一种多功能道路清扫车的设计仿真研究

一种多功能道路清扫车的设计仿真研究

赵宁[]刘光泽1解润海2张攀1,*

关键词：多功能；结构；SolidWorks；ADAMS；动力学模型

中图分类号：TH123+.4文献标志码：A文章编号：

0引言

道路清扫车是一种个性化极强的车辆产品，由于我国地域广阔，南方多雨多水，北方气候干燥，尘土较多，不仅对道路清扫车也有不同的需求，也对质量要素的要求也各不相同，如经济性、安全性、可靠性、可维修性的等。道路清扫车行业经过数十年的发展，产品也从单一的纯扫式发展到目前的多种型式，产品性能和产品质量也得到很大地提高。道路清扫车的使用也从大中城市扩展到小城市、高速公路，而且不少企业、居民小区也采用道路清扫车进行路面清扫。

结合现有道路清扫车的功能和结构，设计一种可以在道路清扫过程中对路面上金属、粉尘、砂石、树叶等分类的清扫车，实现垃圾分类和有用物质的回收利用。并且可以模块化加减除雪等模块，可以实现一车多用。

随着基于多体系统动力学理论的虚拟样机技术在机械制造行业越来越广泛的应用，国内外通过建立多体系统的动力学虚拟样机，真实地模拟样机给定工作条件下运动过程的研究和应用以取得了大量成果。实现了快速的分析、比较多种方案，在产品设计早期就可以预测出潜在的故障，以减少试验及设计费用提高产品的设计水平[1]。

1整车三维模型的建立

1.1清扫回收装置三维模型的建立

各零件的三维模型主要通过Solidworks软件建立。Solidworks是目前应用最为广泛的机械设计软件之一。此软件功能强大且易掌握，深受用户欢迎。并且可以与目前市场上其他三维CAD软件进行数据交换。

考虑到多功能道路清扫车在不同运行条件下各零件受力情况也不同，建立模型时，将整车各零件分开建模，最终进行装配得到复杂的整车模型。如图1所示为多功能道路清扫车的碎冰与收集装置。

基于多功能道路清扫车的实际应用，此装置为车体外部选装部分，故单独设计装配。实体生成步骤如下：1)绘制活塞缸、钢刷、收集器、各个支架等零件的三维实体图形。2)利用Solidworks强大的智能装配功能，通过一系列配合指令拼接成完整的装配体。3)保存装配体为.SLDASM格式[2]。

1.2整体车辆三维模型的建立

参阅图1，所述的蒸汽除冰装置包括车体1;融冰机构2;碎冰机构3;清扫回收机构4;水箱5;发电机6。融冰机构2可拆卸安装在车体1的前方，水箱5和发电机6安放在车体1的车厢中，碎冰机构3可拆卸安装在车体1中间处的底部，清扫回收机构4可拆卸安装在车体1的后方。

2.2零件受力分析

通过Adams对零件施加受力和约束以查看零件的运动情况，并输出边界条件(最大的力或最大位移)。

在ADAMS中输出有限元载荷(位移、载荷谱等)的步骤如下:

(1)模型导入将保存为.x_t格式的模型导入ADAMS环境中。

对此处的组合连杆进行分析，设活塞杆、活塞套筒、曲柄长度为20cm(等比例缩放)，材料采用45号钢。选part2为曲柄，part3为活塞套筒，part4为活塞杆。

(2)模型修复在将模型导入ADAMS环境之后，在三维实体建模软件中所添加的配合将在力学分析软件ADAMS中失效，故需重新添加约束。

(3)添加约束与运动副确定构件载荷作用点与铰接点，在作用点处施加相应约束，在铰接点处添加相应的副。

如图4所示，在曲柄与固定支架间铰接处添加一个转动副joint1；在固定支架与活塞套筒间铰接处添加

据图像显示活塞运行平稳，运行速度维持在可控范围内，最高速度在1.5m/s以下。并且据生成的力图显示，铰接点所受外力在结构刚度的承受范围内[5]。

2总结

(1)根据多功能道路清扫车的设计需求，以及实际工作情况对整车进行三维建模。这种多功能道路清扫车可以对路面上的金属、粉尘、沙石、树叶等进行清扫分类，实现垃圾分类和可用物质的回收再利用。打破了原有道路清扫车的结构设计，重新进行模块划分，设计功能更齐全，使用更方便的道路清扫车。

(2)通过Solidworks软件与ADAMS软件相结合，对多功能清扫车进行运动模拟仿真，减少了在ADAMS中建立模型的工作量，提高了工作效率。凭借ADAMS的运动仿真与力学分析功能，对部分结构进行了模拟仿真，得到了实验数据与分析结果。

(3)通过各零件的力图、分速度图和分加速度图可以得知在给定驱动的情况下了解到各零件的运动状态，验证结构的合理性。通过铰接点所受的分力图可见，部件强度满足车辆结构可靠性需求，通过ADAMS模拟样机对整车的各个零件的建模和动力学仿真，逐一进行强度和刚度校核，以验证三维模型的可靠性，满足车辆正常工作的要求，满足车辆结构可靠性要求。

参考文献:

[1]邵磊,傅幸民,姚雪梅,徐刚.工程车辆ADAMS建模与平顺性仿真[J].中国工程机械学报,2005(02):144-148+155.

[2]周基,芮勇勤,谭勇.基于Solidworks建模技术的工程有限元仿真分析[J].中外公路,2010,30(06):187-189.

[3]武金艺,黄金凤,李炜,田雪珂.基于SolidWorks和ADAMS的装车机械手运动仿真[J].机床与液压,2016,44(09):52-56.

[4]刘晋霞,胡仁喜,康士廷.ADAMS2012虚拟样机从入门到精通[M].北京:机械工业出版社,2013.4.

[5]于殿勇,钱玉进.基于ADAMS动力学仿真参数设置的研究[J].计算机仿真,2006(09):103-107+183.

基金项目：大学生创新训练计划项目（IECAUC2017017）;中央高校基本科研业务费资助项目(3122017025)