立体库堆垛机金属结构有限元分析

辽宁轨道交通职业学院　齐善朋



立体库堆垛机金属结构有限元分析

辽宁轨道交通职业学院齐善朋

摘要：金属结构是立体库堆垛机中的主要承载部件，其结构决定了整机的性能和重量。因此，本文利用ANSYS软件对堆垛机金属结构进行了建模和有限元分析，为堆垛机金属结构的具体结构设计提供了理论依据，验证了实际的可行性和正确性。

关键词：堆垛机；金属结构；ANSYS；有限元分析

巷道堆垛机是立体库中重要的起重运输设备，它可以采用手动或单机自动控制方式实现联机自动控制，是立体库的重要标志。巷道堆垛机与高层货架、出入库台车和出入库系统等设备组合使用，在高层货架仓库的巷道内沿轨道运行完成作业。

1　双立柱堆垛机主要结构

双立柱堆垛机主要由金属结构、载货台、水平运行机构、起升机构、货叉、起升导向轮装置、安全保护装置和电气装置等部件组成。为了准确、快速、高效地完成出入库作业，双立柱堆垛机必须具备巷道堆垛机能够实现三个空间维度上运动，即沿轨道水平运动、载货台上下运动、货叉双向伸缩取货运动；载货台在双立柱间上下运动，比单立柱安全稳定和金属结构要有较高的制造、安装精度等基本要求。

2　金属机构模型建立及分析

2.1模型主要结构

金属结构主要由上、下横梁，左、右立柱等组成。上横梁是由钢板焊接或槽钢焊接的开口断面，下横梁有钢板焊接的箱式矩形断面和采用槽钢拼接而成的开口断面两种形式。立柱有用方形管和加强钢板焊接而成的柱状结构两种形式，载货台沿着安装在立柱上的起升导轨做升降运动。下横梁、立柱、上横梁之间通过法兰和高强度螺栓连接。

在下横梁上装有水平运行机构、限速保护装置等。在立柱上装有起升机构及安全梯等。上横梁上装有定滑轮、运行导向轮装置，上横梁在上导轨上运行。堆垛机在水平运行机构的牵引下，沿着上下导轨做直线运动。

根据结构特点和受力情况，需要在ANSYS软件中对金属机构进行简化并建立有限元模型，如图1。有限元分析时把金属结构各部分均等效为三维弹性板单元和三维弹性梁单元。

图1　堆垛机金属机构有限元模型

2.2模型单元特性

三维弹性板单元每个节点具有6个自由度，即沿X、Y、Z轴移动和绕X、Y、Z轴转动。该单元由4个结节点确定，结构分析中该单元所需输入的参数：

（1）节点I，J，K、L。

（2）自由度Ux，Uy，Uz，ROTX，ROTY，ROTZ。

（3）实常数THICK。

（4）材料特性：E，μ，ρ。

三维弹性梁单元是具有拉伸、压缩、扭转和弯曲功能的单轴单元，在每个节点上具有6个自由度，即沿X、Y、Z轴移动和绕X、Y、Z轴转动。该单元由三个节点确定。

3　计算结果分析

根据堆垛机金属结构特点和受力情况，有限元模型进行下列约束条件：上横梁和天轨连接处，约束两个方向自由度，放开一个自由度，可以移动；下横梁和钢轨接触处，约束两个方向自由度，接近实际工况。金属结构自身的重力通过设定重力加速度自动计算，起升电机、运行电机和货叉的重量以重量单位施加。经过以上分和有限元模型的加载条件进行有限元计算，得出金属结构的最大应力为164.979MPa，最大变形为4.85mm。结果如图2所示。

图2　堆垛机金属结构的有限元分析结果

4　结论

由分析结果可以看出在右立柱的应力较大，该右立柱位置是起升电机和钢丝绳卷筒的安装位置，证明结果符合实际工况。另外金属结构的整体变形位移较小，满足安装精度要求，符合预期设计要求。

参考文献：

［1］崔国成.堆垛机货叉选型设计［J］.物流技术与应用，2012（2）∶92～95.

［2］郝隆誉.双深位堆垛机设计［J］.物流技术与应用，2007（1）∶98～99.

［3］陈忠阁，朱宝昌.有轨巷道堆垛起重机技术现状与发展趋势［J］.物流技术，2000（6）∶13～14.

作者简介：齐善朋，1981年出生，河北人，硕士，讲师，研究方向：物流输送机械。