運輸車承重板應力分析及對比研究

張洪國

（唐山工業(yè)職業(yè)技術學院，河北 唐山 063299）

0 引言

多層手推運輸車在車間及實訓場所的應用極其廣泛，多層手推運輸車在零件、電源模塊短距離運送過程中應用越來越多。多層手推運輸車以價格低廉、操作簡單著稱，為了降低運輸車成本，廠商在設計運輸車時，運輸車承重板往往較薄，以此來降低運輸車制造成本，提高商品競爭力。

誠然，在運輸車設計過程中廠家對承重板進行了嚴格的承重計算，但是多層手推運輸車在車間或實訓區(qū)運輸貨物時具有不確定性，在運輸與承重板接觸面較大的重物時，承重板固然可以承擔工作載荷；但在運輸具有支座類重物時，由于支座與承重板接觸面積較小，導致承重板發(fā)生塑性變形甚至被破壞。

例如，使用多層手推運輸車在不同實訓區(qū)之間運輸連續(xù)可調直流穩(wěn)壓電源時，由于連續(xù)可調直流穩(wěn)壓電源較重，且為了避免使用過程中電源震動，連續(xù)可調直流穩(wěn)壓電源的底部設置有四個減震支撐座。因此，連續(xù)可調直流穩(wěn)壓電源較大的重量將通過四個減震支座作用于運輸車承重板，對較薄的承重板具有較大的應力集中，往往會造成承重板的變形；若是在運輸過程中運輸車具有較大的沖擊振動，甚至會造成承重板被壓穿的現(xiàn)象。

若是在運輸類似連續(xù)可調直流穩(wěn)壓電源的貨物時，在較薄的承重板上放置一片厚度較大的木板或硬質塑料板，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力、應變的異同，以便能夠更好地應用運輸車，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，理論模型應該在充分表達實際的情況下予以一定的簡化。因為承重板多采用四面焊接的方式與運輸車框架固連，如圖1所示，故在建模時，將承重板三維模型建立為圖2所示的結構。

圖1 多層手推運輸車實物圖

圖2 多層手推運輸車承重板三維模型

因Hyper Mesh劃分網(wǎng)格時，倒角等過渡結構會影響網(wǎng)格劃分質量，且倒角結構對應力、應變的求解并無影響，故三維模型中對倒角等結構做了一定的簡化。此外，承重板四周實際中是通過焊接方式固連于運輸車支架，模型中通過承重板四周連接板上開設的安裝孔予以替代，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]。

在模擬運輸連續(xù)可調直流穩(wěn)壓電源等支座類貨物時，如圖2所示，正常運輸狀態(tài)為連續(xù)可調直流穩(wěn)壓電源通過支座與承重板接觸，承重板受力點為圖2所示承重板中的四個孔標識的位置，其作用面積為支座實際面積。第二種情況是在運輸支座類貨物時，其下方墊有厚度較大的木板或硬質塑料板，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的面積，即圖2所示承重板中的四個孔標識的位置內部的矩形面積；此時的面積相比于實際工作時的作用面積偏小，應力值、應變值偏大，但對對比結果的影響不大，對對比無影響，可以得出正確結論[5-6]。

2 Hyper Mesh網(wǎng)格劃分及加載

將圖2所示模型導入Hyper Work中，利用網(wǎng)格劃分工具對其進行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分的質量直接影響分析結果，本次仿真分析的對象結構相對簡單，采用六面體網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分結果如圖3所示。

圖3 多層手推運輸車承重板網(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，將承重板四個豎直平面的安裝孔附近的節(jié)點約束為一個節(jié)點進行固定，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孔標識附近的節(jié)點處，作用面積以支座實際作用面積為準；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，此時將重物重力平均分布于四個孔標識區(qū)域的所有內部節(jié)點。為使載荷能夠均勻地添加于承重板四個孔標識附近的節(jié)點，使用Hyper Mesh集合功能將四個標識點附近的節(jié)點分別建立集合，并將集合內的各個節(jié)點在Y軸負方向上的自由度合為一個節(jié)點，使集合內的各個節(jié)點在Y軸負方向上的位移一致；此處理方式與承重板在運輸連續(xù)可調直流穩(wěn)壓電源等質量較大且具有減震支座的重物時產(chǎn)生的變形方式一致，符合復雜模型的簡化方向，添加約束及載荷如圖4所示。

圖4 多層手推運輸車承重板三維模型

3 Hyper Works有限元分析結果

在Hyper Works中設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行求解計算，得到實際工作中使用與未使用托板情況下的應力對比。因網(wǎng)格劃分較細，計算節(jié)點較多，故選取四個集中載荷周圍共100個計算節(jié)點予以對比、展示，圖5即為未使用托板時集中載荷周圍應力值與使用托板時集中載荷周圍應力值對比情況。

圖5 托板使用前后集中載荷周圍應力值對比圖

4 結束語

在Hyper Works中針對運輸車承重板在實際工作過程中，尤其是運輸連續(xù)可調直流穩(wěn)壓電源等質量較大且具有減震支座的重物時，由于載荷集中導致承重板變形的問題，計算了使用托板時集中載荷周圍應力值及未使用托板時集中載荷周圍應力值，通過對比使用承重托板前后運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輸車承重板運輸連續(xù)可調直流穩(wěn)壓電源等質量較大且具有減震支座的重物時因載荷集中導致的承重板變形的現(xiàn)象。仿真分析結果與實際使用情況趨勢一致，為物料運輸車的合理、有效、科學的使用及其壽命、可靠性、安全性的保障提供了理論基礎。