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某新型垃圾中轉站水平壓縮機，總體結構如圖i。該壓縮機主要由側壓縮機體、側壓推頭、主壓縮機機體、主壓推頭、填料斗5個大部件組成。

1壓縮機的基本工作流程

(1)垃圾倒入填料斗。

(2)側壓縮機推頭將垃圾水平壓入主壓縮機，實現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，實現二次壓縮，循環上述過程，直到將垃圾填滿集裝箱。

(4)主壓縮機閘門支架上的閘門落下，由運載車將垃圾集裝箱運送至指定地點掩埋。壓縮機在工作過程中，結構應力較大，且應力分布不均勻。本文借助ANSYS對其進行結構有限元分析，得到了該壓縮機各種工況的應力分布，并在此基礎上利用導重法，對其進行了以提高結構強度、減少結構自重為目的的優化設計，優化后不但結構最大應力從327MPa減少到170MPa，而且整機自重減少24％，收到了顯著的優化效果。

2壓縮機結構的有限元分析

2．1結構有限元分析模型

圖2為該壓縮機網格劃分后的離散結構模型，采用單元：SHELL63殼單元，油缸、支座等相對較厚的結構，采用SOLID45實體單元，相對運動的構件之間采用接觸副。網格劃分后，該模型共具有11萬個節點，28萬個單元，23對接觸副。

2．2約束與加載

針對壓縮機的工作流程，我們對其進行了多種工況有限元分析，下面重點介紹工作載荷大、結構應力較大的關鍵工況——工況3和工況5的結構有限元分析和優化。工況3——側壓縮機推頭推過2／3的填料斗。此工況的約束如表1，載荷如表2。工況5——側壓縮機推頭無法將垃圾完全壓入主壓縮機料倉，主壓縮機推頭行程過程中受偏載。此工況的約束：把工況3約束中的節點耦合改為耦合z向自由度并添加主壓縮機料倉垃圾自由端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分析計算結果

從工況5復合應力云圖可以看出，結構大應力主要分布在主壓縮機頂板加強梁、主壓縮機推頭前板加強梁以及主壓縮機推板油缸座加強筋處。整體結構最大應力發生在主壓縮機頂板左側加強梁和主壓縮機料倉左邊板加強板接合處，其復合應力為522MPa。分析計算結果給出的最大應力相對數值和部位，與該壓縮機實際使用中發生破壞的部位完全吻合。

3壓縮機結構的優化設計

3．1局部調優

從原壓縮機結構有限元分析結果可以看出，結構的最大應力多為局部集中應力，這些局部集中應力僅與局部結構有關，可通過局部結構尺寸調優得到改善。為此結構進行如下調整：

(1)填料斗底座處進行倒角過渡，在料斗上添加了2根加強粱，調優后工況3最大復合應力從調整前的349MPa降為210MPa；

(2)去掉了和主壓縮機頂板加強梁接合處的料倉左邊板加強板，并在頂板加強橫梁上增加了封板，構成矩形空心梁以增強頂板，調優后工況5原應力集中部位應力從522MPa降到115MPa。

3．2結構優化模型

為在保證結構強度前提下，實現壓縮機結構的輕量化設計，壓縮機結構自動優化設計的數學模型表為：

3．3優化方法

本文采用一種工程實用高效結構優化方法一ANSYS與導重法相結合法，利用以該方法為基礎的軟件SOGA1進行優化設計，先利用ANSYS進行結構分析以及差分敏度分析，然后利用導重法進行優化迭代計算，收到了十分顯著的優化效果。

3．4優化設計迭代歷程

迭代后對設計變量按照鋼材標準序列圓整后，得到最優方案。w(X)、w2(x)為側壓縮機與主壓縮機的結構自重，分別為6．42t、8．398t，R．(x)、R(x)分為第一、二階段優化結構最大特征應力分別為169MPa、170MPa。側壓縮機和主壓縮機結構最大應力，均在材料許用應力180MP范圍以內，保證了結構具有足夠的強度。壓縮機結構總質量從優化前的19．49t下降到14．82t，減輕了自重4．67t，減重24％，優化效果十分顯著。

3．5優化后結構的有限元分析

完成壓縮機結構優化后，對本壓縮機各工況再次進行了結構有限元分析。從圖6可以看出，優化后工況5v0n—Mi復合應力下降到177．6MPa，發生在主壓縮機項板加強粱上，而結構的最大應力，發生在主壓機推板油缸座為226MPa。

4結束語

本壓縮垃圾結構的特點是：壓縮垃圾反作用力載荷大，結構復雜，為多層板焊接。這些特點給結構建模、分析與優化設計帶來較大難度。本文采用接觸副等分析技術，成功地對壓縮機進行了結構有限元建模分析，在結構分析基礎上使用ANSYS與導重法相結合的優化方法和以該方法為基礎的SOGA1軟件，成功地對主、側壓縮機在保證結構強度前提下，進行了結構優化迭代計算，在將結構最大應力降至材料需用應力以內的同時，結構自重也大幅下降。