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1、第27卷第3期机械设计Vol.27No.32010年3月JOURNALOFMACHINEDESIGNMar.20103拉臂式压缩垃圾车车厢结构的载荷表达与优化设计陈树勋,应鸿烈,王海波(广西大学机械工程学院,广西南宁530004)摘要:由于压缩程度不同,拉臂式压缩垃圾车车厢内的压缩垃圾是变密度的。首先建立车厢内压缩垃圾的变密度函数,基于该变密度函数给出车厢内压缩垃圾自重、惯性、压缩、挤入载荷的数学表达,再叠加上对拉臂车进行动力学分析得到的拉臂与汽车底盘对车厢的作用力,组成各危险工况车厢所承受的载荷。在对拉臂式压缩垃圾车车厢进行结构有限元分
2、析的基础上采用以ANSYS为分析器的导重法对车厢结构进行优化设计,在满足结构强度要求的前提下,使结构质量减少31%。关键词:拉臂式压缩垃圾车;变密度压缩垃圾载荷表达;有限元分析;结构优化;导重法中图分类号:O224文献标识码:A文章编号:1001-2354(2010)03-0062-06拉臂式压缩垃圾车具有容量大、密封性好、自动化加上对拉臂车进行动力学分析得到的拉臂对车厢的作程度高的优点,是收集、运输城市生活垃圾的理想工具用力,组成各工况车厢所承受的载荷,将其施加于约束之一。拉臂式压缩垃圾车由汽车底盘、车厢、拉臂等几好的车厢结构上进行有限
3、元分析。通过对应力计算结个部分组成,如图1所示。果数值与实际测试应力数值的比较,对载荷数学表达中的变参数进行调整,直到计算应力与测试应力基本相符,以保证该压缩垃圾车结构有限元分析计算的正确性,获得该结构在各工况下的变形应力分布。国内生产的拉臂式压缩垃圾车强度差、质量大、材料利用率低,急需对其进行优化设计,以达到减轻质量,增加强度的目的。为此,在上述压缩垃圾载荷数学表达与结构有限元分析基础上,采用工程实用的结构[3]图1拉臂式压缩垃圾车结构优化方法———ANSYS与导重法相结合的优化[1]在垃圾中转站,利用填料器将各种散装垃圾装入法,对该拉
4、臂式压缩垃圾车结构的外形与构件尺寸车厢,在填入、上车、运输及倾卸过程中,车厢承受由压成功地进行了优化设计。在保证垃圾装载量相同的前缩垃圾和拉臂施加的各种载荷,要对车厢结构进行有提下,结构最大应力从254.85MPa下降到167.87限元分析与优化设计,必须确定车厢结构在各种工况MPa,结构质量减小了31%。下所承受载荷的数学表达,这些载荷主要由压缩垃圾对结构的作用产生。压缩垃圾是一种力学性质很不确1车厢载荷密度的数学表达定的混合物质。除了以往对有关后装式压缩垃圾车的[5]项目研究以外,目前尚未见到对压缩垃圾力学性能拉臂式压缩垃圾车的车厢所
5、承受的基本作用力及其对车厢作用载荷的研究资料。与后装式压缩垃圾有:垃圾自身重力、惯性力、压缩力、挤入力、摩擦力和车不同,拉臂式压缩垃圾车内的垃圾并不充满车厢,由拉臂作用力。车厢结构在装卸、上下车及运输过程中于压缩程度不同,车厢内的压缩垃圾是变密度的,这又所承受的载荷为以上几种基本作用力与支反力的组增加了垃圾载荷确定的难度。为准确确定压缩垃圾对合。下面给出车厢内以上几种基本作用力载荷密度随车厢内壁的压力分布,可先对车厢结构的变形应力进位置变化的函数表达。为此还需给出压缩垃圾外形曲行测试,而后对压缩垃圾密度及相应的自身质量、惯性面函数和变密度
6、压缩垃圾的密度函数作为以上几种基力、压缩力、挤入力、支反力等基本载荷作用下的压缩本作用力载荷数学表达的辅助函数。垃圾载荷的分布规律进行变参数假设。根据这些假设1.1垃圾外形曲面函数给出各种实际工况下压缩垃圾载荷的数学表达,再叠按照文献[5]提出的Eggshell压缩垃圾载荷表达3收稿日期:2008-09-24;修订日期:2009-09-08基金项目:广西制造系统与先进制造技术重点实验室基金资助项目(071090080-007-Z)作者简介:陈树勋(1945-),男,陕西西安人,教授,博士生导师,研究方向:现代设计理论与方法、工程结构系统分
7、析与优化。2010年3月陈树勋,等:拉臂式压缩垃圾车车厢结构的载荷表达与优化设计63[5]法,将垃圾堆外形曲面描述为由两个前后不对称的半对于车厢两端斜板,法向载荷与切向载荷分椭球面组成的蛋壳曲面,模拟无车厢时垃圾堆的虚拟别为:形状,如图2所示。垃圾椭球面的数学表达见文献法向:pyf=py[1-(1-μ)sin2αy][5]。由椭球方程可以推得各坐标平面内不同位置节切向:pyq=py(1-μ)sinαycosαy点对应的椭球表面点坐标xs(y,z),ys(x,z),zs(x,式中:αy———加载面与水平面夹角;μ———压缩垃圾泊松比,μ取为
8、0.4。y)。1.3.2垃圾z向自身重力载荷密度车厢倾斜上车时,会产生沿车厢z向的自身重力z分量,对垃圾密度函数在z向进行积分ρ(x,y)dz,∫zm-可得垃圾z向自身重力载荷密度函数:pz(
