基于NX NASTRAN的自裝卸式垃圾車推板優化設計

牛凱強，孫智勇，吳宏寶

（山西航天清華裝備有限責任公司，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、運功能于一體的垃圾運輸車輛。自裝卸式垃圾車主要是由底盤、提桶機構、推板、箱體、污水收集、液壓系統等組成。它是通過車廂側面的提桶機構對桶裝垃圾快速收集至車廂內，通過推板對車廂內垃圾進行初步壓縮和卸料。自裝卸式垃圾車可適配120L、240L標準垃圾桶，適用于城鎮袋裝、散裝生活垃圾的收集、運輸作業中。

推板機構作為自裝卸式垃圾車中的一個重要構件，在垃圾的填裝和卸料過程中起到至關重要的作用。桶裝垃圾多為人們的日常生活垃圾，生活垃圾的種類多、成分復雜，不同種類的垃圾對推板的強度要求不同。推板在推卸垃圾的過程中，推板會承受垃圾的反力，油缸的作用力以及車廂對其的各種摩擦力，這使得推板出現局部變形，進而引起箱體變形。這些變形輕則產生各種噪聲，嚴重時會導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構將裝滿垃圾的垃圾桶提升、翻轉并進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，并進行初步壓縮。通過推板將不斷收集的垃圾反復推動和壓縮，直到車廂裝滿垃圾。自裝卸式垃圾車裝滿垃圾后，運送至填埋場或垃圾處場進行卸料。車廂后門打開，推板推動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構和安裝方式相似，當推板油缸行至最大頂出行程時，推板到達車廂尾部，剛好將車廂內所有垃圾推出并卸載。

2 推板的結構設計

自裝卸式垃圾車推板采用剛架式結構，采用標準型材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。推板導軌采用邊置式，左右導軌內側各裝有兩個滑塊與車廂內的滑軌配合。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油缸大端支座，并在推板斜面開設油缸安裝盒，以增大油缸安裝距。油缸安裝盒可在推板面板正面進行拆卸，方便安裝和維修。推板在多級油缸的推動下，可沿箱內導軌推出或收回。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行分析，此時所需的力在整個垃圾壓縮和推卸過程中是最大的。設定車廂內裝載垃圾為滿載，推板油缸向推板施加推力，推動推板進行卸料作業，推板受力情況如圖3所示。

圖3 推板載荷分析圖

推板質量M為189.3kg（不含油缸），實際車廂容積為9.6m3。根據推板在推卸垃圾時的力學分析，可得以下方程：

式中：Ft——推板油缸推力；

T——垃圾在車廂內壁產生的摩擦力；

一是反腐國家法律和反腐黨紀黨規互相沖突。在我國，黨紀黨規與國家法律是兩個不同概念，二者既有聯系又有區別，相輔相成。雖然二者在反腐敗中都發揮了重要作用，但相互之間還存在一些不協調的地方，有時甚至會發生沖突。這不僅影響了黨內法規的執行效果，而且損害了國家法律的權威性和統一性。因此需要努力構建一種雙向的溝通協調機制，理順反腐國家法律和反腐黨紀黨規的關系。

T′——推板面板上方垃圾對面板的作用力；

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——滑動摩擦系數。

推板油缸推動推板運動所需推力：

垃圾與車廂內壁產生的摩擦力：

式中：

a——推板工作的滑動長度，m；

b——推板工作的有效寬度，m；

c——推板工作的有效高度，m；

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

μ——垃圾與車廂壁之間的動摩擦系數，查表取 μ=0.1。

推板面板上方垃圾對推板的作用力：

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——車廂內垃圾的密度，取600kg/m3。

垃圾重量和推板機構重量在底板上產生的摩擦力：

V——廂體的實際容積V=9.6m3；

μ1——推板與導軌之間的動摩擦系數，查表取μ1=0.1；

μ2——垃圾與箱體底板的摩擦系數，μ2=0.4。

將式（4）、（5）、（6）計算結果代入式（3）得：

4 有限元分析

4.1 有限元模型建立

網格劃分結果如圖4所示。應用NX NASTRAN高級仿真模塊對推板進行有限元模型建立，設置推板材料為普通鋼材，對推板進行單元劃分，選取10節點四面體網格自由劃分模式。

圖4 推板網格圖

圖5 推板的應力分布圖

根據3節中推板的載荷分析，對推板有限元模型添加約束及載荷，采用迭代求解器進行求解。

4.2 結果分析

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

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

圖6 推板的應變分布圖

5 結論

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度要求，推板的最大應力位于推板底部導軌處，最大應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構強度，推板需要在推板應力應變最大處增設加強筋進行優化，以增加局部結構的強度，更好的滿足自裝卸式垃圾車壓縮、卸料等作業需求。