某型內燃叉車護頂架連接板斷裂原因和改進措施

0 引言

叉車作為工業搬運的重要設備，在各類物料轉運作業中發揮著關鍵作用。護頂架是保障叉車駕駛員頭部安全的關鍵結構部件，其可靠性直接關系到作業安全。某鋁廠用戶購置的一臺某型內燃叉車在轉運特定質量和尺寸的鋁錠時，其護頂架的連接結構出現多次斷裂，嚴重影響了生產作業的正常進行，有必要對其故障原因進行深入剖析。

1故障現象

該型內燃叉車轉運體積約為 1m³ 的大型鋁錠（質量約為3.5t），在累計使用614h后，護頂架與儀表架的連接板出現斷裂現象。為了不耽誤生產，用戶采用廢料板焊接固定后，繼續使用不到 100h ，護頂架連接板又出現斷裂現象。

2內燃叉車護頂架結構

內燃叉車護頂架結構由左后腿1、右后腿2、筋板3、橫梁4、右前腿5、左前腿6等組成，如圖1所示。護頂架與儀表架連接結構由凸起連接板7、儀表架8等組成，如圖2所示。

1.左后腿2.右后腿3.筋板4.橫梁5.右前腿6.左前腿

圖1叉車護頂架結構

圖2護頂架與儀表架連接結構

筋板3、橫梁4、右前腿5、左前腿6組成前框架，通過螺栓將右前腿5、左前腿6固定在叉車儀表架8的左、右兩側凸起連接板7上，左后腿1、右后腿2通過螺栓固定在叉車的車架上，實現保護駕駛人員頭部的安全功能。

3故障原因分析

3.1作業現場路況惡劣

通過走訪用戶了解到該叉車所處工況比較特殊：該叉車工作強度較大，現場路況不平坦、多坑洼，左、右輪胎磨損不一致現象顯著。

分析認為，該叉車經常在坑洼不平的路況上進行搬運大噸位鋁錠，在搬運過程中處在忽高忽低的不穩定狀態下作業，會造成輪胎的不平衡磨損。當叉車行駛在坑洼路面時，車身搖晃幅度會加劇。此時頂架與儀表架的連接板承受著強烈的剪切應力作用，這種剪切應力在叉車的動態運行過程中反復作用于連接板，最終導致其斷裂。

3.2結構設計不合理

從護頂架的結構設計來看，其右前腿5、左前腿6與儀表架8的固定方式存在明顯的強度隱患。具體而言，護頂架的右前腿5、左前腿6與儀表架8主要依靠凸起連接板7上的螺紋孔，每側采用2個M8螺栓連接固定。而該凸起連接板7的寬度僅為 50mm ，厚度僅為12mm。

分析認為，凸起連接板7的設計尺寸偏小、強度不足。該叉車在惡劣路況下搬運重載鋁錠時，凸起連接板7無法提供足夠的強度來抵抗各種復雜的應力。在該叉車轉運鋁錠過程中，無論是行走過程車身搖晃產生的剪切應力、還是放置鋁錠時產生的慣性力、沖擊力，都會通過護頂架結構傳遞到凸起連接板7，由于其強度不足，極易產生斷裂。

進一步分析認為，在叉車滿載運行過程中，護頂架前框架承受的上述各種復雜的應力通過右前腿5、左前腿6傳遞給與儀表架連接的凸起連接板7。由于凸起連接板7的結構單薄，無法有效地將載荷均勻分散到周圍結構，造成局部應力過大，成為整個護頂架結構的薄弱環節，進而導致斷裂故障。

3.3焊接缺陷導致二次斷裂

該叉車在首次出現故障后，用戶采用廢料板焊接修復斷裂部位，其初衷雖然是為了不耽誤生產，但是卻導致焊接部位的二次斷裂。

分析認為，由于廢料板的材質特性、幾何形狀以及焊接工藝難以保證與原結構的適配性，焊接后形成的接頭存在但不限于焊接氣孔、未焊透、夾渣等缺陷。這些缺陷嚴重降低了焊接部位的強度和韌性。當叉車繼續在重載和顛簸工況下作業時，焊接部位無法承受正常的應力作用，迅速發生二次斷裂。

4改進措施

針對該叉車使用的特殊工況，提出并實施了以下改進措施：一是取消儀表架上固定前腿的凸起連接板，采用儀表架豎板9固定護頂架的前腿；二是將護頂架前框架的左、右前腿加長，以便將其固定在儀表架兩側的豎板上；三是將前框架左、右前腿2個連接孔10的距離加大，以便優化力的傳遞路徑、提高連接部位的強度與穩定性、適應惡劣的作業工況。改進后的護頂架與儀表架連接方法如圖3所示。

9.儀表架豎板10.護頂架連接孔

圖3改進后護頂架與儀表架連接方法

5改進效果驗證與評估

5.1 改進效果驗證

針對此改進方案進行CAE計算機輔助分析。依據內燃叉車護頂架的幾何尺寸、材料特性開展三維建模。由于護頂架與儀表架連接部位為改進重點關注區，因此在對該區域進行網格劃分時采取局部加密方法，采用高階四面體或六面體單元，以保障計算精度與收斂性。將護頂架與儀表架進行連接，對儀表架連接板施加應力，對比分析改進前和改進后的受力情況。改進前、后護頂架與儀表架連接受力分析分別如圖4、圖5所示。

圖4改進前的護頂架與儀表架連接受力分析

圖5改進后的護頂架與儀表架連接受力分析

5.2改進效果評估

改進前，護頂架與儀表架連接處的最大應力為434.29MPa；改進后，護頂架與儀表架連接處最大應力為264.21MPa 。此外，改進后護頂架與儀表架的零件材質均為Q355B，屈服強度均為 355MPa ，安全系數均為1.34，可滿足作業現場特殊工況的使用要求。

6結束語

對該叉車護頂架結構實施了加長左前腿和右前腿、優化前腿固定方式的改進措施后，通過評估確認該叉車護頂架可滿足作業現場特殊工況的使用要求。將改進的護頂架安裝在該用戶的叉車上使用2000h后，其連接部位未出現開裂故障，由此驗證了改進措施具有可靠性和可行性。該改進措施可為類似結構的叉車護頂架設計提供參考。