新型橋式洗車(chē)臺(tái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)與有限元分析研究

郇曉倩 文興國(guó) 管馨馨 梁作元

（1.日照凱格環(huán)?？萍加邢薰?，山東 日照 276800；2.日照港股份有限公司嵐山裝卸分公司，山東 日照 276800）

1 引言

本文針對(duì)粉塵污染問(wèn)題設(shè)計(jì)了一種專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于工程車(chē)輛底盤(pán)及車(chē)輪清洗的橋式洗車(chē)臺(tái)，在詳細(xì)調(diào)研了客戶(hù)的需求之后，將洗車(chē)臺(tái)整體分為三部分進(jìn)行設(shè)計(jì)：機(jī)械結(jié)構(gòu)、水處理和自動(dòng)化控制。在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，基于PRO/E對(duì)橋式洗車(chē)臺(tái)的外形、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，再將3D模型導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行靜態(tài)分析得出應(yīng)力云圖和應(yīng)變?cè)茍D，根據(jù)分析結(jié)果看其是否滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，并進(jìn)一步對(duì)洗車(chē)臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化，保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性。水處理方面，對(duì)污水進(jìn)行處理并循環(huán)利用，以節(jié)約水資源。在自動(dòng)化控制方面，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)感應(yīng)來(lái)往車(chē)輛來(lái)控制水泵的自動(dòng)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)洗車(chē)臺(tái)的全自動(dòng)化控制。

2 橋式洗車(chē)臺(tái)的設(shè)計(jì)

橋式洗車(chē)臺(tái)，是指不需要土建結(jié)構(gòu)，直接安裝在地面上就可以使用的洗車(chē)臺(tái)，該類(lèi)洗車(chē)臺(tái)有以下幾種優(yōu)點(diǎn)：一是模塊化設(shè)計(jì)，方便拆裝、搬運(yùn)；二是不需要土建結(jié)構(gòu)，不會(huì)對(duì)安裝現(xiàn)場(chǎng)造成破壞；三是人性化的水路設(shè)計(jì)，洗車(chē)臺(tái)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)反沖洗，防止淤泥的堆積。洗車(chē)臺(tái)的設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)方面：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、水處理設(shè)計(jì)和自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)。

圖1是橋式洗車(chē)臺(tái)結(jié)構(gòu)圖，其中1是上下斜坡；2是洗車(chē)平臺(tái)；3是側(cè)噴的管道及噴嘴；4是控制室，用來(lái)放置水泵和控制柜；5是蓄水罐；6是過(guò)濾器。工程車(chē)輛由斜坡進(jìn)入洗車(chē)平臺(tái)，洗車(chē)平臺(tái)的側(cè)面和底面裝有噴嘴，在高壓水泵的帶動(dòng)下噴出高壓水流，對(duì)車(chē)輛的車(chē)輪和底盤(pán)進(jìn)行沖洗。平臺(tái)下方鋪有角鋼，污水由角鋼間的縫隙進(jìn)入到下方的水箱，再通過(guò)管道流入過(guò)濾器對(duì)污水進(jìn)行沉淀，且在污水中加入PVA、PAM提高污水凈化的質(zhì)量。最后，過(guò)濾后的污水進(jìn)入蓄水罐重新利用。洗車(chē)臺(tái)的各項(xiàng)基本參數(shù)入表1所示。

圖1 橋式洗車(chē)臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

表1 洗車(chē)臺(tái)基本參數(shù)表

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元分析

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是洗車(chē)臺(tái)設(shè)計(jì)過(guò)程中比較重要的環(huán)節(jié)，其承重能力更是衡量洗車(chē)臺(tái)的重要因素。本洗車(chē)臺(tái)全部采用鋼結(jié)構(gòu)和焊接工藝，結(jié)構(gòu)易被破壞的部位主要集中在角鋼和焊縫。因此，本設(shè)計(jì)利用PRO/E對(duì)洗車(chē)臺(tái)進(jìn)行三維建模，對(duì)焊縫進(jìn)行簡(jiǎn)化，將焊縫按固定處理，材料選擇為structural steel。將三維模型導(dǎo)入ANSYS軟件中，并對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，只保留兩個(gè)角鋼，采用自動(dòng)網(wǎng)格劃分，共劃分為61801個(gè)單元和123579個(gè)節(jié)點(diǎn)。

圖2 洗車(chē)臺(tái)應(yīng)力分布云圖與變形分布云圖

經(jīng)調(diào)查，工程車(chē)輛滿(mǎn)載后的質(zhì)量在80t左右，為了保證洗車(chē)臺(tái)的強(qiáng)度，本文將載荷設(shè)為100t，設(shè)置底面為固定約束，運(yùn)行后得到的結(jié)果如圖2所示，其中左圖為應(yīng)力分布云圖，右圖為變形分布云圖。

由以上分析結(jié)果可知，洗車(chē)臺(tái)最大承重約為193MPa，小于結(jié)構(gòu)鋼的受力極限235MPa。因此，本洗車(chē)臺(tái)整體滿(mǎn)足強(qiáng)度和變形要求，其薄弱環(huán)節(jié)位于角鋼和工字鋼的焊接處，角鋼邊緣處變形最為嚴(yán)重。為了避免應(yīng)力集中影響洗車(chē)臺(tái)的承重能力，我們?cè)诮卿撝g添加了加強(qiáng)筋，以保證洗車(chē)臺(tái)的強(qiáng)度。

2.2 水處理設(shè)計(jì)

水處理設(shè)計(jì)包含兩部分內(nèi)容，一是管道等過(guò)水設(shè)計(jì)，二是對(duì)污水添加PVA、PAM以幫助污水絮凝沉淀。水處理整體思路為：首先在高壓水泵的帶動(dòng)下，蓄水罐里的水進(jìn)入管道并由底面和側(cè)面的噴嘴噴出，形成高壓水流對(duì)車(chē)輛進(jìn)行沖洗，噴嘴壓力達(dá)40-80kPa。沖洗后的污水由角鋼間的縫隙進(jìn)入平臺(tái)下的空腔內(nèi)，再通過(guò)管道進(jìn)入污水池。經(jīng)加藥系統(tǒng)加入PVA、PAM后進(jìn)去渦凹?xì)飧C(jī)進(jìn)行絮凝沉淀，絮凝沉淀后的污水進(jìn)入機(jī)械過(guò)濾器過(guò)濾，最后流入蓄水罐回收利用。

由以上分析可以看出，本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的洗車(chē)臺(tái)能滿(mǎn)足水的循環(huán)利用，且水的回收利用率達(dá)到80%到90%，大大節(jié)約了水資源。

2.3 自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)

洗車(chē)臺(tái)自動(dòng)控制能滿(mǎn)足對(duì)來(lái)往車(chē)輛的感應(yīng)，并自動(dòng)控制水泵的開(kāi)關(guān)，其總體思路為：在洗車(chē)臺(tái)前方和后方3m處分別設(shè)置紅外線感應(yīng)裝置，當(dāng)有車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)，前方感應(yīng)裝置將信號(hào)發(fā)送給控制柜，控制柜控制水泵的開(kāi)啟，噴出高壓水流，當(dāng)車(chē)輛清洗完成后離開(kāi)洗車(chē)臺(tái)時(shí)，后方感應(yīng)開(kāi)關(guān)將車(chē)輛離開(kāi)的信號(hào)發(fā)送給控制柜，控制柜關(guān)閉水泵，以防浪費(fèi)水資源[5]。

結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種專(zhuān)門(mén)針對(duì)工程車(chē)輛清洗的新型橋式洗車(chē)臺(tái)，在結(jié)構(gòu)、水處理和自動(dòng)化控制三方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)。根據(jù)圖紙制造出實(shí)物，成功應(yīng)用于港口，證明了該設(shè)計(jì)的合理性與正確性。綜上所述，本設(shè)計(jì)能滿(mǎn)足自動(dòng)清洗工程車(chē)輛的要求，對(duì)控制粉塵污染有著積極的用作。

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[3]王秀琳，蔣根才.油罐車(chē)洗車(chē)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].PLC控制技術(shù)，2008.

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