1、 毕 业 设 计城市洒水车的多功能机械臂架设计Design of Multifunctional Machinery Arm frame for Urban Sprinkler专业 机械设计制造及其自动化I摘要洒水车又称为喷洒车，多用于各种路面冲洗、绿化带浇灌。目前国内使用洒水车在浇灌绿化带时，多用水炮或手持外接喷枪来完成，需人工操作来控制洒水位置，且洒水不均匀，存在撒水的问题，造成水资源的浪费。就这一现状并进行具体的市场调研分析，根据设计任务书要求确定了城市洒水车的多功能机械臂架设计方案。其多功能臂架主要包括底座、臂架系统、位置调整装置、工作装置、回转装置；臂架系统包括三个机械臂；位置调整装
2、置包括三个液压缸；工作装置包括洒水机构、清扫机构及剪草机构；回转装置由三个马达组成。本技术方案的自动化程度高,结构紧凑,功能设计合理,可适用于多种复杂路面、台阶及绿化带的洒水、清扫。关键词 洒水车 臂架 液压驱动 PLC 控制IIAbstractSprinkler is also known as spraying car, mostly used for a variety of road flushing, green belt watering. At present, the domestic use of sprinklers in the watering green belt,
3、multi-water cannon or handheld external spray gun to complete, the need for manual operation to control the sprinkler position, and uneven sprinkler, there is a problem of sprinkling water, resulting in waste of water resources. On this situation and carry out specific market research and analysis,
4、according to the requirements of the design task book to determine the urban sprinkler multi-functional robotic arm design scheme. The multifunctional arm frame mainly includes the base, the arm frame system, the position adjustment device, the working device, the rotary device, the arm frame system
5、 comprises three robotic arms, the position adjustment device comprises three hydraulic cylinders, the working device comprises a sprinkler mechanism, a cleaning mechanism and a mowing mechanism, and the rotary device is composed of three motors. This technical scheme has the high degree of automati
6、on, compact structure and reasonable function design, and can be applied to the sprinkler and cleaning of many kinds of complex pavement, steps and green belt.Key words Sprinkler car ARM Rack Hydraulic Drive PLC Control目录第一章 绪论 .11.1 引言 .11.2 课题研究的背景和意义 .11.3 课题的来源和目的 .21.4 洒水车机械臂架的发展现状和前景 .31.4.1 洒
7、水车的发展现状和前景 .31.4.2 机械臂架的发展现状和前景 .41.5 论文的研究内容 .4第二章 城市洒水车的多功能机械臂架整体结构的设计 .62.1 多功能机械臂架的机械结构整体框架 .62.2 机械结构各主要部分设计 .82.2.1 底座与臂架系统的设计 .82.2.2 位置调整装置与回转装置的设计 .82.2.3 工作装置的设计 .92.3 多功能机械臂架的工作模拟 .102.4 多功能机械臂架的技术特征 .12第三章 城市洒水车的多功能机械臂架液压驱动系统的设计 .153.1 液压系统简介 .153.2 液压系统的组成 .153.3 机械臂架液压系统的控制回路 .153.3.1
8、压力控制回路 .163.3.2 速度控制回路 .163.3.3 方向控制回路 .173.4 机械臂架液压传动系统及简单计算 .173.4.1 机械臂架的动作顺序 .183.4.2 机械臂架液压系统原理介绍 .183.4.3 机械臂架液压传动的简单计算 .20第四章 城市洒水车的多功能机械臂架 PLC 控制系统的设计 .214.1 多功能机械臂架的控制系统的总体框图 .214.2 系统硬件配置及组成原理 .234.2.1 三项异步电动机系统硬件组成 .234.2.2 PLC 选型 .244.2.3 系统可靠性设计 .244.3 PLC 控制系统设计 .254.3.1 系统变量定义及 I/O 地址
9、分配表 .254.3.2 系统接线图设计 .274.3.3 程序梯形图 .28第五章 总结与展望 .29致谢 .30参考文献 .31附件 英文文献翻译 .32第一章 绪论1第一章 绪论1.1 引言现代生活节奏的加快和生活水平的提高，使得人们越来越重视对效率的追求，而如今国内的洒水车造成的水资源的浪费，在水资源日益紧缺的今天已成为一个突出问题。洒水车又称为喷洒车。洒水车用于各种路面冲洗，绿化带、草坪绿化的洒水浇灌。目前国内使用洒水车在浇灌绿化带时，多用水炮、侧冲或用手持外接喷枪来完成，这样需要增加人工操作来控制洒水位置，而且洒水不均匀,存在撒水的问题。同时洒水车也用于马路、绿化带、公园、厂房车间
10、等路面结构复杂的地点，所以在实际的洒水过程中水要能够喷洒到喷枪不能完全靠近的地方,这就需要洒水喷枪具备一定的灵活性,在空间能进行一定的方向角度的移动,并且能够达到一定的位置，而且在人员流动比较大的地方，路面需要一段时间进行清洗，而目前的洒水车不能满足这样的需求。另外，目前国内的洒水车功能单一，只能进行简单的高压喷水，喷射方向固定，缺乏灵活性，控制不方便；而且在不需要洒水的季节或日期只能闲置，不可以更换工作装置从而实现其他功能，造成资源的不合理利用。本课题的目的在于创造一种洒水车的定向洒水、定向清洁及剪草喷药一体的臂架结构系统,以解决上述技术领域中提出的问题。1.2 课题研究的背景和意义在党的十
11、九大召开之时，习近平主席提出了新时代一词，表明了中国社会主义进入了一个全新的时代，中国达到了历史发展的新起点，而且还提出了由中国“制造”向中国“智造”转变的战略方针。随着科学技术的不断发展以及现代生产水平的不断提高，我们对自动化技术的要求变得越来越高，自动化技术的改革创新成了必然要求，同时我们也提供了相应的条件。进入新世纪以后，自动化在国家防御、科学技术研究、经济金融发展的应用也来越广泛，并且控制系统越来越复杂，但是为了实现自动化规模的进一步扩大，我们还要向着更高智能的控制方向继续发展才行。例如，越来越多的企业实行自动化综合系统、国家铁路的自动调节系统也开始自动化、国家电网的调度系统自动化、国
12、家控毕业设计：城市洒水车的多功能机械臂架设计2制交通管制系统在机动化、各个城市交通运输控制系统和指挥系统的自动化、国家国民经济管理系统的自动化等。当然，自动化系统不仅应用于工程领域，如今非工程领域也出现了越来越多的自动化，例如医院医疗设备的自动化、国家人口数量的自动化控制、国家经济的自动化管理等。人类的智能也在被自动化慢慢替代，工业工厂的生产、海洋海业的开发、宇宙太空的探索等领域都在应用着智能的自动化，不仅如此，家庭办公的自动化、农业生产的自动化以及城市绿化的自动化也在慢慢成为新的技术革命的重点对象。随着自动化高度发展的今天的到来，而本课题就此诞生，其将自动化机械臂与生活中的洒水车相结合，设计
13、一种集洒水，清扫及剪草喷药一体的洒水车的多功能臂架装置，其自动化程度高，结构紧凑，功能设计合理，可适用于多种复杂路面、台阶及绿化带的洒水、清扫及剪草打药。可有效解决现有洒水车洒水不均匀、灵活性不强、功能单一等缺点，起到节约用水、降低成本的作用，且拓展了洒水车功能。对于水资源日益紧缺以及人力资源紧缺的今天具有重要的社会意义。1.3 课题的来源和目的本课题来源于广东石油化工学院老师与学生组成的团队的项目，该团队在老师的带领下进行项目机械臂架结构的自主研发与设计，并形成自己知识产权，成功发表并受理发明专利一种洒水车的多功能臂架及其控制方法。而本人作为此专利的第二发明人将在专利的基础上进一步完善本发明
14、，并作为本人的毕业设计作业上交。本课题公开一种洒水车的多功能臂装置，主要包括底座、臂架系统、位置调整装置、工作装置、回转装置。本课题是一种集洒水，清扫及剪草喷药一体的洒水车的多功能臂架装置，其自动化程度高，结构紧凑，功能设计合理，可适用于多种复杂路面、台阶及绿化带的洒水、清扫及剪草打药。可有效解决现有洒水车洒水不均匀、灵活性不强、功能单一等缺点，起到节约用水、降低成本的作用，且拓展了洒水车功能。对现代城市卫生体系的建设进行了推进作用，在水资源稀缺的今天对水资源的节约也具有重要的现实意义。第一章 绪论31.4 洒水车机械臂架的发展现状和前景1.4.1 洒水车的发展现状和前景洒水车是城市交通服务的
15、特色车辆，是城市基础设施以及建筑施工的装备技术，在其设计和技术特点上也可称其为一种特殊的工作货车。近些年，城市的发展越来越快，基本上大小城市都已经有了各式各样的洒水车，洒水车也慢慢融入人们的生活中。在近几年的发展中我国的环卫用汽车慢慢得到了发展，不论是在产品的种类、产量上，还是在产品的品质、质量上都得到了很大的发展，并且慢慢的与那些发达国家拉近了彼此的差距，但是，距离我们的目标及城市经济高速发展的需要还是有一定差距的。在众多产品中，有些产品已经接近国外同类产品的生产水平，如我们的压缩式洒水车和车厢可卸式洒水车。但是，其他类型的与国外的环卫车相比较，不论先进技术还是功能都还具有一定的差距。与此同
16、时，我国的环卫车市场也一直存在着一定的缺口，特别是一些核心技术和配件我们不得不从国外买回来。而且，随着国家逐渐提高城市环卫工作质量，要求也在慢慢提升，尤其是对于马路清扫中水资源的浪费、效率的低下等。当然，城市环卫的机械在各个方面也在慢慢变好，这样的变化给洒水车带来了前所未有的发展。然而，随着这些变化的到来，众多功能不齐全的洒水车也将面临被淘汰的情况。据中国产业调研网发布的 2019 年版中国洒水车市场调研与发展趋势预测报告显示，近年来，环卫专用车辆行业竞争日益激烈。一方面，技术水平低、新产品开发能力差、产品同质化严重的环卫装备生产企业的市场生存空间受到严重挤压，销量逐年下降、产品利润水平大幅下
17、滑，其市场占有率越来越小，最终将不得不退出市场。另一方面，创新能力强的环卫装备生产企业，他们为了满足市场需要，一直在改良和测试新的产品，以此来引导市场的走向，把自己的企业地位慢慢稳固，收益也是在日益显著的生长。只有市场的占有比例不断提升，保持着创新产品的高利润，这样才能使企业利润扩大，发展稳健。在不断上涨的油价、汽车配件、以及国家排放标准的多方面因素下，使得汽车制造企业和个体的用户在国内承受着巨大的高成本压力。面对不断上涨的油价，洒水车、扫路车等环卫类专用汽车给企业经营带来非常被动的局面，企业的利润越来越小。此时，学习西方先进的科学技术已经成为企业发展创新的前提。随着经济全球化的大发展，在国家
18、的扶持下经济的复苏是必然之势，随后我国的洒水车行业市场也将会保持一定的速度进行发展，相信在未来的几年里其规模也会越来越大。毕业设计：城市洒水车的多功能机械臂架设计41.4.2 机械臂架的发展现状和前景据中国产业调研网发布的 2018-2025 年中国机械手市场调查研究，机械臂架可以模仿人类手臂的特定动作，通过一定的程序控制其施行抓、拿、搬运货物等简单操作的自动化装置。其可以通过预先编程好的各种程序来控制动作，在构造上其兼顾人手和机械手的各种特点。机械手可以说是最早的工业机器人，或者说是最早的现代机器人，他可以代替人类来完成繁重枯燥的动作，实现各种劳动的机械化和自动化，并且在一些特殊环境中代替人
19、类去工作以此对人起到保护作用，现在其广泛应用于各种机械的制造行业、冶金行业、轻工业和原子能行业等。按驱动方式分，可将机械手分为液压式机械手、气动式机械手、电动式机械手、机械式机械手；按使用的范围来分，可将机械手分为专用和通用两种；按运动轨迹控制方式来分，可将机械手分为点位控制机械手和连续轨迹控制机械手。通常来说，机械手一般是作为机床或者其他机械的附加工作装置，负责在机床或者生产线上进行自动的装卸和传递工作，一般没有独立的装置对其进行控制，如加工中心的道具更换一样。当然，有些装置的操作还是需要人工来完成，如在原子能行业的操持高危险的物品。机械手在工业锻造中的应用使锻造设备的生产能力得到了进一步发
20、展，完善了劳动条件。随着近两年网络科技的发展与进步，将机械手与网络连接也慢慢成为一种发展趋势。近几年出现的一种高科技自动化生产设备叫做工业机器人，工业机器人上的一个重要部件就是工业机械手。其可以通过各种编程来完成各种预期动作，突出体现了人工智能，同时，机械手在各种环境中工作的准确性也是非常高的，其在国民发展中的各个领域都有着无限的发展前景跟未来。1.5 论文的研究内容目前国内的洒水车都是通过手持外接喷枪的来工作，他们的主要不足之处是需要增加人工操作来控制洒水位置，而且洒水不均匀,存在撒水的问题，造成了水资源的大量浪费。本论文设计的城市洒水车的多功能机械臂架采用了全新的设计理念，主要是研究洒水车机械臂架机械结构的设计和分析，用来解决洒水车在工作过程中出现的人力和水资源浪费问题，而且还提高了工作效率。通过对相关资料和文献的查阅，慢慢的对洒水车机械臂架的整体设计方案有了较
