本文的研究对象是侧装式垃圾收运车的抱爪式机械手装置。机械手是垃圾收运车的重要组成部分,其主要作用是完成对垃圾桶的抓取、收回、升降、翻转、倾倒及空桶回归复位等动作。根据项目既定的技术要求和功能目标,建立了机械手的总装配模型、虚拟样机模型、有限元模型和参数化模型。进行了机械手的运动学和动力学仿真分析、静力有限元分析、模态分析和结构优化设计。本文的主要内容包括:(1)机械手结构方案制定、几何建模和工作原理分析。根据侧装式垃圾收运车既定的技术要求及功能目标,结合市场上垃圾桶和改装垃圾车的结构特点,确定了机械手结构设计方案。结合实际工程情况对比分析两套方案,确定了最终的机械手方案,建立了机械手的几何模型,分析了机械手结构的工作原理,验证了机械手运动轨迹的准确性。(2)机械手运动学和动力学仿真。利用Adams软件建立机械手虚拟样机模型,并进行运动学和动力学仿真分析。研究机械手结构抓手质心的运动轨迹,得出其位移和速度曲线;通过分析提升臂和翻转臂动态特性、液压缸受力和转矩,发现机械手运动过程中,在提升、滑枕回缩和翻转三个工况的启动瞬间,力和转矩出现微量突变,分析认为机械手系统存在一定的振动和冲击。(3)机械手结构典型工况静力学有限元分析。利用Workbench建立机械手有限元模型,通过分析,找到了机械手结构最大应力与变形产生的位置。同时发现,机械手结构受应力集中的影响,最大变形都发生在机械手左抓手的最前端,最大应力则在机械臂和提升液压缸活塞基座的连接处。但三种工况下的最大应力均在材料允许的屈服强度范围内,说明该结构的强度和刚度是满足设计要求的,证明此设计方案是可行的。(4)机械手结构模态分析和轻量化设计。为了研究结构的振型特征,对机械手进行模态分析,通过分析知,该结构前6阶模态固有频率值均偏离激振频率,因而不会发生共振现象。基于静力学有限元分析的结果,选择应力和变形最大的抱桶工况为轻量化研究对象,建立机械手优化模型,并对其进行结构优化计算。通过与该工况优化前的有限元分析数据进行对比,机械手的整体质量下降了12.28%,在一定程度上达到了轻量化的预期效果,为机械手的进一步优化提供了参考依据。