3t平衡重式叉车门架有限元分析.pdf

Tast and Research t机第4202集2月
试验·研究
3t平衡重式又车门架有限元分析
王天,韩振
(山东理工大学交通与车辆工程学院
E建交体力学,利用有根元分所被作A进站度与度分析。选点测试们架
应力,运用 Famos软件处理测试结果,并将有限元分析结果与试验测试结果进行对比,以验证门架分析
模型的正确性,为门架的设计提供参考。
关键词:门架;有限元分析;Pro/E; ANSYS
内燃平衡重式叉车是工程机械的主要产品之
,广泛应用于建筑、铁路、公路、水利、采矿等建设
工程中。近年来,随着基础设施建设的増加,叉车的
数量越来越多,产品更新换代的速度也不断加快,
这就需要采用新的科学技术和现代设计方法,如优
化设计和有限元强度计算,以及现代化测试技术
等,以缩短新产品的开发周期,提高其技术性能。
1分析工况的选取
如果将门架系统(包括门架、又架、货叉、起升
液压缸、链条等)当成一个隔离体,那么当货物起升
图1半门架的三维模型
到最大高度、门J架前傾到最大角度时其受力情况最3有限元模型
为恶劣,外门架截面承受最大外力叫。虽然实际工作
中很少会出现这种最危险工况,但考虑到安全需
根据实际模型,可选择板单元与实体单元混合
要,本文只把这种工况列人计算工况。
划分;或全部使用三维实体单元划分。考虑到个别
2门架的三维造型
零件板厚较大,不满足板单元条件,这些零件只能
按实体元分析,若使用板单元和体单元混合划分,
门架主要由内、外门架和货叉构成。对于门架,则可能由于两种单元因自由度耦合而产生误差,因
链条两端主要承受拉力,起升液压缸的两端主要承此创建门架模型时,使用三维实体单元划分,为了提
受压力,为了减小计算量,可把链条和起升液压缸高计算精度,实体元网格划分采用六面体网格刘分
去除,同时在链条和货又与门架铰接的两个部位对方式。本项目采用无缝连接的方式将门架ProE模
分析模型施加拉力,在液压缸对外门架的支撑点对型导入 ANSYS中,划分网格后的门架有限元模型如
分析模型施加向上的支持力,在液压缸底部与外门图2所示,该模型共包含39522个单元和183832
架的接触处对分析模型施加压力。另外,由于门架个节点。
模型的对称性,为了尽可能减小计算规模,采用对
称分析方法,即对模型的一半进行有限元分析。用
4载荷计算及施加
ProE软件建立的门架三维模型如图1所示。
把门架作为一个整体考虑,可把门架与前桥铰
24
toin
第43卷2012年12月
工程机概
Test and Research
Toica.1624 N
试验·研究
Force 2 16284 N
I3 rorge s 33751 N
G Force 5 32448 H
Standard ur th fir ity 9806. mm/x'
1000.00(mn
500.00
0.00
10000(mm)
图2门架有限元模型
500.00
接处作为一个固定铰支座,在 ANSYS中可以Cyin
图3门架升到最大高度前倾6°时的载荷施加图
drical support I的形式施加载荷,门架与倾斜液压缸述模型的载荷仅为整体载荷的一半。
较接处作为一个活动铰支座进行约東,在 ANSYS
中可以 Displacement的形式约東门架与倾斜液压缸5有限元分析结果
铰接处液压缸方向的位移。
门架上升到3m位置且前倾6°时的应力分布云
门架自身重力可以通过 Standard earth gravity图如图4所示,从图中可看出门架最大应力值位于
的形式施加
货又拐角内面,第四强度理论最大应力值为346.37
已知载荷中心距为500m,货又上的重物载荷MPa,货叉材料为40Cr,屈服极限为550MPa,对于
可采用 Remote force形式施加,单个货叉受力为:
塑性材料,其安全因数通常取1.5?,求得40Cr的许
F=1500x9.8=14700(N)
用应力为367MPa。由于实际应力最大值小于许用
滑轮与门架之间的摩擦为滚动摩擦,钢与钢之应力,因此按第四强度理论可知,货又是安全的。
间的滚动摩擦系数为0.05,因此计算链条的拉力时
A Static Structural
可忽略滑轮的摩擦力。计算得到货叉架的体积为
0.0396m,因此单根链条拉力为:
0123k16
F:=1470078500-03969.8=162245(N)
346,37,x
35
2,9
单个滑轮承受链条的压力为
I a is
24741
F=16224.5×2=32449(N)
22267
19793
通过计算得内门架体积为0.0248m,因此内门
179
架重力为
12
395
F=7850×0.0248×9.8=1908(N
49484
24743
单个起升液压缸对内门架的支持力为:
0.0027019i
0.00
100000(mm)
F=32419+1908-33403(N)
500.00
计算得出单个起升液压缸的重力为348N,单图4门楽上升到3m且前6时门架的应力分布云图
个起升液压缸对外门架的作用力为
该工况下货叉架的应力分布云图如图5所示,
F=33403+348=33751(N)
第四强度理论最大应力值为151.87MPa,位于下方
由于门架结构和载荷与中心面对称,为了减小与货叉接触处。货叉架加强板为Q235钢板,除货又
计算规模,本分析采用对称分析方法对门架系统进架加强板外,其余门架零件材料均为Q345钢板,
行分析,当门架前倾6°时,施加载荷后的模型如图3Q345的屈服应力为345MPa,当安全系数取1.5时,
所示。由于只对模型的一半进行分析,故施加于上Q345的许用应力为230MPa,货叉架加强板上的第