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（见图图-lb）。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 （见图图-2所示） 和 较接型 （见图-lb所示）两种，挂钩型货叉垂叉的制造过程是先锻造（或規锻）成长条坯， 在徹锻弯成“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。钱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一“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。垂直段髙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。較接型货叉可简化为支 承在两个钱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较接支座，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。誇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。图中截面，弯曲正应力人和轴向应力 6 分别为： %叫+66】 s 二 Mm亦/W 二 6 P C/a2b 5=p/F二 P/a b 式中 Mm;1T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(a2b/6) F截面面积(F = ab) M =cs/n许用应力(-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&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 U为员叉J9皮 讣魏模空 弯矩图 勢力图 轴力图 图-5 际使用过程中偏载尺动载的不可确定尺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=Q/2（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=Q/2（Q为额定起重量），方法为简便的弯矩图乘法。（图-6所示） 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仪=1, 画岀在单位力 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）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 L/E 1 C/L（3L-C）+6c+2h fl 式中 E钢的弹性模量 I一货叉截面惯性矩（等截面看待）=汪/12 计算图 图-6 W弯矩图 fl叉尖允许挠度取值 L/50 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 U 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。