集裝箱空間利用最大化需求下的叉車門架創新設計

文/陳春梅（安徽合力股份有限公司）

集裝箱作業為叉車使用的常用工況，此種工況大多采用三級門架配置各種各樣的屬具，且不配置擋貨架使用，目的就在于要充分利用集裝箱內的空間。而現有門架在對集裝箱這類工況進行操作時，貨叉架采用分離的主滾輪和側滾輪，導致貨叉架立柱板太高，從而使客戶在堆垛最上面一層或者幾層貨物時，貨叉架立柱板會抵到集裝箱頂部，導致門架繼續起升會損壞集裝箱。貨物體積越小，集裝箱空間利用率越低。

針對此問題，通過多次市場調研，對客戶的工況進行歸納總結、分析，制定方案、對方案進行CAE 分析和試驗驗證、跟蹤客戶使用情況，最終使這一問題得以解決。

一、現有結構問題

客戶使用工況如下：圖1 所示為叉車配置三級門架和屬具軟包夾在集裝箱內作業；圖2 所示為叉車配置三級門架和屬具串桿在集裝箱外作業。

圖1 集裝箱內作業

圖2 集裝箱外作業

為了使集裝箱空間最大化利用，需要將貨物在集裝箱內完全裝滿，這時，在操作最上面一層或者幾層時，就要求貨叉架的最高點不能超過所配屬具的最高點，如果叉車進集裝箱內工作，同時要求門架的高度不能超過貨叉架和屬具的最高點，如圖3 所示。

圖3 叉車門架結構示意圖

對以上工況進行分析，此種工況為三級門架自由起升高度走完時作業，不配裝擋貨架，貨叉架為起重系統的最高點，因此，貨叉架的高度都會大于門架的高度，這點容易滿足要求。而貨叉架的高度也會大于屬具的高度，但客戶要求貨叉架的高度要小于屬具的高度，而且有的客戶還會將屬具上的閥類支架拆除以降低屬具的高度，這就要求貨叉架的高度要降得很低。

二、設計方案

如圖4 所示，現有貨叉架由上橫梁1、下橫梁2、側板3、豎板4、掛鏈板5、立柱板6 組焊形成一個框架，并焊接上筋板9 和下筋板8 用以加強框架，立柱板6 最上側開缺口裝配側滾輪11，依次焊接軸頭7 并裝配主滾輪10，焊接復合滾輪軸頭并裝配復合滾輪12，在上橫梁1 上裝配貨叉，貨叉上放置貨物，在下橫梁2 上焊接掛鏈板5，掛鏈板5 用以裝配鏈條，以起吊貨叉架及貨叉和貨物。貨叉架通過滾輪與內門架相連，側滾輪11 和復合滾輪12 內嵌的小側滾輪作用于內門架槽鋼的腹板，當貨叉架受到側向力時，側滾輪11 和復合滾輪12 內嵌的小側滾輪作用于內門架槽鋼的腹板起作用，當貨叉架受到正向力時，主滾輪10 和復合滾輪12 中的主滾輪作用于內門架槽鋼的翼板起作用。側滾輪在內門架槽鋼腹板上上下滾動，主滾輪在內門架槽鋼翼板上上下滾動，從而帶動貨叉架、貨叉以及貨物的上下運行，實現堆垛作業。在一定的行程范圍內，側滾輪11 和最下端的復合滾輪12 內嵌的小側滾輪起作用，此時側滾輪距最大，側滾輪所承受的力就最小；主滾輪10 和最下端的復合滾輪12 中的主滾輪起作用，此時主滾輪距最大，主滾輪所承受的力就最小；超出一定的行程范圍時，側滾輪11 和主滾輪10 會脫離內門架槽鋼，由中間一組復合滾輪和最下端的復合滾輪起作用，此時，主滾輪距和側滾輪距都相對偏小，主滾輪和側滾輪所承受的力相對偏大。這樣布置，讓不同行程范圍由不同的滾輪受力，可以延長滾輪的使用壽命。

圖4 現有貨叉架結構

而此種結構的貨叉架在集裝箱工況作業時，由于貨叉架采用分離的主滾輪和側滾輪，導致立柱板太高，從而使客戶在堆垛最上面一層或者幾層貨物時，貨叉架立柱板會抵到集裝箱頂部，導致門架繼續起升會損壞集裝箱，因此需要對此貨叉架結構進行優化。

優化后的貨叉架結構如圖5 所示，取消原結構貨叉架最上端的兩個側滾輪11 和兩個主滾輪及對應軸頭，新設計一種多功能性的滾輪。該新滾輪可以承受正向力的作用，也可以承受側向力的作用。新滾輪21 的滾輪軸頭22 和23 端面帶有一定的傾斜角度，而新型滾輪21分別裝在軸頭22 和軸頭23 上，滾輪21 在內門架槽鋼內就會傾斜一定的角度。這樣貨叉架在內門架槽鋼內運行時，門架承受正向力，滾輪的外圈滾道面與槽鋼的翼板接觸，起到正向支撐的作用；門架承受側向力，滾輪的外圈側面就會接觸槽鋼翼板和腹板連接部位的一段斜的小端面，從而起到側向支撐的作用。新滾輪取代老的側滾輪和主滾輪，不占用空間，這樣立柱板的高度就可以相應縮短，從而使得客戶在集裝箱工況下作業空間受限的問題得以解決。新滾輪所配的兩個軸頭22 和23 結構不同，因為最上端的兩個新滾輪在超出一定的行程后，會脫離內門架槽鋼運行，此時，為了防止最上端的新滾輪脫落，設計了一個防護蓋24，并用螺栓25 固定，以確保客戶使用時的安全。同時，將老結構的4 個復合滾輪12 也更改為新滾輪結構，如圖6 所示。新滾輪結構簡單，安裝方便，受力情況如圖7 所示，壽命大于復合滾輪結構，且裝配效率高。

圖5 優化后的貨叉架結構

圖6 新型滾輪軸頭結構

圖7 新滾輪受力示意圖

對優化后的貨叉架及滾輪匹配的內門架進行CAE 分析，內門架分析結果如圖8 所示，貨叉架分析結果如圖9 所示。根據經驗，應力滿足使用要求，從而判斷優化后的貨叉架能夠滿足客戶使用工況。

圖8 內門架分析結果

圖9 貨叉架分析結果

三、結語

設計一種多功能化的滾輪來替代老的分離的主滾輪和側滾輪，通過這一設計結構的優化，解決了客戶的使用難題，讓客戶操作叉車在集裝箱工況下作業時可以充分利用集裝箱的空間，且優化后的結構簡單，裝配便捷，成本低，客戶使用性能不受影響。