叉车门架系统轻量化设计研究
轻量化设计是一个复杂的、系统的综合性工程,涉及结构、材料、工艺等多个领域。叉车门架系统的轻量化设计,对提高叉车性能、降低制造成本、节能环保等都有重要的意义。
文章采用理论分析、有限元模拟、应力测试相结合的方法分析门架系统的受力。选取竖直正载工况为例,分析门架系统的受力特征,得出货叉、内门架上横梁、门架立柱的受力模型及强度、刚度计算公式;利用有限元模拟得到门架系统不同工况的受力、位移云图,得出门架系统的关键受力位置;搭建应力测试平台测试以上关键位置处的受力。
对比以上分析结果可知,理论分析、有限元模拟具有较高的准确性,可以作为门架系统轻量化设计的依据。根据以上分析结果,运用有限元软件模拟形状优化后叉车门架系统的强度、刚度、模态特性,并在此基础上依次采用尺寸优化、强度等代的方式对门架系统进行轻量化设计。
调用MATLAB优化工具箱对货叉、门架立柱的设计尺寸进行了优化设计;采用材料Q460替换现有材料HRB335,利用强度等代公式h’= h（σv/σ’s）1/2对厚度进行了减薄设计,分别建立以上轻量化设计方案的三维模型并进行有限元模拟。对比原结构、形状优化、尺寸优化、强度等代四种门架系统设计方案的减重效果、强度、刚度、模态特性可知:采用高强度钢Q460代替现有材料,并在此基础上对货叉、门架立柱的设计尺寸进行优化,是四种设计方案中的最优设计方案,该方案在保证门架系统刚度、强度、模态特性要求的前提下,门架系统较原结构减重18.9%。
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