（机械制造及其自动化专业论文）后装垃圾压缩车压缩机构整体参数设计及实验研究.pdf

后装垃圾压缩车压缩机构整体参数设计及实验研究 摘要 后装压缩式垃圾车因其压缩容量大、密封性好、装料方便、自动化程度 高等优点而日益成为环卫垃圾收集运输的主要车种。 本文以“城市生活垃圾压缩特性研究及垃圾压缩装置创新设计 ( 广西 区科学基金项目，项目编号：桂科自0 7 2 8 0 3 1 ) 为依托，在课题组已有研究 的基础上，主要的工作为：在对整机设计进行简单介绍基础上，着重对城 市生活垃圾虚拟样机模型的建立做出了详细的研究与分析，并采用虚拟样 机仿真和实验相结合的方法对建立的垃圾体离散模型进行验证，这一工作 在一定范围内是垃圾压缩装置创新设计的前提条件，而且对装填机构液压 系统的优化及改进和后期物理样机的制作将起到一定的指导作用。本文的 主要工作如下： ( 1 ) 在综合考虑垃圾压缩机构工作原理的基础上，采用虚拟样机技术 与测试实验方法相结合，对垃圾压缩机构运动学和动力学进行分析，建立 工作平稳，机构尺寸合理，压实效果良好的虚拟样机模型； ( 2 ) 从影响后装压缩式垃圾车的装载容积和装载质量的因素着手，根 据行业标准和设计要求，选取设计参数，运用力学知识对垃圾压缩机构装 填角的取值范围进行了初步选择，然后根据多体动力学仿真软件r e c u r d y n 进行实验研究，建立起1 1 个垃圾压缩机构仿真模型，通过计算结果、仿真 实验分析结果和综合评价之间的相互研究与对比，确定出最佳的装填角度； ( 3 ) 进行实验研究，建立垃圾体离散模型，通过和实验数据进行对比， 建立能够准确反映压缩机构挤压回收垃圾真实情况的仿真模型，并提出科 学合理的仿真实验方案； ( 4 ) 运用实验研究与a m e s i m 仿真分析相结合的方法建立液压传动系统 分析模型，对垃圾压缩机构在工作中出现负载瞬时的变化对整个液压系统 压力和稳定性影响等主要问题，给出实用的解决方案。 关键词：垃圾压缩车压缩机构实验研究液压传动系统 t h ep a r a m e t e r sd e s i g na n de x p e r i m e n t a l r e s e a r c ho nc o m p r e s s i v em e c h a n i s mf o r b a c k l o a d e dp r e s s u r e dg a r b a g et r u c k a b s t r a c t w i t hi t so b v i o u s a d v a n t a g e s o nh i 曲d e g r e e c o m p r e s s i b i l i t y a n d a u t o m a t i z a t i o n ，g o o ds e a l i n g ，c o n v e n i e n tl o a d i n g ，t h eb a c k l o a d e dp r e s s u r e d g a r b a g et r u c kh a si n c r e a s i n g l yb e c o m eav e r ye f f i c i e n ts p e c i a lv e h i c l eo fu r b a n e n v i r o n m e n t a ls a n i t a t i o nf o rc o l l e c t i n ga n dt r a n s f e r r i n gg a r b a g e b a s e do nt h er e s e a r c ha b o u t t h es t u d yo fc o m p r e s s i v ec h a r a c t e r i s t i ca b o u t u r b a ng a r b a g ea n dt h ei n n o v a t i o nd e s i g nf o rg a r b a g ec o m p r e s s e dm e c h a n i s m ( g u a n g x is c i e n c ef o u n d a t i o np r o j e c t ，p r o j e c tn o 0 7 2 8 0 31 ) ，t h i sp a p e ra i m st o d oc o n c i s ei n t r o d u c t i o no fc o m p l e t em a c h i n ed e s i g na n dd od e t a i la n a l y s i sf o r t h ee s t a b l i s h m e n to ft h ev i r t u a lp r o t o t y p em o d e l ，d ovr i f i c a t i o no nt h em o d e l b yu s i n gb o t hv i r t u a lp r o t o t y p es i m u l m i o na n de x p e r i m e n t s t h er e s e a r c h ，i n c e r t a i ne x t e n t ，i st h ep r e c o n d i t i o nf o rc o n t i n u o u si n n o v a t o r yd e s i g nf o rg a r b a g e c o m p r e s s i v em e c h a n i s m ，a n da l s op l a y s aq u i t ei m p o r t a n tr o l ei nb o t ht h e o p t i m i z a t i o nf o rt h el o a d i n gm e c h a n i s m ，h y d r a u l i cs y s t e ma n dm a k i n gp h y s i c a l p r o t o t y p e t h i st h e s i si n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n t sa s ( 1 ) b a s e do nc o m p r e h e n s i v ec o n s i d e r a t i o no ft h ew o r k i n gp r i n c i p l e o n g a r b a g ec o m p r e s s i o nm e c h a n i s m ，t h i sp a p e ra d o p t sv i r t u a lp r o t o t y p et e c h n o l o g y a n d e x p e r i m e n t t o a n a l y z e t h ek i n e m a t i c sa n d d y n a m i c s f o r g a r b a g e c o m p r e s s i o nm e c h a n i s ma n df i n a l l yb u i l d av i r t u a lp r o t o t y p em o d e lw i t h s m o o t hw o r k ，g o o dc o m p r e s s i v er e s u l ta n dr e a s o n a b l es i z e ( 2 ) t h i sp a p e rd o e sr e s e a r c hw i t hl o a d i n gc u b a g ea n dl o a d i n ge f f i c i e n c yo f b a c k l o a d e dp r e s s u r e dg a r b a g et r u c k ，s e l e c tt h em o d e lp a r a m e t e r sa c c o r d i n gt o t h ei n d u s t r ys t a n d a r da n dd e s i g nr e q u i r e m e n t ，a n da l s ot e n t a t i v e l ys e l e c tt h e v a l u er a n g ef o rt h el o a d i n ga n g l ew i t hm e c h a n i c a lf u n c t i o ni no r d e rt os e tu p11 s i m u l a t i o nm o d e l so nt h er e c u r d y ns i m u l a t i o nr e s u l t s t h eo p t i m a ll o a d i n g a n g l ef i n a l l y b ec o n f i r m e dw i t ht h ec a l c u l a t i o nr e s u l t s ，t h e a n a l y s i s o f s i m u l a t i o nr e s u l ta n dc o m p r e h e n s i v ec o m p a r i s o no fe a c hm o d e l s ( 3 ) t h i sp a p e rm o d e l st h eg a r b a g ed i s c r e t em o d e l st of kt h ee x p e r i m e n t a l d a t a ，a n di nt h i sw a yt h eg a r b a g ec o m p r e s s i o nm e c h a n i s mc o u l da c c u r a t e l y r e f l e c tt h er e a ls i t u a t i o no fg a r b a g ep r e s s i n g a l s oip r o p o s eam o r es c i e n t i f i c a n dr a t i o n a ls i m u l a t i o nt e s t i n gs c h e m e ( 4 ) t h i sp a p e rm o d e l st h ea n a l y s i sm o d e l so fh y d r a u l i ct r a n s m i s s i o ns y s t e m w h i c hc o m b i n e st h ee x p e r i m e n t a lr e s e a r c ha n da m e s i ms i m u l a t i o na n dg i v e s s o m es p e c i f i cs o l u t i o n sf o rt h ep r e s s u r ea n ds t a b i l i t yi m p a c tg i v e nb yt h e i n s t a n t a n e o u sl o a do ft h ec o m p l e t eh y d r a u l i cs y s t e md u r i n gt h eo p e r a t i o no f p r e s s e dg a r b a g em e c h a n i s m k e yw o r d s ：p r e s s u r e dg a r b a g et r u c k ；c o m p r e s s i v em e c h a n i s m ；e x p e r i m e n t a l r e s e a r c h ；h y d r a u l i cs y s t e m 广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相关知 识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究成果， 也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个 人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名，墨弓叼裼渺7 年石月) 乡e t 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： ， 囱即时发布 口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 墓渤翩签妒1 丫6 月f 广西大掌硕士掌位论文后装垃圾压缩车压缩机构整体参数设计及实驺：r , d l - j e 第一章后装垃圾压缩车的研究内容与方案选定 1 1 压缩式垃圾车研究与使用现状 近年来，随着工业社会的不断发展，城市生活垃圾的年产量也在不断的增加。一方 面政府环卫部门正在努力改变目前的垃圾收集方式，但另一方面这种努力却不能从根本 上扭转城市生活垃圾对人类生存环境的威胁。因此，迅速而有效地治理城市垃圾、消除 污染、化害为利，是时代赋予环卫事业的重任【l j 。 垃圾回收工作是与人类息息相关的重要工作，垃圾的处理包括垃圾回收、中途转运 与填埋场处理，见图卜1 所示。图中垃圾的收集和中途转运是垃圾处理工作的基础任务， 也是垃圾处理工作中的一个子系统，而其由回收、中转和运输三方面组成【2 】。 ! i t 田下囤 田一田 从九十年代以来，压缩式垃圾车得到了迅猛的发展，市场占有率不断的增大，成为 现代城市垃圾收集不可缺少的工具。据有关数据显示，垃圾车在整个垃圾车辆市场将占 有7 5 , - - , 9 0 t 3 】的份额。在我国，城市生活垃圾压缩车的主要生产企业有：l t ) j l 专用汽 车厂、南京晨光航天应用技术股份有限公司、南宁专用汽车厂、上海市环境工程设计科 学研究院等【4 】。 1 2 本课题研究的内容和意义 1 、研究内容 ( 1 ) 根据前面所作的研究工作和调研所掌握的信息与资料，在综合考虑垃圾压缩机 构工作原理的基础上，采用虚拟样机技术与测试实验方法相结合，对垃圾压缩机构运动 学和动力学进行分析，建立工作平稳，机构尺寸合理，压实效果良好的虚拟样机模型； l 产西大学硕士学位论文后装垃圾压缩车压缩机构整体参数设计及实验研究 ( 2 ) 从影响后装压缩式垃圾车的装载容积和装载质量的因素着手，对压缩比、装填 角、压缩力等因素做了分析，接下来根据行业标准和设计要求，选取设计参数，运用数 学理论、力学知识对垃圾压缩机构装填角的取值范围进行了初步选择，然后根据多体动 力学仿真软件r e c u r d y n 进行实验研究，建立了1 1 个垃圾压缩机构仿真模型，通过计算 结果、仿真实验分析结果和综合评价之间的相互研究与对比，确定出压缩机构最佳的装 填角度。接下来在确定的装填角度情况下，经过理论计算并结合前期的研究工作对后装 式垃圾压缩车推挤卸料机构设计参数和车厢参数进行确定，并同时对整车的接污装置进 行设计，以确定整体设计方案； ( 3 ) 进行实验研究，建立垃圾体离散模型，通过和实验数据的对比，找到细化的临 界点或临界范围，建立能够准确反映压缩机构挤压回收垃圾真实情况的仿真模型，并提 出科学合理的仿真实验方案； ( 4 ) 运用实验研究与仿真分析等方法建立液压传动系统分析模型，对垃圾压缩机构 在工作中出现负载瞬时的变化对整个液压系统压力和稳定性影响等主要问题，给出实用 的解决方案。 2 、研究意义 本课题来源于广西科学基金立项项目 桂科自0 7 2 8 0 31 】“城市生活垃圾压缩特性研 究及垃圾压缩装置创新设计。 本文主要研究的是后装压缩式垃圾车的压缩机构。目前对压缩装置的研究，主要集 中在增大压缩比、减少工作时间等方面，而对压缩装置的试验优化设计和结构改进以及 创新研究较少，因此，有必要对压缩装置的结构组成、工作原理和工作过程等进行深入 与全面的研究。 课题的研究目的是揭示后装压缩式垃圾车压缩装置的特性及其参数对压缩性能的 影响；通过实验数据分析，对其进行虚拟样机实验设计和结构改进，得到比较符合实际 的、实用的结论，这将有助于减少设计与实验工作的盲目性、重复性，并大大降低设计 与试验费用。 2 后最垃坦压缩车正缩机柠蓝体参数设计a 实验研究 3 后装压缩式垃圾车压缩装置型式分析与方案选定 压缩式垃圾车是国内现有垃圾车中比较复杂的种，该种车型设计难度大，运动关 系复杂，技术含量高。其工作装置之一的压缩装置在液压系统的操控下循环工作，自动 装填垃圾和把垃圾压缩到车厢中，从而降低人工劳动强度，避免二次污染，提高工作效 率。在压缩装置的研究历程中，各企业与科研单位分别开发出了各种型式与类型的压缩 装置，在激烈的市场竞争下，具备优良的装载性能，结构简单，工作可靠，适应性强及 单次装载量大等优点的压缩装置得到了优先发展与应用。 131 压缩装置在后装压缩式垃圾车上的总体布置 图卜2 是压缩式垃圾车工作装置布置图。整车的工作过程是：垃圾从车尾部倾倒进 入装填箱，压缩机构自动扫刮和破碎生活垃圾，最后垃圾被挤压进入封闭车厢，当车厢 装满垃圾后，后装压缩式垃圾车开往处理场：在倾倒垃圾时，整个装填压缩装置通过举 升油缸作用向车厢顶部翻转，当翻转到位后，车厢内的推板由前向后运动，把垃圾推出 车外 ”。 凹i - 21 怍装置总伴布置 f i g 】- 2 w o r k i n ge q u i p m e n td i s p o l 广西大学硕士学位论文后装垃圾压缩车压缩机构整体参数设计及实验研究 图l 3 主要工作部件结构不葸图 f i & l - 3s t n l c t u 他s c h e m a t i cd i a 鲫mo f m a i nw o r k i n gp a n s 1 刮板油缸2 滑块3 推板油缸4 推板5 滑板油缸6 装填料斗 另外，从图1 - 2 中可以看出，后装压缩式垃圾车的工作装置由车厢总成、卸料装置、 压缩装置( 包括压缩机构和装填箱) ，而液压操纵系统和电器控制系统也是不可缺少的。 图1 - 3 是去掉装填箱机架和车厢侧板的主要工作部件结构示意图，从图中可以看出 装填箱位于车厢尾部，可以通过举升油缸绕上部铰点转动，滑块在装填箱的导轨上斜向 往复滑行进行装填压缩工作；卸料装置位于车厢内，推板油缸一端与车架固定相连，另 一端与推板相连，以实现垃圾装填压缩( 推板液压缸设定有一定的背压力，作用是使垃 圾在从装填箱挤压入车厢时，能从车厢向装填箱的方向提供压力，实现双向压缩技术) 和卸料要求。 1 3 2 压缩装置型式综合分析与方案优选 压缩装置由压缩机构和装填箱组成，首先我们对其型式做综合的分析，然后确定最 后的方案。 1 3 2 1 压缩装置型式的综合分析 一、压缩机构型式的综合分析 到目前为止，已经研究开发和使用的垃圾压缩机构可分为五种形式：滑动刮板式、 摆动刮板式、滑动一摆动刮板式、连杆刮板式、定轴转动刮板式6 1 。 一般认为，机构的运动件数、自由度数较多及装填箱底板轨迹较复杂的机构为复杂 机构。从表1 - 1 可以看出，滑动一摆动刮板机构的构造最复杂，而转动刮板式的构造较 简单。 4 产西大学硕士掌位论文后装垃圾压缩车压缩机构整体参数设计及实验研究 表1 1 各机构结构特征表 1 曲i 1s t r u c t u r e 挹a t u 卫et a b l eo f e a c hm e c h a n i s m 瑟薄编瓣曩 一 - j f 一，。t ，7”4 j 。，：，。c ：。”4 7 + 1 ，二一 鞴 机构运动件敦机构自由度数装填箱底扳轨j 查特。 0 ， ， ，：? 滑动刮板式 22 圆弧+ 直线 滑动一摆动刮板式 3 3 圆弧+ 直线 摆动刮板式 22圆弧l + 圆弧2 连杆刮板式 3l连杆曲线 定轴转动刮板式 22 圆弧 理想的装载压缩机构应具备优良的装载性能，结构简单，工作可靠，适应性强及单 次装载量大等优点，通过对五种机构型式的综合分析评价，结果见表1 - 2 所示。根据综 合评价结果、经济性和实际使用情况等，我们选择滑动刮板式压缩机构作为课题研究的 对象。 表i 2 机构综合评价表 t a b i - 2c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nt a b l eo f n 世c h a n i s m 蘸二r 莓”? 二，一76 笛一1r ”轧 “ 1 l 一1 l ，一 。，。”州+ 鞘舢女l 一“k j 一，t ，。，自 象；赢熟犁瞩穆旗毒势l 雩零参巨，卜群性熊，；i：压籀：晦鲜。穗| 籍命零黔二鬟 滑动刮板式 一般好较好好 滑动一摆动刮板式 复杂好好较好 摆动刮板式 一般好较好好 连杆刮板式 较复杂较好一般一般 定轴转动刮板式 很简单一般较好一股 二、装填箱型式的选择【7 l 根据装填箱与车厢接口截面，装填箱可分可分为平面型和下凹型两种，见图卜4 的 口、6 所示。 1 、平面型装填箱 隔离板焊接固定在装填箱上，用于隔离车箱内的垃圾在滑板下移时不会从滑板上面 掉落下来。滑板上的滑块沿导轨上下滑移，配合刮板转动将料斗内的垃圾压人车箱。三 为刮板挤压垃圾进入车箱的人口尺寸，日为垃圾压缩后的提升高度。 2 、下凹型装填箱 5 广西大学硕士学位论文后装垃圾压缩车压缩机构整体参数设计及实验研究 图1 4 普通压缩型装埴箱 f j g 1 - 4t h e m m o nc o m p a c t o r 口) 平面型易) 下凹型 普通压缩平面型的压缩设备车厢底面是平整的，下凹型的车厢底面中间下凹，它是 充分利用了车厢副车架的空间，增大车厢容积的同时降低了垃圾的挤压高度。如图2 2 6 所示，由于车厢中间底面下凹，刮板挤压垃圾进入车厢的人口尺寸由三增大到三j ，同时， 垃圾压缩后的提升高度日也降为h 。试验发现，当刮板转动压缩垃圾时，一部分垃圾被 挤压进入车厢，压缩腔内的垃圾减少，膨胀力大大减小。 公式脚f 阢+ r 夕中，尸为摩擦力，为摩擦系数，b 为作用在底板的正压力，r 为作用在导轨上的正压力；f 与僻+ 凡夕成正比，阮+ 凡夕减小，即当滑板带动刮板上 移时，摩擦阻力也相应的降低，使整个系统的工作效率得到很大的提高，装填箱的受力 状况也得到很大的改善。 3 、综合选择 ( 1 ) 平面型动作比较简单，但是装填箱受力状况较差，而且车厢内垃圾分布极不均匀。 装载试验发现靠近装填箱部位的垃圾密度大，靠近驾驶室的垃圾密度较小，对于 大吨位垃圾车由于车厢较长极易在前端形成空腔。 ( 2 ) 下凹型由于增大了垃圾入口尺寸，挤压力减小，装填箱受力状况较好，车厢内垃 圾密度基本均匀。 ( 3 ) 最后，选择装填箱的型式为一下凹型装填箱。 1 3 2 2 滑动刮板式压缩装置方案的选定 根据滑板油缸推拉的方式不同，垃圾压缩装置可以分为提拉式和推举式两种。图i - 5 所示为提拉式装置示意图，由滑板液压缸有杆腔通过高压油的作用提拉滑板，刮板及垃 圾因此被带动拉起。图卜6 所示为推举式机构示意图，由滑板液压缸无杆腔通过高压油 6 广西大学硕士学位论文后装垃圾压缩车压缩机构整体参数设计及实验研究 推举滑板，刮板因此被带动推起。 囝i - 5 滑动刮扳式压缩装置提拉式)图l 巧推举式压缩装置 f 培1 - 5l 0 a d 组ga l i dc o n 啦坤s s i 。nu 醯f i g 1 6t h et y p eo f c o m p 地落i 。nm i i t l 、推举式压缩装置可以充分利用滑板缸无杆腔的液压力，但相对于提拉式方案该方案 的压缩空间受到一定限制而变小，不利于垃圾的压缩与移动。 2 、提拉式压缩装置可以提供较大的压缩空间，其不足的地方是利用滑板缸有杆腔的液 压力，使得液压力没有充分被利用。该装置的液压油路通过外控顺序阀实现差动连 接，使得滑板油缸快速下降，从而缩短循环周期，提高了工作效率。 3 、从空间利用率、效率和实际使用情况等选择，最后，本课题最终确定的装置型式为 滑动刮板提拉式压缩装置，以下简称滑板式压缩装置。 1 3 2 3 提拉式压缩装置的工作流程 后装压缩式垃圾车具有自动装填、垃圾压缩密实度较高、装载量大和密闭运输等优 势，另外能够在一定程度上消除垃圾运输过程中的二次污染。图i - 7 为提拉式垃圾车压 缩装置工作流程图【5 1 ，其工作原理是： ( 1 ) 刮板收回，滑板位于上止点，垃圾倒入装填箱的底料槽； ( 2 ) 刮板逆时针旋转，滑板下行； ( 3 ) 通过滑板油缸的作用，滑板下行到下止点，同时刮板顺时针旋转，准备开始破 碎、扫刮和挤压垃圾； ( 4 ) 刮板顺时针旋转到位后，滑板开始沿导轨向上滑行到上止点，将垃圾压实到车 厢内推板上。 7 广西大学硕士掌位论文 后装垃圾压缩车压缩机构整体参数设计及实验研究 图1 7 压缩装置工作流程 f i g i - 7w o r k i n gt h e o r yo ft h ec o m p r e s s i o nu n i t 8 广西大学硕士学位论文 后装垃圾压缩车压缩机构整体参致设计及实验研究 第二章提拉式后装垃圾压缩车主要工作部件参数的确定 2 1 压缩机构装填角的确定 2 1 1 角度范围的选定 后装压缩式垃圾车能否达到设计的装载质量，两个最关键的因素分别是：压缩装置 的压缩能力和卸料机构的反向挤压力，对于一辆垃圾压缩车来说，其压缩效果的好与坏， 是评价后装垃圾压缩车装载质量以及工作性能的重要指标。 如果希望在后装压缩式垃圾车的整车基本参数给定的情况下，压缩装置能最大限度 的将垃圾压缩，并且压缩平稳，达到预期的设计目标，就必须考虑尽可能的提高压缩装 置的压缩力的水平分力，这就要求设计合理的装填角。 如图2 一l 所示，口称为垃圾的装填角。口j 为车厢后端与压缩装置的安装斜角。而口2 则是滑板导轨轴线与压缩装置装配结合面的夹角，因此口j = 口+ 口2 。所以说，在安装斜角 口j 确定的情况下，填装角口的取值将直接影响到垃圾压缩车压缩质量这一重要因素， 因此装填角的合理取值将是压缩机构设计中重要的一个环节。目前，国产后装压缩 式垃圾车的装填角大多数为比较设计或经验设计，仿照国外的装填角，通过分析比较， 取值范围应在4 2 0 7 0 0 之剐8 l 【9 1 。 图2 1 机构装填角 f 远2 一il o a d 试ga n g ko f m e c k m i s m 2 1 2 压缩机构三维模型的建立 在压缩装置的结构和选型方案确定后，要进行虚拟样机设计，需对工作装置进行三 9 广西大学硕士学位论文后装垃圾压缩车压缩机构整体参数设计及实验研究 维特征建模，生成参数化的零件实体，装配成垃圾压缩机构工作装置运动部件，为动力 学仿真分析作好准备。 垃圾压缩机构的功能部件主要包括：填料器、刮板、滑板、刮板油缸、滑板油缸、 左右滑块和机架。其中，刮板的形状以及滑板的安装角度对垃圾压缩质量的影响尤为突 出。 由于垃圾压缩机构零部件较多，在这里不可能把每一个零部件的尺寸逐一罗列出 来，根据课题组前期的研究数据，本文只列出垃圾压缩机构总成尺寸参数以及刮板尺寸 参数，如图9 - 2 、2 - 3 和2 4 所示。 图2 2 压缩机构总成尺寸参数 f i g 2 - 2d i m e n s i o np a r a m e t e r so f c o m p r e s s i o nm e c h a n i s m 1 0 广西大学硕士学位论文后装垃圾压缩车压缩机构整体参数设计及实验研究 r4 7 i 一下习上v 2 t 7 一l 1上= |1 3 6 5 量4 = 1 一j 0 刮板尺寸参数示意图一 fi2-3 d i m n s i o np a r m e t e r ss c h m a t i c r a mlo s r a p e r图2 刮板尺寸参数示意图二 fi24 d i m n s i o np a r m e t e r s smaticd i a r a m2oc r p e r 221 u g ( n i g r a p h i c s ) 简介【l o 】 n i g r a p h i c s ) 是美国e d s 公司( 现已经被西门子公司收购) 的集成技术的大 型软其功能强大，使用该软件进行设计，能直观、准确地反映零件和组件的形状、 装配，可以使产品的开发过程完全实现设计、工艺、制造的无纸化生产，并可使产 品设工装设计、工装制造等工作并行开展，大大缩短了生产周期，非常有利于新品 试制品种产品的设计、开发和制造。 2 2 2 工作装置的建模 u n i g r a p h i c s ) 软件中进行零件设计时，就是利用了该软件参数化建模手段。 其步图2-5所示。在开始生成零件之前，应做好充分的前期准备工作，明确设计意 图，考虑设计的关键尺寸、可以变动的尺寸、尺寸之间的关系和装配时与其他零件 的装系等。一圈 创建三维实体的一般过程 fj2-5 g o m a lp r o e s so f 3m o d lc m a i n g 后装垃圾压缩牟压缩机 自韭体事敦设计a 蜜验研究 由于在u g ( u n i g r a p h i c s ) o o 实体模型的建市叮以有多种不同的生成及实现方法，采取 何种方法更为合理、高效，需要有一个经验1 累的过程。从一般情况来说，要根据图形 的形状选择生成模型的方式。 对于工作装置中机架、刮板等复杂的零件，选择合理的生成方法是尤其重要的，选 择不正确的生成方法不但效率低，而且有些情况根本就不能成生实体模型或在以后的分 析和装配中不能分析和装配。因此，在设计实体模型之前，必须要考虑好模型的生成方 法和步骤。这就要求设计人员要有较好的空间想象力和抽象思维能力，这也是三维建模 同二维图形绘制最大的不同点之处，其中建模难点在于辅助平面和辅助点的建立，只有 建立好辅助平面和辅助点，才能保证零件模型的精确性。由于垃圾压缩机构是对称分布 的，所以建模过程中要充分利用好镜像的建模方法，这里园篇幅所限将不列出压缩机构 工作部件具体的三维实体建模过程。 最后，利用u g ( u n i g r a p h i c s ) 非常强大和先进的渲染和可视化工具对垃圾压缩 机构的装配模型进行艺术渲染，其渲染效果如图26 和27 所示。 锣留 目261 宜* 最目一目2 - 7 * 女# * 目= f i g2 - 6e f f e c td r a w i n gr e n d e r e d lf i g2 7e f f e c td r a w i n g m n d cr e d2 21 3 基于r e c u r d y n 争j 装填角度仿真分析 2 13 1r e c u r d y n 彻 在激烈的市场竞争背景f ，基于物理样机的设计验证过程已严重制约产品质量的提 高、成本的降低和对市场的占有等。虚拟样机技术的引进为解决这些问题提供了强有力 的工具和手段。 虚拟样机技术是从分析解决产品整体性能及相关问题的角度出发，解决传统设计与 广西大学硕士学位论文后装垃圾压缩车压缩机构整体参数设计及实验研究 制造过程弊端的高新技术，它涉及多体系统动力学、计算方法与控制理论等学科。将该 技术引入垃圾压缩设备的研究，必能在一定程度上解决现阶段技术上的不足，加快研发 速度和提高企业自主研发能力。 r e c u r d y n ( r e c u r s i v ed y n a m i c ) 是由韩国f u n c t i o n b a y 公司基于其划时代递归算法开 发出的新一代多体系统动力学仿真软件。它采用相对坐标系运动方程理论和完全递归算 法，非常适合于求解大规模及复杂接触的多体系统动力学问题。该软件具有令人震撼的 求解速度与稳定性，极大的拓展了多体动力学软件的应用范围。 以下是r e c u r d y n 和a d a m s 软件功能的比较： 1 、数据交互 a d a m s 和r e c u r d y n 所提供p a r a s o l i d 格式都是a c s i i 和b i n 格式；a d a m s 所支 持的s t e p 格式文件，仅对单个零件，而r e c u r d y n 却支持组件的s t e p 格式文件，所 以在这方面r e c u r d y n 比较方便。 2 、建模能力 r e c u r d y n 提供更多的实体建模、约束类型和接触类型，并且采用多层次的模型 管理方法，利于实现建模组件化，添加了数据导航器使得管理界面更加的方便。另 外，r e c u r d y n 的建模能力要强于a d a m s ，并且所建模型的视觉效果和外观( 特别是 曲面造型) 要强于a d a m s ； a d a m s 提供具有普适性的s o l i dt os o l i d 接触类型，并且提供约束拓扑图，使得机 构之间的关系比较清晰。 3 、计算内核 r e c u r d y n 采用牛顿一莱不森算法，由于采用了相对座标系，比应用绝对座标的 其他软体求解速度快，尤其在求解大规模的、高速及刚性问题上更显示其功能更强 大。计算速度和占用空间比a d a m s 小，另外a d a m s 采用的是拉各朗日算法。图3 - 8 展示了求解速度快的原因： 1 3 广西大学硕士学位论文后装垃圾压缩车压缩机构整体参数设计及实验研究 r e c u r o y n 一般傅箍掘馐毂铝 捐謇寸压椽系软( e ) 艳窆j 魔探辩置( d a 丘) i 声+ 啦窑l $ m0 。0 1 吖爵盼 j i o l 螂一 ki l 绷j b ，0 j f i 础o o2 1 【i s i a 却1 j 图2 - 8r e e u r d y n 采用相对坐标系统 f i g 2 - 8t h er e a s o n so f f a s tf o ru s i n gr e l a t i v ec o o r d i n a t e 4 、高级功能 r c c u r d y n 具有功能非常强大的t o o l k i t 工具包，比如t r a c k ( h m ) 高机动性履 带包 、b e l t - p u l l e y 皮带滑轮工具包 、c h a i n 链条 、g e a r 齿轮工具包 等，运用 这些工具包就可以直接调用标准的传动件，无需建模，大大节省了时间和提高了仿 真的精度，但是在这方面的功能a d a m s 比较欠缺。 2 1 3 2 装填角仿真模型的建立【1 2 1 真正的垃圾压缩机构整体模型比较复杂，零部件比较多，如果用整个模型进行装填 角的仿真实验是不现实的，所以应该对模型进行简化，但是要注意，简化模型的外型， 不能够影响到原来样机的性能。结合多体动力学软件r e c u r d y n 的特点，对仿真环境以 及模型提出2 点假设【1 3 1 ： 1 、由于仿真的目的是要得出最优的装填角度，所以在仿真时我们可以忽略各个部件 的变形，认为整个系统是刚性的； 2 、装置在工作时，各个部件都处于稳定运行状态，认为它们之间的摩擦力非常小。 一、对简化的三维模型施加运动约束 设置主参考坐标系为o x y z ：主参考坐标系o x y z 的z 轴和垃圾车正常行驶的方向 相反，x 轴垂直于z 轴指向汽车的左侧，y 轴垂直于地面向上，遵守右手规则；设置重 力方向为：x - - 0 ，y = 一9 8 0 6 6 5 ，z = o ；选择单位系统( m m ，k g ，s ) ，并保持与u g 建模 环境相互匹配。 本模型采用了四种常用的运动副约束，如表2 1 所示： 1 4 广西大学硕士掌位论文岳蓑越掘压缩车噩缩机柠整体錾敦设计a 蜜耻研究 表21 梗型中采用的主要运动副约柬 t d 0 2 1 m a m m d 曲n o f h n 目埘z 口螂 1 口十# 动副 鼢 沿板一一刮板一对刮扳油缸一一滑板 挡板一一装埴箱一对刮扳油缸一i4 板 一对滑板油缸一一大地( g d ) 5 十移动副 劳 沿扳一装填箱 一对沿板油缸一一油缸活塞杆 一对刮扳油缸一一油缸活塞杆 1 个固定副 毯 大地( c r o w d ) 装填箱 本文的仿真思路是一个从后向前的过程， 的运动规律，得到整个压缩装置的运动规律， 缸驱动力和垃圾挤压力。 即逆向的运动学分析，通过限定液压油缸 最后通过仿真后处理运算得到所需要的油 在这里为了模拟掖压缸的运动，这里使用s t e p 函数。r e e u r d y n 中，s t e p 函数的句 法如下u 训： s t e p ( x ，x 0 ，h 0 ，o i ，h i ) ( 2 1 ) 上式中，x 独立变量；。_ 变量的初始值；1 1 0 一函数的初始值；x l 变量的终止值；h ， 一函数的终止值。 另外，s t e p 函数利用三次多项式逼近海塞( h e a v i s i d e ) 阶跃函数【，函数曲线如图 2 - 9 所示，s t e p 函数的定义为： s t e p ( x ，x h ，x i ，h 1 ) = ：m 枷k 。x x 0 ) - x 。) i xr 32 ( x - x 。氐) 1 ；。甄 ( 2 埘 + ( q 岛) k x 。x 。) r 。) ，( x ，x o ) 1 x 。x x l ” 1 啊 x 2 x 1 本文对模型施加驱动函数时，在c j t 1 2 7 2 0 0 0 行业标准的基础上，考虑到压缩装置 进行压缩垃圾的一个工作循环时间应不大于3 0 s ，针对解决问题的重点决定压缩装置 的一个工作循环为2 5 s ，而仿真时间定为3 0 s ，0 - - 5 s 为滑板下移过程，5 1 0 s 是刮板 台上，1 01 5 s 为滑板提升状态，而2 0 - - 2 5 s 是刮扳打开到初始状态，这样就完成了一 个压缩装置压缩垃圾的工作循环。最后根据参数的预选，滑板液压缸的行程为8 0 0 m m ， 刮板液压缸行程为4 2 5 m m 。 广西大掌硕士学位论文后装垃圾压缩车压缩机构整体参数设计及实验研究 h 而i 0 0 图2 - 9 s t e p 函数曲线 f j g 2 9t h e c t l r t oo fs t e pf u n c t i o n 围2 - 1 0 油缸运动曲线 f 远2 1 0t h em m , e m e n tc u mo f c y l i m l e r 在图2 1 0 中，实线代表滑板和滑板液压缸运动函数曲线，虚线代表刮板和刮板液 压缸运动函数曲线，其表达式如下： s t e p ( t i m e ，0 ，0 ，5 ，8 0 0 ) + s t e p ( t i m e ，1 0 ，0 ，1 5 ，一8 0 0 ) ( 2 3 ) s t e p ( t i m e ，5 ，0 ，10 ，4 2 5 ) + s t e p ( t i m e ，2 0 ，0 ，2 5 ，一4 2 5 )( 2 4 ) 二、施加接触力 模型中施加了4 处接触约束，模拟垃圾体与装填箱的接触约束；模拟垃圾球与挡 板的接触约束；模拟垃圾体与滑板的接触约束；模拟垃圾体与刮板的接触约束。另外， 为了防止垃圾体在仿真的过程中被从装填箱左右两侧挤出，所以在简化模型中建立了左 右挡板，并且和装填箱合并成为一个实体。 三、创建挡板力 1 6 后最垃圾压缩年压缩机莉置讳- 参越设计及实验研究 创建挡板挤压力是仿真实验比较重要的个浔垭 环节，在这里，直线弹簧用移动副连接在假设的挡 板上，模拟真实情况的推挤卸料机构具有双向压缩耄? 技术，而对垃圾有一个反向的挤压力，具体如图 2 - 1 1 所示。根据参考文献n 4 1 以及前期的研究结果， 沿扳力 - 初定弹簧刚度系数k = 4 8 69n 慨而阻尼系数，。2 l l 鬈2 ：i = 。 c = o3 l n d m m 。 四、创建垃圾体模型 为了得到满意的仿真结果需要在虚拟样机模型中建立垃圾体。有实验分析结果指 出，垃圾在压缩过程中的变形既有弹性变形又有塑性变形，材料明显表现为弹塑性”“。 但在r e c u r d y n 中无法创建真正意义上的弹塑性模型【懈，本文主要分析的是压缩装置在 挤压垃圾的工作情况下，驱动力和挡板挤压力的大小情况，即比值随时问变化的趋势以 及规律，所以考虑到球体是只有一个面的几何形体，用球体代替垃圾体l 。在建模时将 球的质量、密度等特性参数设定为垃圾的特性参数。图2 - 1 2 是装填角为6 9 0 时整个压缩 装置的仿真模型。 图2 一1 2 压缩装置的仿真n 何模型 f i g2 。1 2 t h es i m u l a t i o n m o d e lo f r c s s l o nu n i t 下面在垃圾压缩装置简化模型的基础上，分析装填角度对垃圾挤压力的影响，为了 达到一个综合的评估效果，分别在4 5 。6 9 。的范围内以3 。为单位进行仿真研究，最终确 广西大掌硕士学位论文 后装垃圾压缩车压缩机构整体参数设计及实验研究 定垃圾压缩装置装填角的具体数值。 另外，由于模型得到了简化，仿真过程并不复杂，所以在一个装填角度仿真结束后， 可以在r e c u r d y n 中选中一对刮板油缸、一对滑板油缸、刮板油缸活塞杆、滑板油缸活 塞杆、滑板和刮板绕着滑板油缸上铰点( 如图2 1 2 所示) 依次旋转3 。，这样就可以作 为下一个装填角度的仿真模型。 2 1 3 3 仿真实验结果分析 本文对装填角分别为4 5 。、4