一種叉車門架的滾輪槽鋼結構的優化

摘要：針對目前叉車門架采用主滾輪和側滾輪相結合方式所帶來的門架異響、滾輪早期磨損及損壞故障率高等問題，提出了一種利用門架槽鋼凸臺或凸緣截面特點，與主滾輪的輪緣相配合完成側向承載，以達到取消側滾輪的目的。通過試驗和實際工況驗證該新型結構的可行性，驗證結果顯示，該新型結構使門架具有運行平穩、噪聲低及故障率低的優點。

關鍵詞：側滾輪;門架槽鋼;凸臺;噪聲;故障率

0" "引言

門架滾輪在車輛載重（包括門架自身質量）的作用下，承受較大徑向載荷。偏載條件下，承受徑向載荷的同時還承受軸向載荷。同時由于門架滾輪與匹配的槽鋼存在運動間隙，在叉車行駛、門架前后傾斜，特別是叉車在叉取貨物過程中還要承受較大的沖擊載荷[1]。

目前，叉車門架基本都是采用主滾輪和側滾輪相結合的方式，主滾輪一般只承受徑向力的作用，即只承受叉車前進、后退方向的作用力，而橫向作用的載荷要由側滾輪（側向滾輪）承擔。但由于小噸位叉車門架的空間有限，造成側滾輪布置困難、安裝與維護不便。此外，制造質量不高和間隙調整不當等都會造成門架異響，使滾輪出現早期磨損和損壞等問題。

綜上分析，側滾輪不能簡單的取消，要找到替代側滾輪的設計方案。針對這一問題，本文提出了一種利用門架槽鋼凸臺或凸緣截面的特點，并與主滾輪的輪緣相配合完成側向承載，以達到取消側滾輪的目的。

1" "現結構存在的問題

1.1" "門架結構

現有門架采用主滾輪和側滾輪相結合方式的結構受力如圖1所示，內、外門架槽鋼截面結構如圖2和圖3所示。搭載到整車作業時，在重物作用下，內外門架縱向受力通過主滾輪傳遞，受力大小為f1;門架橫向受力通過側滾輪傳遞，受力大小是f2，其中主、側滾輪都在門架重疊距L內[2]。

該結構方式在小噸位上使用，由于空間有限，側滾輪在裝配及間隙調整時難度較大。此外，滾輪在使用過程中經常容易損壞，尤其是復合滾輪。復合滾輪的軸頭經過淬火處理，硬度較高，且壁厚較薄。一旦側滾輪損壞，該軸頭容易引起脆裂。

1.2" "貨叉架結構

該結構如果調整得松一點，門架就有點晃，晃動大了就有異響;如果調整得緊一點，側滾輪磨損槽鋼就會加大，磨損痕跡深了也會有異響。另外，側滾輪如果裝配時與槽鋼滑動槽配合的平行度不好，側滾輪容易偏磨，受力一端大一端小則容易損壞。

2" "結構優化

2.1" "優化后門架滾輪槽鋼結構

優化后的內、外門架槽鋼截面結構如圖4和5所示。當門架正載不偏斜時，主滾輪的外緣與凸臺產生一個較小的不接觸間隙;當門架受到偏載發生傾斜時，主滾輪的外緣即與槽鋼的凸臺接觸，將門架扶正，從而保證整個門架在升降過程中，滾輪外緣與凸臺始終處于若即若離的狀態。由于凸臺是布滿整個槽鋼滑槽的，所以運行起來比側滾輪的斷點式接觸就要平穩、柔順很多。

優化后的主滾輪軸頭采用的是分體滾輪。分體滾輪的軸頭加工簡單，只需進行調質處理，硬度不需要太高，因此其韌性較好，精度也容易達到要求。

2.2" "優化后的貨叉架結構

優化后的貨叉架結構如圖6所示。除了貨叉架最上端的軸頭帶有擋圈卡槽外，其余軸頭都沒有擋圈卡槽，因此滾輪在門架槽鋼內沿軸向可以浮動，即可實現若即若離的約束，避免滾輪卡死于槽鋼。采用這樣的結構不僅使磨損大大降低，提高了滾輪的使用壽命，而且由于接觸較輕微，也使得門架運行時噪聲有所降低。

優化后的門架系統如圖7所示。在滑道內時，滾輪1、2、3、4起作用;當起升到最高時，滾輪2、3會超出門架滑槽，這時滾輪5、6才起作用。滾輪5、6的軸頭加工有一個帶缺口的U型，在滾輪切換時可以減少沖擊影響，使門架運行平穩柔順。起升到最高時，滾路2、3跑出去，為避免滾輪脫落，所以滾輪2、3增加了擋圈限位。其余滾輪1、4、5、6 都是可以軸向浮動的。

根據槽鋼特點，裝配時滾輪的圓角大的一端朝外，側滾輪大圓角端朝前。貨叉架處鏈條下端掛鏈座10采用環形圈裝配，起作用有2點：一是可以提高鏈條的裝配效率;二是環形圈能使鏈條就像一個鐘擺，可以左右轉動。鏈條上端的鏈輪9可以使鏈條前后擺動，這樣便可彌補鏈條在前后、左右裝配時的制造誤差。

3" "數據分析和結論

利用有限元分析軟件，對門架結構優化前后進行分析。其相同偏載工況分析結果對比如圖8所示。根據有限元分析進行電測試驗，各測點分布位置如圖9 所示。

對其進行正載、1.25倍載荷正載、偏載100mm、爬坡和過顛簸塊5種測試工況應力測試，改進前、后各測點對應工況的等效應力值對比如表1所示。

綜合各工況門架的受力數據分析可知，優化后門架各測點應力值均小于或接近優化前門架各測點應力值，優化后門架承載性能明顯優于優化前門架。

4" "結語

本文針對目前叉車門架采用主滾輪和側滾輪相結合方式所帶來的門架異響、滾輪早期磨損及損壞故障率高等問題，提出了一種利用門架槽鋼凸臺或凸緣截面特點，與主滾輪的輪緣相配合完成側向承載，以達到取消側滾輪的目的。通過試驗和實際工況驗證該新型結構的可行性，驗證結果顯示，該新型結構使門架具有運行平穩、噪聲低及故障率低的優點。

對叉車門架進行結構優化設計，減小高故障率側滾輪對門架質量的影響，從而降低門架的內外故障的反饋率。優化后的門架結構更加緊湊，運行平順，噪聲低，且減少了側滾輪的采購、加工、裝配和調整環節，在提高生產效率的同時降低了成本，在一定程度上提高了門架的制造技術水平。