基于ABAQUS的某型双前驱三支点电动叉车车架静态强度分析

基于ABAQUS的某型双前驱三支点电动叉车车架静态强度分析 本文关键词：前驱，车架，支点，静态，强度

基于ABAQUS的某型双前驱三支点电动叉车车架静态强度分析 本文简介：摘要：介绍了一种新型双前驱三支点电动叉车的车架结构，利用CATIA软件平台，对车架进行三维实体建模，通过中性格式STP文件类型将实体数模导入ABAQUS软件环境中，采用TIE约束处理车架焊接问题，利用ABAQUS/Standard求解器计算分析极限工况下车架关键结构的强度和刚度，为未来电动叉车新产品

基于ABAQUS的某型双前驱三支点电动叉车车架静态强度分析 本文内容：

摘要：介绍了一种新型双前驱三支点电动叉车的车架结构，利用CATIA软件平台，对车架进行三维实体建模，通过中性格式STP文件类型将实体数模导入ABAQUS软件环境中，采用TIE约束处理车架焊接问题，利用ABAQUS/Standard求解器计算分析极限工况下车架关键结构的强度和刚度，为未来电动叉车新产品的研发设计提供相关依据。

Abstract： This paper introduces the frame structure of a new type of three wheel electric with dual front wheel drive， using CATIA to carry out 3D solid modeling of frame， the entity digital model is imported into ABAQUS software environment through STP format， using TIE constraint to deal with welding problem of frame， using ABAQUS/Standard solver to calculate and analyze the strength and rigidity of the key frame of the frame under the limit condition， to provide the relevant basis for the future R & D of new electric forklift products.

关键词：双前驱三支点电动叉车车架强度；ABAQUS/Standard ；有限元分析

Key words： Three wheel electric with dual front wheel drive frame strength；ABAQUS/Standard；finite element analysis

中图分类号：TH242 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）32-0104-02

1 双前驱三支点电动叉车特点

电动叉车以电为动力，具有绿色环保、能量转换效率高、运行成本低廉、易操作等特点。三支点电动叉车，由于整车尺寸小，机动性高，转向灵活，可以实现90°转向，特别适合在通道空间狭小的冷库、货仓等封闭区域进行物料转运作业，可以最大化地满足企业需求。

双前驱电动叉车有别于一般的单驱电动叉车，它由两个前轮边驱动单元组成，每个单元分别由一个驱动电机经过轮边减速器直接驱动前轮运行。叉车转弯时，主控制器根据转向桥上转向传感器输出的转角大小及方向分别控制两个驱动电机转速大小，从而实现叉车的原地90°转向功能。

2 双前驱三支点电动叉车车架结构

双前驱电动叉车在结构设计上取消了直接焊接在车架上的燃油箱，为了满足狭小空间作业要求，同时保证电池续航时间，需要在整车尺寸较小的车架内部预留较大空间用来布置大容量电池模组以及电控系统，这势必会影响到整车车架强度，因此，车架的结构和强度计算分析显得尤为重要。

某型1.6T三支点纯电动叉车车架由前驱动桥安装总成、后转向桥安装总成、左右车身总成几部分拼装焊接而成。工作装置底部与前桥安装总成下部的门架安装支架通过销轴铰接，工作装置的中部通过倾斜油缸与焊接在车架上的油缸安装底座铰接。

当叉车满载工作时，车架上的门架安装支架承载了工作装置大部分的载荷，该部分的强度直接影响到整个工作装置的安全。在设计中，为了加强门架安装支架的抗弯曲强度强度以及整个前桥安装总成的刚度，左右门架安装支架之间焊有加强杆。

为了布置较大体积的电池模组，车架为中空的电池仓。载荷只能门架安装支架，左、右车身侧板传递到后桥总成的配重体。左、右车身侧板为厚度6mm的Q235钢板，为了保证其强度，其内部焊有折弯的加强板，如图1所示。左、右车身侧板为联结叉车前后总成的重要总成部件，它的强度对整个叉车车架的强度及刚度起到至关重要的作用，因此，在进行有限元分析计算时我们应该重点关注这一区域的受力情况。

3 双前驱三支点电动叉车车架有限元模型建立

3.1 实体模型导入

利用CATIA对车架进行实体建模，将模型导入ABAQUS之前，需要对数模进行简化处理，忽略对整理强度影响较小的零部件，同时删除不必要零部件细节如：5mm以下圆孔、螺纹孔、尖角、凸台等等。

模型导入后，变形体的每个区域必须指定一个包含材料定義的截面属性。由于车架零件材料主要为Q235A钢板，同时为满足强度要求，部分零件如门架安装支架、驱动桥安装板、倾斜油缸安装支架、配重块安装支架等采用Q345。

3.2 工况分析

叉车作业中有多种复杂工况，其中一种较为普遍的恶劣工况为当叉车满载货物匀速行驶时，由于载货自重，整车重心将前移，车架受到来自载重及工作装置重力产生的翻倒力矩，车身将发生倾翻趋势。

车架自重以及配重体重力产生的稳定力矩Mwd与载重及工作装置重力产生的翻倒力矩Mft的比值K为称为稳定系数。当稳定系数K<1时，叉车将发生倾翻。当K=1时，叉车处于平衡的临界状态，其后轮与与地面之间的作用力为0。此时，由于倾翻力矩与稳定力矩的共同作用，叉车车架将产生弯曲变形，即弯曲工况。

3.3 网格划分和施加边界条件

对于本分析模型，采用20节点六面体减缩积分单元（C3D20R），对于部分结构简单的零件采用结构化网格划分，大部分形状相对复杂的零件采用扫掠网格划分。对于重点关注的门架安装支架、车身侧板等区域，适当提高网格密度，以提高模拟的精度。建立的车架有限元模型，共计27354单元。endprint

弯曲工况下，前轮为支撑点，左、右驱动桥通过螺栓分别固定于车架的前驱动桥安装总成上。首先对车架的左、右驱动桥安装板分别进行如下约束：YSYMM（U2=UR1=UR3=0）；其次对后桥安装总成限制U2（垂直方向）的平移自由度。对车架施加载荷时，选择Mechanical作为分析类型和Pressure作为具体形式施加。

由于車架是拼装焊接而成，因此需要对焊接件进行约束处理。应用Interaction模块中选择TIE约束，对车架模型的中焊接零件绑定在一起，使二者之间不发生相对运动，相当于焊在一起。

4 有限元分析结果

车架整体的应力云图如图2所示，计算结果表明，在弯曲工况下，车架呈现出了沿U2（车架纵向）方向的弯曲变形。最大应力区域为前轮罩板与车身侧板焊接区域，最大应力为178.3MPa。门架安装支架与驱动桥安装板的焊接区域应力接近于最大应力值。设计时，须重点关注这两处的强度：一方面适当增加这两个区域板材的厚度，选用强度更高的Q345；另一方面，适当提高此处焊缝高度，确保焊缝强度满足设计要求。

由于该工况较为恶劣，车架前桥安装总成变形较大，最大变形点位于前轮罩板处，最大变形量为0.354mm。设计时，应该考虑增加车架的整体刚度，将护顶架前后端分别焊接在车架的前轮罩板与后桥安装总成上，形成封闭式的框架结构，如图3所示，以保证车架的整体刚度。

5 结论

本文以某型1.6T双前驱三支点电动叉车车架为例，讨论分析了典型工况下车架受力情况以及在Abaqus软件中对车架载荷、约束施加方法，利用Abaqus/Standard求解器，对车架进行静态强度校核。计算结果发现，车架的较大应力位于主要的承载零部件处--前桥安装总成以及车身侧板总成等，车架的强度以及刚度满足设计要求。同时，为了提高车架的整体强度以及刚度，提出了在设计时需要重点关注的一些问题。为后续双前驱电动叉车的车架设计提供相关的参考依据。

参考文献：

[1]石沛林，张橹，李朋超，等.基于Workbench的叉车车架有限元分析[J].煤矿机械，2015.

[2]吴小峰，李戈操，张岩，等.某型内燃平衡重视叉车车架的静动特性分析[J].工程机械，2014.

[3]赵腾伦，姚新军，等.ABAQUS6.6在机械工程中的应用[M]. 北京：中国水利水电出版社，2007.

[4]陶元芳，卫良保.叉车构造与设计[M].北京：机械工业出版社，2010.endprint

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