張洪國

（唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063299）

0 引言

多層手推運(yùn)輸車在車間及實(shí)訓(xùn)場所的應(yīng)用極其廣泛，多層手推運(yùn)輸車在零件、電源模塊短距離運(yùn)送過程中應(yīng)用越來越多。多層手推運(yùn)輸車以價(jià)格低廉、操作簡單著稱，為了降低運(yùn)輸車成本，廠商在設(shè)計(jì)運(yùn)輸車時(shí)，運(yùn)輸車承重板往往較薄，以此來降低運(yùn)輸車制造成本，提高商品競爭力。

誠然，在運(yùn)輸車設(shè)計(jì)過程中廠家對承重板進(jìn)行了嚴(yán)格的承重計(jì)算，但是多層手推運(yùn)輸車在車間或?qū)嵱?xùn)區(qū)運(yùn)輸貨物時(shí)具有不確定性，在運(yùn)輸與承重板接觸面較大的重物時(shí)，承重板固然可以承擔(dān)工作載荷；但在運(yùn)輸具有支座類重物時(shí)，由于支座與承重板接觸面積較小，導(dǎo)致承重板發(fā)生塑性變形甚至被破壞。

例如，使用多層手推運(yùn)輸車在不同實(shí)訓(xùn)區(qū)之間運(yùn)輸連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源時(shí)，由于連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源較重，且為了避免使用過程中電源震動(dòng)，連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的底部設(shè)置有四個(gè)減震支撐座。因此，連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源較大的重量將通過四個(gè)減震支座作用于運(yùn)輸車承重板，對較薄的承重板具有較大的應(yīng)力集中，往往會(huì)造成承重板的變形；若是在運(yùn)輸過程中運(yùn)輸車具有較大的沖擊振動(dòng)，甚至?xí)斐沙兄匕灞粔捍┑默F(xiàn)象。

若是在運(yùn)輸類似連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的貨物時(shí)，在較薄的承重板上放置一片厚度較大的木板或硬質(zhì)塑料板，則可以將支座上相對集中的力分散到較大的作用面上，以此來減少承重板的應(yīng)力集中。本文的目的便是建立承重板在兩種受力情況下的受力有限元模型，分析不同情況下承重板應(yīng)力、應(yīng)變的異同，以便能夠更好地應(yīng)用運(yùn)輸車，使其在使用過程中更加安全、可靠，并保證其使用壽命。

1 建立承重板三維模型

使用UG三維建模軟件建立承重板三維模型，在此需要對承重板建立理論模型，理論模型應(yīng)該在充分表達(dá)實(shí)際的情況下予以一定的簡化。因?yàn)槌兄匕宥嗖捎盟拿婧附拥姆绞脚c運(yùn)輸車框架固連，如圖1所示，故在建模時(shí)，將承重板三維模型建立為圖2所示的結(jié)構(gòu)。

圖1 多層手推運(yùn)輸車實(shí)物圖

圖2 多層手推運(yùn)輸車承重板三維模型

因Hyper Mesh劃分網(wǎng)格時(shí)，倒角等過渡結(jié)構(gòu)會(huì)影響網(wǎng)格劃分質(zhì)量，且倒角結(jié)構(gòu)對應(yīng)力、應(yīng)變的求解并無影響，故三維模型中對倒角等結(jié)構(gòu)做了一定的簡化。此外，承重板四周實(shí)際中是通過焊接方式固連于運(yùn)輸車支架，模型中通過承重板四周連接板上開設(shè)的安裝孔予以替代，因研究對象是承重板變形而非連接位置變形，該簡化是可以接受的[1-4]。

在模擬運(yùn)輸連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源等支座類貨物時(shí)，如圖2所示，正常運(yùn)輸狀態(tài)為連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源通過支座與承重板接觸，承重板受力點(diǎn)為圖2所示承重板中的四個(gè)孔標(biāo)識的位置，其作用面積為支座實(shí)際面積。第二種情況是在運(yùn)輸支座類貨物時(shí)，其下方墊有厚度較大的木板或硬質(zhì)塑料板，將貨物重量分散到承重板上，此情況下，仿真分析中將其作用面積確定支座包絡(luò)的面積，即圖2所示承重板中的四個(gè)孔標(biāo)識的位置內(nèi)部的矩形面積；此時(shí)的面積相比于實(shí)際工作時(shí)的作用面積偏小，應(yīng)力值、應(yīng)變值偏大，但對對比結(jié)果的影響不大，對對比無影響，可以得出正確結(jié)論[5-6]。

2 Hyper Mesh網(wǎng)格劃分及加載

將圖2所示模型導(dǎo)入Hyper Work中，利用網(wǎng)格劃分工具對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分的質(zhì)量直接影響分析結(jié)果，本次仿真分析的對象結(jié)構(gòu)相對簡單，采用六面體網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖3所示。

圖3 多層手推運(yùn)輸車承重板網(wǎng)格劃分模型

網(wǎng)格劃分完成后，針對承重板所用材料定義材料屬性，承重板所用材料為Q235鋼材，其材料特性如表1所示。

表1 Q235材料特性

將材料屬性定義完成后，對有限元模型添加約束與載荷；為承重板添加約束時(shí)，將承重板四個(gè)豎直平面的安裝孔附近的節(jié)點(diǎn)約束為一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行固定，完成承重板約束的加載[7-8]。

在承重板添加載荷的過程中，分為兩種情況，第一種是不使用托板的情況，重物通過支座直接作用于承重板，此時(shí)重物作用面積較小，將重物重力一分為四，分別作用于承重板四個(gè)孔標(biāo)識附近的節(jié)點(diǎn)處，作用面積以支座實(shí)際作用面積為準(zhǔn)；第二種情況為使用墊板，將支座上的重力通過墊板作用于承重板，此時(shí)將重物重力平均分布于四個(gè)孔標(biāo)識區(qū)域的所有內(nèi)部節(jié)點(diǎn)。為使載荷能夠均勻地添加于承重板四個(gè)孔標(biāo)識附近的節(jié)點(diǎn)，使用Hyper Mesh集合功能將四個(gè)標(biāo)識點(diǎn)附近的節(jié)點(diǎn)分別建立集合，并將集合內(nèi)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)在Y軸負(fù)方向上的自由度合為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，使集合內(nèi)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)在Y軸負(fù)方向上的位移一致；此處理方式與承重板在運(yùn)輸連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源等質(zhì)量較大且具有減震支座的重物時(shí)產(chǎn)生的變形方式一致，符合復(fù)雜模型的簡化方向，添加約束及載荷如圖4所示。

圖4 多層手推運(yùn)輸車承重板三維模型

3 Hyper Works有限元分析結(jié)果

在Hyper Works中設(shè)置其他邊界條件及分析對象的密度、泊松比、彈性模量等參數(shù)，而后將兩種載荷作用情況加載后的模型分別進(jìn)行求解計(jì)算，得到實(shí)際工作中使用與未使用托板情況下的應(yīng)力對比。因網(wǎng)格劃分較細(xì)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)較多，故選取四個(gè)集中載荷周圍共100個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)予以對比、展示，圖5即為未使用托板時(shí)集中載荷周圍應(yīng)力值與使用托板時(shí)集中載荷周圍應(yīng)力值對比情況。

圖5 托板使用前后集中載荷周圍應(yīng)力值對比圖

4 結(jié)束語

在Hyper Works中針對運(yùn)輸車承重板在實(shí)際工作過程中，尤其是運(yùn)輸連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源等質(zhì)量較大且具有減震支座的重物時(shí)，由于載荷集中導(dǎo)致承重板變形的問題，計(jì)算了使用托板時(shí)集中載荷周圍應(yīng)力值及未使用托板時(shí)集中載荷周圍應(yīng)力值，通過對比使用承重托板前后運(yùn)輸車承重板集中載荷情況下的載荷分布情況可知，使用承重托板后能夠極大地減少運(yùn)輸車承重板運(yùn)輸連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源等質(zhì)量較大且具有減震支座的重物時(shí)因載荷集中導(dǎo)致的承重板變形的現(xiàn)象。仿真分析結(jié)果與實(shí)際使用情況趨勢一致，為物料運(yùn)輸車的合理、有效、科學(xué)的使用及其壽命、可靠性、安全性的保障提供了理論基礎(chǔ)。