淺談叉車主體結(jié)構(gòu)模態(tài)與減振設(shè)計

摘 要：隨著叉車研制領(lǐng)域不斷取得新的成果，振動帶來的叉車壽命和舒適度危害日漸受到業(yè)界重視，基于此，本文就叉車主體結(jié)構(gòu)試驗模態(tài)展開分析，并提出了叉車主體結(jié)構(gòu)減振設(shè)計，希望減振設(shè)計所應用的“反問題”方法、STAR MODAL軟件能夠為相關(guān)業(yè)內(nèi)研究人員帶來一定啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：叉車；主體結(jié)構(gòu)；減振設(shè)計；STAR MODAL軟件

叉車在倉庫、港口等物流集散地有著極為廣泛的應用，但我國叉車行業(yè)因起步時間相對較晚、相關(guān)研究缺乏，卻始終只能夠占據(jù)低端叉車市場，而為了設(shè)法扭轉(zhuǎn)這一叉車行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，叉車舒適度、性能的提升就必須得到業(yè)界的重視，而這也是本文就叉車主體結(jié)構(gòu)模態(tài)與減振設(shè)計展開具體研究的原因所在。

1 叉車主體結(jié)構(gòu)試驗模態(tài)分析

（1）模態(tài)參數(shù)辨識。

模態(tài)參數(shù)辨識過程可以概括為：假定數(shù)學模型→同樣激勵假定模型與實際系統(tǒng)→比較二者誤差→調(diào)整假設(shè)模型至誤差最小，結(jié)合這一理念即可通過振動微分方程M+C+Kx=f實現(xiàn)叉車結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的描述，這里的M、C、K、f分別代表質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣、剛度矩陣、外力適量，最終即可得出頻響函數(shù)矩陣與各階模態(tài)參數(shù)的關(guān)系，這一關(guān)系具體表示為[1]：

這里的H（ω）指的是頻響函數(shù)矩陣，而模態(tài)參數(shù)的頻域辨識則需要應用導納圓辨識法與最小二乘迭代法。

（2）模態(tài)測試系統(tǒng)。

模態(tài)測試系統(tǒng)的步驟可以概括為：確定測試方案→組建測試系統(tǒng)→數(shù)據(jù)分析處理，具體內(nèi)容如下：a.確定測試方案。測試方案需要實現(xiàn)懸掛條件、激勵的確認，本文的懸掛條件確定采用了模擬實際情況支撐車架的方式，車架需要放置在模擬車輪的橡膠墊上；激勵需要在結(jié)構(gòu)的某些點上施加激勵，結(jié)合Maxwell互異性原理，本文確定了應用錘擊法的單點拾振、多點激勵獲取不同測點的頻響函數(shù)。b.組建測試系統(tǒng)。測試系統(tǒng)由信號放大器、力錘、加速度傳感器、信號分析儀組成，下圖為試驗模態(tài)分析系統(tǒng)，由此每次激勵即可得到三個方向的頻率響應。c.組建測試系統(tǒng)。采樣頻率設(shè)置為32kHz、采樣點數(shù)2048，由此即可得出頻響函數(shù)頻率分辨率設(shè)置為f=f0N=32002048=1.56Hz，而應用STAR MODAL軟件中的MODAL ANALYSIS模塊，即可通過測點直角坐標生成結(jié)構(gòu)模型[2]。

（3）車架模態(tài)測試。

車架采用模擬實際工作狀態(tài)支撐，通過左右和前后兩個方向激勵，即可得出車架頻率響應，而由此開展進一步的試驗模態(tài)分析，即可得出后圍板與擋泥板上下擺振、后部整體上下擺振、后圍板上下擺振等部位的固有頻率，其中三者的固有頻率分別為24.21Hz、63.94Hz、97.35Hz，由此可見擋泥板和后圍板局部振動的體現(xiàn)較為明顯。

2 叉車主體結(jié)構(gòu)減振設(shè)計

（1）主體結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。

本文開展的叉車主體結(jié)構(gòu)減振設(shè)計采用了“反問題”方法，即為了令系統(tǒng)動力響應達到要求，進行相應質(zhì)量等參數(shù)的修改，而結(jié)合上文中開展的試驗模態(tài)分析，即可得出修改后的系統(tǒng)質(zhì)量矩陣M=M0+ΔM和剛度矩陣K=K0+ΔK，而結(jié)合坐標變換進行運動方程組解耦，即可判斷修改是否能夠滿足叉車主體結(jié)構(gòu)的減振需要。

結(jié)合STAR MODAL軟件具備的構(gòu)件質(zhì)量、剛度、阻尼修改功能，即可重點就車架擋泥板和后圍板進行修改，而通過加強車前后兩部分8個測定的剛度并開展反復測試，最終擋泥板部分剛度與后圍板部分剛度分別加強了1e+5N/m、1e+6N/m，且剛度的加強方向為左右，下表為模型改進前后固有頻率比較，結(jié)合該表能夠清楚發(fā)現(xiàn)，車架擋泥板和后圍板的改進能夠有效避免同時共振，30～40Hz的固有頻率被消除，方案的實踐價值由此得到了較好保證。

為了進一步驗證叉車主體結(jié)構(gòu)減振設(shè)計的可行性，試驗用叉車上擋泥板和后圍板處分別加上加勁筋，這樣就能夠結(jié)合叉車實際結(jié)構(gòu)空間、工藝條件，并避免對叉車本身結(jié)構(gòu)帶來影響。

（2）優(yōu)化后的振動測試。

結(jié)合剛剛進行的叉車主體結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法論述，即可進行叉車的試制，這一試制過程除了改動部位外，其他均保持與原測試叉車一致，而在對改進后的叉車進行振動信號測試中發(fā)現(xiàn)，改進后的叉車實現(xiàn)了如下四方面的變化：a.護頂架振降低。振動幅值明顯減少，人體感受出現(xiàn)了明顯降低。b.護頂架前后振動明顯降低。振動方向仍為前后振動，但第2模態(tài)共振現(xiàn)象基本消除。c.護頂架振動峰值頻率發(fā)生較大變化。同時共振因車架與護頂架固有頻率不在接近而消除。d.護頂架最大振動信號47Hz。由此可見叉車振動能量不大，而由于人類對這一振動頻率的敏感度較低，叉車的舒適度將由此實現(xiàn)大幅提升?？偟膩碚f，本文研究的叉車主動結(jié)構(gòu)減振設(shè)計有效降低了研究用叉車的振動水平，并切實提高了該叉車的舒適度。

3 結(jié)論

綜上所述，本文研究實現(xiàn)了叉車主體結(jié)構(gòu)的減振設(shè)計。而在此基礎(chǔ)上，本文所涉及的擋泥板部分剛度與后圍板部分剛度加強減振設(shè)計實現(xiàn)的試驗用叉車振動水平降低，則直觀證明了研究具備的實踐價值。因此，在相關(guān)領(lǐng)域的理論研究與實踐探索中，本文研究內(nèi)容便可以作為重要參考。

參考文獻：

[1]吳小峰，梁長佳，田紅周，李戈操.某叉車用手制動結(jié)構(gòu)怠速減振優(yōu)化設(shè)計[J].工程機械，2014，4505：4043+3.

[2]楊鷗.TRIZ方法在叉車后橋減振上的應用[J].起重運輸機械，2015，06：2628.

作者簡介：陳開強（1984），男，廣西欽州人，本科，研究方向：機械工程。