内燃平衡重式叉车车架强度和刚度计算分析

内燃平衡重式叉车车架强度和刚度计算分析

目前，我国对垫层和弹簧的计算和校正主要集中在汽车座和其他坦克的计算和校正上。1u3000阶段,车架发生弯扭变形通过合理的方法解决车架受力、体现抗拉力叉车作为物料搬运机械,较恶劣的工作状态是一边搬运货物一边行驶,典型的危险或极限的工作状态为(1)满载货物时匀速行驶,此时叉车车架主要承受其上所安装零部件的重量,以及由于载货而产生的作用力,车架发生弯曲变形。(2)满载货物时一轮骑障或一轮悬空,此时车轮骑障侧的车架支撑点承受着因骑障而产生的强制位移,或车轮悬空侧的车架支撑点承受着因悬空而产生的作用力,车架发生弯扭变形。(3)满载货物时紧急制动,以致后轮抬起,此时车架承受最大纵向惯性力。(4)满载货物时紧急转向,以致车轮发生侧滑或一侧车轮抬起,此时车架承受最大横向惯性力。根据以上对叉车工作状态的分析,确定叉车车架的计算工况为弯曲工况、扭转工况、制动工况和转向工况。2有限元模型前处理以某型10t级内燃平衡重式叉车的车架为研究对象,应用HyperWorks软件平台建立该车架的有限元模型。叉车车架主要有箱型和边梁式等结构型式为简化计算模型,将车架上承载的结构件所产生的作用力均以集中力的形式施加于其安装点上,而在车架的支撑点上施加约束。在有限元模型前处理过程中,忽略较小的孔、圆角及倒角等结构特征,各板件选用壳单元划分网格,焊缝选用CWELL单元模拟,安装连接或传力连接选用RBE2单元或RBE3单元模拟。在载荷处理过程中主要计入发动机与传动系统总成、工作装置总成、配重和车架因自重或惯性产生的作用力,以及载货而产生的工作负荷,简单计入或忽略其他对计算结果影响较小的力。各计算工况的约束施加原则是既要有足够的约束又不得有多余的约束,以致可获得确定的位移解而又不致产生实际不存在的附加约束力。坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系,取驱动桥中心为原点,取叉车纵向为X轴,其平行于水平面,指向叉车前方为正;取叉车横向为Y轴,也平行于水平面,指向叉车左向为正;Z轴垂直于水平面,单位制采用t,mm,s。车架所用材料机械性能如表1所示。完成建模后的叉车车架有限元模型,共计279965个单元,280386个节点,如图1所示。3足够的强度车架是叉车的主要承载结构,在叉车起升货物或载货运行时,车架应有足够的强度以保证不发生永久变形或断裂,也应有足够的刚度以保证不发生过大的位移量。本文用各典型计算工况下,主要承力零部件的应力峰值和主要承载位置的相对位移量来评价叉车车架的强度和刚度。3.1车架局部焊接区域对应力值的影响该工况模拟叉车在平坦路面上满载匀速行驶的状况,动载系数参照货车取值为3弯曲工况是叉车作业的常发状态,计算结果表明,此工况下,车架呈现出前后端下翘的弯曲变形,应力分布较大的区域主要是前倾斜液压缸支座、箱体壁板、前桥板和后尾板等,车架各结构件的强度和刚度满足设计要求,但局部焊接区域应力值相对偏高,如倾斜液压缸支座与底板的焊接区域、后尾板与箱体壁板的焊接区域等,应控制该处的焊接质量。3.2扭转工况分析该工况模拟叉车在坑洼路面上满载行驶时左前轮因骑障而产生强制位移的状况。根据叉车整机试验的标准,10t叉车要求能行驶通过100mm高的颠簸块计算结果表明,扭转工况下,车架呈现出左前侧上翘的扭转变形,应力分布较大的区域主要在后尾架结构件、右前桥板、前倾斜缸支座、箱体壁板和车架横梁上。该工况相对较恶劣,车架的位移变形量偏大,前桥板和后尾架上的局部区域应力值偏大,其中前桥板上的最大应力值约达320MPa,安全冗余较低,应予以关注。3.3制动工况下车架各构件强度和刚度校核该工况模拟叉车满载行驶中紧急制动以致后轮抬起的状况,此时该车型的制动减速度为0.28g,参照货车动载系数取值为1.5计算结果表明,制动工况下,车架变形和最大应力分布区域与弯曲工况相似,车架各结构件的强度和刚度满足设计要求。3.4转向工况分析该工况模拟叉车满载行驶中紧急左转以致侧甩的状况,为安全起见,轮胎与地面的摩擦因数取0.6计算结果表明,转向工况下,车架呈现出横向右摆的变形,最大应力分布主要是前倾斜液压缸支座、右前桥板、箱体壁板和后尾板等,车架各结构件的强度和刚度满足设计要求。4发动机运转干扰基频模态分析用于确定结构的固有振动特性,如自然振动频率和振型,是进行结构动力学分析的基础。引起叉车振动的激励源主要是叉车行驶中的路面激励和发动机运转产生的激励,且车架的低阶模态对叉车的振动贡献较大该车型可配4缸或6缸发动机,调研发现当配备4缸发动机且怠速时,整车振动相对剧烈,故此处仅分析配4缸发动机的状况。发动机激励频率的计算公式为:式中:f路面激励频率的计算公式为:式中:f该车型常配的直列4缸发动机的怠速范围约为750~850r/min,最高转速约为2650r/min,最大行驶速度约为30km/h。则按式(1)和式(2)计算,怠速时发动机运转干扰基频为25.0~28.3Hz,最大干扰基频约为88.3Hz,最大路面激励频率为26.0Hz。综上可知,该车架的1阶固有频率与发动机怠速干扰基频十分接近,会激励车架,尤其对位于前挡泥板上的护顶架和仪表架的激振尤为剧烈,这也是该车型怠速运转时振动剧烈的原因。此外,该车型车架的固有频率未能避开路面的激励频率,车架在发动机可能的运转基频区间存在10个固有频率点,为远离这些频率点,叉车的作业运行速度将受到较多限制,而且存在局部振动突出的振型。一般叉车车架的动力设计要求车架的低阶固有频率应远离路面激励频率和发动机的怠速运转干扰激励频率,而在发动机运转干扰激振频率段车架的固有频率数应越少越好,振型应相对光滑且无局部突出,故该型叉车车架的动力学设计稍差。5叉车车架应力算例分析应用有限元法,以某型10t级内燃平衡重叉车车架为例,探讨了叉车车架的典型校核工况及其约束载荷的加载方式。计算结果表明,所研究的叉车车架应力分布较大的区域主要在关键承力零部