有限元方法在倉儲式叉車車架強度分析中的運用

2015-07-19 06:50:12陳建智林德中國叉車有限公司福建廈門361009

中國新技術新產品 2015年15期

陳建智（林德（中國）叉車有限公司，福建　廈門　361009）

陳建智
（林德（中國）叉車有限公司，福建廈門361009）

摘要：本文針對37x車型倉儲式叉車在國內改裝可拆卸門架的需求，對37x車架及門架安裝方式進行重新設計，對車架及門架裝配進行了整車有限元分析，保證了改裝后門架與車架的匹配和安全。到達了不降低穩定性和車架強度及安全性能要求的預期目的，同時節約大量成本，順利完成了項目的國產化。

關鍵詞：倉儲式叉車；車架；強度；有限元分析；國產化

37x型倉儲式叉車在國外研發、生產，采用車架和門架整焊接在一起的方式。為降低成本，現要求在國內生產并考慮利用已有的系列標準門架，因而必須對車架與門架的連接方式進行重新設計，并對整車進行力學和穩定性校核。本文論述了如何利用UG軟件的NxNastran對整車強度進行分析。

圖1　車架三維實體模型

一、整車有限元模型的建立

由于37x車架主要由多件沖壓成形板（板厚有4691550mm幾種）和桿件組成（如圖1所示），為了提高分析精度并簡化零件間的連接方式，以便直接利用高級分析模塊內置的網格粘接功能，采用了實體單元進行作為單元類型進行分析。

由于模型零件類型及分析重點區域不一和網格過渡的需要，分網后網格單元尺寸難免出現不一致，節點不重合的問題。對于這些地方的連接，采用了分析模塊內“粘接非重合”的功能予以連接，如圖2所示。

圖2　實體單元及粘結非重合網格

二、載荷分析和施加

37x型車的載荷沿貨叉架/屬具—門架—車架—輪子的路徑轉移。本分析中為使結果便于和原車進行比較，把載荷轉化到了外門架上。

根據實際可能出現的工況，分析中假設了叉車存在3%的橫向傾斜。載荷在門架間由4個滾輪軸和外門架油缸支撐，因此載荷轉化為2側油缸支架Fz及縱向橫向的彎矩Mx，My和豎直方向的扭矩Tz和側向力Fx。在此由于沒有明顯的旋轉軸，所以所有的彎矩，扭矩均轉化為力輸入

載荷：Q=1300kg

Fz=12730.81N

Fx=483.73N

F_Mx=10703.61096N

F_My=433.200242N

F_Tz=493.2207632N

C=660mm（載荷中心矩）

D=785mm（貨叉架提升到2500mm時內外門架滾輪軸距離）。

圖3　車架三維實體模型

三、邊界條件

37x型車的支撐共有4個輪子：支腿下方的2個承載輪和前方1個驅動輪及1個平衡輪。在有限元模型中采用UGNX5.0高級仿真模塊內的剛性桿RBE2模擬對支撐點與車架實體單元的連接，此種剛性桿單元不增加系統質量和結構剛度，因而是非常合適的（如圖4所示）。對于整車處于工作狀態時，系統在豎直方向、橫向、縱向的自由度被完全約束。系統內部支撐輪可以沿縱向移動的，因而應當釋放其縱向的自由度，約束承載輪的縱向自由度，以限制整車縱向的剛體位移。平衡輪由于其功能是用于平衡整車在豎直方向的質量，故釋放其他兩個方向自由度，而僅限制豎直方向的位移。如圖5所示。

四、計算結果及判定

車架中采用的材料主要是S355J2+N 和S235JR，分別對應國內16Mn和Q235A，其對應的強度極限數據見表1。

而有限元計算結果見表2。

計算結果表明，相同載荷下相比于舊的379車型的車架變形，37x的變形程度更小。兩車的應力最高點均位于門架油缸支座處，達到了312.4MPa以上，接近了正常的彈性極限，經仔細分析原因是門架型鋼網格和油缸支座網格間尺寸差異太大，中間采用剛性桿模擬焊接造成的，實際的應力水平不至于這么高，該門架多年的實際運用中也證明了這點。

其他關鍵位置如支腿根部，車身上部支撐和右后側液壓油箱支架也表現出了較高應力，如圖6、圖7和圖8所示。

但均低于16Mn或A3鋼的彈性極限和疲勞極限，意味著車架時安全可靠的。