伸缩臂叉装车作业稳定性分析

2018-06-18田甜陈宇刘学文郑艳超

时代汽车 2018年8期

田甜陈宇刘学文郑艳超

北京金轮坤天特种机械有限公司北京市 100086

1 引言

伸缩臂叉装车是一种集成了起重机和传统叉车功能的多功能作业车辆，可在车体不动的情况下，对较远距离的的货物进行叉装作业。其应用领域也比较广泛，除了可用于叉车的传统领域外[1]，还可用于更加复杂困难的作业环境，例如在农业领域具有很好的应用前景。

其特殊的结构形式和复杂的作业环境也对作业安全性提出了很高的要求。一般伸缩臂叉装车设计和研发过程中必须对其作业时的稳定性进行计算和试验，并将结果标识在车体显著位置，用于警示驾驶和操作人员。目前国际上主要的伸缩臂叉装车标准包括美国的ASME B56.6标准，欧盟的EN 1459标准和澳大利亚的AS 1418.19标准都对其稳定性提出了要求。

2 伸缩臂叉装车简介

伸缩臂叉装车稳定性是指在刚性控制的静止条件下，其抵抗倾翻能力的能力[2]。应考虑在正常使用和操作条件下，叉车承受的力的分布。影响稳定性的因素包括质量、质量分布、轴距、车轮踏面、悬空方法、行驶和操作速度、负载条件下轮胎和门架的变形等。

图1为伸缩臂叉装车的结构组成，在其进行叉装作业时首先将其行驶到距离货物较近的距离上，伸缩臂2开始动作，通过伸缩和变幅将货叉送至货物位置，货叉进行俯仰将货物叉起，其中货叉1和伸缩臂2随整车作业时动作，车体其他部件在工作时不进行动作。

图1 伸缩臂叉装车整体布置图

3 作业安全性计算

根据美国伸缩臂叉装车标准SMEB56.6-2002标准8.6规定其作业稳定性可以通过以下方法得出：第一种是倾斜平台试验。对伸缩臂叉装车进行试验验证其稳定性。试验可用来指导叉车的设计。第二种是计算稳定性数值。基于相似叉装车的经验值，通过计算预测出稳定性的合理值。计算值和试验值相比，最终选择试验值作为其安全性的标准依据。

3.1 整车质量分布分析

由伸缩臂叉装车整体布置图1可以看出，伸缩臂叉装车在进行作业时，伸缩臂结构质心位置随着作业情况不同发生变化，其他部分质量分布不随作业情况变化。以三节臂伸缩臂叉装车为例，假设每节臂重量均匀分布，三节臂质心位置依次为：

一节臂质心位置为

图2 伸缩臂叉装车伸缩臂质心位置计算图

其中，x0，y0——伸缩臂铰接点位置坐标；

x1，y1——第一节臂质心坐标；

L1——第一节臂长度；

B1——第一节臂宽度；

α——伸缩臂与车架的水平面的角度。

二节臂质心位置

x2=x1-ΔL1cosα

y2=y1+ΔL1sinα

x2，y2——第二节臂质心坐标；

ΔL1——第二节臂伸出的距离，在第三节臂不动作时为整车伸出距离。

三节臂中心位置

x3=x2-ΔL2cosα

y3=y2+ΔL2sinα

x3，y3——第三节臂质心坐标；

ΔL2——第三节臂伸出的距离，一般为全部伸缩臂伸出距离减去ΔL1的最大值。

由以上全车的质心位置为

Gi——各部件质量；

Gs——整车总质量；

xi，yi——各部件相对车辆后轴中心的坐标位置。一般情况下，货物和整车质量是相对纵向对称面对称的，因此质心位置始终位于整车纵向对称面上。

2.2 整车稳定性分析

如图3所示，车辆通过两个前轮和后轴中心点形成了基础三角形ABC，取质心垂线与大臂交点作四面体，取质心的水平面截面构成整车的稳定三角形abc，如果整车的质心o在这个三角形中，整车就会保持稳定状态，如果整车质心o位置落在了稳定三角形之外，车辆将向偏出三角形的位置倾翻。

在整车处于水平面上时，货叉上加载放平以后，整车的质心会向前向下移动。如果货物质量超出负载能力，质心o就会向前超出ab线，造成整车向前倾倒。造成整车在纵向方向失去稳定性。在载荷图分布图4上对应的即为每个载荷区域的最外侧垂直线。在进行货物提升时质心会升高并向后移动，同时稳定三角形也会变动。如图5所示，货物提升高度越高，稳定的空间越小，稳定三角形面积越小，在横向和纵向上失去稳定性的可能性越大，因此这时一般为整车边界工况进行试验和计算。如图6所示，如果整车不在水平面上，质心会偏离整车的中心线，但是稳定三角形总会位于整车中心线上，这时也会导致稳定三角形减小，质心左右变动的空间也会变小。大臂提升并伸出（稳定三角形非常小），整车在非常小的倾角时就会脱离稳定三角形两侧区域。这时整车就会出现倾翻。从而使同样伸出距离上载荷能力降低，对应可以看出载荷图上直线后面的曲线。

2.3 稳定性试验分析

通过以上分析结合SME B56.6-2002 8.6.6 试验载荷标准进行整车稳定性试验，实现条件见表1：

根据表1可以看出在坡度7%纵向额定载荷全工况堆垛和坡度22%纵向额定载荷搬运堆垛分别表示在纵向工作和运输的最不稳定状态；坡度12%的额定载荷全工况堆垛、50%空载伸缩臂全缩回和10%空载全工况堆垛反映了伸缩臂叉装车在横向工作、空载行驶和空载动作的最不稳定状态。通过对稳定三角形的分析可以看出以上几种为全车工况质心最有可能偏离稳定三角形区域的工况，通过分析计算和试验即可得出伸缩臂叉装车的载荷图。