钱可平
海汇汽车制造有限公司 山东省日照市莒县 邮编276526
摘要：随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。纯电动汽车具有零排放、低噪声和高效率等优点，因此越来越受到国家和企业的重视，多种品牌的纯电动乘用车已经大量推向市场。随着纯电动乘用车的成功推广，电动汽车的应用也被拓宽至环卫、邮政、物流等专用车领域。然而，动力电池的效率与成本仍然是制约纯电动技术推广的主要因素，因此提高电池及动力系统效率、降低动力电池容量从而达到减轻整车重量及电池成本是整车厂家设计开发时需要重点研究的课题。本文就纯电动压缩式垃圾车上装系统的节能展开探讨。
关键词：纯电动；压缩式垃圾车；上装系统；节能；
引言
在我国，纯电动压缩式垃圾车的研究分析工作受到了人们广泛关注，传统的燃油车底盘已经无法满足运行需求，我们应该重点采用电动车底盘，压缩式垃圾车有一半的时间都是上装作业状态，加之上装液压系统的工作质量有待提升，电池的能量运用有效率较低，这样就会给垃圾车的使用时间及续航里程带来一定的负面影响。
1基于OPTISTＲUCT求解器的变密度法
当前国内外常用的连续结构拓扑优化多采用基结构法中的变密度方法、变厚度法、均匀化方法。其中变密度法中常用的插值模型有固体各向同性材料惩罚模型与材料属性的有理近似模型，简称为SIMP法与ＲAMP法。所使用的OPTI-STRUCT优化求解器采用的是基于变密度法中的SIMP插值模型，其基本原理是假设引入一种密度在0～1可变的材料，并采用材料的密度作为优化设计变量，从而实现结构的拓扑优化。SIMP法的公式表达为
E(xi)=Emin+(xi)p(E0－Emin)
式中:E(x)为插值后的弹性模量;E0为实体部分材料的弹性模量;Emin为孔洞部分材料的弹性模量;x为单元相对密度，取值为1表示有材料，为0表示无材料即孔洞;p为惩罚因子。
2上装液压系统的仿真模型
垃圾车在装填过程中会出现节流损失，主要可以从以下几点体现出来：第一，两只定量泵依照不同的顺序完成油缸的动力补充，在这种情形下，两只定量泵的空留运行状态持续的时间较长；第二，刮合以及滑板呈现下行状态的过程中，油缸的负载量低于最低负载量，大部分结构的能量都应用在了多路阀上，并进一步转变为热量；第三，滑板向上运动的过程中，推板油缸的背压阀呈现打开的状态，所以滑板油缸做的功被消耗在了摩擦过程中以及背压阀上。通过认真研究和分析上装液压系统的空载状态能耗，要想进一步明确上装系统的能耗制度，我们可以锦衣创新上装液压系统的相关模型，并通过加载满足系统的带载工作能耗。
3上装系统工作过程
图1为压缩式垃圾车装填机构工作示意图，其具体工作过程如下：在翻桶机构将垃圾桶内垃圾倒入填料器的垃圾料仓之后，刮板逆向转动张开，如图1（a）所示；滑板油缸伸出，滑板向下运动，如图1（b）所示；刮板油缸伸出，驱动刮板顺时针转动，并将垃圾刮起进行初步压缩，如图1（c）所示；滑板油缸缩回，使滑板带动刮板向上运动，对垃圾进行二次压缩，如图1（d）所示。当垃圾被压缩到一定程度，在滑板挤压力的作用下推板油缸背压阀打开，因此垃圾边被压缩边向车厢前部移动。滑板油缸运动到位时停止运动，装填机构回到初始位置，完成一次工作循环。采用这种边压边退的双向压缩方案，可以保证垃圾被均匀压缩而提高装载量。经过多次循环作业，待垃圾装满车厢后，整车垃圾被运送到垃圾处理站再卸料。
图1 压缩式垃圾车装填机构工作示意图
4纯电动压缩式垃圾车上装液压系统能耗分析
4.1系统设计优化对策
按照节能减排的相关要求，我们可以提出以下系统设计优化措施：（1）因为电机的转动起始时间明显小于发动机的转动时间，所以我们需要充分发挥不同动作间隔过程中的电机停机操作作用，从根本上降低液压系统的空流耗损。（2）滑板上行过程中，我们可以借助蓄能器来进一步降低溢流过程中的能量耗损，同时蓄能器中回收的能量还能运用到其他结构的运行过程中。（3）使用通径较大的多路阀能够有效实现多路阀的节能操作，还能回收负载状态下的能量。（4）不断优化加工工艺，并结合实际需求采取科学的对策提升工作效率，并进一步提升系统控制的准确性。（5）每隔一段时间就更新一次相关设备，采用先进的设备取代原有的技术落后设备，从根本上提升液压系统的工作效率以及能源的有效利用率。（6）我们还应该在装箱及卸料的最初时期适当增加举升液压缸与水平面之间的夹角，这样就能尽量减少液压缸支座在水平方向上的受力，增加其在此方向上的支撑力度，强化系统结构的稳定性。
4.2上装控制系统改进方案
上装系统由翻桶、滑板、刮板、举升、推料、后盖锁紧等机构组成，各机构分别由油缸驱动，每只油缸通过对应的多路阀分别控制运动方向。在所有的执行机构中，使用频率最高的是翻桶机构以及垃圾装填机构，因此，需要重点关注。改进后的电机转速控制方案如下：（1）工作空闲期间，电机停止转动，这样可以节省空流损耗。（2）翻桶油缸作业时间短，因此电机转速仍然保持1800r/min，而刮板油缸和滑板油缸作业时间长，按液压泵允许的最高转速2400r/min运行，这样可以提高作业效率。（3）填充器举升油缸和推板油缸只在卸料时作业，占整个上装系统工作时间的比例很小，因此电机保持原转速1800r/min不变。
5轻量化结构有限元建模及强度校验
（1）轻量化结构有限元模型建立。根据所设计刮滑板的轻量化结构对刮滑板进行有限元模型建模。刮滑板有限元模型建立的一般方法包括抽取中面、划分有限元网格、焊接、附加材料、属性、添加工况等。（2）轻量化结构强度校验。为便于同原结构进行强度分析比较，使用Hy-perMesh有限元软件中的OPTISTRUCT求解器分别对优化前后的刮滑板有限元模型进行强度分析。
结语
与传统的燃油车上装系统相比，纯电动压缩式垃圾车的设计思路更加新颖，但是其电池的使用时间以及续航里程也受到了负面影响。基于此，传统的上装液压系统建模及仿真工作需要得到人们的重视，关系到上装系统能耗的因素有很多，主要有以下两种，系统空流耗损以及滑板上行中的垃圾挤压力。通过分析纯电动车底盘的自身特征，提出相应的优化措施：第一，通过在动作间隔过程中采纳电机停机的方法来降低空流耗损；第二，通过蓄能器来降低背压阀上的溢流耗损；第三，降低多路阀上的节流耗损，并进一步回收能量。
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