叉车货叉结构形式及受力分析

叉车货叉结构形式及受力分析引言货叉是叉车最基本和最通用的取物装置；是叉车的重要物件，其受力大，要求截面小、重量轻，需用低合金钢、中碳钢等材料制造，还需适当的热处理（如调质）以增加其水平段的硬度，提高耐磨性能。对其怎样设计制造与结构形式的详尽了解及其受力分析，对于货叉的安全使用，对于检验检测都有其实际的指导意义。一 货叉结构形式及与叉架的联接货叉装在叉架上，它的外型是一个“L”型杆件，分为垂直段和水平段两部分，最为常见的是整体式货叉（见图-1a 图-1b）。有的小吨位叉车货叉的水平段和垂直段分别制成，用销轴连接起来，水平段既可平置，又可折叠，称为折叠式货叉（见图-2）。它可减少空车长度，便于运输，但制造较为麻烦。货叉与叉架的联接，根据联接形式的不同，可分为挂钩型（见图-1a 图-2所示）和铰接型(见图-1b所示)两种，挂钩型货叉垂叉的制造过程是先锻造（或辊锻）成长条坯，在镦锻弯成“L”型，再焊接上下两个钩，之后进行热处理；这种货叉制造较为容易，也方便安装和拆卸，适用于中小吨位的叉车。铰接型货叉的垂直段上端较厚，中心为销轴孔。货叉通过此孔安装在叉架的支承光轴上。允许光轴转动，在重力作用下，货叉垂直段下部背面支靠在滑架的下横梁上。这种货叉安装拆卸不太方便，适用于大吨位叉车。二 货叉的设计与受力验算货叉不管是自己设计，还是选用标准尺寸的货叉，必须保证它的强度和刚度，因此要对它进行合理的设计和验算。货叉设计的主要尺寸有水平段长度“L”，垂直段高度、截面尺寸、挂钩尺寸、销轴尺寸等。水平段长度主要决定于载荷中心距“C”，一般取值L2C，也可稍小于2C，L按标准选取。垂直段高度主要与门架的离地间隙及叉架的尺寸有关。截面尺寸及挂钩尺寸决定于起重量及载荷中心距。 （一）货叉的计算简图 根据货叉和叉架的联接形式不同，其支承的情况是不同的。铰接型货叉可简化为支承在两个铰接支座上的静定刚架（见图-3）挂钩型货叉，由于上支承既不便移动，又不便自由转动，可简化为固定支座，下支承可简化为活动铰接支座，货叉成为一次超静定刚架（见图-4）。这二种计算简图，在集中载荷P的作用下，货叉的危险截面均在垂直段下部，其应力状态相同，强度相同。但货叉垂直段的受力情况不同，导致二种形式货叉的变形不同，静定刚架水平段的变形要大于超静定刚架水平段的变形。考虑到挂钩型货叉上部与叉架挂钩处实际存有安装间隙，并非绝对不能转动，同时也为了偏于安全起见，因此各种货叉在设计计算中均按静定刚架进行验算。（二）货叉的强度计算 货叉受集中载荷作用后的内力如 图-5 所示。水平段受弯矩和剪力，垂直段受弯矩和拉力。危险截面在下支座A-A截面以下的垂直段，A-A截面的最大正应力为弯曲应力和轴向应力之和。图-5中A-A截面，弯曲正应力w和轴向应力1分别为：图-5 max=w+1w=MmaxW=6 P Ca2b1=PF=Pa b式中 Mmax-最大弯矩P-货叉的计算载荷C-载荷中心矩W-抗弯截面横量（a2b6）F-截面面积（Fa b）= sn -许用应力（s-货叉用料的屈服极限、n-安全系数）关于许用应力和安全系数的选取，与计算载荷的选取密切相关。如果计算载荷比较精确，安全系数可较小。计算载荷中除额定载荷外，还应考虑实际使用过程中载荷偏置造成的偏载系数以及起升和运行过程中惯性和冲击造成的动载系数的影响，但由于在实际使用过程中偏载及动载的不可确定及实验和统计工作的不完善，没有确切可靠的数值供参考，因此在设计计算中一般采用加大安全系数的办法来弥补，即取P=Q2(Q为额定起重量)，n=3。（三）货叉的刚度校核 其目的是为确定货叉水平段在外载荷作用下的变形。通常都是以叉尖或载荷中心处的垂直静挠度作为计算值，挠度越小，货叉的刚度越大。货叉刚度的校核，一般不考虑偏载和动载，而把正常工作时的载荷作为计算载荷 即P=Q2(Q为额定起重量)，方法为简便的弯矩图乘法。（图-6所示）图-6 先作出货叉在集中力P作用下的弯矩图Mp，并在叉尖处作用一个单位力P=1，画出在单位力P作用下的弯矩图M，然后将其中一个弯矩图（如Mp）的面积和另一个弯矩图（如M）中前一个弯矩图的形心相对应的高度坐标Y相乘。为计算方便，可将弯矩图分成独立规则的图形，逐个相乘后再叠加，再除以货叉的抗弯刚度E I，可得叉尖挠度：fE=P C LE I CL(3L-C)+6e+2h f式中 E-钢的弹性模量I-货叉截面惯性矩（等截面看待）=a3b12 f-叉尖允许挠度 取值 L50三 结论 从强度和刚度来讲，增加货叉厚度比增加货叉宽度有利，但厚度大不利于叉货和卸货，一般货叉的厚度和宽度应在标准范围内选取，在满足强度、刚度条件下选取厚度较小者。货叉垂直段的长度不影响货叉的强度，对刚度有影响，应尽可能减小垂直段的长度，尤其是下支座以下e的长度。挂钩型货叉垂直段有关尺寸也应符合有关标准。另外，货叉应该实现标准化，尤其是与挂钩有关的尺寸和叉架的安装尺寸。根据标准选定了货叉截面和水平长度后，必须进行强度和刚度的验算，这样才能保证其工作安全可靠。