多台面模块化地磅秤台的有限元分析改进措施

多台面模块化地磅秤台的有限元分析改进措施有哪些呢？

一、秤台结构尺寸、校核指标及受载状况

1.50吨地磅秤台结构分析

为制造加工、运输及安装方便，50吨地磅秤台采用三台面搭接结构，利用中节上的托板和两边端节上的搭板搭接在一起，其主要技术参数为：

（1）称量重量：50吨。

（2）称重方式：静态整车计量。

（3）台面总体结构尺寸：15m*3m*0.3m。

（4）传感器数量：8只。

其中50吨地磅中由纵向6根槽钢、横向两根槽钢，上下焊接钢板，槽钢间均布筋板形成箱型结构，中节的总体尺寸为：5m*3m*0.3m,结构示意图如图1所示。

2.校核指标

生产实践中，地磅是以刚度指标作为重要设计依据的。当车辆满载过秤台时，以后轮行至秤台纵向中间位置时产生的秤体弯曲变形最大，此时载荷为最大，秤台结构必须满足此时的刚度要求，按地磅秤台技术要求，秤台承受额定载荷时的允许最大弯曲不行不得超过秤台纵向长度的1/800至1/1000，从安全角度出发，我们取纵向长度的1/1000作为校核指标，即5mm.

3.加载

随着运输车辆类型的增多，装载能力的提高，地磅原有用户希望已安装的地磅能在特殊情况下偶尔过载承重，前提当然是保证安全。本文先对额定承载50吨时进行常规校核，然后应用户的特殊要求，考虑到原有地磅秤台具有一定的安全系数，对极限承载100吨进行校核分析。分别按以下尺寸简化模型：

（1）承载50吨时承载状况

双后桥载重车轮距1.8米，轴距1.2米，单个轮胎着地宽度0.3米，纵向着地长度0.4米，每侧一般为两个轮胎，加载位置如图2（a）涂黑所示。

（2）承载100吨时承载状况

重型载重车辆一般为四后桥结构，其它建模尺寸不变，加载位置如图2（b）所示。

二、秤台有限元模型建立

1.实现建模及网络划分

ANSYS提供了两种生成模型的方法：实体建模和直接生成模型。由于实体建模相对处理的数据较少，便于几何改进和单元类型的变化，这也便于下一步的优化设计，对于庞大或复杂的模型，尤其是三维实体模型更加合适，所以对地磅秤台的刚度校核我们采用实体建模。

2.加载及约束处理

因秤台面为一大平面，如何按实际情况在车轮处准确加载面力是关键。如直接选平面加载，计算机会选择整个平面，虽然不符合实际，因承载面过大无法反应受力时的恶劣情况。如在车轮位置处选节点承受面力，结果是有限的点去承受整个载荷，结果难免造成应力集中，在车轮位置处选单元载荷，无法只选择其上表面。为了使加载更加符合实际情况，小编考虑在车轮处设计出加载面，设计加载面时注意一个技巧性问题，如直接用面与面粘接，选择加载面加载求解时会出现所选的面为划分网格无法传递载荷的警告。出现这种情况是因为单纯面与面粘接，加载面被视为无质量无体积的理想平面，当然无法传递载荷。

三、求解

由于模型尺寸较大，节点及单元数多，对上述公式求解时不能采用缺省默认的直接解法。考虑到自动迭代法适合线性静态分析，而且会在雅可比共轭梯度法或条件共轭梯度法等解法中自动选择一种合适的迭代法。

四、后处理结果及改进

1.变形结果分析

加载50吨时最大变形2.8mm,最大等效力298MPa,加载100吨时最大变形3.5mm,发生在车轮与秤台面接触处，属于局部变形如图3（a）所示。整体最大变形发生在秤台纵向中间位置处，变形小于最大变形，如图3（b）所示，最大变形均小于5mm,所以刚度指标均满足要求。

2.应力结果分析

最大等效应力333.6MPa,还有一节点处320.6MPa.

3.改进与建议

根据以上分析，特殊情况下为解决超负荷受载问题，从理论上讲可以考虑提高承重铁与传感器的接触面积，但是考虑到更换传感器的可操作性，最终测量值的可靠性以及从最主要的安全角度考虑。建议在实际使用时应尽量避免超负荷受载。