叉車貨叉結(jié)構(gòu)形式及受力分析

叉車貨叉結(jié)構(gòu)形式及受力分析引言貨叉是叉車最基本和最通用的取物裝置；是叉車的重要物件，其受力大，要求截面小、重量輕，需用低合金鋼、中碳鋼等材料制造，還需適當?shù)臒崽幚恚ㄈ缯{(diào)質(zhì)）以增加其水平段的硬度，提高耐磨性能。對其怎樣設計制造與結(jié)構(gòu)形式的詳盡了解及其受力分析，對于貨叉的安全使用，對于檢驗檢測都有其實際的指導意義。一 貨叉結(jié)構(gòu)形式及與叉架的聯(lián)接貨叉裝在叉架上，它的外型是一個“L”型桿件，分為垂直段和水平段兩部分，最為常見的是整體式貨叉（見圖-1a 圖-1b）。有的小噸位叉車貨叉的水平段和垂直段分別制成，用銷軸連接起來，水平段既可平置，又可折疊，稱為折疊式貨叉（見圖-2）。它可減少空車長度，便于運輸，但制造較為麻煩。貨叉與叉架的聯(lián)接，根據(jù)聯(lián)接形式的不同，可分為掛鉤型（見圖-1a 圖-2所示）和鉸接型(見圖-1b所示)兩種，掛鉤型貨叉垂叉的制造過程是先鍛造（或輥鍛）成長條坯，在鐓鍛彎成“L”型，再焊接上下兩個鉤，之后進行熱處理；這種貨叉制造較為容易，也方便安裝和拆卸，適用于中小噸位的叉車。鉸接型貨叉的垂直段上端較厚，中心為銷軸孔。貨叉通過此孔安裝在叉架的支承光軸上。允許光軸轉(zhuǎn)動，在重力作用下，貨叉垂直段下部背面支靠在滑架的下橫梁上。這種貨叉安裝拆卸不太方便，適用于大噸位叉車。二 貨叉的設計與受力驗算貨叉不管是自己設計，還是選用標準尺寸的貨叉，必須保證它的強度和剛度，因此要對它進行合理的設計和驗算。貨叉設計的主要尺寸有水平段長度“L”，垂直段高度、截面尺寸、掛鉤尺寸、銷軸尺寸等。水平段長度主要決定于載荷中心距“C”，一般取值L2C，也可稍小于2C，L按標準選取。垂直段高度主要與門架的離地間隙及叉架的尺寸有關。截面尺寸及掛鉤尺寸決定于起重量及載荷中心距。 （一）貨叉的計算簡圖 根據(jù)貨叉和叉架的聯(lián)接形式不同，其支承的情況是不同的。鉸接型貨叉可簡化為支承在兩個鉸接支座上的靜定剛架（見圖-3）掛鉤型貨叉，由于上支承既不便移動，又不便自由轉(zhuǎn)動，可簡化為固定支座，下支承可簡化為活動鉸接支座，貨叉成為一次超靜定剛架（見圖-4）。這二種計算簡圖，在集中載荷P的作用下，貨叉的危險截面均在垂直段下部，其應力狀態(tài)相同，強度相同。但貨叉垂直段的受力情況不同，導致二種形式貨叉的變形不同，靜定剛架水平段的變形要大于超靜定剛架水平段的變形?？紤]到掛鉤型貨叉上部與叉架掛鉤處實際存有安裝間隙，并非絕對不能轉(zhuǎn)動，同時也為了偏于安全起見，因此各種貨叉在設計計算中均按靜定剛架進行驗算。（二）貨叉的強度計算 貨叉受集中載荷作用后的內(nèi)力如 圖-5 所示。水平段受彎矩和剪力，垂直段受彎矩和拉力。危險截面在下支座A-A截面以下的垂直段，A-A截面的最大正應力為彎曲應力和軸向應力之和。圖-5中A-A截面，彎曲正應力w和軸向應力1分別為：圖-5 max=w+1w=MmaxW=6 P Ca2b1=PF=Pa b式中 Mmax-最大彎矩P-貨叉的計算載荷C-載荷中心矩W-抗彎截面橫量（a2b6）F-截面面積（Fa b）= sn -許用應力（s-貨叉用料的屈服極限、n-安全系數(shù)）關于許用應力和安全系數(shù)的選取，與計算載荷的選取密切相關。如果計算載荷比較精確，安全系數(shù)可較小。計算載荷中除額定載荷外，還應考慮實際使用過程中載荷偏置造成的偏載系數(shù)以及起升和運行過程中慣性和沖擊造成的動載系數(shù)的影響，但由于在實際使用過程中偏載及動載的不可確定及實驗和統(tǒng)計工作的不完善，沒有確切可靠的數(shù)值供參考，因此在設計計算中一般采用加大安全系數(shù)的辦法來彌補，即取P=Q2(Q為額定起重量)，n=3。（三）貨叉的剛度校核 其目的是為確定貨叉水平段在外載荷作用下的變形。通常都是以叉尖或載荷中心處的垂直靜撓度作為計算值，撓度越小，貨叉的剛度越大。貨叉剛度的校核，一般不考慮偏載和動載，而把正常工作時的載荷作為計算載荷 即P=Q2(Q為額定起重量)，方法為簡便的彎矩圖乘法。（圖-6所示）圖-6 先作出貨叉在集中力P作用下的彎矩圖Mp，并在叉尖處作用一個單位力P=1，畫出在單位力P作用下的彎矩圖M，然后將其中一個彎矩圖（如Mp）的面積和另一個彎矩圖（如M）中前一個彎矩圖的形心相對應的高度坐標Y相乘。為計算方便，可將彎矩圖分成獨立規(guī)則的圖形，逐個相乘后再疊加，再除以貨叉的抗彎剛度E I，可得叉尖撓度：fE=P C LE I CL(3L-C)+6e+2h f式中 E-鋼的彈性模量I-貨叉截面慣性矩（等截面看待）=a3b12 f-叉尖允許撓度 取值 L50三 結(jié)論 從強度和剛度來講，增加貨叉厚度比增加貨叉寬度有利，但厚度大不利于叉貨和卸貨，一般貨叉的厚度和寬度應在標準范圍內(nèi)選取，在滿足強度、剛度條件下選取厚度較小者。貨叉垂直段的長度不影響貨叉的強度，對剛度有影響，應盡可能減小垂直段的長度，尤其是下支座以下e的長度。掛鉤型貨叉垂直段有關尺寸也應符合有關標準。另外，貨叉應該實現(xiàn)標準化，尤其是與掛鉤有關的尺寸和叉架的安裝尺寸。根據(jù)標準選定了貨叉截面和水平長度后，必須進行強度和剛度的驗算，這樣才能保證其工作安全可靠。