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液压升降平台结构有限元分析计算

  2009年06月09日

液压升降平台广泛用于物流、交通、电力、航空等各行业中,由于设计研发手段的限制,导致产品过于笨重。为此,我们编制了基于有限元法的“SJT型液压升降平台”应用软件。

1 结构模型建立

剪叉式液压升降平台的结构型式多种多样,从低起升到高起升,组成剪叉臂杆的数目多,油缸的布置形式多;移动方式有牵引式、自行式、助力式等。不论型式多复杂,起升工作臂总是升降平台钢结构的主体,也是关键的受力件,因此升降臂架是建立分析计算模型的基础。

基于此,结合 T升降平台的实际构造,油缸布置在连接内臂的支承体上,图中省去了底座。根据内外臂与底座的连接,把支承臂端的约束条件简化为:①内臂底座端允许沿臂架上下折叠方向转动,其余五个方向均为约束;②外臂下端根据实际结构能沿底座轨道滑移的情况,约束垂直轨道的平动位移和垂直地面的转动位移,其余方向为自由状态;③ 内外臂之间的连接销按实际自由度处理。实际模型中,把起升载荷和货箱自重分配作用在内外臂的上端点。两片剪叉之间的其他杆系,一般都较弱,出于保守考虑,在分析模型中均略去不计。这样处理后的升降台模型是以升降臂为核心的研究体,凡是升降油缸符合图1的布置,不管多少升降节臂和多大起升高度,都能方便地分析计算。

2 单元刚度和结点载荷

2.1 单元刚度

组成构件均是杆件,其力学特性表现为空间形态,因此,以空间梁单元离散整体结构是最理想的选择。

杆件系统的有限单元法和结构力学中经典的位移法比较,并没有很大区别。一般结构单元离散时,凡是杆系的交叉点、边界点、集中力作用点都应列为结点,而结点之间的杆件均可作为单元。也就是说,用单元代替了经典位移法中的“基本结构”。

空间梁单元每个结点的位移具有6个自由度,对应于6个结点力。如图2表示结点为i和 的梁单元, 轴为单元轴线方向,Y、 轴是截面的主惯性轴。,可通过对梁单元应变矩阵的三重体积分求出。

单元刚度矩阵求出后,还需要通过转换矩阵把局部坐标变换为整体坐标,再按照叠加规则直接相加组成整体刚度矩阵,最后可得到整个结构的平衡方程式。

2.2 等效结点力计算

所谓等效结点力,是指单元的原分布载荷按照虚功相等的原则移置到单元结点上的力。

3 软件开发

有限元法不仅在理论和方法上已经很成熟,而且拥有数量众多的大型通用程序,但因为通用导致针对性差、使用不便、掌握困难,使得非专业有限元人员不能有效地利用。“SJT升降平台结构分析计算系统”可使从事产品设计人员在不掌握有限元方法情况下,仅通过简明的人机交互界面,输入有限的产品结构参数,就能得到计算结果。该系统结合SAP一5核心单元库和有关功能,以期产生一个简明的应用环境,并保证分析计算结果的可靠性。

依据上述思想,结合图1模型,按照软件工程学基本理论,经过对系统需求分析,可在不同起升高度、不同起升载荷、不同杆件截面尺寸时,保证用户能简明、方便地使用。

依据图3组成模块,利用支持面向对象方法的Windows版本的vC++编程语言,完成了升降平台系统功能的全部目标,经过测试,运行平稳、结果可靠,大大提高了设计计算的效率,也为进一步实现其它形式升降平台的分析计算奠定了基础。

4 应用实例

上述操作步骤中的默认参数,即为某升降平台的结构、臂架截面、起重量等数据。