淺談叉車主體結構模態與減振設計

摘 要：隨著叉車研制領域不斷取得新的成果，振動帶來的叉車壽命和舒適度危害日漸受到業界重視，基于此，本文就叉車主體結構試驗模態展開分析，并提出了叉車主體結構減振設計，希望減振設計所應用的“反問題”方法、STAR MODAL軟件能夠為相關業內研究人員帶來一定啟發。

關鍵詞：叉車；主體結構；減振設計；STAR MODAL軟件

叉車在倉庫、港口等物流集散地有著極為廣泛的應用，但我國叉車行業因起步時間相對較晚、相關研究缺乏，卻始終只能夠占據低端叉車市場，而為了設法扭轉這一叉車行業的發展現狀，叉車舒適度、性能的提升就必須得到業界的重視，而這也是本文就叉車主體結構模態與減振設計展開具體研究的原因所在。

1 叉車主體結構試驗模態分析

（1）模態參數辨識。

模態參數辨識過程可以概括為：假定數學模型→同樣激勵假定模型與實際系統→比較二者誤差→調整假設模型至誤差最小，結合這一理念即可通過振動微分方程M+C+Kx=f實現叉車結構動態特性的描述，這里的M、C、K、f分別代表質量矩陣、阻尼矩陣、剛度矩陣、外力適量，最終即可得出頻響函數矩陣與各階模態參數的關系，這一關系具體表示為[1]：

這里的H（ω）指的是頻響函數矩陣，而模態參數的頻域辨識則需要應用導納圓辨識法與最小二乘迭代法。

（2）模態測試系統。

模態測試系統的步驟可以概括為：確定測試方案→組建測試系統→數據分析處理，具體內容如下：a.確定測試方案。測試方案需要實現懸掛條件、激勵的確認，本文的懸掛條件確定采用了模擬實際情況支撐車架的方式，車架需要放置在模擬車輪的橡膠墊上；激勵需要在結構的某些點上施加激勵，結合Maxwell互異性原理，本文確定了應用錘擊法的單點拾振、多點激勵獲取不同測點的頻響函數。b.組建測試系統。測試系統由信號放大器、力錘、加速度傳感器、信號分析儀組成，下圖為試驗模態分析系統，由此每次激勵即可得到三個方向的頻率響應。c.組建測試系統。采樣頻率設置為32kHz、采樣點數2048，由此即可得出頻響函數頻率分辨率設置為f=f0N=32002048=1.56Hz，而應用STAR MODAL軟件中的MODAL ANALYSIS模塊，即可通過測點直角坐標生成結構模型[2]。

（3）車架模態測試。

車架采用模擬實際工作狀態支撐，通過左右和前后兩個方向激勵，即可得出車架頻率響應，而由此開展進一步的試驗模態分析，即可得出后圍板與擋泥板上下擺振、后部整體上下擺振、后圍板上下擺振等部位的固有頻率，其中三者的固有頻率分別為24.21Hz、63.94Hz、97.35Hz，由此可見擋泥板和后圍板局部振動的體現較為明顯。

2 叉車主體結構減振設計

（1）主體結構優化方法。

本文開展的叉車主體結構減振設計采用了“反問題”方法，即為了令系統動力響應達到要求，進行相應質量等參數的修改，而結合上文中開展的試驗模態分析，即可得出修改后的系統質量矩陣M=M0+ΔM和剛度矩陣K=K0+ΔK，而結合坐標變換進行運動方程組解耦，即可判斷修改是否能夠滿足叉車主體結構的減振需要。

結合STAR MODAL軟件具備的構件質量、剛度、阻尼修改功能，即可重點就車架擋泥板和后圍板進行修改，而通過加強車前后兩部分8個測定的剛度并開展反復測試，最終擋泥板部分剛度與后圍板部分剛度分別加強了1e+5N/m、1e+6N/m，且剛度的加強方向為左右，下表為模型改進前后固有頻率比較，結合該表能夠清楚發現，車架擋泥板和后圍板的改進能夠有效避免同時共振，30～40Hz的固有頻率被消除，方案的實踐價值由此得到了較好保證。

為了進一步驗證叉車主體結構減振設計的可行性，試驗用叉車上擋泥板和后圍板處分別加上加勁筋，這樣就能夠結合叉車實際結構空間、工藝條件，并避免對叉車本身結構帶來影響。

（2）優化后的振動測試。

結合剛剛進行的叉車主體結構優化方法論述，即可進行叉車的試制，這一試制過程除了改動部位外，其他均保持與原測試叉車一致，而在對改進后的叉車進行振動信號測試中發現，改進后的叉車實現了如下四方面的變化：a.護頂架振降低。振動幅值明顯減少，人體感受出現了明顯降低。b.護頂架前后振動明顯降低。振動方向仍為前后振動，但第2模態共振現象基本消除。c.護頂架振動峰值頻率發生較大變化。同時共振因車架與護頂架固有頻率不在接近而消除。d.護頂架最大振動信號47Hz。由此可見叉車振動能量不大，而由于人類對這一振動頻率的敏感度較低，叉車的舒適度將由此實現大幅提升。總的來說，本文研究的叉車主動結構減振設計有效降低了研究用叉車的振動水平，并切實提高了該叉車的舒適度。

3 結論

綜上所述，本文研究實現了叉車主體結構的減振設計。而在此基礎上，本文所涉及的擋泥板部分剛度與后圍板部分剛度加強減振設計實現的試驗用叉車振動水平降低，則直觀證明了研究具備的實踐價值。因此，在相關領域的理論研究與實踐探索中，本文研究內容便可以作為重要參考。

參考文獻：

[1]吳小峰，梁長佳，田紅周，李戈操.某叉車用手制動結構怠速減振優化設計[J].工程機械，2014，4505：4043+3.

[2]楊鷗.TRIZ方法在叉車后橋減振上的應用[J].起重運輸機械，2015，06：2628.

作者簡介：陳開強（1984），男，廣西欽州人，本科，研究方向：機械工程。