利用ANSYS有限元分析軟件，對(duì)SCS系列地磅秤臺(tái)的靜態(tài)特性進(jìn)行分析。通過(guò)分 析地磅秤臺(tái)的結(jié)構(gòu)特性和受載狀況，建立地磅秤臺(tái)的三維實(shí)體模型。在實(shí)體建模的基礎(chǔ)上根 據(jù)計(jì)算規(guī)模，采用條件共軛梯度法對(duì)地磅秤臺(tái)多種工況進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)地磅超載狀態(tài)下進(jìn)行 限承載校核。通過(guò)后處理，發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題并提出改進(jìn)建議。

　　1.引言

　　近年來(lái)，作為大型稱重計(jì)量設(shè)備的地磅越來(lái) 越廣泛地應(yīng)用于工礦企業(yè)、交通運(yùn)輸、港口、倉(cāng)庫(kù)等 各個(gè)部門(mén)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，運(yùn)輸車(chē)輛類型不斷增 多，裝載能力不斷提高，對(duì)地磅的承載能力也提出 了更高的要求。

　　傳統(tǒng)的地磅臺(tái)面結(jié)構(gòu)和剛度分析方法是把地磅簡(jiǎn)化成一簡(jiǎn)支梁111。這種簡(jiǎn)化方法計(jì)算簡(jiǎn)單， 在許多地磅制造企業(yè)的設(shè)計(jì)和校核計(jì)算中還廣泛 采用，但因?yàn)槟Ｐ瓦^(guò)于簡(jiǎn)化導(dǎo)致zui結(jié)果不可靠。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，有限元分 析方法不斷完善，并逐漸成為結(jié)構(gòu)力學(xué)分析中強(qiáng)有 力的工具。在滿足強(qiáng)度要求的前提下，進(jìn)行優(yōu)化設(shè) 計(jì)，減輕地磅的整體質(zhì)量。

　　2.秤臺(tái)分析

　　2.1 秤臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸

　　(1)秤臺(tái)總體結(jié)構(gòu)及參數(shù)

　　為制造加工、運(yùn)輸及安裝方便，增強(qiáng)整體剛性， SCS-50系列汽車(chē)衡秤臺(tái)采用三臺(tái)面搭接結(jié)構(gòu)，利 用中節(jié)上的托板和兩邊端節(jié)上的搭板搭接在一起. 下面是某企業(yè)SCS-50系列汽車(chē)衡秤臺(tái)的主要技術(shù) 參數(shù)：

　　稱量重量/t 50

　　稱量方式 靜態(tài)整車(chē)計(jì)量

　　臺(tái)面總體結(jié)構(gòu)尺寸/m15X 3X 0.3

　　傳感器數(shù)量只 8

　　秤臺(tái)中節(jié)結(jié)構(gòu)及尺寸

　　SCS — 50系列地磅中節(jié)主要由縱向6根槽 鋼、橫向2根槽鋼組成，上下焊接鋼板，槽鋼間均布 肋板，形成箱形結(jié)構(gòu)?？傮w尺寸為5 mX 3 mX 0. 3 m。地磅秤臺(tái)中節(jié)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

　　2.2技術(shù)要求

　　在生產(chǎn)實(shí)踐中，地磅主要以剛度指標(biāo)作為重 要設(shè)計(jì)依據(jù)，本文也是以剛度指標(biāo)作為主要校核 指標(biāo)。在車(chē)輛滿載通過(guò)秤臺(tái)過(guò)程中，當(dāng)后輪行至秤 臺(tái)縱向中間位置時(shí)產(chǎn)生的秤臺(tái)彎曲變形zui大。此時(shí) 條件zui為惡劣，秤臺(tái)結(jié)構(gòu)必須滿足此時(shí)的剛度要求。 按地磅秤臺(tái)行業(yè)慣例，秤臺(tái)承受額定載荷時(shí)的允 許zui大彎曲變形不得超過(guò)秤臺(tái)縱向長(zhǎng)度的1/800 ~ 1/1 000，從安全角度出發(fā)，取縱向長(zhǎng)度的1 h 000作 為校核指標(biāo)，即5 mm。利用ANSYS*的后處理 能力，同時(shí)也能兼顧其強(qiáng)度要求。

　　2.3受載工況

　　隨著運(yùn)輸車(chē)輛類型的增多，裝載能力的提高，地磅原有用戶希望已安裝的地磅能在特殊情況下 偶爾過(guò)載稱重。因此，先對(duì)額定承載50 t時(shí)進(jìn)行 了常規(guī)校核，然后，應(yīng)用戶的特殊要求，考慮到原有 地磅秤臺(tái)具有比較大的安全系數(shù)，試著對(duì)其限 承載100 t進(jìn)行了校核。分別按以下2種工況進(jìn)行 分析。

　　(1)承重50 t時(shí)受載工況

　　雙后橋載重車(chē)輪距1. 8 m軸距1.2 m,單個(gè)輪 胎著地寬度0. 3 m,縱向著地長(zhǎng)度0. 4 m,每側(cè)2個(gè) 輪胎。受載位置如圖2(a)涂黑部分所示。

　　(2)承重100t時(shí)受載工況

　　重型載重車(chē)輛為4后橋結(jié)構(gòu)，其它建模尺寸不 變，受載位置如圖2(b)涂黑部分所示.

　　3.秤臺(tái)有限元模型建立

　　3.1實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分

　　ANSYS提供了 2種生成模型的方法:實(shí)體建模 和直接生成模型。由于實(shí)體建模相對(duì)處理的數(shù)據(jù)較 少而精度較高，便于幾何改進(jìn)和單元類型的變化，這 也使下一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)更加方便。對(duì)于龐大或復(fù)雜

　　的模型尤其是三維實(shí)體模型更加適合.所以對(duì)干地磅秤臺(tái)的靜態(tài)特性分析采用實(shí)體建模。

　　整個(gè)秤臺(tái)除支撐鐵是35鋼以外，其余材料都是 Q235所以，選定彈性模量為2X 1011，泊松比為 0.27。由于蓋板與槽鋼及肋板焊接處情況較復(fù)雜且 厚薄不一，采用10節(jié)點(diǎn)的4面體單元SOLID92進(jìn)行 網(wǎng)格劃分。

　　由于受載面不同，按同樣參數(shù)劃分網(wǎng)格。承載 50 t與100 t時(shí)得到的單元及節(jié)點(diǎn)數(shù)并不相同。具 體數(shù)值如表1所示。

　　3.2加載及約束處理

　　為了使加載更加符合實(shí)際情況，考慮在車(chē)輪位 置設(shè)計(jì)出加載面，采用底面積與加載面相同的正方 體與秤臺(tái)粘接，然后刪除正方體結(jié)果可得到所需要 的可傳遞載荷的加載面。

　　地磅秤臺(tái)實(shí)際工作時(shí)，由限位器進(jìn)行水平方 向限位。建立約束條件時(shí)，把限位器簡(jiǎn)化為兩側(cè)面 限位約束，即秤臺(tái)側(cè)面進(jìn)行Ux, Uz限制，傳感器支 撐處進(jìn)行豎直方向約束，即進(jìn)行Uy限制。這樣建 立的約束條件，對(duì)計(jì)算結(jié)果的相對(duì)位移及應(yīng)力都沒(méi)有影響。

　　3.3求解

　　由于模型尺寸較大，節(jié)點(diǎn)及單元數(shù)多，并通過(guò)分 析比較，又考慮到計(jì)算規(guī)模，zui選擇條件共軛梯度 自動(dòng)迭代法，精度定為1級(jí)，相當(dāng)于公差1.0X 10—4。

　　4.后處理及結(jié)果分析

　　通過(guò)后處理對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析得到，加載50 t 時(shí)zui大變形2.8 mm,zui大等效應(yīng)力298 MPa。加載 100 t時(shí)zui大變形3.5 mm發(fā)生在車(chē)輪與秤臺(tái)面接觸 處，屬于局部變形，不影響精度。而整體zui大變形發(fā) 生在秤臺(tái)縱向中間位置處，zui大變形均小于5 mm 滿足要求。但在100 t載荷下有2點(diǎn)的zui大等效應(yīng) 力分別為333.6 MPa和320. 6 MPa均在承重鐵處， 都超過(guò)了 35鋼的屈服限315 MPa(見(jiàn)表1)。

　　因此，從數(shù)值上看剛度條件均滿足要求，但加載 100 t時(shí)有2點(diǎn)超過(guò)屈服限強(qiáng)度。因此，建議在新 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中要增大承重鐵與傳感器的接觸面積，以 滿足各種超負(fù)荷受載，并建議在實(shí)際使用時(shí)應(yīng)盡量 避免過(guò)載。從受載工況可以看出，承重100 t時(shí)，車(chē) 輪增多，承載面積增大且均勻分布在整個(gè)秤臺(tái)面上。 在這種情況下，強(qiáng)度指標(biāo)將取代剛度指標(biāo)，成為主要 校核指標(biāo)。

　　5.結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)采用有限元法對(duì)地磅秤臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài) 特性分析，其結(jié)果比傳統(tǒng)的簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁法更準(zhǔn)確、 可靠，并可以獲得傳統(tǒng)方法難以分析的局部區(qū)域應(yīng) 力分布及變形。如車(chē)輪與秤臺(tái)接觸處、承重鐵與傳 感器支撐處，而這些區(qū)域往往又是危險(xiǎn)部位。本文 分析結(jié)果為大型秤臺(tái)設(shè)計(jì)提供了有價(jià)值的參考，在 實(shí)際應(yīng)用中取得了令人滿意的結(jié)果，為企業(yè)帶來(lái)了 顯著的經(jīng)濟(jì)效益。