基于ADAMS的后裝式垃圾壓縮車填裝角的仿真分析

皮曉明

摘 要：后裝式垃圾壓縮車壓縮裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)直接關(guān)系到整車的工作性能和效率。壓縮裝置的填裝角是一個(gè)非常重要的參數(shù)，其決定了垃圾的壓縮效率和整車的填裝效率。本文基于ADAMS軟件并結(jié)合機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，采用仿真方法尋求填裝角的最優(yōu)值。

關(guān)鍵詞：ADAMS;垃圾壓縮車;壓縮裝置;填裝角;仿真分析

中圖分類號(hào)：TH45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）22-0054-03

Optimal Design of Loading Angle about Rear-mounted Garbage

Compactor Based on ADAMS

PI Xiaoming

Abstract： The structural design and motion parameters of the compression device of rear-mounted garbage compression vehicle are directly related to the working performance and efficiency of the vehicle. The filling Angle of the compression device is a very important parameter， which determines the compression efficiency of garbage and the filling efficiency of the whole vehicle. Based on ADAMS software and combined with the motion of the mechanism， this paper adopted simulation method to find the optimal value of filling Angle.

Keywords： ADAMS;garbage compactor;compression device;loading angle;optimization design

壓縮裝置是衡量后裝式垃圾壓縮車好壞的重要指標(biāo)，其設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞決定了壓縮車的工作效率和裝載量等重要性能。而填裝角則是決定壓縮裝置性能的一個(gè)非常重要的參數(shù)。本文首先對(duì)JTZ5150ZYSD型垃圾壓縮車的壓縮裝置進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，采用ADAMS軟件對(duì)其進(jìn)行仿真并創(chuàng)建模型，然后對(duì)模型不同的填裝角進(jìn)行仿真，以獲得不同的推板力和油缸力的壓縮效率比，最后選擇最大效率比所對(duì)應(yīng)的填裝角為最優(yōu)值。

1 壓縮裝置

1.1 壓縮裝置的組成

壓縮裝置主要由填裝器、刮板、滑板、推板、油缸及車廂組成（見圖1）。填裝器為刮板和滑板的工作空間;刮板作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，主要作用是將垃圾破碎并壓縮;滑板作上下平移運(yùn)動(dòng)，主要作用是將垃圾壓縮并送到垃圾箱內(nèi)。整個(gè)工作過(guò)程是刮板、滑板和推板將垃圾一層一層進(jìn)行壓縮。

注：1.刮板油缸;2.滑板油缸;3.滑板;4.刮板;5.填裝器;6.滑板運(yùn)動(dòng)軌道。

1.2 壓縮裝置的受力分析

根據(jù)壓縮裝置的受力圖（見圖2），要最大程度地壓縮垃圾，在壓縮裝置工作平穩(wěn)的前提下獲得最大的壓縮力，則需要考慮兩個(gè)主要問題：第一，確定最優(yōu)的填裝角，使滑板水平力[Fl]最大化，且[Fl=F·cosγ]，必須使填裝角[γ]最小化。有參考文獻(xiàn)求得[γ]≤62.6o[1]和[γ]≤67o[2]。第二，壓縮裝置的最大壓縮力仍能在車廂將要被填滿時(shí)將垃圾壓進(jìn)車廂，則認(rèn)為壓縮裝置符合要求。

其中：[α]表示填裝器與垃圾箱之間的夾角;[β]表示滑板運(yùn)動(dòng)軌道與垃圾箱斜面之間的夾角;[γ]表示滑板運(yùn)動(dòng)軌道與垃圾箱底面之間的夾角（填裝角）;[R]表示填料腔半徑;[F]表示滑板沿軌道向上運(yùn)動(dòng)的力;[Fl]表示滑板沿軌道向上運(yùn)動(dòng)力的水平分力，[Fl=F·cosγ];[Fh]表示滑板沿軌道向上運(yùn)動(dòng)力的垂直分力，[Fh=F×sinγ]。

1.3 壓縮裝置的UG模型

為了更加準(zhǔn)確地求出最優(yōu)化的填裝角，本研究首先建立壓縮裝置的UG模型，然后將其導(dǎo)入ADAMS中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)力分析和運(yùn)算，最后得到壓縮裝置的仿真模型。

1.3.1 壓縮裝置模型的三點(diǎn)假設(shè)[3]。①裝置在穩(wěn)定的工況下運(yùn)行，各鉸鏈點(diǎn)的摩擦力被忽略;②在模型中保證各個(gè)零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、質(zhì)量、質(zhì)心位置和原裝置一致;③構(gòu)件的變形很小，整個(gè)系統(tǒng)是剛性系統(tǒng)。

1.3.2 壓縮裝置的UG模型。建立壓縮裝置的UG模型圖，如圖3所示。

2 壓縮裝置的仿真分析與結(jié)果

把UG模型導(dǎo)入AMAMS后，首先需要設(shè)置環(huán)境參數(shù)、材料屬性，并添加驅(qū)動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)約束。然后構(gòu)建推板力和垃圾球模擬體。工作循環(huán)時(shí)間由液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)決定，同時(shí)必須符合《壓縮式垃圾車》（CJ/T 127—2000）[4]的規(guī)定。本研究根據(jù)實(shí)際取20s。建立的壓縮裝置仿真模型如圖4所示。

利用ADAMS仿真時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)刮板、滑板和油缸，得到不同填裝角度和相應(yīng)的油缸力、推板力，算出壓縮的效率比[效率比=推板力/油缸力，即[η=F推/（F滑+F刮）]]。壓縮效率比越大，綜合利用效率就越高[5]。通過(guò)改變不同的填裝角度，仿真得到相應(yīng)的滑板和壓板的油缸力與推板力的變化曲線圖，圖5、圖6為49o填裝角時(shí)的仿真曲線圖。從圖5和圖6可知，在前期17s，基本未對(duì)垃圾進(jìn)行壓縮;后期3s，油缸和推板兩者的力急劇上升，但前者上升不穩(wěn)定，后者上升穩(wěn)定。采集一次工作循環(huán)的最后3s內(nèi)（第17s至第20s）的數(shù)據(jù)，如表1所示。

從表1數(shù)據(jù)可以看出，填裝角在41o～49o，隨著填裝角的增加，壓縮效率比也不斷增加;填裝角在50o～56o，隨著填裝角的增加，效率比則逐漸減少。其中，當(dāng)填裝角為49o時(shí)，壓縮的效率比達(dá)到最大。這表明，填裝角的最優(yōu)值為49o。

3 結(jié)語(yǔ)

本文基于ADAMS對(duì)后裝式垃圾壓縮車壓縮裝置的填裝角進(jìn)行優(yōu)化，確定最優(yōu)值為49o，這為后裝式垃圾車的設(shè)計(jì)和制造提供了可靠的理論依據(jù)。但仿真優(yōu)化是一個(gè)理想化的過(guò)程，與實(shí)際工況存在一定差異，故填裝角的實(shí)際最優(yōu)值必須通過(guò)實(shí)測(cè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)獲取，這屬于本研究的后續(xù)延伸。

參考文獻(xiàn)：

[1]史柏承.后裝垃圾車壓縮壓縮機(jī)構(gòu)的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2014.

[2]左朝勇.后裝壓縮式垃圾車壓縮裝置設(shè)計(jì)研究與仿真分析[D].南寧：廣西大學(xué)，2008.

[3] Marannano G，Mariotti G V. Structural optimization and experimental analysis of composite material panels for naval use[J]. Meccanica，2008（2）：251-262.

[4]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.壓縮式垃圾車：GJ/T 127—2000[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

[5]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)主編[M].5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.