石材行业专用叉车设计研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：叶文（1985），男，汉族，广西钦州人，本科，总体设计工程师，研究方向为中大型叉车产品开发。-5-石材行业专用叉车设计研究 叶 文 李灿钦 柳州柳工叉车有限公司，广西 柳州 545000 摘要：摘要：石材行业是我国重要基础性产业，广泛应用于建筑、装饰、家居等领域。石材叉车是石材行业中重要的运输设备。石材叉车在设计过程中需要考虑石材的特殊性，如石材的脆性、重量大、形状不规则等。本文结合石材行业专用叉车的作业特点，分析了石材叉车的结构特点和工作原理，提出了石材叉车的设计要求，以期为有关人士提供借鉴和参考。关键词：关键词：石材行业；专用叉车；设计研究 中图分类号：中图分类号：TU63 石材产品广泛应用于建筑、装饰、家居等领域。石材叉车是石材行业中重要的运输设备，主要用于石材的装卸、运输、堆放等。目前，国内石材行业专用叉车主要由国外品牌和国内品牌两部分组成。国外品牌主要有丰田、林德、卡尔玛、海斯特等，产品质量较高，但价格昂贵。国内品牌主要有杭叉、柳工、合力、徐工等，产品价格相对较低，但质量也有一定的保障。随着石材行业的发展，石材行业专用叉车的需求也在持续增长。国内品牌的石材行业专用叉车也将会在技术创新、产品质量等方面不断提升，以满足市场需求。1 石材行业专用叉车的作业特点 石材叉车是利用动力系统驱动车辆行驶，利用液压系统控制叉架升降。当石材叉车行驶时，动力系统将燃油转换为机械能，经变速箱及驱动桥减速增扭后将动力传递到车辆的驱动轮，驱动车辆行驶。当石材叉车需要进行叉架升降时，操纵系统控制液压系统工作，液压系统将动力传递到叉架，从而实现叉架的升降、倾斜等动作1。结合石材行业叉车作业也具有以下特点：1.1 工作环境恶劣 石材加工过程中会产生大量的粉尘、碎屑等，这些物质会对叉车的各个部件造成腐蚀和磨损。因此，石材叉车需要具有良好的防尘、防水、防腐蚀性能。而且叉车的结构件需要采用高强度结构钢材料进行设计，对易磨损部件进行防护，并采用密封防尘、防水措施。例如，叉车的车架、门架、货叉等部件可以采用高强度钢、成型槽钢等材料，叉车的转向油缸、起升油缸、倾斜油缸、滚轮、链轮等运动部件采用伸缩式防尘罩、防尘端盖、防水胶等进行防护。1.2 作业负荷大 石材叉车经常需要长时间往复的搬运重物，因此需要具有较高的起重能力，能够满足石材加工过程中的搬运需求。同时，叉车也应具有较高的稳定性，防止发生倾翻等事故。1.3 要求可靠性高 石材行业生产多为连续作业，叉车遭受频繁冲击载荷，因此叉车需要具有较高的可靠性，能够保证长时间可靠的作业。叉车的各个系统应采用先进的设计和制造工艺，确保其可靠性。例如，叉车的动力系统应采用高性能的发动机和液压系统，传动系统应采用耐磨损的材料和结构，转向系统应具有良好的稳定性等。2 石材行业专用叉车的门架升降系统设计要点 门架升降系统是石材叉车的起重装置，其主要作用是实现对石材进行叉取、升降、码垛等作业。门架升降系统的结构件通常采用高强度结构钢材及成型槽钢焊接而成，其中内、外门架是升降系统的骨架，主要承受弯曲载荷；叉架又称为滑架，用于悬挂货叉或其他取物装置。2.1 石材叉车的门架升降系统结构（1）二级嵌套门架 二级嵌套门架由内、外门架组成，内、外门架是各自分别由左、右两根立柱通过上、中、下不同数量中国科技期刊数据库 工业 A-6-的横梁连接而成的门式框架。立柱既是门架承载的主要构件，又是叉架或内门架作升降运动的导轨。内门架立柱截面为 C 形，外门架立柱截面为 J 形。二级嵌套 CJ 型门架具有较高的强度和刚度，能够承载较大的石材重量，而且具有较高的抗变形能力，能够保证石材搬运时的稳定性。因此，CJ 型门架适用于重型石材的搬运，例如大理石、花岗岩等。（2）串轴式叉架 串轴式叉架的作用是安装串轴式货叉并带动货物一起升降。其前部是一个焊接框架结构，后部是两列装有导向滚轮的滚轮架，与前部框架焊接构成一体，由链条牵引，沿门架导轨垂直升降。叉架上的滚轮是把货物的重力，以力偶矩的形式传递给内门架。因为滚轮是固定间距，对门架立柱的作用力大，应合理布置。侧向滚轮承受叉架的侧向力，由于货物在货叉上放置的不对称，或在有倾斜的路面运行等都会产生侧向力，为防止叉架对内门架正常的运动被卡住，装设侧向滚轮是必需的。在国内石材市场，码垛的时候，石块与石块之间分割间隙很小，每次货叉插进去都是要靠冲击力冲进去，所以，对叉架的冲击非常大。为适应石材工况巨大冲击作业要求，叉架一般配置八个重载滚轮，布置在叉架后部左右两侧，并配置六个侧滚轮，分别安装在叉架上、下横梁上。（3）串轴式货叉 货叉是叉车最基本和最通用的取物装置。货叉装在叉架上，它的外形是一个 L 形杆件，分为水平段和垂直段两部分。一般货叉的水平段和垂直段做成整体的，称为整体式货叉。串轴式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，允许绕轴转动，在重力的作用下，货叉垂直段下部背面支靠在叉架的下横梁前立面。串轴式货叉水平段的上表面水平，水平段前端的下表面略有斜度，以使叉尖处厚度较薄，约为 5mm，并且前端逐渐变窄，叉尖两侧带有圆弧，这样有利于使货叉插入石块与石块之间的缝隙或石块的底部。此外，串轴式货叉具有较大的强度和刚度，耐冲击，因此，串轴式货叉适用于石材加工厂、石材市场等场地的石材搬运。2.2 门架升降系统设计应考虑的因素 对于石材行业专用叉车的门架升降系统设计时，应充分考虑作业现场石材的重量、尺寸、搬运方式、堆放方式以及使用环境。（1）石材的特性：石材具有较大的重量、体积和硬度，因此门架升降系统的结构应具有足够强度，能够承载较大的石材重量。例如，石材行业专用叉车的门架、叉架和货叉通常采用高强度钢材制成，具有较高的强度和刚度。（2）石材的搬运方式：石材的搬运方式主要有升降、倾斜和平移等，因此门架升降系统结构应具有相应的功能。例如，在进行升降作业时，门架升降系统应具有较大的承载能力；在进行倾斜作业时，门架升降系统应具有较大的稳定性。（3）石材的堆放方式：石材的堆放方式主要有垛式、堆式和梁式等，因此门架升降系统结构应具有相应的高度和宽度。例如，在进行垛式堆放时，门架升降系统应具有较大的高度；在进行堆式堆放时，门架升降系统应具有较大的宽度。（4）石材行业的安全要求：石材行业作业风险较大，安全标准较高，因此叉车的防护措施应完善，能够防止石材掉落。例如，门架升降系统应具有防护栏、防护网等安全装置，能够防止石材掉落。2.3 门架升降系统设计应遵循的原则（1）强度原则；门架升降系统结构应具有足够的强度，能够承载较大的石材重量。例如，门架升降系统结构应采用高强度结构钢材制成，选用高承载的滚轮和链轮，采用承载能力较强的片式链条，并采用合理的布置结构设计，能够满足石材的承载要求。（2）刚度原则；门架升降系统结构应具有足够的刚度，能够保证叉车在搬运石材时具有较高的稳定性。例如，门架升降系统结构应采用 CJ 型门架、串轴式叉架和货叉等合理的结构设计，能够抵抗外力的作用，保证叉车的稳定性。（3）灵活性原则；门架升降系统结构应具有足够的灵活性，能够满足石材的不同搬运和堆放方式。3 石材行业专用叉车的液压系统设计要点 液压系统是石材叉车的动力传输系统，其主要作用是将动力传递到门架升降系统等部件。液压系统通常采用液压泵、多路阀、液压缸、液压管路等组件。3.1 液压系统的主要组成部分（1）液压泵 液压泵是液压系统的动力源，其排量和容积效率中国科技期刊数据库 工业 A-7-应满足叉车高效率的使用要求。石材行业专用叉车的液压泵应能够满足门架升降系统的快速升降、倾斜和平移等动作要求，无论是满载或者空载起升，要求速度达到 300mm/s 至 400mm/s 之间。能够保证叉车在灰尘大、路面坑洼不平等恶劣环境下正常工作。并且应便于日常保养和维修。（2）液压缸 液压缸是液压系统的执行元件，其负载效率、耐压性、行程和公称压力应满足叉车的工作要求。液压缸的负载效率应不低于 90%,缸体应能承受 30MPa 的压 力，不得有外渗漏及零件损坏等现象。行程应满足门架的升降、倾斜和平移等运动要求，公称压力应满足门架的承载能力要求。而且石材行业专用叉车的液压缸也应具有高强度，能够承载较大的石材重量；寿命长，累积换向次数大于 20 万次，能够保证叉车的长期使用等特点：（3）多路阀 多路阀是液压系统的控制元件，其功能应满足叉车的操作要求。液压阀应能够控制液压缸的运动方向和速度等。石材行业专用叉车的液压阀应耐压 25MPa以上，内泄漏小于 20ml/min，能够精确控制液压缸的运动，能够保证叉车在恶劣环境下正常工作。3.2 液压系统的设计考虑因素（1）石材的搬运方式和堆放方式：石材的搬运方式和堆放方式直接影响液压系统的压力要求。例如，在搬运重型石材时，液压系统的压力达到 20MPa,对液压元件的耐压要求较高。（2）石材行业高效率作业特点：因石材产量大，每个石材厂都堆放着成千上万吨的石料，工作量非常大，故要求石材专用叉车能够高效率作业。石材专用叉车采用负荷敏感转向优先液压系统，在不转向时系统的全部流量用于液压举升和倾斜作业，作业效率高。（3）叉车的使用环境：叉车的使用环境直接影响液压系统的防护措施。例如，在使用环境恶劣的场所，液压系统应采用防护措施，防止液压油泄漏。4 石材行业专用叉车的操作系统设计要点 操纵系统是石材叉车的操作控制系统，其主要作用是控制车辆启停、行驶和实现工作装置的所有动作。操纵系统通常采用液压系统，并配备手柄、踏板等操作装置。4.1 操作系统的设计应遵循的原则（1）安全性原则 安全性是操作系统设计的首要原则。操作系统应具有完善的安全保护装置，能够防止叉车发生意外。例如，司机坐姿状态感知系统，当司机不在正常操作位置时，车辆不能进行动力运行，即使操纵多路阀控制装置，也不应当出现门架的倾斜和叉架的移动。司机权限信息采集器，通过指纹、人脸特征等生物信息或者磁卡等与个人身份信息唯一绑定的媒介，验证司机操作权限，当该采集器失效、拆除或者司机信息不正确时，车辆不能启动。（2）人本原则 人本原则是操作系统设计的重要原则。操作系统应符合人体工程学，能够为操作人员提供舒适的操作环境。例如，操纵杆的高度、显示屏的尺寸和显示效果以及操作方式等都应科学、合理。（3）功能性原则 功能性是操作系统设计的基本原则。操作系统应具有满足石材行业需求的功能。操作系统应能够控制门架的升降、倾斜和平移等动作。能够控制工作灯的开启和关闭。能够控制喇叭的鸣响。能够及时报警，提醒操作人员采取安全措施。能够对叉车的故障进行诊断，帮助操作人员及时排除故障等。4.2 操作系统主要组成部分（1）操纵杆 操纵杆是操作系统的输入装置，其位置和操作方式应符合人体工程学。操纵杆的设计时，操纵杆的高度应与操作人员的手肘高度相适应，以便操作人员能够轻松地操作操纵杆。操纵杆的长度应与操作人员的手臂长度相适应，以便操作人员能够灵活地操作操纵杆。操纵杆的操作方式应符合人体工程学，以便操作人员能够轻松地操作操纵杆。例如采用倾斜式设计，能够减少操作人员的腕部负担。（2）显示屏 显示屏是操作系统的输出装置。显示屏的设计时应考虑显示屏的尺寸应能够满足显示内容的需求；显示屏的显示效果应清晰易读；显示屏的操作方式应符合人体工程学。例如采用触手可及的按键设计，能够提高操作的便利性。（3）报警系统 中国科技期刊数据库 工业 A-8-报警系统是操作系统的安全保护装置，其功能应满足叉车的使用安全要求。报警系统的设计应考虑以下因素：报警系统应能够及时报警；报警系统的报警方式应清晰易懂；报警系统应能够提醒操作人员采取安全措施。例如声音报警、视觉报警和触觉报警等，能够满足不同操作人员的需求。5 石材行业专用叉车的动力系统设计要点 动力系统是石材叉车的动力来源，其主要作用是驱动车辆行驶和门架升降。动力系统通常采用柴油发动机或电动机，并配备变速箱、传动轴、驱动桥等传动装置。5.1 发动机 发动机是动力系统的核心部件，其功率、转速、排量等参数直接影响石材叉车的性能。在选择发动机时，应根据石材叉车的载重量、行驶速度、起升速度等要求进行选择。石材叉车的常用发动机类型有柴油发动机、电动机等。柴油发动机具有功率大、扭矩大、燃油经济性好等特点，适用于重载石材叉车；电动机具有噪音小、维护成本低等特点，适用于轻载石材叉车。5.2 变速器 变速器是动力系统的核心部件，其效率直接影响石材叉车的燃油经济性。变速器的效率越高，石材叉车的燃油消耗越少。石材叉车的常用变速器类型有液力变速器、机械变速器等。液力变速器具有效率高、可靠性好等特点，适用于重载石材叉车；机械变速器具有结构简单、成本低等特点，适用于轻载石材叉车。在选择变速器时，应根据发动机的功率、转速等参数进行科学合理匹配进行选择。5.3 冷却系统 发动机和变速器在工作过程中会产生大量的热量，因此需要完善的冷却系统来保证发动机和变速器的正常工作。石材叉车的冷却系统一般采用液冷系统，液冷系统具有散热效果好、噪音小等特点。通过合理的系统设计，可以有效提高石材叉车的性能和可靠性，满足石材行业的特殊需求。6 结束语 综上所述，石材行业专用叉车的设计研究，对于提高石材行业的生产效率和安全性具有重要意义。通过对石材行业专用叉车的设计研究，可以开发出满足石材行业应用要求的叉车，为石材行业的发展提供保障。参考文献 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