基于NX NASTRAN的自裝卸式垃圾車推板優(yōu)化設(shè)計(jì)

牛凱強(qiáng)，孫智勇，吳宏寶

（山西航天清華裝備有限責(zé)任公司，山西 長治 046000）

0 概述

自裝卸式垃圾車（又稱掛桶式垃圾車）是一種集裝、卸、運(yùn)功能于一體的垃圾運(yùn)輸車輛。自裝卸式垃圾車主要是由底盤、提桶機(jī)構(gòu)、推板、箱體、污水收集、液壓系統(tǒng)等組成。它是通過車廂側(cè)面的提桶機(jī)構(gòu)對(duì)桶裝垃圾快速收集至車廂內(nèi)，通過推板對(duì)車廂內(nèi)垃圾進(jìn)行初步壓縮和卸料。自裝卸式垃圾車可適配120L、240L標(biāo)準(zhǔn)垃圾桶，適用于城鎮(zhèn)袋裝、散裝生活垃圾的收集、運(yùn)輸作業(yè)中。

推板機(jī)構(gòu)作為自裝卸式垃圾車中的一個(gè)重要構(gòu)件，在垃圾的填裝和卸料過程中起到至關(guān)重要的作用。桶裝垃圾多為人們的日常生活垃圾，生活垃圾的種類多、成分復(fù)雜，不同種類的垃圾對(duì)推板的強(qiáng)度要求不同。推板在推卸垃圾的過程中，推板會(huì)承受垃圾的反力，油缸的作用力以及車廂對(duì)其的各種摩擦力，這使得推板出現(xiàn)局部變形，進(jìn)而引起箱體變形。這些變形輕則產(chǎn)生各種噪聲，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致自裝卸式垃圾車無法正常工作。

1 推板的工作原理

圖1 自裝卸式垃圾車推板位置示意圖

如圖1所示自裝卸式垃圾車推板位置示意圖。自裝卸式垃圾車提桶機(jī)構(gòu)將裝滿垃圾的垃圾桶提升、翻轉(zhuǎn)并進(jìn)行垃圾傾倒完成垃圾收集，推板在推板油缸的作用下，將倒入的垃圾推至車廂后部，并進(jìn)行初步壓縮。通過推板將不斷收集的垃圾反復(fù)推動(dòng)和壓縮，直到車廂裝滿垃圾。自裝卸式垃圾車裝滿垃圾后，運(yùn)送至填埋場或垃圾處場進(jìn)行卸料。車廂后門打開，推板推動(dòng)垃圾至車廂外完成卸料。自裝卸式垃圾車的推板與壓縮垃圾車推板結(jié)構(gòu)和安裝方式相似，當(dāng)推板油缸行至最大頂出行程時(shí)，推板到達(dá)車廂尾部，剛好將車廂內(nèi)所有垃圾推出并卸載。

2 推板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自裝卸式垃圾車推板采用剛架式結(jié)構(gòu)，采用標(biāo)準(zhǔn)型材50×50×2的方鋼管，拼接成推板的骨架，推板面板用2mm厚的鋼板搭接拼焊而成。推板導(dǎo)軌采用邊置式，左右導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)各裝有兩個(gè)滑塊與車廂內(nèi)的滑軌配合。推板面板斜面與集裝箱底面成50°，便于垃圾下卸。

由于推板行程過長，推板油缸斜向布置對(duì)油缸行程要求更高，受所選油缸及車廂長度限制，推板油缸采用水平式布置。油缸水平式布置使得縱向收縮安裝尺寸緊張，在推板下部中間位置安裝多級(jí)油缸大端支座，并在推板斜面開設(shè)油缸安裝盒，以增大油缸安裝距。油缸安裝盒可在推板面板正面進(jìn)行拆卸，方便安裝和維修。推板在多級(jí)油缸的推動(dòng)下，可沿箱內(nèi)導(dǎo)軌推出或收回。推板三維模型如圖2所示。

圖2 推板三維模型圖

3 載荷分析

選擇推卸垃圾的起始位置工況進(jìn)行分析，此時(shí)所需的力在整個(gè)垃圾壓縮和推卸過程中是最大的。設(shè)定車廂內(nèi)裝載垃圾為滿載，推板油缸向推板施加推力，推動(dòng)推板進(jìn)行卸料作業(yè)，推板受力情況如圖3所示。

圖3 推板載荷分析圖

推板質(zhì)量M為189.3kg（不含油缸），實(shí)際車廂容積為9.6m3。根據(jù)推板在推卸垃圾時(shí)的力學(xué)分析，可得以下方程：

式中：Ft——推板油缸推力；

T——垃圾在車廂內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦力；

一是反腐國家法律和反腐黨紀(jì)黨規(guī)互相沖突。在我國，黨紀(jì)黨規(guī)與國家法律是兩個(gè)不同概念，二者既有聯(lián)系又有區(qū)別，相輔相成。雖然二者在反腐敗中都發(fā)揮了重要作用，但相互之間還存在一些不協(xié)調(diào)的地方，有時(shí)甚至?xí)l(fā)生沖突。這不僅影響了黨內(nèi)法規(guī)的執(zhí)行效果，而且損害了國家法律的權(quán)威性和統(tǒng)一性。因此需要努力構(gòu)建一種雙向的溝通協(xié)調(diào)機(jī)制，理順反腐國家法律和反腐黨紀(jì)黨規(guī)的關(guān)系。

T′——推板面板上方垃圾對(duì)面板的作用力；

α——推板斜面板傾斜角度α=50°；

G——推板的重量。

則有：Tf=μ·N=μ（G+T′sinα)

式中：μ——滑動(dòng)摩擦系數(shù)。

推板油缸推動(dòng)推板運(yùn)動(dòng)所需推力：

垃圾與車廂內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦力：

式中：

a——推板工作的滑動(dòng)長度，m；

b——推板工作的有效寬度，m；

c——推板工作的有效高度，m；

p——垃圾對(duì)廂體的壓力，Pa，垃圾的單位膨脹力為 6235Pa/m3，其對(duì)廂體的內(nèi)壓力為p=6235×9.6=59856（Pa）；

μ——垃圾與車廂壁之間的動(dòng)摩擦系數(shù)，查表取 μ=0.1。

推板面板上方垃圾對(duì)推板的作用力：

式中：L——推板斜面板底部投影長度，m；

g——重力加速度，取9.8m/s2；

r0——車廂內(nèi)垃圾的密度，取600kg/m3。

垃圾重量和推板機(jī)構(gòu)重量在底板上產(chǎn)生的摩擦力：

V——廂體的實(shí)際容積V=9.6m3；

μ1——推板與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦系數(shù)，查表取μ1=0.1；

μ2——垃圾與箱體底板的摩擦系數(shù)，μ2=0.4。

將式（4）、（5）、（6）計(jì)算結(jié)果代入式（3）得：

4 有限元分析

4.1 有限元模型建立

網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖4所示。應(yīng)用NX NASTRAN高級(jí)仿真模塊對(duì)推板進(jìn)行有限元模型建立，設(shè)置推板材料為普通鋼材，對(duì)推板進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，選取10節(jié)點(diǎn)四面體網(wǎng)格自由劃分模式。

圖4 推板網(wǎng)格圖

圖5 推板的應(yīng)力分布圖

根據(jù)3節(jié)中推板的載荷分析，對(duì)推板有限元模型添加約束及載荷，采用迭代求解器進(jìn)行求解。

4.2 結(jié)果分析

（1）推板應(yīng)力分布如圖5中所示。從圖中可看出最大復(fù)合應(yīng)力為242.53MPa，位于推板底部導(dǎo)軌處。推板在油缸作用下，在導(dǎo)軌上進(jìn)行移動(dòng)，受載荷相對(duì)較大。導(dǎo)軌處存在較大應(yīng)力，可以增添加強(qiáng)筋減小導(dǎo)軌應(yīng)力。所以，推板整體滿足自裝卸式垃圾車推卸垃圾的工作強(qiáng)度要求。

（2）推板的應(yīng)變分布情況如圖6所示。從圖中可以看出，最大應(yīng)變量為2.169mm，位于推板豎直部分頂部中間，由于有限元分析時(shí)，將載荷T均勻加載至推板面板上，使得此處變形較大。事實(shí)上，在實(shí)際工作過程中，推板豎直部分受垂直梯度力，推板面板上端受力較小，實(shí)際變形更小。油缸安裝座處應(yīng)變量也較大，這是因?yàn)橛透淄苿?dòng)推板工作時(shí)，油缸座受力較大引起的。

圖6 推板的應(yīng)變分布圖

5 結(jié)論

通過上述推板有限元模型分析，自裝卸式垃圾車推板整體滿足工作強(qiáng)度要求，推板的最大應(yīng)力位于推板底部導(dǎo)軌處，最大應(yīng)變位于豎直面板中間部位及推板油缸安裝座處。為了保障推板有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，推板需要在推板應(yīng)力應(yīng)變最大處增設(shè)加強(qiáng)筋進(jìn)行優(yōu)化，以增加局部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，更好的滿足自裝卸式垃圾車壓縮、卸料等作業(yè)需求。