ANALYSIS OF STRENGTH OF A FORK OF THE FORKLIFT  BY NUMERICAL METHODS

V.V. Strelbitskyi; L.V. Bovnegra; A.V. Pavlyshko

doi:10.34185/1562-9945-3-146-2023-04

Автор(и)

V.V. Strelbitskyi
L.V. Bovnegra
A.V. Pavlyshko

DOI:

https://doi.org/10.34185/1562-9945-3-146-2023-04

Ключові слова:

forklift, forks, stresses, finite element analysis, FreeCAD

Анотація

Навантажувачі - це промислові силові машини, які називають навантажу-вачами або вилочними навантажувачами, котрі мають дві вилки. Їх широко ви-користовують на складах, будівельних майданчиках, у морських портах, суперма-ркетах та ін.. Їх можуть експлуатувати від декількох годин на день до 24 годин на добу, 7 днів на тиждень, як в приміщенні, так і на відкритому повітрі. На проду-ктивність та надійність навантажувача впливають конструкція та деталі, по-в'язані з вилкою, яка відповідає за надійне транспортування вантажу. На сього-дні при дослідженні напруженого стану конструкцій в галузі машинобудування широко використовують чисельні методи розрахунку, а саме моделювання мето-дом скінчених елементів (МСЕ). Аналіз робіт з визначення статичних напру-жень у конструкціях вилочних навантажувачів з використанням МСЕ показав, що похибка між результатами аналізу і випробувань не перевищила 10%. На-пруження у вилах залежать від умов їх кріплення, навантаження і конструкції. У статті виконано аналіз напруженого стану вил вилочного навантажувача за до-помогою методу кінцевих елементів у безкоштовному програмному забезпеченні FreeCAD, який є результатом довгострокової активної співпраці між розробни-ками та користувачами. Безкоштовне програмне забезпечення простіше в обслу-говуванні та доступне для більшої кількості людей. Вилка виготовлена з констру-кційного матеріалу - сталі 40Х. Було встановлено, що напруження у в області округлення кореня вилки є максимальні та складають 128 МПа. Для зменшення напружень було запропоновано збільшити радіус з 25 м до 35мм та 45 мм. Прове-дені чисельні експерименти показали, що при збільшенні радіуса з 25 до 45 мм призводить до зменшення напружень у 1,1...1,15 рази, що узгоджується з теорією базової механіки про те, що концентрація напружень може легко призвести до втомного руйнування конструкції.

Посилання

Pantazopoulos G. Analysis of abnormal fatigue failure of forklift forks / G. Panta-zopoulos, A., Vazdirvanidis, A. Rikos, A. Toulfatzis // Case Studies in Engineering Failure Analysis. – 2014. – Т. 2. – №. 1. – pp. 9-14.

Massone J. M., Boeri R. E. Failure of forklift forks / J. M. Massone, R.E. Boeri // Engineering failure analysis. – 2010. – Т. 17. – №. 5. – pp. 1062-1068.

Jigh B.H.G. Low cycle fatigue analyses of open-celled aluminum foam under com-pression–compression loading using experimental and microstructure finite ele-ment analysis / B.H.G. Jigh, H. Hosseini-Toudeshky, M.A. Farsi //Journal of Alloys and Compounds. – 2018. – Т. 797. – pp. 231-236.

Zhen C. Numerical and Experimental Study on Trimaran Cross-Deck Structure’s Fatigue Characteristics Based on the Spectral Fatigue Method / C. Zhen, G. Feng, T. Wang, P. Yu //Journal of Marine Science and Engineering. – 2019. – Т. 7. – №. 3. – p. 62.

Deshmukh P. Impact of shifting load centers on the stability of the forklift / P. Deshmukh, G.K. Wadhwa //International Journal of Computer Engineering in Re-search Trends. – 2018. – Т. 5. – №. 4. – pp. 92-97.

Zhou Y. Theoretical and numerical investigation of stress mode shapes in multi-axial random fatigue / Y. Zhou, J. Tao // Mechanical Systems and Signal Processing. – 2019. – Т. 127. – pp. 499-512.

Strelbitskyi V., Bovnegra L., Punchenko N. Application of free software FreeCAD for modelling and analysis of generated stresses of Jib crane beam. INFORMATION SYSTEMS AND TECHNOLOGIES IST-2021. Proceedings of the 10-th International Scientific and Technical Conference, Kharkiv - Odesa, Ukraine, September 13-19, 2021, pp.131-135.

Florescu V. Sescu-Gal Research on the Parameters Influencing the Numerical Analysis of the Fatigue Behaviour of a Forklift-ARM / V. Florescu, S. Mocanu, A. Neagu C. //Romanian Journal of Transport Infrastructure. – 2021. – Т. 10. – №. 1. – pp. 1-10.

Sequeira A.A. Design and Fabrication of Battery Operated Forklift/ A.A. Sequei-ra, S. Mohammed, A.A. Kumar, M. Sameer, Y.A. Kareem, K.H. Sachidananda //Journal Européen des Systèmes Automatisés. – 2019. – Т. 52. – №. 6. – pp. 569-574.

Zhang E. Structural optimization of forklift fork based on numerical simulation and mathematical modeling of stress and fatigue / E. Zhang, J. Zhuo, Z. Liu, T. Guo //Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería. – 2020. – Т. 36. – №. 1. – pp.1-12.

Akin J. E. Finite element analysis concepts: via SolidWorks. – World Scientific, 2010. - 313 p.

Xu X. Fatigue failure of an intermediate transition block in fuel-injection pump fork assembly of a truck diesel engine / X. Xu, Z. Yu, B. Yu //Engineering Failure Analysis. – 2018. – Т. 94. – pp. 13-23.

Gu X, Wang W., Lin N., Zhang G., Gu X. The Finite Element Analysis for Fork Based on ANSYS //2015 International Conference on Electrical, Electronics and Mechatronics. – Atlantis Press, 2015. – pp. 152-154.

Pantazopoulos G. Fatigue failure of steel links operating as chain components in a heavy duty draw bench / G. Pantazopoulos, A. Vazdirvanidis, A. Toulfatzis, A. Rikos //Engineering Failure Analysis. – 2009. – Т. 16. – №. 7. – pp. 2440-2449.

Strelbitskyi V. Eksperymentalne doslidzhennia vplyvu napratsiuvannia ta asy-metrii tsyklu na trishchynostiikist stalei portalnykh kraniv / V.V. Strelbitskyi, O.O. Nemchuk // Herald of Khmelnytskyi National University. – 2020. – № 1. –

pp. 245–248. (In Ukraine)

Manual: What is FreeCAD [Internet resource]. – Режим доступу: https://wiki.freecad.org/FEM_Workbench.

Wang Y. Y. Tensile strain limits of girth welds with surface-breaking defects Part II experimental correlation and validation / Y.Y. Wang, D. Horsley, W. Cheng, A. Glover, M. McLamb, J.Zhou, R. Denys //Pipeline Technology, Proceedings of the 4th International Conference on Pipeline Technology. – 2004. – pp. 9-13.