一種0平衡重式叉車外門架結(jié)構(gòu)

一種0平衡重式叉車外門架結(jié)構(gòu)

叉車起落架門架的布置3.3平衡重型商用車可以全方位移動(dòng)，門框架前傾后傾斜，適用于不同區(qū)域的工作。3T平衡重式叉車外門架是叉車起重系統(tǒng)各大總成的載體,是叉車起重系統(tǒng)的主要的承載部件,其結(jié)構(gòu)影響到整個(gè)起重系統(tǒng)的性能。由于門架安置在車架的前端部分,在裝卸物料時(shí),門架做前傾后傾移動(dòng),尤其是起升到位、前傾到位時(shí)工況最為惡劣。因此,外門架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算分析十分重要。1門架中的重規(guī)范段是d3T平衡重式叉車標(biāo)準(zhǔn)外門架如圖1所示,其長(zhǎng)寬高分別為2045mm×724mm×404mm。外門架結(jié)構(gòu)主要由左右槽鋼、橫梁、鏈條座、滾輪軸等組成。在門架中橫梁上左右各留有一個(gè)油缸安裝支座,以便安裝傾斜油缸。門架的下橫梁上有起升油缸支座并且留有與叉車前橋連接的機(jī)構(gòu),連接部分?jǐn)嗝嫒鐖D2所示,寬度為139mm,高度為77mm,該部分強(qiáng)度直接影響到了外門架與整車的連接強(qiáng)度,是外門架連接強(qiáng)度設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮的部分,在設(shè)計(jì)中為了提高外門架的抗彎強(qiáng)度,在上中下三個(gè)部分分別焊有強(qiáng)度較高的橫梁。2元模型的構(gòu)建2.1實(shí)體模型的建立3T叉車基本型外門架是一個(gè)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的框架結(jié)構(gòu)部件,但同樣要建立良好的實(shí)體模型,只有這樣才能提高有限元分析可靠性和準(zhǔn)確性。在外門架的有限元分析過程中,為了保證計(jì)算的準(zhǔn)確性,在建立模型的過程中就必須進(jìn)行簡(jiǎn)化處理,去掉某些不必要的零件及特征,忽略對(duì)整體力學(xué)性能影響較小的幾何細(xì)節(jié)如半徑為5mm以下的孔、過渡圓角或倒角以及2mm以下的搭接邊上的凸臺(tái)等,整個(gè)車架的solidworks實(shí)體模型(如圖3所示)。外門架有限元模型的建立是有限元計(jì)算的基礎(chǔ),也是能否得到精確計(jì)算結(jié)果的關(guān)鍵,本文有限元模型程序主要包括以下幾個(gè)部分:導(dǎo)入模型、幾何清理、滾輪及起升油缸壓應(yīng)力區(qū)域的建立、網(wǎng)格劃分、part零件創(chuàng)建和邊界條件處理。2.2高級(jí)cae接口ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS開發(fā),它能與多數(shù)CAD軟件接口,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換,如Pro/Engineer,solidworks.NASTRAN,Alogor,I-DEAS,AutoCAD等,是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAE工具之一,其中ansys-workbench是ansys公司的主要產(chǎn)品。本文所用的外門架是采用solidworks2007進(jìn)行實(shí)體建模,然后將模型直接無(wú)縫導(dǎo)入ansys-workbench中,確保了模型的準(zhǔn)確性,然后對(duì)外門架的強(qiáng)度進(jìn)行有限元分析,為結(jié)構(gòu)的改進(jìn)提供了可靠的依據(jù)。2.3dm模塊處理由于內(nèi)門架在外門架中運(yùn)動(dòng)時(shí)主要靠滾輪支撐,理論上滾輪與外門架槽鋼接觸應(yīng)該為線接觸,但實(shí)際接觸面應(yīng)該是一個(gè)小矩形面,尺寸約為28mmx5mm,故采用ansys-workbench中DM模塊進(jìn)行處理。另外,起升油缸缸底是放置在下橫梁的油缸支座上的,但受力面積僅為油缸直徑所形成的面區(qū)域,尺寸約為∮65mm,同樣采用ansys-workbench中DM模塊進(jìn)行處理(如圖4所示)。有限元模型中的PART零件是最重要的環(huán)節(jié)之一,它決定著整個(gè)外門架的有限元強(qiáng)度準(zhǔn)確性問題。同樣采用ansys-workbench中DM模塊進(jìn)行處理(如圖5所示)。2.5面體實(shí)體單元網(wǎng)格劃分的好壞決定了有限元的計(jì)算的精度和準(zhǔn)確性,所以應(yīng)該盡可能的使網(wǎng)格劃分得規(guī)則些。網(wǎng)格單元主要是六面體實(shí)體單元,而六面體實(shí)體單元具有更好的規(guī)則性,故本文絕大多數(shù)采用六面體實(shí)體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。(如圖6所示)2.6叉車外門架強(qiáng)度叉車起重系統(tǒng)外門架的受力比較復(fù)雜,合理的處理載荷和約束是正確進(jìn)行有限元計(jì)算的基礎(chǔ)。叉車的額定起重量為3t,載荷中心距離為500mm,前懸距為485mm,貨叉架總成質(zhì)量為111kg,內(nèi)門架總成質(zhì)量為170kg,擋貨架質(zhì)量為47.5kg,滾輪質(zhì)量為2.5kg/個(gè),標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度貨叉質(zhì)量為66kg/個(gè),鏈條及其他零件質(zhì)量合計(jì)40Kg。內(nèi)門架總成、貨叉、貨叉架、擋貨架和貨物的質(zhì)量形成的彎矩由外門架槽鋼承受,傾斜油缸一頭安裝在中橫梁油缸支座上,起升油缸一頭安裝在下橫梁油缸支座上,活塞桿端連接在內(nèi)門架上橫梁上,下橫梁油缸支座后端與前橋通過連接軸相連,根據(jù)叉車作業(yè)工況,分析認(rèn)為,計(jì)算叉車外門架強(qiáng)度時(shí),該種工況較危險(xiǎn):即門架起升到位、前傾到位。此時(shí)內(nèi)外門架主滾輪距為278mm,經(jīng)受力分析計(jì)算得到傾斜油缸支座受力F1=25807N,掛鏈板受力F2=16380N,起升油缸支座受力F3=32845N,滾輪上的軸承力F4=37413N,重力加速度9.808m/s2,如圖7所示。約束建立在門架連接軸支撐的部位,為鉸接約束。3實(shí)際應(yīng)力集中表現(xiàn)求得原始外門架的最大應(yīng)力出現(xiàn)在支座與連接軸配合的倒角處,該處有應(yīng)力集中,其值為376.05MPa,大于ZG35許用應(yīng)力[σs]=270MPa。如圖8所示:外門架整體受力如圖9所示,此時(shí)最大應(yīng)力出現(xiàn)在上橫梁與槽鋼焊接處,但該處焊接后即有焊縫,將會(huì)消除應(yīng)力集中:調(diào)整該處的倒角,將其改為R5時(shí),該處有應(yīng)力集中有所緩解,其值為130.86MPa,小于ZG35許用應(yīng)力[σs]=270MPa。計(jì)算得出的結(jié)果如圖10所示:外門架總體受力如圖所示,此時(shí)同樣出現(xiàn)一處應(yīng)力集中,但該處焊接后即有焊縫,將會(huì)消除應(yīng)力集中,槽鋼最大應(yīng)力為164.48Mpa,局部少量點(diǎn)出現(xiàn)229.14MPa,[σs]≥420MPa,n1=420/164.48=2.55,滿足使用,n2=420/229.14=1.83,也滿足使用如圖11圖12所示:4外門架安全系數(shù)穩(wěn)定(1)通過對(duì)3t軟連接基本型外門架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及受力分析,驗(yàn)證了該種外門架的結(jié)構(gòu)合理性通過對(duì)結(jié)果的安全系數(shù)的核算,得知該種形式的外門架安全系數(shù)富余量較小,即結(jié)構(gòu)重量輕,剛度大。(2)對(duì)外門架的最危險(xiǎn)工況進(jìn)行了受力分析,并進(jìn)行了有限元強(qiáng)度計(jì)算。在有限元網(wǎng)格劃分中采用了大部