叉车门架结构的改进与优化

【摘要】随着国内叉车制造业的快速发展，对叉车门架的综合性能也提出更高的要求。然而从现行叉车门架系统应用现状看，其在系统声压峰值的快速提升情况下所产生的噪声将为人的听觉系统产生极大危害，这就要求在结构设计中做好优化工作。本文主要对叉车门架系统噪声产生的机理与危害、叉车门架系统的结构以及优化设计门架系统的具体策略进行探析。

【关键词】叉车门架系统；噪声机理；优化设计

前言

叉车运行中系统噪声问题是当前叉车结构设计面临的重点与难点。尽管现代较多制造商侧重于将噪声控制技术引入叉车门架系统设计中，但所取得的降噪效果并不明显，系统运行中仍会产生较多危害听觉系统的脉冲性噪声。而产生这种现状的根源在于结构设计中未做好相关的优化工作，如立柱截面设计或门架高度设计不合理等，其很容易造成系统运行中各构件难以保持平稳运动。因此，本文对叉车门架结构设计研究，具有十分重要的意义。

一、叉车门架系统噪声产生的机理与危害

门架系统与大多机械设备相同，其噪声的产生多由于运行中各部件相互摩擦或撞击而产生。从叉车噪声产生的来源看，主要表现在传动系统、液压系统、发动机以及其他结构构件等方面。以其中传统系统为例，通常系统运行中有门架链条、传动轴以及变速箱等会出现振动，这些构件在振动中，便会有噪声出现。再如进气与排气系统，一般进气系统工作状态下会因空气与脉动进气声的存在而出现涡流声。同样，排气系统中也表现在这些涡流声方面，且排气管振动下也会产生噪声。另外，由于门架系统在构成上本身包含较多部件，假定部件在安装中有间隙的存在，这样系统运行过程中钢槽与滚轮等部件之间会有撞击现象的存在，该过程中便会产生噪声。从叉车噪声危害情况看，根据相关统计表明，叉车运行中驾驶员可承受75dB左右噪声值，但一般叉车噪声严重的情况下，噪声值甚至可达到95dB，这种情况下驾驶员可能出现在暂时听阈偏移甚至噪声性耳聋等症状。同时，长期工作在叉车噪声环境下，驾驶员消化系统、神经系统以及心脏等都会受到不同程度的影响。假若驾驶员因噪声问题存在而难以保证工作效率，可能出现误操作等行为，进而引发一系列安全事故问题。因此，如何通过结构的优化设计是现行控制门架系统噪声与提升系统综合性能的关键所在[1]。

二、叉车门架系统结构特点

关于门架系统，其主要在叉车最前端进行装设，所包含的结构构件以液压缸、叉架、门架、滚轮以及货叉等为主。以其中货叉结构为例，若根据其相对位置变化特点，又可细化为折叠式、整体式两种类型货叉，在整个系统中处于取物装置地位。再如其中的叉架结构，其在功能上主要表现为对货物升降起到明显的带动作用，由滚轮家、焊接框架结构构成。从系统中的门架滚轮结构看，能够对整个系统起到一定的导引或支撑作用。现行大多叉车中滚轮的应用多以复合滚轮为主，其侧重于在纵向滚轮中心位置进行侧向滚轮的装设，可达到结构尺寸减小的目标。另外，在链条构件方面，整个系统中起升缸、叉架两个部位是链条固定的端点，一般可选取其中一端进行螺母与螺栓的装设，可使链条的长度得到控制。目前，国内大多制造商在系统设计中，主要围绕门架的高度、几何尺寸以及立柱截面等方面进行设计，确保这些内容设计的合理性，才可真正提升系统运行的综合性能[2]。

三、优化设计门架系统的具体策略

（一）系统降噪方案研究

噪声问题的解决关键在于使噪声源得到有效控制。因此，结合噪声产生机理、部位与结构特点，优化设计中可采取的方案主要包括：第一，凸轮装置的优化设计。凸轮装置的设计主要表现在货叉架上，可在原有设计基础上将另一个凸轮装置设置于立柱滚轮上侧，并注意控制凸轮有效半径，这样货叉架与门架立柱之间存在的间隙问题可得到解决，噪声自然可得到有效控制。第二，将起升油缸装设于缓冲带中。该种方式运用下使液压缸起降中的速度得以控制，因振动而产生的噪声也会减缓，同时叉车升降作业中将更为平稳。第三，槽钢加工精度的提升。一般门架系统运行中噪声的出现多因构件间不平衡运动的存在，这就要求做好槽尺寸控制，使滚轮在其中运行中保持一定的平稳性。

（二）优化设计门架立柱的思路

实际优化设计中可采取的优化策略主要表现在两方面，第一，优化门架立柱截面。本文在设计中选取的叉车类型主要以2吨蓄电池重式类型为主，其以10mm作为焊缝宽度。而在立柱长度重量方面，在计算过程中需引入钢板单位体积、焊缝单位体积、钢板密度、焊缝密度、钢材重量与焊材重量，分别利用V1、V2、P1、P2、G1与G2进行表示，假定对单位长度重量利用G0表示，有G0=G1+G2=P1V1+P2V2。此时以2.15m作为门架立柱的长度，可计算出内门架与外门架的立柱重量分别为80.34kg、67.26kg。将热轧成型工艺引入其中，在优化后主要选取与HRB335材质机械性能相同的型材，优化后进行立柱重量计算，可发现采用热轧成型工艺内门架与外门架的立柱重量分别保持在61.53kg、51.82kg，且相比优化前的焊接截面，整个截面有圆角加设其中，且叉车制造效率得到整体提升，对于规格型号相同的型材，可直接进行批量生产。

第二，注意对热轧门架型钢加工中的精度进行合理控制。门架系统中噪声问题的产生很大程度因装备精度过低，且这种装配精度过低问题的存在很容易使滚轮寿命缩短，难以达到高端配套设计要求。对此在设计中需采取的优化流程主要表现在：①校正型钢的扭曲或挠度变形；②冷锯切割；③精校型钢并精铣工作槽面；④检测相关指标包括截面尺寸、结构弯曲度与扭转度等；⑤包装并入库。通过精加工后，热轧门架型材的成型可使结构因应力而产生的变形问题与内槽尺寸波动得以解决。通过研究发现，加工后型材的内槽宽度与支腿厚度等在尺寸上都得到优化。另外，门架结构优化后，型材在硬度、拉伸强度等方面也可得以提升。

结论

优化叉车门架结构是解决当前叉车运行中噪声问题的重要途径。实际优化设计中，应正确认识门架系统噪声产生的机理与门架结构的主要特征，从门架立柱截面以及热轧门架加工精度控制等角度着手，使系统噪声问题得以解决并提高结构整体性能。

参考文献

[1]孙昌元.叉车门架结构的优化设计与验证[D].大连理工大学，2013.

[2]徐明迪，柳兆涛，汪正兴，周焕林，陈亮.某型叉车门架中横梁力学性能与结构优化研究[J].应用力学学报，2014，06：974-977+1002.