苗淑杰，趙 桐，馬慧良，苗志濱，劉亞娟

(黑龍江工程學院，黑龍江 哈爾濱150050)

0 引 言

隨著人們生活水平的不斷提高和城市規(guī)模的逐漸擴大，城市生活垃圾不僅數(shù)量越來越多，而且其成分也在發(fā)生變化，密度下降，可壓縮性增強［1～3］.為了高效地對生活垃圾進行運輸，本文設計了后裝壓縮式垃圾車的關鍵部門，并對其進行了試驗研究，獲得了工作時的最佳參數(shù)組合，為整車的研制提供了理論基礎.

1 裝置結構

后裝壓縮式垃圾車主要工作部件由車廂、調料器、壓縮裝置、舉升裝置及油缸等組成，如圖1 所示.車輛行走時，舉升機構將壓縮機構推舉到如圖綠色部分所示位置;工作時，液壓系統(tǒng)通過一定順序控制刮板油缸、滑板油缸的伸張和縮短將垃圾進行壓縮.

2 關鍵部件的設計

2.1 壓縮機構

垃圾車壓縮機構的形式主要有滑動刮板式壓縮機構、擺動刮板式機構和連桿刮板式壓縮機構等［4，5］.由于滑動刮板式壓縮機構具有優(yōu)良的裝載性能、簡單可靠的結構及單次裝載量大等優(yōu)點，因此，本設計選用滑動刮板式壓縮機構.

2.2 推卸油缸推力

推卸油缸的受力分析圖如圖2 所示.

移動前，油缸處于平衡狀體，有

其中，F(xiàn)t為推卸油缸的推力，N;θ 為推卸油缸的安裝角度，°;T 為垃圾與車廂的摩擦力，N;T’為垃圾對排出板的作用力，N;α 為T’的傾斜角度，°;W 為推卸機構自重，N;Tf為垃圾和推卸機構與地板的摩擦力，N;N1，N2為導軌對機構的法向作用力，N.

由式(1)可知，

由式(2)可知，

其中，Tf′為排出機構與導軌的阻力，N;f′為滑動摩擦系數(shù).

由式(3)和式(4)式知，排出油缸的推力主要用于推卸垃圾的摩擦阻力.據(jù)分析，油缸安裝角θ應盡量大寫，但θ 越大，推卸垃圾所需最小力越大，所需油缸直徑也越大，一般取θ 為62°;α 過小，垃圾排除不干凈，應在38°～45°之間，本設計取45°［6］.

圖1 裝置結構圖

圖2 受力分析示意圖

3 試驗條件與方法

3.1 試驗條件

試驗地點為哈爾濱市向陽生活垃圾處理場.試驗區(qū)的垃圾主要為生活垃圾，試驗前，將垃圾場分塊并標記，試驗時隨機抽取標記進行試驗.試驗儀器主要為東風牌EQ3081TJA 自卸汽車底盤、地秤等.

3.2 試驗方法

根據(jù)Box－Behnken 設計原理，以裝載質量為響應指標，以填裝口距地面高度、壓實板與豎直面最大角度及裝載角為因素，利用Design－ExpertV8.0.6 軟件設計了三因素三水平響應曲面試驗［7］.其因素編碼表如表1 所示.

表1 因素編碼表

4 試驗結果與分析

4.1 試驗結果

以裝載質量為因變量，以各試驗因素水平編碼為自變量，得到的試驗結果如表2 所示.

表2 試驗結果

4.2 試驗分析

運用Design－Expert.V8.0.6 軟件對表2 的試驗結果進行分析可知，在置信水平為0.05 的情況下，模型項的P 值＜0.0001，說明模型顯著;失擬項的P 值為0.0943，說明裝載質量與各影響因素的關系方程失擬不顯著，方程可用;因素x1，x2，x3，顯著，其他因素不顯著.裝載質量與各影響因素的回歸方程為

4.3 各因素對裝載質量的響應曲面分析

應用響應曲面法，將其中一因素固定，分析其它兩因素對裝載質量的影響.

(1)填裝口距地面高度和壓實板與豎直面最大角度對裝載質量的影響

將裝載角固定在55°時，得到裝載質量與距地面高度和與豎直面的最大角度的影響如圖3 所示，其關系式為

圖3 裝載質量與距地面高度對裝載質量的影響

由圖3 可知，填裝口距地面高度對裝載質量的影響較壓實板與豎直面最大角度顯著.

(2)壓實板與豎直面最大角度和填裝角對裝載質量的影響

將填裝口距地面高度固定在800mm 時，得到裝載質量與壓實板與豎直面最大角度和填裝角的影響如圖4 所示，其關系式為

圖4 壓實板與豎直面最大角度和填裝角對裝載質量的影響

由圖4 可知，填裝角對裝載質量的影響較壓實板與豎直面最大角度顯著.

(3)裝填角和填裝口距地面高度對裝載質量的影響

將壓實板與豎直面最大角度固定在60°時，得到裝載質量與裝填角和填裝口距地面高度的影響如圖5 所示，其關系式為

圖5 裝填角和填裝口距地面高度對裝載質量的影響

由圖5 可知，裝填角對裝載質量的影響較填裝口距地面高度顯著.

4.4 試驗優(yōu)化與驗證

應用軟件進行優(yōu)化求解，得到滿足響應變量范圍比較好的參數(shù)組合方案，如表4 所示.

表3 較佳參數(shù)組合表

由表3 可知，第3 號方案為最佳組合，即填裝口距地面高度為868.94mm、壓實板與豎直面最大角度為50°及裝載角為66.97°.將各影響因素調至最佳組合，在同一試驗點進行驗證試驗，得到裝載質量的平均結果為7.702 噸，與軟件優(yōu)化結果基本一致.

5 結 論

(1)根據(jù)Box－Behnken 設計原理，采用響應曲面法分析了填裝口距地面高度、壓實板與豎直面最大角度及裝載角對裝載質量的影響.

(2)各因素對裝載質量的顯著性影響依次為裝載角、填裝口距地面高度和壓實板與豎直面最大角度.

(3)分析得到最優(yōu)參數(shù)組合為:填裝口距地面高度為868.94mm、壓實板與豎直面最大角度為50°及裝載角為66.97°，此時裝載質量為7.697 噸.

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