叉車門架結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與優(yōu)化

陳利杰

【摘要】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(jì)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(jī)理與危害、叉車門架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及優(yōu)化設(shè)計(jì)門架系統(tǒng)的具體策略進(jìn)行探析。

【關(guān)鍵詞】叉車門架系統(tǒng)；噪聲機(jī)理；優(yōu)化設(shè)計(jì)

前言

叉車運(yùn)行中系統(tǒng)噪聲問題是當(dāng)前叉車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨的重點(diǎn)與難點(diǎn)。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(jì)中，但所取得的降噪效果并不明顯，系統(tǒng)運(yùn)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(jì)中未做好相關(guān)的優(yōu)化工作，如立柱截面設(shè)計(jì)或門架高度設(shè)計(jì)不合理等，其很容易造成系統(tǒng)運(yùn)行中各構(gòu)件難以保持平穩(wěn)運(yùn)動。因此，本文對叉車門架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jī)理與危害

門架系統(tǒng)與大多機(jī)械設(shè)備相同，其噪聲的產(chǎn)生多由于運(yùn)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(jī)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(yùn)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(jìn)氣與排氣系統(tǒng)，一般進(jìn)氣系統(tǒng)工作狀態(tài)下會因空氣與脈動進(jìn)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。另外，由于門架系統(tǒng)在構(gòu)成上本身包含較多部件，假定部件在安裝中有間隙的存在，這樣系統(tǒng)運(yùn)行過程中鋼槽與滾輪等部件之間會有撞擊現(xiàn)象的存在，該過程中便會產(chǎn)生噪聲。從叉車噪聲危害情況看，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，叉車運(yùn)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(jìn)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(jì)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[1]。

二、叉車門架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

關(guān)于門架系統(tǒng)，其主要在叉車最前端進(jìn)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(diǎn)，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，能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)起到一定的導(dǎo)引或支撐作用?，F(xiàn)行大多叉車中滾輪的應(yīng)用多以復(fù)合滾輪為主，其側(cè)重于在縱向滾輪中心位置進(jìn)行側(cè)向滾輪的裝設(shè)，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(diǎn)，一般可選取其中一端進(jìn)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(jì)中，主要圍繞門架的高度、幾何尺寸以及立柱截面等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保這些內(nèi)容設(shè)計(jì)的合理性，才可真正提升系統(tǒng)運(yùn)行的綜合性能[2]。

三、優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jī)理、部位與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)中可采取的方案主要包括：第一，凸輪裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)。凸輪裝置的設(shè)計(jì)主要表現(xiàn)在貨叉架上，可在原有設(shè)計(jì)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(yùn)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(yùn)行中噪聲的出現(xiàn)多因構(gòu)件間不平衡運(yùn)動的存在，這就要求做好槽尺寸控制，使?jié)L輪在其中運(yùn)行中保持一定的平穩(wěn)性。

（二）優(yōu)化設(shè)計(jì)門架立柱的思路

實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jìn)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(jì)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(jī)械性能相同的型材，優(yōu)化后進(jìn)行立柱重量計(jì)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(jìn)行批量生產(chǎn)。

第二，注意對熱軋門架型鋼加工中的精度進(jìn)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(jì)要求。對此在設(shè)計(jì)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。通過研究發(fā)現(xiàn)，加工后型材的內(nèi)槽寬度與支腿厚度等在尺寸上都得到優(yōu)化。另外，門架結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，型材在硬度、拉伸強(qiáng)度等方面也可得以提升。

結(jié)論

優(yōu)化叉車門架結(jié)構(gòu)是解決當(dāng)前叉車運(yùn)行中噪聲問題的重要途徑。實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)正確認(rèn)識門架系統(tǒng)噪聲產(chǎn)生的機(jī)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。

參考文獻(xiàn)

[1]孫昌元.叉車門架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與驗(yàn)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，2014，06：974-977+1002.