一起叉车货叉架突然外倾的检验案例分析

陈钰锋 张庆丰 陆 凯

（宁波市特种设备检验研究院 宁波 315048）

货叉架通过货叉架滚轮在起升链条的牵引下运行于内门架门槽中,而货叉通过货叉上下挂钩固定在货叉架上,故货叉架承载着起升货物,是叉车安全起升作业的重要连接件。若货叉架的位姿发生不合理的改变,将影响叉车运行安全性和稳定性[1]。尤其是随着叉车的频繁重载使用,导致货叉架滚轮与内门架门槽配合间隙加大,造成门架外倾现象。本文对一起叉车货叉架的外倾现象进行了原因分析和隐患分析,并根据上述分析,在叉车的使用、检验检测方面提出了相应对策,以提高叉车门架的使用寿命和叉车作业的安全性。

1 设备的基本情况

2020年11月20日,对宁波某公司1台叉车实施定期检验过程中,发现该叉车的货叉架上升到门架上极限时,突然向前外倾,货叉水平段由水平位置向地面倾斜,货叉尖有朝向地面的趋势,见图1。

图1 货叉架外倾

征询使用单位安全管理人员可知,该叉车已使用11年,主要用来起升搬运货柜,载荷量大,使用频繁,且司机作业时,为提高工作效率,经常加油门快速起升货叉架于门架上极限,然后下降货叉架来装卸货柜。在上极限时货叉架受到的冲击载荷和向地面倾斜的货叉水平段极有可能导致货叉架上的货物坠落,同时破坏叉车的稳定性,设备处于严重事故隐患状态。该叉车的相关技术参数见表1。

表1 叉车相关技术参数

2 缺陷情况描述及缺陷产生的原因分析

对起升油缸实施动态试验时,货叉架通过滚轮能平稳地运动在内门架上,且内门架滚轮能平稳地运动在外门架上,但货叉架滚轮和内门架滚轮却时而滑动,时而又滚动在门架上,且起升运动停止时,货叉架有较大的抖动。为验证门架上极限位置机械止挡的有效性,操作起升油缸至上极限时,伴随着货叉架与上极限机械止挡碰撞发出的冲击声,货叉架突然前倾。经仔细查验门架槽、货叉架滚轮等零部件,其缺陷情况如下：

1）内外门架槽缘及滚轮外缘已露出磨损后的金属亮泽,见图2。表明门架槽缘及滚轮均已磨损,致滚轮与门架槽配合间隙偏大,造成滚轮在门架中滑动运行；

图2 内门架槽缘磨损

2）两内门架顶部槽缘磨损致形成一凹坑,见图3、图4。当货叉架起升至门架上极限时,货叉架的上滚轮运行至内门架顶部槽缘凹坑内,致使货叉架到达门架上限位时突然前倾。图3、图4中货叉架滚轮达到上限位的运动痕迹也是印证了货叉架到达上极限时发生前倾的事实。

图3 货叉架右滚轮运动痕迹

图4 货叉架左滚轮运动痕迹

形成以上缺陷的主要原因如下：

1）该叉车使用年限长,使用频繁,且载荷量大。高强度、高频次的门架起升运动使滚轮和门架槽磨损；

2）该叉车作业时,叉车司机为提高作业效率,频繁地高速起升至门架上限位,再使货叉架突然停止,货叉架的自身载荷及货物对内门架外槽缘形成一冲击载荷。长时间不规范的起升操作方式造成货叉架滚轮不断地冲击磨损内门架外槽缘,货叉架滚轮与内门架门槽过大的配合间隙又加大了冲击载荷,最终导致内门架顶部槽缘形成一凹坑。

3 缺陷可能导致的隐患分析

门架是叉车的主要受力结构件之一,门架的强度对叉车的安全性及稳定性起着决定性作用。

1）该叉车的门架是由内外门架通过滚轮嵌套而成,货叉通过货叉架承载着货物沿着门架上下运动。当带载的货叉起升时,内外门架在载荷的作用下逐渐向前倾斜、弯曲,特别是当内门架到达外门架的上限位时,内外门架出现了“折节”现象（如图5所示）,此现象将导致载荷中心突然前移,倾覆力矩增加,叉车的纵向稳定性减弱。而内门架滚轮与外门架槽缘配合过大的配合间隙,随着货叉的起升高度不断增大,使“折节”现象更为明显,进一步破坏叉车的纵向稳定性。

图5 门架“折节”现象

2）若货叉上的货物有偏载现象,叉车的横向稳定性也将在“折节”弯曲现象下减弱[2]。

3）该叉车通过叉盘来装卸货物,叉盘能稳定地保持在货叉上主要依靠货叉水平段对叉盘的支持力,使带有载荷的叉盘稳定保持在货叉水平段上。然而门架的“折节”现象和货叉架运行至门架上极限的突然前倾,将导致货叉向地面倾斜。带载叉盘在倾斜的货叉水平段的受力理论等效模型如图6所示：物体A即为带载叉盘,斜面B即为货叉水平段上表面,角度θ即为货叉水平段与地平面的夹角。若叉盘依然能保持在货叉上,表明带载叉盘所受的静摩擦力克服了带载叉盘的重力在平行于倾斜货叉上的分量。但随着滚轮与门架槽磨损的加剧,“折节”更为明显,货叉架滚轮与内门架配合间隙的不断增大,门架槽顶部槽缘坑的加深,这些因素将导致货叉水平段倾斜角θ进一步加大。随着倾斜角θ的逐渐增大,带载叉盘重力的倾斜分量不断增大,当带载叉盘与货叉的最大静摩擦力不足以抵消带载叉盘重力的倾斜分量时,带载叉盘将从货叉上脱出,发生货物坠落事故。值得注意的是,起升高度越高,货叉的倾斜角就越大,发生重物坠落事故的概率越大,况且货叉到达上极限时,“折节”带来的冲击载荷与叉盘重力的倾斜分量叠加,将更容易导致叉盘从货叉上脱出,越发增加了发生重物坠落事故的风险。

图6 叉盘在货叉水平段上的受力等效图

4 结论与建议

该叉车门架槽与滚轮的磨损、门架槽顶部的凹坑缺陷将直接影响门架的强度,破坏叉车的稳定性及货叉上货物固定的可靠性,严重影响叉车作业的安全性,具有重大安全隐患[3]。为提高该叉车的作业安全性,避免事故发生,责令使用单位停止使用该叉车。鉴于门架槽磨损与凹坑等缺陷具有不可修复性,故要求使用单位更换新的门架后,重新申报检验,待检验合格后,方可继续使用该叉车。

根据TSG N0001—2017《场（厂）内专用机动车辆安全技术监察规程》,修理是指更换或者维修原场车动力装置、传动装置、门架结构、车架结构、车身金属结构之一的,但是不改变场车原主参数的活动[4]。建议使用单位更换与原来同结构的门架,让具备叉车维修资质的单位申报大修检验。但考虑到浙江省内只有叉车制造资质的单位,尚无具备叉车维修资质的单位,为提高企业实际操作可行性,同时明晰使用、修理、检验单位的责任定位,保障该叉车的安全使用,也建议使用单位让具备叉车制造资质的单位更换同结构门架,由制造资质单位出具更换门架后该叉车的相关安全证明。

为防止叉车出现本案例中类似缺陷,延长叉车门架使用寿命,确保叉车使用安全,应采取以下对策：

1）使用单位应根据实际作业工况,合理选择叉车的起升高度,对所选择叉车的最大起升高度做适当预留；

2）使用单位叉车作业人员,应严格按照叉车载荷曲线表和安全操作规程作业,当起升高度高时,应根据载荷曲线表,合理降低载荷量和起升速度,预防产生起升冲击,破坏叉车稳定性；

3）当门架垂直起升,货叉架位于门架上极限时,货叉水平段倾斜角与“折节”程度大小、滚轮和门架槽的配合间隙、最大起升高度有关[5]。为减小货叉水平段倾角,确保叉车堆垛稳定性,叉车作业人员应尽量减小起升高度,堆垛作业时,可使门架合理内倾,且定期检查滚轮与门架槽的配合间隙,当起升作业时发生滚轮不滚动现象时,应关注轮槽的配合间隙；

4）由于内外门架强度一定,且两门架是由滚轮和门架槽嵌套而成,“折节”现象不可避免。当货叉水平段出现外倾角时,增加货叉水平段上表面与叉盘的摩擦力有利于增加带载叉盘在货叉上的固定可靠性。故建议对于高起升的堆垛作业,所选择的叉盘材料与货叉材料的摩擦系数、接触面积尽可能大,严禁二者之间存在油污现象；

5）检验检测人员对轮槽的配合间隙、货叉架运行状况、门架上极限机械止挡的有效性试验应重点关注,一旦发现上述缺陷,应立即采取合理措施,确保叉车使用安全。