剪叉式液压升降台的有限元分析.doc

剪叉式液压升降台的有限元分析剪叉式液压升降台是通过液压系统来实现货物起降及搬运的专用设备，其不仅广泛用于厂房维护、工业安装、设备检修物业管理，而且适用于仓库、航空、机场、港口、车站、机械、化工、医药、电子、电力等高空设备安装和检修。剪叉式液压升降台的结构形式多种多样，从低起升到高起升，组成剪叉臂杆的数目多，液压缸的布置形式多样，其主要由底盘、剪叉机构和工作平台三部分组成，并为中心对称结构1。剪叉机构是升降平台不可或缺的部件之一，因而，剪叉机构的强度及几何尺寸必须合理才能使液压升降平台具有整体的可靠性，从现场剪叉机构的断裂位置来看，其主要损坏部位主要集中在剪叉臂中间销轴的部位2。所以本文先对剪叉臂进行强度分析，然后对简化剪叉式升降台进行模态分析，分析其固有频率和振型，为剪叉式液压升降台的优化和结构设计及维护使用提供参考。ANSYS Workbench是ANSYS公司开发的新一代协同仿真环境，具有协同仿真、项目管理，支持CAD-CAE间的双向参数传输功能和自动识别复杂装配件接触关系等优点3。本文将在SolidWorks软件里建立的三维实体模型保存为Parasolid文件，然后将Parasolid文件导入ANSYS Workbench软件，导入后对其进行单元属性、划分网格、施加约束、求解等，建立有限元分析模型。1 有限元模型建立剪叉臂和升降台模型分别由图3和图4所示。图3 剪叉臂模型 图4 简化升降台模型Fig.3 Model structure of scissor arms Fig.4 Simplified model structure of lifting platform2.1 剪叉臂的应力分析 剪叉臂既要承载工作载荷，又要平台自重，所以其受力最大4。现对剪叉臂施加约束如下：处限制所有自由度，处销轴两个端面施加和，处施加。如图5所示。图5 剪叉臂施加约束图Fig.5 Diagram of constraints on scissor arms完成剪叉臂有限元模型和边界条件后，对剪叉臂进行有限元分析，分析结果如下：图6 剪叉臂Von Mises等效应力Fig.6 Von Mises equivalent stress on scissor arms从剪叉臂的最大应力分布图可以清楚的看出，剪叉臂销轴处X轴方向位移和应力最大，图7为剪叉臂销轴处局部应力图，图8为剪叉臂所受X轴方向最大位移量。图7 剪叉臂销轴处局部应力图Fig.7 Local stress diagram of pin roll of scissor arms图8 X轴方向最大位移量Fig.8 Maximum displacement in the direction of x axis由上图可知，参照剪叉式液压升降台剪叉臂的材料为碳素钢，按照安全系数5，由此可见，虽然销轴连接处的剪叉臂的应力最大，但仍在许用的范围之内，可以按照目前参数设计和使用，为剪叉臂和销轴参数的优化提供了一定的基础。2.2 升降平台的模态分析通过模态分析从整体上考虑升降台和剪叉臂的刚度和局部强度问题，避免在设计和使用过程中因振动问题造成不必要的损失。对升降平台进行模态分析，得出其前6阶的固有频率和振型，如表1和图9、图10、图11、图12、图13、图14所示。表1 升降平台前6阶固有频率Tab.1 First 6th-order natural frequency of lifting platform 阶数固有频率/Hz振型描述112.012主平台和剪叉臂左右摆动231.835主平台扭曲390.108主平台和前剪叉臂扭曲494.667主平台和剪叉臂上下摆动599.598主平台和后剪叉臂扭曲6101.68主平台和剪叉臂前后摆动3 结 论 本文通过对剪叉式液压升降台的分析研究，建立了剪叉臂和剪叉式升降台的力学模型和仿真模型，并对模型进行静态分析和模态分析，通过ANSYS Workbench软件计算所确定的最大应力值，确定了剪叉机构的最大应力点发生的区域，并分析液压升降台的固有频率及其相对应的振型，为结构设计和维护使用提供有效的参考。参 考 文 献：1曾午平,卫良保.剪叉式液压升降台的设计计算J.起重运输机械，2010(1)：20-22.2姜梅惠.剪叉式液压升降机构有限元及实验应力分析D.天津：中国民航大学，2007.3李范春.ANSYS Workbench 设计建模与虚拟仿真M.北京：电子工业出版社，2011.8.4张荣敏，周莎莎，王仁人.剪叉式升降平台结构参数及剪叉臂的优化设计J.山东轻工业学院学报，2012(5)：58-61.5王超然.新编国际常用金属材料手册M.北京：北京工业大学出版社，