有限元方法在仓储式叉车车架强度分析中的运用

2015-07-19陈建智林德中国叉车有限公司福建厦门361009

中国新技术新产品 2015年15期

陈建智（林德（中国）叉车有限公司，福建　厦门　361009）

陈建智
（林德（中国）叉车有限公司，福建厦门361009）

摘要：本文针对37x车型仓储式叉车在国内改装可拆卸门架的需求，对37x车架及门架安装方式进行重新设计，对车架及门架装配进行了整车有限元分析，保证了改装后门架与车架的匹配和安全。到达了不降低稳定性和车架强度及安全性能要求的预期目的，同时节约大量成本，顺利完成了项目的国产化。

关键词：仓储式叉车；车架；强度；有限元分析；国产化

37x型仓储式叉车在国外研发、生产，采用车架和门架整焊接在一起的方式。为降低成本，现要求在国内生产并考虑利用已有的系列标准门架，因而必须对车架与门架的连接方式进行重新设计，并对整车进行力学和稳定性校核。本文论述了如何利用UG软件的NxNastran对整车强度进行分析。

图1　车架三维实体模型

一、整车有限元模型的建立

由于37x车架主要由多件冲压成形板（板厚有4691550mm几种）和杆件组成（如图1所示），为了提高分析精度并简化零件间的连接方式，以便直接利用高级分析模块内置的网格粘接功能，采用了实体单元进行作为单元类型进行分析。

由于模型零件类型及分析重点区域不一和网格过渡的需要，分网后网格单元尺寸难免出现不一致，节点不重合的问题。对于这些地方的连接，采用了分析模块内“粘接非重合”的功能予以连接，如图2所示。

图2　实体单元及粘结非重合网格

二、载荷分析和施加

37x型车的载荷沿货叉架/属具—门架—车架—轮子的路径转移。本分析中为使结果便于和原车进行比较，把载荷转化到了外门架上。

根据实际可能出现的工况，分析中假设了叉车存在3%的横向倾斜。载荷在门架间由4个滚轮轴和外门架油缸支撑，因此载荷转化为2侧油缸支架Fz及纵向横向的弯矩Mx，My和竖直方向的扭矩Tz和侧向力Fx。在此由于没有明显的旋转轴，所以所有的弯矩，扭矩均转化为力输入

载荷：Q=1300kg

Fz=12730.81N

Fx=483.73N

F_Mx=10703.61096N

F_My=433.200242N

F_Tz=493.2207632N

C=660mm（载荷中心矩）

D=785mm（货叉架提升到2500mm时内外门架滚轮轴距离）。

图3　车架三维实体模型

三、边界条件

37x型车的支撑共有4个轮子：支腿下方的2个承载轮和前方1个驱动轮及1个平衡轮。在有限元模型中采用UGNX5.0高级仿真模块内的刚性杆RBE2模拟对支撑点与车架实体单元的连接，此种刚性杆单元不增加系统质量和结构刚度，因而是非常合适的（如图4所示）。对于整车处于工作状态时，系统在竖直方向、横向、纵向的自由度被完全约束。系统内部支撑轮可以沿纵向移动的，因而应当释放其纵向的自由度，约束承载轮的纵向自由度，以限制整车纵向的刚体位移。平衡轮由于其功能是用于平衡整车在竖直方向的质量，故释放其他两个方向自由度，而仅限制竖直方向的位移。如图5所示。

四、计算结果及判定

车架中采用的材料主要是S355J2+N 和S235JR，分别对应国内16Mn和Q235A，其对应的强度极限数据见表1。

而有限元计算结果见表2。

计算结果表明，相同载荷下相比于旧的379车型的车架变形，37x的变形程度更小。两车的应力最高点均位于门架油缸支座处，达到了312.4MPa以上，接近了正常的弹性极限，经仔细分析原因是门架型钢网格和油缸支座网格间尺寸差异太大，中间采用刚性杆模拟焊接造成的，实际的应力水平不至于这么高，该门架多年的实际运用中也证明了这点。

其他关键位置如支腿根部，车身上部支撑和右后侧液压油箱支架也表现出了较高应力，如图6、图7和图8所示。

但均低于16Mn或A3钢的弹性极限和疲劳极限，意味着车架时安全可靠的。