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[摘 要]本文根据公司实际项目暴露的产品质量问题，针对该项目的特殊性，基于ANSYS软件对现有载荷台的结构形式进行结构分析，为现有的载荷台结构形式提供理论论证，保证后续项目可靠性投入使用，为后续堆垛机载荷台的设计和选用提供一定的借鉴参考。
[关键词]ANSYS；載荷台；结构设计
中图分类号：TH246 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）39-0367-01
1 背景介绍
我司主要从事自动化立体仓库和物料搬运系统工程，目前已在国内外能源石化、食品饮料、医药、日化百货、档案销毁、国土资源等行业完成了多个项目。
自动化立体仓库，也叫自动化立体仓储，利用立体仓库设备可实现仓库高层合理化，存取自动化，操作简便化。堆垛机是自动化立体仓库系统中的核心设备，主要有底架、立柱、载荷台等主要部件组成；堆垛机在库区内可进行水平、升降复合往复运动，根据上位指令自动到达指定货位，通过货叉的伸缩和提升机构的微升降完成对进出库的托盘的移载和搬运作业。为货库提供全面的现代化的仓储服务，从而极大提高货物储存和通过能力。
2017年我司某项目堆垛机在交付甲方使用一年左右的时间后，载货台底框架发现了焊缝断裂的情况，如下图，断裂发生在底框架的方管对接处底面焊缝，安装安全钳的左侧发生，另外一侧未见焊缝断裂情况：
2 项目工况
2.1项目堆垛机工况
a，行走速度：120m/min；b，行走加速度：0.3m/s?；c，提升速度：30m/min；d，提升加速度：0.35m/s?
该工况属于堆垛机常规工况；
2.2载货台承载工况：
a. 货物单元大尺寸大：2500（L）×1200（W），货物规格长度超出常规项目1600mm；b. 载荷偏大：载荷1500KG，比常规的1000-1200重量略高；
2.3载货台使用工况：
a. 正常工况：货叉完全伸出并装载额定载荷的货物。b. 紧急工况：安全钳动作，载货台依靠安全钳夹紧固定在立柱上。
3 理论分析
1. 载货台模型的建立
对载荷台进行整体建模，不包括货叉，建立的有限元模型。
1.1 单元
主要采用ANSYS/STRUCTURE11.0中的壳单元Shell63建模。
1.2 单位制
模型采用T、mm、s、MPa、N单位制。
1.3 材料及其属性
1.4 约束与载荷的施加
约束
当堆垛机提升钢丝绳松开时，安全钳夹紧动作，在上下导向轮及左右导轮中心处施加X和Z方向两个方向的位移约束；并且在安全钳处施加全约束。
载荷
载荷台重872kg，模型重量约为590.7kg，采用密度等效原则来实现模型重量与实际重量相等。货物重量为1500kg，货叉重量约885kg未伸出，将未建模的货物和货叉的重量等效成集中载荷施加，考虑0.5m/s2的制动加速度，则：F=（1500+885）×（10+0.5）=25043N。
2.理论计算
2.1载货台的使用工况分为：
1）正常工况：货叉完全伸出并装载额定载荷的货物。2）紧急工况：安全钳动作，载货台依靠安全钳夹紧固定在立柱上。
2.2计算内容：
1）挠度变形；2）应力分布
2.3 紧急工况（0.5m/s?的制动加速度）
a. 挠度校核：
1）最大位移：10.5mm，2）最大位移处：载荷台没有安全钳的一端。3）安全系数：18.32/10.5=0.79
b. 应力校核
1）最大应力：348MPa>235MPa，大于材料的屈服强度极限。2）最大应力处：底框架方管对接处焊缝位置。
4 结论
1）载货台焊缝质量问题，此处焊缝内部可能有夹渣等焊接缺陷。2）横梁焊接时应力集中，且未消除。3）安全钳动作时工况恶劣，多次后导致裂缝撕裂。
5 优化方案
方案一：
1. 方案说明：
a. 将载货台底板更改为连接框架三根方管的筋板。
b. 将侧封板更改为连接板，连接对接的两根方管。
2. 方案校核：
a. 最大应力： 348→221MPa，且小于材料屈服强度极限。
b. 最大应力处：底框架方管对接处上部焊缝。
方案二：
1. 方案说明：
底框架方管连接处增加筋板。
2. 方案校核：
a. 最大应力：348→215MPa
b. 最大应力处：侧框架的安全钳安装板处与侧框架连接的焊缝处。
6 总结
经过理论分析，引起该项目载货台焊缝撕裂的主要原因是应力集中，本文提供两种可操作性性的强的解决办法，供后续相同或相近结构的设计提供参考。针对项目的特殊性，在载货台应力集中处合理选用优化方案，为项目质量提供有效的理论支持。
[关键词]ANSYS；載荷台；结构设计
中图分类号：TH246 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）39-0367-01
1 背景介绍
我司主要从事自动化立体仓库和物料搬运系统工程，目前已在国内外能源石化、食品饮料、医药、日化百货、档案销毁、国土资源等行业完成了多个项目。
自动化立体仓库，也叫自动化立体仓储，利用立体仓库设备可实现仓库高层合理化，存取自动化，操作简便化。堆垛机是自动化立体仓库系统中的核心设备，主要有底架、立柱、载荷台等主要部件组成；堆垛机在库区内可进行水平、升降复合往复运动，根据上位指令自动到达指定货位，通过货叉的伸缩和提升机构的微升降完成对进出库的托盘的移载和搬运作业。为货库提供全面的现代化的仓储服务，从而极大提高货物储存和通过能力。
2017年我司某项目堆垛机在交付甲方使用一年左右的时间后，载货台底框架发现了焊缝断裂的情况，如下图，断裂发生在底框架的方管对接处底面焊缝，安装安全钳的左侧发生，另外一侧未见焊缝断裂情况：
2 项目工况
2.1项目堆垛机工况
a，行走速度：120m/min；b，行走加速度：0.3m/s?；c，提升速度：30m/min；d，提升加速度：0.35m/s?
该工况属于堆垛机常规工况；
2.2载货台承载工况：
a. 货物单元大尺寸大：2500（L）×1200（W），货物规格长度超出常规项目1600mm；b. 载荷偏大：载荷1500KG，比常规的1000-1200重量略高；
2.3载货台使用工况：
a. 正常工况：货叉完全伸出并装载额定载荷的货物。b. 紧急工况：安全钳动作，载货台依靠安全钳夹紧固定在立柱上。
3 理论分析
1. 载货台模型的建立
对载荷台进行整体建模，不包括货叉，建立的有限元模型。
1.1 单元
主要采用ANSYS/STRUCTURE11.0中的壳单元Shell63建模。
1.2 单位制
模型采用T、mm、s、MPa、N单位制。
1.3 材料及其属性
1.4 约束与载荷的施加
约束
当堆垛机提升钢丝绳松开时，安全钳夹紧动作，在上下导向轮及左右导轮中心处施加X和Z方向两个方向的位移约束；并且在安全钳处施加全约束。
载荷
载荷台重872kg，模型重量约为590.7kg，采用密度等效原则来实现模型重量与实际重量相等。货物重量为1500kg，货叉重量约885kg未伸出，将未建模的货物和货叉的重量等效成集中载荷施加，考虑0.5m/s2的制动加速度，则：F=（1500+885）×（10+0.5）=25043N。
2.理论计算
2.1载货台的使用工况分为：
1）正常工况：货叉完全伸出并装载额定载荷的货物。2）紧急工况：安全钳动作，载货台依靠安全钳夹紧固定在立柱上。
2.2计算内容：
1）挠度变形；2）应力分布
2.3 紧急工况（0.5m/s?的制动加速度）
a. 挠度校核：
1）最大位移：10.5mm，2）最大位移处：载荷台没有安全钳的一端。3）安全系数：18.32/10.5=0.79
b. 应力校核
1）最大应力：348MPa>235MPa，大于材料的屈服强度极限。2）最大应力处：底框架方管对接处焊缝位置。
4 结论
1）载货台焊缝质量问题，此处焊缝内部可能有夹渣等焊接缺陷。2）横梁焊接时应力集中，且未消除。3）安全钳动作时工况恶劣，多次后导致裂缝撕裂。
5 优化方案
方案一：
1. 方案说明：
a. 将载货台底板更改为连接框架三根方管的筋板。
b. 将侧封板更改为连接板，连接对接的两根方管。
2. 方案校核：
a. 最大应力： 348→221MPa，且小于材料屈服强度极限。
b. 最大应力处：底框架方管对接处上部焊缝。
方案二：
1. 方案说明：
底框架方管连接处增加筋板。
2. 方案校核：
a. 最大应力：348→215MPa
b. 最大应力处：侧框架的安全钳安装板处与侧框架连接的焊缝处。
6 总结
经过理论分析，引起该项目载货台焊缝撕裂的主要原因是应力集中，本文提供两种可操作性性的强的解决办法，供后续相同或相近结构的设计提供参考。针对项目的特殊性，在载货台应力集中处合理选用优化方案，为项目质量提供有效的理论支持。