對(duì)輕量化設(shè)計(jì)叉車載荷中心距的分析和探討

尤志軒

（廈門市特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)院 廈門 361004）

某叉車使用單位投訴其新購置的1臺(tái)叉車在使用過程中多次出現(xiàn)正常剎車時(shí)后輪翹起的現(xiàn)象,而搬運(yùn)同樣的貨物,使用另一臺(tái)同樣額定起重量的舊叉車沒有這種現(xiàn)象。使用單位對(duì)該叉車的安全性存有疑慮,提出對(duì)該叉車進(jìn)行技術(shù)鑒定。

1 叉車基本情況

該叉車是1臺(tái)蓄電池平衡重式叉車,額定起重量為1 000 kg,最大起升高度為3 000 mm,自重為1 850 kg,軸距為1 150 mm,前懸距為245 mm,載荷中心距為400 mm,操縱方式為坐駕式。

使用單位是一家來料加工型企業(yè),生產(chǎn)車間原位于一層,因生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大,又將二層改造為生產(chǎn)車間使用。因?yàn)樾枰谝粚印⒍娱g進(jìn)行物料搬運(yùn)和轉(zhuǎn)移,原有的1臺(tái)舊叉車已無法滿足生產(chǎn)使用需要,所以新購置了1臺(tái)同樣額定起重量的叉車供二層的生產(chǎn)車間使用。

2 主要特征參數(shù)對(duì)比

將使用單位這臺(tái)新購置的叉車,與原有的在一層使用的舊蓄電池平衡重式叉車,以及國(guó)內(nèi)某知名品牌的蓄電池平衡重式叉車,進(jìn)行主要特征參數(shù)的對(duì)比分析,見表1。

表1 主要特征參數(shù)比較

由表1可知,使用單位原有的舊叉車與某知名品牌叉車的主要特征參數(shù)基本一致,而新購置叉車與上述二者相比較,則有較大的不同。新購置叉車的制造單位采用減少叉車配重質(zhì)量等方式,將叉車自重減少約1 000 kg。通過調(diào)整叉車前后軸的位置,將叉車的軸距減少約100 mm。通過改變叉車載荷中心距的設(shè)計(jì)值,將該值減小至400 mm。同時(shí),將叉車上普遍使用的充氣輪胎或?qū)嵭妮喬ジ鼡Q為聚氨酯材料車輪,通過減小車輪直徑、降低車輛重心等方式使叉車前懸距減少約165 mm。

3 叉車結(jié)構(gòu)受力分析

通過查詢制造單位的網(wǎng)站,獲取的產(chǎn)品信息顯示,該款蓄電池平衡重式叉車采用的是為滿足“在多層廠房和超小空間使用”的輕量化設(shè)計(jì),具有適用于在多層結(jié)構(gòu)廠房使用的車輛自重輕及在狹窄空間使用的通過性能優(yōu)異等特點(diǎn)。平衡重式叉車是一種具有承載貨物貨叉,載荷相對(duì)于前輪呈懸臂狀態(tài),并且依靠車輛的質(zhì)量來進(jìn)行平衡的堆垛用起升車輛[1]。其結(jié)構(gòu)受力特征可用式（1）進(jìn)行大致描述：

式中：

G——自重（含蓄電池）,kg；

Q——額定起重量,kg；

B——前懸距,mm；

C——載荷中心距,mm；

L——軸距,mm。

式（1）是在叉車承載額定起重量,按照靜立狀態(tài)下的力矩平衡條件推導(dǎo)出的,表明了叉車主要特征參數(shù)之間的關(guān)系,可用于對(duì)叉車結(jié)構(gòu)的基本受力情況進(jìn)行分析[2]。

為實(shí)現(xiàn)叉車的輕量化設(shè)計(jì)目的,首先需要減少叉車的自重,使叉車的結(jié)構(gòu)重量降低。由式（1）可知,在叉車的額定起重量確定的情況下,為滿足力矩平衡條件,可以通過減少叉車的前懸距和載荷中心距,以減小由載荷重量產(chǎn)生的傾覆力矩。為適應(yīng)狹窄空間的使用要求,提高叉車的通過性能,則需要減小叉車的軸距。通過該叉車與其他叉車的比較結(jié)果,其主要特征參數(shù)所發(fā)生的改變,與利用式（1）分析的結(jié)論完全相同,與叉車所進(jìn)行的輕量化設(shè)計(jì)目的相一致。

4 載荷中心距的取值

制造單位對(duì)該叉車進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì),是考慮多層結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)承重,廠房?jī)?nèi)部的場(chǎng)地設(shè)置,以及叉車進(jìn)出載貨電梯搬運(yùn)物料等工況的特殊要求。在輕量化設(shè)計(jì)上,主要采用減小叉車自重和軸距等方法來實(shí)現(xiàn),但該方法會(huì)導(dǎo)致叉車力矩平衡條件中的穩(wěn)定力矩值減小,造成叉車發(fā)生傾覆的風(fēng)險(xiǎn)增大,所以需要同時(shí)將前懸距和載荷中心距的設(shè)計(jì)值適當(dāng)減小。但是為滿足上述要求,將叉車載荷中心距的設(shè)計(jì)值更改為400 mm,與標(biāo)稱值為1000 kg的額定起重量是無法匹配的。

在GB 10827.1—2014《工業(yè)車輛 安全要求和驗(yàn)證 第1部分：自行式工業(yè)車輛（除無人駕駛車輛、伸縮臂式叉車和載運(yùn)車）》中規(guī)定：“額定起重量是由制造商根據(jù)零部件強(qiáng)度和車輛穩(wěn)定性確定的,車輛在標(biāo)準(zhǔn)載荷質(zhì)心位置時(shí)能夠搬運(yùn)、起升并堆垛到標(biāo)準(zhǔn)起升高度的最大載荷”[3]。叉車的標(biāo)準(zhǔn)載荷質(zhì)心位置與額定起重量是相聯(lián)系的,額定起重量決定了標(biāo)準(zhǔn)載荷中心距的取值范圍。對(duì)叉車某具體標(biāo)稱值的額定起重量而言,其載荷中心距應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行取值,不能隨意進(jìn)行變更。GB 10827.1—2014標(biāo)準(zhǔn)中要求平衡重式叉車的標(biāo)準(zhǔn)載荷中心距符合表2的規(guī)定[3]。

表2 平衡重式叉車的標(biāo)準(zhǔn)載荷中心距

由表2可知,額定起重量為1 000 kg的平衡重式叉車的載荷中心距不允許設(shè)計(jì)為400 mm,而必須為500 mm或600 mm。額定起重量是用來比較不同制造單位所生產(chǎn)車輛的額定能力,并為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)計(jì)提供依據(jù)[4]。所以,針對(duì)不同額定起重量的叉車,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其相對(duì)應(yīng)的載荷中心距。

如果制造單位不按標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,在叉車的設(shè)計(jì)過程中對(duì)載荷中心距隨意進(jìn)行取值,將導(dǎo)致額定起重量失去表示叉車承載額定能力的作用。額定起重量標(biāo)稱值相同或者不同的叉車,相互之間將無法進(jìn)行參照和比較,這將導(dǎo)致叉車的制造和銷售市場(chǎng)出現(xiàn)典型的“小噸大標(biāo)”現(xiàn)象,同時(shí)也給叉車的使用帶來嚴(yán)重的安全隱患。文中叉車使用單位的2臺(tái)額定起重量相同的叉車,因?yàn)檩d荷中心距設(shè)計(jì)取值的不同,當(dāng)在一層、二層間轉(zhuǎn)移搬運(yùn)物料時(shí),會(huì)出現(xiàn)一層的舊叉車使用完全正常,而同樣的物料在二層使用新購置叉車搬運(yùn)時(shí),滿載狀態(tài)下會(huì)發(fā)生正常剎車時(shí)后輪翹起的情況,就是對(duì)制造單位這一設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的實(shí)際例證。

5 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的建議

不僅在GB 10827.1—2014標(biāo)準(zhǔn)中有對(duì)叉車載荷中心距和額定起重量之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的規(guī)定,而且在JB/T 2391—2017《500 kg～10 000 kg乘駕式平衡重式叉車》中,也有內(nèi)容基本相同的表述[5],見表3。

表3 叉車的標(biāo)準(zhǔn)載荷中心距

雖然GB 10827.1—2014是強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),但是在該標(biāo)準(zhǔn)的前言部分已列明“本部分的第4章（除4.1.4、4.2.2.4、4.2.2.5、4.6.3.5、4.11.4）、第5章、6.3為強(qiáng)制性條款,其余為推薦性條款”[3],所以第4章中表2的內(nèi)容是推薦性的,并不具有強(qiáng)制性。而JB/T 2391—2017只是推薦性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)及表3也都不具有強(qiáng)制性。部分叉車制造單位正是利用上述標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容的非強(qiáng)制性執(zhí)行這一特點(diǎn),對(duì)叉車的載荷中心距隨意進(jìn)行取值,導(dǎo)致額定起重量無法正確地表示叉車的額定承載能力。鑒于此,建議上述2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在后續(xù)的修訂過程中,考慮將該部分內(nèi)容變更為強(qiáng)制性條款,通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中載荷中心距取值的強(qiáng)制性規(guī)定,避免叉車出現(xiàn)“小噸大標(biāo)”的現(xiàn)象。

6 結(jié)束語

部分叉車制造單位在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中,片面追求叉車的輕量化和機(jī)動(dòng)性等技術(shù)指標(biāo),出現(xiàn)不按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定隨意減小載荷中心距的做法,導(dǎo)致叉車在使用過程中產(chǎn)生安全隱患。相關(guān)監(jiān)管部門和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)應(yīng)對(duì)這一情況高度重視,加強(qiáng)監(jiān)管措施和檢驗(yàn)技術(shù)把關(guān),保證叉車使用過程中的性能穩(wěn)定和安全可靠。