叉車門(mén)架有限元分析及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

 

寶雞合力叉車廠武景剛張占倉(cāng)

長(zhǎng)安大學(xué)馬鵬飛

　　[內(nèi)容摘要]：本文利用有限元方法，對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化后的門(mén)架進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)出有限元計(jì)算分析軟件，為門(mén)架設(shè)計(jì)提供一種可行的方法和手段，也為其他工程機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算提供參考。
　　[關(guān)鍵詞]：叉車門(mén)架有限元軟件
　　有限元分析方法廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域，是進(jìn)行科學(xué)研究和工程分析的重要方法和手段。對(duì)叉車門(mén)架而言，設(shè)計(jì)中往往只注重主要受力點(diǎn)的計(jì)算，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的計(jì)算缺乏有效地手段，利用有限元計(jì)算方法對(duì)叉車門(mén)架進(jìn)行分析，為用戶提供直觀、方便的操作環(huán)境，掌握叉車門(mén)架的受力狀態(tài)，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
　　1、 叉車門(mén)架結(jié)構(gòu)計(jì)算模型
　　叉車內(nèi)外門(mén)架的連接通過(guò)卡在槽鋼內(nèi)的滾輪實(shí)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(mén)架橫梁的最大數(shù)目為4，最小為2；外門(mén)架橫梁最多為5，最少為4。門(mén)架在起升時(shí)，通過(guò)起升油缸頂升內(nèi)門(mén)架，同時(shí)帶動(dòng)貨叉，達(dá)到升降載荷的目的。通過(guò)傾斜油缸實(shí)現(xiàn)外門(mén)架的擺動(dòng)，擺動(dòng)軸為前橋，整個(gè)工作裝置擺動(dòng)范圍為前后12度。
　　為計(jì)算分析方便，對(duì)門(mén)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化。內(nèi)外門(mén)架的結(jié)構(gòu)與參數(shù)如圖1、2所示。考慮到門(mén)架結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和受力形式，將內(nèi)外門(mén)架按空間梁進(jìn)行有限元計(jì)算分析。

　　2、剛度矩陣及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
　　2.1 單元節(jié)點(diǎn)位移和節(jié)點(diǎn)力
　　對(duì)空間梁?jiǎn)卧?，其?jié)點(diǎn)位移和節(jié)點(diǎn)力，如圖3所示。
　　單元的i節(jié)點(diǎn)位移列矩陣：
　　j節(jié)點(diǎn)位移列矩陣
　　單元節(jié)點(diǎn)位移列矩陣

　　單元的i節(jié)點(diǎn)力列矩陣
　　j節(jié)點(diǎn)力列矩陣：
　　單元節(jié)點(diǎn)力矩陣:
　　2.2 單元的剛度矩陣
　　單元?jiǎng)偠确匠?img resize="true" data-original="http://m.htyl001.com/uploads/news/20060817113700.gif?show=1&t=3&tp=webp&w=640">
　　其中為單元?jiǎng)偠染仃?為單元桿端位移。
　　對(duì)上述剛度方程中的單元?jiǎng)偠染仃嚳蓜澐殖伤膫€(gè)子矩陣，則有并由此可知，空間梁?jiǎn)卧哂?2個(gè)自由度，其剛度矩陣為12×12階矩陣（略）。





 
　　對(duì)結(jié)構(gòu)按梁?jiǎn)卧M(jìn)行節(jié)點(diǎn)劃分、載荷處理、單元?jiǎng)偠染仃囉?jì)算、總體剛度矩陣計(jì)算、位移計(jì)算、桿端力計(jì)算。結(jié)構(gòu)計(jì)算程序采用vb編程，直接查看計(jì)算結(jié)果，如位移、應(yīng)力、內(nèi)力等。

　　4.有限元計(jì)算軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有參數(shù)輸入、結(jié)點(diǎn)劃分和有限元計(jì)算、結(jié)果顯示三大部分。
其中參數(shù)輸入包括載荷參數(shù)、結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)中，建立材料數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)存儲(chǔ)槽鋼的有關(guān)參數(shù)，用戶在使用中只需選擇槽鋼型號(hào)即可，而對(duì)于橫梁需輸入截面的高寬。

　　結(jié)點(diǎn)劃分和有限元計(jì)算部分的主要工作全部在后臺(tái)進(jìn)行，其窗口設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，但其調(diào)用的程序是本系統(tǒng)的核心。
　　結(jié)果顯示有曲線顯示和數(shù)據(jù)顯示兩種方式表達(dá)。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(mén)架彎矩圖。數(shù)據(jù)顯示通過(guò)vb的Richtextbox控件，調(diào)用有限元計(jì)算產(chǎn)生的相應(yīng)“*.txt”文件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　5、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)叉車門(mén)架的分析，建立其計(jì)算模型，并對(duì)空間坐標(biāo)下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題進(jìn)行敘述和推導(dǎo)，在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出叉車門(mén)架有限元計(jì)算分析軟件系統(tǒng)，為叉車門(mén)架的計(jì)算提供有效的手段和方法。
　?。蹍⒖嘉墨I(xiàn)］：
　?。?］ 劉濟(jì)慶《結(jié)構(gòu)力學(xué)》國(guó)防工業(yè)出版社1985年4月北京
　?。?］ 雷曉燕《有限元法》中國(guó)鐵道出版社2000年10月
　　［3］劉爾烈《有限單元法及程序設(shè)計(jì)》天津大學(xué)出版社1999年7月
　?。?］清原計(jì)算機(jī)工作室編著《Visual Basic 6.0》開(kāi)發(fā)寶典機(jī)械工業(yè)出版社1999年4月