基于ADAMS的后装式垃圾压缩车填装角的仿真分析

皮晓明

摘 要：后装式垃圾压缩车压缩装置的结构设计和运动参数直接关系到整车的工作性能和效率。压缩装置的填装角是一个非常重要的参数，其决定了垃圾的压缩效率和整车的填装效率。本文基于ADAMS软件并结合机构的运动，采用仿真方法寻求填装角的最优值。

关键词：ADAMS;垃圾压缩车;压缩装置;填装角;仿真分析

中图分类号：TH45 文献标识码：A 文章编号：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

压缩装置是衡量后装式垃圾压缩车好坏的重要指标，其设计质量的好坏决定了压缩车的工作效率和装载量等重要性能。而填装角则是决定压缩装置性能的一个非常重要的参数。本文首先对JTZ5150ZYSD型垃圾压缩车的压缩装置进行动力学分析，采用ADAMS软件对其进行仿真并创建模型，然后对模型不同的填装角进行仿真，以获得不同的推板力和油缸力的压缩效率比，最后选择最大效率比所对应的填装角为最优值。

1 压缩装置

1.1 压缩装置的组成

压缩装置主要由填装器、刮板、滑板、推板、油缸及車厢组成（见图1）。填装器为刮板和滑板的工作空间;刮板作旋转运动，主要作用是将垃圾破碎并压缩;滑板作上下平移运动，主要作用是将垃圾压缩并送到垃圾箱内。整个工作过程是刮板、滑板和推板将垃圾一层一层进行压缩。

注：1.刮板油缸;2.滑板油缸;3.滑板;4.刮板;5.填装器;6.滑板运动轨道。

1.2 压缩装置的受力分析

根据压缩装置的受力图（见图2），要最大程度地压缩垃圾，在压缩装置工作平稳的前提下获得最大的压缩力，则需要考虑两个主要问题：第一，确定最优的填装角，使滑板水平力[Fl]最大化，且[Fl=F·cosγ]，必须使填装角[γ]最小化。有参考文献求得[γ]≤62.6o[1]和[γ]≤67o[2]。第二，压缩装置的最大压缩力仍能在车厢将要被填满时将垃圾压进车厢，则认为压缩装置符合要求。

其中：[α]表示填装器与垃圾箱之间的夹角;[β]表示滑板运动轨道与垃圾箱斜面之间的夹角;[γ]表示滑板运动轨道与垃圾箱底面之间的夹角（填装角）;[R]表示填料腔半径;[F]表示滑板沿轨道向上运动的力;[Fl]表示滑板沿轨道向上运动力的水平分力，[Fl=F·cosγ];[Fh]表示滑板沿轨道向上运动力的垂直分力，[Fh=F×sinγ]。

1.3 压缩装置的UG模型

为了更加准确地求出最优化的填装角，本研究首先建立压缩装置的UG模型，然后将其导入ADAMS中进行运动力分析和运算，最后得到压缩装置的仿真模型。

1.3.1 压缩装置模型的三点假设[3]。①装置在稳定的工况下运行，各铰链点的摩擦力被忽略;②在模型中保证各个零件的转动惯量、质量、质心位置和原装置一致;③构件的变形很小，整个系统是刚性系统。

1.3.2 压缩装置的UG模型。建立压缩装置的UG模型图，如图3所示。

2 压缩装置的仿真分析与结果

把UG模型导入AMAMS后，首先需要设置环境参数、材料属性，并添加驱动力和运动约束。然后构建推板力和垃圾球模拟体。工作循环时间由液压系统及控制系统决定，同时必须符合《压缩式垃圾车》（CJ/T 127—2000）[4]的规定。本研究根据实际取20s。建立的压缩装置仿真模型如图4所示。

利用ADAMS仿真时，通过转动刮板、滑板和油缸，得到不同填装角度和相应的油缸力、推板力，算出压缩的效率比[效率比=推板力/油缸力，即[η=F推/（F滑+F刮）]]。压缩效率比越大，综合利用效率就越高[5]。通过改变不同的填装角度，仿真得到相应的滑板和压板的油缸力与推板力的变化曲线图，图5、图6为49o填装角时的仿真曲线图。从图5和图6可知，在前期17s，基本未对垃圾进行压缩;后期3s，油缸和推板两者的力急剧上升，但前者上升不稳定，后者上升稳定。采集一次工作循环的最后3s内（第17s至第20s）的数据，如表1所示。

从表1数据可以看出，填装角在41o～49o，随着填装角的增加，压缩效率比也不断增加;填装角在50o～56o，随着填装角的增加，效率比则逐渐减少。其中，当填装角为49o时，压缩的效率比达到最大。这表明，填装角的最优值为49o。

3 结语

本文基于ADAMS对后装式垃圾压缩车压缩装置的填装角进行优化，确定最优值为49o，这为后装式垃圾车的设计和制造提供了可靠的理论依据。但仿真优化是一个理想化的过程，与实际工况存在一定差异，故填装角的实际最优值必须通过实测的实验数据来获取，这属于本研究的后续延伸。

参考文献：

[1]史柏承.后装垃圾车压缩压缩机构的有限元分析及优化设计[D].长沙：湖南大学，2014.

[2]左朝勇.后装压缩式垃圾车压缩装置设计研究与仿真分析[D].南宁：广西大学，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]中华人民共和国建设部.压缩式垃圾车：GJ/T 127—2000[S].北京：中国标准出版社，2000.

[5]成大先.机械设计手册主编[M].5版.北京：化学工业出版社，2008.