叉车门架有限元分析及系统设计

叉车门架有限元分析及系统设计

 

宝鸡合力叉车厂武景刚张占仓

长安*马鹏飞

　　[内容摘要]：本文利用有限元方法，对结构简化后的门架进行计算，设计出有限元计算分析软件，为门架设计提供一种可行的方法和手段，也为其他工程机械结构的计算提供参考。
　　[关键词]：叉车门架有限元软件
　　有限元分析方法广泛应用于工程领域，是进行科学研究和工程分析的重要方法和手段。对叉车门架而言，设计中往往只注重主要受力点的计算，对整个结构的计算缺乏有效地手段，利用有限元计算方法对叉车门架进行分析，为用户提供直观、方便的操作环境，掌握叉车门架的受力状态，为设计提供依据。
　　1、 叉车门架结构计算模型
　　叉车内外门架的连接通过卡在槽钢内的滚轮实现，其横梁数目是不定的，由叉车的*起升高度确定，内门架横梁的*数目为4，最小为2；外门架横梁最多为5，最少为4。门架在起升时，通过起升油缸顶升内门架，同时带动货叉，达到升降载荷的目的。通过倾斜油缸实现外门架的摆动，摆动轴为前桥，整个工作装置摆动范围为前后12度。
　　为计算分析方便，对门架结构进行简化。内外门架的结构与参数如图1、2所示。考虑到门架结构、运动和受力形式，将内外门架按空间梁进行有限元计算分析。

　　2、刚度矩阵及坐标转换
　　2.1 单元节点位移和节点力
　　对空间梁单元而言，其节点位移和节点力，如图3所示。
　　单元的i节点位移列矩阵：
　　j节点位移列矩阵
　　单元节点位移列矩阵

　　单元的i节点力列矩阵
　　j节点力列矩阵：
　　单元节点力矩阵:
　　2.2 单元的刚度矩阵
　　单元刚度方程
　　其中为单元刚度矩阵,为单元杆端位移。
　　对上述刚度方程中的单元刚度矩阵可划分成四个子矩阵，则有并由此可知，空间梁单元具有12个自由度，其刚度矩阵为12×12阶矩阵（略）。





 
　　对结构按梁单元进行节点划分、载荷处理、单元刚度矩阵计算、总体刚度矩阵计算、位移计算、杆端力计算。结构计算程序采用vb编程，直接查看计算结果，如位移、应力、内力等。

　　4.有限元计算软件系统设计
系统设计主要有参数输入、结点划分和有限元计算、结果显示三大部分。
其中参数输入包括载荷参数、结构参数和材料参数，立柱均采用槽钢，横梁采用A3钢，其横截面形式为矩形。因此在系统设计中，建立材料数据库用来存储槽钢的有关参数，用户在使用中只需选择槽钢型号即可，而对于横梁需输入截面的高宽。

　　结点划分和有限元计算部分的主要工作全部在后台进行，其窗口设计比较简单，但其调用的程序是本系统的核心。
　　结果显示有曲线显示和数据显示两种方式表达。曲线显示使用Picturebox控件，利用数据文件和绘图模块，绘制内力图，如图12所示为外门架弯矩图。数据显示通过vb的Richtextbox控件，调用有限元计算产生的相应“*.txt”文件来实现。

　　5、结束语
通过对叉车门架的分析，建立其计算模型，并对空间坐标下的坐标转换问题进行叙述和推导，在此基础上开发设计出叉车门架有限元计算分析软件系统，为叉车门架的计算提供有效的手段和方法。
　　［参考文献］：
　　［1］ 刘济庆《结构力学》国防工业出版社1985年4月北京
　　［2］ 雷晓燕《有限元法》*铁道出版社2000年10月
　　［3］刘尔烈《有限单元法及程序设计》天津*出版社1999年7月
　　［4］清原计算机工作室编著《Visual Basic 6.0》开发宝典机械工业出版社1999年4月