钢制折叠式托盘箱回收成本低，广泛应用于食品、化工等行业，目前已成为主要物流运输工具。为了进一步降低回收成本，折叠式托盘箱的底盘高度被设计得越来越小，折叠后周转时托盘箱发生脱落已成为这类产品的典型问题。脱落的托盘箱的底盘横梁可能发生较大的塑性变形，影响托盘箱周转使用。
近年来，随着计算机技术的发展，计算机辅助工程(CAE)技术取得突飞猛进的进展，运用CAE技术进行产品设计和优化已成为机械行业的发展趋势。本文针对钢制折叠式托盘箱堆码脱落的典型问题，结合CAE技术进行分析、优化及验证，说明CAE技术对解决工程实际问题的重要意义。
1．问题原因
堆码脱落是钢制折叠式托盘箱的典型问题，通常在箱体折叠后周转时发生。折叠式托盘箱通常由底盘和4个端板组成，端板可折放在底盘上进行周转运输。底盘的角部设有立柱，每端的2个立柱通过横梁连接(见图1)。折叠后堆放时，上层托盘箱搭在下层托盘箱的立柱上，由下层托盘箱的立柱承受上层托盘箱的重量(见图2)。研究发现，托盘箱底盘某端横梁的抗弯刚度相对较弱。折叠后周转时，如果叉车通过抗弯刚度较弱的横梁将多层托盘箱叉起运输，则运输过程中的颠簸可能导致横梁与叉齿碰撞，造成横梁弯曲变形，立柱间距增大，进而导致上层托盘箱脱落。
图1折叠式托盘箱的底盘结构
图2多层折叠式托盘箱堆码叉举示意
2．解决方案及比较
2．1解决方案
针对上述问题，制订以下3种解决方案：
方案A：在底盘横梁上端增加厚3mm的通长加强板(见图3)；
图3方案A结构示意
方案B：在底盘横梁上端增加厚4 mm的通长加强板，并在加强板两端增加小拉筋板(见图4)；
图4方案B和C结构示意
方案C：加强形式同方案B，加强板厚度改为3mm。
2．2方案比较
运用CAE技术比较以上3种方案的优劣，分析形式为动态冲击模拟，流程如下：
(1)前处理 包括建立或读取需要分析的几何模型、指定单元类型、指定材料本构关系和模型离散化等。
(2)工况模拟设置 包括设定初速度和加速度及定义接触。
(3)定义求解相关卡片 较重要的几个卡片包括接触控制(Control Contact)、指定积分步长(Control_Timestep)和定义结果输出步长(Database_D3plot)等。
(4)求解
(5)结果后处理与分析分析 工况设置如下：模拟9个折叠后的托盘箱倾斜堆放，倾斜角度设置为绕长度和宽度方向各旋转2 ，将叉齿水平放置，确保底盘抗弯刚度较弱端横梁正对叉齿位置有30mm的高度差，整摞托盘箱自由下落。针对上述工况，可将问题简化为最底层托盘箱底盘的跌落冲击分析，通过比较底盘立柱间距的增量确定方案的优劣。
通过CAE技术分析得出，在跌落冲击的过程中，方案B的底盘立柱间距增量峰值最小，所以方案B为最优方案。根据该方案制作样品，并进行试验，结果表明，该方案能够有效解决钢制折叠式托盘箱的堆码跌落问题，达到预期效果。
3．结束语
在产品设计和优化过程中应用CAE分析工具，可大大节省工作时间，提高工作效率，同时降低成本，提高产品可靠性。