浅谈叉车主体结构模态与减振设计

摘 要：随着叉车研制领域不断取得新的成果，振动带来的叉车寿命和舒适度危害日渐受到业界重视，基于此，本文就叉车主体结构试验模态展开分析，并提出了叉车主体结构减振设计，希望减振设计所应用的“反问题”方法、STAR MODAL软件能够为相关业内研究人员带来一定启发。

关键词：叉车；主体结构；减振设计；STAR MODAL软件

叉车在仓库、港口等物流集散地有着极为广泛的应用，但我国叉车行业因起步时间相对较晚、相关研究缺乏，却始终只能够占据低端叉车市场，而为了设法扭转这一叉车行业的发展现状，叉车舒适度、性能的提升就必须得到业界的重视，而这也是本文就叉车主体结构模态与减振设计展开具体研究的原因所在。

1 叉车主体结构试验模态分析

（1）模态参数辨识。

模态参数辨识过程可以概括为：假定数学模型→同样激励假定模型与实际系统→比较二者误差→调整假设模型至误差最小，结合这一理念即可通过振动微分方程M+C+Kx=f实现叉车结构动态特性的描述，这里的M、C、K、f分别代表质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵、外力适量，最终即可得出频响函数矩阵与各阶模态参数的关系，这一关系具体表示为[1]：

这里的H（ω）指的是频响函数矩阵，而模态参数的频域辨识则需要应用导纳圆辨识法与最小二乘迭代法。

（2）模态测试系统。

模态测试系统的步骤可以概括为：确定测试方案→組建测试系统→数据分析处理，具体内容如下：a.确定测试方案。测试方案需要实现悬挂条件、激励的确认，本文的悬挂条件确定采用了模拟实际情况支撑车架的方式，车架需要放置在模拟车轮的橡胶垫上；激励需要在结构的某些点上施加激励，结合Maxwell互异性原理，本文确定了应用锤击法的单点拾振、多点激励获取不同测点的频响函数。b.组建测试系统。测试系统由信号放大器、力锤、加速度传感器、信号分析仪组成，下图为试验模态分析系统，由此每次激励即可得到三个方向的频率响应。c.组建测试系统。采样频率设置为32kHz、采样点数2048，由此即可得出频响函数频率分辨率设置为f=f0N=32002048=1.56Hz，而应用STAR MODAL软件中的MODAL ANALYSIS模块，即可通过测点直角坐标生成结构模型[2]。

（3）车架模态测试。

车架采用模拟实际工作状态支撑，通过左右和前后两个方向激励，即可得出车架频率响应，而由此开展进一步的试验模态分析，即可得出后围板与挡泥板上下摆振、后部整体上下摆振、后围板上下摆振等部位的固有频率，其中三者的固有频率分别为24.21Hz、63.94Hz、97.35Hz，由此可见挡泥板和后围板局部振动的体现较为明显。

2 叉车主体结构减振设计

（1）主体结构优化方法。

本文开展的叉车主体结构减振设计采用了“反问题”方法，即为了令系统动力响应达到要求，进行相应质量等参数的修改，而结合上文中开展的试验模态分析，即可得出修改后的系统质量矩阵M=M0+ΔM和刚度矩阵K=K0+ΔK，而结合坐标变换进行运动方程组解耦，即可判断修改是否能够满足叉车主体结构的减振需要。

结合STAR MODAL软件具备的构件质量、刚度、阻尼修改功能，即可重点就车架挡泥板和后围板进行修改，而通过加强车前后两部分8个测定的刚度并开展反复测试，最终挡泥板部分刚度与后围板部分刚度分别加强了1e+5N/m、1e+6N/m，且刚度的加强方向为左右，下表为模型改进前后固有频率比较，结合该表能够清楚发现，车架挡泥板和后围板的改进能够有效避免同时共振，30～40Hz的固有频率被消除，方案的实践价值由此得到了较好保证。

为了进一步验证叉车主体结构减振设计的可行性，试验用叉车上挡泥板和后围板处分别加上加劲筋，这样就能够结合叉车实际结构空间、工艺条件，并避免对叉车本身结构带来影响。

（2）优化后的振动测试。

结合刚刚进行的叉车主体结构优化方法论述，即可进行叉车的试制，这一试制过程除了改动部位外，其他均保持与原测试叉车一致，而在对改进后的叉车进行振动信号测试中发现，改进后的叉车实现了如下四方面的变化：a.护顶架振降低。振动幅值明显减少，人体感受出现了明显降低。b.护顶架前后振动明显降低。振动方向仍为前后振动，但第2模态共振现象基本消除。c.护顶架振动峰值频率发生较大变化。同时共振因车架与护顶架固有频率不在接近而消除。d.护顶架最大振动信号47Hz。由此可见叉车振动能量不大，而由于人类对这一振动频率的敏感度较低，叉车的舒适度将由此实现大幅提升。总的来说，本文研究的叉车主动结构减振设计有效降低了研究用叉车的振动水平，并切实提高了该叉车的舒适度。

3 结论

综上所述，本文研究实现了叉车主体结构的减振设计。而在此基础上，本文所涉及的挡泥板部分刚度与后围板部分刚度加强减振设计实现的试验用叉车振动水平降低，则直观证明了研究具备的实践价值。因此，在相关领域的理论研究与实践探索中，本文研究内容便可以作为重要参考。

参考文献：

[1]吴小峰，梁长佳，田红周，李戈操.某叉车用手制动结构怠速减振优化设计[J].工程机械，2014，4505：4043+3.

[2]杨鸥.TRIZ方法在叉车后桥减振上的应用[J].起重运输机械，2015，06：2628.

作者简介：陈开强（1984），男，广西钦州人，本科，研究方向：机械工程。