叉車門架有限元分析及系統(tǒng)設計

 

寶雞合力叉車廠武景剛張占倉

長安大學馬鵬飛

　　[內(nèi)容摘要]：本文利用有限元方法，對結構簡化后的門架進行計算，設計出有限元計算分析軟件，為門架設計提供一種可行的方法和手段，也為其他工程機械結構的計算提供參考。
　　[關鍵詞]：叉車門架有限元軟件
　　有限元分析方法廣泛應用于工程領域，是進行科學研究和工程分析的重要方法和手段。對叉車門架而言，設計中往往只注重主要受力點的計算，對整個結構的計算缺乏有效地手段，利用有限元計算方法對叉車門架進行分析，為用戶提供直觀、方便的操作環(huán)境，掌握叉車門架的受力狀態(tài)，為設計提供依據(jù)。
　　1、 叉車門架結構計算模型
　　叉車內(nèi)外門架的連接通過卡在槽鋼內(nèi)的滾輪實現(xiàn)，其橫梁數(shù)目是不定的，由叉車的最大起升高度確定，內(nèi)門架橫梁的最大數(shù)目為4，最小為2；外門架橫梁最多為5，最少為4。門架在起升時，通過起升油缸頂升內(nèi)門架，同時帶動貨叉，達到升降載荷的目的。通過傾斜油缸實現(xiàn)外門架的擺動，擺動軸為前橋，整個工作裝置擺動范圍為前后12度。
　　為計算分析方便，對門架結構進行簡化。內(nèi)外門架的結構與參數(shù)如圖1、2所示?？紤]到門架結構、運動和受力形式，將內(nèi)外門架按空間梁進行有限元計算分析。

　　2、剛度矩陣及坐標轉(zhuǎn)換
　　2.1 單元節(jié)點位移和節(jié)點力
　　對空間梁單元而言，其節(jié)點位移和節(jié)點力，如圖3所示。
　　單元的i節(jié)點位移列矩陣：
　　j節(jié)點位移列矩陣
　　單元節(jié)點位移列矩陣

　　單元的i節(jié)點力列矩陣
　　j節(jié)點力列矩陣：
　　單元節(jié)點力矩陣:
　　2.2 單元的剛度矩陣
　　單元剛度方程
　　其中為單元剛度矩陣,為單元桿端位移。
　　對上述剛度方程中的單元剛度矩陣可劃分成四個子矩陣，則有并由此可知，空間梁單元具有12個自由度，其剛度矩陣為12×12階矩陣（略）。





 
　　對結構按梁單元進行節(jié)點劃分、載荷處理、單元剛度矩陣計算、總體剛度矩陣計算、位移計算、桿端力計算。結構計算程序采用vb編程，直接查看計算結果，如位移、應力、內(nèi)力等。

　　4.有限元計算軟件系統(tǒng)設計
系統(tǒng)設計主要有參數(shù)輸入、結點劃分和有限元計算、結果顯示三大部分。
其中參數(shù)輸入包括載荷參數(shù)、結構參數(shù)和材料參數(shù)，立柱均采用槽鋼，橫梁采用A3鋼，其橫截面形式為矩形。因此在系統(tǒng)設計中，建立材料數(shù)據(jù)庫用來存儲槽鋼的有關參數(shù)，用戶在使用中只需選擇槽鋼型號即可，而對于橫梁需輸入截面的高寬。

　　結點劃分和有限元計算部分的主要工作全部在后臺進行，其窗口設計比較簡單，但其調(diào)用的程序是本系統(tǒng)的核心。
　　結果顯示有曲線顯示和數(shù)據(jù)顯示兩種方式表達。曲線顯示使用Picturebox控件，利用數(shù)據(jù)文件和繪圖模塊，繪制內(nèi)力圖，如圖12所示為外門架彎矩圖。數(shù)據(jù)顯示通過vb的Richtextbox控件，調(diào)用有限元計算產(chǎn)生的相應“*.txt”文件來實現(xiàn)。

　　5、結束語
通過對叉車門架的分析，建立其計算模型，并對空間坐標下的坐標轉(zhuǎn)換問題進行敘述和推導，在此基礎上開發(fā)設計出叉車門架有限元計算分析軟件系統(tǒng)，為叉車門架的計算提供有效的手段和方法。
　?。蹍⒖嘉墨I］：
　?。?］ 劉濟慶《結構力學》國防工業(yè)出版社1985年4月北京
　?。?］ 雷曉燕《有限元法》中國鐵道出版社2000年10月
　?。?］劉爾烈《有限單元法及程序設計》天津大學出版社1999年7月
　?。?］清原計算機工作室編著《Visual Basic 6.0》開發(fā)寶典機械工業(yè)出版社1999年4月