叉車結構設計方式分析與研究

王朋朋/安徽江淮銀聯重型工程機械有限公司

叉車結構設計方式分析與研究

王朋朋/安徽江淮銀聯重型工程機械有限公司

隨著國內叉車制造業的快速發展，對叉車門架的綜合性能也提出更高的要求。然而從現行叉車門架系統應用現狀看，其在系統聲壓峰值的快速提升情況下所產生的噪聲將為人的聽覺系統產生極大危害，這就要求在結構設計中做好優化工作。本文主要對叉車門架系統噪聲產生的機理與危害、叉車門架系統的結構以及優化設計門架系統的具體策略進行探析。

叉車門架系統；噪聲機理；優化設計

叉車運行中系統噪聲問題是當前叉車結構設計面臨的重點與難點。盡管現代較多制造商側重于將噪聲控制技術引入叉車門架系統設計中，但所取得的降噪效果并不明顯，系統運行中仍會產生較多危害聽覺系統的脈沖性噪聲。而產生這種現狀的根源在于結構設計中未做好相關的優化工作，如立柱截面設計或門架高度設計不合理等，其很容易造成系統運行中各構件難以保持平穩運動。因此，本文對叉車門架結構設計研究，具有十分重要的意義。

一、叉車門架系統噪聲產生的機理與危害

門架系統與大多機械設備相同，其噪聲的產生多由于運行中各部件相互摩擦或撞擊而產生。從叉車噪聲產生的來源看，主要表現在傳動系統、液壓系統、發動機以及其他結構構件等方面。以其中傳統系統為例，通常系統運行中有門架鏈條、傳動軸以及變速箱等會出現振動，這些構件在振動中，便會有噪聲出現。再如進氣與排氣系統，一般進氣系統工作狀態下會因空氣與脈動進氣聲的存在而出現渦流聲。同樣，排氣系統中也表現在這些渦流聲方面，且排氣管振動下也會產生噪聲。從叉車噪聲危害情況看，根據相關統計表明，叉車運行中駕駛員可承受75dB左右噪聲值，但一般叉車噪聲嚴重的情況下，噪聲值甚至可達到95dB，這種情況下駕駛員可能出現在暫時聽閾偏移甚至噪聲性耳聾等癥狀。同時，長期工作在叉車噪聲環境下，駕駛員消化系統、神經系統以及心臟等都會受到不同程度的影響。假若駕駛員因噪聲問題存在而難以保證工作效率，可能出現誤操作等行為，進而引發一系列安全事故問題。因此，如何通過結構的優化設計是現行控制門架系統噪聲與提升系統綜合性能的關鍵所在。

二、叉車門架系統結構特點

關于門架系統，其主要在叉車最前端進行裝設，所包含的結構構件以液壓缸、叉架、門架、滾輪以及貨叉等為主。以其中貨叉結構為例，若根據其相對位置變化特點，又可細化為折疊式、整體式兩種類型貨叉，在整個系統中處于取物裝置地位。再如其中的叉架結構，其在功能上主要表現為對貨物升降起到明顯的帶動作用，由滾輪家、焊接框架結構構成。從系統中的門架滾輪結構看，可達到結構尺寸減小的目標。另外，在鏈條構件方面，整個系統中起升缸、叉架兩個部位是鏈條固定的端點，一般可選取其中一端進行螺母與螺栓的裝設，可使鏈條的長度得到控制。目前，國內大多制造商在系統設計中，主要圍繞門架的高度、幾何尺寸以及立柱截面等方面進行設計，確保這些內容設計的合理性，才可真正提升系統運行的綜合性能。

三、優化設計門架系統的具體策略

（一）系統降噪方案研究

噪聲問題的解決關鍵在于使噪聲源得到有效控制。因此，結合噪聲產生機理、部位與結構特點，優化設計中可采取的方案主要包括：

第一，凸輪裝置的優化設計。凸輪裝置的設計主要表現在貨叉架上，可在原有設計基礎上將另一個凸輪裝置設置于立柱滾輪上側，并注意控制凸輪有效半徑，這樣貨叉架與門架立柱之間存在的間隙問題可得到解決，噪聲自然可得到有效控制。

第二，將起升油缸裝設于緩沖帶中。該種方式運用下使液壓缸起降中的速度得以控制，因振動而產生的噪聲也會減緩，同時叉車升降作業中將更為平穩。

第三，槽鋼加工精度的提升。一般門架系統運行中噪聲的出現多因構件間不平衡運動的存在，這就要求做好槽尺寸控制，使滾輪在其中運行中保持一定的平穩性。

（二）優化設計門架立柱的思路

實際優化設計中可采取的優化策略主要表現在兩方面，

第一，優化門架立柱截面。本文在設計中選取的叉車類型主要以2噸蓄電池重式類型為主，其以10mm作為焊縫寬度。而在立柱長度重量方面，在計算過程中需引入鋼板單位體積、焊縫單位體積、鋼板密度、焊縫密度、鋼材重量與焊材重量，分別利用V1、V2、P1、P2、G1與G2進行表示，假定對單位長度重量利用G0表示，有G0=G1+G2=P1V1+P2V2。此時以2.15m作為門架立柱的長度，可計算出內門架與外門架的立柱重量分別為80.34kg、67.26kg。將熱軋成型工藝引入其中，在優化后主要選取與HRB335材質機械性能相同的型材，優化后進行立柱重量計算，可發現采用熱軋成型工藝內門架與外門架的立柱重量分別保持在61.53kg、51.82kg，且相比優化前的焊接截面，整個截面有圓角加設其中，且叉車制造效率得到整體提升，對于規格型號相同的型材，可直接進行批量生產。

第二，注意對熱軋門架型鋼加工中的精度進行合理控制。門架系統中噪聲問題的產生很大程度因裝備精度過低，且這種裝配精度過低問題的存在很容易使滾輪壽命縮短，難以達到高端配套設計要求。對此在設計中需采取的優化流程主要表現在：

1.校正型鋼的扭曲或撓度變形；

2.冷鋸切割；

3.精校型鋼并精銑工作槽面；

4.檢測相關指標包括截面尺寸、結構彎曲度與扭轉度等；

5.包裝并入庫。通過精加工后，熱軋門架型材的成型可使結構因應力而產生的變形問題與內槽尺寸波動得以解決。

四、叉車行業的發展趨勢

（一）國內外叉車行業形勢分析

從國際上看，“雖然最困難的時期已經過去”，但是，由于歐美市場復蘇緩慢，貿易保護主義抬頭，低端產品的出口具有受制于發達國家技術壁壘的趨勢。目前實施的“噪聲指令”“振動指令”，這些法規顯然是充分利用了WTO規則，針對歐盟以外國家的低端產品而制訂的技術貿易壁壘。為叉車出口增加了難度，同時，也反而推動我們的叉車品質向中高端發展。

從國內來看，中國經濟經過下兩年多的增速下滑后，今年下半年后，也出現了企穩回暖的趨勢。今后我國由于兼顧就業和通脹的雙重壓力，GDP總體會長期保持在6～8%的增長區間。過去那種GDP在兩位數字的增長，將會變為歷史。中國即將進入中后期的工業化時代。

（二）國內叉車發展趨勢

叉車出口在穩定歐美市場的同時，逐步轉向新興發展中國家和第三世界。隨著一些叉車企業經營陷入困境，這些企業中的部分企業，由于產品結構相對于其他企業具有互補性，將會被一些有實力的公司兼并重組，實現產品結構的進一步完善。如安徽合力兼并寧波力達。另一部分企業只能自生自滅。行業調整洗牌已經開始。高速發展，必然引發重復建設，最終導致產能過剩。如果我國的經濟增速今后進入平穩增長時期，那么叉車行業的現有產能無法在短期內完全釋放，競爭將愈發激烈。

五、結論

優化叉車門架結構是解決當前叉車運行中噪聲問題的重要途徑。實際優化設計中，應正確認識門架系統噪聲產生的機理與門架結構的主要特征，從門架立柱截面以及熱軋門架加工精度控制等角度著手，使系統噪聲問題得以解決并提高結構整體性能。

[1]孫昌元.叉車門架結構的優化設計與驗證[D].大連理工大學，2013.

[2]徐明迪，柳兆濤，汪正興，周煥林，陳亮.某型叉車門架中橫梁力學性能與結構優化研究[J].應用力學學報，2014，06：