曹麗梅，王寶中

 （華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北  唐山  063009）

摘要：以自行式升降機(jī)作參考，建立倉儲管理電動車車身的有限元模型。針對電動車在升降及行駛過程中出現(xiàn)的振動變形問題，利用有限元法對電動車車身進(jìn)行了模態(tài)分析。由分析結(jié)果可知：不同工況下，車身發(fā)生共振的頻率為4 Hz，由于該電動車作業(yè)路面情況良好，產(chǎn)生的激振力均在4 Hz以下，由此可得出該電動車在正常作業(yè)情況下不會發(fā)生共振，保證了電動車運(yùn)行過程中的安全性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：電動車車身；有限元；模態(tài)分析  中圖分類號：TP391.7：U469. 72

0  引言

 車身作為車輛承受載荷的主要部分，承受了各種復(fù)雜的載荷，是電動車整體結(jié)構(gòu)中最關(guān)鍵的一部分。因此在電動車設(shè)計中，需要更加深入地對車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析優(yōu)化。本文以自行式升降機(jī)作為參考，利用ANSYS軟件對車身進(jìn)行模態(tài)分析，避免在車身設(shè)計過程中造成結(jié)構(gòu)不合理而引起共振。

1  車身有限元模型的建立

 首先，應(yīng)用Cre0 2.0建立電動車的三維實(shí)體模型，其次，將電動車模型導(dǎo)入到ANSYS Workbench中，并對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最終得到電動車車身的有限元模型。該有限元模型的建立選用的單元格類型為Solid 189，單元大小為20 mm，網(wǎng)格劃分后模型包括148 873個節(jié)點(diǎn)、59 423個單元。電動車車架網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖1所示。

2車身在不同工況下的模態(tài)分析

 對電動車車身的模態(tài)分析主要是計算電動車車身的固有頻率和振型，一般分為建模、加載和求解、擴(kuò)展模態(tài)、查看結(jié)果及后處理等4部分。下面對電動車在作業(yè)中所遇到的不同工況進(jìn)行模態(tài)分析。

2.1  滿載彎曲工況下的模態(tài)分析

 倉儲管理電動車滿載且勻速行駛的工況下，車身主要承受的載荷有自身重力、安裝在車身上的各部件重量和人員的重量。電動車在滿載彎曲工況下所受的激振力主要來源于地面，但由于該電’動車工作環(huán)境良好，路面較平整，因此，路面給電動車的激振力較小。所以提取了車身的前10階頻率，車身各階頻率值及相應(yīng)的振型情況如表1所示。

 圖2～圖11為倉儲管理電動車車身在滿載彎曲工況下的模態(tài)分析結(jié)果。

 通過倉儲管理電動車車身在滿載四輪著地情況下的模態(tài)分析結(jié)果可以看出，前6階中，工作臺發(fā)生前后、左右以及上下擺動，而后4階則以剪叉臂擺動較為明顯；且當(dāng)?shù)孛娼o電動車的激振力在4 Hz～30 Hz之間時會引起共振。由于該電動車的工作地點(diǎn)多在室內(nèi)，例如倉庫、超市、車間等，工作路面情況較好。因此，通常情況下地面給電動車的激振力頻率小于4 Hz，也就是說該電動車在正常的工作情況下不容易發(fā)生共振。

2.2  車身在轉(zhuǎn)彎工況下的模態(tài)分析

 電動車滿載轉(zhuǎn)彎時，車身將受到離心力作用而產(chǎn)生側(cè)向載荷，作為近似計算，本文通過對橫向（y軸正方向）施加一個側(cè)向加速度0. 5g來模擬轉(zhuǎn)彎工況。利用ANSYS對電動車車身進(jìn)行模態(tài)分析并提取前10階振型。車身在轉(zhuǎn)彎工況下各階頻率及相應(yīng)的振型情況如表2所示。

 經(jīng)分析可知，第1階是工作臺發(fā)生了左右擺動；第2階是工作臺發(fā)生了前后晃動；第3階是工作臺發(fā)生了扭轉(zhuǎn)；第4階是工作平臺發(fā)生了上下起伏；第5階是平臺和剪叉臂發(fā)生左右扭轉(zhuǎn)變形；第6階是平臺前部上下擺動；第7階是剪叉臂左右晃動，平臺未出現(xiàn)明顯變化；第8階是剪叉臂與平臺均發(fā)生了晃動；第9階是內(nèi)側(cè)剪叉臂發(fā)生扭轉(zhuǎn)；第10階是外側(cè)剪叉臂發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

 由發(fā)生變形的位置和數(shù)值可得出電動車車身在轉(zhuǎn)彎情況下變形不大，不會影響到車的正常工作及運(yùn)行。同時，也可看出在轉(zhuǎn)彎工況下，電動車發(fā)生共振的頻率也在4 Hz以上，同理可知．轉(zhuǎn)彎工況下不會發(fā)生共振。

2.3制動工況下車身的模態(tài)分析

 在實(shí)際工作中常常遇到突然加速或減速的情況。此時，對車身進(jìn)行模態(tài)分析也是非常必要的，我們可以通過在車身結(jié)構(gòu)上施加一個縱向加速度0. 5g來模擬此種工況。

 模態(tài)分析后，提取車身的前10階頻率和振型進(jìn)行分析，車身的頻率及相應(yīng)的各階振型情況如表3所示。

 由表3可以看出，第1階為工作臺左右晃動；第2階為工作臺前后晃動；第3階為工作臺發(fā)生扭動；第4階為工作臺上下浮動；第5階為工作臺左右扭動且邊緣部位翹起，變形較明顯；第6階是工作臺前部上下擺動；第7階是剪叉臂左右晃動；第8階是剪叉臂及工作臺左右擺動；第9階是剪叉臂及工作臺扭動；第10階是剪叉臂扭動，且兩副剪叉臂連接部位變形較大。

 由電動車發(fā)生共振的頻率以及發(fā)生變形的最大值可以看出，該電動車在制動情況下其變形量在允許范圍內(nèi)，且不易發(fā)生共振。

3結(jié)束語

 (1)通過對電動車在3種工況下的模態(tài)分析可以得到該車在水平彎曲、轉(zhuǎn)彎和制動工況下的各階固有頻率和振型，以及各階頻率下該車發(fā)生變形的部位及變形量。

 (2)總結(jié)模態(tài)分析結(jié)果，該車在正常作業(yè)及運(yùn)行情況下不會發(fā)生較大變形，且不易發(fā)生共振，能夠保證在正常工作中具有良好的平穩(wěn)性和安全性。因此，該電動車車身設(shè)計較為合理。對倉儲管理純電動車進(jìn)行設(shè)計分析研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，為電動汽車的產(chǎn)業(yè)技術(shù)提升和全面示范性應(yīng)用提供了強(qiáng)大的技術(shù)推動作用。