倉儲管理電動車在不同工況下的模態(tài)分析
曹麗梅，王寶中
（華北理工大學機械工程學院，河北 唐山 063009）
摘要：以自行式升降機作參考，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的振動變形問題，利用有限元法對電動車車身進行了模態(tài)分析。由分析結果可知：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，保證了電動車運行過程中的安全性和穩(wěn)定性。
關鍵詞：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，承受了各種復雜的載荷，是電動車整體結構中最關鍵的一部分。因此在電動車設計中，需要更加深入地對車身結構進行分析優(yōu)化。本文以自行式升降機作為參考，利用ANSYS軟件對車身進行模態(tài)分析，避免在車身設計過程中造成結構不合理而引起共振。
1 車身有限元模型的建立
首先，應用Cre0 2.0建立電動車的三維實體模型，其次，將電動車模型導入到ANSYS Workbench中，并對其進行網格劃分，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，網格劃分后模型包括148 873個節(jié)點、59 423個單元。電動車車架網格劃分結果如圖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、擴展模態(tài)、查看結果及后處理等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；且當地面給電動車的激振力在4 Hz～30 Hz之間時會引起共振。由于該電動車的工作地點多在室內，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 車身在轉彎工況下的模態(tài)分析
電動車滿載轉彎時，車身將受到離心力作用而產生側向載荷，作為近似計算，本文通過對橫向（y軸正方向）施加一個側向加速度0. 5g來模擬轉彎工況。利用ANSYS對電動車車身進行模態(tài)分析并提取前10階振型。車身在轉彎工況下各階頻率及相應的振型情況如表2所示。
經分析可知，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；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階是內側剪叉臂發(fā)生扭轉；第10階是外側剪叉臂發(fā)生扭轉。
由發(fā)生變形的位置和數值可得出電動車車身在轉彎情況下變形不大，不會影響到車的正常工作及運行。同時，也可看出在轉彎工況下，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
在實際工作中常常遇到突然加速或減速的情況。此時，對車身進行模態(tài)分析也是非常必要的，我們可以通過在車身結構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階頻率和振型進行分析，車身的頻率及相應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，且不易發(fā)生共振。
3結束語
(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)總結模態(tài)分析結果，該車在正常作業(yè)及運行情況下不會發(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，該電動車車身設計較為合理。對倉儲管理純電動車進行設計分析研究具有一定的現實意義，為電動汽車的產業(yè)技術提升和全面示范性應用提供了強大的技術推動作用。
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