基于NX NASTRAN的自装卸式垃圾车推板优化设计

牛凯强，孙智勇，吴宏宝

（山西航天清华装备有限责任公司，山西 长治 046000）

0 概述

自装卸式垃圾车（又称挂桶式垃圾车）是一种集装、卸、运功能于一体的垃圾运输车辆。自装卸式垃圾车主要是由底盘、提桶机构、推板、箱体、污水收集、液压系统等组成。它是通过车厢侧面的提桶机构对桶装垃圾快速收集至车厢内，通过推板对车厢内垃圾进行初步压缩和卸料。自装卸式垃圾车可适配120L、240L标准垃圾桶，适用于城镇袋装、散装生活垃圾的收集、运输作业中。

推板机构作为自装卸式垃圾车中的一个重要构件，在垃圾的填装和卸料过程中起到至关重要的作用。桶装垃圾多为人们的日常生活垃圾，生活垃圾的种类多、成分复杂，不同种类的垃圾对推板的强度要求不同。推板在推卸垃圾的过程中，推板会承受垃圾的反力，油缸的作用力以及车厢对其的各种摩擦力，这使得推板出现局部变形，进而引起箱体变形。这些变形轻则产生各种噪声，严重时会导致自装卸式垃圾车无法正常工作。

1 推板的工作原理

图1 自装卸式垃圾车推板位置示意图

如图1所示自装卸式垃圾车推板位置示意图。自装卸式垃圾车提桶机构将装满垃圾的垃圾桶提升、翻转并进行垃圾倾倒完成垃圾收集，推板在推板油缸的作用下，将倒入的垃圾推至车厢后部，并进行初步压缩。通过推板将不断收集的垃圾反复推动和压缩，直到车厢装满垃圾。自装卸式垃圾车装满垃圾后，运送至填埋场或垃圾处场进行卸料。车厢后门打开，推板推动垃圾至车厢外完成卸料。自装卸式垃圾车的推板与压缩垃圾车推板结构和安装方式相似，当推板油缸行至最大顶出行程时，推板到达车厢尾部，刚好将车厢内所有垃圾推出并卸载。

2 推板的结构设计

自装卸式垃圾车推板采用刚架式结构，采用标准型材50×50×2的方钢管，拼接成推板的骨架，推板面板用2mm厚的钢板搭接拼焊而成。推板导轨采用边置式，左右导轨内侧各装有两个滑块与车厢内的滑轨配合。推板面板斜面与集装箱底面成50°，便于垃圾下卸。

由于推板行程过长，推板油缸斜向布置对油缸行程要求更高，受所选油缸及车厢长度限制，推板油缸采用水平式布置。油缸水平式布置使得纵向收缩安装尺寸紧张，在推板下部中间位置安装多级油缸大端支座，并在推板斜面开设油缸安装盒，以增大油缸安装距。油缸安装盒可在推板面板正面进行拆卸，方便安装和维修。推板在多级油缸的推动下，可沿箱内导轨推出或收回。推板三维模型如图2所示。

图2 推板三维模型图

3 载荷分析

选择推卸垃圾的起始位置工况进行分析，此时所需的力在整个垃圾压缩和推卸过程中是最大的。设定车厢内装载垃圾为满载，推板油缸向推板施加推力，推动推板进行卸料作业，推板受力情况如图3所示。

图3 推板载荷分析图

推板质量M为189.3kg（不含油缸），实际车厢容积为9.6m3。根据推板在推卸垃圾时的力学分析，可得以下方程：

式中：Ft——推板油缸推力；

T——垃圾在车厢内壁产生的摩擦力；

一是反腐国家法律和反腐党纪党规互相冲突。在我国，党纪党规与国家法律是两个不同概念，二者既有联系又有区别，相辅相成。虽然二者在反腐败中都发挥了重要作用，但相互之间还存在一些不协调的地方，有时甚至会发生冲突。这不仅影响了党内法规的执行效果，而且损害了国家法律的权威性和统一性。因此需要努力构建一种双向的沟通协调机制，理顺反腐国家法律和反腐党纪党规的关系。

T′——推板面板上方垃圾对面板的作用力；

α——推板斜面板倾斜角度α=50°；

G——推板的重量。

则有：Tf=μ·N=μ（G+T′sinα)

式中：μ——滑动摩擦系数。

推板油缸推动推板运动所需推力：

垃圾与车厢内壁产生的摩擦力：

式中：

a——推板工作的滑动长度，m；

b——推板工作的有效宽度，m；

c——推板工作的有效高度，m；

p——垃圾对厢体的压力，Pa，垃圾的单位膨胀力为 6235Pa/m3，其对厢体的内压力为p=6235×9.6=59856（Pa）；

μ——垃圾与车厢壁之间的动摩擦系数，查表取 μ=0.1。

推板面板上方垃圾对推板的作用力：

式中：L——推板斜面板底部投影长度，m；

g——重力加速度，取9.8m/s2；

r0——车厢内垃圾的密度，取600kg/m3。

垃圾重量和推板机构重量在底板上产生的摩擦力：

V——厢体的实际容积V=9.6m3；

μ1——推板与导轨之间的动摩擦系数，查表取μ1=0.1；

μ2——垃圾与箱体底板的摩擦系数，μ2=0.4。

将式（4）、（5）、（6）计算结果代入式（3）得：

4 有限元分析

4.1 有限元模型建立

网格划分结果如图4所示。应用NX NASTRAN高级仿真模块对推板进行有限元模型建立，设置推板材料为普通钢材，对推板进行单元划分，选取10节点四面体网格自由划分模式。

图4 推板网格图

图5 推板的应力分布图

根据3节中推板的载荷分析，对推板有限元模型添加约束及载荷，采用迭代求解器进行求解。

4.2 结果分析

（1）推板应力分布如图5中所示。从图中可看出最大复合应力为242.53MPa，位于推板底部导轨处。推板在油缸作用下，在导轨上进行移动，受载荷相对较大。导轨处存在较大应力，可以增添加强筋减小导轨应力。所以，推板整体满足自装卸式垃圾车推卸垃圾的工作强度要求。

（2）推板的应变分布情况如图6所示。从图中可以看出，最大应变量为2.169mm，位于推板竖直部分顶部中间，由于有限元分析时，将载荷T均匀加载至推板面板上，使得此处变形较大。事实上，在实际工作过程中，推板竖直部分受垂直梯度力，推板面板上端受力较小，实际变形更小。油缸安装座处应变量也较大，这是因为油缸推动推板工作时，油缸座受力较大引起的。

图6 推板的应变分布图

5 结论

通过上述推板有限元模型分析，自装卸式垃圾车推板整体满足工作强度要求，推板的最大应力位于推板底部导轨处，最大应变位于竖直面板中间部位及推板油缸安装座处。为了保障推板有较高的结构强度，推板需要在推板应力应变最大处增设加强筋进行优化，以增加局部结构的强度，更好的满足自装卸式垃圾车压缩、卸料等作业需求。