王 勇

（陸軍研究院特種勤務(wù)研究所，陜西 西安 710032）

高速伸縮臂叉車主要用于野外環(huán)境、凸凹不平路面區(qū)域裝卸搬運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)集裝單元物資，是一種新型多功能物料搬運(yùn)設(shè)備，其快換前端載貨平臺(tái)可載人完成高空取物等作業(yè)。一方面，它是搬運(yùn)設(shè)備，將汽車起重機(jī)的伸縮臂結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)叉車的裝卸功能有機(jī)結(jié)合，可以通過不斷改變伸縮臂長(zhǎng)度來達(dá)到要求的作業(yè)高度和距離，完成標(biāo)準(zhǔn)單元物資的裝卸作業(yè)；另一方面，它又具備汽車功能，根據(jù)實(shí)際工況需要，必須能夠高速行駛，達(dá)到85km/h的速度要求，跟隨運(yùn)輸車隊(duì)行進(jìn)。

由于高速伸縮臂叉車的工作裝置屬于懸臂伸縮作業(yè)，要滿足叉裝舉升物資的需求，工作裝置材料的選取及受力情況應(yīng)該在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行有限元模型分析，達(dá)到優(yōu)化工作裝置外形尺寸和自重的效果。

1 工作裝置材料的基本參數(shù)

高速伸縮臂叉車工作裝置在整車中的布置情況如圖1所示。主要包括2節(jié)伸縮臂、折臂機(jī)構(gòu)、舉升油缸、補(bǔ)償油缸、貨叉等部件。

材料的基本參數(shù)：

材料牌號(hào)：Q690D，當(dāng)厚度δ≤16mm時(shí)：屈服點(diǎn)σs=690MPa，抗拉強(qiáng)度σb=770～940MPa；當(dāng)厚度δ=16～40mm≤40mm時(shí)：屈服點(diǎn)σs=670MPa，抗拉強(qiáng)度σb=770～940MPa。

圖1 工作裝置在整車中的布置

2 工作裝置各階段受力工況應(yīng)力分析

高速伸縮臂叉車工作裝置工作時(shí)有多個(gè)工位，主要受力工位體現(xiàn)在極限工作狀態(tài)，一是伸縮臂完全伸出，最大負(fù)載1.25t時(shí)工作裝置受力情況；二是伸縮臂完全收回，最大負(fù)載2.5t時(shí)工作裝置受力情況；三是補(bǔ)償油缸受力最大時(shí)工作裝置受力情況。只要上述3種受力工況工作裝置有限元應(yīng)力計(jì)算小于材料的許用應(yīng)力，就能達(dá)到優(yōu)化工作裝置外形尺寸和自重的效果。

2.1 伸縮臂完全伸出，負(fù)載1.25t應(yīng)力分析

伸縮臂在完全伸出狀態(tài)下，按負(fù)載1.25t對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析，有限元模型見圖2，應(yīng)力云圖見圖3。

圖2 負(fù)載1.25t有限元模型

圖3 負(fù)載1.25t應(yīng)力云圖

由圖3可知，當(dāng)伸縮臂完全伸出，并負(fù)載1.25t的貨物時(shí)，伸縮臂的最大應(yīng)力為166MPa，小于材料的許用應(yīng)力，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 伸縮臂完全收回，負(fù)載2.5t應(yīng)力分析

伸縮臂在完全收回狀態(tài)下，按負(fù)載2.5t對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析，有限元模型見圖4，應(yīng)力云圖見圖5。

圖4 負(fù)載2.5t有限元模型

由圖5可知，當(dāng)伸縮臂完全收回，并負(fù)載2.5t的貨物時(shí)，伸縮臂的最大應(yīng)力為332MPa，小于材料的許用應(yīng)力，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3 補(bǔ)償油缸受力最大時(shí)的應(yīng)力分析

系統(tǒng)壓力為21MPa，補(bǔ)償油缸所施加給伸縮臂的最大拉力按下式計(jì)算

圖5 負(fù)載2.5t應(yīng)力云圖

按補(bǔ)償油缸所施加給伸縮臂的最大拉力對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析，有限元模型見圖6，應(yīng)力云圖見圖7。

圖6 補(bǔ)償油缸受力有限元模型

圖7 補(bǔ)償油缸受力應(yīng)力云圖

由圖7可知，當(dāng)補(bǔ)償油缸所施加給伸縮臂的最大拉力時(shí)，伸縮臂的最大應(yīng)力為448MPa，小于材料的許用應(yīng)力，滿足設(shè)計(jì)要求。

通過上述3種極限受力工況工作裝置有限元應(yīng)力計(jì)算可知，高速伸縮臂叉車工作裝置所選材料及設(shè)計(jì)方案滿足實(shí)際需要。

3 計(jì)算結(jié)果與實(shí)際檢測(cè)結(jié)果比較

上述伸縮臂工作裝置受力工況應(yīng)力分析計(jì)算的目的，是考核高速伸縮臂叉車的工作裝置能否滿足極限工況作業(yè)要求。具體表現(xiàn)在：叉車滿載工作狀態(tài)伸縮臂最大伸出時(shí)是否滿足作業(yè)需求；叉車滿載工作狀態(tài)伸縮臂完全收回時(shí)是否滿足作業(yè)需求；以及上述2種工況補(bǔ)償油缸是否能夠正常工作。

根據(jù)上述問題，高速伸縮臂叉車的樣車在國(guó)家工程機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行了整車工作裝置結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試。結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試點(diǎn)布點(diǎn)見圖8，結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試工況見表1，結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果見表2。

圖8 布點(diǎn)圖

表1 結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試工況

從表2可看出：樣車實(shí)測(cè)額定載荷及超載工況最大應(yīng)力值為-323.0MPa，樣車安全系數(shù)為2.14，樣車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

高速伸縮臂叉車工作裝置伸縮臂架結(jié)構(gòu)受力分析計(jì)算所選用的材料為Q690D，屈服極限為690MPa。通過有限元模型應(yīng)力分析計(jì)算和樣車實(shí)際工況受力測(cè)試結(jié)果進(jìn)行的驗(yàn)證表明：高速伸縮臂叉車工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及選用的材料符合設(shè)計(jì)要求。

表2 結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果 單位：MPa