基于有限元的叉车货叉分析与设计

冯万成

摘要：有限元法是利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟，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。对于叉车货叉进行质量检测的主要依据是GB/T5182-2008《叉车货叉技术要求和试验方法》，此项检测标准中明确规定了叉车货叉应必须要满足的技术要求和试验方法。合格的叉车货叉必须通过试进行验证，待实验成功得出结论后第三方检测机构会出具相应的试验报告。有限元技术在不断的的发展并且其应用范围也在逐渐扩大，现如今很多工程技术人员都会采用有限元的方法对所设计的项目加以分析，以此来提高设计效率，缩短产品研制的周期，降低成本。本文采用三维软件系统建立了某型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。

关键词：有限元；叉车货叉；设计

1引言

现如今叉车在日常物力的工作中起到至关重要的作用，它们早已成为搬运各种物料的中坚力量。被普遍用于机场，企业，贸易往来等现场的操作中，早已成为一种公认的工作效率较高的机械化装卸设备。对于叉车来说，货叉是叉车在装载物料时最为关键的部件之一。通常情况下，货叉的安全也就决定叉车使用是否能安全，所以在货叉的使用过程中必须保证安全、可靠，如若有安全事故发生，后果将不堪设想。目前，我国大部分主机厂对叉车货叉质量关注不高，货叉达到什么技术水平，满足什么标准要求的很少，市场上货叉质量参差不齐。基于这种现状，应采用有限元分析方法，结合目前市场供应的产品货叉制造原材料，设计叉车的货叉，以此满足现代物流的应用需求。

2与货叉相关的概述

根据货叉在实际应用中需求来看制造货叉要采用新型高强度材料代替原先的陈旧铸造方案。要想让叉车在使用过程中保持稳定，经测试将叉车门架的整体位置后移到驾驶室后边，这样就可以使得叉车整体重心往后移，用可伸缩臂代替原来的固定货叉架，将原来的单向货叉变为三向货叉，增加叉车工作的灵活性，适应多变的工作环境，在这种情况下货叉的作用就会更充分的发挥出来。在此基础上货叉设计的厚度应该要大点，以满足其工作强度要求^[1]。叉车货叉在叉起货物时，沿着门架向上托举的时候，因为所承受的重量是有限的，所产生的拉力也有限，所以在托举的重物达到一定高度时，由于重力原因，会导致叉车不稳定，甚至向前翻倒。所以对货叉进行有限元分析更能全面的优化货叉的设计。

表1货叉材料力学性能

3有限元分析模型

网格划分采用四面体网格对货叉进行网格划分，例如货差的焊缝位置在进行网格划分时对于这些容易集中受力的地方要精细划分，这样有限分析会更为准确。相对而言，受力较少的部位可以尽量采用大一些的网格来划分。这样可以提高计算的速度。采用BEAM单元模拟固定轴。划分后的货叉有限元模型如图1所示。

图1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^[2]；对货叉叉架上的链条可以对其位置进行适当上下来回的调试。将货叉与连接轴之间的转动自由度完全释放出来；在货叉与货叉架接触位置添加本文采用静力学分析的方法计算货叉的强度，货差在应用时所受的作用力其实是一个动态过程^[3]。因而需要在施加载荷的时候添加一个适当的安全系数。这个安全系数一般取1。4，则7t叉车进行静力学分析时添加的载荷为：F=7000×1。4×10=98000(N）。

4结果分析与讨论

利用Nastran求解器对上述货叉有限元模型进行求解，得到7T货叉在1。4倍安全系数载荷下的位移云图如图3所示。其最大位移发生在货叉尖部，最大位移为62。31mm。

由图4可知，货叉架最大应力位于货叉安装轴上方横梁与立柱焊缝位置，最大应力值为213MPa，小于货叉架材料Q235的屈服强度235MPa，因而货叉架的强度满足使用要求。

图3货叉位移云图

图3货叉架应力分布云图

5结束语

叉车在运载货物时货叉承受的载荷量是最大的，而且相比较之下所有的作用力都集中在货叉根部。针对叉车货叉在不同情况下载荷的外界作用力，用有限元方法分析这种集中作用力会给叉根内径、外径以及厚度产生的影响进行科学分析，以此来确定在载荷条件发生变化的时候，叉车货叉最大的载荷上限或是危险工作部位，从而为叉车货叉的优化设计提供较为有力的科学依据，如此一来就可以进一步优化货叉叉根部位的载荷承受能力有更大的提高。运用有限元法可以更科学的对叉车货叉分析的全面，这对货叉在现实工作中的应用打下来良好的基础，同时也能助力于物流行业的发展。

参考文献

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[3]于河山，叶俊，张增密，吴波。基于虚拟样机技术的叉车转向桥桥体有限元分析[J]。起重运输机械，2019(07):82-86。