碧水一号水面垃圾收集船设计文档格式.docx
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研究了“碧水一号”水面垃圾收集船的系统构成及功能,各零部件的的设计方法以及系统的实现方式。
“碧水一号”垃圾收集船是一种解决水面漂浮垃圾问题的一种新型机械设备,它有操作简便、安全可靠和造价低廉等特点,适合于城市河道、湖泊及风景区等水域环境推广使用。
“碧水一号”水面垃圾收集船主要针对的是城市和风景区河道、湖泊水域的水面垃圾收集。
根据调查和分析,城市和风景区河道、湖泊水域的水面垃圾主要有烂蔬菜、塑料袋、软包装、饮料盒、塑料泡沫等。
所以收集船采用钢丝网翻斗作为垃圾的收集机构,这样易于收集垃圾,而且可以使水从网洞中流走,从而收集的大部分都是垃圾。
因为垃圾很可能堆积在在两侧的江岸、堤坝、湖边及拐角回流区,所以该垃圾收集船采用了一个可以把垃圾从角落拨到垃圾收集水域的可动的挡板引导装置。
为了提高水面垃圾收集的收集效率,船要有连续收集的能力,所以水面垃圾收集船的收集机构采用具有循环工作能力的四杆机构。
另外,为了使船具备在无动力的情况下的收集能力,该水面垃圾收集船采用了一个叶轮,使垃圾进入收集水域。
设计主要包括了水面垃圾收集船的结构,装配,选材,电机选择,以及标准件的选择。
本文对设计中,水面垃圾收集船的结构图,装配图,零件图,都有详细的说明。
关键词:
船垃圾收集漂浮物环境保护
TheDesginofANewWashingMachineOfBearing
Student:
YangfengJiangAdvisor:
Dr.NingChen
SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering
ZhejiangUniversityofScienceandTechnology
Abstract
Thispaperismainlyaboutthedetaileddesign,calculation,verification&
selectionofthefloatingrefusecollectionboat.Itanalyzesthefunctionalrequirementswhichthefloatingrefusecollectionboathavetomeet.Itunderstandstheworkingprinciple,basicstructure,compositionandfunctionsofthesimilarrefusecollectionvessel,anditstudiessystemstructure,function,designmethodsofpartsandtherealizationofthe“greenwaterNO.1”floatingrefusecollectionboat.
“GreenwaterNO.1”floatingrefusecollectionboatisanewtypeofmechanicalequipmenttosolvetheproblemoffloatingrefuseonthewater.Itiseasy-operation,reliableandlowcostandsuitableforurbanrivers,lakesandscenicareasandsoon.“GreenwaterNO.1”floatingrefusecollectionboatisaimedprimarilyatcollectingthefloatingrefuseinurbanandscenicrivers,lakes.Accordingtothesurveyandanalysis,therearerottenvegetables,garbage,plasticbags,flexiblepackaging,beveragebottles,andplasticfoaminurbanandscenicrivers,lakes.Therefore,thefloatingrefusecollectionboatusesasteelmeshdumpastherefusecollectionmechanicalbody,whichcanmaketheboatcollectrefuseeasilyandcanmakethewaterflowawayfromtherefuse,leavingtherefusealone.Becausetherefuseislikelytoaccumulateintheriveronbothsides,thedam,thelakeandthecornerrecirculationzone,therefusecollectionboatuseamovableguidedevicewhichcanmovetherefusefromthecornerofthewaterstotherefusecollectionarea.Inordertoimprovetherefusecollectionefficiencyinthecollectionandmakeitenabletocollectrefusecontinuously,sothisboatusesa4-stickmechanicalbodyasrefusecollectionmechanicalbody.Inaddition,inordertomakeithavethecollectioncapacityinthecaseofnopower,therefusecollectionboatusesanimpellerwhichcanmoverefuseintothecollectionarea.
Thisdesignincludesstructure,assembly,material,electricalchoiceandthechoiceofstandardpartsofthefloatingrefusecollectionboat.Inthispaper,thedesignofthefloatingrefusecollectionboat,assembly,partsmaphavedetailedinstructions.
Keywords:
Boat;
Refusecollection;
Floats;
Environmentprotection
第1章绪论
1.1设计的背景与意义
水是动植物体内和人的身体中不可缺少的物质,可以说,没有水就没有生命的存在。
另外,人类生活中的衣食住行都离不开水。
工农业生产中也不能离开水,水是工农业生产的重要原料。
在农业生产中消耗的淡水量占人类消耗淡水总量的60%—80%,工业上也要用大量的水进行生产。
另外,水在内河与海洋运输上也起着重要作用。
在自然界中淡水量不到水总量的1%。
据21世纪城市水资源国际学术研讨会透露,联合国已经把我国列为世界上13个最缺水的国家之一,目前我国人均用水量是世界人均用水量的30%左右。
目前,水缺乏已成了严重制约我国社会经济发展的“瓶颈”之一。
而据专家预测,到2030年前后,中国用水总量将达到每年7000亿至8000亿立方米,而中国实际可利用的水资源量约为8000亿至9500亿立方米,需水量已接近可利用水量的极限。
由于水资源供给的稳定性和需求的不断增长,使水具有了越来越重要的战略地位。
国外的一些专家指出,估计到21世纪水对人类的重要性将象20世纪石油对人类的重要性一样,成为一种决定国家富裕程度的珍贵商品。
一些世界著名的科学家提醒人们:
一个国家如何对待它的水资源将决定这个国家是继续发展还是衰落。
那些将治理水系作为紧迫任务的国家将占有竞争优势。
如果水资源被污染,人类的健康、经济发展以及生态系统将受到威胁。
自改革开放以来,随着城市经济与建设的发展,风景区旅游业的开发与建设,加上人们环境意识的淡薄,各地河道、湖泊、水库等水资源环境的水面垃圾日益剧增,污染严重(如图1.1和图1.2所示)。
据粗略统计,目前杭州城市河道水面的漂浮垃圾量多达十几吨,这不仅给杭州市市容和环境卫生造成严重损害,而且阻碍船舶的安全航行。
光杭州的水面垃圾数量就如此之巨,更不要说全国的水面垃圾数量。
为此,水面垃圾收集势在必行。
图1.1城市河道污染图1.2运输河道污染
1.2国内外的水面垃圾收集的情况
为解决水面垃圾收集的问题,目前很多地区还是采用利用人工打捞的方式为主(如图1.3所示),以杭州西湖景区为例,景区管理局就要定期叫工作人员进行手工打捞水面垃圾。
这种方法的缺点是其生产效率低、劳动强度大,工作环境恶劣。
此外,目前市场上也出现了一些机械智能化的水面垃圾收集设备。
由于水域不同、垃圾种类不同及回收量的不同,形成了各种类型的水面垃圾收集船。
例如ZS-800型水面清漂船、16.5米水面垃圾收集船等等。
但现在市场上的水面垃圾收集船大都是大型船舶机械,主要用于大范围大面积水域垃圾的收集,其结构复杂,体积庞大,价格昂贵,而且需要专业人士操作,从而不能被广泛地应用于城市河道和风景区水域的垃圾收集作业。
图1.3人工打捞
1.3设计的性质和任务
根据调查和分析,其水面垃圾主要有稻草、烂蔬菜、塑料袋、软包装、饮料盒、塑料泡沫、瓜皮等。
由于受河道过往船只形成的浪涌及潮水的冲击,水面垃圾一般集中在两侧的江岸、堤坝、湖边及拐角回流区,而河道和湖泊的中央几乎没有垃圾,因此要求收集船尺寸小,操作灵活、零航速作业效能好。
针对目前市场上的这一特殊情况,我们机械设计小组设计并制作了“碧水一号”水面垃圾收集船。
本收集船主要适用于城市河道、湖面以及风景区水域。
本作品具有结构设计巧妙、体积小巧,收集方式和操作简单,而且收集效率高,造价低廉等特点,市场前景广阔。
第2章“碧水一号”水面垃圾收集船设计相关基础――虚拟装配技术〔3〕
2.1基本概念
2.1.1虚拟装配
随着经济的全球化和社会的信息化,市场竞争日益激烈。
制造业要在竞争激烈的全球市场求得生存与发展,必须能够更好地满足市场所提出的TQCS要求,即:
要以最短的产品开发周期(Time)、最优质的产品质量(Quality)、最低廉的制造成本(Cost)和最好的技术支持与售后服务(Service)来赢得市场与用户。
面对不可预测、持续发展、快速多变的市场需求,企业的生产活动必须具有高度的柔性,对市场需求的变化做出快速反应。
与此同时,信息技术取得了迅速发展,从而为制造业的信息化发展提供了良好的基础。
8O年代,随着先进制造技术以信息集成为核心的计算机集成制造系统(CIMS)的实施,以及随后提出的计算机虚拟制造技术(VMT),到9O年代时,计算机虚拟制造技术得到了极大重视并得到迅速发展。
随着市场全球化的进程,信息化制造将成为现代制造企业追求的重要目标之。
计算机技术、CAD技术的发展,使得虚拟技术在CAD中的应用,虚拟装配技术得到了产生和发展。
虚拟装配是在计算机上建立起如同真实样机的直观可视化的三维数学几何模型,即虚拟样机,然后通过在计算机构建的虚拟环境中对零件装配情况进行干涉检查。
目前,虚拟装配所采用的是“引用”(或称为“借用”)方法,所谓“引用”,指在实现模型装配时,通过记忆零部件在装配模型中的各自位置,且在需要时才装入组件,而不是将所有组件全部真实送入装配模型。
组件送入装配模型后,装配模型记录的是组件的最新版本(而不是过时版本),当零部件修改后,装配模型会自动地更新。
这样,既节省了大量的工作,也为“并行工程”的开展提供了技术基础,而且还减少了很多的劳动力。
装配模型所引用的各零部件可以储存于各用户的计算机、中心文件服务器或可通过网络的任何地方,使得零图纸和团队协同作业(TeamWork)成为可能。
2.1.2装配关系
根据《机械精度设计基础》[5],可知零件间的装配关系可分为间隙配合、过盈配合、以及过度配合。
尽管产品的装配关系繁杂各异,但在装配形式上,仅有位置和配合两种基本形式。
然而在计算机中却可以通过定位关系描述零部件之间的空间位置关系和配合关系(如图2.1所示),如平面贴合、平面对齐、柱面贴合、点面接触等来进行零件装配。
它描述零部件之间直接的相互关联关系。
配合关系分为刚性和弹性两种。
图2.1装配关系分类
2.1.2装配约束
产品虚拟装配时,零件可分为两种:
一种是基础件,在装配过程中有一个零件是固定不动的,称之为基础件,装配中它不移动也不转动;
其余零件,在装配过程中既移动也转动,称之为浮动件。
浮动件的运动表现为六个自由度:
3个移动,3个转动。
它们在装配中的关系表现为配合约束关系。
在虚拟装配的软件里,分别可采用贴合、齐平和定向(定角度)三种方式约束相互配合的零件约束。
装配约束表现形式有面对面,线对线,点对点等,并通过面对面(限制两个转动和一个移动);
面对点(限制一个移动);
线对线(限制一个转动两个移动);
线对点和点对点(限制两个移动)的约束实现。
2.2基于装配约束的产品设计
2.2.1基于装配约束的CAD设计思想〔6〕
图2.2基于装配约束的CAD设计思想
产品零部件的装配,是产品虚拟设计的关键所在。
针对产品的结构和设计特点,为此提出基于约束的产品设计思想如图2.2所示。
2.2.2基于装配约束的产品CAD设计方法
用户在进行模仿、改造或创新产品设计时,可以利用三维造型软件中模块所提供的造型工具(拉伸、旋转、扫描、放样等)实体零/部件,或引用图库中已有的零部件,通过所提供的装配约束/装配关系描述(配合、表面齐平、对准度、插入)得到装配体。
今后用户可根据需要,通过编辑装配约束,即可得到更改后的产品装配图。
当装配关系和装配约束保持不变,却想改变零件的结构和形状尺寸时,产品装配不会发生变化。
同样,用户可以改变装配约束描述,很快地得到产品爆炸图。
根据人的一般思维习惯,基于装配约束的产品设计理念,支持自顶向下和自底向上两种装配设计方法,确保在设计群体中每个成员的设计从产品设计开始,就被有效地控制在最终产品可装配范围内,从而减少了设计过程中的重复现象,缩短了产品的开发周期。
2.3本设计采用的设计软件――SolidWorks2007
现在,CAD技术已经成为企业在新产品开发过程中的技术保障,它是现代化数字技术产品它具有其他二维软件无法比拟的优势和功能。
要现实的产品的虚拟设计中,常用的三维造型软件有CATIA,PROE,UG,SolidWorks等产品设计软件。
由于常规的AUTOCAD等二维设计软件在设计的产品的各个尺寸中没有约束关系,使得一个尺寸出现差错就全盘失效,难以满足现代产品设计的要求,尤其它们的装配干涉,运动干涉等问题特别突出。
对一个新产品来说,能否占领市场,其生产成本是至关重要的。
如果运用虚拟设计和虚拟装配技术,就可以对新产品的开发进行周密和细致前期设计,技术与方案的整改,以及尺寸的调整。
运用三维造型软件可以避免后续的反复修改,节约大量的时间和资金。
SolidWorks三维造型软件具有功能强大、易学易用和技术创新是的三大特点,使得SolidWorks成为设计者们首选的、公司普及的主流的三维CAD设计造型软件。
SolidWorks能够轻松实现设计者心里想的产品设计方案,而且还能减少设计过程中的错误以及对产品进行优化设计。
在SolidWorks中,当生成新零件时,你可以直接参考其他零件并使其各个零件间保持特有的参数关系。
在装配的环境里,可以方便地修改和组装零部件。
对于超过一万个零部件的大型装配体,SolidWorks也能正常进行零件装配,软件性能不会受影响。
SolidWorks还可以动态地查看装配体的所有运动,并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。
同时SolidWorks还为设计者提供了智能零件技术。
智能零件技术是一种崭新的技术,用智能零件技术可以自动完成重复设计,用来完成诸如将一个标准的螺栓装入螺孔中,而同时按照正确的顺序完成垫片和螺母的装配。
SolidWorks用捕捉配合的智能化装配技术,来加快装配体的总体装配。
智能化装配技术能够自动地捕捉并定义装配关系。
SolidWorks可以直接根据零部件的三维图,可以通过改变其保存的格式,以工程图即二维图纸的形式保存下来,正真实现了三维与二维的转化。
这样能为设计者减少很多画工程图的工作量。
所以水面垃圾收集船的设计思路就采用SlidWorks先画出各零部件的三维实体图,再利用虚拟装配技术,在虚拟装配环境中进行虚拟装配,通过SlidWorks软件中特有的对性能和各项参数进行全面检查的功能,对设计的产品进行模拟检查,然后进行设计优化。
最后把SlidWorks软件中三唯实体图导成标准的工程图即二维图。
第3章机电传动及其控制系统
3.1机电传动
机电传动(又称电力传动或电力拖动)(又称电力传动或电力拖动)就是指以电动机为原动机驱动生产机械的系统之总称,它的目的是将电能转变为机械能,实现生产机械的启动、停止以及速度调节,完成各种生产工艺过程的要求,保证生产过程的正常进行。
单就机电传动而言,它的发展大体上经历了成组拖动,单电机拖动和多电机拖动三个阶段。
所谓成组拖动,就是多台电机拖动一根天轴,然后再由天轴通过皮带轮和皮带分别拖动各生产机械,这种拖动方式生产率低,劳动条件差,一旦电动机发生故障,将造成成组的生产机械停车;
所谓单电动机拖动,就是用一台电动机拖动一台生产机械,它虽较成组拖动前进了一步,但当一台生产机械的一个运动部件较多时,机械传动机构仍然十分复杂;
多电机拖动,即一台生产机械的每一个运动部件分别由一台专门的电动机拖动,例如,龙门刨床的刨台,左右垂直刀架与侧刀架、横梁及其夹紧机构,均分别由一台电动机拖动,这种拖动方式不仅大大简化了生产机械的传动机构,而且控制灵活,为生产机械的自动化提供了有利条件,所以,现代化机电传动基本上均采用这种拖动方式。
本水面垃圾收集船采用的就是多电机传动。
3.2控制系统
控制理论是在产业革命的背景下,在生产和军事需求的刺激下,自动控制、电子技术、计算机科技等多种学科相互交叉发展的产物。
控制系统的发展又随着控制元器件的发展而发展。
随着敏感元件、功放远件的不断更新,以及光栅、磁栅、交流变频等技术的创新与突破,使得电机真正实现了转速可变控制。
从而机电传动控制系统也真正得到了日新月异的发展。
机电传动控制系统主要经历了四个发展阶段:
最早的机电传动控制系统出现在20世纪初,它仅借助于简单的接触器与继电器等控制电器,实现对控制对象的启动、停车以及有级调速等控制,它的控制速度慢,控制精度差;
30年代出现了电机放大机控制,它使控制系统从断续控制发展到连续控制,连续控制系统可以随时检查控制对象的工作状态,并输出量与给定量的偏差对控制对象进行自动调整,它的快速性及其精确度都大大超过了最初的断续控制,并简化了控制系统,减少了电路中的触点,提高了可靠性,使生产效率大为提高;
40年代~50年代出现了磁放大器控制和大功率可控水银整流器控制;
可时隔不久,于50年代末出现了大功率固体可控整流元件—晶闸管,很快晶闸管控制就取代了水银整流器控制,后又出现了功率晶体管控制,由于晶体管、晶闸管具有效率高、控制特性好、反应快、寿命厂、可靠性高、维护容易、体积小、重量轻等优点,它的出现为机电传动自动控制系统开辟了新纪元;
随着数控技术的发展,计算机的应用特别是微型计算机的出现和应用,又使控制系统发展到一个新阶段—采样控制,它也是一种断续控制,但是和最初的断续控制不同,它的控制间隔(采样周期)比控制对象的变化周期短的多,因此,在客观上完全等效于连续控制,它把晶闸管技术与微电子技术、计算机技术紧密地结合在一起,使晶闸管与晶体管控制具有强大的生命力。
20世纪70年代初,计算机数字控制(CNC)系统应用于数控机床和加工中心,这不仅加强了自动化程度,而且提高了机床的通用性和加工效率,在生产上得到了广泛的应用。
工业机器人的诞生,为实现机械加工全盘自动化创造了物质基础。
80年代以来,出现了由数控机床、工业机器人、自动搬运车等组成的统一由中心计算机控制的机械加工自动线—柔性自造系统(FMS),它是实现自动化车间和自动化工厂的重要组成部分。
机械制造自动化高级阶段是走向设计、制造一体化,即利用计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助制造(CAM)形成产品设计和制造过程的完整系统,对产品构思和设计直至装配、试验和质量管理这一全过程实现自动化。
为了实现制造过程的高效率、高柔性、高质量,研制计算机集成生产系统(CIMS)是人们今后的任务。
〔9〕
本设计虽然要实现的自动化要求并不是很高,但该产品也是一个简单的机电一体化产品。
采用的控制系统使用了电子元器件,实现开关量的控制,可谓是对自动化控制系统的一个简单应用。
第4章机械设计简介
整个机械设计是一个复杂的过程。
设计人员必须在这样的领域,如静力学、运动学、动力学和材料力学具有良好的素养,此外,还必须熟悉制造材料和制造工艺。
设计人员必须能够组合所有相关的事实,进行训渭、制作草图和制图来把制造要求传递到车间。
任何产品设计的第一步工作之一是选择用于制造每个部件的材料。
今天的设计人员可得到无数上午。
在选择时,产品的功能、外观、材料成本和制造成本都很重要。
在任何计算之前必须仔细评估材料的性能。
有必要仔细计算以确保设计的有效性。
计算从不出现在图上,而是由各种原因被存起来。
一旦任何一个部件失效,就要弄清楚在最初计算这个有缺陷的零件时做了什么;
而且,从对过去的项目的计算中可以获得一份经验文件。
当需要类似的设计时,过去的记录会有极大的帮助。
计算(和图上尺寸)的检查最为重要。
一个小数点的放错位置可以毁掉一个本来可以接受的项目。
例如,如果一个人要设计一个能支撑100磅的托架,而它本身应该能支撑1000磅,结果肯定会失败。
必须检查再检查设计工作的方方面面。
计算机对于工作人员来说是一个很有用的工具,可以减轻乏味的计算并且对现有数据提供扩展分析。
基于计算机性能的交互系统使计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)成为可能。
通过这样的系统,就可能把一个初步构思传送到打孔纸带用于数字加工控制而无须绘制正式的施工图。
4.1设计准则
在这一部分,有人建议运用创造的态度进行分析,这种分析可以改进以及对设备用产品的构
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