杨明钊;黄文婷;孙东明
【摘 要】Through establishing the 3D mode of scissor lift platform,and carrying out the finite-element analysis based on ANSYS Workbench,the Von-Mises stress of lift platform was obtained.At last,the strength of the total structure was checked according to the theoretic knowledge.The results showed that the strength of scissor lift platform in the work process can meet the requirements.%通过建立剪式升降平台的三维模型,利用ANSYS Workbench对其进行有限元分析,得到升降平台起动时刻的Von-Mises应力；并根据理论知识对结构进行强度校核.结果显示,剪式升降平台在工作过程中的强度满足要求.
【期刊名称】《新技术新工艺》
【年(卷),期】2013(000)006facebow
【总页数】3页(P11-13)
【关键词】剪式升降平台;有限元;分析;ANSYS Workbench
【作 者】杨明钊;黄文婷;孙东明
【作者单位】昆明理工大学机电工程学院,云南昆明650093;昆明理工大学机电工程学院,云南昆明650093;昆明理工大学机电工程学院,云南昆明650093
【正文语种】中 文
【中图分类】TH211.6
升降平台是社会各领域中广泛运用的运输机械，无论在生产物流、建筑施工、土木工程，还是在日常生活的方方面面，升降机械无处不在。特别是在高空作业台、现代企业生产物流、大型设备的制造与维护以及航空装卸中应用最为广泛[1]。随着我国制造业的高速发展，有金属行业规模不断扩大，传统的人工作业已不能满足生产线的需求，而工业自动化流水线大量投入生产，使用于装配的物料成品不断地实现上料下料，从而大大地增加了升降平台的使用量。随着企业产量规模的扩大，对升降平台的承载性能设计也提出了更高的要求。
剪式升降平台是一种固定式液压升降平台，其适用范围广，货物举升稳定性好，主要用于
运送不同高度生产流水线间的货物，在生产线上与叉车等搬运车辆配套，以实现快速装卸货物，提高生产效率，降低工人劳动强度[2]。剪式升降平台机械结构复杂，在最恶劣的工况下，其最大应力不超过材料的许用应力是保证剪式升降平台整体实现其功能的必备条件。为了保证剪式升降平台的可靠性，本文利用ANSYS Workbench对剪式升降平台进行有限元分析，研究剪式升降平台起动时的受力状况，并依据理论知识对其强度进行校核。
1 剪式升降平台三维模型的建立与导入
在进行有限元分析之前，首先要建好几何模型。一般而言，在整个有限元工作中建模的工作量所占的比例还是比较高的[3]。在对剪式升降平台进行有限元分析时，首先要建立剪式升降台的三维模型。和市场上许多分析软件一样，ANSYS Workbench也有自己丰富的几何模型图形库。在ANSYS Workbench 12中，建模工作主要由DesignModeler承担。通过DesignModeler模块主工具箱中的几何建模命令，能够对需要进行仿真分析的机械零部件创建三维模型；但是，与普通的CAD软件又不同，ANSYS Workbench的三维建模功能还是有许多不足之处。对于简单零部件的仿真分析，可以直接用ANSYS Workbench的DesignModeler模块进行三维建模，这样可以避免在进行几何模型的导入、导出时发生特
征信息的丢失，保证后续有限元分析的顺利进行。而对于外形较复杂、零部件较多的装配体的建模，通常先利用专业的三维建模软件完成模型的建立，然后，利用有限元分析软件的数据交换功能，将其导入到ANSYS Workbench中进行有限元分析。
SolidEdge是为机械设计量身定制的计算机辅助设计系统，从零件设计、装配设计到工程制图，各项功能都非常强大，是企业设计人员的最佳选择[4]。目前，SolidEdge已经成功地应用于机械、汽车、电子、造船、模具、航空及消费品等行业，故本文采用SolidEdge V20对剪式升降平台进行三维建模。剪式升降平台主要由内、外框架，上、下台板，滚轮，转轴及液压缸组成，其三维模型如图1所示。
图1 剪式升降机三维模型
将剪式升降平台的三维模型保存为中间格式的Parasolid格式，并导入有限元分析软件ANSYS Workbench模块。
2 剪式升降平台有限元模型的建立视觉点胶系统
防攻击空间2.1 定义材料属性
本文定义材料为45钢，其弹性模量为2.00 GPa,泊松比为0.3。
2.2 定义接触类型
ANSYS Workbench模块中提供了5种接触类型：绑定、不分离、无摩擦、粗糙的和有摩擦。其中，绑定和不分离是线性接触，后三者属于非线性接触。如果接触区域被设置为绑定，不允许面或线间有相对滑动或分离。不分离这种接触方式只适用于面，不允许接触区域的面分离；但是，沿着接触面可以有小的无摩擦滑动。
本文要研究剪式升降平台在起动时的受力情况，并根据理论知识进行强度校核，以保证剪式升降平台的稳定运行。在ANSYS Workbench中共定义了44对接触关系，由于本研究采用静力学分析，剪式升降平台起动时，液压缸的活塞杆和缸体设置为绑定，其余接触均设置为不分离。
2.3 网格划分
ANSYS Wokbench模块中，程序提供了6种三维几何模型的网格划分方法：自动划分网格、四面体网格、六面体域网格、扫掠网格、多重区域网和CutCell网格。
针对剪式升降平台，本文选用自动划分网格，程序基于几何的复杂性，自动生成相应的网格类型。在ANSYS Workbench中划分网格后的有限元模型如图2所示，共计33 457个单元，49 544个节点。
图2 划分完网格后的腰骶段有限元模型
3 有限元分析
在ANSYS Workbench中定义了材料、接触并划分网格后，需要对有限元模型施加约束、载荷，并进行求解。起动时，剪式升降平台的受力最大，故只要其起动过程的受力满足强度理论，则剪式升降平台的工作就是安全的。本文模拟了负载为50 kN时剪式升降平台起动时刻的受力情况。
3.1 施加边界条件及载荷
剪式升降平台属于固定式液压升降平台，工作时，下台板固定于底面；起动时，物料载荷置于上台板上。故本文将剪式升降平台的下台板固定，并在上台板施加集中力50 kN，方向竖直向下。
3.2 求解
在ANSYS Workbench中对加载后的模型进行求解，剪式升降平台起动时的变形云图及Von-Mises应力图分别如图3和图4所示。
图3 剪式升降平台起动时变形云图
中华情2012图4 Von-Mises应力图
由变形云图可以看出，起动时，上台板位移最大，下台板被固定，位移为零；由Von-mises应力图可以看出，剪式升降平台起动时，各结构应力均<200 MPa。
4 强度校核
第四强度理论认为，引起材料屈服破坏的主要因素是单元体的均方根剪应力。即在任何应力状态下，材料发生屈服破坏的前提条件是均方根剪应力超过单元拉伸危险状态时的均方根剪应力，其准则是Von-mises应力小于材料的屈服强度。查阅文献可知，45钢的屈服强度为355 MPa，根据上述有限元分析得，剪式升降平台起动时整体结构的最大应力不超过200 MPa(<355 MPa)，故剪式升降平台在起动时是安全的。
5 结语
本文采用SolidEdge V20建立剪式升降平台的三维模型；通过有限元分析软件ANSYS Workbench，对剪式升降平台起动时刻进行有限元分析，得到其Von-Mises应力；然后，根据第四强度理论对整体结构进行强度校核； 最终可知剪式升降平台的起动过程是安全的，起动时刻在整个工作过程中受力最大，结构最容易发生破坏，故剪式升降平台的整个工作过程都是可靠的。
由于剪式升降平台多用于工作环境恶劣的作业车间，有限元分析将条件理想化，忽略了很多实际生产中可能遇到的问题；因此，分析结果与实际存在一定的偏差，有待改善。
参考文献
沉沦堕落
一氧化二氢是什么物质[1] 黄建龙,李兴慧,毛建军.固定液压剪叉升降平台关键参数的研究[J].科学技术与工程,2010,10(2):528-530.
[2] 孙毅.对称驱动剪式升降平台设计及研究[D].昆明：昆明理工大学，2012.
[3] 浦广益.ANSYS Workbench 12基础教程[M]. 北京:中国水利水电出版社，2010.
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