某3噸電動平衡重叉車液壓共振問題的分析

摘 要：針對某3噸電動平衡重叉車，對其油泵控制器轉(zhuǎn)速參數(shù)，多路閥、齒輪油泵、門架限速閥液壓流量分別進(jìn)行了調(diào)整，并對車體和護(hù)頂架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析，發(fā)現(xiàn)護(hù)頂架后腿焊接結(jié)構(gòu)和護(hù)頂架在車架上的安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理是導(dǎo)致該叉車在門架起升和下降時產(chǎn)生液壓共振的原因。

關(guān)鍵詞：電動叉車；液壓共振；有限元分析

中圖分類號：TH242" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）05-0066-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.05.017

0" " 引言

在新產(chǎn)品試制過程中發(fā)現(xiàn)某3噸電動平衡重叉車門架慢速起升和慢速下降時出現(xiàn)了液壓共振現(xiàn)象，整車抖動明顯，尤其體現(xiàn)在儀表架、方向盤和液壓操縱桿上。電動叉車整車抖動問題是綜合且復(fù)雜的，涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計、電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)。在對該電動叉車進(jìn)行抖動原因分析后發(fā)現(xiàn)，是車架上護(hù)頂架的固定板撓度差導(dǎo)致儀表架、方向盤和液壓操縱桿在門架起升和下降時發(fā)生抖動。

1" " 整車狀態(tài)檢查和初步排障

該3噸電動平衡重叉車配置前充氣胎，后實(shí)心胎，首先對前輪充氣輪胎的氣壓進(jìn)行檢查，左前充氣胎908 kPa，右前充氣胎910 kPa，左右氣壓基本一致。其次檢查液壓油箱油量，反復(fù)多次檢查，油量均處于標(biāo)尺正常位置。第三，檢查門架兩根鏈條的松緊度，左右張力是一致的。第四，在叉車無負(fù)載情況下反復(fù)起升、下降門架，進(jìn)行起升液壓油缸排氣，故障現(xiàn)象仍未消失。第五，檢查液壓系統(tǒng)的吸油油路和回油油路密封情況，更換液壓油、液壓吸油濾清器和液壓回油濾清器，故障現(xiàn)象仍舊存在。

2" " 油泵控制器參數(shù)調(diào)整測試

該3噸電動平衡重叉車的多路閥每片閥配置兩個微動開關(guān)，通過微動開關(guān)的通斷給油泵電機(jī)輸入相應(yīng)的工作信號。由于微動開關(guān)只提供通斷信號，油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定，因此門架起升速度的快慢和下降速度的快慢通過多路閥閥桿控制閥芯內(nèi)的滑閥節(jié)流槽控制流量來調(diào)節(jié)。故油泵電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定成為問題排查的方向之一。

通過油泵控制器設(shè)定油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速分別為1 500、1 800、2 200、2 600、3 000 r/min，在5個不同的油泵電機(jī)轉(zhuǎn)速下分別測試試制樣車的抖動情況。經(jīng)過實(shí)測，在5個不同的油泵電機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)速下，門架慢速起升和慢速下降時仍舊存在整車抖動，問題沒有解決。因此，通過油泵控制器設(shè)定的油泵電機(jī)轉(zhuǎn)速的高低對于該3噸電動平衡重叉車液壓共振問題的產(chǎn)生影響較小，該試制樣車液壓共振問題的產(chǎn)生應(yīng)與電機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)。

3" " 多路閥流量調(diào)整測試

該3噸電動平衡重叉車選用型號為CDB3-F15DCY-

D1的多路閥，額定流量65 L/min，經(jīng)過核算該多路閥流量滿足整車設(shè)計要求。由上文可知該試制樣車是通過多路閥閥芯內(nèi)的滑閥節(jié)流槽來控制液壓流量、調(diào)節(jié)起降速度，液壓流速的快慢控制門架起升和下降的快慢。而節(jié)流槽對于多路閥換向過程中流量的平穩(wěn)性有重要作用，因此滑閥節(jié)流槽的設(shè)計和加工是否存在問題成為該試制樣車液壓共振問題查找的方向之二。

首先排查滑閥節(jié)流槽的加工和質(zhì)量問題，采購兩臺同一型號、不同供貨批次的多路閥，分別進(jìn)行裝車測試，結(jié)果表明，整車依然存在共振問題。因此，滑閥節(jié)流槽的加工和質(zhì)量存在問題的可能性較小。

查閱圖紙并對該試制樣車多路閥進(jìn)行拆解后發(fā)現(xiàn)，叉車多路閥使用U形節(jié)流槽，其典型特征是二級節(jié)流：在多路閥閥口開度較小時，流量增加較快，而在多路閥閥口開度較大時，流量趨于平穩(wěn)[1]。結(jié)合該試制樣車的實(shí)際情況，和多路閥供應(yīng)商對節(jié)流槽的半圓槽和等截面流道的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，共設(shè)計和加工了5種U形節(jié)流槽用于測試。

對優(yōu)化設(shè)計和加工后的5種U形節(jié)流槽分批進(jìn)行裝車驗(yàn)證，門架在慢速起升過程中仍舊出現(xiàn)液壓共振抖動現(xiàn)象，但抖動幅度減??；慢速下降過程中仍舊出現(xiàn)液壓共振抖動現(xiàn)象，且抖動幅度沒有變化。

因此，調(diào)整多路閥閥芯內(nèi)的U形節(jié)流槽不能解決該叉車的液壓共振抖動問題。

4" " 齒輪油泵排量調(diào)整測試

該3噸電動平衡重叉車選用型號為CHBV-F25的齒輪油泵，排量為25 mL/r。經(jīng)過核算該齒輪油泵排量符合整車?yán)碚撛O(shè)計要求，但不能完全排除齒輪油泵流量選型偏小導(dǎo)致液壓共振的可能。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證齒輪油泵排量的大小對振動問題的影響，分別采購排量27 mL/r和30 mL/r的齒輪油泵進(jìn)行裝車測試，試驗(yàn)結(jié)果如下：門架在慢速起升和慢速下降時依舊出現(xiàn)了液壓共振現(xiàn)象，整車抖動依舊明顯。故該試制樣車選型的排量為25 mL/r的齒輪油泵排量足夠，符合設(shè)計和計算選型，25 mL/r排量的齒輪油泵不是導(dǎo)致液壓共振問題產(chǎn)生的原因。

5" " 門架限速閥限速流量調(diào)整測試

該3噸電動平衡重叉車選用型號為XSF-F16L的限速閥，采用管式單向節(jié)流閥，限速流量為60 L/min。經(jīng)過核算該限速閥的限速流量符合整車設(shè)計要求。

管式單向節(jié)流閥形式的限速閥流量不受其進(jìn)、出口的壓差影響，能保持額定設(shè)定值[2]。為了進(jìn)一步驗(yàn)證限速閥的限速流量大小對液壓振動問題的影響，采購了限速流量為75 L/min限速閥進(jìn)行裝車測試驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果如下：門架在慢速起升和下降時整車抖動依舊存在，抖動幅度沒有變化，該試制樣車液壓共振問題沒有解決。

6" " 門架拆解并重新裝配

對該3噸電動平衡重叉車的門架進(jìn)行拆解檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)門架、外門架、貨叉架、滾輪及軸的間隙均勻且無異常磨損，滾輪的轉(zhuǎn)動無異常，門架立柱、橫梁等結(jié)構(gòu)件無變形扭曲現(xiàn)象，門架立柱直線度和平面度均在設(shè)計誤差范圍之內(nèi)。

對該電動叉車門架進(jìn)行復(fù)原重新裝配，同時對滾輪、鏈輪及軸部位進(jìn)行適當(dāng)?shù)臐櫥?，?fù)原后檢查門架滾輪和鏈輪的轉(zhuǎn)動情況均正常。復(fù)原后現(xiàn)場測試，抖動仍未消失。

7" " 車體結(jié)構(gòu)有限元分析

使用UG有限元分析模塊建立該叉車護(hù)頂架的有限元分析模型，以該叉車驅(qū)動橋殼中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，設(shè)定該叉車前進(jìn)方向?yàn)閄軸，該叉車橫置方向?yàn)閅軸，該叉車垂直于水平面方向?yàn)閆軸，如圖1所示[3]。

該有限元分析模型的分析類型：Nastran Modal sol103；網(wǎng)格類型：Tetra4（10）/QUAD4；平均網(wǎng)格尺寸：6 mm。不同模式下的頻率分析結(jié)果如表1所示。

在表1所示9種模式下分別進(jìn)行模態(tài)分析，模式1和模式2的模態(tài)分析結(jié)果顯示護(hù)頂架的設(shè)計結(jié)構(gòu)以及護(hù)頂架在車體上的安裝結(jié)構(gòu)存在問題，如圖2、圖3所示。

結(jié)合以上分析結(jié)果，單獨(dú)對護(hù)頂架結(jié)構(gòu)X方向和Y方向的振型進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4和圖5所示。

根據(jù)車體結(jié)構(gòu)有限元分析和護(hù)頂架結(jié)構(gòu)振型分析的結(jié)果，安裝護(hù)頂架后腿的車架立板振幅較大，安裝護(hù)頂架前腿的車架擋泥板振幅較大，護(hù)頂架后腿頂部左右振動幅度較大。

根據(jù)有限元分析結(jié)果，對護(hù)頂架后腿頂部增加左右加強(qiáng)筋，對安裝護(hù)頂架后腿的車架立板增加前后加強(qiáng)筋，對安裝護(hù)頂架前腿的車架擋泥板底部增加前后加強(qiáng)筋。對改進(jìn)后的車架和護(hù)頂架進(jìn)行總裝驗(yàn)證，測試后車體沒有發(fā)生抖動現(xiàn)象，共振問題解決。

8" " 結(jié)論

經(jīng)過對該3噸電動平衡重叉車油泵控制器轉(zhuǎn)速參數(shù)，多路閥、齒輪油泵、門架限速閥液壓流量分別進(jìn)行調(diào)整，并對車體和護(hù)頂架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，發(fā)現(xiàn)護(hù)頂架后腿焊接結(jié)構(gòu)和護(hù)頂架在車架上的安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理是導(dǎo)致該3噸樣車產(chǎn)生液壓共振的原因。經(jīng)過改進(jìn)設(shè)計，最終液壓共振問題得到解決。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 謝建偉，劉怡辰，陳寅，等.非圓周節(jié)流槽在叉車多路閥上的應(yīng)用[J].機(jī)電工程，2018，35（5）：486-489.

[2] 劉清榕.叉車用限速閥工作原理和故障分析[J].工程機(jī)械與維修，2012（6）：116-117.

[3] 萬偉.某3噸柴油叉車怠速振動大的分析[J].西部特種設(shè)備，2023，6（1）：21-24.

收稿日期：2024-11-29

作者簡介：萬偉（1989—），男，江蘇東臺人，高級工程師，從事平衡重叉車的研發(fā)工作。