基于压缩式垃圾车推板有限元分析

《装备维修技术》2021年第9期基于压缩式垃圾车推板有限元分析
汤丽军
（广州市环境卫生机械设备厂有限公司，广东 广州 510450）
摘 要：推板在压缩式垃圾车中具有非常重要的作用，可以有效地对垃圾进行填充与压缩，提高垃圾的运输效率，同时推板卸载垃圾，保证卸载安全。

基于此，本文将从推板结构、推板受力、有限元模型建立、有限元分析、推板改进设计五个方面对压缩式垃圾车推板有限元进行分析，从而使推板的设计更加地合理。

关键词：垃圾车；推板；有限元分析
引言：推板可以提高垃圾车对垃圾的处理效率，对垃圾进行填充、压缩等，增大垃圾密度，增加压缩式垃圾车可装载量，提高效率，起到节约运输成本的作用。

同时卸载垃圾时，还可以利用推板使垃圾推出车厢，保证卸载安全。

推板的可靠设计影响压缩式垃圾车的使用，为此，可对推板进行有限元分析，以此对推板的性能进行判断，从而采取有效的改进措施，优化设计，满足使用要求。

1推板结构
推板是压缩式垃圾车的重要结构，通常为钢制材料，大部分呈圆弧状，也有斜面状。

在对垃圾进行压缩与卸载时，推板需承受较大的反作用力。

为了保障推板的压缩及推出效果，需对推板结构加强，我厂国五压缩式垃圾车上的推板一般采取5mm钢板加80×60×5矩管骨架，以此来提高推板的强度，避免推板发生弯曲、变形等。

国六压缩式垃圾车设计时，考虑到轻量化设计要求，用以降低成本和增加压缩车可装载量，故采用4mm钢板和80×60×4矩管骨架。

推板中后端安装液压缸，与厢体前端相连，用来推拉推板以此来压缩与卸载垃圾；推板两侧下端装有滑槽与滑板，与厢体两侧的导轨配合，使推板能够在油缸的作用下，沿着导轨往前往后移动，使垃圾能够更好地填充到车厢内，起到双向压缩的作用，避免因推板的上下左右窜动，而导致垃圾从推板与车厢的间隙落至车厢前端与推板之间。

2推板受力
本次研究的推板为我司GH5257ZYS 压缩式垃圾车的推板，因推板轻量化设计，结构较以前发生变化，故采用有限元分析验证结构是否合理，并对结构做相应的改进，合理化设计。

在进行有限元模型建立之前，首先需要研究推板的受力情况，探究不同受力对推板的影响。

在理想状态下，推板的受力是均匀的，即负荷均匀地作用在推板表面，这样可以使推板的受力保持均匀，使其具有良好的力学特性。

实际上，由于垃圾的分布不均衡，推板并不能保持均匀受力，可以将钢板的受力分为垂直梯度力和水平梯度力。

至于前者，推板受力由底部向上逐渐降低，这样主要是受到垃圾重力的影响。

尤其是当推板推动的时候，推板的底部受力较大，而随着垃圾被不断压缩，推板由底部向上承受的垂直梯度力将会不断增大。

至于后者，推板受到水平梯度力一般发生在垃圾装载不均匀时，这时推板将会受到一个扭转力，对推板的推动过程造成影响，故在水平梯度力作用下推板最容易出现损坏的地方在滑槽处。

3推板有限元模型建立
根据推板的受力情况进行有限元模型的建立。

建模软件为ANSYS软件，杨氏模量取2×105Mpa，泊松比取0.26。

推板有限元模型建立过程如下：首先，需要对推板的受力情况进行模拟，模拟出推板的实际受力过程，这样可以使有限元分析过程更加地准确。

其次，需要抓住推板受力的主要矛盾进行模型化。

例如：可以模拟推板垂直梯度力的变化过程，分析不同位置推板的受力状况，使推板的有限元模型更加地准确化，这样可以更好地对钢板所受的垂直梯度力进行认识。

最后，需要合理地控制单元细化密度，使有限元分析过程更加地精准，这样可以更好地对推板的载荷状况进行模拟。

推板有限元模型建立完成后，对有限元模型进行统计得，该模型由61012个单元体、22134个节点、118条线、51个面、3个体组成。

4推板有限元分析
对有限元进行分析发现，下极限位置是推板受力的重要极限点，而推板的滑槽正好在下极限位置附近，所以推板的底端面板和滑槽是此次分析的重点，而我司推板在实际使用中出现机械损坏的地方一般也是此两处。

为了对下极限位置受力情况进行研究，将对正常情况和偏载情况的位移值和受力进行分析。

在ANSYS软件中输入正常情况的参数，进行有限元分析后，得到如下结果：最大位移值为6.012mm，最大载荷值为529.968MPa；再输入偏载情况的参数，进行有限元分析后，得到如下结果：最大位移值为7.562mm，最大载荷值为434.45MPa。

由此可见，若想使推板具有良好的力学性能，需提高推板的极限点即底端面板与滑槽的最大承载能力，避免因垃圾量装载过多对推板底端发生变形与破坏，避免因垃圾装载不均衡而产生的扭转力矩对滑槽产生翘曲变形，保障推板可以有效地对垃圾进行填充和压缩[2]与卸载。

5推板改进设计
5.1有限元改进设计
由推板有限元分析过程可知，推板受到的最大位移为7.562mm，同时该位置值也是推板的最大形变量。

推板受到的最大载荷为529.968MPa，大于推板材料的强度值。

在载荷较大的情况下，推板极易出现断裂，导致推板受到严重的损坏。

为了有效地解决上述问题，需要对推板进行一定的改进，首先，为了防止推板末端发生变形，可对其进行加厚，使厚度达到16mm。

但16mm钢板会使推板重量大幅增加，为轻量化设计，本次增加两件4mm槽型折弯板与底部面板焊接，并与推板滑槽相连，加强了推板底部和滑槽的强度与刚度，同时使整个推板结构的刚性更强更合理，满足了要求，使设计更合理。

5.2有限元改进分析
为了对推板改进后的力学性能进行分析，需要在相同条件下，对推板重新进行建模并且对其进行有限元分析，分析推板下极限受力状况。

在ANSYS软件中输入正常情况的参数，进行有限元分析后，得到如下结果：最大位移值为1.814mm，最大载荷值为222.756MPa；再输入偏载情况的参数，进行有限元分析后，得到如下结果：最大位移值为2.737mm，最大载荷值为199.68MPa。

由此可见，推板的可承受最大载荷值与未改进前相比明显降低，并且低于推板材料的强度，表明推板的力学性能得到了极大地改善，有效地对推板的有限元进行了改进，使推板具有良好的力学特性。

结论：综上所述，推板是压缩式垃圾车的重要组成部分，可以有效地对垃圾进行处理。

为了对推板的性能进行分析，需要建立推板的有限元模型，再进行有效元分析，这样既可以对推板的有限元状况进行更好地了解，又能够为推板的设计优化供依据，节约成本，使推板设计更加合理，减少压缩式垃圾车推板使用的故障率，提高工作效率，满足用户的需求。

参考文献：
[1]邹震.基于ANSYS无泄漏压缩式垃圾车推板结构优化设计[J].
机电技术，2020（03）：79-81+103.
[2]牛凯强，孙智勇，吴宏宝.基于NX NASTRAN的自装卸式垃圾车
推板优化设计[J].锻压装备与制造技术，2019，54（04）：43-46.
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