平衡重式叉車穩(wěn)定性的幾點思考

張德良

摘要：平衡重式叉車的穩(wěn)定性是叉車安全作業(yè)的必要條件，它關(guān)系到人身安全和設(shè)備安全，叉車傾覆事故是需要絕對避免的，平衡重式叉車傾覆事故大部分是在叉車運行穩(wěn)定性失效的情況下發(fā)生，因此穩(wěn)定性具有重要意義。本文以平衡重式叉車為對象，探討平衡重叉車運行穩(wěn)定性的驗證和設(shè)計方法以及失穩(wěn)原因分析，及在實際使用過程中，穩(wěn)定性的一些控制。

關(guān)鍵詞：平衡重式叉車;穩(wěn)定性;穩(wěn)定性計算;穩(wěn)定性驗證

隨社會經(jīng)濟的發(fā)展，以人為本、安全第一的背景下，平衡重式叉車作為一種高效物流裝卸搬運設(shè)備，不僅能提高效率，還能降低勞動強度和勞動力成本。平衡重式叉車一般都在空間狹窄的場地作業(yè)，需要經(jīng)常轉(zhuǎn)彎，前進與后退。據(jù)國家市場監(jiān)督管理總局2019年全國特種設(shè)備安全狀況情況的通報，全國設(shè)備總數(shù)94.12萬臺，在總設(shè)備占比為6.75%，場（廠）內(nèi)機動車輛事故起數(shù)和死亡人數(shù)所占比重較大，場（廠）內(nèi)機動車輛事故發(fā)生59起，而場（廠）內(nèi)機動車輛事故起數(shù)和死亡人數(shù)分別占26.94%%和24.11%。廠車事故雖發(fā)生區(qū)域相對局限性、社會影響較小，但是事故率高，可見場（廠）車是特種設(shè)備中相對危險的一類特種設(shè)備。近年來，大量的事故統(tǒng)計資料表明，以平衡重式叉車為代表的絕大多數(shù)廠車事故都是由失穩(wěn)引起的。通過對歷年事故的分析發(fā)現(xiàn)，場車失穩(wěn)造成的事故，重復(fù)性高而且很多事故的原因和發(fā)生過程都基本一致，因此對平衡重式叉車的穩(wěn)定性進行探討具有重要的意義。

叉車穩(wěn)定性的含義

叉車穩(wěn)定性的含義是“叉車在各種工況下抵抗傾翻（包括縱向傾翻和橫向傾翻） 的能力”分為橫向穩(wěn)定性和縱向穩(wěn)定性。橫向穩(wěn)定性是指車輛行駛在有側(cè)向傾斜的路面或者轉(zhuǎn)彎時，抵抗側(cè)向傾覆或滑溜的能力，縱向穩(wěn)定性指的是車輛抵抗縱向傾翻或滑移的能力。在叉車整體設(shè)計階段中，其穩(wěn)定性進行計算是一個十分重要的，在叉車的制造和檢驗中必須進行嚴格的測定。

叉車穩(wěn)定性的驗證及設(shè)計方法

平衡重叉車穩(wěn)定性的驗證

目前，世界行業(yè)內(nèi)都采用傾斜平臺的試驗方法，來檢查和評價叉車的穩(wěn)定性[1]，我國平衡重叉車叉車也采用了相同的規(guī)定，等同國際標準，車輛穩(wěn)定性驗證試驗是在一輛叉車上進行的，若車輛通過全部試驗而不傾翻，則認為是穩(wěn)定的[2]。GBT26949.2–2013《工業(yè)車輛穩(wěn)定性驗證第2部分——平衡重式叉車》規(guī)定了傾斜平臺試驗方法的叉車四項穩(wěn)定性要求（如圖1），對叉車的穩(wěn)定性進行驗證[3]。

平衡重叉車總體設(shè)計的重心位置計算

對平衡重式叉車，各部件選好型式且初定布置后，要確定各部件重量及重心位置，這主要參照現(xiàn)有結(jié)構(gòu)并輔以一些計算來進行。采用一個直角坐標系來標記各部分的重心位置，一般以前輪著地點在叉車縱向?qū)ΨQ平面上的投影點作為坐標原點O，將各部分的重量及重心列表：

將叉車各部件的重量gi和其所在的位置坐標（xi，yi，zi），計算出對應(yīng)坐標原點的力矩（kg·mm）Mx、My、Mz。對應(yīng)坐標原點的力矩：;;;

叉車設(shè)計過程中，應(yīng)盡可能的把各部件的重心裝配在低位，盡量平衡左右重量，對叉車的縱向和橫向穩(wěn)定性都有利，叉車中心越靠后，縱向穩(wěn)定性越高，但橫向穩(wěn)定性越低，因此縱向穩(wěn)定性和橫向穩(wěn)定性是矛盾的，只有滿足四項穩(wěn)定性要求，叉車的重心位置才是最合理的[1]，最后在穩(wěn)定性計算中，通過精確計算平衡重的重量和重心來匹配叉車的穩(wěn)定性。

平衡重叉車設(shè)計的穩(wěn)定性計算

根據(jù)GBT26949.2–2013《工業(yè)車輛穩(wěn)定性驗證第2部分——平衡重式叉車》若以下四種穩(wěn)定性計算都通過，則保證了叉車的穩(wěn)定性。

貨物重心高度H+C，H為最大起升高度，C為載荷中心距，貨物的水平距離為（b+C），b為前懸為前橋中心至貨叉垂直段前壁的水平距離。

縱向靜穩(wěn)定性計算（縱向堆垛穩(wěn)性）

門架垂直、前軸與傾斜平臺軸線平行，額定載荷起升到最大高度，模擬堆垛作業(yè)中受到的縱向力。

叉車重心高度mm

叉車重心水平距離mm

根據(jù)GBT26949.2–2013試驗1要求縱向堆垛穩(wěn)性應(yīng)滿足：

縱向動穩(wěn)定性計算 （縱向運行穩(wěn)定性）

門架最大后傾β，前軸與傾斜平臺軸線平行，滿載運行，貨叉起升至300mm處，模擬滿載運行制動。

重心水平偏距：

重心高度：

根據(jù)GBT26949.2–2013試驗2要求縱向運行穩(wěn)定性應(yīng)滿足：

橫向靜穩(wěn)定性計算（橫向堆垛穩(wěn)定性）

前輪著地點和轉(zhuǎn)向橋鉸軸中心連線與傾斜平臺軸線平行，額定載荷起升到最大起升高度，門架最大后傾，模擬堆垛作業(yè)中受到的橫向力。

用作圖法或計算求出貨物重心（，） mm。

整車重心高度h：

mm

整車重心水平距離a：

mm

橫向傾覆是繞前輪著地點與后輪著地點的連線 （傾覆軸線）翻到的，整車重心至傾覆軸線的垂直距離為e，對于四輪叉車，傾覆軸線近似為前后輪連線，e近似為前輪輪距的一半。

根據(jù)GBT26949.2–2013試驗3要求橫向堆垛穩(wěn)定性應(yīng)滿足：

橫向動穩(wěn)定性計算

門架最大后傾，前輪著地點和轉(zhuǎn)向橋鉸軸中心連線與傾斜平臺軸線平行，無載，貨叉起升300毫米，模擬空載行駛時受到的橫向離心力。這時整車重心即自重重心（X0、Y0），重心至傾覆軸線的垂直距離為。根據(jù)GBT26949.2–2013試驗4要求橫向動穩(wěn)定性應(yīng)滿足條件：

式中;v—叉車無載最大運行速度（km/h）

叉車失穩(wěn)原因分析

平衡重式叉車雖然在設(shè)計、制造時，雖然對整車的穩(wěn)定性進行了考慮，但叉車在作業(yè)過程中，由于裝載的物品位于支承輪廓之外，起升高度較高，并有一定坡度的情況就會有傾翻的危險[4]。但在平衡重式叉車作業(yè)過程中常有傾覆力矩大于穩(wěn)定力矩而產(chǎn)生的失穩(wěn)的傾翻事故，造成失穩(wěn)的主要原因有：1.裝載貨物時，由于載荷偏載或超載，致使傾翻力矩大于穩(wěn)定力矩而失穩(wěn);2.平衡重式叉車作業(yè)中，在路面不平或不實或坡道上運行失去穩(wěn)定性，造成傾翻事故;3.裝載貨物起升至最大高度時，重心偏移，造成傾翻力矩大于穩(wěn)定力矩而失穩(wěn);4.叉車急速轉(zhuǎn)彎時，離心力過大，喪失橫向穩(wěn)定性，向一側(cè)傾翻。5.減速時，貨物和叉車產(chǎn)生的慣性力過大，導致作用在輪胎上的載荷轉(zhuǎn)移，叉車在縱向喪失穩(wěn)定傾翻;

平衡重式叉車行駛的過程中，叉車速度與加速度以及載荷對于平衡重式叉車的動態(tài)穩(wěn)定性都有很大的影響，因此要求平衡重式叉車的操作人員嚴格按照操作規(guī)程進行操作，嚴格參照平衡重式叉車上的載荷曲線作業(yè)，在核定的載重量、起升高度和載荷中心距內(nèi)工作，保證車輛的穩(wěn)定性，避免平衡重式叉車的傾覆事故。

叉車穩(wěn)定性的幾點思考

叉車的實際使用過程，存在改變門架、貨叉規(guī)格更換、叉車屬具更換、增加叉套等改變平衡重叉車穩(wěn)定性的因素，使用單位若未對叉車的使用環(huán)節(jié)進行控制，叉車在使用過程中，穩(wěn)定性將受到影響。

由高起升工況的要求，制造單位改變叉車門架級數(shù)（二級變?nèi)墸?，改變了叉車的門架結(jié)構(gòu)，起高度H改變，破壞了原平衡重式叉車的穩(wěn)定性。對于同型號叉車，其定載能力應(yīng)比原載荷能力降低，制造單位應(yīng)該對三級門架叉車的穩(wěn)定性進行重新的計算、校核，核算載荷曲線，并進行穩(wěn)定性試驗，對出廠叉車的穩(wěn)定性進行控制。而依據(jù)TSG N0001–2017? 4.2.1（1）要求，叉車在進行型式試驗時，只是對設(shè)計文件中設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計計算書等進行審查，而未對三級門架叉車進行單獨的進行型式試驗，而制造單位出廠后，使用單位使用過程中存在一定的風險。制造單位出廠前應(yīng)對三級門架樣機進行穩(wěn)定性驗證，檢驗機構(gòu)在叉車首次檢驗過程中應(yīng)查看制造單位的穩(wěn)定性試驗，增加制造單位對其穩(wěn)定性驗證的見證材料。

叉車出廠后銷售過程中，由于客戶對起升高度的要求，更換高起升高度的非標門架，改變起升高度H，也減弱了叉車的穩(wěn)定性。而在這過程中，改變叉車起升高度屬于改造，假若檢驗過程中未核對實物的起升高度，叉車投入使用，也造成較大的事故隱患。因此叉車首檢過程，一定需要認真核實實物與合格證中的起升高度是否相符。若有改變起升高度，到起升高位時，叉車的荷載能力下降，應(yīng)重新進行穩(wěn)定性試驗，另外改變起升高度應(yīng)按改造流程，重新核算荷載能力，更換對應(yīng)的載荷曲線圖。

平衡重式叉車更換專用屬具后，不屬TSG N0001–2017的監(jiān)管范圍，不屬于強檢設(shè)備。更換專用屬具后，叉車的載荷能力減弱，原出廠的載荷曲線不再適應(yīng)。叉車制造單位應(yīng)該在使用維護說明書中的屬具給予控制，限制其荷載，并對其載荷曲線進行更新。叉車的穩(wěn)定性性能應(yīng)由使用單位進行驗證、控制。

對于改造叉車，由于門架結(jié)構(gòu)、車架結(jié)構(gòu)或原主要參數(shù)改變，叉車的穩(wěn)定性也可能改變，因此，對于改造的叉車，改造單位也應(yīng)對穩(wěn)定性進行驗證。

車輛使用環(huán)境中道路對穩(wěn)定性的影響。平衡重式叉車工作場地，存在不平整路面、松軟路面，將導致輪胎的附著力突變，導致車輛失穩(wěn)。另外如在雨雪天、霧天等惡劣天氣條件下，輪胎附著系數(shù)會隨之下降，容易導致車輛側(cè)翻。道路是車輛行駛的必備條件，道路的設(shè)計應(yīng)該以人為本。道路的寬度、坡度，、彎曲度等必須符合國家標準。駕駛員應(yīng)根據(jù)行駛道路狀況和運行條件，靈活掌握和控制車速，該快就快，該慢就慢。

總之，制造單位應(yīng)該做好穩(wěn)定性驗證工作，型式試驗機構(gòu)應(yīng)對形式試驗樣機的穩(wěn)定性進行驗證，檢驗機構(gòu)也應(yīng)該對叉車穩(wěn)定性進行把關(guān)，使用單位在使用過程中，應(yīng)注意平衡重叉車的穩(wěn)定性，把關(guān)載荷曲線的正確性，保證平衡重叉車的安全運行。

小結(jié)

在叉車整體設(shè)計當中，運行穩(wěn)定性的設(shè)計和計算是重要的環(huán)節(jié)。而對叉車穩(wěn)定性叉車的穩(wěn)定性進行驗證進行驗證也是不可或缺的一環(huán)。實際工作當中，應(yīng)綜合分析失穩(wěn)的原因，制定相適宜的操作規(guī)程用于指導駕駛員的實際操作。我們應(yīng)該在叉車的制造、使用和維護及檢驗環(huán)節(jié)將平衡重式叉車穩(wěn)定性加以重視，避免平衡重式叉車在作業(yè)時的側(cè)翻車事故。只有落實好平衡重式叉車在生產(chǎn)、使用、檢驗各環(huán)節(jié)責任，方能保證車輛的安全運行，避免生命、財產(chǎn)的損失。

參考文獻

陶元芳，衛(wèi)良保，丁春娣.叉車叉車總體設(shè)計介紹[J].叉車技術(shù)，2011（1）：5–7.

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