后裝壓縮式垃圾車壓縮裝置的運動仿真分析

孫洪良

(江蘇悅達專用車有限公司，江蘇 鹽城 224007)

0 引言

壓縮式垃圾車是一種擁有較高工作效率的收集和運輸垃圾的專用車輛，由于其密閉性較好，在運輸過程中基本能夠避免液體垃圾撒漏而造成二次污染，因此可用于遠距離運輸，而且通過自身的壓縮裝置能夠將收集到的垃圾進行壓縮處理，減少垃圾所占體積，提高經(jīng)濟效益.基于這些優(yōu)勢，壓縮式垃圾車已經(jīng)成為城市環(huán)境衛(wèi)生部門的優(yōu)選設備.壓縮裝置是壓縮式垃圾車的重要組成部分之一，決定了壓縮式垃圾車的工作效率和使用壽命.通過運用Siemens NX/Motion 對壓縮裝置進行運動仿真分析，能夠對壓縮裝置的運動特性進行直觀而準確的分析.

1 壓縮裝置

1.1 壓縮裝置的工作過程

壓縮裝置是壓縮式垃圾車最為核心的工作部分，主要負責將裝入壓縮式垃圾車后車廂斗的垃圾全部刮入車廂內部，再與車廂內部的推板一起進行壓縮活動[1].

壓縮裝置包括滑板、刮板、驅動油缸和推板這四個部件，其中滑板、刮板和驅動油缸在裝填箱內.刮板與裝填箱底需緊密貼合，不能留有過大的間隙，防止垃圾被遺漏在裝填箱底，但間隙也不能過小，防止造成刮板與裝填箱底部干涉變形，正?？刂圃?～10 mm.

推板一開始處于靠近裝填箱的一端，裝入垃圾后，刮板緊貼裝填箱底將垃圾全部刮起，滑板向上滑動，刮板中的垃圾就會進入到車廂內部，和推板有所接觸，由滑板和推板形成壓縮空間進行壓縮.推板處于車廂內部早已布置好的滑軌上的，滑板壓縮垃圾，垃圾給推板施加作用力，使其在滑軌上進行運動，直至車廂內部裝滿垃圾為止[2].

1.2 壓縮裝置三維模型

垃圾從裝填箱后端的入口處倒入，由推板、滑板和刮板等共同作用進行壓縮，將垃圾推入車廂壓實.壓縮裝置三維模型如圖1所示.

2 壓縮裝置運動仿真分析

2.1 運動仿真驅動

運動驅動是在運動仿真分析過程中賦予在運動副上控制運動的參數(shù)，是有關聯(lián)的連桿能夠按照預期進行運動的動力來源[3].

本次運動仿真用到的主要是 STEP 函數(shù).通過對預期運動進行詳細分解之后，決定將驅動分別加在壓縮裝置的外殼箱體和滑板的滑塊運動副J003、驅動油缸和刮板之間的旋轉運動副J004 以及推板和外殼箱體的滑塊運動副J006 上，從而模擬壓縮裝置的工作情況[4].

根據(jù)實際工作中正在被廣泛使用的各種壓縮式垃圾車類型，為本次仿真運動添加下列驅動函數(shù)：

(1)添加在J003 滑塊運動副上的驅動函數(shù)

第一步：滑板停在導軌0 mm 的位置等待刮板向下旋轉刮動到一定角度.

(STEP(time，0.0001，0，0，1)+STEP(time，4.9701，0，4.97，-1))*0

第二步：滑板帶動刮板以158 mm/s 的速度向上滑動758.4 mm.

(STEP(time，4.9701，0，4.97，1)+STEP(time，9.7701，0，9.77，-1))*POLY(time，4.97，0，158)

第三步：滑板停在導軌758.4 mm 的位置等待刮板向上旋轉刮動到一定角度.

(STEP(time，9.7701，0，9.77，1)+STEP(time，14.7401，0，14.74，-1))*758.4

第四步：滑板帶動刮板以158 mm/s 的速度向下滑動758.4 mm.

(STEP(time，14.7401，0，14.74，1)+STEP(time，19.5401，0，19.54，-1))*POLY(time，14.74，758.4，-158)

(2)添加在J004 旋轉運動副上的驅動函數(shù)

第一步：刮板以12°/s 的速度向下旋轉刮動到59.64°.

(STEP(time，0.0001，0，0，1)+STEP(time，4.9701，0，4.97，-1))*POLY(time，0，0，12)

第二步：刮板停在59.64°的位置隨著滑板向上滑動.

(STEP(time，4.9701，0，4.97，1)+STEP(time，9.7701，0，9.77，-1))*59.64

第三步：刮板以12°/s 的速度向上旋轉刮動到59.64°.

(STEP(time，9.7701，0，9.77，1)+STEP(time，14.7401，0，14.74，-1))*POLY(time，9.77，59.64，-12)

(3)添加在J006 滑塊運動副上的驅動函數(shù)

第一步：推板停在3300 mm 的位置等待刮板開始刮動的動作；推板以25 mm/s 的速度向車廂內滑動.

(STEP(time，0.0001，0，0，1)+STEP(time，0.1001，0，0.1，-1))*3300

(STEP(time，0.1001，0，0.1，1)+STEP(time，9.7701，0，9.77，-1))*POLY(time，0，3300，-25)

第二步：推板停在3058.25 mm 的位置等待尾部壓縮機構完成一個流程.

(STEP(time，9.7701，0，9.77，1)+STEP(time，19.5401，0，19.54，-1)) *3058.25

2.2 仿真結果與分析

制定解算方案是進行運動學仿真和分析之前的最后一個步驟，主要功能是用來定義運動仿真的整個過程時間以及步數(shù)這兩個主要參數(shù).

通過疊加計算所有步驟的總時間，設置壓縮裝置壓縮垃圾的解算方案時間是19.54 s，正好可以完成一個完整的刮板旋轉刮動垃圾，隨著滑板向上滑動，壓縮完成之后再次回到原始位置的過程.設置步數(shù)為50 步，步長為0.01 s.解算分析的過程完成之后，就可以直接用動畫的形式清晰地表現(xiàn)出壓縮裝置的壓縮運動仿真過程[5].

完成解算之后，在L001 刮板、L003 滑板和L005 驅動油缸這三個連桿上分別標記一個標記點，便于觀察這三個連桿的位移以及速度.通過SIEMENS NX 運動仿真中的作圖輸出功能，將三個連桿的分析數(shù)據(jù)以圖表形式輸出.

L001 刮板的速度-角度幅值如圖2所示.可以看出，L001 刮板在運動過程中一直以12°/s 的速度刮動，其運動軌跡較為規(guī)律且平穩(wěn)，符合預期的設計要求.

L003 滑板的位移幅值和速度幅值如圖3和圖4所示.滑板在刮板向下刮動的時間段內是靜止的，在刮動結束之后，滑板帶動刮板以158 mm/s 的速度向上滑動758.4 mm.最大速度僅為158 mm/s，滿足運動軌跡和位移要求，其速度平滑，沒有突變，不會產(chǎn)生沖擊，符合裝置的實際運動情況.

圖2 L001-速度-角度幅值

圖3 L003-位移幅值

圖4 L003-速度幅值

L005 推板的位移幅值和速度幅值如圖5和圖6所示.推板開始時停在原地等待刮板開始動作，緊接著在垃圾的推動下以25 mm/s 的速度向車廂內滑動，然后停在3058.25 mm 的位置等待整個流程的結束.整體運動過程極為平穩(wěn)，速度較慢，符合其被動壓縮垃圾的設計目的，符合實際情況.

圖5 L005-位移幅值

圖6 L005-速度幅值

綜上所述，整個運動過程中刮板、滑板和推板的運動速度都很平穩(wěn)且具有一定規(guī)律，并沒有突變情況的發(fā)生，符合設計要求[6]，能夠保證正常的工作流程.

3 結語

本文通過對壓縮式垃圾車壓縮裝置的模型進行仿真分析，能夠有效提升壓縮裝置的設計質量，在這個基礎上對垃圾車壓縮裝置的設計進行改善，能提高垃圾車壓縮裝置的剛度性能，延長預期壽命，增加經(jīng)濟價值.通過對壓縮式垃圾車壓縮裝置的模型進行創(chuàng)建和仿真，在軟件平臺上進行模擬，避免了現(xiàn)實中不必要的嘗試，減少了垃圾車壓縮裝置的開發(fā)成本.