基于ANSYS的叉车外门架结构有限元分析
基于ANSYS的叉车架体有限元分析
第９ 期
２ １ 年 ３月 ０１
科
学
技
术
与
工
程
⑥
Ｖｏ＿ｌ Ｎｏ ９ Ｍａ ． ０１ １ １ ． ｒ２ １
１７— １１ （ ０ １ ９２ ７ —４ ６ １ ８ ５ ２ １ ） —０８ ０
一
Ｓｃｅ ｃ ｃ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅｎｇｎ ｅ ｉｇ ｉ ｎ ｅ Ｔｅ ｈｎ ｌｇ ｎ ｉ ｅ ｒｎ
关键词
Ａ ＳＳ ＮＹ
叉车架体
ＰｏＥ ｒ ／ 文献标志码
模 态 Ａ
有限元分析
中图法分类号
Ｔ１； Ｂ ２
由兰州 理 工 大 学研 制 的 ２ ／ ５ｔｈ铝锭 连 铸 生 产
叉 车架 的设计 提供 了参 考 。
线 是专 门用于 生产 重熔 铝 锭 的 自动 化 生 产线 ， 有 具
Ｓ Ｓ建 立 有 限 元模 型 ， 叉 车 架体 进 行 线性 静 力 分 析 和 模 态 分 析 ， 析 叉 车 架 体 的变 形 及 应 力 分 布 情 况 ， 出变 形 及 应 力 最 大 Ｙ 对 分 找 位 置 ， 出叉 车 架 体 的 改进 方 案 ， 高 方 案 设 计 的 可 靠 性 。 提 提
１ 静 力分析
１ １ 三维 模型 的建 立 ．
利用 Ａ Ｓ Ｓ对叉 车架 进行 静力分 析 和模 态分 析 ， ＮＹ 为
２１ ００年 ｌ ２月 ２ 日收 到 ，０ １ １ ６ 日修 改 ０ ２１年 月
通过 Ｐｏ Ｅ强 大建 模功 能所建 立 的三维实 体模 ｒ ／
型 ， 接导 入 Ａ Ｓ Ｓ中分 析 。在 Ａ Ｓ Ｓ有 限元 分 直 ＮＹ ＮＹ
图 ２ 叉 车 架 的模 型
的重量 ２ ５ ７ｋ 和 整垛 铝锭 的重 量 １ ８ ． ｇ ； ４ ． ｇ ８ ８ｋ ） 在 ０ 叉 车架 与液 压 系统 底 座 连接 处 施 加 载荷 （ 压站 重 液 量 ８ ０ｋ ０ ｇ和 液压 系 统 底 座 重 量 １５ ２ ｋ ） 在 叉 车 ４ ． ｇ ； 架 与两 侧举 升缸 连接 处 （ 压推 耳 ） 加 载荷 （ 升 液 施 举
基于有限元的叉车货叉分析与设计
叉车是一种用于货物装卸、堆垛以及短途运输的物料搬运工具。
由于其可根据实际工作需要安装相应的属具，机动性强，随着物流业的发展，叉车得到越来越广泛的应用。
叉车按其结构部位和功能可分为货叉（包括货叉架）、门架、车架、护顶架、电气系统和液压系统等部件。
其中，货叉作为叉车的重要承载部件，直接承受货物的载荷，其结构性能直接影响叉车的使用安全。
货叉工作时受到交变应力作用，极易产生疲劳破坏。
国家标准对货叉的强度和刚度有着严格的要求。
有限元法是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟，传统的叉车设计大多依靠经验以及模型试验的方法来验证叉车的强度和刚度，随着有限元技术的发展和应用，越来越多的工程技术人员采用有限元的方法来提高设计效率，减少产品研制的周期和成本。
本文采用UG软件建立了某型7t叉车货叉的三维实体模型，通过有限元法验算其强度和刚度，为货叉的设计提供了参考依据。
1货叉三维模型货叉是叉车主要的受力部件，包括货叉和支撑结构（货叉架）。
叉车货叉按其安装方式可分为沟槽式货叉和环眼式货叉。
沟槽式货叉通过两个楔形槽与货叉架固定，环眼式货叉通过叉柄上的圆孔与货叉架上的固定轴相连，使用过程中货叉可绕固定轴转动。
小吨位叉车多采用沟槽式货叉，而大吨位叉车以环眼式货叉为主。
7t叉车货叉采用环眼式货叉，其三维模型如图1所示。
图1某型7t叉车货叉三维模型货叉工作时要承受较大的载荷，因此对其强度性能要求较高，一般由合金钢45Cr 锻造而成。
货叉架采用Q235钢板厚钢板焊接而成。
货叉材料力学性能见表1。
表1货叉材料力学性能2航空制造车铣复合加工典型应用（1）网格划分采用四面体网格对货叉进行网格划分，对容易产生应力集中的部位，如焊缝位置，进行适当加密，以提高有限元分析结果的准确性。
而对于受力较小的部位，采用较大的单元尺寸，以提高计算的速度。
采用BEAM单元模拟固定轴。
划分后的货叉有限元模型如图2所示。
图2货叉有限元模型（2）约束与载荷根据货叉的实际受力情况，在货叉架的滚轮位置施加前后和左右方向的移动约束；在货叉架链条位置施加上下方向的约束；释放货叉与连接轴的转动自由度；在货叉与货叉架接触位置添加接触副。
叉车门架结构的有限元分析
叉车门架结构的有限元分析摘要：由于叉车不停歇地工作，叉车门架升降与前后倾动作极为频繁，其结构设计的合理与否关系到叉车部件运行过程中的应力分布、位移变化等状况，直接影响叉车门架的工作性能、工作效率和作业的稳定性，进而决定叉车的整体寿命。
因此，利用有限元分析对叉车门架各主要构件进行分析，将应力场分布、位移变形、模态分析结果直观的以图形等动态方式显示出来。
为叉车门架结构的合理设计提供依据，以达到降低生产成本、缩短研制周期、提高质量等目的。
关键词：叉车；门架；有限元门架是叉车搬运物体的主要部件，各零部件力学性能的好坏直接关系到叉车能否正常运行，传统门架系统的设计，总是先确定门架结构的理论尺寸，再参考现有的同类产品和经验估定各构件的截面尺寸，然后对它们的强度和刚度进行校核计算，不合格时再加以修改，这种设计方法效率低且增加了生产成本．采用有限元法对叉车门架进行强度和刚度的分析，可以避免人工分析的各种不足，为叉车结构的进一步优化提供更为准确简便的方法。
一、慨述叉车是一种以货叉为基准取物装置，并将运载货物提升或下降的特殊车辆。
叉车采用轮式底盘，一般用于物料搬运等用途，所以将其归类为起重运输机械，另外一方面它又是一类边缘产品，因此有时也将其归类为工程机械。
叉车作为一种广泛的物料搬运工具，它在全球化的物料流通领域起着不可或缺的重要作用。
叉车的各项结构零部件的传统设计方法，一般是根据功能和结构的要求，多采用以经典力学和半理论半经验设计法、类比法等传统设计方法，进行循环式试验设计，来满足产品的设计要求，其设计开发存在的成本高、周期长反复多和精度差等缺点。
随着全球化产品商贸的快速发展，叉车的全球需求近几年日趋旺盛，对其功能及品质的要求也日益严格，传统的设计方法已经不能够适应叉车系统、机构、材料等多项因素快速发展的要求。
可以说要提高今后的产品竞争核心力，就必须提高产品质量，降低成本，缩短研发周期。
二、叉车门架的构造特点叉车由以下部分构成：装卸工作装置、行走底盘、动力装置及车身等组成。
基于ANSYS的叉车架体有限元分析
基于ANSYS的叉车架体有限元分析李鄂民;王滨;张晨【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2011(011)009【摘要】The 25t/h aluminum casting production line's hydraulic forklift of the forklift frame is taken as the object of study, and the forklift frame's 3-D entity model in Pro/E is established. then the model is imported into finite element software ANSYS,and the linear static analysis and model analysis are carried to grasp the distortion characteristic and stress distribution situation of the foundation, the deformation and stress of maximum position are found, the forklift frame of the improvement plan is proposed, the reliability of the design is improved.%以25t/h铝锭连铸生产线液压叉车的叉车架体为研究对象,用三维软件Pro/E建立三维模型,将三维模型导入ANSYS建立有限元模型,对叉车架体进行线性静力分析和模态分析,分析叉车架体的变形及应力分布情况,找出变形及应力最大位置,提出叉车架体的改进方案,提高方案设计的可靠性.【总页数】4页(P2078-2081)【作者】李鄂民;王滨;张晨【作者单位】兰州理工大学机电工程学院,兰州,730050;兰州理工大学机电工程学院,兰州,730050;兰州理工大学机电工程学院,兰州,730050【正文语种】中文【中图分类】TB12【相关文献】1.基于ANSYS Workbench对某中型货车车架的有限元分析 [J], 沈曈;范秋鹏;林文鑫2.基于ANSYS Workbench的边梁式车架有限元分析 [J], 胡瑞雪;张玉泉;赵占良;贾万波3.基于ANSYS Workbench的边梁式车架有限元分析 [J], 胡瑞雪;张玉泉;赵占良;贾万波4.基于ANSYS的BSC赛车车架的有限元分析 [J], 宁太宇;陈继飞;段胜新;杨帮华5.基于ANSYS的FSAE赛车车架的有限元分析 [J], 许相贤;李强;高嘉骋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于ANSYS的叉车起重系统的结构轻量化及视野提升
基于ANSYS的叉车起重系统的结构轻量化及视野提升
石磊
【期刊名称】《工程机械与维修》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】叉车起重系统是位于叉车正前方的重要功能性承载部件,不仅需要必要强度和刚度,而且要求对司机前方的视野影响要越小越好。
通过应用有限元分析软件ANSYS,对某款叉车起重系统进行有限元模型建模及对经典工况的分析;再通过电测试验,验证有限元模型及边界条件的正确性;最后通过对门架槽钢截面及力学结构的改进优化。
在满足强度、刚度不变的前提下,实现了门架自重减轻24Kg左右,视野提升15%以上的显著效果。
【总页数】3页(P22-24)
【作者】石磊
【作者单位】安徽合力股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH2
【相关文献】
1.基于ANSYS的塔机起重臂结构轻量化设计
2.基于 ANSYS 的铁路起重机转台轻量化设计
3.基于Ansys Workbench的一种新型铁路起重机转台轻量化探析
4.基于ANSYS有限元分析的塔式起重机起重臂轻量化设计
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于ANSYS的叉车门架滚轮修形参数优化
基于ANSYS的叉车门架滚轮修形参数优化门架作为叉车工作中的主要零部件，在叉车运输过程中运动极度频繁，其受力分布影响叉车的整体性能。
作为主要运动受力部件滚轮与槽钢，其接触应力很大程度上影响门架性能。
在实际应用中滚轮通常采用圆心在两端的圆弧修行方式改善接触应力。
文章以诺力高门架叉车实际受力情况为例对叉车滚轮与槽钢的受力进行深刻的研究；采用对数函数曲线对滚轮母线进行修形，改善叉车滚轮与门架槽钢接触应力梯度与最大接触应力，提高了叉车整体稳定性。
标签：叉车门架；接触应力；滚轮修形1 概述门架在工作过程中，滚轮与槽钢不停的做接触滚动.且由于工况相对较为恶劣，叉车门架在实际使用中会出现门架槽钢断裂工况，门架槽钢的断裂不仅会影响叉车工作效率且严重时可能威胁施工人员的生命安全。
故对叉车门架槽钢断裂的深层次原因需要进一步研究。
叉车门架槽钢与滚轮的接触应力作为影响叉车门架槽钢寿命的因素之一，其接触应力的梯度分布与应力幅值影响槽钢疲劳寿命，故研究降低滚轮与槽钢的接触应力与应力梯度分布成为提高叉车门架稳定性的研究重点。
门架滚轮与槽钢的接触属于典型的接触问题，接触模型中的“边缘效应”影响滚轮与槽钢之间的载荷的分布，从而影响叉车门架稳定性。
故在叉车滚轮设计中引入凸度设计，能较好的解决滚轮与槽钢接触的“边缘效应”，降低接触应力提高门架稳定性。
2 滚动体母线修形原理与修形方式滚子修形解决边缘效应的原理是将滚子与滚道接触产生的变形量与修形量相等，保证滚子变形后整个接触面变形均匀，不存由于变形不均而产生的应力梯度。
2.1 圆心在母线两端的圆弧修形其中b为滚动体与滚道修形后接触区域的宽度。
3基于ANSYS的叉车门架接触应力分析现阶段，企业在生产叉车门架滚轮时都采用两端圆弧修形，此方法加工成本相对较低，且能解决接触中的“边缘效应”。
在额定外载荷F=26503.4N作用下，滾轮与槽钢接触变形。
在做有限元分析时去滚轮与槽钢接触模型的四分之一进行建模此模型能很好的节约计算时间与资源。
基于workbench的叉车车架有限元分析
基于workbench的叉车车架有限元分析当今，叉车逐渐成为物流行业提高效率的重要依据。
在维护和改进叉车运行性能方面，工程师一直使用有限元分析来更好地了解叉车的力学行为。
有限元分析是一种可以评估复杂几何形状的结构的有效方法。
它可以分析考虑应变和强度的复杂力学结构，以了解结构受歪曲和失效的情况。
MSC-Workbench是现在有限元分析技术使用最广泛的软件。
它可以通过先进的数值计算，计算和评估受力和失效的结构，因此能够有效地应用于分析叉车架结构以及对叉车车架进行设计优化。
本文将介绍如何使用MSC-Workbench来分析叉车车架结构的结构力学性能。
首先，将分析叉车架的几何模型，并建立各部件之间的加载情况。
其次，在MSC-Workbench中进行有限元分析，通过添加约束条件和加载情况确定模型的分析模式。
然后，针对叉车架进行静力学分析，以判断叉车架是否能够承受预期的负载，平衡各种力，以及支持正确的负载。
在动力学分析中，可以得到叉车架的反应分析和动态行为分析，以确定叉车架的稳定性和可靠性。
最后，可以使用MSC-Workbench的优化设计功能对叉车架进行设计优化，以提高叉车的运行性能。
总之，MSC-Workbench的有限元分析是一种强大的技术，可以有效地分析叉车车架的力学性能。
它可以帮助工程师以有限的时间和资源来识别可能存在的问题，同时节省开发成本。
因此，使用
MSC-Workbench技术来分析叉车车架是工程师们提高叉车运行性能的
有效途径。
基于ANSYS的车架有限元分析
摘要汽车经过130多年的发展，安全与节能已成为汽车设计的重要内容。
在汽车结构中，车架作为整车的基体和主要承载部件，具有支撑连接汽车各零部件和承受来自汽车内、外各种载荷的作用，其结构性能直接关系到整车性能的好坏。
本文以某运油车车架为研究对象，运用CATIA软件对车架模型进行简化与建立，利用ANSYS软件对车架模型进行参数定义，网格划分，作用力施加，自由度约束，并对车架进行了弯曲工况、扭转工况、急减速工况、急转弯工况的静态分析，并分析位移与应力图，为汽车安全与节能设计提供了理论支持。
同时对车架也进行了模态分析，得出车架的固有频率与振型，提高整车设计水平，对避免共振与提高乘坐舒适性提供了理论基础。
关键字：车架,有限元，ANSYS, 静态分析，模态分析AbstractThe automobile which has developed for 130 years, security and energy saving has become the leading content for automobile deign. Among the many complex structures in automobile, the frame of the vehicle is the basic part and the main bearing part. It has the function of connecting all parts of the vehicle together and subjecting various loads from inside and outside the vehicle. The performance of frame structure affects whether the automobile property is good or not.In this paper, the frame of a fuel tanker is studied. We simplify and establish the model of frame by CATIA. The parameter of the frame is defined. The model of frame is meshed by ANSYS. Add the force and freedom of the model of frame by ANSYS. The static analysis of the frame includes the situation of bending, torsion, barking and swerve by ANSYS. According to the figure of displacement and stress, it provide theoretical support for the automobile design of security and energy saving. At the same time, the modal analysis of the frame is also studied. Based on the frame of natural frequency and vibration mode, it provide theoretical basis for avoiding resonance and improving ride comfort and improve the level of vehicle design.Keywords: Frame, Finite element, ANSYS, Static analysis, Modal analysis目录1 绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 研究背景 (1)1.3 有限元法的应用与发展 (2)1.4 选题的目的与意义 (3)1.5 本文的主要研究内容 (4)2 基于CATIA与ANSYS的车架有限元建模 (5)2.1 有限元法简介 (5)2.2 CATIA软件简介 (8)2.3 车架几何模型建立 (10)2.3.1车架几何模型简化 (10)2.3.2 车架几何模型建立 (10)2.4 车架有限元模型建立 (13)2.4.1 网格划分前处理 (13)2.4.2 车架有限元网格的划分 (14)3 车架有限元静态分析 (18)3.1 汽车车架刚度理论 (18)3.1.1 汽车车架弯曲刚度 (18)3.1.2 汽车车架扭转刚度 (18)3.2 车架载荷分类与处理 (19)3.2.1 静载荷 (19)3.2.2 动载荷 (19)3.3 车架工况的有限元分析 (19)3.3.1 满载弯曲工况 (20)3.3.2 满载扭转工况 (22)3.3.3 紧急制动工况 (24)3.3.4 紧急转弯工况 (25)4 车架有限元模态分析 (28)4.1 模态分析简介 (28)4.2 模态分析基本理论 (28)4.3 车架的模态分析 (29)4.4 车架模态分析结果评价 (35)结论 (38)致谢 (41)参考文献 (42)1 绪论1.1 概述最初汽车的发展，通常运用经验判断和试验仿真进行结构分析。
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基于ANSYS的叉车外门架结构有限元分析
文章建立了某型号2.5T叉车门架的三维模型，分析外门架的工作状态以及受力情况，并导入Ansys-workbench有限元分析软件，经过分析得出最不利工况下门架的应力、位移等详细数据，为叉车外门架的设计提供了科学有力的依据。
标签：叉车；外门架；有限元分析
叉车是现在人们常用的搬运设备之一，是成件托盘货物过程中进行装卸、堆垛和短距离运输以及重物搬运作业的常用搬运车辆。
它广泛应用于港口、车站、机场、货场、工厂车间、仓库、流通中心以及配送中心等，并可进入船舱、车厢和集装箱内进行托盘货物的装卸、搬运作业，是托盘运输、集装箱运输中必不可少的设备。
叉车的门架属于工作装置的一部分，主要包括外门架、内门架、货叉和叉架等。
文章利用有限元分析软件Ansys-workbench对2.5T叉车的外门架进行分析，为叉车外门架结构的合理设计提供依据，同时达到缩短设计周期，提高供货质量的目的。
1 门架系统的结构分析
叉车的门架系统由门架、链条、叉架、货叉、门架滚轮、液压缸等部件组成。
叉车门架为伸缩式的框架结构，通过外门架尾部铰接在车轴或车架上，依靠倾斜液压缸实现前后倾斜，以便于装卸货物以及带货运行。
内外门架是垂直起升系统的立柱，主要承受弯曲载荷；货叉架又被称为滑架，用于悬挂货叉或者其他的叉车属具；货叉即是直接承载货物的部分，一般装有两个，其间距可以在货叉架上调整。
起升液压缸带动链条传动使货叉架沿内门架升降，从而带动货叉的完成升降运动，达到升降载荷的目的。
内门架滑轮贴附在外门架内，以外门架内槽为导轨完成上下运动，把货物举升到较高的位置，完成货物的堆放。
由此看来外门架是叉车的主要受力部件，外门架的设计对叉车的性能产生很大的影响。
2 叉车外门架有限元模型的建立
2.1 外门架的三维造型
一般来说，建立有限元模型的原则是既能体现被分析结构的力学性能，又要尽量地使模型简化。
文章采用三维建模软件SolidWorks进行实体建模，如图1所示。
然后将模型直接无缝导入Ansys-workbench软件中，对外门架的强度和变形进行有限元分析，为下一步结构的改进提供可靠的计算依据。
图1 外门架的SolidWorks三维模型
2.2 有限元网格划分
根据实际模型，文章使用三维实体单元来划分模型网格，同时为了提高计算
精度，实体单元网格划分采用六面体网格进行统一划分，划分网格后该模型共包含10668个单元和40880个节点。
如图2所示。
图2 叉车外门架有限元模型图
2.3 载荷计算及施加边界条件
在叉车起重系统中外门架的受力较复杂，合理的载荷处理以及约束是有效进行有限元分析的基本条件。
货叉、货叉架和货物的质量以弯矩的形式由外门架的槽钢承受，倾斜油缸安装在外门架油缸支座上，起升油缸安装在外门架下横梁的油缸支座上，下横梁油缸支座后端与前桥通过连接轴相连。
文章在做约束处理时，把外门架与前桥铰接处作为一个固定铰支座，在ANSYS中边界条件处理时放开绕固定轴转动的自由度，门架与倾斜液压缸铰接处可作为一个活动铰支座进行约束，在ANSYS中可以约束门架与倾斜液压缸铰接处液压缸运动方向的位移。
门架自身重力可以自重形式施加。
已知叉车的额定起重量为2.5吨，载荷中心距为500mm，货叉上的重物载荷可采用集中力的形式施加。
内门架总成的质量为150kg、单个货叉质量为56kg、链条及其他重量为35kg。
根据叉车具体作业工况，经过分析认为，计算叉车外门架强度时，门架起升到位，同时前倾到位，此时工况为最危险工况，因此选取此工况进行加载计算。
3 有限元结果分析
在最危险工况即起升到位和前倾到位的复合情况下，外门架的应力分布云图如图3所示，最大等效应力为123MPa，门架的材料为Q345B，取安全系数1.5，求得许用应力为230MPa，计算出的最大等效应力小于材料的需要应力。
外门架的变形为2.28mm，小于规定值，图4所示。
因此得出叉车的外门架是安全的。
图3 叉车外门架的应力分布
图4 叉车外门架的变形
4 结束语
文章通过对叉车外门架的有限元分析，可以判断出叉车在起升货物时最不利工况下的应力分布以及变形等情况，为设计叉车外门架的寿命和供货质量提供了保证，同时为外门架的进一步优化提供了参考，具有一定的工程意义。
参考文献
[1]陆植.叉车设计[M].北京：机械工业出版社，1998.
[2]陶元芳，卫良保.叉车构造与设计[M].北京：机械工业出版社，2010.
[3]沈莉芳.基于ANSYS的叉车门架结构计算机辅助分析[J].计算机工程应用
技术，2007，3（4）：383-385.
作者简介：齐善朋（1981-），男，河北人，讲师，硕士，主要从事物流输送机械方面的研究。