仓储管理电动车在不同工况下的模态分析

 曹丽梅，王宝中

 （华北理工大学机械工程学院，河北  唐山  063009）

摘要：以自行式升降机作参考，建立仓储管理电动车车身的有限元模型。针对电动车在升降及行驶过程中出现的振动变形问题，利用有限元法对电动车车身进行了模态分析。由分析结果可知：不同工况下，车身发生共振的频率为4 Hz，由于该电动车作业路面情况良好，产生的激振力均在4 Hz以下，由此可得出该电动车在正常作业情况下不会发生共振，保证了电动车运行过程中的安全性和稳定性。

关键词：电动车车身；有限元；模态分析  中图分类号：TP391.7：U469. 72

0  引言

 车身作为车辆承受载荷的主要部分，承受了各种复杂的载荷，是电动车整体结构中最关键的一部分。因此在电动车设计中，需要更加深入地对车身结构进行分析优化。本文以自行式升降机作为参考，利用ANSYS软件对车身进行模态分析，避免在车身设计过程中造成结构不合理而引起共振。

1  车身有限元模型的建立

 首先，应用Cre0 2.0建立电动车的三维实体模型，其次，将电动车模型导入到ANSYS Workbench中，并对其进行网格划分，最终得到电动车车身的有限元模型。该有限元模型的建立选用的单元格类型为Solid 189，单元大小为20 mm，网格划分后模型包括148 873个节点、59 423个单元。电动车车架网格划分结果如图1所示。

2车身在不同工况下的模态分析

 对电动车车身的模态分析主要是计算电动车车身的固有频率和振型，一般分为建模、加载和求解、扩展模态、查看结果及后处理等4部分。下面对电动车在作业中所遇到的不同工况进行模态分析。

2.1  满载弯曲工况下的模态分析

 仓储管理电动车满载且匀速行驶的工况下，车身主要承受的载荷有自身重力、安装在车身上的各部件重量和人员的重量。电动车在满载弯曲工况下所受的激振力主要来源于地面，但由于该电’动车工作环境良好，路面较平整，因此，路面给电动车的激振力较小。所以提取了车身的前10阶频率，车身各阶频率值及相应的振型情况如表1所示。

 图2～图11为仓储管理电动车车身在满载弯曲工况下的模态分析结果。

 通过仓储管理电动车车身在满载四轮着地情况下的模态分析结果可以看出，前6阶中，工作台发生前后、左右以及上下摆动，而后4阶则以剪叉臂摆动较为明显；且当地面给电动车的激振力在4 Hz～30 Hz之间时会引起共振。由于该电动车的工作地点多在室内，例如仓库、超市、车间等，工作路面情况较好。因此，通常情况下地面给电动车的激振力频率小于4 Hz，也就是说该电动车在正常的工作情况下不容易发生共振。

2.2  车身在转弯工况下的模态分析

 电动车满载转弯时，车身将受到离心力作用而产生侧向载荷，作为近似计算，本文通过对横向（y轴正方向）施加一个侧向加速度0. 5g来模拟转弯工况。利用ANSYS对电动车车身进行模态分析并提取前10阶振型。车身在转弯工况下各阶频率及相应的振型情况如表2所示。

 经分析可知，第1阶是工作台发生了左右摆动；第2阶是工作台发生了前后晃动；第3阶是工作台发生了扭转；第4阶是工作平台发生了上下起伏；第5阶是平台和剪叉臂发生左右扭转变形；第6阶是平台前部上下摆动；第7阶是剪叉臂左右晃动，平台未出现明显变化；第8阶是剪叉臂与平台均发生了晃动；第9阶是内侧剪叉臂发生扭转；第10阶是外侧剪叉臂发生扭转。

 由发生变形的位置和数值可得出电动车车身在转弯情况下变形不大，不会影响到车的正常工作及运行。同时，也可看出在转弯工况下，电动车发生共振的频率也在4 Hz以上，同理可知．转弯工况下不会发生共振。

2.3制动工况下车身的模态分析

 在实际工作中常常遇到突然加速或减速的情况。此时，对车身进行模态分析也是非常必要的，我们可以通过在车身结构上施加一个纵向加速度0. 5g来模拟此种工况。

 模态分析后，提取车身的前10阶频率和振型进行分析，车身的频率及相应的各阶振型情况如表3所示。

 由表3可以看出，第1阶为工作台左右晃动；第2阶为工作台前后晃动；第3阶为工作台发生扭动；第4阶为工作台上下浮动；第5阶为工作台左右扭动且边缘部位翘起，变形较明显；第6阶是工作台前部上下摆动；第7阶是剪叉臂左右晃动；第8阶是剪叉臂及工作台左右摆动；第9阶是剪叉臂及工作台扭动；第10阶是剪叉臂扭动，且两副剪叉臂连接部位变形较大。

 由电动车发生共振的频率以及发生变形的最大值可以看出，该电动车在制动情况下其变形量在允许范围内，且不易发生共振。

3结束语

 (1)通过对电动车在3种工况下的模态分析可以得到该车在水平弯曲、转弯和制动工况下的各阶固有频率和振型，以及各阶频率下该车发生变形的部位及变形量。

 (2)总结模态分析结果，该车在正常作业及运行情况下不会发生较大变形，且不易发生共振，能够保证在正常工作中具有良好的平稳性和安全性。因此，该电动车车身设计较为合理。对仓储管理纯电动车进行设计分析研究具有一定的现实意义，为电动汽车的产业技术提升和全面示范性应用提供了强大的技术推动作用。