门架结构分析及载荷曲线的计算

门架结构分析及载荷曲线的计算

叉车作为一种装卸货物的特殊车辆，其载荷曲线的确定，对于叉车设计者来说，是关系到叉车门架的强度和叉车整车稳定性的一个重要参数；对于叉车的使用者来说，是直接关系到使用者的使用效率和生命安全的一个关键因素。载荷曲线定制的好坏，不仅能使安全性能得到可靠保证，而且又能充分发挥叉车的使用性能。

如上图所示：载荷的大小取决于载荷中心与起升高度。通过对载荷曲线的观察，可以将载荷曲线分为两个区域，直线段为强度区域，在该区域主要考虑门架强度，轮胎负荷和整车稳定性；曲线段为稳定区域，在该区域主要考虑的是，由于载荷中心和门架起升高度变化后对整车稳定性影响的载荷变化。

影响叉车稳定性的因素很多，例如叉车作业场地的路面状况、坡度、轮胎的结构性能、

载荷（货物）质量分布、司机操作过程发生的额外载荷以及作业中可能遇到的非正常的偶然动载荷等；此外，叉车的制造准确性及材料质量，例如制成品的尺寸偏差、材质缺陷致使门架承载后产生扭转变形、车架和货叉变形等。

衡量叉车稳定性的方法及其发展过程：

( 1 )稳定系数法

平衡重式叉车是最早发展起来的叉车类型，它的特点在于起升载荷的重心始终位于叉车车轮支承面的前方，载荷始终产生一个使叉车向前倾翻的力矩，需要叉车本身的重量 ( 包括平衡重的重量)所产生的稳定力矩来平衡，以保持叉车的稳定。虽然规定了叉车的额定起重量，但叉车起升的载荷并不一定都表明重量、或者标明的重量不准确，实际存在着超载的可能性。为了使叉车在有限的超载情况下仍能保持纵向稳定，必须使稳定力矩有一定的富裕，由此提出了叉车稳定系数。设叉车两个前轮接地中心点的连线为叉车纵向倾翻轴线，则稳定系数可用下式表示：

K =︱M稳/ M倾︱=（GY）/（QB）

式中 M稳 ——叉车自重产生的稳定力矩

M倾——额定载荷产生的倾覆力矩

G——叉车自重

Y ——叉车自重重心至纵向倾翻轴线的水平距离

Q ——额定载荷

B ——载荷重心至纵向倾翻轴线的水平距离

稳定系数具有载荷力矩超载储备能力的含义；在B 值不变的条件下， K具有载荷超载能力的含义。

实际作业中，叉车倾覆是在动态工况下发生的，是在重力及水平惯性力综合作用下倾覆的。其中惯性力产生的倾覆力矩与重心高度成正比。而上述稳定性的计算，仅反应静态平衡的情况，未考虑动态情况下的惯性力，未考虑到重心高度对稳定性的影响，因此这种稳定系数又称静稳定系数，它不能合理的反映叉车的真实稳定程度。

( 2 )重心法

为衡量惯性力及重心高度对稳定性的影响，稳定性衡量方法——重心法。为了确保叉车的稳定，必须将叉车合成重心高度 h限制在一定范围内，更确切的说，必须将合成重心高度h与合成重心至倾翻轴线之间水平距离 a的比值限制在一定范围内。为此：

纵向稳定性:

对实心轮胎叉车 h ≤ 1 0 a ， 或h / a ≤10；

对充气轮胎叉车 h ≤7 .5 a ， 或h / a≤7.5；

横向稳定性: h ≤6 e， 或h / e ≤6；

式中 h ——合成重心高度

a ——合成重心至倾翻轴线的水平距离

e ——合成重心至横向倾翻轴线的水平距离。

相当于规定了叉车静态倾翻式的临界倾翻角为B= a r c t a n ( a / h ) 和B= a r c t a n ( e / h ) ， 故也称这种方法为倾翻角法。满足上述规定的叉车，在作业情况下，当惯性力和重力的比值 P / G小于 a / h时，叉车是稳定的。

( 3 )平台试验法

这种方法的基本内容是： 规定叉车各种不同状态下必须达到的倾斜度，将实际叉车置于试验平台上，进行平台倾斜试验来检验该叉车是否能达到各项倾斜度而不倾翻，如果都达到了，便认为叉车在规定的各种工况下都是稳定的。

平台试验法的基本原理和重心法有类似之处。我们知道，叉车受有重力、惯性力、风力和地面反力.在忽略微小风力的条件下，决定叉车稳定性的重要力是重力及惯性力。叉车的作业工况不同，惯性力的大小和方向也不同。叉车在水平地面作业时，不论有载无载、启动、制动和转弯，各种惯性力都是水平方向的，重力则为铅垂方向，都作用在叉车的重心上。设 P为叉车某工况下的惯性力，它对该工况下的叉车倾翻轴线形成一个倾覆力矩 P h ( h为该工况下的重心高度) ，促使叉车倾翻:叉车重力 G( 满载时 G = G o + Q ，空载时 G = G n )对同一倾翻轴线形成一个稳定力矩 G a（或Ge），a(或e)为该工况下重心至倾翻轴线的水平距离；只要

P / G ≤a / h( 或 P / G≤ e / h ) 1-1

叉车在该工况下是稳定的。因此要判断叉车是否稳定，只需判断上式是否成立即可。为此，首先要掌握该工况下惯性力和重力的比值 P / G ，对每一台叉车的比值 P / G ，在数值上可能有一些差别，但在同一类叉车之间，比值 P / G肯定有内在的规律，我们可以通过理论分析、积累试验数据和实际经验，确定一个在该工况下通用的比值[ P / G ] ，它规定于该工况下的倾斜度，即t a n θi= [ P / G ]i。这样检验一台叉车在该工况下的稳定性，就只要检验该叉车在该工况下重心位置参数是否满足 （1-1）式，也就是检验是否t a n θi ≤t a n θ ( t a n θ= a / h ，即重心位置参数所决定的临界倾斜度)。平台试验法正式建立在这一原理基础上的，它规定了每种工况下的倾斜度t a n θi，再用平台倾斜试验来检验叉车的重心位置，以判断叉车的稳定性. 试验时，将叉车按实际工况时的状态置于平台上，叉车的倾覆轴线平行于平台铰轴轴线，当平台倾斜度达到t a n θi时， 叉车不倾翻， 说明叉车重心位置满足a / h≥t a n θi, = [ P / G ]，叉车在该工况下工作时将是稳定的。

平台实验法的优点，首先在于它考虑了可能发生倾覆的各种工况，分别规定了各种工况下必要的倾斜度t a n θi = [ P / G ] i， 并按各种工况逐项进行平台倾斜试验，检验叉车各种工况下的重心位置是否满足要求，只有全部试验都满足，才认为叉车是稳定的;另一个优点在于它考虑了叉车弹性变形对稳定性的实际影响，因为这个方法中， 检验叉车的重心位置不是靠计算，而是靠试验。

如上所述，我们只要通过稳定系数法计算出叉车最高处的载荷，再通过平台试验法对计算的结果加以验证，就能准确的得到叉车的安全载荷曲线。

由于稳定系数法在计算过程中，一直将叉车作为刚体看待，忽视叉车各构件（尤其是

轮胎）的弹性变形，因此计算结果和实际情况有较大的误差。因此，在计算过程中，我们必须考虑以下部件对计算结果的影响：

叉车门架系统是叉车工作装置的骨架,是货叉的支架和导轨；门架支撑着起升液压缸,同时还要承受货物的垂直作用力和纵向弯矩, 是承受力矩的主要部件,它的过量变形和破坏,将会影响叉车的正常使用。 在设计门架时，采用以往的经验设计和计算方法很难得到理想的设计，常会造成门架板厚布置不合理、重量大、浪费材料等弊病。因此,分析其微观受力及位移很有意义。通过对门架受力的分析，合理的确定门架的板厚及受力位置，最大加强门架的刚性，减小门架起升时的弯曲变形；

轴承是叉车主要的承力部件，由于自身的间隙及载荷的影响，其自身的变形对叉车的稳定性也有很大影响。选用合理的轴承，确定轴头的大小及位置，尽量减小轴承变形对载荷曲线的影响；

在以往的计算中，我们一直把整车看成一个刚性系统，车体及轮胎的弹性变形都未加以考虑。此次我们考虑将车体及轮胎的变形加入到计算结果中；

惯性力对整车稳定性的影响是巨大的，惯性力产生的倾覆力矩与重心高度成正比，而且，惯性力也加大了门架的瞬间变形。实际上，叉车倾翻是在动态工况下发生的。通过对惯性力的研究，合理的确定门架起升的最大速度，确保载荷曲线及叉车效率的统一性。

研究时间表

第一阶段 11月——12月底

1. 门架强度分析 通过对数模进行分析，在同样材料下，确定门架合理的结构 ，

尽量加强门架的结构强度及刚性；

2. 车体结构分析 通过对数模的研究，确定车体尤其是支腿的强度及变形量，适当

的改变车体的结构，；

3. 轴承的变形分析 通过对轴承的受力分析，确定轴承的变形量，将其结果对载荷

曲线进行修正；

4. 轮胎变形量的确定 通过载荷的加入，确定轮胎的变形量，在计算载荷曲线的过

程中考虑轮胎变形量的影响；

第二阶段 1月1号——1月31号

惯性力的影响 在第一阶段研究的基础上，增加惯性力对上述结构的影响，修正各个参数，最终得出合理的载荷曲线并进行验证。

第三阶段

在以上研究的基础上，进行叉车稳定性的其他研究：

纵向稳定性 横向稳定性 整车附着性能 制动性能等