叉車結(jié)構(gòu)設(shè)計方式分析與研究

王朋朋/安徽江淮銀聯(lián)重型工程機械有限公司

叉車結(jié)構(gòu)設(shè)計方式分析與研究

王朋朋/安徽江淮銀聯(lián)重型工程機械有限公司

隨著國內(nèi)叉車制造業(yè)的快速發(fā)展，對叉車門架的綜合性能也提出更高的要求。然而從現(xiàn)行叉車門架系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀看，其在系統(tǒng)聲壓峰值的快速提升情況下所產(chǎn)生的噪聲將為人的聽覺系統(tǒng)產(chǎn)生極大危害，這就要求在結(jié)構(gòu)設(shè)計中做好優(yōu)化工作。本文主要對叉車門架系統(tǒng)噪聲產(chǎn)生的機理與危害、叉車門架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及優(yōu)化設(shè)計門架系統(tǒng)的具體策略進行探析。

叉車門架系統(tǒng)；噪聲機理；優(yōu)化設(shè)計

叉車運行中系統(tǒng)噪聲問題是當(dāng)前叉車結(jié)構(gòu)設(shè)計面臨的重點與難點。盡管現(xiàn)代較多制造商側(cè)重于將噪聲控制技術(shù)引入叉車門架系統(tǒng)設(shè)計中，但所取得的降噪效果并不明顯，系統(tǒng)運行中仍會產(chǎn)生較多危害聽覺系統(tǒng)的脈沖性噪聲。而產(chǎn)生這種現(xiàn)狀的根源在于結(jié)構(gòu)設(shè)計中未做好相關(guān)的優(yōu)化工作，如立柱截面設(shè)計或門架高度設(shè)計不合理等，其很容易造成系統(tǒng)運行中各構(gòu)件難以保持平穩(wěn)運動。因此，本文對叉車門架結(jié)構(gòu)設(shè)計研究，具有十分重要的意義。

一、叉車門架系統(tǒng)噪聲產(chǎn)生的機理與危害

門架系統(tǒng)與大多機械設(shè)備相同，其噪聲的產(chǎn)生多由于運行中各部件相互摩擦或撞擊而產(chǎn)生。從叉車噪聲產(chǎn)生的來源看，主要表現(xiàn)在傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、發(fā)動機以及其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件等方面。以其中傳統(tǒng)系統(tǒng)為例，通常系統(tǒng)運行中有門架鏈條、傳動軸以及變速箱等會出現(xiàn)振動，這些構(gòu)件在振動中，便會有噪聲出現(xiàn)。再如進氣與排氣系統(tǒng)，一般進氣系統(tǒng)工作狀態(tài)下會因空氣與脈動進氣聲的存在而出現(xiàn)渦流聲。同樣，排氣系統(tǒng)中也表現(xiàn)在這些渦流聲方面，且排氣管振動下也會產(chǎn)生噪聲。從叉車噪聲危害情況看，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)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(yán)重的情況下，噪聲值甚至可達(dá)到95dB，這種情況下駕駛員可能出現(xiàn)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(huán)境下，駕駛員消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)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(xiàn)誤操作等行為，進而引發(fā)一系列安全事故問題。因此，如何通過結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計是現(xiàn)行控制門架系統(tǒng)噪聲與提升系統(tǒng)綜合性能的關(guān)鍵所在。

二、叉車門架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點

關(guān)于門架系統(tǒng)，其主要在叉車最前端進行裝設(shè)，所包含的結(jié)構(gòu)構(gòu)件以液壓缸、叉架、門架、滾輪以及貨叉等為主。以其中貨叉結(jié)構(gòu)為例，若根據(jù)其相對位置變化特點，又可細(xì)化為折疊式、整體式兩種類型貨叉，在整個系統(tǒng)中處于取物裝置地位。再如其中的叉架結(jié)構(gòu)，其在功能上主要表現(xiàn)為對貨物升降起到明顯的帶動作用，由滾輪家、焊接框架結(jié)構(gòu)構(gòu)成。從系統(tǒng)中的門架滾輪結(jié)構(gòu)看，可達(dá)到結(jié)構(gòu)尺寸減小的目標(biāo)。另外，在鏈條構(gòu)件方面，整個系統(tǒng)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(shè)，可使鏈條的長度得到控制。目前，國內(nèi)大多制造商在系統(tǒng)設(shè)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(shè)計，確保這些內(nèi)容設(shè)計的合理性，才可真正提升系統(tǒng)運行的綜合性能。

三、優(yōu)化設(shè)計門架系統(tǒng)的具體策略

（一）系統(tǒng)降噪方案研究

噪聲問題的解決關(guān)鍵在于使噪聲源得到有效控制。因此，結(jié)合噪聲產(chǎn)生機理、部位與結(jié)構(gòu)特點，優(yōu)化設(shè)計中可采取的方案主要包括：

第一，凸輪裝置的優(yōu)化設(shè)計。凸輪裝置的設(shè)計主要表現(xiàn)在貨叉架上，可在原有設(shè)計基礎(chǔ)上將另一個凸輪裝置設(shè)置于立柱滾輪上側(cè)，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(shè)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(chǎn)生的噪聲也會減緩，同時叉車升降作業(yè)中將更為平穩(wěn)。

第三，槽鋼加工精度的提升。一般門架系統(tǒng)運行中噪聲的出現(xiàn)多因構(gòu)件間不平衡運動的存在，這就要求做好槽尺寸控制，使?jié)L輪在其中運行中保持一定的平穩(wěn)性。

（二）優(yōu)化設(shè)計門架立柱的思路

實際優(yōu)化設(shè)計中可采取的優(yōu)化策略主要表現(xiàn)在兩方面，

第一，優(yōu)化門架立柱截面。本文在設(shè)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(nèi)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(yōu)化后主要選取與HRB335材質(zhì)機械性能相同的型材，優(yōu)化后進行立柱重量計算，可發(fā)現(xiàn)采用熱軋成型工藝內(nèi)門架與外門架的立柱重量分別保持在61.53kg、51.82kg，且相比優(yōu)化前的焊接截面，整個截面有圓角加設(shè)其中，且叉車制造效率得到整體提升，對于規(guī)格型號相同的型材，可直接進行批量生產(chǎn)。

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(tǒng)中噪聲問題的產(chǎn)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?jié)L輪壽命縮短，難以達(dá)到高端配套設(shè)計要求。對此在設(shè)計中需采取的優(yōu)化流程主要表現(xiàn)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(guān)指標(biāo)包括截面尺寸、結(jié)構(gòu)彎曲度與扭轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)因應(yīng)力而產(chǎn)生的變形問題與內(nèi)槽尺寸波動得以解決。

四、叉車行業(yè)的發(fā)展趨勢

（一）國內(nèi)外叉車行業(yè)形勢分析

從國際上看，“雖然最困難的時期已經(jīng)過去”，但是，由于歐美市場復(fù)蘇緩慢，貿(mào)易保護主義抬頭，低端產(chǎn)品的出口具有受制于發(fā)達(dá)國家技術(shù)壁壘的趨勢。目前實施的“噪聲指令”“振動指令”，這些法規(guī)顯然是充分利用了WTO規(guī)則，針對歐盟以外國家的低端產(chǎn)品而制訂的技術(shù)貿(mào)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(zhì)向中高端發(fā)展。

從國內(nèi)來看，中國經(jīng)濟經(jīng)過下兩年多的增速下滑后，今年下半年后，也出現(xiàn)了企穩(wěn)回暖的趨勢。今后我國由于兼顧就業(yè)和通脹的雙重壓力，GDP總體會長期保持在6～8%的增長區(qū)間。過去那種GDP在兩位數(shù)字的增長，將會變?yōu)闅v史。中國即將進入中后期的工業(yè)化時代。

（二）國內(nèi)叉車發(fā)展趨勢

叉車出口在穩(wěn)定歐美市場的同時，逐步轉(zhuǎn)向新興發(fā)展中國家和第三世界。隨著一些叉車企業(yè)經(jīng)營陷入困境，這些企業(yè)中的部分企業(yè)，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相對于其他企業(yè)具有互補性，將會被一些有實力的公司兼并重組，實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的進一步完善。如安徽合力兼并寧波力達(dá)。另一部分企業(yè)只能自生自滅。行業(yè)調(diào)整洗牌已經(jīng)開始。高速發(fā)展，必然引發(fā)重復(fù)建設(shè)，最終導(dǎo)致產(chǎn)能過剩。如果我國的經(jīng)濟增速今后進入平穩(wěn)增長時期，那么叉車行業(yè)的現(xiàn)有產(chǎn)能無法在短期內(nèi)完全釋放，競爭將愈發(fā)激烈。

五、結(jié)論

優(yōu)化叉車門架結(jié)構(gòu)是解決當(dāng)前叉車運行中噪聲問題的重要途徑。實際優(yōu)化設(shè)計中，應(yīng)正確認(rèn)識門架系統(tǒng)噪聲產(chǎn)生的機理與門架結(jié)構(gòu)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(tǒng)噪聲問題得以解決并提高結(jié)構(gòu)整體性能。

[1]孫昌元.叉車門架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計與驗證[D].大連理工大學(xué)，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(xué)性能與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[J].應(yīng)用力學(xué)學(xué)報，2014，06：