樊雨　梅亞澤　陳小虎

摘 要：叉車(chē)作為當(dāng)前我國(guó)重要工業(yè)中的操作車(chē)輛，能夠提高作業(yè)效率，而起升系統(tǒng)作為叉車(chē)最為關(guān)鍵的組成部分，對(duì)于叉車(chē)取貨具有一定的指導(dǎo)作用。傳統(tǒng)的叉車(chē)起升系統(tǒng)主要應(yīng)用動(dòng)滑輪機(jī)構(gòu)，利用液壓油缸進(jìn)行相關(guān)驅(qū)動(dòng)，在滾輪、槽鋼的作用下進(jìn)行叉車(chē)作業(yè)。叉車(chē)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(cāng)庫(kù)作業(yè)。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及科學(xué)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(duì)叉車(chē)作業(yè)效率的要求也愈來(lái)愈高。因此，為滿足當(dāng)前工程作業(yè)對(duì)叉車(chē)的要求，要優(yōu)化設(shè)計(jì)叉車(chē)起升系統(tǒng)。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：U294 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2022）03--03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.052

叉車(chē)的主要作用是裝卸、堆垛及短距離運(yùn)輸一系列成件托盤(pán)貨物，是搬運(yùn)式車(chē)輛的重要組成部分。叉車(chē)廣泛應(yīng)用于車(chē)站、港口、工廠及倉(cāng)庫(kù)等相關(guān)部門(mén)，幫助其進(jìn)行機(jī)械化運(yùn)輸。叉車(chē)應(yīng)用主要在于提高相關(guān)貨物的搬運(yùn)效率，而當(dāng)前，隨著物流行業(yè)發(fā)展越來(lái)越迅速以及社會(huì)科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新優(yōu)化，工位車(chē)輛設(shè)計(jì)要求更為嚴(yán)格，對(duì)于裝卸搬運(yùn)車(chē)輛的要求也不斷提高。叉車(chē)作為小型的搬運(yùn)車(chē)輛被廣泛應(yīng)用于搬運(yùn)作業(yè)，為各行各業(yè)的運(yùn)輸搬運(yùn)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(chē)作業(yè)中最為關(guān)鍵的系統(tǒng)，要?jiǎng)?chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化叉車(chē)性能，提高叉車(chē)作業(yè)效率。

1 叉車(chē)的相關(guān)概述

1.1 叉車(chē)的發(fā)展

叉車(chē)主要用于裝卸、堆垛及短距離運(yùn)輸托盤(pán)貨物，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的裝卸運(yùn)輸，是一種較為高效的物料搬運(yùn)機(jī)械。早在第二次世界大戰(zhàn)期間，自行式叉車(chē)就已經(jīng)得到了發(fā)展，而后中國(guó)開(kāi)始制造叉車(chē)。國(guó)際市場(chǎng)上，生產(chǎn)、銷(xiāo)售以及使用和出口工業(yè)搬運(yùn)車(chē)輛的國(guó)家較多，在新興科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)下越來(lái)越重視叉車(chē)技術(shù)的先進(jìn)性。

在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)與國(guó)際經(jīng)營(yíng)的競(jìng)爭(zhēng)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(dòng)控制技術(shù)等應(yīng)用于搬運(yùn)車(chē)輛設(shè)計(jì)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新優(yōu)化，叉車(chē)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(jì)也逐漸趨于多樣化，新興技術(shù)也將在叉車(chē)設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用與推廣[1]。

1.2 叉車(chē)的類(lèi)型

當(dāng)前，我國(guó)的叉車(chē)款式較多，針對(duì)不同的物料運(yùn)輸具有不同的運(yùn)輸模式。其中，托盤(pán)式叉車(chē)主要有手動(dòng)托盤(pán)式、電動(dòng)托盤(pán)式兩種，電動(dòng)托盤(pán)式叉車(chē)又分為自走式、站駕式、坐駕式。托盤(pán)式叉車(chē)主要應(yīng)用于平面上點(diǎn)到點(diǎn)的貨物搬運(yùn)，托盤(pán)相對(duì)小巧靈活，適用于大部分場(chǎng)合，裝卸作業(yè)也比較方便。

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

前移式叉車(chē)是叉車(chē)車(chē)輛類(lèi)型中應(yīng)用較為廣泛的一種，如圖2所示。顧名思義，前移式叉車(chē)的貨架可以縱向前后移動(dòng)，包括門(mén)架前移式叉車(chē)與貨叉前移式叉車(chē)。門(mén)架前移式叉車(chē)的貨叉可以隨著門(mén)架一起移動(dòng)，在叉車(chē)接近貨垛時(shí)，門(mén)架前伸的距離容易受到周?chē)臻g的門(mén)架高度限制，因此，通常只能對(duì)前排貨物進(jìn)行相關(guān)作業(yè)。貨叉前移式叉車(chē)的門(mén)架不會(huì)隨著貨叉移動(dòng)，其主要借助伸縮機(jī)構(gòu)單獨(dú)移動(dòng)。前移式叉車(chē)主要結(jié)合電動(dòng)堆垛機(jī)及平衡重式叉車(chē)的特點(diǎn)，貨物卸取需要伸出門(mén)架或者貨叉，帶動(dòng)貨物向前移動(dòng)。前移式叉車(chē)具有較強(qiáng)的操作靈活性，能夠進(jìn)行高貨卸載作業(yè)。

叉車(chē)的類(lèi)型較多，其主要在于對(duì)叉車(chē)的應(yīng)用，即叉車(chē)起升系統(tǒng)等在叉車(chē)車(chē)輛結(jié)構(gòu)中的使用。側(cè)叉式叉車(chē)不同于前移式叉車(chē)，門(mén)架與貨叉主要位于叉車(chē)車(chē)輛側(cè)邊，不僅可以進(jìn)行上下起升運(yùn)動(dòng)，而且可以帶動(dòng)貨叉前后伸縮。貨物搬運(yùn)中，側(cè)叉式叉車(chē)?yán)靡簤褐瓮瞥鲩T(mén)架，在叉取貨物作業(yè)后帶動(dòng)貨叉起升，縮回門(mén)架，緊接著下降貨叉，貨物則被自動(dòng)放置到叉車(chē)另一側(cè)的前后車(chē)胎上。側(cè)叉式叉車(chē)對(duì)起升系統(tǒng)要求較高，對(duì)其作業(yè)也提出了嚴(yán)格要求[3]。

2 叉車(chē)的起升系統(tǒng)介紹

2.1 叉車(chē)起升系統(tǒng)的構(gòu)造

叉車(chē)起升結(jié)構(gòu)是當(dāng)前叉車(chē)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(chē)的起升系統(tǒng)主要依賴(lài)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其中包括外門(mén)架、鏈條鏈輪、導(dǎo)向滑輪等。

根據(jù)當(dāng)前我國(guó)物料搬運(yùn)中的叉車(chē)應(yīng)用現(xiàn)狀，以電動(dòng)叉車(chē)為例，叉車(chē)的主要起升系統(tǒng)包括外門(mén)架、內(nèi)門(mén)架、起升油缸、傾斜油缸、屬具架、鏈條鏈輪等。其中，外門(mén)架便于叉車(chē)在搬運(yùn)作業(yè)中完成門(mén)架的前后傾斜，外門(mén)架的下部與車(chē)架的前部分相互銜接，其斷面可以采用標(biāo)準(zhǔn)槽鋼加工，或利用鋼板壓制。內(nèi)門(mén)架則主要插在外門(mén)架架框內(nèi)，保證其隨著外門(mén)架的內(nèi)壁進(jìn)行上升或下降運(yùn)動(dòng)，斷面形狀與外門(mén)架相似，可以利用標(biāo)準(zhǔn)槽鋼或鋼板壓制而成。

起升油缸主要位于門(mén)架下橫梁中央，上半部分與門(mén)架的上橫梁中部相銜接。起升油缸在叉車(chē)起升系統(tǒng)中的作用至關(guān)重要，帶動(dòng)內(nèi)門(mén)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(lái)源于底部承受的油壓作用。

起升油缸與叉車(chē)液壓分配器只有一個(gè)通路，油液的排出與進(jìn)入都要經(jīng)過(guò)其通路。除了起升油缸，傾斜油缸也是叉車(chē)起升系統(tǒng)中的重要組成部分。傾斜油缸幫助門(mén)架向前傾斜，尤其是在貨叉插取貨物及搬運(yùn)貨物過(guò)程中，為保證貨物的相對(duì)穩(wěn)定性，插取貨物時(shí)門(mén)架向后傾斜，防止貨物跌落。與此同時(shí)，門(mén)架的前后傾斜都依賴(lài)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(diǎn)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(jìn)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(shí)，后腔充滿高壓油;后傾時(shí)，前腔充滿高壓油。叉車(chē)的起升系統(tǒng)需要一系列屬具架、鏈輪鏈條帶動(dòng)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(shí)帶有一定數(shù)量的滾輪，帶動(dòng)叉車(chē)起升作業(yè)。鏈輪鏈條更是叉車(chē)起升系統(tǒng)中必不可少的部分，有的叉車(chē)采用單排鏈，有的叉車(chē)則采用雙排鏈，通常情況下，鏈條主要固定在叉車(chē)活塞桿上端。

對(duì)于當(dāng)前的叉車(chē)作業(yè)，當(dāng)叉車(chē)起升系統(tǒng)帶動(dòng)其起升手柄扳至一定位置時(shí)，油泵電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)油泵會(huì)泵油，高壓油通過(guò)分配器進(jìn)入相關(guān)油缸進(jìn)行起升動(dòng)作。鏈輪上升則帶動(dòng)屬具架及貨物上升。松開(kāi)手柄扳至下降位置時(shí)，內(nèi)門(mén)架、屬具架及貨叉貨物自動(dòng)下降，起升油缸中的工作油則通過(guò)液壓分配器流回油箱。

2.2 叉車(chē)起升系統(tǒng)的工作原理

當(dāng)前的叉車(chē)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(chē)類(lèi)型有不同的起升結(jié)構(gòu)。在雙速起升液壓系統(tǒng)中，叉車(chē)起升系統(tǒng)構(gòu)件具有一定的工作原理。叉車(chē)工作時(shí)，其叉車(chē)系統(tǒng)也進(jìn)行工作。叉車(chē)工作過(guò)程中，如果起升系統(tǒng)不起升，則其先導(dǎo)閥手柄應(yīng)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(dǎo)致其壓力油從邏輯閥的側(cè)面有油口經(jīng)過(guò)安全卸荷閥門(mén)回到油箱。同時(shí)，油泵再繼續(xù)輸出壓力油，令其快速進(jìn)入雙速閥，在滑閥不動(dòng)作的情況下，邏輯閥門(mén)的背壓卸荷，油泵的壓力油則打開(kāi)邏輯閥回到油箱。再利用傾斜控制閥門(mén)回流壓力油，導(dǎo)致叉車(chē)起升結(jié)構(gòu)不起升[5]。

如果叉車(chē)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(dǎo)閥將控制手柄帶動(dòng)扳手至上升位置，控制先導(dǎo)閥的起升，帶動(dòng)相關(guān)滑閥向左移動(dòng)，推動(dòng)滑閥自動(dòng)及時(shí)關(guān)閉邏輯閥的卸荷油路。與此同時(shí)，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(kāi)邏輯閥，與油泵內(nèi)存有的壓力油合流到起升閥，同時(shí)帶動(dòng)傾斜控制閥的壓力油進(jìn)入起升閥，帶動(dòng)起升液壓缸，實(shí)現(xiàn)快速起升作業(yè)。

如果叉車(chē)起升機(jī)結(jié)構(gòu)滿載而慢速起升，主要依靠其先導(dǎo)閥的控制手柄進(jìn)行起升動(dòng)作，在控制油的作用下空載起升。由于負(fù)載作用，起升系統(tǒng)內(nèi)部工作壓力升高，同時(shí)反饋于滑閥的柱塞上，當(dāng)系統(tǒng)壓力升高到一定壓強(qiáng)時(shí)，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(dòng)相關(guān)滑閥移動(dòng)，在關(guān)閉油口的同時(shí)，邏輯閥背壓從油口處卸荷，打開(kāi)邏輯閥，促使油泵中的油回到油箱。慢速上升過(guò)程中，油泵的油主要經(jīng)過(guò)邏輯閥的側(cè)油口進(jìn)入起升閥，帶動(dòng)傾斜控制閥的油一同進(jìn)入起升閥，帶動(dòng)起升液壓缸的下腔運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)慢速起升。

叉車(chē)起升系統(tǒng)中的起升機(jī)構(gòu)下降作業(yè)，依靠先導(dǎo)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(guò)程中，油泵輸出的壓力油可以經(jīng)過(guò)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(dòng)起升液壓缸下腔的壓力油，帶動(dòng)下腔回油，實(shí)現(xiàn)起升機(jī)構(gòu)的下降作業(yè)。

3 叉車(chē)起升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 叉車(chē)起升系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵

叉車(chē)的液壓系統(tǒng)是保證叉車(chē)起升系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵。當(dāng)前液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)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(chē)的機(jī)動(dòng)靈活性較高，對(duì)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(jì)液壓系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況及不同油路的作業(yè)載荷，選擇與計(jì)算流量及油壓系統(tǒng)參數(shù)，優(yōu)化叉車(chē)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(jì)

叉車(chē)起升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，除了設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，還要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)起升系統(tǒng)的屬具，要求在叉車(chē)面板上安裝左右相對(duì)稱(chēng)的液壓缸，在其工作時(shí)，保證相關(guān)的液壓油進(jìn)入缸內(nèi)推動(dòng)活塞桿。缸外的活塞桿部分則與其叉車(chē)的貨叉連接，推動(dòng)貨叉在面板導(dǎo)軌上自由地移動(dòng)，達(dá)到合理調(diào)整貨叉距離的目的，減少叉車(chē)作業(yè)過(guò)程中推動(dòng)貨叉再進(jìn)行貨物調(diào)整的時(shí)間，提高叉車(chē)作業(yè)效率。

3.3 叉車(chē)起升系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

叉車(chē)起升結(jié)構(gòu)包括門(mén)架設(shè)計(jì)、叉架設(shè)計(jì)、鏈條鏈輪設(shè)計(jì)等，其中，叉車(chē)叉架設(shè)計(jì)要求根據(jù)叉車(chē)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(jì)則主要通過(guò)帶動(dòng)起升液壓缸進(jìn)行起升作業(yè)，在設(shè)計(jì)中要嚴(yán)格計(jì)算承受的載荷。

除此以外，叉車(chē)起升系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)門(mén)架系統(tǒng)的構(gòu)造也有一定的要求，車(chē)門(mén)架應(yīng)保證起升系統(tǒng)的起升限位，保證其實(shí)現(xiàn)自由提升。叉車(chē)門(mén)架在叉車(chē)起升系統(tǒng)中是較為重要的組成部分，能夠提高叉車(chē)起升作業(yè)的穩(wěn)定性。對(duì)于叉車(chē)起升系統(tǒng)中的滾輪組件設(shè)計(jì)，應(yīng)嚴(yán)格按照叉車(chē)起升系統(tǒng)的承載及相關(guān)部件的載荷作用嚴(yán)格計(jì)算，保證滾輪的導(dǎo)輪、軸等都符合標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)起升結(jié)構(gòu)應(yīng)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(chē)起升系統(tǒng)的起升速度[7]。

4 結(jié)語(yǔ)

叉車(chē)的起升機(jī)構(gòu)是當(dāng)前叉車(chē)作業(yè)中最為重要的一部分，其主要對(duì)叉車(chē)的作業(yè)效率具有一定的影響。當(dāng)前叉車(chē)類(lèi)型的種類(lèi)較多，不同的叉車(chē)應(yīng)用于不同的物料運(yùn)輸過(guò)程，對(duì)叉車(chē)的相關(guān)要求也大不相同。隨著科學(xué)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(yùn)輸對(duì)叉車(chē)車(chē)輛的規(guī)格要求比較嚴(yán)格，而起升結(jié)構(gòu)作為叉車(chē)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(chē)起升效率和作業(yè)效率。

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