叉车门架动静态联合仿真及结构优化.pdfVIP

摘要

在经济全球化及电子商务的双重推动下，物流业得到飞速发展，已经成为我国第一大

行业，而叉车作为物流业装卸、搬运环节的最核心装备，其性能直接影响物流效率，进而

影响经济社会的发展。门架是叉车举升货物的关键部件，近年来，新型叉车朝着大举力、

高举升的方向发展，对门架的性能提出了更高的要求，传统基于物理样机的设计方法因其

成本高、周期长、设计余量大等缺点已不足以满足高性能门架的需求。

论文研究对象为某型号内燃叉车的两级门架结构，围绕动态、静态等CAE仿真技术

和结构优化技术展开研究。首先通过虚拟样技术建立叉车的多体动力学模型，对多种不同

工况进行动态仿真分析，输出门架关键部位的位移、载荷以作为静力学分析的边界条件。

在Hypermesh中进行模型的前处理，包括网格划分、网格连接、载荷和约束的施加等，以

Ansys为求解器进行门架有限元模型的求解，分析其强度、刚度等力学性能以及承载能力。

之后根据门架静力学分析结果进行轻量化设计，提出一种基于组合近似模型的轻量化

设计方法。通过熵权TOPSIS结构综合贡献度分析方法筛选出对门架性能影响最大的设计

参数作为轻量化的设计变量，建立以强度、刚度为约束条件，以质量为目标函数的轻量化

设计模型，利用优化拉丁超立方实验设计方法采集到的样本点分别构建外门架质量、最大

应力、最大变形的组合近似模型，结合NLPQLP二次序列规划算法展开轻量化设计，外门

架经过优化后，质量降低13.36%，最大应力降低4.65%。

由于门架滚轮母线形状的不合理使得滚轮与槽钢的接触应力过大，接触边缘产生严重

的应力集中，这也是导致门架发生疲劳破坏的主要原因之一。针对该问题，论文最后通过

非线性有限元软件ABAUQS和有限元前处理软件Hypermesh进行滚轮与槽钢的非线性接

触分析，研究不同轮压、不同材料属性对接触应力的影响，提出三种滚轮母线修形方案，

使得接触应力大幅降低，“边缘效应”有所减轻，有效提高门架疲劳寿命。

关键词：叉车门架；联合仿真；轻量化设计；接触分析；母线修形；

Abstract

Drivenbytheeconomicglobalizationande-commerce,thelogisticsindustryhasdeveloped

rapidlyandhasbecomeChinaslargestindustry.Forklifts,asthemostcoreequipmentofthe

logisticsindustry,theirperformancedirectlyaffectslogisticsefficiencyandthenaffectsthe

economicdevelopment.Themastisakeycomponentoftheforkliftforliftinggoods.Inrecent

years,newforkliftshavedevelopedinthedirectionoflargeliftsandhighlifts,whichhaveplaced

higherrequirementsontheperformanceofthemast.Traditionalphysicalprototype-baseddesign

methodshavehighTheshortcomingsoflongcycleandlargedesignmarginarenolongerenough

tomeettheneedsofhighperformancemasts.

Theresearchobjectofthispaperisthetwo-stagemaststructureofacertaintypeofinternal

combustionforklift.TheresearchisbasedondynamicandstaticCAEsimulationtechnologyand

structuraloptimizationtechnology.F