对轻量化设计叉车载荷中心距的分析和探讨

尤志轩

（厦门市特种设备检验检测院 厦门 361004）

某叉车使用单位投诉其新购置的1台叉车在使用过程中多次出现正常刹车时后轮翘起的现象,而搬运同样的货物,使用另一台同样额定起重量的旧叉车没有这种现象。使用单位对该叉车的安全性存有疑虑,提出对该叉车进行技术鉴定。

1 叉车基本情况

该叉车是1台蓄电池平衡重式叉车,额定起重量为1 000 kg,最大起升高度为3 000 mm,自重为1 850 kg,轴距为1 150 mm,前悬距为245 mm,载荷中心距为400 mm,操纵方式为坐驾式。

使用单位是一家来料加工型企业,生产车间原位于一层,因生产规模扩大,又将二层改造为生产车间使用。因为需要在一层、二层间进行物料搬运和转移,原有的1台旧叉车已无法满足生产使用需要,所以新购置了1台同样额定起重量的叉车供二层的生产车间使用。

2 主要特征参数对比

将使用单位这台新购置的叉车,与原有的在一层使用的旧蓄电池平衡重式叉车,以及国内某知名品牌的蓄电池平衡重式叉车,进行主要特征参数的对比分析,见表1。

表1 主要特征参数比较

由表1可知,使用单位原有的旧叉车与某知名品牌叉车的主要特征参数基本一致,而新购置叉车与上述二者相比较,则有较大的不同。新购置叉车的制造单位采用减少叉车配重质量等方式,将叉车自重减少约1 000 kg。通过调整叉车前后轴的位置,将叉车的轴距减少约100 mm。通过改变叉车载荷中心距的设计值,将该值减小至400 mm。同时,将叉车上普遍使用的充气轮胎或实心轮胎更换为聚氨酯材料车轮,通过减小车轮直径、降低车辆重心等方式使叉车前悬距减少约165 mm。

3 叉车结构受力分析

通过查询制造单位的网站,获取的产品信息显示,该款蓄电池平衡重式叉车采用的是为满足“在多层厂房和超小空间使用”的轻量化设计,具有适用于在多层结构厂房使用的车辆自重轻及在狭窄空间使用的通过性能优异等特点。平衡重式叉车是一种具有承载货物货叉,载荷相对于前轮呈悬臂状态,并且依靠车辆的质量来进行平衡的堆垛用起升车辆[1]。其结构受力特征可用式（1）进行大致描述：

式中：

G——自重（含蓄电池）,kg；

Q——额定起重量,kg；

B——前悬距,mm；

C——载荷中心距,mm；

L——轴距,mm。

式（1）是在叉车承载额定起重量,按照静立状态下的力矩平衡条件推导出的,表明了叉车主要特征参数之间的关系,可用于对叉车结构的基本受力情况进行分析[2]。

为实现叉车的轻量化设计目的,首先需要减少叉车的自重,使叉车的结构重量降低。由式（1）可知,在叉车的额定起重量确定的情况下,为满足力矩平衡条件,可以通过减少叉车的前悬距和载荷中心距,以减小由载荷重量产生的倾覆力矩。为适应狭窄空间的使用要求,提高叉车的通过性能,则需要减小叉车的轴距。通过该叉车与其他叉车的比较结果,其主要特征参数所发生的改变,与利用式（1）分析的结论完全相同,与叉车所进行的轻量化设计目的相一致。

4 载荷中心距的取值

制造单位对该叉车进行轻量化设计,是考虑多层结构厂房的结构承重,厂房内部的场地设置,以及叉车进出载货电梯搬运物料等工况的特殊要求。在轻量化设计上,主要采用减小叉车自重和轴距等方法来实现,但该方法会导致叉车力矩平衡条件中的稳定力矩值减小,造成叉车发生倾覆的风险增大,所以需要同时将前悬距和载荷中心距的设计值适当减小。但是为满足上述要求,将叉车载荷中心距的设计值更改为400 mm,与标称值为1000 kg的额定起重量是无法匹配的。

在GB 10827.1—2014《工业车辆 安全要求和验证 第1部分：自行式工业车辆（除无人驾驶车辆、伸缩臂式叉车和载运车）》中规定：“额定起重量是由制造商根据零部件强度和车辆稳定性确定的,车辆在标准载荷质心位置时能够搬运、起升并堆垛到标准起升高度的最大载荷”[3]。叉车的标准载荷质心位置与额定起重量是相联系的,额定起重量决定了标准载荷中心距的取值范围。对叉车某具体标称值的额定起重量而言,其载荷中心距应按标准的要求进行取值,不能随意进行变更。GB 10827.1—2014标准中要求平衡重式叉车的标准载荷中心距符合表2的规定[3]。

表2 平衡重式叉车的标准载荷中心距

由表2可知,额定起重量为1 000 kg的平衡重式叉车的载荷中心距不允许设计为400 mm,而必须为500 mm或600 mm。额定起重量是用来比较不同制造单位所生产车辆的额定能力,并为技术标准和统计提供依据[4]。所以,针对不同额定起重量的叉车,标准规定了其相对应的载荷中心距。

如果制造单位不按标准的规定,在叉车的设计过程中对载荷中心距随意进行取值,将导致额定起重量失去表示叉车承载额定能力的作用。额定起重量标称值相同或者不同的叉车,相互之间将无法进行参照和比较,这将导致叉车的制造和销售市场出现典型的“小吨大标”现象,同时也给叉车的使用带来严重的安全隐患。文中叉车使用单位的2台额定起重量相同的叉车,因为载荷中心距设计取值的不同,当在一层、二层间转移搬运物料时,会出现一层的旧叉车使用完全正常,而同样的物料在二层使用新购置叉车搬运时,满载状态下会发生正常刹车时后轮翘起的情况,就是对制造单位这一设计错误的实际例证。

5 对标准的建议

不仅在GB 10827.1—2014标准中有对叉车载荷中心距和额定起重量之间对应关系的规定,而且在JB/T 2391—2017《500 kg～10 000 kg乘驾式平衡重式叉车》中,也有内容基本相同的表述[5],见表3。

表3 叉车的标准载荷中心距

虽然GB 10827.1—2014是强制性国家标准,但是在该标准的前言部分已列明“本部分的第4章（除4.1.4、4.2.2.4、4.2.2.5、4.6.3.5、4.11.4）、第5章、6.3为强制性条款,其余为推荐性条款”[3],所以第4章中表2的内容是推荐性的,并不具有强制性。而JB/T 2391—2017只是推荐性行业标准,该标准及表3也都不具有强制性。部分叉车制造单位正是利用上述标准相关内容的非强制性执行这一特点,对叉车的载荷中心距随意进行取值,导致额定起重量无法正确地表示叉车的额定承载能力。鉴于此,建议上述2个标准在后续的修订过程中,考虑将该部分内容变更为强制性条款,通过对标准中载荷中心距取值的强制性规定,避免叉车出现“小吨大标”的现象。

6 结束语

部分叉车制造单位在产品设计过程中,片面追求叉车的轻量化和机动性等技术指标,出现不按标准规定随意减小载荷中心距的做法,导致叉车在使用过程中产生安全隐患。相关监管部门和检验机构应对这一情况高度重视,加强监管措施和检验技术把关,保证叉车使用过程中的性能稳定和安全可靠。