。ADMS包含转动驱动与移动驱动，具体图标及结果如下： 图3-11两种运动副图标图3-12 移动驱动的添加情况在添加驱动时，先选择缸体与杠杆，再将驱动位置添加在活塞底部（活塞与杆件被添加了布尔运算），并定义运动的方向，驱动的添加就完成了。由于在之前对上下两组的缸体与杆件分别施加了布尔运算，所以只需要在上下两组油缸中各添加一个油缸的驱动

20、，就完成了整个压缩机构的驱动设定。在添加完驱动后，还需要对驱动添加ADAMS自带的STEP驱动函数。下面分析一下压缩机构的运动过程：首先，下方的刮缸开始上拉，使刮板上翘，改变刮板的角度，使其利于刮走垃圾。然后，上方的缸杆向下伸长，使刮板靠近压缩箱体底部。之后，下方的缸杆伸长，刮板转动一定角度并固定，向箱体内部刮动垃圾。最后，上方的缸杆收缩，托起并压缩垃圾。根据上述压缩机构的运动过程，输入、调整后最终得出的驱动函数如下：上方油缸：在1020秒下下运动200mm，在3040秒向上运动200mm图3-13上方组液压缸驱动函数下方油缸：在010秒向上收缩70mm，在2030秒向下伸长100mm（为保证

21、刮板趋近于竖直方向）图3-14下方组液压缸驱动函数（4）在确定了驱动函数之后，为压缩机构添加重力及外力。ADAMS自带5种受力模式，包括单向作用力、力的分力（三个方向的力）、普通力的分力（三个方向的力和力矩）、单向力矩以及力矩分力。由于压缩机构上拉垃圾的重量不会超过50kg，而压缩力并没有被告知，本次试验主要目的在于确定在何种状态下压缩机构的受里最大，力的大小采用估算方法。现添加一20000N的较大压缩力，它垂直于刮板的力并在逐渐增大后再逐渐减小。添加的力的函数及结果如下：图3-15力的类型图标图3-16压力驱动函数力的作用时间段为3040秒，受力大小最大为20000N经过设定后的压缩机构的验

22、证及模型如下图所示：图3-17 图3-18总体驱动图（6）分析及结果：运动仿真的结果如下：图3-19 压缩机构的节点受力图图3.19的Y轴表示受力大小，X轴表示运动时间，红、蓝、紫、黑四色线条分别表示节点1、2、4、5的受力过程。节点1、2、4、5的位置如图3-18所示。用过运动学分析，可以观察到刮板及刮板油缸固定件的四个节点的受力大小，在施加20000N的压力后，上方刮板油缸收缩到最大位置时节点的受力最大，节点的最大力为257000N。下面用ANSYS对压缩机构在此运动状态下进行静力学分析。3.2 垃圾车的结构静力学分析由于在ADAMS的仿真分析中，并未对压缩机构安装螺钉等固定装置并对油缸施

23、加外力，仅仅是分析了节点受力情况并得出在何种状态下的压缩机构的受力最大，并不能判断压缩机构在此状态下的薄弱位置并加以改良，现在需要对压缩机构的变形及应力应变进性分析，以此为基础对压缩机构进行改良。故下面将运用ANSYS软件对压缩机构在这一状态下的位置进行静力学分析。3.2.1 ANSYS软件的介绍ANSYS Workbench是ANSYS公司在2002年推出的工程仿真技术集成平台，它为用户提供了全新的项目视图，将整个仿真流程紧密地组合在一起，让用户只需通过简单的拖拽操作即可完成复杂的多物理场分析流程。Workbench包含CAD双向参数连接互动、项目数据自动更新机制、全面的参数管理以及无缝集成

24、的优化设计等工具，它全面、易用以及强大的性能让ANSYS在仿真驱动及产品设计方面达到了新的高度。在Workbench的工具箱中，共分四大部分，即Analysis Systems、Component Systems、Custom Systems和Design Exploration。本次毕业设计所使用的，是Analysis Systems中的Static Structural(结构静力学分析)模块。 图3-21 图3-223.2.2 基于ANSYS的垃圾车压缩结构的结构静力学分析首先，进入Workbench14.0并建立Static Structural工程，将SolidWorks中的垃圾车压缩

25、机构模型以IGS文件导入Static Structural模块，然后对刮板、刮缸固定板以及刮缸连接件进行四面体网格划分设置，并修改网格划分精度与方法，在条件允许下最大程度提高网格的精度，将需要大面积高精度划分的部位设定为简单的四面体划分模式，其余机构则进行默认网格划分，网格划分结果如下：图3-23网格划分图此次网格划分所设定的Relevance(相关性)值为50，Relevance Center(关联中心缺损值)为中等，在接下来的所有实验中，皆采用这两个数值。然后，将刮缸固定板的两个面设定为固定约束。由于是结构静力学分析，还需要对四个刮板油缸的内部施加压强。两组液压缸的固定压强为14Mpa，但

26、这是液压缸在测试状态下的最大压强，并不具有现实意义。根据刮板油缸的受力大小设置刮板油缸压强，并跟据当前压缩机构的运动位置及运动方向设定液压缸的受力方向。力的方向垂直于活塞，且对上面一组液压缸来说，缸杆的受力向上，拉动刮板向上运动。对下面一组液压缸来说，缸体的受力向外，控制刮板角度使其压缩垃圾。根据刮板的重力（结构钢材质的刮板重力为3420N）、刮板受到的压缩力（10000N）的反作用力以及两组刮板油缸相对于地面的角度，可以初略估算出上方组刮板油缸的工作压强为3.9Mpa,下方组刮板油缸的工作压强为4.1Mpa。由于无法得知刮板准确的压缩力大小，在材料允许的情况下，估算刮板在压缩状态下所受压强（

27、拉起重物估算最大重量为50kg并伴随垃圾压缩），为使分析出的结果更加明显以便于结构改良，可取一较大值带入计算。但在液压缸受力及刮板受力力过大的情况下，物体所受压强可能会超过材料的屈服强度。现取一个极大值10000N的力(即抬起1000kg物体所需的力)垂直作用于刮板，最后施加重力，受力结果如下：图3-24结构受力图结构受力图的左边记录了分析模块，分析所用时间等一般参数，黄、红两色的方格表示压缩机构所受的力的种类以及大小，黄色为重力，红色为施加的外力，而力的作用面及方向则在图右标出（其中由于液压缸受的力在缸体内部，固受力面没有表示）。最后根据需要选定ANSYS运算出的变量类型，本次分析研究压缩机

28、构的总体形变量、弹性应变及总体应力的分布，对设定好的垃圾车压缩机构进行分析后出图，结果如下（变形及应力应变量最大为红色，最小为蓝色，颜色越鲜艳值越大）：图3-25总体变形图图3-26弹性应变图图3-27应力分布图由图3-25可知，压缩机构的最大形变量为1.2515mm，处在刮板的中下部位，最小形变量为0mm，处在刮缸固定板下方，从刮缸连接件中部以上皆表示正常。由图3-26可知，压缩机构的最大弹性应变为0.00086327mm/mm，处于上方组刮板油缸的固定位置，最小为7.5553e-18mm/mm，位于刮缸连接件的顶点。搞弹性应变主要分布在两组刮板油缸的底部、刮缸连接件以及刮板的固定位置。由图

29、3-27可知，压缩机构的应力最大值为172.52Mpa,没有超过结构钢的屈服强度，并且由于本次分析改良是以对形变、应变以及应力分布的改善为目标，适当的力有利于观察零件的状态变化并改进零件的结构，故在接下来的实验中压缩力都会采用10000N这一极大值。最大的应力位于刮板与刮缸固定件连接的连接孔处，最小为1.083e-12Mpa，位于刮缸连接板的顶点位置。高应力范围主要分布在刮缸连接件、刮板的固定位置以及滑槽中的轴承上。由上述分析结果可得：（1）垃圾车压缩机构最大的形变集中在刮板正下方中间位置，并向压缩机构上方逐渐递减，最后到连接件转折处以上位置皆为正常。（2）弹性应变集中在刮板与刮板油缸连接处、

30、刮板与刮板连接件连接处、刮板连接件弯折处、上下两组刮板油缸的缸底位置以及上方刮板油缸的固定位置，弹性应变的最大位置在上方组刮板油缸的固定位置。（3）总体应力集中在刮板与刮板油缸连接处、刮板与刮板连接件连接处、刮板连接件弯折处以及上方组刮板油缸的固定位置，尤其是刮板连接件的应力集中比较明显。下面，针对变形量大、高应力以及高应变的位置提出改良方案。第四章 垃圾车压缩机构的结构优化4.1 针对静力学分析后刮板的两种优化方案对比（1）方案的建立及对比由于压缩机构的应力应变分布主要集中在刮板上方的连接孔周围以及刮缸连接件的弯折部分，而压缩机构的形变则主要处于刮板的最下方中心位置。运用控制变量法，分两部分

31、对压缩机构进行优化。首先，通过上章的静力学分析，考虑对刮板连接处的转折处倒角或直接移动连接点的位置，以避免应力过于集中，并对刮板的下方倒角。在相同材料（结构钢）的情况下，得到的方案及分析结果如下：原始的刮板结构：图4-1 改良优化方案如表4-1所示：表4-1方案一：在连接处倒角方案二：移动连接点的位置建模图4-2图4-3总体变形图图4-4形变最大值为1.177mm，仍然处于刮板中下部为，但改变不明显。刮板的下部和刮板的连接位置变形情况与原机构相比改变不大图4-5形变最大值为1.0236mm，刮板下部的最大变形范围产生了扩大，但形变程度却大幅度下降了。整个刮板的中部变形范围明显凸起，但相较于原有

32、的变形情况改变明显。连接件与液压缸的形变有向刮板固定件上方扩散的趋势但，刮板连接件上的形变程度依然明显减少。弹性应变图图4-6最大弹性应变量为0.00532222mm/mm，最大应变量有一定程度的降低，并且在下方组刮缸底部的应变明显减少。最大弹性应变处于刮板与刮缸连接件的连接孔位置，最小弹性应力分布位于刮缸固定件的顶部。图4-7最大弹性因变量为0.0039757mm/mm，处于刮缸固定件与滑槽连接位置，最小弹性应力分布位于刮缸固定件的上方。局部放大图4-8连接机构的应变分布无明显改善，但刮板连接位置的应变分布明显改善，且下方组刮缸后部的弹性应变更加集中，尤其是个别点的应变出现突变，过度不明显。

33、图4-9缸体尾端的弹性应变过渡更加明显，连接机构的应变也明显变小，刮板的弹性应变明显变小。 应力分布图图4-10最大的应力分布为200.03Mpa,集中于刮板油缸与刮缸连接件的连接孔位置。图4-11应力最大为194.58Mpa，集中于刮板油缸连接件与滑槽草的连接位置。局部放大图4-13刮板连接位置的应力分布状况有改善，但应力的最大值提升，应力更加集中，这并不利于连接孔处的零件使用。刮板油缸部分的应力范围没有变化，但应力大小提高了。图4-14缸体尾端的应力无明显变化，连接机构的应力分布范围明显变小，且刮板连接部位的应力得到明显改善。注：变形及应力应变量最大为红色，最小为蓝色，颜色越鲜艳值越大。（

34、2）结论由ANSYS的运算结果可知，采用第一种方案后，压缩机构的总体形变量变大了一点，但形变范围并无太大变化，尤其是刮板的形变并无太大变化，而它的应力分布范围变小，应力值变大，应力更加集中，且主要集中在刮缸连接件上，不利于刮板油缸连接件对刮板的支撑。弹性应变值虽然得到了一定程度的下降，但在下方组的刮板油缸底部出现了突变。而方案2由于移动了刮板上的一个连接位置，使得刮板的总体形变向其中间更加集中了，刮板的大幅度形变由刮板下部直接扩散到了刮板的中部，但刮板的形变量得到大幅度下降，最大性贬值下降了0.2mm左右，这更有利于刮板的使用及垃圾的压缩。而压缩机构的应力应变量也得到了一定程度的改善，虽然最大

35、应力值提高了20Mpa，但分布更加均匀，逐层递减更加合理。相对比较两种改良方案，方案2对刮板主体的形变程度的改善更大，并且对刮板连接部位、连接机构以及液压缸的应力应变变化情况都有改善明显，故选用方案二，即不仅在刮板的连接件的连接处倒角，并且改变了连接点的位置。4.2连接件的设计改良及建模（1）方案的建立及对比通过对连接件的应力情况及外形分析，并且考虑到在缸体的运动的带动下，连接件的受力大小与方向会不断变化，而原有的连接件在结构上存在从直线到曲线的转折，不利于应力应变的消除，所以考虑可以通过倒角及适当地增加厚度来改变这种情况。在材料皆为结构钢的情况下，现有连接件与改良后的连接件方案对比如表4-2

36、所示：表4-2在改变刮板结构的前提下不改变连接件的结构在改变刮板结构的前提下，改变连接件的结构改变的主要构件图4-15图4-16总体形变图图4-17形变最大值为1.0236mm图4-18相较于优化缺前，刮板的形变增大到了1.0386mm，刮板的形变程度增大不明显，和优化前一样，最大形变集中于刮板下部中心位置。形变分层处没有处于连接件的转折处，且相较于优化前，没有向压缩机构上半部分扩散的趋势。弹性应变图图4-19最大弹性因变量为0.00098542mm/mm图4-20压缩机构的最大应变为0.00090087mm/mm弹性应变局部放大图图4-29图4-30连接件的应变最大值减小不明显，但是最大值的

37、位置移动到了上方刮缸的固定处，更有利于滑槽中轴承的稳定。刮缸连接件的弹性应变范围为0.00084011mm/mm6.3628e-18mm/mm，见效明显，并且由于由于没有从直线到曲线的转折，刮缸连接件更不容易折断。应力分布图图4-31应力最大为194.58Mpa图4-32压缩机构的最大应力点减小到了167.09Mpa应力分布局部放大图图4-33图4-34最大应力相较于优化前减少了17Mpa，减小不明显，但它的位置转移到了上方刮缸的固定点出，连接件上的应力减弱明显，最大应力只有37Mpa，并且应力分布范围得到了很好的控制，在滑槽中的轴承处应力也得到改善。注：变形及应力应变量最大为红色，最小为蓝色

38、，颜色越鲜艳值越大。（2）结论由上述ANSYS分析的方案对比图可知，对连接构件进行倒角主要优势在于可以改善连接件的应力应变分布情况，虽然刮板的最大形变，应力应变的最大值都变化不大，但是刮板的形变集中在刮板下部中心位置的很小范围内，对刮板刮起及压缩垃圾影响不大，而连接件的应力应变集中在与刮板连接的连接孔处以及刮缸固定件的转折处，对连接件的使用寿命影响巨大，并且连接件其他部位，尤其是原有连接件弯曲与转折部位的应力应变改善明显，故压缩机构的结构优化方案确定为： 在不改变刮板整体尺寸的的情况下，对刮板的连接转折处进行倒角并移动与刮缸连接件相连的连接孔的位置，最后对连接件整体进行倒角。4.3不同材料对压

39、缩机构形变的影响由于不同材料的刚度、硬度、屈服强度等材料特性的不同，在同样的运动位置及受力情况下，材料的改变会对压缩机构的变形情况产生哪些影响，下面将对结构钢Q250、灰铸铁HT240及304不锈钢三种材料进行比较。(1)连接件及刮板为结构钢的情况：图4-35整体形变图图4-36弹性应变图 图4-37整体应力图当压缩机构的材料为屈服强度为250Mpa的Q250结构钢时：由图4-35可知，压缩机构最大形变量为1.0386mm，主要集中于刮板的下部中心。由图4-36可知，最大弹性应变量为0.00084011mm/mm，位于上方组刮缸的固定位置，其他应变主要集中于连接件的前端连接孔处。由图4-37可

40、知最大应力为167.9Mpa，处在上方组刮缸的固定位置，其他应力主要分布于连接件前端的连接孔处。（2）连接件及刮板为灰铸铁的情况：由于材料改为屈服强度为240Mpa的灰铸铁，其密度发生较大变化，由此对液压缸的工作压强以一下改动：上方组刮板油缸的工作压强为3.7Mpa，下方组刮板油缸的工作压强为3.9Mpa。图4-38整体形变图：。图4-39弹性应变图图4-40整体应力图：在压缩机构的材料为灰铸铁时：由图4-38可知，刮板的最大形变量为1.792mm，相较于结构钢变化巨大。对比结构钢的连接件，其上的变形增大也很明显由图4-39可知，压缩机构的弹性应变的最大值为0.00081778mm/mm,位于

41、下方刮缸连接件的连接孔处。其他弹性形变主要集中在刮板油缸连接件与刮板相连的连接孔上周围以及下方组刮板油缸的末端，相较于结构钢有一定程度的增大。相较于结构钢，灰铸铁连接件的应变面积增大明显，原有的应变主要集中于上方刮板油缸的固定位置，而改变材料后的最大形变集中在刮缸连接件的细薄处以及连接孔周围，刮板连接部位与刮板主体的连接处也出现了明显的应变集中现象。由图4-40可知，压缩机构的最大应力为163.11Mpa，相较于结构钢相较于结构钢减小了4Mpa。灰铸铁的连接机构及刮板的总体应力分布有细微变化。在下方组刮板油缸的应力有向上方扩散的趋势。（3）连接件及刮板为不锈钢的情况 由于不锈钢与结构钢的密度变

42、化不大，故液压缸的工作压强不做改变。整体分析结果如下：图4-41整体形变图图4-42弹性应变图图4-43整体应力图在材料为屈服强度为205Mpa的304不锈钢时：由图4-41可知，压缩机构的最大形变量为1.0736mm，相较于结构钢，刮板的形变极值及形变范围由下向上扩散不明显，并没有灰铸铁那么大的形变量，而连接件上的形变和结构钢相比变化不大。由图4-42可知，压缩机构的最大弹性应变为0.00084062mm/mm,相较于结构钢，压缩机构的弹性应变并无太大变化。由图4-43可知，压缩机构的最大应力为168Mpa，相较于结构钢，压缩机构的整体应力分布并无太大变化。（4）总结通过对三种常用材料的对比

43、，发现使用结构钢的刮板及连接机构在控制形变、应力应变分布方面的优势明显，并且结构钢为工程机械常用材料，故优化后连接件及刮板使用Q250结构钢。4.4总体优化方案通过上述三方面的方案对比，产生了对于压缩机构的优化方案，如下图所示：连接件的优化： 图4-44 优化前连接件结构 图4-45 优化后连接件结构刮板的优化： 图4-46优化前刮板结构 图4-47优化后刮板结构最终压缩机构的装配图：图4-48最终优化图使用结构钢Q250的刮板及刮板连接件。第五章 改良后的垃圾车压缩机构的静力学验证优化前的压缩机构及优化后的压缩机构静力学分析对比如表5-1所示：表5-1优化前优化后压缩机构装配图图5-1图5-

44、2总体形变图图5-3最大形变量为1.2515mm图5-4最大形变量为1.0386mm弹性应变图图5-5最大弹性应变为0.00086327mm/mm图5-6最大弹性应变为0.00084011mm/mm优化效果局部放大图图5-7弹性应变主要分布于刮板的连接位置、刮缸固定件的弯曲处以及下方组刮缸的末端，最大位置在上方组刮板油缸的固定位置。图5-8弹性应变主要的分布在刮缸固定件的末端以及下方组刮缸的末端，最大位置在最上方刮缸额定固定位置。总体应力图图5-9应力的最大值为172.52Mpa图5-10应力的最大值为167.9Mpa优化效果局部放大图图5-11应力主要分布于刮板的连接位置、刮缸固定件的弯曲处

45、以及下方组刮缸的末端，最大位置在最上方刮缸的固定位置。图5-12应力主要的分布在刮缸固定件的下端以及下方组刮缸的末端，最大位置在最上方刮缸的固定位置。注：变形及应力应变量最大为红色，最小为蓝色，颜色越鲜艳值越大。由上方压缩机构压缩后及压缩前的对比图可知：（1）从总体形变看： 刮板的最大形变量降低0.2mm，但是刮板的形变范围并没有改变。优化前，连接机构的大变形量集中在连接件弯曲处，而连接件由直线与曲线构成，这就造成了连接件在转折处极其容易折断。在改良后，由于加大了连接件的宽度并进行倒角处理，使连接件的形变分布更加合理，降低了连接件的折断几率。（2）从弹性应变看：原来存在于刮板连接处的最大弹性应变消失不见了，改良后的最大弹性形变降低了0.00002mm/mm，原有最大弹性形变存在于上方组刮缸的固定位置，改良后的最大弹性形变依然处于这个位置，连接件处的弹性形变量降低明显。尤其是现有的刮缸连接件不存在大角度转折，使其更不易折断。在刮板上的弹性应变基本消失，改良对于刮板的作用明显。（3）从应力分布看最大应力降低5Mpa,最大应力位置由依然处于上方组刮缸连接件的固定位置，刮板主体部分的应力无明显变化，但是刮板连接处的应力分布得到明显改善，刮缸连接件上的应力分布情况，尤其是弯曲转折处也得到了优化。本次的结构改良主要通过在转折处倒角、改变刮板连接孔的位置以及改变连接件的形状完成。由总体形变、弹