導(dǎo)語：垃圾站壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計思考一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

某新型垃圾中轉(zhuǎn)站水平壓縮機(jī)，總體結(jié)構(gòu)如圖i。該壓縮機(jī)主要由側(cè)壓縮機(jī)體、側(cè)壓推頭、主壓縮機(jī)機(jī)體、主壓推頭、填料斗5個大部件組成。

1壓縮機(jī)的基本工作流程

(1)垃圾倒入填料斗。

(2)側(cè)壓縮機(jī)推頭將垃圾水平壓入主壓縮機(jī)，實現(xiàn)垃圾初步壓縮和脫水。

(3)主壓推頭將垃圾水平推入垃圾集裝箱，實現(xiàn)二次壓縮，循環(huán)上述過程，直到將垃圾填滿集裝箱。

(4)主壓縮機(jī)閘門支架上的閘門落下，由運(yùn)載車將垃圾集裝箱運(yùn)送至指定地點(diǎn)掩埋。壓縮機(jī)在工作過程中，結(jié)構(gòu)應(yīng)力較大，且應(yīng)力分布不均勻。本文借助ANSYS對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析，得到了該壓縮機(jī)各種工況的應(yīng)力分布，并在此基礎(chǔ)上利用導(dǎo)重法，對其進(jìn)行了以提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、減少結(jié)構(gòu)自重為目的的優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化后不但結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力從327MPa減少到170MPa，而且整機(jī)自重減少24％，收到了顯著的優(yōu)化效果。

2壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)的有限元分析

2．1結(jié)構(gòu)有限元分析模型

圖2為該壓縮機(jī)網(wǎng)格劃分后的離散結(jié)構(gòu)模型，采用單元：SHELL63殼單元，油缸、支座等相對較厚的結(jié)構(gòu)，采用SOLID45實體單元，相對運(yùn)動的構(gòu)件之間采用接觸副。網(wǎng)格劃分后，該模型共具有11萬個節(jié)點(diǎn)，28萬個單元，23對接觸副。

2．2約束與加載

針對壓縮機(jī)的工作流程，我們對其進(jìn)行了多種工況有限元分析，下面重點(diǎn)介紹工作載荷大、結(jié)構(gòu)應(yīng)力較大的關(guān)鍵工況——工況3和工況5的結(jié)構(gòu)有限元分析和優(yōu)化。工況3——側(cè)壓縮機(jī)推頭推過2／3的填料斗。此工況的約束如表1，載荷如表2。工況5——側(cè)壓縮機(jī)推頭無法將垃圾完全壓入主壓縮機(jī)料倉，主壓縮機(jī)推頭行程過程中受偏載。此工況的約束：把工況3約束中的節(jié)點(diǎn)耦合改為耦合z向自由度并添加主壓縮機(jī)料倉垃圾自由端X向位移約束，其他與工況3相同；載荷：添加主壓縮機(jī)油缸力X方向集中力659734．5N全局Y向重力加速度9．8kg／s。

2．3分析計算結(jié)果

從工況5復(fù)合應(yīng)力云圖可以看出，結(jié)構(gòu)大應(yīng)力主要分布在主壓縮機(jī)頂板加強(qiáng)梁、主壓縮機(jī)推頭前板加強(qiáng)梁以及主壓縮機(jī)推板油缸座加強(qiáng)筋處。整體結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力發(fā)生在主壓縮機(jī)頂板左側(cè)加強(qiáng)梁和主壓縮機(jī)料倉左邊板加強(qiáng)板接合處，其復(fù)合應(yīng)力為522MPa。分析計算結(jié)果給出的最大應(yīng)力相對數(shù)值和部位，與該壓縮機(jī)實際使用中發(fā)生破壞的部位完全吻合。

3壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

3．1局部調(diào)優(yōu)

從原壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析結(jié)果可以看出，結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力多為局部集中應(yīng)力，這些局部集中應(yīng)力僅與局部結(jié)構(gòu)有關(guān)，可通過局部結(jié)構(gòu)尺寸調(diào)優(yōu)得到改善。為此結(jié)構(gòu)進(jìn)行如下調(diào)整：

(1)填料斗底座處進(jìn)行倒角過渡，在料斗上添加了2根加強(qiáng)粱，調(diào)優(yōu)后工況3最大復(fù)合應(yīng)力從調(diào)整前的349MPa降為210MPa；

(2)去掉了和主壓縮機(jī)頂板加強(qiáng)梁接合處的料倉左邊板加強(qiáng)板，并在頂板加強(qiáng)橫梁上增加了封板，構(gòu)成矩形空心梁以增強(qiáng)頂板，調(diào)優(yōu)后工況5原應(yīng)力集中部位應(yīng)力從522MPa降到115MPa。

3．2結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

為在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度前提下，實現(xiàn)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計，壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)自動優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型表為：

3．3優(yōu)化方法

本文采用一種工程實用高效結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法一ANSYS與導(dǎo)重法相結(jié)合法，利用以該方法為基礎(chǔ)的軟件SOGA1進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，先利用ANSYS進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析以及差分敏度分析，然后利用導(dǎo)重法進(jìn)行優(yōu)化迭代計算，收到了十分顯著的優(yōu)化效果。

3．4優(yōu)化設(shè)計迭代歷程

迭代后對設(shè)計變量按照鋼材標(biāo)準(zhǔn)序列圓整后，得到最優(yōu)方案。w(X)、w2(x)為側(cè)壓縮機(jī)與主壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)自重，分別為6．42t、8．398t，R．(x)、R(x)分為第一、二階段優(yōu)化結(jié)構(gòu)最大特征應(yīng)力分別為169MPa、170MPa。側(cè)壓縮機(jī)和主壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力，均在材料許用應(yīng)力180MP范圍以內(nèi)，保證了結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度。壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)總質(zhì)量從優(yōu)化前的19．49t下降到14．82t，減輕了自重4．67t，減重24％，優(yōu)化效果十分顯著。

3．5優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的有限元分析

完成壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，對本壓縮機(jī)各工況再次進(jìn)行了結(jié)構(gòu)有限元分析。從圖6可以看出，優(yōu)化后工況5v0n—Mi復(fù)合應(yīng)力下降到177．6MPa，發(fā)生在主壓縮機(jī)項板加強(qiáng)粱上，而結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力，發(fā)生在主壓機(jī)推板油缸座為226MPa。

4結(jié)束語

本壓縮垃圾結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：壓縮垃圾反作用力載荷大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為多層板焊接。這些特點(diǎn)給結(jié)構(gòu)建模、分析與優(yōu)化設(shè)計帶來較大難度。本文采用接觸副等分析技術(shù)，成功地對壓縮機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)有限元建模分析，在結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)上使用ANSYS與導(dǎo)重法相結(jié)合的優(yōu)化方法和以該方法為基礎(chǔ)的SOGA1軟件，成功地對主、側(cè)壓縮機(jī)在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度前提下，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化迭代計算，在將結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力降至材料需用應(yīng)力以內(nèi)的同時，結(jié)構(gòu)自重也大幅下降。