叉車門架有限元分析及系統(tǒng)設(shè)計
寶雞合力叉車廠武景剛張占倉
長安*馬鵬飛
[內(nèi)容摘要]：本文利用有限元方法，對結(jié)構(gòu)簡化后的門架進(jìn)行計算，設(shè)計出有限元計算分析軟件，為門架設(shè)計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)的計算提供參考。
[關(guān)鍵詞]：叉車門架有限元軟件
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。對叉車門架而言，設(shè)計中往往只注重主要受力點(diǎn)的計算，對整個結(jié)構(gòu)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(jìn)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(shè)計提供依據(jù)。
1、 叉車門架結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)，其橫梁數(shù)目是不定的，由叉車的*起升高度確定，內(nèi)門架橫梁的*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(dá)到升降載荷的目的。通過傾斜油缸實(shí)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(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化。內(nèi)外門架的結(jié)構(gòu)與參數(shù)如圖1、2所示。考慮到門架結(jié)構(gòu)、運(yùn)動和受力形式，將內(nèi)外門架按空間梁進(jìn)行有限元計算分析。
2.1 單元節(jié)點(diǎn)位移和節(jié)點(diǎn)力
對空間梁單元而言，其節(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(jié)構(gòu)按梁單元進(jìn)行節(jié)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(jié)構(gòu)計算程序采用vb編程，直接查看計算結(jié)果，如位移、應(yīng)力、內(nèi)力等。
4.有限元計算軟件系統(tǒng)設(shè)計
系統(tǒng)設(shè)計主要有參數(shù)輸入、結(jié)點(diǎn)劃分和有限元計算、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)計中，建立材料數(shù)據(jù)庫用來存儲槽鋼的有關(guān)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(jié)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(shè)計比較簡單，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(yīng)“*.txt”文件來實(shí)現(xiàn)。
5、結(jié)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(biāo)下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題進(jìn)行敘述和推導(dǎo)，在此基礎(chǔ)上開發(fā)設(shè)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(xiàn)］：
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?。?］ 雷曉燕《有限元法》*鐵道出版社2000年10月
?。?］劉爾烈《有限單元法及程序設(shè)計》天津*出版社1999年7月
?。?］清原計算機(jī)工作室編著《Visual Basic 6.0》開發(fā)寶典機(jī)械工業(yè)出版社1999年4月
