集裝箱空間利用最大化需求下的叉車門架創(chuàng)新設(shè)計

文/陳春梅（安徽合力股份有限公司）

集裝箱作業(yè)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(nèi)的空間。而現(xiàn)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(cè)滾輪，導(dǎo)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(dǎo)致門架繼續(xù)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(diào)研，對客戶的工況進行歸納總結(jié)、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(xiàn)有結(jié)構(gòu)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(nèi)作業(yè)；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(yè)。

圖1 集裝箱內(nèi)作業(yè)

圖2 集裝箱外作業(yè)

為了使集裝箱空間最大化利用，需要將貨物在集裝箱內(nèi)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(yè)，不配裝擋貨架，貨叉架為起重系統(tǒng)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(shè)計方案

如圖4 所示，現(xiàn)有貨叉架由上橫梁1、下橫梁2、側(cè)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(cè)開缺口裝配側(cè)滾輪11，依次焊接軸頭7 并裝配主滾輪10，焊接復(fù)合滾輪軸頭并裝配復(fù)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(nèi)門架相連，側(cè)滾輪11 和復(fù)合滾輪12 內(nèi)嵌的小側(cè)滾輪作用于內(nèi)門架槽鋼的腹板，當(dāng)貨叉架受到側(cè)向力時，側(cè)滾輪11 和復(fù)合滾輪12 內(nèi)嵌的小側(cè)滾輪作用于內(nèi)門架槽鋼的腹板起作用，當(dāng)貨叉架受到正向力時，主滾輪10 和復(fù)合滾輪12 中的主滾輪作用于內(nèi)門架槽鋼的翼板起作用。側(cè)滾輪在內(nèi)門架槽鋼腹板上上下滾動，主滾輪在內(nèi)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(xiàn)堆垛作業(yè)。在一定的行程范圍內(nèi)，側(cè)滾輪11 和最下端的復(fù)合滾輪12 內(nèi)嵌的小側(cè)滾輪起作用，此時側(cè)滾輪距最大，側(cè)滾輪所承受的力就最?。恢鳚L輪10 和最下端的復(fù)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??；超出一定的行程范圍時，側(cè)滾輪11 和主滾輪10 會脫離內(nèi)門架槽鋼，由中間一組復(fù)合滾輪和最下端的復(fù)合滾輪起作用，此時，主滾輪距和側(cè)滾輪距都相對偏小，主滾輪和側(cè)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(xiàn)有貨叉架結(jié)構(gòu)

而此種結(jié)構(gòu)的貨叉架在集裝箱工況作業(yè)時，由于貨叉架采用分離的主滾輪和側(cè)滾輪，導(dǎo)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(dǎo)致門架繼續(xù)起升會損壞集裝箱，因此需要對此貨叉架結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。

優(yōu)化后的貨叉架結(jié)構(gòu)如圖5 所示，取消原結(jié)構(gòu)貨叉架最上端的兩個側(cè)滾輪11 和兩個主滾輪及對應(yīng)軸頭，新設(shè)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(cè)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(nèi)門架槽鋼內(nèi)就會傾斜一定的角度。這樣貨叉架在內(nèi)門架槽鋼內(nèi)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(cè)向力，滾輪的外圈側(cè)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(cè)向支撐的作用。新滾輪取代老的側(cè)滾輪和主滾輪，不占用空間，這樣立柱板的高度就可以相應(yīng)縮短，從而使得客戶在集裝箱工況下作業(yè)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(jié)構(gòu)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(nèi)門架槽鋼運行，此時，為了防止最上端的新滾輪脫落，設(shè)計了一個防護蓋24，并用螺栓25 固定，以確?？蛻羰褂脮r的安全。同時，將老結(jié)構(gòu)的4 個復(fù)合滾輪12 也更改為新滾輪結(jié)構(gòu)，如圖6 所示。新滾輪結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，受力情況如圖7 所示，壽命大于復(fù)合滾輪結(jié)構(gòu)，且裝配效率高。

圖5 優(yōu)化后的貨叉架結(jié)構(gòu)

圖6 新型滾輪軸頭結(jié)構(gòu)

圖7 新滾輪受力示意圖

對優(yōu)化后的貨叉架及滾輪匹配的內(nèi)門架進行CAE 分析，內(nèi)門架分析結(jié)果如圖8 所示，貨叉架分析結(jié)果如圖9 所示。根據(jù)經(jīng)驗，應(yīng)力滿足使用要求，從而判斷優(yōu)化后的貨叉架能夠滿足客戶使用工況。

圖8 內(nèi)門架分析結(jié)果

圖9 貨叉架分析結(jié)果

三、結(jié)語

設(shè)計一種多功能化的滾輪來替代老的分離的主滾輪和側(cè)滾輪，通過這一設(shè)計結(jié)構(gòu)的優(yōu)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(yè)時可以充分利用集裝箱的空間，且優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)簡單，裝配便捷，成本低，客戶使用性能不受影響。