叉車(chē)門(mén)架有限元分析及系統設計
寶雞合力叉車(chē)廠(chǎng)武景剛張占倉
長(cháng)安*馬鵬飛
[內容摘要]：本文利用有限元方法，對結構簡(jiǎn)化后的門(mén)架進(jìn)行計算，設計出有限元計算分析軟件，為門(mén)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(guān)鍵詞]：叉車(chē)門(mén)架有限元軟件
有限元分析方法廣泛應用于工程領(lǐng)域，是進(jìn)行科學(xué)研究和工程分析的重要方法和手段。對叉車(chē)門(mén)架而言，設計中往往只注重主要受力點(diǎn)的計算，對整個(gè)結構的計算缺乏有效地手段，利用有限元計算方法對叉車(chē)門(mén)架進(jìn)行分析，為用戶(hù)提供直觀(guān)、方便的操作環(huán)境，掌握叉車(chē)門(mén)架的受力狀態(tài)，為設計提供依據。
1、 叉車(chē)門(mén)架結構計算模型
叉車(chē)內外門(mén)架的連接通過(guò)卡在槽鋼內的滾輪實(shí)現，其橫梁數目是不定的，由叉車(chē)的*起升高度確定，內門(mén)架橫梁的*數目為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)起升油缸頂升內門(mén)架，同時(shí)帶動(dòng)貨叉，達到升降載荷的目的。通過(guò)傾斜油缸實(shí)現外門(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。
為計算分析方便，對門(mén)架結構進(jìn)行簡(jiǎn)化。內外門(mén)架的結構與參數如圖1、2所示?？紤]到門(mén)架結構、運動(dòng)和受力形式，將內外門(mén)架按空間梁進(jìn)行有限元計算分析。
2.1 單元節點(diǎn)位移和節點(diǎn)力
對空間梁?jiǎn)卧?，其節點(diǎn)位移和節點(diǎn)力，如圖3所示。
單元的i節點(diǎn)位移列矩陣：
j節點(diǎn)位移列矩陣
單元節點(diǎn)位移列矩陣
單元的i節點(diǎn)力列矩陣
j節點(diǎn)力列矩陣：
單元節點(diǎn)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(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）。
對結構按梁?jiǎn)卧M(jìn)行節點(diǎn)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、內力等。
4.有限元計算軟件系統設計
系統設計主要有參數輸入、結點(diǎn)劃分和有限元計算、結果顯示三大部分。
其中參數輸入包括載荷參數、結構參數和材料參數，立柱均采用槽鋼，橫梁采用A3鋼，其橫截面形式為矩形。因此在系統設計中，建立材料數據庫用來(lái)存儲槽鋼的有關(guān)參數，用戶(hù)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(diǎn)劃分和有限元計算部分的主要工作全部在后臺進(jìn)行，其窗口設計比較簡(jiǎn)單，但其調用的程序是本系統的核心。
結果顯示有曲線(xiàn)顯示和數據顯示兩種方式表達。曲線(xiàn)顯示使用Picturebox控件，利用數據文件和繪圖模塊，繪制內力圖，如圖12所示為外門(mén)架彎矩圖。數據顯示通過(guò)vb的Richtextbox控件，調用有限元計算產(chǎn)生的相應“*.txt”文件來(lái)實(shí)現。
5、結束語(yǔ)
通過(guò)對叉車(chē)門(mén)架的分析，建立其計算模型，并對空間坐標下的坐標轉換問(wèn)題進(jìn)行敘述和推導，在此基礎上開(kāi)發(fā)設計出叉車(chē)門(mén)架有限元計算分析軟件系統，為叉車(chē)門(mén)架的計算提供有效的手段和方法。
?。蹍⒖嘉墨I］：
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