叉车起升系统设计思路的探讨
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图1 普通两级门架的构造
1.货叉架及货叉 2.起升油缸 3.外门架 4.内门架 5.链轮 6.链条
普通两级门架结构，如图1所示， 主要由货叉架及货叉、外门架、内门 架、起升油缸、链轮、链条等组成。
一、门架的总体布局 门架整体方案设计初期，首先需要
先分析叉车的种类，确定门架具体的设 计要求。内燃叉车、电动叉车，以及电 动仓储车辆使用场合和工况不同，对门 架的设计要求也不尽相同。
1.槽钢的选型和排列布置 内、外门架是整个起升组件的骨 架，主要依靠槽钢承受弯曲载荷。 槽钢一般以横向排列，依次从外向 内。以两级门架为例，根据不同截面的 槽钢，可以分为C+J、C+H，H+H三种 组合方式，如图2所示。 各种槽钢组合各有优点和缺点，根 据不同叉车选择最合适的组合方式是关 键。一般推荐C+J和C+H结构常用于内 燃或者电动平衡重式叉车，H+H结构常 用于仓储物流设备。各种槽钢排列的优 劣对比，见表1。 2.起升油缸的布置和结构选择 （1）油缸在门架中的位置 门架起升原理是链轮和链条组成的
间。当门架内高度空间不足，横向宽度 充足时（图6右图），油路缠绕在链轮 座两侧，不遮挡链轮座以上的空间， 使门架仍然能保持一个相对较好的驾 驶视线。
四、安全性 安全性不仅指门架结构的安全，还
有驾驶员的操作视线，包括车辆行走时 的视线和堆垛货物时的视线。设计中， 通过优化槽钢、油缸的布置，提高操作 视线。比如，一般情况外门架越宽视线 越好，但在实际中，门架槽钢同小轿车 的AB柱阻挡着视线，总有一些位置处于 视线盲区，必须结合叉车的整体设计， 选择合理的外门架宽度，并不是外门架 越宽越好。
图2 槽钢的排列布置
C+J排列
C+H排列
H+H排列
图3 油缸在门架中的位置
在后端
在两侧
在前端
动滑轮机构，依靠起升油缸顶升带动货 叉上升。
方案设计中，如图3所示，油缸可 以布置在门架槽钢后端、槽钢两侧和槽 钢前端三处位置。根据不同的车型需 要，选择最合理油缸的布局。
平衡重式叉车：门架两侧需要连接 倾斜油缸，起升油缸只能在门架后端。
C装导向板，槽钢之间 有滚轮支撑滑动，门架起升阻力小
1.H型钢制造工艺复杂，成本较高 2.H型钢增加了横向载荷，但是削弱了纵向载 荷 能力
油缸布置在门架后端，可以使门架结构 更加紧凑，并且不减少内门架的视线空 间，缺点是油缸顶升内门架时，内门架 产生一个前翻的弯矩，门架额外增加一 个负载。
153 2021.05/物流技术与应用
良好的视野，为叉车作业者提高 良好的工作环境，既能提高效率，同 时确保驾驶员安全。人性化的设计， 能够使驾驶员保持良好的心情，减少 操作失误。
五、结束语 本文探讨了叉车门架设计中经验
总结，分析门架布局中各种方案的优势 和劣势，例举门架设计的主要技术要求 以及对整机性能影响，介绍人机工程方 面的设计要求。通过优化起升系统的设 计，为叉车的载荷大、起升高、操作舒 适提供配套技术支持。
仓储堆垛车辆：两侧没有倾斜油 缸，起升油缸可以布置在门架左右两 侧，活塞杆支撑在内门架两侧，使得内 门架更加稳定，缺点是增加了门架横向 宽度，减小门架的视线空间。起升油缸 在门架前方，主要用于高位拣选车车 辆。
（2）油缸类型的选择 门架下降依靠自重反推油缸排出液 压油，因此选用单作用油缸。按结构不 同，可以选择活塞式或者柱塞式。 活塞式油缸作用力面积为活塞。相 同缸筒外径的情况下，活塞式油缸输出 力远大于柱塞式油缸，所以一般常用载 荷较大的平衡重式叉车门架。 柱塞式油缸作用力面积为活塞杆。 由于仓储车辆载荷较小，油缸缸筒外径
两级全自由门架为例，中间油缸 顶升货叉架和货叉，左右油缸多顶升 一级内门架，在方案设计中必须详细 计算各个组件的自重，尽量减小压力 差值，一般不超过2MPa。在保证门架 的起升顺序情况下，尽量减小压力差 值，使油缸切换更加平稳，提高驾驶舒 适性。
2.外观整洁、美观 安装多联属具油路后，是影响门 架整洁、美观主要因素，凌乱的油路也 阻挡了驾驶员的视线。两级宽视野门架 由于本身视线非常开阔，安装油路后几 乎不影响操作视线。三级全自由门架增 加了中门架和中间油缸，本身操作视线 不佳，安装属具油路后对门架视线影响 非常大。 特别是中间油缸上的必须绕过多 组油管，直接挡住驾驶和操作视线。因 此，需要根据不同的门架选择布置方 案，当门架内横向空间不足时（图6左 图），油路滑轮组件缠绕在链轮座上 端，在中间油缸两侧还能保留足够的空
151 2021.05/物流技术与应用
AUTHORITATIVE FORUM
权威
表1 各种槽钢组排列布置的对比
组合方式
优势
1.结构、制造工艺简单 C+J 2.尺寸精度高
3.生产成本低
劣势
1.J型钢截面不对称，受载荷后内部存在扭转 应力，横向载荷能力弱 2.C型钢上需安装导向板，滑动摩擦阻力大
三、人机工程学方面 1.舒适性 全自由门架油缸的起升顺序：先
图6 中间油缸上的油管
起升中间油缸到顶后，再起升左右油 缸。设计上，按照经验估算油缸面积的 比值，中间油缸工作压力小于左右起升 油缸，在同一液压系统中，工作压力小 的中间油缸才会先起升。由于存在压力 差，两组油缸起升切换过程时，液压系 统的压力波动给门架带来一个较大的冲 击，影响驾驶员的乘驾舒适性。
叉车起升系统设计思路的探讨
摘 要：作为重要的工业搬运车辆之一，叉车可大大提升效率，市场 销量不断扩大，相关技术也得到快速发展。本文主要针对叉车的叉 车起升系统（简称“门架”），从门架的总体布局、门架技术性能 要求、人机工程学要求、安全性等方面对其设计思路进行论述，希 望以此提高叉车的性能和技术水平。
纵向布置。三级门架的链轮，既可纵向 布置，也可横向布置。基于两级门架结 构限制于纵向布置，如三级门架采用不 同布置方式，使得同系列的门架零件通 用性较差，难以形成系列化的结构和零 件，因此设计方案优先选择相同布置方 式。
综合分析，链轮选择纵向布置方 案，虽然成本相对较高，但是提高了零 件通用化，但大批量生产后可以抵消成 本较高的不利因素。目前的高起升门架 均采用纵向布置，最高门架起升高度达 到14m以上。
图5 槽钢布置的优化
123
1
2
3
5
6
7
7
5
4
4
6
1.外门架 2.中门架 3.内门架 4.油缸 5.链条 6.链轮 7.加强横梁
152 物流技术与应用/2021.05
图1中原来的油缸位置，实现减小前悬尺 寸的目的。
2.门架静止高度、离地间隙 同一起升高度，门架静止高度越 低，通过性能越好，可以在低矮的仓库 内自由通行。如果在不平整的场地， 需要提高门架的离地间隙，才能获得良 好的通过性能。门架静止高度和离地高 度是一对客观存在的矛盾。不考虑门架 受力情况，直接降低门架静止高度，使 得滚轮支撑槽钢的力臂减短，降低了门 架承受弯曲的能力。因此，需要根据车 辆设计的载荷能力，对这一矛盾做一个 取舍，两者取一个优先考虑。比如，越 野型叉车为了适应野外的工况，设计上 优先选择高离地间隙；室内电动叉车需 要在仓库内通行，而且仓库地面相对平 整，设计上优先考虑离地间隙的要求。 3.满载状态的最大起升高度 满载最大起升高度与叉车重心有 关，但门架刚性也是非常重要的影响因 素。车辆载重后，门架承受纵向弯曲载 荷，而且地面不平整和货物偏载时也承 受横向载荷。当门架高起升后槽钢发生 弯曲变形，门架载核中心偏离原来的位 置，增加了叉车的倾翻力矩，减小整机 的承载能力。在提高门架刚性以外，槽 钢与滚轮配合存在间隙，滚轮间隙也增 加了内外门架这间扰度，因此，滚轮配 合间隙也是至关重要的因素，一般要求 控制0.6mm以内。 4.最大起升速度 常规叉车液压系统提供的最大工 作压力在18Mpa左右，随着液压技术发 展，如今叉车液压系统的最大压力能达 到25Mpa，高压系统可能减小门架起升 油缸直径，提高门架的起升速度，提高 叉车工作能效等级。门架依靠自重的反 作用力下降，油缸减小后，增加了下降 的工作压力，也加快门架下降的速度。 因此，在设计新能源叉车门架时，门架 必须能适应高压系统的要求。
较细，选用柱塞式油缸，缸筒外径大于 活塞式油缸，反而使得油缸有足够的稳 定性。所以，柱塞式油缸常用于仓储车 辆门架，增加油缸的稳定性，提高系统 压力加快门架升降速度。
3.链轮和链条的结构布置 链轮和链条是配套零件，链轮的布 置决定了链条的走向。常见两种布置方 案，见图4。 横向布置链轮（图4左图），结构 紧凑，相关零件制造成本相对较低。纵 向布置链轮（图4右图）外形轮廓相对较 大，但门架内部空间充足，可以布置相 对复杂的结构。 链条长度贯穿整个门架，在链条途 径的位置都不能有任何阻挡的零件。纵 向布置方案可以增加一个加强横梁，以 此提高门架的刚性；横向布置方案，加 强横梁位置被链条占用，高起升门架无 法对中门架结构进行加强，这也是该方 案的最大缺点。 两级门架由于结构特点，链轮只能
关键词：叉车门架、设计思路、探讨
文/丁 亮 杭叉集团股份有限公司叉车门架研究所
叉车是一种工业搬运车辆，是对货 物进行装卸、堆垛和短距离运输 作业的轮式搬运车的总称，由动力系 统、传动系统、起升系统等组成。其 中，起升系统简称“门架”，是叉车的 工作装置，承担叉取、堆垛货物的功 能。
在叉车设计中，门架设计常常是被 轻视的一个环节。本文根据实际设计工 作中积累的经验，通过对比各种设计方 案，探讨了门架的设计思路，分析各种 方案的优势和缺点。
减小前悬距需要门架结构更为紧 凑，主要可以从槽钢和油缸的布置两方 面考虑。第一，由于内门架承受的载荷 小于外门架，因此内门架槽钢载荷能力 可以小于外门架（图5），相比传统的 图1中C+J结构，图5中所示的C+J组合方 式，内门架不凸出外门架，门架不会增 加前悬尺寸。油缸布置门架两侧，腾出
图4 链轮和链条的结构布置
二、门架技术性能要求 1.前悬距尺寸 平衡重式叉车的特点，就是整个门
架依靠下铰座铰接在驱动桥上，门架重心 处于车轮中心之外，在叉去货物时，货物 以前桥为轴心产生一个向前的倾翻力矩。 货叉垂直段前表面至前桥中心的距离称为 叉车前悬距。前悬距越小，叉车载重后产 生的向前倾翻力矩也越小，叉车载荷能力 就越大。缩短前悬距，同时也减小转弯半 径，提高车辆的通过性能。
1.货叉架及货叉 2.起升油缸 3.外门架 4.内门架 5.链轮 6.链条
普通两级门架结构，如图1所示， 主要由货叉架及货叉、外门架、内门 架、起升油缸、链轮、链条等组成。
一、门架的总体布局 门架整体方案设计初期，首先需要
先分析叉车的种类，确定门架具体的设 计要求。内燃叉车、电动叉车，以及电 动仓储车辆使用场合和工况不同，对门 架的设计要求也不尽相同。
1.槽钢的选型和排列布置 内、外门架是整个起升组件的骨 架，主要依靠槽钢承受弯曲载荷。 槽钢一般以横向排列，依次从外向 内。以两级门架为例，根据不同截面的 槽钢，可以分为C+J、C+H，H+H三种 组合方式，如图2所示。 各种槽钢组合各有优点和缺点，根 据不同叉车选择最合适的组合方式是关 键。一般推荐C+J和C+H结构常用于内 燃或者电动平衡重式叉车，H+H结构常 用于仓储物流设备。各种槽钢排列的优 劣对比，见表1。 2.起升油缸的布置和结构选择 （1）油缸在门架中的位置 门架起升原理是链轮和链条组成的
间。当门架内高度空间不足，横向宽度 充足时（图6右图），油路缠绕在链轮 座两侧，不遮挡链轮座以上的空间， 使门架仍然能保持一个相对较好的驾 驶视线。
四、安全性 安全性不仅指门架结构的安全，还
有驾驶员的操作视线，包括车辆行走时 的视线和堆垛货物时的视线。设计中， 通过优化槽钢、油缸的布置，提高操作 视线。比如，一般情况外门架越宽视线 越好，但在实际中，门架槽钢同小轿车 的AB柱阻挡着视线，总有一些位置处于 视线盲区，必须结合叉车的整体设计， 选择合理的外门架宽度，并不是外门架 越宽越好。
图2 槽钢的排列布置
C+J排列
C+H排列
H+H排列
图3 油缸在门架中的位置
在后端
在两侧
在前端
动滑轮机构，依靠起升油缸顶升带动货 叉上升。
方案设计中，如图3所示，油缸可 以布置在门架槽钢后端、槽钢两侧和槽 钢前端三处位置。根据不同的车型需 要，选择最合理油缸的布局。
平衡重式叉车：门架两侧需要连接 倾斜油缸，起升油缸只能在门架后端。
C装导向板，槽钢之间 有滚轮支撑滑动，门架起升阻力小
1.H型钢制造工艺复杂，成本较高 2.H型钢增加了横向载荷，但是削弱了纵向载 荷 能力
油缸布置在门架后端，可以使门架结构 更加紧凑，并且不减少内门架的视线空 间，缺点是油缸顶升内门架时，内门架 产生一个前翻的弯矩，门架额外增加一 个负载。
153 2021.05/物流技术与应用
良好的视野，为叉车作业者提高 良好的工作环境，既能提高效率，同 时确保驾驶员安全。人性化的设计， 能够使驾驶员保持良好的心情，减少 操作失误。
五、结束语 本文探讨了叉车门架设计中经验
总结，分析门架布局中各种方案的优势 和劣势，例举门架设计的主要技术要求 以及对整机性能影响，介绍人机工程方 面的设计要求。通过优化起升系统的设 计，为叉车的载荷大、起升高、操作舒 适提供配套技术支持。
仓储堆垛车辆：两侧没有倾斜油 缸，起升油缸可以布置在门架左右两 侧，活塞杆支撑在内门架两侧，使得内 门架更加稳定，缺点是增加了门架横向 宽度，减小门架的视线空间。起升油缸 在门架前方，主要用于高位拣选车车 辆。
（2）油缸类型的选择 门架下降依靠自重反推油缸排出液 压油，因此选用单作用油缸。按结构不 同，可以选择活塞式或者柱塞式。 活塞式油缸作用力面积为活塞。相 同缸筒外径的情况下，活塞式油缸输出 力远大于柱塞式油缸，所以一般常用载 荷较大的平衡重式叉车门架。 柱塞式油缸作用力面积为活塞杆。 由于仓储车辆载荷较小，油缸缸筒外径
两级全自由门架为例，中间油缸 顶升货叉架和货叉，左右油缸多顶升 一级内门架，在方案设计中必须详细 计算各个组件的自重，尽量减小压力 差值，一般不超过2MPa。在保证门架 的起升顺序情况下，尽量减小压力差 值，使油缸切换更加平稳，提高驾驶舒 适性。
2.外观整洁、美观 安装多联属具油路后，是影响门 架整洁、美观主要因素，凌乱的油路也 阻挡了驾驶员的视线。两级宽视野门架 由于本身视线非常开阔，安装油路后几 乎不影响操作视线。三级全自由门架增 加了中门架和中间油缸，本身操作视线 不佳，安装属具油路后对门架视线影响 非常大。 特别是中间油缸上的必须绕过多 组油管，直接挡住驾驶和操作视线。因 此，需要根据不同的门架选择布置方 案，当门架内横向空间不足时（图6左 图），油路滑轮组件缠绕在链轮座上 端，在中间油缸两侧还能保留足够的空
151 2021.05/物流技术与应用
AUTHORITATIVE FORUM
权威
表1 各种槽钢组排列布置的对比
组合方式
优势
1.结构、制造工艺简单 C+J 2.尺寸精度高
3.生产成本低
劣势
1.J型钢截面不对称，受载荷后内部存在扭转 应力，横向载荷能力弱 2.C型钢上需安装导向板，滑动摩擦阻力大
三、人机工程学方面 1.舒适性 全自由门架油缸的起升顺序：先
图6 中间油缸上的油管
起升中间油缸到顶后，再起升左右油 缸。设计上，按照经验估算油缸面积的 比值，中间油缸工作压力小于左右起升 油缸，在同一液压系统中，工作压力小 的中间油缸才会先起升。由于存在压力 差，两组油缸起升切换过程时，液压系 统的压力波动给门架带来一个较大的冲 击，影响驾驶员的乘驾舒适性。
叉车起升系统设计思路的探讨
摘 要：作为重要的工业搬运车辆之一，叉车可大大提升效率，市场 销量不断扩大，相关技术也得到快速发展。本文主要针对叉车的叉 车起升系统（简称“门架”），从门架的总体布局、门架技术性能 要求、人机工程学要求、安全性等方面对其设计思路进行论述，希 望以此提高叉车的性能和技术水平。
纵向布置。三级门架的链轮，既可纵向 布置，也可横向布置。基于两级门架结 构限制于纵向布置，如三级门架采用不 同布置方式，使得同系列的门架零件通 用性较差，难以形成系列化的结构和零 件，因此设计方案优先选择相同布置方 式。
综合分析，链轮选择纵向布置方 案，虽然成本相对较高，但是提高了零 件通用化，但大批量生产后可以抵消成 本较高的不利因素。目前的高起升门架 均采用纵向布置，最高门架起升高度达 到14m以上。
图5 槽钢布置的优化
123
1
2
3
5
6
7
7
5
4
4
6
1.外门架 2.中门架 3.内门架 4.油缸 5.链条 6.链轮 7.加强横梁
152 物流技术与应用/2021.05
图1中原来的油缸位置，实现减小前悬尺 寸的目的。
2.门架静止高度、离地间隙 同一起升高度，门架静止高度越 低，通过性能越好，可以在低矮的仓库 内自由通行。如果在不平整的场地， 需要提高门架的离地间隙，才能获得良 好的通过性能。门架静止高度和离地高 度是一对客观存在的矛盾。不考虑门架 受力情况，直接降低门架静止高度，使 得滚轮支撑槽钢的力臂减短，降低了门 架承受弯曲的能力。因此，需要根据车 辆设计的载荷能力，对这一矛盾做一个 取舍，两者取一个优先考虑。比如，越 野型叉车为了适应野外的工况，设计上 优先选择高离地间隙；室内电动叉车需 要在仓库内通行，而且仓库地面相对平 整，设计上优先考虑离地间隙的要求。 3.满载状态的最大起升高度 满载最大起升高度与叉车重心有 关，但门架刚性也是非常重要的影响因 素。车辆载重后，门架承受纵向弯曲载 荷，而且地面不平整和货物偏载时也承 受横向载荷。当门架高起升后槽钢发生 弯曲变形，门架载核中心偏离原来的位 置，增加了叉车的倾翻力矩，减小整机 的承载能力。在提高门架刚性以外，槽 钢与滚轮配合存在间隙，滚轮间隙也增 加了内外门架这间扰度，因此，滚轮配 合间隙也是至关重要的因素，一般要求 控制0.6mm以内。 4.最大起升速度 常规叉车液压系统提供的最大工 作压力在18Mpa左右，随着液压技术发 展，如今叉车液压系统的最大压力能达 到25Mpa，高压系统可能减小门架起升 油缸直径，提高门架的起升速度，提高 叉车工作能效等级。门架依靠自重的反 作用力下降，油缸减小后，增加了下降 的工作压力，也加快门架下降的速度。 因此，在设计新能源叉车门架时，门架 必须能适应高压系统的要求。
较细，选用柱塞式油缸，缸筒外径大于 活塞式油缸，反而使得油缸有足够的稳 定性。所以，柱塞式油缸常用于仓储车 辆门架，增加油缸的稳定性，提高系统 压力加快门架升降速度。
3.链轮和链条的结构布置 链轮和链条是配套零件，链轮的布 置决定了链条的走向。常见两种布置方 案，见图4。 横向布置链轮（图4左图），结构 紧凑，相关零件制造成本相对较低。纵 向布置链轮（图4右图）外形轮廓相对较 大，但门架内部空间充足，可以布置相 对复杂的结构。 链条长度贯穿整个门架，在链条途 径的位置都不能有任何阻挡的零件。纵 向布置方案可以增加一个加强横梁，以 此提高门架的刚性；横向布置方案，加 强横梁位置被链条占用，高起升门架无 法对中门架结构进行加强，这也是该方 案的最大缺点。 两级门架由于结构特点，链轮只能
关键词：叉车门架、设计思路、探讨
文/丁 亮 杭叉集团股份有限公司叉车门架研究所
叉车是一种工业搬运车辆，是对货 物进行装卸、堆垛和短距离运输 作业的轮式搬运车的总称，由动力系 统、传动系统、起升系统等组成。其 中，起升系统简称“门架”，是叉车的 工作装置，承担叉取、堆垛货物的功 能。
在叉车设计中，门架设计常常是被 轻视的一个环节。本文根据实际设计工 作中积累的经验，通过对比各种设计方 案，探讨了门架的设计思路，分析各种 方案的优势和缺点。
减小前悬距需要门架结构更为紧 凑，主要可以从槽钢和油缸的布置两方 面考虑。第一，由于内门架承受的载荷 小于外门架，因此内门架槽钢载荷能力 可以小于外门架（图5），相比传统的 图1中C+J结构，图5中所示的C+J组合方 式，内门架不凸出外门架，门架不会增 加前悬尺寸。油缸布置门架两侧，腾出
图4 链轮和链条的结构布置
二、门架技术性能要求 1.前悬距尺寸 平衡重式叉车的特点，就是整个门
架依靠下铰座铰接在驱动桥上，门架重心 处于车轮中心之外，在叉去货物时，货物 以前桥为轴心产生一个向前的倾翻力矩。 货叉垂直段前表面至前桥中心的距离称为 叉车前悬距。前悬距越小，叉车载重后产 生的向前倾翻力矩也越小，叉车载荷能力 就越大。缩短前悬距，同时也减小转弯半 径，提高车辆的通过性能。