移动式垃圾压缩站可独立完成垃圾的装填与压缩，垃圾压缩性能极佳，实现了高度的机械化、自动化。移动式垃圾压缩站的应用大大提高了垃圾转运的工作效率，降低了人工成本。移动式垃圾压缩站集装填、压缩、存储等多种功能于一体，灵活性高，对场地几乎没有特殊要求，且完成垃圾裝填后入口封闭，不会对环境造成二次污染，因此移动式垃圾压缩站在环保领域的应用前景十分广阔。本文以移动式垃圾压缩站处于压缩工况状态时为例进行结构分析，并提出具体的优化措施。

移动式垃圾压缩站是一种多功能专用环卫车辆，其主要功能包括垃圾压缩、存储、转运等，实现了垃圾处理的高效运行。在垃圾压缩站设计制造过程中，箱体结构性能的设计是一项重要内容。移动式垃圾压缩站有着多种不同的工作状态，在不同的工作状态条件下会形成对应的边界条件，因此对移动式垃圾压缩站进行科学的结构分析是保证工况选择正确性的重要前提[1]。

1    移动式垃圾压缩站工作过程

移动式垃圾压缩站包括以下几个部分：首先，垃圾举升结构模块。举升结构包括收料斗、提料液压缸等，垃圾举升结构主要负责上料，通过举升油缸、举升臂、连杆、料斗等部件的共同作用收集、举升垃圾。其次，垃圾压缩结构。压缩结构包括推压液压缸、推压板、尾门液压缸等。在压缩垃圾过程中，压缩结构中的压缩垃圾前推头、压缩油缸收缩，举升结构将垃圾倒进垃圾箱体，压缩油缸与压缩推头就开始合作进行垃圾压缩，压缩推板为双曲线外形，可获得更好的垃圾破碎效果及压缩效果;压缩推头与压缩腔体之间有着非常小的间隙，可以保证垃圾压缩体积更小，且可避免垃圾残留;压缩腔出口有固定抓钩，其主要作用是防止箱体内垃圾回弹。最后，拉箱运输及倾倒结构。移动式垃圾压缩站由地面装载到自装卸载的过程为拉箱过程，拉箱前料斗在压缩腔上处保持闭合状态，电源开关关闭，压缩腔下方的排污管路也处于密封状态[2]。其主要结构包括垃圾箱体、控制面板、液压泵站等。移动垃圾站工作时，拉箱自卸装置钩体钩住吊环，垃圾箱体升起，后轮前移，接触到车架后箱体被完全装载到车架上;垃圾移动站的控制系统设置于驾驶室中，操作人员通过驾驶室的控制面板控制箱体后门的开闭，由于箱体侧面设置有一定锥度，因此倾倒垃圾更彻底。各个组成部分在工作时，垃圾车将垃圾倾倒于移动垃圾压缩站的收料斗中，操作人员控制收料斗收集垃圾，再伸出提料液压缸把收料斗提至垃圾收集箱上方倾倒垃圾，注意需要倾倒于收集箱的前半部分，便于液压缸推动推压板压缩垃圾。推压板推压垃圾至少要反复推压3次，压缩完毕后注意复位。垃圾箱内装满后尾门液压缸将垃圾箱体密封好，再用专用的垃圾转运车运送至专门的垃圾处理场地。倾倒垃圾时通过驾驶室的控制面板启动尾门开关，伸出尾门液压缸开启尾门倒出垃圾，全部完成后再复位尾门液压缸锁紧后门。

2    移动式垃圾压缩站结构分析

结构分析主要是利用力学方法对结构的刚度、强度、稳定性进行分析、计算，静力分析是结构分析的重要组成部分，即分析结构处于稳定边界状态下其强度、刚度、稳定性等存在的问题。移动式垃圾压缩站在工程过程中存在多种工作状态，不同工作状态会形成不同的边界条件，因此要进行结构分析，就要选择正确的工况。本研究以移动垃圾压缩站箱体结构在压缩过程中满载且推头推力最大时的工况为例进行结构分析，即翻转料斗放下置于地面，且推头处于全伸压缩状态[3-4]。工况分析采用有限元建模的方法正确施加模型所具有的边界条件，以保证结构分析的准确性。注意如果按照绝对真实的情况施加边界条件可能会存在一些现实困难，因此要在不影响结构分析准确性的条件下，根据实际情况合理施加边界条件，在简化结构分析的基础上保证结构分析的准确性。

有限元概念中边界条件可以分为位移边界条件与载荷边界条件两种。

2.1 位移边界条件分析

位移边界条件也叫作位移约束，其主要作用是限制有限元模型的自由度。本研究中主要分析移动垃圾压缩站箱体结构处于压缩作业工况条件下的结构作用，设定在该工况中垃圾箱满载，且推头推力处于最大的条件下进行分析，此时位移边界条件的主要作用是限制整机的刚体位移。在压缩工况下，整机在地面翻转料斗放下，移动站的后滚轮、前导轨、翻转料斗等部位与地面形成接触约束，分析整机的受力角度可知，所有载荷均为内力，整机前后方向、后滚轮轴方向受力处于平衡状态，因此该工况下这两个方向不需要约束。然而在有限元模型静力结构计算过程中存在加载不对称、网格质量等问题，因此整机前后方向、后滚轮轴向会存在较小的不平衡，需要约束两个后滚轮在整机前后方向的位移及其中一个后滚轮轴向方向的位移，以避免出现计算约束不足的问题。

2.2 载荷边界条件

所谓的载荷边界条件包括箱体载荷模型、推头的拄力、整机的自身重力等，是指移动垃圾压缩站各结构在压缩工作状态下受到的载荷，受篇幅影响此处主要针对压缩过程中推头产生的推力载荷及整机自重进行详细分析。在压缩工作状态下推头全部推出去，此时推力处于最高水平，需要两个液压缸共同作用才能满足这一条件，此时移动垃圾站结构受力处于最大的水平，推头的最大推力可通过下式计算出来：

F=n1*π/4D2Pcosɑ

上式中F即表示最大压缩力，单位N;n1表示液压缸数量;D表示液压缸直径，单位mm;P表示液压缸最大工作压强，单位MPa，ɑ表示最大推头压缩力方向与液压缸中心线之间的夹角。

分析整机部分自重载荷可按照实际材料属性合理选择密度确定自重载荷，移动垃圾站整机材料大部分为钢材，取钢材密度即可，再合理取值重力加速度即可计算出移动垃圾站的整机自重载荷。本研究经过计算，移动垃圾压缩站的推头整体强度能够满足实际需求，且安全性较高。但经过结构分析可知，移动垃圾站整机大部分区域等效应力小于材料的许用应力，即使有小部分区域超出材料许用应力，也未超过材料屈服极限，这说明垃圾站整体材料作用率还有很大的改善空间，因此有必要对结构进行优化，以提高材料的利用率，降低垃圾站的投资成本、使用成本。

3    移动式垃圾压缩站的结构优化

3.1 结构优化设计变量

以压缩工况分析为例，优化移动式垃圾压缩站的主要目的是提高整机材料的利用率，实现整体的轻量化，因此在确定设计变量时需要选择各部件的板厚参数;上文中提到，本研究主要分析垃圾压缩站的压缩工况，因此主要针对参与压缩工况的相关结构进行优化设计，包括移动站箱体主体部分、箱体后门部分、推头等。

优化移动式垃圾压缩站的结构设计变量首先要分析其状态变量，所谓状态变量是指根据相关标准计算出的结构力学性能约束条件、设计变量本身具有的几何约束条件、各设计变化之间存在的设计变量约束条件等，即结构在运动过程中受到的各种约束条件。本研究中移动垃圾站各部分结构所受最大等效应力不超过各部分材料的许用应力是主要性能约束条件，其算式表达如下：

max（σ）≤[σ]

式中，max（σ）表示各部分结构的最大等效应力，单位MPa;[σ]表示各部分结构许用应力，单位MPa。几何约束条件主要以各设计变量取值范围为主，采用下通用算式表达：

XiL≤Xi≤XiU

式中，XiL为设计变量Xi的下限;XiU为设计变量Xi的上限，i=1，2，…，n。由于各设计变量均为互相独立的关系，故不存在设计变量之间的约束条件。

3.2 移动垃圾压缩站结构优化目标变量

优化移动垃圾压缩站的结构设计主要目的是为了实现整机重量最小化的目标，以减轻投资成本，因此取移动垃圾压缩站整机重量为目标变量，可用下式表达：

式中，为移动站各部分结构材料密度，Vi为移动站有限元模型中第i个单元的体积，i取值1，2，…N。

3.3 移动站结构优化设计数学模型

本研究采用函数逼近法对整个移动垃圾压缩站进行结构优化设计，可以简化运算过程，保证优化计算高效、顺利地完成。具体数学模型如下：

4    结语

综上所述，随着人们环保意识的不断增强，我国在垃圾压缩设备的设计研发及生产过程中都取得了明显的技术进步，然而与起步更早的国外相同类型产品相比，我国的垃圾压缩设备无论是功能还是性能与世界先进水平还存在较大差异[5]。移动式垃圾压缩站是一种包含了垃圾压缩、存储及转运等诸多功能的专用环卫车辆，其箱体的结构性能是整车设计的重要内容，本研究以其处于压缩工况状态时为例进行结构分析，并提出具体的优化措施，以提高产品的竞争力。

（本文作者：汪腾英   工作单位：新疆建设职业技术学院）

参考文献

[1] 陆明东.国内外生活垃圾处理技术现状与发展趋势[J].大众科技，2019，15（6）：83-85，17.

[2] 王君，宾晓蓓，彭华涛.城市生活垃圾处理国内外比较研究[J].环境科学与管理，2018，36（11）：12-17.

[3] 范留柱.国内外生活垃圾处理技术的研究现状及发展趋势[J].中国资源综合利用，2017（7）：26-28.

[4] 阮勁松，王传华，吴克.生活垃圾压缩设备研究现状及发展[J].环境卫生工程，2018，23（1）：45-47.

[5] 龚光军，董玉德.有限元法及CAE技术在现代机械工程中的应用探析[J].西安文理学院学报（自然科学版），2017，20（6）：36-39.