新型桥式洗车台设计开发与有限元分析研究

2013-05-11郇晓倩文兴国管馨馨梁作元

中国新技术新产品 2013年24期

郇晓倩文兴国管馨馨梁作元

（1.日照凯格环保科技有限公司，山东日照 276800；2.日照港股份有限公司岚山装卸分公司，山东日照 276800）

1 引言

本文针对粉尘污染问题设计了一种专门应用于工程车辆底盘及车轮清洗的桥式洗车台，在详细调研了客户的需求之后，将洗车台整体分为三部分进行设计：机械结构、水处理和自动化控制。在机械结构方面，基于PRO/E对桥式洗车台的外形、结构进行了设计，再将3D模型导入ANSYS进行静态分析得出应力云图和应变云图，根据分析结果看其是否满足强度要求，并进一步对洗车台进行优化，保证设计的准确性和可靠性。水处理方面，对污水进行处理并循环利用，以节约水资源。在自动化控制方面，实现自动感应来往车辆来控制水泵的自动开关，实现洗车台的全自动化控制。

2 桥式洗车台的设计

桥式洗车台，是指不需要土建结构，直接安装在地面上就可以使用的洗车台，该类洗车台有以下几种优点：一是模块化设计，方便拆装、搬运；二是不需要土建结构，不会对安装现场造成破坏；三是人性化的水路设计，洗车台能实现自动反冲洗，防止淤泥的堆积。洗车台的设计主要包括三个方面：结构设计、水处理设计和自动化控制设计。

图1是桥式洗车台结构图，其中1是上下斜坡；2是洗车平台；3是侧喷的管道及喷嘴；4是控制室，用来放置水泵和控制柜；5是蓄水罐；6是过滤器。工程车辆由斜坡进入洗车平台，洗车平台的侧面和底面装有喷嘴，在高压水泵的带动下喷出高压水流，对车辆的车轮和底盘进行冲洗。平台下方铺有角钢，污水由角钢间的缝隙进入到下方的水箱，再通过管道流入过滤器对污水进行沉淀，且在污水中加入PVA、PAM提高污水净化的质量。最后，过滤后的污水进入蓄水罐重新利用。洗车台的各项基本参数入表1所示。

图1 桥式洗车台结构图

表1 洗车台基本参数表

2.1 结构设计与有限元分析

结构设计是洗车台设计过程中比较重要的环节，其承重能力更是衡量洗车台的重要因素。本洗车台全部采用钢结构和焊接工艺，结构易被破坏的部位主要集中在角钢和焊缝。因此，本设计利用PRO/E对洗车台进行三维建模，对焊缝进行简化，将焊缝按固定处理，材料选择为structural steel。将三维模型导入ANSYS软件中，并对模型进行简化，只保留两个角钢，采用自动网格划分，共划分为61801个单元和123579个节点。

图2 洗车台应力分布云图与变形分布云图

经调查，工程车辆满载后的质量在80t左右，为了保证洗车台的强度，本文将载荷设为100t，设置底面为固定约束，运行后得到的结果如图2所示，其中左图为应力分布云图，右图为变形分布云图。

由以上分析结果可知，洗车台最大承重约为193MPa，小于结构钢的受力极限235MPa。因此，本洗车台整体满足强度和变形要求，其薄弱环节位于角钢和工字钢的焊接处，角钢边缘处变形最为严重。为了避免应力集中影响洗车台的承重能力，我们在角钢之间添加了加强筋，以保证洗车台的强度。

2.2 水处理设计

水处理设计包含两部分内容，一是管道等过水设计，二是对污水添加PVA、PAM以帮助污水絮凝沉淀。水处理整体思路为：首先在高压水泵的带动下，蓄水罐里的水进入管道并由底面和侧面的喷嘴喷出，形成高压水流对车辆进行冲洗，喷嘴压力达40-80kPa。冲洗后的污水由角钢间的缝隙进入平台下的空腔内，再通过管道进入污水池。经加药系统加入PVA、PAM后进去涡凹气浮机进行絮凝沉淀，絮凝沉淀后的污水进入机械过滤器过滤，最后流入蓄水罐回收利用。

由以上分析可以看出，本文设计开发的洗车台能满足水的循环利用，且水的回收利用率达到80%到90%，大大节约了水资源。

2.3 自动化控制设计

洗车台自动控制能满足对来往车辆的感应，并自动控制水泵的开关，其总体思路为：在洗车台前方和后方3m处分别设置红外线感应装置，当有车辆经过时，前方感应装置将信号发送给控制柜，控制柜控制水泵的开启，喷出高压水流，当车辆清洗完成后离开洗车台时，后方感应开关将车辆离开的信号发送给控制柜，控制柜关闭水泵，以防浪费水资源[5]。