集装箱空间利用最大化需求下的叉车门架创新设计

文/陈春梅（安徽合力股份有限公司）

集装箱作业为叉车使用的常用工况，此种工况大多采用三级门架配置各种各样的属具，且不配置挡货架使用，目的就在于要充分利用集装箱内的空间。而现有门架在对集装箱这类工况进行操作时，货叉架采用分离的主滚轮和侧滚轮，导致货叉架立柱板太高，从而使客户在堆垛最上面一层或者几层货物时，货叉架立柱板会抵到集装箱顶部，导致门架继续起升会损坏集装箱。货物体积越小，集装箱空间利用率越低。

针对此问题，通过多次市场调研，对客户的工况进行归纳总结、分析，制定方案、对方案进行CAE 分析和试验验证、跟踪客户使用情况，最终使这一问题得以解决。

一、现有结构问题

客户使用工况如下：图1 所示为叉车配置三级门架和属具软包夹在集装箱内作业；图2 所示为叉车配置三级门架和属具串杆在集装箱外作业。

图1 集装箱内作业

图2 集装箱外作业

为了使集装箱空间最大化利用，需要将货物在集装箱内完全装满，这时，在操作最上面一层或者几层时，就要求货叉架的最高点不能超过所配属具的最高点，如果叉车进集装箱内工作，同时要求门架的高度不能超过货叉架和属具的最高点，如图3 所示。

图3 叉车门架结构示意图

对以上工况进行分析，此种工况为三级门架自由起升高度走完时作业，不配装挡货架，货叉架为起重系统的最高点，因此，货叉架的高度都会大于门架的高度，这点容易满足要求。而货叉架的高度也会大于属具的高度，但客户要求货叉架的高度要小于属具的高度，而且有的客户还会将属具上的阀类支架拆除以降低属具的高度，这就要求货叉架的高度要降得很低。

二、设计方案

如图4 所示，现有货叉架由上横梁1、下横梁2、侧板3、竖板4、挂链板5、立柱板6 组焊形成一个框架，并焊接上筋板9 和下筋板8 用以加强框架，立柱板6 最上侧开缺口装配侧滚轮11，依次焊接轴头7 并装配主滚轮10，焊接复合滚轮轴头并装配复合滚轮12，在上横梁1 上装配货叉，货叉上放置货物，在下横梁2 上焊接挂链板5，挂链板5 用以装配链条，以起吊货叉架及货叉和货物。货叉架通过滚轮与内门架相连，侧滚轮11 和复合滚轮12 内嵌的小侧滚轮作用于内门架槽钢的腹板，当货叉架受到侧向力时，侧滚轮11 和复合滚轮12 内嵌的小侧滚轮作用于内门架槽钢的腹板起作用，当货叉架受到正向力时，主滚轮10 和复合滚轮12 中的主滚轮作用于内门架槽钢的翼板起作用。侧滚轮在内门架槽钢腹板上上下滚动，主滚轮在内门架槽钢翼板上上下滚动，从而带动货叉架、货叉以及货物的上下运行，实现堆垛作业。在一定的行程范围内，侧滚轮11 和最下端的复合滚轮12 内嵌的小侧滚轮起作用，此时侧滚轮距最大，侧滚轮所承受的力就最小；主滚轮10 和最下端的复合滚轮12 中的主滚轮起作用，此时主滚轮距最大，主滚轮所承受的力就最小；超出一定的行程范围时，侧滚轮11 和主滚轮10 会脱离内门架槽钢，由中间一组复合滚轮和最下端的复合滚轮起作用，此时，主滚轮距和侧滚轮距都相对偏小，主滚轮和侧滚轮所承受的力相对偏大。这样布置，让不同行程范围由不同的滚轮受力，可以延长滚轮的使用寿命。

图4 现有货叉架结构

而此种结构的货叉架在集装箱工况作业时，由于货叉架采用分离的主滚轮和侧滚轮，导致立柱板太高，从而使客户在堆垛最上面一层或者几层货物时，货叉架立柱板会抵到集装箱顶部，导致门架继续起升会损坏集装箱，因此需要对此货叉架结构进行优化。

优化后的货叉架结构如图5 所示，取消原结构货叉架最上端的两个侧滚轮11 和两个主滚轮及对应轴头，新设计一种多功能性的滚轮。该新滚轮可以承受正向力的作用，也可以承受侧向力的作用。新滚轮21 的滚轮轴头22 和23 端面带有一定的倾斜角度，而新型滚轮21分别装在轴头22 和轴头23 上，滚轮21 在内门架槽钢内就会倾斜一定的角度。这样货叉架在内门架槽钢内运行时，门架承受正向力，滚轮的外圈滚道面与槽钢的翼板接触，起到正向支撑的作用；门架承受侧向力，滚轮的外圈侧面就会接触槽钢翼板和腹板连接部位的一段斜的小端面，从而起到侧向支撑的作用。新滚轮取代老的侧滚轮和主滚轮，不占用空间，这样立柱板的高度就可以相应缩短，从而使得客户在集装箱工况下作业空间受限的问题得以解决。新滚轮所配的两个轴头22 和23 结构不同，因为最上端的两个新滚轮在超出一定的行程后，会脱离内门架槽钢运行，此时，为了防止最上端的新滚轮脱落，设计了一个防护盖24，并用螺栓25 固定，以确保客户使用时的安全。同时，将老结构的4 个复合滚轮12 也更改为新滚轮结构，如图6 所示。新滚轮结构简单，安装方便，受力情况如图7 所示，寿命大于复合滚轮结构，且装配效率高。

图5 优化后的货叉架结构

图6 新型滚轮轴头结构

图7 新滚轮受力示意图

对优化后的货叉架及滚轮匹配的内门架进行CAE 分析，内门架分析结果如图8 所示，货叉架分析结果如图9 所示。根据经验，应力满足使用要求，从而判断优化后的货叉架能够满足客户使用工况。

图8 内门架分析结果

图9 货叉架分析结果

三、结语

设计一种多功能化的滚轮来替代老的分离的主滚轮和侧滚轮，通过这一设计结构的优化，解决了客户的使用难题，让客户操作叉车在集装箱工况下作业时可以充分利用集装箱的空间，且优化后的结构简单，装配便捷，成本低，客户使用性能不受影响。