城市生活垃圾运载工具图所示。本车型不仅能大大减轻工人的劳动强度，而且能防止装载过程中的垃圾飞扬及污水滴漏，对保障市容环境卫生也具有积极作用。图型后装压缩式垃圾车总图本课题的题目是后装压缩式垃圾车装填机构优化设计，即对推卸料机构进行力学分析，在此基础上，对装填机构进行运动分析，建立其数学模型，对其进行优化设计，最终确定装填机构的有关参数，力求根本上改善装填机构的性能。文中运用的机械优化设计是年代迅速发展起来的种新的设计方法。它应用近代数学规划论和电子计算机，能使项设计在定的技术和物质条件下寻求个技术经济指标最佳的设计方案。它使传统的机械设计方法产生重大的变革，促进现代机械设计理论和方法的发展，获得日益显著的技术和经济效益。本文分析了后装压缩式垃圾车的工作原理及各工作装置，对其各部分进行分析并在此基础上对装填机构进行优化设计，共分为三个部分第章前言。阐述垃圾车历史发展及现状第二章型后装压缩式垃圾车的工作原理及工作装置分析。阐述了后装压缩式垃圾车专用装置的工作原理第三章型后装压缩式垃圾车机构分析及优化设计。介绍了后装压缩式垃圾车的各个机构，对装填机构进行了分析，根据分析结果，对装填机构进行了优化设计。第四章结论。阐述了本课题对垃圾车设计以及环保的意义。第二章型后装压缩式垃圾车专用装置工作原理后装压缩式垃圾车是采用东风型底盘，经加装封闭式车厢填塞装置推卸料机构举升油缸等专用工作装置而组成的新型城市生活垃圾收集运输车。其在装载过程中具有对垃圾的压缩能力，使用推板卸载，卸载过程平稳安全，机械化作业程度高装载量大操作方便外形美观大方等优点，是种较理想的城市生活垃圾运载工具。型后装压缩式垃圾车专用装置工作原理车厢后装压缩式垃圾车的车厢大多采用骨架式结构。车厢的纵截面般为直角梯形。车厢后端的斜角有利于装载厢以定角度把垃圾送入车厢。车厢安装在车架上时，应与车架上平面保持左右向后的倾角，以便车厢内的污水能从后端排除。车厢的横截面般有矩形图和鼓形图两种。矩形鼓形图车厢的横截面从受力角度分析，鼓形截面不仅能承受较大的垃圾横向膨胀力，而且由于形成了顶面左侧面和右侧面个纵向柱面，使得车厢的纵向刚度和扭转刚度得到明显的增强。因此在中小型垃圾车上多采用这种截面，除车厢前后两端外，中部几乎不再需要布置加强梁。但由于鼓形横截面的厢壁成形工艺性较差，因此大多后装压缩式垃圾车仍然采用矩形横截面的型式。车厢的高度和宽度应使整个外廓尺寸符合法则要求。后装压缩式垃圾车的系列化般是按车厢横截面大小分档。即规格的横截面适应定车厢装载容积范围。在同容积范围内采用同规格的推板和装载厢。推板由于车厢内的垃圾车受到强烈的挤压，垃圾的反弹膨胀力作用于厢壁而形成了阻碍厢内垃圾移动的摩擦力，故垃圾不易以车厢倾斜的方式自动卸出，而必须采用强力推卸的方法使垃圾推出厢外。推板的驱动方式般有两种，油缸水平布置油缸斜向布置图油缸直接驱动方式种是多级油缸直接驱动方式。油缸为般水平布置，以获得较高的驱动效率并简化结构,如图。如果油缸水平布置受到纵向尺寸的限制，则可斜向布置如图。但这样布置不但增加了构件受力，而且驱动力的垂直分力作用在导轨上，从而降低了驱动效率。另种推板驱动方式是通过连杆机构放大驱动行程来驱动推板。如果设计合适，在车厢垃圾排空时，推板停留在车厢后部，而且在填装力达到定值时，推板方可被推动向车厢前部退缩，这样可使车厢内的垃圾受压均匀，同时也避免了车厢填不满的情况发生。装载厢和压缩机构装载厢总成是由装载厢体和内部的压缩机构组成。其作用是把垃圾填装到装载厢内进行压碎压实处理，然后再向车厢内挤压。压缩机构般的压缩机构有复合连杆式压缩机构带弧形板复合式压缩机构和滑板式压缩机构三种，而我们所用的是滑板式压缩机构。滑板式压缩机构的工作原理如图所示。滑板由油缸驱动，并沿装载厢侧壁上的导轨作斜向直线往复移动。刮板及与它铰接的刮板驱动油缸均铰接在滑板上，因此刮板既可随滑板起作往复移动又可绕固定在滑板上的铰接中心转动，它与上述的两种压缩机构比较。由于装载厢底部靠车厢的下半段为与滑板运动方向平行的平面,因而在由状态转变为状态时，驱动油缸的全部有效功率将垃圾向车厢内压实，在这个过程中刮板施力方向始终保持不变。滑板压实板刮板清扫板刮板油缸清扫油缸滑板油缸压实油缸图滑板式压缩机构填装角滑板式压缩机构是以个固定的角度来施加斜向挤压力的。如图所示。称为垃圾填装角。是前述的车厢后端的安装斜角。而则是滑板导轨轴线与装配结合面的夹角。因此。填装角般选取左右。图垃圾车的装填角填装斗容积垃圾由装载厢入口倒入其下腔的填装斗后，呈自然堆积状态。其截面如图所示。图中为垃圾的安息角。因此填装斗容积大小的确定应考虑以下几方面因素使用条件即斗内倾倒垃圾的方式。如果垃圾车主要用来收集分散垃圾或袋装垃圾，则填装斗容积可以小些。若主要用来收集桶装垃圾斗装垃圾或手推车装垃圾就要考虑次装桶还是两桶或斗车等等，总之填装容积应与此相适应。填装斗容积还应与车厢总容积相协调，大厢小斗会降低装载效率小厢大斗则造成材料和动力的浪费。此外还应能满足整车总布置和道路条件的要求。图由于在压实油缸动作时，已经为固定值，可以作为常量处理，所以由上式可得现在求的表达式由于在压实油缸向上运动的过程中，为定值，则在中，由正弦定理有由上式得联立式式得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等七个参数。如果要使装填机构够平稳工作，应使这些参数的取值最合理，由于和是参变量，在优化前其值给定，因此，优化设计变量为。分目标函数的建立由式可知，油缸运动的平稳性可以用速比函数来表示。即对于清扫油缸运动的平稳性要求可以转化为在清扫油缸有效运动范围内，使得最大速比与最小速比的比值尽可能地小。因此，清扫机构的目标函数为显然，油缸运动的平稳性可以用速比函数来表示。因此，对于压实油缸运动的平稳性要求可以转化为在压实油缸有效运动范围内，使得最大速比与最小速比的比值尽可能地小。因此，压实机构的目标函数为约束函数的建立装填机构的约束有三类结构约束性能约束边界约束。结构约束工作周期内，先使清扫板逆时针旋转，完成准备工作，当压实油缸动作，使得清扫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，应保证清扫油缸的伸缩使得清扫板的旋转平稳且应在规定的角度范围内转动，于是有工作周期内，先使压实板下降，在清扫板完成预压缩以后，再使压实板上升，对垃圾进行压缩，最终推进车厢，压实油缸的升降使角发生变化，于是有车厢的后倾角为性能约束要求清扫油缸伸出的长度要合理，且应保证油缸的伸出长度使得清扫板不能发生自锁。要求压实油缸伸出的长度要合理，有边界约束优化参数的边界约束要根据实际情况确定，在设计时，应根据实际情况给出些普遍的边界约束条件，在得到结果以后再根据情况进行取舍。基于上述考虑，现设以下边界约束优化计算初始数据初选最不利的装填角为，代入式进行计算，根据计算出的的值，初步选定压实油缸的缸径，再结合压缩比装载厢和车厢总容积，初步确定型后装压缩式垃圾车的有关技术数据如表。优化计算过程显然，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，因此不适宜采用必须计算函数梯度的算法。计算时首先采用乘除法将两个单目标函数统起来，即统目标函数为显然，优化目标函数的值逼近时，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，统目标函数后，采用随机方向搜索法，求得最优解。采用语言编程，程序框图如图，源程序见附录，程序运行过程如下给定设计变量数目,，初始变量的上下限初始步长，步长收敛精度，产生随机方向最大次数随机产生初始点在,区间，利用产生的随机数，随机产生初始点的分量，求得,检验的可行性条件如果满足，则进行下步，否则重新随机产生初始点，直至成为可行的初始点在区间,产生随机数,，得单位随机向量，沿方向迭代，得到新的迭代点检验新的点的可行性如果满足，进行，否则转至检验新点的下降性，计算，若，进行，否则转至,，，继续沿方向迭代，得到新的迭代点，返回如果，则置，进行，否则返回如果，则进行，否则返回如果，则输出最优解，，终止迭代否则将步长减半，即，返回，继续进行迭代。优化设计分析与评估在设计装填机构时应考虑其使用状况，应尽可能使装填机构工作平稳，满足其运动要求，延长其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，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。优化设计的结果如表，对型后装压缩式垃圾车装填机构进行优化设计的结果表明的值由降到，说明优化设计模型建立正确，大大增加了装填机构工作的平稳性通过优化设计后的参数在满足使用要求的同时，减小了机构，避免了大马拉小车的现象，为整车的设计更加合理创造了条件达到了在满足设计要求的前提下节约原材料降低制造成本的目的。表装填机构初始设计数据参数初始数据与水平面的夹角初始值终止值旋转角度清扫板长度压实板长度清扫油缸初始长度清扫油缸伸长量压实油缸初始长度压实油缸伸长量表装填机构优化设计结果参数优化后数据压实油缸初始长度压实油缸伸长量压实板长度清扫板长度第四章结论通过对型后装压缩式垃圾车以下简称垃圾车的分析结果表明在垃圾车的整车基本参数给定，即在车厢容积装载质量和整车总质量确定的情况下，本优化设计的结果能使装填机构能最大限度地将垃圾压缩，并且压缩平稳能获取最大的压缩力，达到了预期的设计目标装填机构