對輕量化設計叉車載荷中心距的分析和探討

尤志軒

（廈門市特種設備檢驗檢測院 廈門 361004）

某叉車使用單位投訴其新購置的1臺叉車在使用過程中多次出現正常剎車時后輪翹起的現象,而搬運同樣的貨物,使用另一臺同樣額定起重量的舊叉車沒有這種現象。使用單位對該叉車的安全性存有疑慮,提出對該叉車進行技術鑒定。

1 叉車基本情況

該叉車是1臺蓄電池平衡重式叉車,額定起重量為1 000 kg,最大起升高度為3 000 mm,自重為1 850 kg,軸距為1 150 mm,前懸距為245 mm,載荷中心距為400 mm,操縱方式為坐駕式。

使用單位是一家來料加工型企業,生產車間原位于一層,因生產規模擴大,又將二層改造為生產車間使用。因為需要在一層、二層間進行物料搬運和轉移,原有的1臺舊叉車已無法滿足生產使用需要,所以新購置了1臺同樣額定起重量的叉車供二層的生產車間使用。

2 主要特征參數對比

將使用單位這臺新購置的叉車,與原有的在一層使用的舊蓄電池平衡重式叉車,以及國內某知名品牌的蓄電池平衡重式叉車,進行主要特征參數的對比分析,見表1。

表1 主要特征參數比較

由表1可知,使用單位原有的舊叉車與某知名品牌叉車的主要特征參數基本一致,而新購置叉車與上述二者相比較,則有較大的不同。新購置叉車的制造單位采用減少叉車配重質量等方式,將叉車自重減少約1 000 kg。通過調整叉車前后軸的位置,將叉車的軸距減少約100 mm。通過改變叉車載荷中心距的設計值,將該值減小至400 mm。同時,將叉車上普遍使用的充氣輪胎或實心輪胎更換為聚氨酯材料車輪,通過減小車輪直徑、降低車輛重心等方式使叉車前懸距減少約165 mm。

3 叉車結構受力分析

通過查詢制造單位的網站,獲取的產品信息顯示,該款蓄電池平衡重式叉車采用的是為滿足“在多層廠房和超小空間使用”的輕量化設計,具有適用于在多層結構廠房使用的車輛自重輕及在狹窄空間使用的通過性能優異等特點。平衡重式叉車是一種具有承載貨物貨叉,載荷相對于前輪呈懸臂狀態,并且依靠車輛的質量來進行平衡的堆垛用起升車輛[1]。其結構受力特征可用式（1）進行大致描述：

式中：

G——自重（含蓄電池）,kg；

Q——額定起重量,kg；

B——前懸距,mm；

C——載荷中心距,mm；

L——軸距,mm。

式（1）是在叉車承載額定起重量,按照靜立狀態下的力矩平衡條件推導出的,表明了叉車主要特征參數之間的關系,可用于對叉車結構的基本受力情況進行分析[2]。

為實現叉車的輕量化設計目的,首先需要減少叉車的自重,使叉車的結構重量降低。由式（1）可知,在叉車的額定起重量確定的情況下,為滿足力矩平衡條件,可以通過減少叉車的前懸距和載荷中心距,以減小由載荷重量產生的傾覆力矩。為適應狹窄空間的使用要求,提高叉車的通過性能,則需要減小叉車的軸距。通過該叉車與其他叉車的比較結果,其主要特征參數所發生的改變,與利用式（1）分析的結論完全相同,與叉車所進行的輕量化設計目的相一致。

4 載荷中心距的取值

制造單位對該叉車進行輕量化設計,是考慮多層結構廠房的結構承重,廠房內部的場地設置,以及叉車進出載貨電梯搬運物料等工況的特殊要求。在輕量化設計上,主要采用減小叉車自重和軸距等方法來實現,但該方法會導致叉車力矩平衡條件中的穩定力矩值減小,造成叉車發生傾覆的風險增大,所以需要同時將前懸距和載荷中心距的設計值適當減小。但是為滿足上述要求,將叉車載荷中心距的設計值更改為400 mm,與標稱值為1000 kg的額定起重量是無法匹配的。

在GB 10827.1—2014《工業車輛 安全要求和驗證 第1部分：自行式工業車輛（除無人駕駛車輛、伸縮臂式叉車和載運車）》中規定：“額定起重量是由制造商根據零部件強度和車輛穩定性確定的,車輛在標準載荷質心位置時能夠搬運、起升并堆垛到標準起升高度的最大載荷”[3]。叉車的標準載荷質心位置與額定起重量是相聯系的,額定起重量決定了標準載荷中心距的取值范圍。對叉車某具體標稱值的額定起重量而言,其載荷中心距應按標準的要求進行取值,不能隨意進行變更。GB 10827.1—2014標準中要求平衡重式叉車的標準載荷中心距符合表2的規定[3]。

表2 平衡重式叉車的標準載荷中心距

由表2可知,額定起重量為1 000 kg的平衡重式叉車的載荷中心距不允許設計為400 mm,而必須為500 mm或600 mm。額定起重量是用來比較不同制造單位所生產車輛的額定能力,并為技術標準和統計提供依據[4]。所以,針對不同額定起重量的叉車,標準規定了其相對應的載荷中心距。

如果制造單位不按標準的規定,在叉車的設計過程中對載荷中心距隨意進行取值,將導致額定起重量失去表示叉車承載額定能力的作用。額定起重量標稱值相同或者不同的叉車,相互之間將無法進行參照和比較,這將導致叉車的制造和銷售市場出現典型的“小噸大標”現象,同時也給叉車的使用帶來嚴重的安全隱患。文中叉車使用單位的2臺額定起重量相同的叉車,因為載荷中心距設計取值的不同,當在一層、二層間轉移搬運物料時,會出現一層的舊叉車使用完全正常,而同樣的物料在二層使用新購置叉車搬運時,滿載狀態下會發生正常剎車時后輪翹起的情況,就是對制造單位這一設計錯誤的實際例證。

5 對標準的建議

不僅在GB 10827.1—2014標準中有對叉車載荷中心距和額定起重量之間對應關系的規定,而且在JB/T 2391—2017《500 kg～10 000 kg乘駕式平衡重式叉車》中,也有內容基本相同的表述[5],見表3。

表3 叉車的標準載荷中心距

雖然GB 10827.1—2014是強制性國家標準,但是在該標準的前言部分已列明“本部分的第4章（除4.1.4、4.2.2.4、4.2.2.5、4.6.3.5、4.11.4）、第5章、6.3為強制性條款,其余為推薦性條款”[3],所以第4章中表2的內容是推薦性的,并不具有強制性。而JB/T 2391—2017只是推薦性行業標準,該標準及表3也都不具有強制性。部分叉車制造單位正是利用上述標準相關內容的非強制性執行這一特點,對叉車的載荷中心距隨意進行取值,導致額定起重量無法正確地表示叉車的額定承載能力。鑒于此,建議上述2個標準在后續的修訂過程中,考慮將該部分內容變更為強制性條款,通過對標準中載荷中心距取值的強制性規定,避免叉車出現“小噸大標”的現象。

6 結束語

部分叉車制造單位在產品設計過程中,片面追求叉車的輕量化和機動性等技術指標,出現不按標準規定隨意減小載荷中心距的做法,導致叉車在使用過程中產生安全隱患。相關監管部門和檢驗機構應對這一情況高度重視,加強監管措施和檢驗技術把關,保證叉車使用過程中的性能穩定和安全可靠。