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平衡重式叉车门架的有限元分析

发布于:2016-01-14 20:27
有限元分析

      如果将门架系统(包括门架、叉架、货叉、起升液压缸、链条等)当成一个隔离体,那么当货物起升到最大高度、门架前倾到最大角度时其受力情况最为恶劣,外门架截面承受最大外力。虽然实际工作中很少会出现这种最危险工况,但考虑到安全需要,需要把这种工况列入计算工况。
      门架主要由内、外门架和货叉构成。对于门架,链条两端主要承受拉力,起升液压缸的两端主要承受压力,为了减小计算量,可把链条和起升液压缸去除,同时在链条和货叉与门架铰接的两个部位对分析模型施加拉力,在液压缸对外门架的支撑点对分析模型施加向上的支撑力,在液压缸底部与外门架的接触处对分析模型施加压力。另外,由于门架模型的对称性,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Pro/E App建立的门架三维模型。
      根据实际模型,可选择板单元与实体单元混合划分;或全部使用三维实体单元划分。考虑到个别零件板厚较大,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,则可能由于两种单元因自由度耦合而产生误差,因此创建门架模型时,使用三维实体单元划分,为了提高计算精度,实体元网格划分采用六面体网格划分方式。本项目采用无缝连接的方式将门架 Pro/E 模型导入 ANSYS 中,划分网格后的门架有限元模型,该模型共包含39522个单元和183832个节点。
      把门架作为一个整体考虑,可把门架与前桥铰接处作为一个固定铰支座,在ANSYS 中可以 Cylindrical support 的形式施加载荷,门架与倾斜液压缸铰接处作为一个活动铰支座进行约束,在 ANSYS中可以 Displacement 的形式约束门架与倾斜液压缸铰接处液压缸方向的位移。
      门架自身重力可以通过Standard earth gravity的形式施加。
      已知载荷中心距为 500 mm,货叉上的重物载荷可采用 Remote force形式施加,单个货叉受力为:
      滑轮与门架之间的摩擦为滚动摩擦,钢与钢之间的滚动摩擦系数为0.05,因此计算链条的拉力时可忽略滑轮的摩擦力。 计算得到货叉架的体积为0.039 6 m3,因此单根链条拉力为:
      单个滑轮承受链条的压力为:
      通过计算得内门架体积为 0.024 8 m3,因此内门架重力为:
      单个起升液压缸对内门架的支撑力为:
      计算得出单个起升液压缸的重力为 348 N,单个起升液压缸对外门架的作用力为:
      由于门架结构和载荷与中心面对称,为了减小计算规模,本分析采用对称分析方法对门架系统进行分析,由于只对模型的一半进行分析,故施加于上述模型的载荷仅为整体载荷的一半。
      该工况下货叉架的应力分布云图,第四强度理论最大应力值为 151.87 MPa,位于下方与货叉接触处。 货叉架加强板为 Q235 钢板,除货叉架加强板外,其余门架零件材料均为 Q345 钢板,Q345 的屈服应力为 345 MPa,当安全系数取 1.5 时,Q345 的许用应力为 230 MPa,货叉架加强板上的第四强度理论最大应力值为 148.35 MPa,Q235 的许用应力为 156.7 MPa。 内门架应力分布云图,第四强度理论最大应力值为 173.37 MPa,位于顶部滑轮与内门架接触处。 外门架应力分布云图,第四强度理论最大应力值为 244.17 MPa,位于与内门架滑轮接触的外门架槽钢面上。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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