叉車門架常用的滾輪結構

周雅文(林德(中國)叉車有限公司，福建 廈門 361009)

0 引言

滾輪是叉車門架的主要關鍵部件，其作用是在貨叉架與內門架或內門架與外門架之間起著導向和傳力的作用[1]。常見的叉車門架滾輪主要分為單獨主滾結構，分體式滾輪結構及復合滾輪結構等三種結構。

1 常見滾輪結構

單獨主滾結構，滾輪與門架及貨叉架會有一定的偏擺角度(圖1)。型鋼與滾輪接觸的部分會有個R角，這樣滾輪可同時承受軸向與徑向的大負荷。型鋼通常采用C型鋼與H型鋼組合或都為H型鋼，型鋼腹板相對R角部分會偏置大概2 mm左右，這樣可以避開與滾輪側面的干涉。型鋼及貨叉架立板與滾輪軸接觸的位置需機加工一道凹槽以保證與滾輪軸接觸的精度，滾輪軸端部同樣也需加工對應斜面(圖2)。加上配套的焊接工裝，這樣才能保證焊接后滾輪軸達到對應偏擺角度。該結構的優點是門架結構簡單，門架工作穩定性高，維護費用較低，可延長叉車門架的使用壽命；缺點是門架型鋼形狀結構較為復雜，型鋼的直線度及平面度等精度要求較高，導致型鋼原材料成本較高。型鋼、貨叉架立板及滾輪軸的機加工要求較高，相應的制造加工成本高。

圖1 單獨主滾結構裝配 圖2 單獨主滾結構滾輪軸焊接

分體式滾輪結構主要包含主滾輪和側滾輪(圖3)。主滾輪負荷大，外徑也大，主要受貨物承載前后方向的力，通常做成專用的滾動軸承，軸承的外圈即為滾輪。側滾輪負荷小，因為布置于貨叉架及型鋼之間受結構限制，外徑也較小，主要受貨物偏載或叉車轉彎時的側向力。當型鋼截面較小時，為使側滾輪有足夠的轉到空間，通常需要在型鋼上加工方孔。該結構的優點是對型鋼的精度要求較低些，可通過加減墊片來保證側滾輪與型鋼之前的間隙，調整余量較大，型鋼方面的成本相對低些。滾輪軸與型鋼腹板垂直，不需要額外加工凹槽，可直接焊接(圖4)。因為主滾和側滾是分開的，貨叉架上兩個側滾之間的距離可以根據實際需求及受力情況調整，靈活性較高。缺點是裝配較為復雜，主滾和側滾分別制作，在滾輪方面的成本較高。加減墊片時，需將固定螺栓反復拆卸，裝配效率較低。型鋼需要加工額外的方孔。

圖3 分體式滾輪結構裝配 圖4 分體式滾輪結構滾輪軸焊接

復合滾輪的特點是將側向滾輪安裝在主滾輪的中心處(圖5)，當下叉車門架系統上較常采用該結構作為支承導引運動部件。復合滾輪的優點是使縱向滾輪與側向滾輪的安裝間距重合，減小了構造尺寸并使安裝更加簡化[2]。側滾輪通過底部的緊定螺栓調節與型鋼之間的間隙，減小裝配時間，總體成本比分體式滾輪也相對低些。缺點是由于該側向滾輪與型鋼接觸的寬度相對分體式側向滾輪小，導致門架型鋼腹板接觸比壓較大，使型鋼腹板磨損加重、叉車滿載起升時門架晃動等現象。另外型鋼也需要加工直徑為50 mm左右的圓孔用于焊接定位滾輪軸(圖6)。

圖5 復合滾輪結構裝配 圖6 復合滾輪結構滾輪軸焊接

2 模擬受力分析

本文以六滾貨叉架結構為例，在載荷中心距500 mm，離貨叉上表面500 mm的中心位置，同時作用垂直及側向力的情況下，對這三種結構滾輪進行受力分析(圖7)。

邊界條件如下：

單獨主滾結構因為滾輪可同時承受軸向與側向力，因此右上及右下滾輪同時承受側向Tx和軸向Ty方向的力(圖8)。

圖8 單獨主滾結構邊界條件

分體式滾輪，上下主滾承受軸向Ty方向的力，右上及右下側滾輪承受側向Tx方向的力(圖9)。

圖9 分體式滾輪邊界條件

復合滾輪，上下主滾輪承受軸向Ty方向的力，右中及左下側滾輪承受Tx方向的力(圖10)。

圖10 復合滾輪邊界條件

三種結構滾輪在X方向的受力情況分別如下(單位N)(圖11)：

圖11 在X方向受力情況

在Y方向的受力分別如下(單位N)(圖12)：

圖12 在Y方向受力情況

由表1可看出，三種滾輪結構，所受Y方向的力基本相差不大，也就是主滾輪所受力差不多。所受X方向的力，由于空間布置原因，復合滾輪所受側向力大些，也就是側滾輪受力較大。單獨主滾與分體式滾輪，所受側向力大小差不多，但受力位置會有些差別。

表1 受力分析匯總結果

3 結論

因此在叉車門架開發設計過程中，對于小噸位車型，基于成本考慮建議選用復合滾輪結構。對于大噸位車型，在成本的基礎上，又要保證受力滿足各種工況的條件下，建議選用分體式滾輪結構。對門架可靠性要求較高，工況要求更高的情況下，可選用成本較高些的單獨主滾結構。