街道護欄清洗機設(shè)計P
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管道清洗機器人的優(yōu)化機構(gòu)設(shè)計摘要:最近,由于垃圾自動收集設(shè)施(即GACF)被廣泛安裝在韓國首爾大都市區(qū),因此對管道中可用的清潔機器人(稱為管道內(nèi)清潔機器人)的興趣正在增加。到目前為止,關(guān)于管道內(nèi)機器人的研究一直專注于檢查而不是清潔。在GACF中,當(dāng)垃圾移動時,我們必須去除粘在管道內(nèi)表面上的雜質(zhì)(直徑:300mm或400mm)。因此,在本文中,通過使用TRIZ(俄語縮寫中的問題解決的發(fā)明理論),我們將提出一種GACF的管道內(nèi)清潔機器人,其具有6連桿滑動機構(gòu),可以調(diào)節(jié)以適合管道的內(nèi)表面使用氣動壓力(不是彈簧)。所提出的用于GACF的管道內(nèi)清潔機器人本身可以具有向前/向后移動以及刷子在清潔中的旋轉(zhuǎn)。機器人本體應(yīng)具有適合直徑為300mm的較小管道的有限尺寸。另外,對于直徑為400mm的管道,機器人的連桿應(yīng)通過滑動機構(gòu)伸展以適應(yīng)管道的直徑?;谑褂肨RIZ的概念設(shè)計,我們將與韓國Robot Valley公司的現(xiàn)場工程師合作,建立機器人的初始設(shè)計。對于管內(nèi)清洗機器人的優(yōu)化設(shè)計,利用機器人與管道內(nèi)表面碰撞的最大沖擊力進行模擬。當(dāng)滑動機構(gòu)的鏈接被拉伸以適合時,RecurDyn進入400毫米直徑的管道。利用基于實驗設(shè)計的ANSYSWorkbench(簡稱DOE),模擬最大沖擊力對滑動機構(gòu)6連桿施加的應(yīng)力。最后,將確定最佳尺寸,包括4個連桿的厚度,以便在本文中具有最佳安全系數(shù)2,并且具有4個連桿的最小質(zhì)量。它將被驗證與Robot Valley,Inc。專家的初步設(shè)計相比,4連桿的最佳設(shè)計具有接近2的最佳安全系數(shù)以及最小質(zhì)量的4個連桿。此外,管道內(nèi)清潔機器人的原型將進一步研究說明。關(guān)鍵詞:管道內(nèi)清潔機器人,6連桿滑動機構(gòu),TRIZ,優(yōu)化設(shè)計,RecurDyn,實驗設(shè)計(DOE),ANSYSWorkbench1引言最近,由于垃圾自動收集設(shè)施(即GACF)被廣泛安裝在韓國首爾大都市區(qū),因此對管道中可操作的清潔機器人(我們將此稱之為機器人管道清潔機器人)的興趣正在增加。 盡管根據(jù)調(diào)查,韓國GACF處于初始階段,但據(jù)報道,通過解決現(xiàn)有手動拾取方式導(dǎo)致的環(huán)境問題(包括公寓之美),居民滿意度較高。 然而,GACF仍然存在設(shè)備安裝費用昂貴,運營費用高,食物垃圾收集率和回收率下降等問題。這意味著GACF需要提高穩(wěn)定運行的技術(shù)技能。到目前為止,韓國垃圾收集的方式如下; 當(dāng)我們把垃圾放在塑料袋里并放在某個地方時,一輛皮卡車會繞過那個區(qū)域并撿起垃圾。 通常垃圾暴露在道路上,而狗,貓或老鼠等通常會損壞垃圾袋。 因此,城市的美麗可能會受到破壞,特別是在夏天。 此外,垃圾袋會導(dǎo)致蒼蠅或有害昆蟲的惡臭。 因此,這種垃圾處理系統(tǒng)可以歸結(jié)為不衛(wèi)生。與目前韓國垃圾處理和拾取系統(tǒng)的這種不方便且不衛(wèi)生的方式相比,GACF具有定期安裝的僅垃圾槽。 在GACF中,管道在地下構(gòu)建,使用戶能夠扔垃圾袋。 將垃圾暫時存放在插槽的底部后,將其連接到與管道連接的存儲區(qū)域。 因此,GACF不需要任何人力來拾取垃圾,并且進一步是環(huán)境友好的系統(tǒng),垃圾不會暴露在外面。與現(xiàn)有的人力和車輛接送方式相比,GACF擁有一個中央收集的設(shè)施,在地下建造的管道中提供約6070km / h的高速運行空氣。 GACF可以根據(jù)垃圾的類型(易燃或不易燃)將垃圾放入垃圾焚燒爐。 加工后的垃圾可以運到集裝箱車輛的最終處置場地。圖1顯示了GACF的關(guān)鍵圖。 圖1 GACF的關(guān)鍵圖如上所述,GACF可以快速收集生活垃圾。 此外,GACF可以將生活垃圾運送到最終處置場所,即垃圾焚燒爐。 具體而言,當(dāng)居民將家庭垃圾扔進GACF的輸入槽時,垃圾通過與收集場地相連的管道運輸。 在收集的場地,GACF操作一個與管道連接的鼓風(fēng)機,并從進氣口吸入空氣,如圖1所示。 此時,根據(jù)氣流,GACF收集生活垃圾。 為了長期穩(wěn)定地維護GACF,管道內(nèi)清潔很重要。 在不久的將來,需要開發(fā)一種具有自動運動的管道內(nèi)清潔機器人,以使管道清潔。 管道清洗機器人的使用可以使管道老化延遲,從而可以降低管道更換成本。到目前為止,關(guān)于管道內(nèi)機器人的研究一直專注于檢查而不是清潔。 例如,Roh等人。 開發(fā)了一種用于地下燃?xì)夤艿赖牟顒域?qū)動管道內(nèi)檢測機器人。 此外,Choi等人。開發(fā)了一種管內(nèi)檢查/清潔機器人,它可以通過使用帶彈簧的輪子粘在管道的內(nèi)表面上,如圖2所示。這種機器人有一個嚴(yán)重的缺點,即機器人可以與 當(dāng)一個輪子在管道的分支點處無效時,管道的內(nèi)表面。圖2管道內(nèi)檢查/清潔機器人(Choi等人)在GACF中,當(dāng)垃圾移動時,我們必須去除粘在管道內(nèi)表面上的雜質(zhì)(直徑:300mm或400mm)。 因此,在本文中,我們將開發(fā)一種GACF管道內(nèi)清潔機器人,其滑動機構(gòu)可以通過氣動壓力(不是彈簧)調(diào)節(jié)到適合管道內(nèi)表面。 所提出的用于GACF的管道內(nèi)清潔機器人本身可以具有向前/向后移動以及清潔時刷子的旋轉(zhuǎn)。 機器人本體應(yīng)具有適合直徑為300mm的較小管道的有限尺寸。 另外,對于直徑為400mm的管道,機器人的連桿應(yīng)通過滑動機構(gòu)伸展以適應(yīng)管道的直徑。 機器人前部有一個攝像頭和一個旋轉(zhuǎn)刷,可同時進行清潔和檢查。 此外,它可以通過使兩個刷子彼此反向旋轉(zhuǎn)來提高清潔效率。本文的結(jié)構(gòu)如下。第二節(jié)通過使用TRIZ(俄語縮寫中的問題解決的發(fā)明理論)解釋了所提出的管道內(nèi)清潔機器人的概念設(shè)計?;谶@種概念設(shè)計,我們將與韓國Robot Valley公司的現(xiàn)場工程師合作,建立機器人的初始設(shè)計。對于管道內(nèi)清潔機器人的優(yōu)化設(shè)計,在第三節(jié)中,當(dāng)滑動機構(gòu)的連桿拉伸到400mm時,使用RecurDyn模擬機器人與管道內(nèi)表面之間的最大碰撞沖擊力。管道直徑。在第四節(jié)中,通過使用ANSYSWorkbench基于最大沖擊力對滑動機構(gòu)的6個連桿施加的應(yīng)力進行模擬。實驗設(shè)計(簡稱DOE)。最后,將確定最佳尺寸,包括4個連桿的厚度,以便在本文中具有最佳安全系數(shù)2,并且具有4個連桿的最小質(zhì)量。第五節(jié)將得出結(jié)論。2.基于TRIZ的管道清洗機器人的基本設(shè)計提出的管道內(nèi)清潔的概念設(shè)計機器人使用TRIZ的6SC執(zhí)行如下:A.(6SC的第1步)圖片中的問題陳述圖3顯示了管道內(nèi)清潔機器人的簡單設(shè)計。 問題是機器人無法裝入直徑為300mm / 400mm的管道,因為根據(jù)兩種類型的管道(直徑為300mm或400mm),它沒有任何可變機構(gòu)。圖3管內(nèi)清潔機器人的簡單設(shè)計B.(6SC的第2步)系統(tǒng)功能分析為了解決上面提出的問題,我們首先進行系統(tǒng)功能分析,如圖4所示在目標(biāo)上,機器人應(yīng)設(shè)計成適合兩種類型的管道(直徑300毫米或400毫米)。 在該圖中,保持機器人的直徑意味著保持機器人的狀態(tài)適合管道。圖4系統(tǒng)功能分析C.(6SC的第3步)理想的最終結(jié)果(IFR)作為IFR,我們建議將機器人設(shè)計成適合較小直徑(即300mm)的管子,然后以可伸縮的形式裝入較大直徑(即400mm)。D.(6SC的第4步)矛盾和分離原則下面的句子可以表示矛盾:“兩個機器人體應(yīng)分別設(shè)計成適合兩種類型的管子(直徑300mm或400mm)。 并且,機器人應(yīng)該被設(shè)計成一個整體?!盀榱苏业矫軉栴}的解決方案,我們在下面的句子中應(yīng)用分離原則:”兩種管道的每個機器人體分別設(shè)計,然后是兩個機器人體 被放在一個機器人身上。E.(6SC的第5步)元素 - 相互作用分析圖5顯示了元素 - 交互分析。 在這個問題中,元素是“機器人的身體”和“管的直徑”。這個圖表明機器人的身體設(shè)計成適合兩個標(biāo)準(zhǔn)直徑(300毫米和400毫米)的管道作為可變機構(gòu)。圖5元素相互作用分析F.(6SC的第6步)問題解決和評估問題的暫定解決方案可以如下:對于兩種類型的標(biāo)準(zhǔn)化管道(300mm或400mm),機器人的直徑需要是可變的。 如圖6所示,本文提出的最終問題解決方案是6連桿滑動機構(gòu),以適應(yīng)直徑為300mm / 400mm的管道。 特別地,在該解決方案中,氣動壓力用于使滑動機構(gòu)配合到管的內(nèi)表面中。 因此,機器人具有三個用于一個滑塊的6連桿滑動機構(gòu),如圖7所示。如該圖所示,管內(nèi)清潔機器人具有總共六個6連桿滑動機構(gòu),即前滑塊3個,后滑塊3個。圖6 6連桿滑動機構(gòu)圖7一個滑塊的三個6連桿滑動機構(gòu)該問題解決方案的評估可以如下進行:當(dāng)三個六連桿機構(gòu)中的一個落入管道的分支點時,使用氣動壓力的六連桿滑動機構(gòu)可以通過保持機器人的直徑來逃離分支點(在其他 單詞,機器人的狀態(tài)適合管道,并且可以穩(wěn)定地移動,因為可以固定三個6連桿機構(gòu)中的兩個,如圖8所示。圖8使用分支點處的氣動壓力評估6連桿滑動機構(gòu)3.使用RECURDYN進行動態(tài)模擬基于第二節(jié)中介紹的管道內(nèi)清潔機器人的概念設(shè)計,圖9中提出了使用氣動壓力的六連桿滑動機構(gòu)的初始設(shè)計,與韓國Robot Valley公司合作。 特別是表1顯示了鏈路1至4的初始設(shè)計的長度和厚度,這些設(shè)計來自機器人谷的設(shè)計專家的經(jīng)驗知識。 對于管道清洗機器人的最佳設(shè)計,最大沖擊沖擊力通過使用RecurDyn(多體動力學(xué))在本節(jié)中模擬機器人與管道內(nèi)表面之間的關(guān)系模擬程序)當(dāng)滑動機構(gòu)的連桿伸展到適合管道直徑400mm時。 特別是選擇直徑為400mm的管道而不是300mm直徑的管道,因為假設(shè)前者具有比后者更大的加速度和更長的位移。圖9采用氣動壓力的六連桿滑動機構(gòu)表格1鏈接的初始設(shè)計Links1234Length (mm)919137145Thickness (mm)105510當(dāng)6連桿滑動機構(gòu)與初始拉伸表1的長度尺寸和厚度由于氣動,適合400毫米直徑的管道它會碰撞壓力(推動滑動連桿,即連桿5)與管道的內(nèi)壁。 那個時候,多體動態(tài)模擬程序,即RecurDyn用于查找機器人之間碰撞的最大沖擊力和管道的內(nèi)表面。 在這個動態(tài)的第一步仿真,6連桿滑動的三維建模使用SolidWorks的機制(如圖9所示)是導(dǎo)入RecurDyn。在此模擬中使用的約束條件RecurDyn是重力,關(guān)節(jié),固定狀態(tài),接觸和彈簧力條件。 重力由g = 9.81m / s2提供在圖10所示的方向上,設(shè)置6個接頭RecurDyn中的Revolute Joints,如圖10所示連接到接頭1的部分是固定的,而下部是固定的連接到第2關(guān)節(jié)不需要約束,以便它可以滑動。圖10關(guān)節(jié)和固定狀態(tài)的約束機器人六個6連桿滑動機構(gòu)的碰撞管道內(nèi)表面只有一個六連桿滑動機構(gòu)為方便起見,在RecurDyn中考慮過。 2個6連桿輪滑動機構(gòu)由內(nèi)部“固體接觸”給出側(cè)面如圖11所示。另外,固體接觸條件是針對固定部件的碰撞而給出的(與接頭1連接)與滑動部分(連接到接頭2)。圖11接觸約束6連桿機構(gòu)的滑動運動由氣動壓力。 但沒有氣動壓力RecurDyn計劃中的約束。 在這個模擬中,我們已賦予彈簧力氣動壓力。 的情況下氣動壓力,6連桿機構(gòu)滑動加速度為2 m / s2。 通過動態(tài)模擬RecurDyn如圖12所示,彈簧力條件彈簧常數(shù)為5 N / mm,彈簧位移為40 mm使6連桿機構(gòu)以1.97m / s2加速度滑動。因此,氣動壓力可以用彈簧力代替常數(shù)5 N / mm,位移40 mm。圖12彈簧力條件圖13顯示了當(dāng)6連桿滑動機構(gòu)與管道內(nèi)側(cè)(直徑400 mm)碰撞時使用RecurDyn模擬的沖擊力。 如該圖所示,機構(gòu)滑動1秒鐘(從彈簧力條件起作用的瞬間)。 然后我們可以看到最大沖擊力約為100N。圖13使用RecurDyn的沖擊力仿真結(jié)果4. 6連桿滑動機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計現(xiàn)在我們處理6連桿滑動的最佳設(shè)計本節(jié)中的管道內(nèi)清潔機器人的機構(gòu)。 首先,最大沖擊力,即通過前一節(jié)中使用RecurDyn的動態(tài)模擬獲得的100N,加載到6輪鏈滑動機構(gòu)的車輪1的點上,如圖14所示(3-D模型) ANSYSWorkbench)。 我們假設(shè)車輪1在動態(tài)模擬中比車輪2更早地與管道內(nèi)側(cè)發(fā)生碰撞,因為車輪1與6車道機構(gòu)的距離比車輪2短。然后使用ANSYSWorkbench進行靜態(tài)分析基于DOE( 也就是說,實驗設(shè)計)以獲得4個設(shè)計變量的最佳尺寸,即如圖15所示的4個鏈節(jié)的厚度。圖14ANSYSWorkbench的三維模型圖15 6連桿滑動機構(gòu)(俯視圖)DOE通常用于通過對給定設(shè)計(或性能測試)問題執(zhí)行最小模擬(或?qū)嶒灒﹣硖崛∽畲笮畔ⅰ?DOE可以幫助確定定量關(guān)于問題中每個設(shè)計(或?qū)嶒灒┮蛩兀ɑ蜃兞浚┑挠绊憽?這導(dǎo)致找到設(shè)計(或?qū)嶒灒┳兞康淖罴阎怠?在6連桿機構(gòu)的設(shè)計中,設(shè)計變量的數(shù)量(統(tǒng)計術(shù)語中的控制因子)是表4中所示的四個等級中的四個。表2顯示了機器人谷的現(xiàn)場工程師的設(shè)計經(jīng)驗所產(chǎn)生的每個因素的水平。 對于這種6鏈路機制,四級四設(shè)計變量的正交陣列(L16)是使用DOE(特別是MINITAB)而不是全256(44)生成的。表2設(shè)計變量的水平LevelFactor1234Link1 Thickness(mm)51038Link2 Thickness(mm)51038Link3 Thickness(mm)51038Link4 Thickness(mm)51038基于表3的正交陣列(L16),使用ANSYSWorkbench對6連桿滑動機構(gòu)進行16次靜態(tài)分析。 4個設(shè)計變量的最優(yōu)值可根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)選擇:(1)6連桿滑動機構(gòu)的安全系數(shù)應(yīng)高達2(現(xiàn)場工程師在機器人設(shè)計中建議最佳安全系數(shù)為2) ),(2)應(yīng)盡量減少機構(gòu)的質(zhì)量。 可以以與多目標(biāo)問題類似的方式指定標(biāo)準(zhǔn)。 因此,該多目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)由等式(1)給出。這里sf1和sf2表示縮放因子。而且,w1和w2是加權(quán)因子。根據(jù)等式(1)選擇適當(dāng)?shù)闹亓亢捅壤蜃又?。由于多目?biāo)標(biāo)準(zhǔn)必須是線性組合函數(shù),因此0.5的值已分配給w1和w2。同時,sf1和sf2的常數(shù)分別由0.5和0.5給出,以便將客觀標(biāo)準(zhǔn)的最大值的上限值設(shè)置為1.根據(jù)DOE,進行了16次分析。圖16顯示了使用ANSYSWorkbench通過靜態(tài)分析執(zhí)行的16個結(jié)果。因此,與其他15組設(shè)計變量相比,表3的最后一列顯示了紅色下劃線的最優(yōu)(對應(yīng)于目標(biāo)函數(shù)的最小值)設(shè)計變量。因此,鏈路1,2,3和4的最佳厚度均為5mm,而鏈路1,2,3和4的初始厚度分別為10mm,5mm,5mm,10mm,如表1所示??梢宰⒁獾?,最優(yōu)設(shè)計(或最佳厚度)具有目標(biāo)函數(shù)的值(即0.09653),包括安全系數(shù)2.7065和質(zhì)量0.145kg,遠小于初始設(shè)計的情況,目標(biāo)值(即0.27631)功能包括安全系數(shù)3.6751和初始質(zhì)量0.241kg的情況,如表3中的第17行(下劃線為藍色)所示。特別是鏈節(jié)的材料是經(jīng)過特殊熱處理的AL 7075-O(ss)。因此,我們可以得出結(jié)論,與Robot Valley,Inc。的專家進行的初始設(shè)計相比,4個鏈路的最佳設(shè)計具有接近2的最佳安全系數(shù)以及具有4個鏈路的最小質(zhì)量。 - 包括具有這些最佳尺寸的6連桿滑動機構(gòu)的管道清潔機器人如圖17所示。該原型機與Robot Valley,Inc。合作進行清潔測試。表3正交陣列圖16使用ANSYSWorkbench進行靜態(tài)分析的結(jié)果之一圖17管內(nèi)清洗機器人的原型,包括最佳尺寸的六連桿滑動機構(gòu)5. 結(jié)論最近,由于垃圾自動收集設(shè)施(即GACF)被廣泛安裝在韓國首爾大都市區(qū),因此對管道內(nèi)清潔機器人的興趣正在增加。在GACF中,當(dāng)垃圾移動時,我們必須去除粘附在垃圾內(nèi)表面的雜質(zhì)管(直徑:300mm或400mm)。因此,在本文中,通過使用TRIZ(俄語縮寫中的問題解決的發(fā)明理論),我們提出了一種GACF的管道內(nèi)清潔機器人,其具有6連桿滑動機構(gòu),可以調(diào)節(jié)以適合管道的內(nèi)表面使用氣動壓力(不是彈簧)。所提出的用于GACF的管道內(nèi)清潔機器人本身可以具有向前/向后移動以及刷子在清潔中的旋轉(zhuǎn)。機器人本體應(yīng)具有適合直徑為300mm的較小管道的有限尺寸。另外,對于直徑為400mm的管道,機器人的連桿應(yīng)通過滑動機構(gòu)伸展以適應(yīng)管道的直徑?;谶@種概念設(shè)計,我們與韓國Robot Valley公司的現(xiàn)場工程師合作,建立了機器人的初始設(shè)計。對于管道內(nèi)清潔機器人的優(yōu)化設(shè)計,當(dāng)滑動機構(gòu)的連桿伸展到適合直徑400mm的管道時,使用RecurDyn模擬機器人與管道內(nèi)表面之間的最大碰撞沖擊力。 。利用基于實驗設(shè)計的ANSYSWorkbench(簡稱DOE),模擬了最大沖力對滑動機構(gòu)6連桿施加的應(yīng)力。最后確定了最佳尺寸,包括4個連桿的厚度,以便在本文中具有最佳安全系數(shù)2,并且具有4個連桿的最小質(zhì)量。經(jīng)驗證,與機器人谷公司專家進行的初步設(shè)計相比,4連桿的最佳設(shè)計具有接近2的最佳安全系數(shù)以及最小質(zhì)量為4連桿。管內(nèi)原型清潔機器人包括具有這些最佳尺寸的6連桿滑動機構(gòu),已經(jīng)與Robot Valley,Inc。合作開發(fā)了清潔測試。為了進一步研究這個原型,現(xiàn)有的清潔工具需要重新設(shè)計成簡單有效的類型,因為其反刷的復(fù)雜機理。管道清洗機器人的優(yōu)化機構(gòu)設(shè)計 摘要:摘要:最近,由于垃圾自動收集設(shè)施(即 GACF)被廣泛安裝在韓國首爾大都市區(qū), 因此對管道中可用的清潔機器人 (稱為管道內(nèi)清潔機器人) 的興趣正在增加。到目前為止,關(guān)于管道內(nèi)機器人的研究一直專注于檢查而不是清潔。在 GACF中,當(dāng)垃圾移動時,我們必須去除粘在管道內(nèi)表面上的雜質(zhì)(直徑:300mm 或400mm) 。 因此, 在本文中, 通過使用 TRIZ (俄語縮寫中的問題解決的發(fā)明理論) ,我們將提出一種 GACF 的管道內(nèi)清潔機器人,其具有 6 連桿滑動機構(gòu),可以調(diào)節(jié)以適合管道的內(nèi)表面使用氣動壓力(不是彈簧) 。所提出的用于 GACF 的管道內(nèi)清潔機器人本身可以具有向前/向后移動以及刷子在清潔中的旋轉(zhuǎn)。機器人本體應(yīng)具有適合直徑為 300mm 的較小管道的有限尺寸。另外,對于直徑為 400mm的管道,機器人的連桿應(yīng)通過滑動機構(gòu)伸展以適應(yīng)管道的直徑?;谑褂?TRIZ的概念設(shè)計,我們將與韓國 Robot Valley 公司的現(xiàn)場工程師合作,建立機器人的初始設(shè)計。對于管內(nèi)清洗機器人的優(yōu)化設(shè)計,利用機器人與管道內(nèi)表面碰撞的最大沖擊力進行模擬。當(dāng)滑動機構(gòu)的鏈接被拉伸以適合時,RecurDyn進入 400 毫米直徑的管道。利用基于實驗設(shè)計的 ANSYSWorkbench(簡稱 DOE) ,模擬最大沖擊力對滑動機構(gòu) 6 連桿施加的應(yīng)力。最后,將確定最佳尺寸,包括 4 個連桿的厚度,以便在本文中具有最佳安全系數(shù) 2,并且具有 4 個連桿的最小質(zhì)量。它將被驗證與 Robot Valley,Inc。專家的初步設(shè)計相比,4 連桿的最佳設(shè)計具有接近 2 的最佳安全系數(shù)以及最小質(zhì)量的 4 個連桿。此外,管道內(nèi)清潔機器人的原型將進一步研究說明。 關(guān)鍵詞:關(guān)鍵詞:管道內(nèi)清潔機器人,6 連桿滑動機構(gòu),TRIZ,優(yōu)化設(shè)計,RecurDyn,實驗設(shè)計(DOE) ,ANSYSWorkbench 1 1 引言引言 最近, 由于垃圾自動收集設(shè)施 (即 GACF) 被廣泛安裝在韓國首爾大都市區(qū),因此對管道中可操作的清潔機器人(我們將此稱之為機器人管道清潔機器人)的興趣正在增加。 盡管根據(jù)調(diào)查,韓國 GACF 處于初始階段,但據(jù)報道,通過解決現(xiàn)有手動拾取方式導(dǎo)致的環(huán)境問題 (包括公寓之美) , 居民滿意度較高。 然而,GACF 仍然存在設(shè)備安裝費用昂貴,運營費用高,食物垃圾收集率和回收率下降等問題。這意味著 GACF 需要提高穩(wěn)定運行的技術(shù)技能。 到目前為止,韓國垃圾收集的方式如下; 當(dāng)我們把垃圾放在塑料袋里并放在某個地方時,一輛皮卡車會繞過那個區(qū)域并撿起垃圾。 通常垃圾暴露在道路上,而狗,貓或老鼠等通常會損壞垃圾袋。 因此,城市的美麗可能會受到破壞,特別是在夏天。 此外,垃圾袋會導(dǎo)致蒼蠅或有害昆蟲的惡臭。 因此,這種垃圾處理系統(tǒng)可以歸結(jié)為不衛(wèi)生。 與目前韓國垃圾處理和拾取系統(tǒng)的這種不方便且不衛(wèi)生的方式相比,GACF具有定期安裝的僅垃圾槽。 在 GACF 中,管道在地下構(gòu)建,使用戶能夠扔垃圾袋。 將垃圾暫時存放在插槽的底部后,將其連接到與管道連接的存儲區(qū)域。 因此,GACF 不需要任何人力來拾取垃圾,并且進一步是環(huán)境友好的系統(tǒng),垃圾不會暴露在外面。 與現(xiàn)有的人力和車輛接送方式相比,GACF 擁有一個中央收集的設(shè)施,在地下建造的管道中提供約 6070km / h 的高速運行空氣。 GACF 可以根據(jù)垃圾的類型(易燃或不易燃)將垃圾放入垃圾焚燒爐。 加工后的垃圾可以運到集裝箱車輛的最終處置場地。圖 1 顯示了 GACF 的關(guān)鍵圖。 圖圖 1 GACF 的關(guān)鍵圖的關(guān)鍵圖 如上所述,GACF 可以快速收集生活垃圾。 此外,GACF 可以將生活垃圾運送到最終處置場所, 即垃圾焚燒爐。 具體而言, 當(dāng)居民將家庭垃圾扔進 GACF的輸入槽時,垃圾通過與收集場地相連的管道運輸。 在收集的場地,GACF 操作一個與管道連接的鼓風(fēng)機,并從進氣口吸入空氣,如圖 1 所示。 此時,根據(jù)氣流,GACF 收集生活垃圾。 為了長期穩(wěn)定地維護 GACF,管道內(nèi)清潔很重要。 在不久的將來, 需要開發(fā)一種具有自動運動的管道內(nèi)清潔機器人, 以使管道清潔。 管道清洗機器人的使用可以使管道老化延遲,從而可以降低管道更換成本。 到目前為止,關(guān)于管道內(nèi)機器人的研究一直專注于檢查而不是清潔。 例如,Roh 等人。 開發(fā)了一種用于地下燃?xì)夤艿赖牟顒域?qū)動管道內(nèi)檢測機器人。 此外,Choi 等人。開發(fā)了一種管內(nèi)檢查/清潔機器人,它可以通過使用帶彈簧的輪子粘在管道的內(nèi)表面上,如圖 2 所示。這種機器人有一個嚴(yán)重的缺點,即機器人可以與 當(dāng)一個輪子在管道的分支點處無效時,管道的內(nèi)表面。 圖圖 2 管道內(nèi)檢查管道內(nèi)檢查/清潔機器人(清潔機器人(Choi 等人)等人) 在 GACF 中,當(dāng)垃圾移動時,我們必須去除粘在管道內(nèi)表面上的雜質(zhì)(直徑:300mm 或 400mm) 。 因此,在本文中,我們將開發(fā)一種 GACF 管道內(nèi)清潔機器人, 其滑動機構(gòu)可以通過氣動壓力 (不是彈簧) 調(diào)節(jié)到適合管道內(nèi)表面。 所提出的用于 GACF 的管道內(nèi)清潔機器人本身可以具有向前/向后移動以及清潔時刷子的旋轉(zhuǎn)。 機器人本體應(yīng)具有適合直徑為 300mm 的較小管道的有限尺寸。 另外,對于直徑為 400mm 的管道,機器人的連桿應(yīng)通過滑動機構(gòu)伸展以適應(yīng)管道的直徑。 機器人前部有一個攝像頭和一個旋轉(zhuǎn)刷,可同時進行清潔和檢查。 此外,它可以通過使兩個刷子彼此反向旋轉(zhuǎn)來提高清潔效率。 本文的結(jié)構(gòu)如下。第二節(jié)通過使用 TRIZ(俄語縮寫中的問題解決的發(fā)明理論)解釋了所提出的管道內(nèi)清潔機器人的概念設(shè)計。基于這種概念設(shè)計,我們將與韓國 Robot Valley 公司的現(xiàn)場工程師合作,建立機器人的初始設(shè)計。對于管道內(nèi)清潔機器人的優(yōu)化設(shè)計,在第三節(jié)中,當(dāng)滑動機構(gòu)的連桿拉伸到 400mm 時,使用 RecurDyn模擬機器人與管道內(nèi)表面之間的最大碰撞沖擊力。管道直徑。在第四節(jié)中,通過使用 ANSYSWorkbench 基于最大沖擊力對滑動機構(gòu)的 6 個連桿施加的應(yīng)力進行模擬。實驗設(shè)計(簡稱 DOE) 。最后,將確定最佳尺寸,包括 4 個連桿的厚度,以便在本文中具有最佳安全系數(shù) 2,并且具有 4 個連桿的最小質(zhì)量。第五節(jié)將得出結(jié)論。 2.基于基于 TRIZ 的管道清洗機器人的基本設(shè)計的管道清洗機器人的基本設(shè)計 提出的管道內(nèi)清潔的概念設(shè)計機器人使用 TRIZ 的 6SC 執(zhí)行如下: A.(6SC 的第 1 步)圖片中的問題陳述 圖 3 顯示了管道內(nèi)清潔機器人的簡單設(shè)計。 問題是機器人無法裝入直徑為300mm / 400mm 的管道,因為根據(jù)兩種類型的管道(直徑為 300mm 或 400mm) ,它沒有任何可變機構(gòu)。 圖圖 3 管內(nèi)清潔機器人的簡單設(shè)計管內(nèi)清潔機器人的簡單設(shè)計 B.(6SC 的第 2 步)系統(tǒng)功能分析 為了解決上面提出的問題,我們首先進行系統(tǒng)功能分析,如圖 4 所示 在目標(biāo)上, 機器人應(yīng)設(shè)計成適合兩種類型的管道 (直徑300毫米或400毫米) 。 在該圖中,保持機器人的直徑意味著保持機器人的狀態(tài)適合管道。 圖圖 4 系統(tǒng)功能分析系統(tǒng)功能分析 C.(6SC 的第 3 步)理想的最終結(jié)果(IFR) 作為 IFR,我們建議將機器人設(shè)計成適合較小直徑(即 300mm)的管子,然后以可伸縮的形式裝入較大直徑(即 400mm) 。 D.(6SC 的第 4 步)矛盾和分離原則 下面的句子可以表示矛盾: “兩個機器人體應(yīng)分別設(shè)計成適合兩種類型的管子(直徑 300mm 或 400mm) 。 并且,機器人應(yīng)該被設(shè)計成一個整體?!盀榱苏业矫軉栴}的解決方案,我們在下面的句子中應(yīng)用分離原則:”兩種管道的每個機器人體分別設(shè)計,然后是兩個機器人體 被放在一個機器人身上。 E.(6SC 的第 5 步)元素 - 相互作用分析 圖 5 顯示了元素 - 交互分析。 在這個問題中, 元素是“機器人的身體”和“管的直徑”。這個圖表明機器人的身體設(shè)計成適合兩個標(biāo)準(zhǔn)直徑(300 毫米和 400毫米)的管道作為可變機構(gòu)。 圖圖 5 元素相互作用分析元素相互作用分析 F.(6SC 的第 6 步)問題解決和評估 問題的暫定解決方案可以如下:對于兩種類型的標(biāo)準(zhǔn)化管道(300mm 或400mm) ,機器人的直徑需要是可變的。 如圖 6 所示,本文提出的最終問題解決方案是 6 連桿滑動機構(gòu),以適應(yīng)直徑為 300mm / 400mm 的管道。 特別地,在該解決方案中,氣動壓力用于使滑動機構(gòu)配合到管的內(nèi)表面中。 因此,機器人具有三個用于一個滑塊的 6 連桿滑動機構(gòu),如圖 7 所示。如該圖所示,管內(nèi)清潔機器人具有總共六個 6 連桿滑動機構(gòu),即前滑塊 3 個,后滑塊 3 個。 圖圖 6 6 連桿滑動連桿滑動機構(gòu)機構(gòu) 圖圖 7 一個滑塊的三個一個滑塊的三個 6 連桿滑動機構(gòu)連桿滑動機構(gòu) 該問題解決方案的評估可以如下進行: 當(dāng)三個六連桿機構(gòu)中的一個落入管道的分支點時, 使用氣動壓力的六連桿滑動機構(gòu)可以通過保持機器人的直徑來逃離分支點(在其他 單詞,機器人的狀態(tài)適合管道,并且可以穩(wěn)定地移動,因為可以固定三個 6 連桿機構(gòu)中的兩個,如圖 8 所示。 圖圖 8 使用分支點處的氣動使用分支點處的氣動壓力評估壓力評估 6 連桿滑動機構(gòu)連桿滑動機構(gòu) 3.使用使用 RECURDYN進行動態(tài)模擬進行動態(tài)模擬 基于第二節(jié)中介紹的管道內(nèi)清潔機器人的概念設(shè)計, 圖 9 中提出了使用氣動壓力的六連桿滑動機構(gòu)的初始設(shè)計,與韓國 Robot Valley 公司合作。 特別是表 1顯示了鏈路 1 至 4 的初始設(shè)計的長度和厚度, 這些設(shè)計來自機器人谷的設(shè)計專家的經(jīng)驗知識。 對于管道清洗機器人的最佳設(shè)計,最大沖擊沖擊力通過使用RecurDyn(多體動力學(xué))在本節(jié)中模擬機器人與管道內(nèi)表面之間的關(guān)系模擬程序)當(dāng)滑動機構(gòu)的連桿伸展到適合管道直徑 400mm 時。 特別是選擇直徑為400mm 的管道而不是 300mm 直徑的管道, 因為假設(shè)前者具有比后者更大的加速度和更長的位移。 圖圖 9 采用氣動壓力的六連桿滑動機構(gòu)采用氣動壓力的六連桿滑動機構(gòu) 表格表格 1 鏈接的初始設(shè)計鏈接的初始設(shè)計 Links 1 2 3 4 Length (mm) 91 91 37 145 Thickness (mm) 10 5 5 10 當(dāng) 6 連桿滑動機構(gòu)與初始拉伸表 1 的長度尺寸和厚度由于氣動,適合 400毫米直徑的管道它會碰撞壓力(推動滑動連桿,即連桿 5)與管道的內(nèi)壁。 那個時候,多體動態(tài)模擬程序,即 RecurDyn用于查找機器人之間碰撞的最大沖擊力和管道的內(nèi)表面。 在這個動態(tài)的第一步仿真,6 連桿滑動的三維建模使用SolidWorks的機制(如圖 9 所示)是導(dǎo)入 RecurDyn。 在此模擬中使用的約束條件 RecurDyn是重力,關(guān)節(jié),固定狀態(tài),接觸和彈簧力條件。 重力由 g = 9.81m / s2 提供在圖 10 所示的方向上,設(shè)置 6 個接頭RecurDyn中的 Revolute Joints,如圖 10 所示連接到接頭 1 的部分是固定的,而下部是固定的連接到第 2 關(guān)節(jié)不需要約束,以便它可以滑動。 圖圖 10 關(guān)節(jié)和固定狀態(tài)的約束關(guān)節(jié)和固定狀態(tài)的約束 機器人六個 6 連桿滑動機構(gòu)的碰撞管道內(nèi)表面只有一個六連桿滑動機構(gòu)為方便起見,在 RecurDyn中考慮過。 2 個 6 連桿輪滑動機構(gòu)由內(nèi)部“固體接觸”給出側(cè)面如圖 11 所示。 另外, 固體接觸條件是針對固定部件的碰撞而給出的 (與接頭 1 連接)與滑動部分(連接到接頭 2) 。 圖圖 11 接觸約束接觸約束 6 連桿機構(gòu)的滑動運動由氣動壓力。 但沒有氣動壓力 RecurDyn計劃中的約束。 在這個模擬中,我們已賦予彈簧力氣動壓力。 的情況下氣動壓力,6 連桿機構(gòu)滑動加速度為 2 m / s2。 通過動態(tài)模擬 RecurDyn如圖 12 所示,彈簧力條件彈簧常數(shù)為 5 N / mm, 彈簧位移為 40 mm 使 6 連桿機構(gòu)以 1.97m / s2 加速度滑動。因此,氣動壓力可以用彈簧力代替常數(shù) 5 N / mm,位移 40 mm。 圖圖 12 彈簧力條件彈簧力條件 圖 13 顯示了當(dāng) 6 連桿滑動機構(gòu)與管道內(nèi)側(cè)(直徑 400 mm)碰撞時使用RecurDyn模擬的沖擊力。 如該圖所示,機構(gòu)滑動 1 秒鐘(從彈簧力條件起作用的瞬間) 。 然后我們可以看到最大沖擊力約為 100N。 圖圖 13 使用使用 RecurDyn的沖擊力仿真結(jié)果的沖擊力仿真結(jié)果 4. 6 連桿滑動機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計連桿滑動機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計 現(xiàn)在我們處理 6 連桿滑動的最佳設(shè)計本節(jié)中的管道內(nèi)清潔機器人的機構(gòu)。 首先,最大沖擊力,即通過前一節(jié)中使用 RecurDyn的動態(tài)模擬獲得的 100N,加載到 6 輪鏈滑動機構(gòu)的車輪 1 的點上,如圖 14 所示(3-D 模型) ANSYSWorkbench) 。 我們假設(shè)車輪 1 在動態(tài)模擬中比車輪 2 更早地與管道內(nèi)側(cè)發(fā)生碰撞,因為車輪 1 與 6 車道機構(gòu)的距離比車輪 2 短。然后使用ANSYSWorkbench 進行靜態(tài)分析基于 DOE( 也就是說,實驗設(shè)計)以獲得 4個設(shè)計變量的最佳尺寸,即如圖 15 所示的 4 個鏈節(jié)的厚度。 圖圖 14ANSYSWorkbench 的三維模型的三維模型 圖圖 15 6 連桿滑動機構(gòu)(俯視圖)連桿滑動機構(gòu)(俯視圖) DOE 通常用于通過對給定設(shè)計(或性能測試)問題執(zhí)行最小模擬(或?qū)嶒灒﹣硖崛∽畲笮畔ⅰ?DOE 可以幫助確定定量關(guān)于問題中每個設(shè)計(或?qū)嶒灒┮蛩兀ɑ蜃兞浚┑挠绊憽?這導(dǎo)致找到設(shè)計(或?qū)嶒灒┳兞康淖罴阎怠?在 6 連桿機構(gòu)的設(shè)計中,設(shè)計變量的數(shù)量(統(tǒng)計術(shù)語中的控制因子)是表 4 中所示的四個等級中的四個。 表 2 顯示了機器人谷的現(xiàn)場工程師的設(shè)計經(jīng)驗所產(chǎn)生的每個因素的水平。 對于這種 6 鏈路機制,四級四設(shè)計變量的正交陣列(L16)是使用 DOE(特別是 MINITAB)而不是全 256(44)生成的。 表表 2 設(shè)計變量的水平設(shè)計變量的水平 Level Factor 1 2 3 4 Link1 Thickness(mm5 10 3 8 Link2 Thickness(mm5 10 3 8 Link3 Thickness(mm5 10 3 8 Link4 Thickness(mm5 10 3 8 基于表 3 的正交陣列(L16) ,使用 ANSYSWorkbench 對 6 連桿滑動機構(gòu)進行 16 次靜態(tài)分析。 4 個設(shè)計變量的最優(yōu)值可根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)選擇: (1)6 連桿滑動機構(gòu)的安全系數(shù)應(yīng)高達 2(現(xiàn)場工程師在機器人設(shè)計中建議最佳安全系數(shù)為2) ) , (2) 應(yīng)盡量減少機構(gòu)的質(zhì)量。 可以以與多目標(biāo)問題類似的方式指定標(biāo)準(zhǔn)。 因此,該多目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)由等式(1)給出。 這里 sf1 和 sf2 表示縮放因子。而且,w1 和 w2 是加權(quán)因子。根據(jù)等式(1)選擇適當(dāng)?shù)闹亓亢捅壤蜃又?。由于多目?biāo)標(biāo)準(zhǔn)必須是線性組合函數(shù),因此 0.5的值已分配給 w1 和 w2。同時,sf1 和 sf2 的常數(shù)分別由 0.5 和 0.5 給出,以便將客觀標(biāo)準(zhǔn)的最大值的上限值設(shè)置為 1.根據(jù) DOE,進行了 16 次分析。圖 16 顯示了使用 ANSYSWorkbench 通過靜態(tài)分析執(zhí)行的 16 個結(jié)果。因此,與其他 15組設(shè)計變量相比,表 3 的最后一列顯示了紅色下劃線的最優(yōu)(對應(yīng)于目標(biāo)函數(shù)的最小值)設(shè)計變量。因此,鏈路 1,2,3 和 4 的最佳厚度均為 5mm,而鏈路 1,2,3和 4 的初始厚度分別為 10mm,5mm,5mm,10mm,如表 1 所示??梢宰⒁獾?,最優(yōu)設(shè)計(或最佳厚度)具有目標(biāo)函數(shù)的值(即 0.09653) ,包括安全系數(shù) 2.7065和質(zhì)量 0.145kg,遠小于初始設(shè)計的情況,目標(biāo)值(即 0.27631)功能包括安全系數(shù) 3.6751 和初始質(zhì)量 0.241kg 的情況,如表 3 中的第 17 行(下劃線為藍色)所示。特別是鏈節(jié)的材料是經(jīng)過特殊熱處理的 AL 7075-O(ss) 。因此,我們可以得出結(jié)論,與 Robot Valley,Inc。的專家進行的初始設(shè)計相比,4 個鏈路的最佳設(shè)計具有接近 2 的最佳安全系數(shù)以及具有 4 個鏈路的最小質(zhì)量。 - 包括具有這些最佳尺寸的 6 連桿滑動機構(gòu)的管道清潔機器人如圖 17 所示。 該原型機與 Robot Valley,Inc。合作進行清潔測試。 表表 3 正交陣列正交陣列 圖圖 16 使用使用 ANSYSWorkbench 進行靜態(tài)進行靜態(tài)分析的結(jié)果之一分析的結(jié)果之一 圖圖 17 管內(nèi)清洗機器人的原型,包括最佳尺寸的六連桿滑動機構(gòu)管內(nèi)清洗機器人的原型,包括最佳尺寸的六連桿滑動機構(gòu) 5. 結(jié)論結(jié)論 最近, 由于垃圾自動收集設(shè)施 (即 GACF) 被廣泛安裝在韓國首爾大都市區(qū),因此對管道內(nèi)清潔機器人的興趣正在增加。在 GACF 中,當(dāng)垃圾移動時,我們必須去除粘附在垃圾內(nèi)表面的雜質(zhì)管(直徑:300mm 或 400mm) 。因此,在本文中,通過使用 TRIZ(俄語縮寫中的問題解決的發(fā)明理論) ,我們提出了一種GACF 的管道內(nèi)清潔機器人,其具有 6 連桿滑動機構(gòu),可以調(diào)節(jié)以適合管道的內(nèi)表面使用氣動壓力(不是彈簧) 。所提出的用于 GACF 的管道內(nèi)清潔機器人本身可以具有向前/向后移動以及刷子在清潔中的旋轉(zhuǎn)。機器人本體應(yīng)具有適合直徑為 300mm 的較小管道的有限尺寸。另外,對于直徑為 400mm 的管道,機器人的連桿應(yīng)通過滑動機構(gòu)伸展以適應(yīng)管道的直徑。基于這種概念設(shè)計,我們與韓國Robot Valley 公司的現(xiàn)場工程師合作,建立了機器人的初始設(shè)計。對于管道內(nèi)清潔機器人的優(yōu)化設(shè)計,當(dāng)滑動機構(gòu)的連桿伸展到適合直徑 400mm 的管道時,使用 RecurDyn模擬機器人與管道內(nèi)表面之間的最大碰撞沖擊力。 。利用基于實驗設(shè)計的 ANSYSWorkbench(簡稱 DOE) ,模擬了最大沖力對滑動機構(gòu) 6 連桿施加的應(yīng)力。最后確定了最佳尺寸,包括 4 個連桿的厚度,以便在本文中具有最佳安全系數(shù) 2,并且具有 4 個連桿的最小質(zhì)量。經(jīng)驗證,與機器人谷公司專家進行的初步設(shè)計相比,4 連桿的最佳設(shè)計具有接近 2 的最佳安全系數(shù)以及最小質(zhì)量為 4 連桿。管內(nèi)原型清潔機器人包括具有這些最佳尺寸的 6 連桿滑動機構(gòu),已經(jīng)與 Robot Valley,Inc。合作開發(fā)了清潔測試。為了進一步研究這個原型,現(xiàn)有的清潔工具需要重新設(shè)計成簡單有效的類型,因為其反刷的復(fù)雜機理。 城市道路鋼護欄清洗箱設(shè)計目 錄目 錄 1第一章 緒論2第二章 總體設(shè)計3 第三章 清洗箱設(shè)計63.1設(shè)計要求63.2設(shè)計參數(shù)63.2.1橫梁73.2.2伸縮桿73.2.3轉(zhuǎn)軸103.2.4軸承的選取10第四章 液壓系統(tǒng)設(shè)計114.1系統(tǒng)的設(shè)計要求114.1.1工況分析114.1.2液壓缸的主要參數(shù)的確定124.2液壓系統(tǒng)圖的擬訂144.2.1液壓回路的選擇144.2.2擬定液壓系統(tǒng)圖154.2.3液壓元件的選擇15 4.3液壓系統(tǒng)的性能驗算17 4.3.1回路壓力損失驗算17 4.3.2系統(tǒng)動作過程分析17設(shè)計總結(jié)19參考文獻20摘要:本文就現(xiàn)有城市道路鋼護欄設(shè)備所存在的一些問題對其進行重新設(shè)計.主要設(shè)計了清洗車清洗箱液壓系統(tǒng)及清洗箱機械結(jié)構(gòu)部分.重點是對其運動所需控制系統(tǒng),機械結(jié)構(gòu)進行設(shè)計計算.包括箱體結(jié)構(gòu)尺寸計算.液壓零件選取等.關(guān)鍵詞: 清洗箱,液壓系統(tǒng),液壓零件.Abstract:This text as to its the current city road steel column equipments a some problem for exsitting proceed design afresh.The main design settles to wash the car washes a liquid presses the system and washes a machine construction the part.Point is as to its exercise need to control the system, the machine construction proceed the design the calculation.Include a construction size calculation.The liquid presses the spare parts selects by examinations etc.Key word: Wash box, the liquid presses the system, the liquid presses the spare parts.第一章 緒論 目前,城市道路隔離帶護欄的清洗多數(shù)是用人工清洗,勞動強度大,效率低,而且還存在著人身安全問題。偶爾也有個別地方在灑水車的側(cè)面或前面加上一個可以低速旋轉(zhuǎn)的毛刷在噴淋情況下刷洗護欄,但是,由于毛刷不能橫向移動,也不能升降運動,所以刷洗面很有限,刷洗效果也欠佳。 城市道路護欄,多為鋼制焊接成各種網(wǎng)格圖案,幾十種形狀及尺寸使鋼護欄難以規(guī)范和統(tǒng)一。近年來,鑄鐵鋼花護欄、不銹鋼護欄也十分普遍。清洗城市道路鋼護欄,一般采用人工刷洗或涂漆蓋污的方法,但由于街道行駛車輛多,人工在此環(huán)境下刷洗很不安全、且洗潔率極低,無法達到城市環(huán)衛(wèi)標(biāo)準(zhǔn)。我國部分城市(如北京,上海,廣州,成都等地)研制使用的護欄清洗車,有如下缺陷:由于車輛行駛線路不能適時與道路曲線平行,無法刷到車行逆向的平面;而多種規(guī)格的網(wǎng)孔花紋圖案加之車速過快,使刷子無法“伸入”網(wǎng)格內(nèi)清洗;凡此種種,最終的洗潔率約為35%。為此,我設(shè)計了采用雙液壓規(guī)避機構(gòu),可橫向與上下升降運動的城市道路鋼護欄清洗車的清洗箱。第二章 總體設(shè)計護欄清洗車由底盤、水罐、清洗液水箱、橫向水平伸縮機構(gòu)、垂直舉升機構(gòu)、柱刷及驅(qū)動機構(gòu)、液壓傳動及控制系統(tǒng)、水路系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)組成,其外形如圖2-1示圖2-1該車采用載重為2.75T的東風(fēng)EQ1061G2D2汽車底盤改制而成,取力器的離合采用推拉軟軸控制,伸縮機構(gòu)手柄、舉升機構(gòu)手柄、水泵控制手柄及柱刷控制手柄均集中分布在駕駛室內(nèi)。整車參數(shù)如下:整車外形尺寸(長寬高):648022002850mm工作尺寸(長寬高):648031003140mm水箱最大容積:3m3水箱額定容積:2.3m3清洗液箱容積:0.1m3液壓系統(tǒng)額定壓力:6.3MPa柱刷橫向伸縮距離:700mm柱刷上下往復(fù)距離:600mm整車整備質(zhì)量:5000kg滿載總質(zhì)量:7800kg工作尺寸(長寬高):648031003140mm水路壓力:0.5MPa清洗道路護欄車速:34km/h發(fā)動機功率:88Kw/2800r/min發(fā)動機額定扭矩:343N.m/15001800r/min輪距(前/后):1750/1586發(fā)動機型號:EQD6102-1型底盤型號:EQ1061G2D2軸距:3650mm水箱及清洗液水箱水箱為鋼板焊接件,設(shè)計最大容積為33,額定容積為2 33,其橫斷面為橢圓形。箱體前左側(cè)呈凹狀缺口,以利于安裝垂直舉升機構(gòu)及柱形毛刷。箱內(nèi)焊接有三道防波板,以減少因行駛時水流對箱的沖擊力。在水箱后頂部設(shè)有人孔及爬梯,以方便對箱體內(nèi)部檢修及清洗工作。水箱內(nèi)部還涂有防銹涂層,以減少水對箱體腐蝕。清洗液水箱利用不銹鋼板焊接而成,能有效避免清洗劑本身對金屬的腐蝕。箱內(nèi)設(shè)計有防波層,其設(shè)計容積為0.1m3。水箱外觀如圖2-2所示:圖2-2清洗液箱采用全不銹鋼焊制,外觀如圖2-3所示:圖2-3液壓油箱采用鋼板焊制而成。清洗箱結(jié)構(gòu)見后。第三章 清洗箱設(shè)計3.1設(shè)計要求 系統(tǒng)工作環(huán)境為城市道路由于外界的影響,所以非常不穩(wěn)定。而且系統(tǒng)由于清洗對象具有多樣性,可以針對不同的護欄進行清洗,所以在設(shè)計時只須確定最大工作強度對其進行校核。3.2設(shè)計參數(shù)系統(tǒng)清洗箱裝配圖主視圖(草圖)如圖3-1所示: 圖3-1其俯視圖(草圖)如圖3-2所示: 圖3-23.2.1橫梁對橫梁,由于安裝尺寸的需要,必須裝上兩馬達且要安裝在兩伸縮桿上,設(shè)計尺寸為長寬高=930150120(mm),用45號鋼機械加工造成,零件圖見附圖。橫梁上只有兩個柱刷清洗系統(tǒng)重量為:G3 =24.502+2070kg由經(jīng)驗可知其強度與剛度遠遠大雨所須強度與剛度,故無須校核。3.2.2伸縮桿對伸縮桿進行設(shè)計校核:由于行程為伸縮距離700mm,故初定尺寸如圖3-3示:圖3-3其尺寸為:長寬高=17808080(mm)工件由45號鋼機械加工而成。對其強度進行校核:其受力圖如圖3-4所示:液壓馬達選取為:ZM-40 ,質(zhì)量:15.68kg。所以有:G橫梁=(930150120)7.8103130kg=1300N 所以G1=G橫梁G馬達G附1300+156.82+N2000N G2=0.08*0.08*1*7.8X103=5000N f=1000N G3=0.08*0.08*0.7*7.8*103=350N由力矩平衡可得平衡方程:f0.8+G11+G20.5=G30.35+FB0.7帶入得:10000.8+20001+5000.5=3500.35+FB0.7解得 FB4182N又FA=FB+G1+G2+G3所以FA=7032N圖3-4故:max=f0.8+20001+5000.5=3050 N.m其中安全系數(shù)為所以滿足設(shè)計強度要求3.2.3轉(zhuǎn)軸對轉(zhuǎn)軸設(shè)計校核: 一般護欄高度為1.2m以下,故設(shè)計時毛刷長度為1400mm,其草圖如圖3-5:圖3-5需要有清潔水與清潔液從轉(zhuǎn)軸中流出,故選擇如上圖所示工件,工件由45號鋼加不銹鋼無縫管焊接而成,中間鉆有一些小孔以便清潔液的流出。故計算是需要有大的保險系數(shù),我們選擇為3。最大摩擦力為F=1000N。則其最大轉(zhuǎn)矩為: 由 所以 故零件尺寸滿足工作需求。3.2.4軸承的選取選用兩種軸承分別為:向心軸承(GB273.3-82)直徑系列為1,寬度系數(shù)為0的正常型軸承。其中 雙向推力軸承(GB273.2-81),直徑系列2。寬度正常的軸承。 其中 第四章 液壓系統(tǒng)設(shè)計4.1 系統(tǒng)的設(shè)計要求此系統(tǒng)主要完成對城市道路鋼護欄的清洗工作。所須完成動作包括橫向水平運動、垂直上下運動與旋轉(zhuǎn)運動。在橫向運動時,由于汽車運動時與護欄的平行度不能保持絕對一致,故柱刷與護欄之間存在碰撞與分離現(xiàn)象,設(shè)計中必須消除這兩種情況的發(fā)生,為此設(shè)計液壓自動規(guī)避裝置。前后兩液壓油缸在壓力作用下可自動發(fā)生規(guī)避。以達到清洗的潔度與保護裝置。液壓系統(tǒng)的工作壓力在一定范圍內(nèi)均為可調(diào),以滿足對不同護欄的清洗工作。由于主要完成清洗工作,故系統(tǒng)精度要求一般。對于系統(tǒng)穩(wěn)定性,因工作環(huán)境差,外界干擾大,故系統(tǒng)的穩(wěn)定性有一定要求。4.1.1 工況分析系統(tǒng)工作時主要工作工況為橫向伸縮、垂直升降、旋轉(zhuǎn)運動。其各部分工作所需最大負(fù)載如表4-1所示:表4-1 工況分析工況負(fù)載組成負(fù)載值負(fù)載/水平移動F=f+f1000+100=1100N1200N垂直升降F=G2000+500+350=2850N3170N旋轉(zhuǎn)M=f.R0.21000=200N.m220N.m 注:、液壓缸的機械效率取0.9 、不考慮滑臺在導(dǎo)桿上的顛覆力作用,不計導(dǎo)套與導(dǎo)桿之間的摩擦。 4.1.2 液壓缸主要參數(shù)的確定 由1液壓傳動與氣壓傳動第二版(華中科技大學(xué)出版社)P270表先選取執(zhí)行元件工作壓力則P1=4MPa水平移動缸由于要使其在一定的壓力下可以自動調(diào)節(jié),所以缸應(yīng)采用兩桿結(jié)構(gòu),因為對稱結(jié)構(gòu)可以在兩端壓力不對稱時調(diào)節(jié)更為快捷與方便。伸縮克服最大力設(shè)定為F1000N,在水平作用時,系統(tǒng)須保持一定的轉(zhuǎn)軸對護欄的壓力,也要使儲能器有一定的壓力以便在儲能器中有一定的液壓油使得當(dāng)在壓力達到一定程度時系統(tǒng)對轉(zhuǎn)軸進行一定的緩沖,從而保護轉(zhuǎn)軸不受到撞擊而受到損壞又要使其能在一定范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié),所以選用一調(diào)壓閥作為背壓閥。調(diào)壓閥最大背壓為:。在工作進油時,因液壓缸工作為可調(diào),故在進油前也必須使用一調(diào)壓閥對伸縮桿對護欄工作壓力進行調(diào)節(jié)。其調(diào)節(jié)壓力為:垂直升降缸,對其進油設(shè)定一單向閥,防止在回油時由于系統(tǒng)自重而使得液壓油回流系統(tǒng)最大壓力為:采用單桿缸系統(tǒng)提供壓力為:所以,液壓缸選取為:水平伸縮缸:采用長江液壓件廠的型號為:d公稱壓力:10MPa液壓缸外徑:mm缸徑: D=80mm 桿徑:d=45.行程:L=800mm 速比:1.46垂直液壓缸:采用首鋼液壓機械廠的型號為:e 缸徑:mm 桿徑:dmm推力:拉力:行程:mm 速比:1.46對于轉(zhuǎn)動馬達,采用天津液壓件廠的觸式通軸馬達;其尺寸如圖4-1所示:圖4-1排量:25(Ml/r) 壓力:.3/MPa 轉(zhuǎn)速范圍:Rmin=30(r/min) R額定1500(r/min) Rmax=2000(r/min)5MPa時轉(zhuǎn)矩:24.50(N.m)容積效率:總效率:質(zhì)量:15.78kg4.2 液壓系統(tǒng)圖的擬訂4.2.1液壓回路的選擇4.2.1.1選擇調(diào)速回路。由系統(tǒng)要求可知,柱刷在清洗過程中對于不同的工作對象需要有不同的轉(zhuǎn)速,所以馬達的轉(zhuǎn)速必須為可調(diào),在轉(zhuǎn)動過程中,轉(zhuǎn)動效率小,轉(zhuǎn)速低,工作負(fù)載的變化在橫向系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)下工作負(fù)載小,故可采用進口節(jié)油。4.2.1.2水平伸縮機構(gòu)。由于用兩個柱刷,排列在同一橫桿上,當(dāng)出現(xiàn)護欄轉(zhuǎn)角或者當(dāng)汽車出現(xiàn)移動路線與護欄之間有一定的角度時,則前后兩伸縮桿之間的壓力將發(fā)生差異,故前后兩伸縮桿分別采用獨立的壓力提供系統(tǒng),使其兩者發(fā)生差異時不會發(fā)生互相干涉。并且當(dāng)不同的情況下兩者可以獨立調(diào)節(jié)以滿足更多的工作場合。在橫向伸縮過程中,由于需要移動的速度非常小,故系統(tǒng)的流量低,壓力低。采用進口節(jié)油,用雙聯(lián)葉片泵的小流量與小壓力泵提供壓力油。在伸縮缸自動調(diào)節(jié)時,為防止在在回油時造成吸入空氣的現(xiàn)象,在出口設(shè)置一儲能器,采用調(diào)壓閥背壓,同時可以進一步保證伸縮缸的工作的穩(wěn)定性。在進口處設(shè)置一可調(diào)先導(dǎo)溢流閥,也可以調(diào)整柱刷對護欄之間的壓力。當(dāng)出現(xiàn)異常情況下時可作為備用系統(tǒng)。4.2.1.3垂直升降機構(gòu)。垂直升降機構(gòu)由于所需壓力大,但在工作時不發(fā)生移動,并不需要提供液壓油設(shè)計為與柱刷馬達由同一泵提供液壓油。采用單向閥可以防止以外情況下升降臺由于自重而發(fā)生壓力油的回流而損壞泵且發(fā)生碰撞的情況發(fā)生。所需提供壓力大,采用出口節(jié)流的調(diào)速方式。4.2.2擬訂液壓系統(tǒng)圖綜合上述分析和所擬訂的方案,將各種回路合理地組合成為該系統(tǒng)的工作原理圖如圖4-2所示:(詳圖見附圖)圖4-24.2.3液壓元件的選擇4.2.3.1液壓泵液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為4MPa,進油壓力損失取為1MPa(調(diào)節(jié)范圍),背壓損失取為0.5MPa,則壓力?。簷M向伸縮缸由于工作壓力小,且移動速度慢,v=1cm/s所以流量為馬達的流量為:根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品目錄,最后確定選取YB-4/25型雙聯(lián)葉片泵.4.2.3.2閥類元件及輔助元件根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類元件的實際流量,可選出這些元件的型號及規(guī)格,表4-2表示了所選出的一種方案。表4-2 各元件選取序號元件名稱估計通過流量/(L.min-1)型號規(guī)格調(diào)節(jié)壓力/MPa1液壓油箱100L2濾油器42XU-J63803雙聯(lián)葉片泵YB-4/256.3MPa25和4L/MPa4二位二通電磁閥30GB2514-AA-02-4-A5單向閥10A-Ha10-L6升降油缸10SDG-80/50A-eL=8007調(diào)壓閥OF3-E6XB18溢流閥1YF3-10L9轉(zhuǎn)軸油馬達15ZM-4010水泵YB-A6B11橫向升縮缸HSGL-63/DE12三位四通電磁閥VE1D-RK/DC36/V/B/CM13油馬達20PV2R1-614蓄能器HXQ-B4.0D4L 耐壓25.5MPa15先導(dǎo)溢流閥FBG-03-124-1114.3液壓系統(tǒng)的性能驗算4.3.1回路壓力損失驗算由于系統(tǒng)的具體管路布置尚未確定,整個回路的壓力損失無法估算,僅只閥類元件對壓力損失所造成的影響可以看得出來,供調(diào)定系統(tǒng)中某些壓力值時參考,這里估算從略。4.3.2系統(tǒng)動作過程分析清洗箱的動作過程見附圖。系統(tǒng)工作流程如圖4-3所示: 圖4-3在調(diào)節(jié)中,各部分調(diào)節(jié)旋扭、開關(guān)均在駕駛室內(nèi),工作人員可以隨時對于壓力,馬達轉(zhuǎn)速,清潔劑提供垂直高度等參數(shù)進行調(diào)節(jié),各部分可分別調(diào)節(jié),也可以同時調(diào)節(jié)。以滿足不同工作環(huán)境對于系統(tǒng)的需要。車的倒后鏡對準(zhǔn)兩柱刷,在橫桿上裝有照明燈,當(dāng)光線不良時打開照明系統(tǒng)以便觀察,便于隨時對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié).在正常情況下,車輛邊行走邊擦洗護欄,遇有特別臟的地方,放慢車速甚至可停下來,直到清洗干凈為止。在清洗過程中,要邊噴水、邊清洗,噴水嘴噴水主要起三方面作用:(1)降溫作用。刷子高速轉(zhuǎn)動,擦洗護欄,使刷毛與刷毛之間、刷毛與護欄之間摩擦起熱,如不進行噴水降溫,將使刷毛變形,損壞材料,影響清洗效果。(2)去塵作用。刷毛是用樹脂做成的,光滑柔軟,用水噴洗刷子,刷毛上的塵土?xí)詣与x去;刷子擦洗完護欄,護欄上仍留有擦起來但未離去的灰塵,用水噴洗護欄,灰塵就會隨水流走。(3)壓塵作用。噴水清洗,塵土不會飛揚,作業(yè)環(huán)境得到改善,清洗效果得到保證。設(shè)計總結(jié)近三個月的畢業(yè)設(shè)計終于結(jié)束了,通過這些天的設(shè)計學(xué)習(xí),自己的專業(yè)知識和獨立思考問題的能力有了很大的提高,對我走向社會從事專業(yè)工作有著深遠的影響?,F(xiàn)在就談?wù)剬Ρ敬萎厴I(yè)設(shè)計過程中的認(rèn)識和體會。首先,我學(xué)會了查閱資料和獨立思考。我的課題是城市道路鋼護欄清洗車清洗箱設(shè)計。當(dāng)開始拿到畢業(yè)設(shè)計題目時,心里面是一片迷茫,不知從何入手,幸好在趙老師的指導(dǎo)下及時理清了頭緒,避免了走很多的彎路。認(rèn)真翻閱相關(guān)資料,由于圖書館相關(guān)資料非常少,并且在Internet上也很少有相關(guān)資料的發(fā)布,所以同時也學(xué)會了怎樣檢索文件,這也是此次設(shè)計的一個收獲之一在設(shè)計過程中,我有進入公司參加工作,在工作過程中,我通過對相關(guān)知識的接觸與思考,學(xué)會了日式設(shè)計風(fēng)格:通用性,獨立性的設(shè)計手法在設(shè)計中多處用到很多的通用元件,使得系統(tǒng)在制造過程中的制作過程更加的方便,同時獨立設(shè)計手法可以讓系統(tǒng)更加的便于維護與使用方便了在使用過程中對于問題出現(xiàn)的處理進行結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計。由于圖冊上已有一定的結(jié)構(gòu),我要做的結(jié)構(gòu)方面就只是把尺寸確定下來,然后把自己的一些思想設(shè)計進去,做適當(dāng)?shù)母倪M。使結(jié)構(gòu)更合乎門口要求。每一個設(shè)計都是一個創(chuàng)新、完善的過程。在設(shè)計過程中運用所掌握的知識,發(fā)揮自己的想象力,完美原有的結(jié)構(gòu)。這個過程也是一個學(xué)習(xí)的過程。其次,認(rèn)識到實踐的重要性。這次設(shè)計我做了很多重復(fù)工作、無用功,但是這些重復(fù)工作和無用功積累了設(shè)計經(jīng)驗。同時也認(rèn)識到設(shè)計不能只在腦子里想其結(jié)構(gòu)、原理,必須進行實際操作。另外,也應(yīng)從多個角度來思考問題的所在,嘗試其它的方法,以求找到最佳方法,因為即使想的很完美,但到實際的設(shè)計時會遇到很多想不到的實際問題。在設(shè)計的過程中,也出現(xiàn)了一些客觀不足的問題,就是模具結(jié)構(gòu)、注射機只能靠想象,沒有實踐條件,不能根據(jù)實際的情況來作合適、客觀地修改,這樣做出來的,難免有些缺點和不足,由于諸多原因,本次設(shè)計存在一些不足和有待改善的地方,希望老師能夠提出寶貴修改意見。最后,衷心感謝劉教授、招老師、陳老師對我的悉心指導(dǎo),使我在大學(xué)里最后一段時間里學(xué)習(xí)到了很多有用的東西。參考文獻1 何存興主編液壓傳動與氣壓傳動武漢:華中科技大學(xué)出版社,20002 雷天覺主編新編液壓工程手冊北京:北京理工大學(xué)出版社,2002.13 楊培元,朱福元主編液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊北京:機械工業(yè)出版社,1999.12重印4 合肥通用機械研究所編閥門產(chǎn)品樣本北京:機械工業(yè)出版社,2002.115 中國石油物資公司編軸承手冊北京:石油工業(yè)出版社,1991.56 吳根茂主編機械設(shè)計手冊北京:機械工業(yè)出版社,2002.117 路甬祥主編液壓氣動技術(shù)手冊北京:機械工業(yè)出版社20
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