叉車起升系統(tǒng)設(shè)計思路的探討

樊雨　梅亞澤　陳小虎

摘 要：叉車作為當前我國重要工業(yè)中的操作車輛，能夠提高作業(yè)效率，而起升系統(tǒng)作為叉車最為關(guān)鍵的組成部分，對于叉車取貨具有一定的指導作用。傳統(tǒng)的叉車起升系統(tǒng)主要應用動滑輪機構(gòu)，利用液壓油缸進行相關(guān)驅(qū)動，在滾輪、槽鋼的作用下進行叉車作業(yè)。叉車的基本起升系統(tǒng)適用于大部分高低起升作業(yè)，尤其是集裝箱作業(yè)和倉庫作業(yè)。隨著我國社會經(jīng)濟發(fā)展以及科學技術(shù)的不斷創(chuàng)新優(yōu)化，物流行業(yè)發(fā)展也隨之加快，對叉車作業(yè)效率的要求也愈來愈高。因此，為滿足當前工程作業(yè)對叉車的要求，要優(yōu)化設(shè)計叉車起升系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：叉車作業(yè);起升系統(tǒng);液壓油缸;優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號：U294 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）03--03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.052

叉車的主要作用是裝卸、堆垛及短距離運輸一系列成件托盤貨物，是搬運式車輛的重要組成部分。叉車廣泛應用于車站、港口、工廠及倉庫等相關(guān)部門，幫助其進行機械化運輸。叉車應用主要在于提高相關(guān)貨物的搬運效率，而當前，隨著物流行業(yè)發(fā)展越來越迅速以及社會科學技術(shù)的創(chuàng)新優(yōu)化，工位車輛設(shè)計要求更為嚴格，對于裝卸搬運車輛的要求也不斷提高。叉車作為小型的搬運車輛被廣泛應用于搬運作業(yè)，為各行各業(yè)的運輸搬運工作提供商務(wù)服務(wù)，提高作業(yè)效率。起升系統(tǒng)是叉車作業(yè)中最為關(guān)鍵的系統(tǒng)，要創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化叉車性能，提高叉車作業(yè)效率。

1 叉車的相關(guān)概述

1.1 叉車的發(fā)展

叉車主要用于裝卸、堆垛及短距離運輸托盤貨物，廣泛應用于各行各業(yè)的裝卸運輸，是一種較為高效的物料搬運機械。早在第二次世界大戰(zhàn)期間，自行式叉車就已經(jīng)得到了發(fā)展，而后中國開始制造叉車。國際市場上，生產(chǎn)、銷售以及使用和出口工業(yè)搬運車輛的國家較多，在新興科學技術(shù)的發(fā)展推動下越來越重視叉車技術(shù)的先進性。

在市場經(jīng)濟與國際經(jīng)營的競爭中，通常將一系列微電子技術(shù)、傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)等應用于搬運車輛設(shè)計。隨著科學技術(shù)的不斷創(chuàng)新優(yōu)化，叉車的發(fā)展隨著產(chǎn)品新興科技的發(fā)展不斷優(yōu)化，其系統(tǒng)設(shè)計也逐漸趨于多樣化，新興技術(shù)也將在叉車設(shè)計中得到廣泛應用與推廣[1]。

1.2 叉車的類型

當前，我國的叉車款式較多，針對不同的物料運輸具有不同的運輸模式。其中，托盤式叉車主要有手動托盤式、電動托盤式兩種，電動托盤式叉車又分為自走式、站駕式、坐駕式。托盤式叉車主要應用于平面上點到點的貨物搬運，托盤相對小巧靈活，適用于大部分場合，裝卸作業(yè)也比較方便。

平衡重式叉車是當前叉車中使用最為廣泛的類型，如圖1所示。其貨叉位置在車輛駕駛室的正前方，貨叉便可以從其前方叉取貨物，但對相關(guān)容器沒有其他要求。平衡重式叉車還可以使用橡膠輪胎及充氣輪胎，提高叉車車輛的爬坡能力及適應能力。平衡重式叉車的貨物重心主要位于叉車行走輪的支撐面內(nèi)，如果沒有支撐臂，需要較長的軸距以及配重支撐叉車的載荷，因此，平衡重式叉車需要較大的作業(yè)空間[2]。

前移式叉車是叉車車輛類型中應用較為廣泛的一種，如圖2所示。顧名思義，前移式叉車的貨架可以縱向前后移動，包括門架前移式叉車與貨叉前移式叉車。門架前移式叉車的貨叉可以隨著門架一起移動，在叉車接近貨垛時，門架前伸的距離容易受到周圍空間的門架高度限制，因此，通常只能對前排貨物進行相關(guān)作業(yè)。貨叉前移式叉車的門架不會隨著貨叉移動，其主要借助伸縮機構(gòu)單獨移動。前移式叉車主要結(jié)合電動堆垛機及平衡重式叉車的特點，貨物卸取需要伸出門架或者貨叉，帶動貨物向前移動。前移式叉車具有較強的操作靈活性，能夠進行高貨卸載作業(yè)。

叉車的類型較多，其主要在于對叉車的應用，即叉車起升系統(tǒng)等在叉車車輛結(jié)構(gòu)中的使用。側(cè)叉式叉車不同于前移式叉車，門架與貨叉主要位于叉車車輛側(cè)邊，不僅可以進行上下起升運動，而且可以帶動貨叉前后伸縮。貨物搬運中，側(cè)叉式叉車利用液壓支撐推出門架，在叉取貨物作業(yè)后帶動貨叉起升，縮回門架，緊接著下降貨叉，貨物則被自動放置到叉車另一側(cè)的前后車胎上。側(cè)叉式叉車對起升系統(tǒng)要求較高，對其作業(yè)也提出了嚴格要求[3]。

2 叉車的起升系統(tǒng)介紹

2.1 叉車起升系統(tǒng)的構(gòu)造

叉車起升結(jié)構(gòu)是當前叉車系統(tǒng)中最重要的組成部分，如圖3所示，主要用于完成相關(guān)貨物的插取、起升以及降落和堆碼等相關(guān)裝卸作業(yè)。叉車的起升系統(tǒng)主要依賴液壓系統(tǒng)實現(xiàn)，其中包括外門架、鏈條鏈輪、導向滑輪等。

根據(jù)當前我國物料搬運中的叉車應用現(xiàn)狀，以電動叉車為例，叉車的主要起升系統(tǒng)包括外門架、內(nèi)門架、起升油缸、傾斜油缸、屬具架、鏈條鏈輪等。其中，外門架便于叉車在搬運作業(yè)中完成門架的前后傾斜，外門架的下部與車架的前部分相互銜接，其斷面可以采用標準槽鋼加工，或利用鋼板壓制。內(nèi)門架則主要插在外門架架框內(nèi)，保證其隨著外門架的內(nèi)壁進行上升或下降運動，斷面形狀與外門架相似，可以利用標準槽鋼或鋼板壓制而成。

起升油缸主要位于門架下橫梁中央，上半部分與門架的上橫梁中部相銜接。起升油缸在叉車起升系統(tǒng)中的作用至關(guān)重要，帶動內(nèi)門架、屬具架、貨叉等構(gòu)件的升降，起升油缸包括柱塞、缸體、上蓋、下蓋以及壓緊螺母、油封等重要零部件，作為單向作用中的柱塞式工作油缸，其作用主要來源于底部承受的油壓作用。

起升油缸與叉車液壓分配器只有一個通路，油液的排出與進入都要經(jīng)過其通路。除了起升油缸，傾斜油缸也是叉車起升系統(tǒng)中的重要組成部分。傾斜油缸幫助門架向前傾斜，尤其是在貨叉插取貨物及搬運貨物過程中，為保證貨物的相對穩(wěn)定性，插取貨物時門架向后傾斜，防止貨物跌落。與此同時，門架的前后傾斜都依賴于傾斜油缸的相關(guān)作業(yè)[4]。

傾斜油缸主要包括活塞、缸體、活塞桿、上蓋等零部件，其與起升油缸的構(gòu)造大致相同，不同點則在于起升油缸作為柱塞式油缸，傾斜油缸主要是活塞式，具有進油孔和排油孔，利用其活塞將相關(guān)油缸分為前腔和后腔。前傾時，后腔充滿高壓油;后傾時，前腔充滿高壓油。叉車的起升系統(tǒng)需要一系列屬具架、鏈輪鏈條帶動其作業(yè)。屬具架的主要是安裝貨叉或構(gòu)件其他相關(guān)屬具，連接起升系統(tǒng)中的起升鏈條，兩側(cè)同時帶有一定數(shù)量的滾輪，帶動叉車起升作業(yè)。鏈輪鏈條更是叉車起升系統(tǒng)中必不可少的部分，有的叉車采用單排鏈，有的叉車則采用雙排鏈，通常情況下，鏈條主要固定在叉車活塞桿上端。

對于當前的叉車作業(yè)，當叉車起升系統(tǒng)帶動其起升手柄扳至一定位置時，油泵電動機轉(zhuǎn)動時油泵會泵油，高壓油通過分配器進入相關(guān)油缸進行起升動作。鏈輪上升則帶動屬具架及貨物上升。松開手柄扳至下降位置時，內(nèi)門架、屬具架及貨叉貨物自動下降，起升油缸中的工作油則通過液壓分配器流回油箱。

2.2 叉車起升系統(tǒng)的工作原理

當前的叉車起升系統(tǒng)主要包括工作油泵、起升閥、控制油泵等，不同叉車類型有不同的起升結(jié)構(gòu)。在雙速起升液壓系統(tǒng)中，叉車起升系統(tǒng)構(gòu)件具有一定的工作原理。叉車工作時，其叉車系統(tǒng)也進行工作。叉車工作過程中，如果起升系統(tǒng)不起升，則其先導閥手柄應處于中間位置，而起升閥處于中位狀態(tài)。裝置中的油泵輸出壓力油，導致其壓力油從邏輯閥的側(cè)面有油口經(jīng)過安全卸荷閥門回到油箱。同時，油泵再繼續(xù)輸出壓力油，令其快速進入雙速閥，在滑閥不動作的情況下，邏輯閥門的背壓卸荷，油泵的壓力油則打開邏輯閥回到油箱。再利用傾斜控制閥門回流壓力油，導致叉車起升結(jié)構(gòu)不起升[5]。

如果叉車起升結(jié)構(gòu)空載處于快速起升的狀態(tài)，其起升結(jié)構(gòu)中的先導閥將控制手柄帶動扳手至上升位置，控制先導閥的起升，帶動相關(guān)滑閥向左移動，推動滑閥自動及時關(guān)閉邏輯閥的卸荷油路。與此同時，邏輯閥在背壓作用下關(guān)閉，油泵的壓力油推在其作用下推開邏輯閥，與油泵內(nèi)存有的壓力油合流到起升閥，同時帶動傾斜控制閥的壓力油進入起升閥，帶動起升液壓缸，實現(xiàn)快速起升作業(yè)。

如果叉車起升機結(jié)構(gòu)滿載而慢速起升，主要依靠其先導閥的控制手柄進行起升動作，在控制油的作用下空載起升。由于負載作用，起升系統(tǒng)內(nèi)部工作壓力升高，同時反饋于滑閥的柱塞上，當系統(tǒng)壓力升高到一定壓強時，柱塞面積差則產(chǎn)生一定的作用力，克服起升系統(tǒng)中的彈簧作用力，帶動相關(guān)滑閥移動，在關(guān)閉油口的同時，邏輯閥背壓從油口處卸荷，打開邏輯閥，促使油泵中的油回到油箱。慢速上升過程中，油泵的油主要經(jīng)過邏輯閥的側(cè)油口進入起升閥，帶動傾斜控制閥的油一同進入起升閥，帶動起升液壓缸的下腔運動，實現(xiàn)慢速起升。

叉車起升系統(tǒng)中的起升機構(gòu)下降作業(yè)，依靠先導閥控制其手柄處于下降位置，在液壓油的作用下，起升閥處于下降的工作狀態(tài)。安全閥卸荷過程中，油泵輸出的壓力油可以經(jīng)過安全閥卸荷并回到油箱。油泵輸出的壓力油在邏輯閥的背壓卸荷作用下帶動起升液壓缸下腔的壓力油，帶動下腔回油，實現(xiàn)起升機構(gòu)的下降作業(yè)。

3 叉車起升系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 叉車起升系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵

叉車的液壓系統(tǒng)是保證叉車起升系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵。當前液壓系統(tǒng)設(shè)計對其系統(tǒng)的合適壓力及流量具有一定的要求，不僅引起系統(tǒng)性能變化，而且影響系統(tǒng)內(nèi)部的元件尺寸及重量變化。叉車的機動靈活性較高，對設(shè)備結(jié)構(gòu)的要求也較為緊湊，大多數(shù)液壓系統(tǒng)采用高壓元件，因此，設(shè)計液壓系統(tǒng)應根據(jù)實際情況及不同油路的作業(yè)載荷，選擇與計算流量及油壓系統(tǒng)參數(shù)，優(yōu)化叉車起升系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)，保證起升系統(tǒng)正常工作[6]。

3.2 起升系統(tǒng)的屬具設(shè)計

叉車起升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，除了設(shè)計液壓系統(tǒng)，還要根據(jù)實際情況設(shè)計起升系統(tǒng)的屬具，要求在叉車面板上安裝左右相對稱的液壓缸，在其工作時，保證相關(guān)的液壓油進入缸內(nèi)推動活塞桿。缸外的活塞桿部分則與其叉車的貨叉連接，推動貨叉在面板導軌上自由地移動，達到合理調(diào)整貨叉距離的目的，減少叉車作業(yè)過程中推動貨叉再進行貨物調(diào)整的時間，提高叉車作業(yè)效率。

3.3 叉車起升系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

叉車起升結(jié)構(gòu)包括門架設(shè)計、叉架設(shè)計、鏈條鏈輪設(shè)計等，其中，叉車叉架設(shè)計要求根據(jù)叉車額定的起重量，考慮最大工作載荷及偏載距離。鏈條鏈輪等設(shè)計則主要通過帶動起升液壓缸進行起升作業(yè)，在設(shè)計中要嚴格計算承受的載荷。

除此以外，叉車起升系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計對門架系統(tǒng)的構(gòu)造也有一定的要求，車門架應保證起升系統(tǒng)的起升限位，保證其實現(xiàn)自由提升。叉車門架在叉車起升系統(tǒng)中是較為重要的組成部分，能夠提高叉車起升作業(yè)的穩(wěn)定性。對于叉車起升系統(tǒng)中的滾輪組件設(shè)計，應嚴格按照叉車起升系統(tǒng)的承載及相關(guān)部件的載荷作用嚴格計算，保證滾輪的導輪、軸等都符合標準參數(shù)。與此同時，設(shè)計起升結(jié)構(gòu)應選擇合適的節(jié)流閥控制液壓系統(tǒng)中的液壓油，不同的節(jié)流閥性能各不相同，調(diào)節(jié)范圍也大不相同，選擇正確適合的節(jié)流閥可以提高叉車起升系統(tǒng)的起升速度[7]。

4 結(jié)語

叉車的起升機構(gòu)是當前叉車作業(yè)中最為重要的一部分，其主要對叉車的作業(yè)效率具有一定的影響。當前叉車類型的種類較多，不同的叉車應用于不同的物料運輸過程，對叉車的相關(guān)要求也大不相同。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，工程施工以及物流行業(yè)中的貨物運輸對叉車車輛的規(guī)格要求比較嚴格，而起升結(jié)構(gòu)作為叉車作業(yè)中保證工作效率的重要組成部分，分析研究其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能夠提高叉車起升效率和作業(yè)效率。

參考文獻

[1] 陳萍，孫崇智，楊佳.叉車起升無力故障分析及處理的措施[J].中國設(shè)備工程，2022（4）：86-88.

[2] 丁亮.叉車起升系統(tǒng)設(shè)計思路的探討[J].物流技術(shù)與應用，2021（5）：151-153.

[3] 林海文.叉車起升無力故障分析及處理[J].裝備維修技術(shù)，2020（1）：64.

[4] 林永忠.柴油叉車起升系統(tǒng)的設(shè)計[J].科技創(chuàng)新導報，2019（27）：122-124，126.

[5] 郝前華，何清華，朱俊霖，等.配置蓄能器的電動叉車液壓起升系統(tǒng)能耗試驗研究[J].山東大學學報（工學版），2011（6）：80-84.

[6] 李云霞.電動叉車液壓起升系統(tǒng)節(jié)能研究[D].濟南：山東大學，2009.

[7] 衛(wèi)良保.叉車起升和轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)設(shè)計及新型分流閥的結(jié)構(gòu)形式[J].起重運輸機械，1998（3）：9-13.