CAE技術(shù)在鋼制折疊式托盤(pán)箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應(yīng)用

劉春良 倪建生 蘇繼軍

0引言

鋼制折疊式托盤(pán)箱回收成本低,廣泛應(yīng)用于食品、化工等行業(yè),目前已成為主要物流運(yùn)輸工具。[1]為了進(jìn)一步降低回收成本,折疊式托盤(pán)箱的底盤(pán)高度被設(shè)計(jì)得越來(lái)越小,折疊后周轉(zhuǎn)時(shí)托盤(pán)箱發(fā)生脫落已成為這類(lèi)產(chǎn)品的典型問(wèn)題。脫落的托盤(pán)箱的底盤(pán)橫梁可能發(fā)生較大的塑性變形,影響托盤(pán)箱周轉(zhuǎn)使用。

近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)技術(shù)取得突飛猛進(jìn)的進(jìn)展,運(yùn)用CAE技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和優(yōu)化已成為機(jī)械行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。[2-4]本文針對(duì)鋼制折疊式托盤(pán)箱堆碼脫落的典型問(wèn)題,結(jié)合CAE技術(shù)進(jìn)行分析、優(yōu)化及驗(yàn)證,說(shuō)明CAE技術(shù)對(duì)解決工程實(shí)際問(wèn)題的重要意義。

1問(wèn)題原因

堆碼脫落是鋼制折疊式托盤(pán)箱的典型問(wèn)題,通常在箱體折疊后周轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生。折疊式托盤(pán)箱通常由底盤(pán)和4個(gè)端板組成,端板可折放在底盤(pán)上進(jìn)行周轉(zhuǎn)運(yùn)輸。底盤(pán)的角部設(shè)有立柱,每端的2個(gè)立柱通過(guò)橫梁連接(見(jiàn)圖1)。折疊后堆放時(shí),上層托盤(pán)箱搭在下層托盤(pán)箱的立柱上,由下層托盤(pán)箱的立柱承受上層托盤(pán)箱的重量(見(jiàn)圖2)。研究發(fā)現(xiàn),托盤(pán)箱底盤(pán)某端橫梁的抗彎剛度相對(duì)較弱。折疊后周轉(zhuǎn)時(shí),如果叉車(chē)通過(guò)抗彎剛度較弱的橫梁將多層托盤(pán)箱叉起運(yùn)輸,則運(yùn)輸過(guò)程中的顛簸可能導(dǎo)致橫梁與叉齒碰撞,造成橫梁彎曲變形,立柱間距增大,進(jìn)而導(dǎo)致上層托盤(pán)箱脫落。

2解決方案及比較

2.1解決方案

針對(duì)上述問(wèn)題,制訂以下3種解決方案:

方案A:在底盤(pán)橫梁上端增加厚的通長(zhǎng)加強(qiáng)板(見(jiàn)圖3);

方案B:在底盤(pán)橫梁上端增加厚的通長(zhǎng)加強(qiáng)板,并在加強(qiáng)板兩端增加小拉筋板(見(jiàn)圖4);

方案C:加強(qiáng)形式同方案B,加強(qiáng)板厚度改為。

2.2方案比較

運(yùn)用CAE技術(shù)比較以上3種方案的優(yōu)劣,分析形式為動(dòng)態(tài)沖擊模擬,流程如下:

(1)前處理包括建立或讀取需要分析的幾何模型、指定單元類(lèi)型、指定材料本構(gòu)關(guān)系和模型離散化等。

(2)工況模擬設(shè)置包括設(shè)定初速度和加速度及定義接觸。

(3)定義求解相關(guān)卡片較重要的幾個(gè)卡片包括接觸控制(Control_Contact)、指定積分步長(zhǎng)(Control_Timestep)和定義結(jié)果輸出步長(zhǎng)(Database_D3plot)等。

(4)求解

(5)結(jié)果后處理與分析分析工況設(shè)置如下:模擬9個(gè)折疊后的托盤(pán)箱傾斜堆放,傾斜角度設(shè)置為繞長(zhǎng)度和寬度方向各旋轉(zhuǎn)2°,將叉齒水平放置,確保底盤(pán)抗彎剛度較弱端橫梁正對(duì)叉齒位置有的高度差,整摞托盤(pán)箱自由下落。針對(duì)上述工況,可將問(wèn)題簡(jiǎn)化為最底層托盤(pán)箱底盤(pán)的跌落沖擊分析,通過(guò)比較底盤(pán)立柱間距的增量確定方案的優(yōu)劣。

通過(guò)CAE技術(shù)分析得出,在跌落沖擊的過(guò)程中,方案B的底盤(pán)立柱間距增量峰值最小,所以方案B為最優(yōu)方案。根據(jù)該方案制作樣品,并進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果表明,該方案能夠有效解決鋼制折疊式托盤(pán)箱的堆碼跌落問(wèn)題,達(dá)到預(yù)期效果。

3結(jié)束語(yǔ)

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和優(yōu)化過(guò)程中應(yīng)用CAE分析工具,可大大節(jié)省工作時(shí)間,提高工作效率,同時(shí)降低成本,提高產(chǎn)品可靠性。

參考文獻(xiàn):

[1] 程宏達(dá). 鋼制托盤(pán)箱:單元化器具發(fā)展的新方向[J]. 物流技術(shù)與應(yīng)用,2007(7):77-79.

[2] 靳連金. CAE技術(shù)在托盤(pán)箱設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 [J]. 集裝箱化,2007,18(1):40-42.

[3] 彭智,周勇. CAD/CAE技術(shù)在模具概念設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 模具技術(shù),2004(5):11-15.

[4] 金海霞,黃少麟,葉洎沅. OptiStruct在包裝行業(yè)的應(yīng)用[C]. 第三屆中國(guó)CAE工程分析技術(shù)年會(huì)暨2007全國(guó)計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)研討會(huì),大連,2007.

(編輯:張敏收稿日期:2009-04-27)