2005年12月第20卷 第4期南昌航空工业学院学报(自然科学版)
JournalofNanchangInstituteofAeronauticalTechnology(NaturalScience)Dec.,2005Vol.20 No.4
平衡重式叉车配重的改造
徐国柱
(福建雪津啤酒有限公司,福建莆田 351111)
[关键词] 叉车;平衡配重;改造
[摘 要] 轻纺企业内使用的平衡重式叉车的实际载重量大多远低于额定载重量,造成消耗过高。本文研究了如何依照实际载重量进行叉车后部的平衡配重的改造方法,并有效地解决了这一问题。
[中图分类号] TH242 [文献标识码] B [文章编号]1001-4926(2005)03-0065-04
ReformationofCounterweightoftheCounterbalancetypeforklift
XUGuo_zhu
(FujianSedrinBreweryCo.,Ltd,Putian,Fujian 351111)
Keywords:Forklift;balancedcounterweight;reformation
Abstract:Theactualload-carryingcapacityofthecounterbalancetypeforkliftusedinlighttextilemillismostlylowerthanthefixedload-carryingcapacity,resultinginexcessivelyhighconsumes.Accoordingtotheactualload-carryingcapacity,thisarticlehasreseachedhowtoreformbalancedcounterweightofthebackForklift,andhasresolvedthesetechnicalquestionseffectively.
现在许多轻纺企业都利用平衡重式叉车作为厂内物料搬运、装卸作业的主要工具,该类叉车灵活、机动,较好完成了各种起重、装卸及短途运输任务。但我们还应看到轻纺企业常用叉车的额定起重量远大于日常的作业重量,即叉车长期存在着一个大车拉小货、消耗过高的问题。如我司现阶段使用的33部CPC3B8型巨鲸牌平衡重式叉车,额定起重量3000kg,除了每年数次搬运大型设备外,平常运酒运瓶的重量均不超过1000kg,2/3的能力在荒废,可叉车损耗一直较高:发动机和转向桥几乎两三个月就要大修一次,转向轮胎每月每辆磨耗1.6个,每次技术监督部门年度检验时,均要列出/转向盘自由转动量过大0的整改要求。如何解决这些在运输车辆中可能存在的问题呢?我们曾从叉车的操作、保养、维护、修理等环节下功夫,效果一直不佳。笔者分析了平衡重式叉车的结构和原理后,认为存在上述问题的原因是:原叉车较胜任于短时间的装卸堆垛作业,但对较长距离的运载作业或较长时间的连续运转就会出现一些问题:发动机功率偏小,转向系统过于单薄,叉车后部原与3吨起重量相匹配的高达1800kg的平衡配重对1000kg起重量来说就成了一个巨大的累赘,相当于一个人背着一个大磨盘在劳动,不把他累得气喘吁吁才怪呢。所以应依照实际载重量进行平衡重改造,去掉多余重量,以提高叉车的经济性和机动性。本文试以CPC3B叉车为例讨论这个问题。
1 平衡重式叉车起重量与配重量的关系
安装在叉车后部的配重的作用是为了叉车作业时后桥有足够的负荷,保证叉车不致朝前倾翻,即保持良好的纵向稳定性。由于各种叉车的纵向几何尺寸、自重及重心的位置不尽相同,同一额定起重量也不尽相同,但各种叉车的桥荷率大致相同。理想的桥荷率如表一所示,之所以设计成这样的桥荷率,是为了既保证满载时叉车的稳定性,又兼顾了空载时后桥(转向桥)荷重不致于过大,以降低制造成本和使用维修费用。所以说平衡重式叉车起重量与配重量的关系实际就是桥荷率的取值问题。
[收稿日期] 2005-10-09
[作者简介] 徐国柱(1968-),男,机械工程师,现任雪津啤酒(南昌)有限公司副总经理,长期从事啤酒机械设备及叉车的管理工作。
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南昌航空工业学院学报(自然科学版)
表1 平衡式叉车理想桥荷率
桥荷率K前桥荷率KA后桥荷率KB
空载时K空KA空=40~48%KB空=52~60%
满载时K满KA满=87~90%KB满=10~13%
2 叉车满载、空载及实际装载时的桥荷率计算
要依照实际装载重量改造配重,应先了解该叉车在满载、空载及实载(按1000kg计算)时的前、后桥荷率。据厂家提供的产品说明书可知,CPC3B叉车整车受力及纵向几何尺寸:
W)))叉车起重量(W满=3000,W空=0,W实=1000kg)G1)))叉车除配重外的自重(G1=2700kg)G2)))叉车配重重量(G2=1800kg)G)))叉车总重量(G=G1+G2+W)L0)))叉车轴距(L0=1700mm)
L1,L2)))起重物重心及G1至前轮距离(L1=975mm,L2=408mm/0L3)))配重重心至后轮的距离即后悬距(L3=200mm)PA)))地面对前轮的支反力(即前桥荷重)PB)))地面对后轮的支反力(即后桥荷重)分别对A、B两点取矩,可列出以下平衡方程式:
WL+PBL0=G1L3+G2(L0+L1)W(L0+L1)+G1(L0-L3)=PAL0+G2L2
将W=W满=3000kg,W实=1000kg,W=0及L0,L1,L2,L3的数值分别代入(1),(2)式:解得:PA满=6560kg PB=940kgG G满=7500kg
PA实=3414kgPA空=1840kg
PB实=2086kgPB空=2660kg
G实=5500kgG空=4500kg
(1)(2)
由此可计算出CPC3B叉车满载、空载、实载时的前、后桥荷率KA、KB(KA=PA/G*%,KB=PB/G*%),如表2所示:
表2 CPC3B叉车各状态下的桥荷率
桥荷率K前桥荷率KA后桥荷率KB
空载时K空KA空=41%KB空=59%
满载时K满KA满=87%KB满=13%
实际载荷时K实KA实=62%KB实=38%
对照表2可知该叉车满载与空载时的桥荷率在理想值范围内,但若把实际载荷(1000kg)当成了最大载荷时,桥荷率就远远偏离了理想值,这说明长期在这种状态下作业,造成的结果不仅是违背了设计的初衷,叉车能力在浪费,而且后轮及转向系负荷过大,转向的轻便性和灵活性打了折扣,经济性差。
3 实际载重量时的理想配重量的计算
显然与实际载重量相匹配的配重量要比原先的轻,但必须保证在任何情况下地面对后轮的支承力(PB改)不小于原设计最小的支承力(PB满=940kg),即PB改\PB满,这样便可将W实=1000kg、PB改=940kg、G1=2700kg及L0、L1、L2、L3的数量,代入(1)式,得:
1000*975+940*1700=2700*408+1900G2
解得:G2=774kg
1000kgkg足够,2
第4期徐国柱:平衡重式叉车配重的改造
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kg。
4 改造时应注意的几个问题
通过以上讨论可知,平衡重的改造实际上可将原为整体铸造的改换成R12钢板割焊而成的空心平衡重(重量800kg),但这仅考虑了纵向稳定性问题,还需注意到:由于改造后的配置减轻了,前后桥的荷重PA、PB都有所变化(见表3),那么对叉车的转向、制动、车速及叉车限载等直接影响行车安全、操作安全的性能,会不会偏离原设计数据呢?所以如何调整有关总成的技术参数,以消除这些可能存在的差别及确保起重油缸最大只能举起1000kg的重量,则是改造可行与否的必要与充分条件(见表4)。现分别叙述如下:
表3 CPC3B叉车改造前后负荷对照表
厂家设计
满载(3000kg)[1**********]
实载
(1000kg)
前桥荷重PA(kg)34141840后桥荷重PB(kg)20862660叉车总重G(kg)55004500配重重量G2(kg)1800注:改造后其纵向几何尺寸及G1、G2、G3的作用点保持不变(见图一)
空载
满载(1000kg)
[1**********]
800改造后
空载[1**********]0
1.对转向性能的影响
由表3可知,改造后后桥(转向桥)的荷重较原车降低了很多(重车54%,空车42%)说明地面对转向轮的磨檫阻力矩(即转向阻力)也相应减少,因而应同时调低单稳分流阀的溢流压力,使进入转向油缸的油压力与改造后的转向阻力相匹配,方向盘上的操作力矩与原来的一样。否则过高的转向油压会使操作力矩过分变轻、没有路感而让人产生/方向飘0的错觉。
其次CPC3B叉车的转向传动型式为三连板式,其明显的缺点是传动节点多,各球头销均为悬臂梁结构,受力状况差,磨损速率大,甚至球头销与固定板之间(热铆或螺纹联结)也会产生松动,配合的锥孔受挤压变形,反映到转向轮上的累积间隙(准确地说应是松旷量)较大,若不设法消除这些松旷量,在快速行驶时还真会出现/方向飘0的现象。不过原车对此松旷量的影响并不大,因为庞大的配重质量压得转向轮不易产生较大的摆动量,而要让驾驶员察觉倒转向轮在不正常的摆动,除非其摆动幅度非常大(但正因存在了这个固有的弊端,导致了我司叉车的方向盘自由转动角度多数较大,也导致了较常出现转向球头销在行驶中突然折断可能发生可怕事故隐患),所以为了提高叉车的安全可靠性和转向灵敏性,最好是同时将三连板式的转向桥改成新式的横置式油缸的转向桥,以从根本上解决上述弊端。
2.制动性能的影响
车辆的最大制动力由下式表示:Fmax[LG
式中:Fmax)地面对车轮的最大反作用力(即车辆的最大制动力)
L)附着系数,取决于车轮的滑动率、轮胎气压、轮胎表面的花纹类型、磨损程度和路面性质及状
态(干,湿)
由于叉车的前轮为制动轮,附着重量G即为前桥荷重,由表3可知:改造后前桥荷重不但没减少,反而有
所增加,这说明在同样的附着系数下,叉车可产生的最大制动力会有所增加。另一方面由于叉车总重减少,同样的制动减速度所需的制动力会降低,同等初速度下的制动距离也会有所缩短,即改造后的叉车制动系统不需要特殊调整,其性能自然会比原先的更可靠,灵敏。
3.对车速的影响
由于改造后叉车总重空载减轻22%,满载减轻16%,减轻的数量较大,即行驶中发动机的负荷将明显减少,从叉车柴油机(型号485Q)的速度特性曲线可知,当油门拉杆位置不变时,发动机的转速(ne)随着负荷,
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南昌航空工业学院学报(自然科学版)
泵的供油量,并适当减少油门的最大开度,来保持车速与油门的对应位置与原车一致。
4.对起重量的限制
原车多路换向阀的卸荷压力是为了保证即可举起3000kg的重量,又不至于使整个升降及液压系统过载。而今若不进行调整,则可能在作业中误升举1000kg以上的重物而发生倾覆事故,所以须调低卸荷压力,以确保改造后的叉车起重量最多只能是1200Kg。
5 改造效果
改造后的经济效益评估:
因为CPC3B叉车的许多零件或总成是从南京汽车制造厂生产的跃进牌NJ130汽车上沿用过来的,所以可以从两车负荷的差别(见表4)来了解CPC3B叉车原机件的负荷有多大。再加上我司叉车的工作性质(运输与装卸堆垛并重)和工作环境决定了叉车必须频繁地起步、加速、换档、换向,这些情况足以说明叉车只要一起步,其发动机系统、、传动系统、行走系统、就处在大负荷甚至是全负荷状态。而配重改造后,叉车总重量空满载时平均减少20%,上述各系统的工作点可以转到较理想的中负荷状态,这样便有理由认为叉车综合消耗将比改造前降低20%,叉车综合节约效果将是可观。
表4 CPC3B改进型叉车主要技术及调整参数
额定起重/载荷中心
牵引力满载/空载整车自重平衡配重满载爬坡度
制动距离
满载(20Km/h)空载(10Km/h)前进Ñ档前进Ò档
前进Ó档倒退Ñ档倒退Ò档分流流量分流压力滑阀直径
安全阀卸荷压力
标定工况平均供油量最大扭矩工况平均供油量怠速工况起动工况
原 车3000kg/500mm21596N/10784N
4500kg1800kg\20%[8m[4m6.3Km/h11.5Km/h21.7Km/h8.2Km/h14.9Km/h8-12ml/min6.87-7.85MPa
2005年12月第20卷 第4期南昌航空工业学院学报(自然科学版)
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平衡重式叉车配重的改造
徐国柱
(福建雪津啤酒有限公司,福建莆田 351111)
[关键词] 叉车;平衡配重;改造
[摘 要] 轻纺企业内使用的平衡重式叉车的实际载重量大多远低于额定载重量,造成消耗过高。本文研究了如何依照实际载重量进行叉车后部的平衡配重的改造方法,并有效地解决了这一问题。
[中图分类号] TH242 [文献标识码] B [文章编号]1001-4926(2005)03-0065-04
ReformationofCounterweightoftheCounterbalancetypeforklift
XUGuo_zhu
(FujianSedrinBreweryCo.,Ltd,Putian,Fujian 351111)
Keywords:Forklift;balancedcounterweight;reformation
Abstract:Theactualload-carryingcapacityofthecounterbalancetypeforkliftusedinlighttextilemillismostlylowerthanthefixedload-carryingcapacity,resultinginexcessivelyhighconsumes.Accoordingtotheactualload-carryingcapacity,thisarticlehasreseachedhowtoreformbalancedcounterweightofthebackForklift,andhasresolvedthesetechnicalquestionseffectively.
现在许多轻纺企业都利用平衡重式叉车作为厂内物料搬运、装卸作业的主要工具,该类叉车灵活、机动,较好完成了各种起重、装卸及短途运输任务。但我们还应看到轻纺企业常用叉车的额定起重量远大于日常的作业重量,即叉车长期存在着一个大车拉小货、消耗过高的问题。如我司现阶段使用的33部CPC3B8型巨鲸牌平衡重式叉车,额定起重量3000kg,除了每年数次搬运大型设备外,平常运酒运瓶的重量均不超过1000kg,2/3的能力在荒废,可叉车损耗一直较高:发动机和转向桥几乎两三个月就要大修一次,转向轮胎每月每辆磨耗1.6个,每次技术监督部门年度检验时,均要列出/转向盘自由转动量过大0的整改要求。如何解决这些在运输车辆中可能存在的问题呢?我们曾从叉车的操作、保养、维护、修理等环节下功夫,效果一直不佳。笔者分析了平衡重式叉车的结构和原理后,认为存在上述问题的原因是:原叉车较胜任于短时间的装卸堆垛作业,但对较长距离的运载作业或较长时间的连续运转就会出现一些问题:发动机功率偏小,转向系统过于单薄,叉车后部原与3吨起重量相匹配的高达1800kg的平衡配重对1000kg起重量来说就成了一个巨大的累赘,相当于一个人背着一个大磨盘在劳动,不把他累得气喘吁吁才怪呢。所以应依照实际载重量进行平衡重改造,去掉多余重量,以提高叉车的经济性和机动性。本文试以CPC3B叉车为例讨论这个问题。
1 平衡重式叉车起重量与配重量的关系
安装在叉车后部的配重的作用是为了叉车作业时后桥有足够的负荷,保证叉车不致朝前倾翻,即保持良好的纵向稳定性。由于各种叉车的纵向几何尺寸、自重及重心的位置不尽相同,同一额定起重量也不尽相同,但各种叉车的桥荷率大致相同。理想的桥荷率如表一所示,之所以设计成这样的桥荷率,是为了既保证满载时叉车的稳定性,又兼顾了空载时后桥(转向桥)荷重不致于过大,以降低制造成本和使用维修费用。所以说平衡重式叉车起重量与配重量的关系实际就是桥荷率的取值问题。
[收稿日期] 2005-10-09
[作者简介] 徐国柱(1968-),男,机械工程师,现任雪津啤酒(南昌)有限公司副总经理,长期从事啤酒机械设备及叉车的管理工作。
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表1 平衡式叉车理想桥荷率
桥荷率K前桥荷率KA后桥荷率KB
空载时K空KA空=40~48%KB空=52~60%
满载时K满KA满=87~90%KB满=10~13%
2 叉车满载、空载及实际装载时的桥荷率计算
要依照实际装载重量改造配重,应先了解该叉车在满载、空载及实载(按1000kg计算)时的前、后桥荷率。据厂家提供的产品说明书可知,CPC3B叉车整车受力及纵向几何尺寸:
W)))叉车起重量(W满=3000,W空=0,W实=1000kg)G1)))叉车除配重外的自重(G1=2700kg)G2)))叉车配重重量(G2=1800kg)G)))叉车总重量(G=G1+G2+W)L0)))叉车轴距(L0=1700mm)
L1,L2)))起重物重心及G1至前轮距离(L1=975mm,L2=408mm/0L3)))配重重心至后轮的距离即后悬距(L3=200mm)PA)))地面对前轮的支反力(即前桥荷重)PB)))地面对后轮的支反力(即后桥荷重)分别对A、B两点取矩,可列出以下平衡方程式:
WL+PBL0=G1L3+G2(L0+L1)W(L0+L1)+G1(L0-L3)=PAL0+G2L2
将W=W满=3000kg,W实=1000kg,W=0及L0,L1,L2,L3的数值分别代入(1),(2)式:解得:PA满=6560kg PB=940kgG G满=7500kg
PA实=3414kgPA空=1840kg
PB实=2086kgPB空=2660kg
G实=5500kgG空=4500kg
(1)(2)
由此可计算出CPC3B叉车满载、空载、实载时的前、后桥荷率KA、KB(KA=PA/G*%,KB=PB/G*%),如表2所示:
表2 CPC3B叉车各状态下的桥荷率
桥荷率K前桥荷率KA后桥荷率KB
空载时K空KA空=41%KB空=59%
满载时K满KA满=87%KB满=13%
实际载荷时K实KA实=62%KB实=38%
对照表2可知该叉车满载与空载时的桥荷率在理想值范围内,但若把实际载荷(1000kg)当成了最大载荷时,桥荷率就远远偏离了理想值,这说明长期在这种状态下作业,造成的结果不仅是违背了设计的初衷,叉车能力在浪费,而且后轮及转向系负荷过大,转向的轻便性和灵活性打了折扣,经济性差。
3 实际载重量时的理想配重量的计算
显然与实际载重量相匹配的配重量要比原先的轻,但必须保证在任何情况下地面对后轮的支承力(PB改)不小于原设计最小的支承力(PB满=940kg),即PB改\PB满,这样便可将W实=1000kg、PB改=940kg、G1=2700kg及L0、L1、L2、L3的数量,代入(1)式,得:
1000*975+940*1700=2700*408+1900G2
解得:G2=774kg
1000kgkg足够,2
第4期徐国柱:平衡重式叉车配重的改造
67
kg。
4 改造时应注意的几个问题
通过以上讨论可知,平衡重的改造实际上可将原为整体铸造的改换成R12钢板割焊而成的空心平衡重(重量800kg),但这仅考虑了纵向稳定性问题,还需注意到:由于改造后的配置减轻了,前后桥的荷重PA、PB都有所变化(见表3),那么对叉车的转向、制动、车速及叉车限载等直接影响行车安全、操作安全的性能,会不会偏离原设计数据呢?所以如何调整有关总成的技术参数,以消除这些可能存在的差别及确保起重油缸最大只能举起1000kg的重量,则是改造可行与否的必要与充分条件(见表4)。现分别叙述如下:
表3 CPC3B叉车改造前后负荷对照表
厂家设计
满载(3000kg)[1**********]
实载
(1000kg)
前桥荷重PA(kg)34141840后桥荷重PB(kg)20862660叉车总重G(kg)55004500配重重量G2(kg)1800注:改造后其纵向几何尺寸及G1、G2、G3的作用点保持不变(见图一)
空载
满载(1000kg)
[1**********]
800改造后
空载[1**********]0
1.对转向性能的影响
由表3可知,改造后后桥(转向桥)的荷重较原车降低了很多(重车54%,空车42%)说明地面对转向轮的磨檫阻力矩(即转向阻力)也相应减少,因而应同时调低单稳分流阀的溢流压力,使进入转向油缸的油压力与改造后的转向阻力相匹配,方向盘上的操作力矩与原来的一样。否则过高的转向油压会使操作力矩过分变轻、没有路感而让人产生/方向飘0的错觉。
其次CPC3B叉车的转向传动型式为三连板式,其明显的缺点是传动节点多,各球头销均为悬臂梁结构,受力状况差,磨损速率大,甚至球头销与固定板之间(热铆或螺纹联结)也会产生松动,配合的锥孔受挤压变形,反映到转向轮上的累积间隙(准确地说应是松旷量)较大,若不设法消除这些松旷量,在快速行驶时还真会出现/方向飘0的现象。不过原车对此松旷量的影响并不大,因为庞大的配重质量压得转向轮不易产生较大的摆动量,而要让驾驶员察觉倒转向轮在不正常的摆动,除非其摆动幅度非常大(但正因存在了这个固有的弊端,导致了我司叉车的方向盘自由转动角度多数较大,也导致了较常出现转向球头销在行驶中突然折断可能发生可怕事故隐患),所以为了提高叉车的安全可靠性和转向灵敏性,最好是同时将三连板式的转向桥改成新式的横置式油缸的转向桥,以从根本上解决上述弊端。
2.制动性能的影响
车辆的最大制动力由下式表示:Fmax[LG
式中:Fmax)地面对车轮的最大反作用力(即车辆的最大制动力)
L)附着系数,取决于车轮的滑动率、轮胎气压、轮胎表面的花纹类型、磨损程度和路面性质及状
态(干,湿)
由于叉车的前轮为制动轮,附着重量G即为前桥荷重,由表3可知:改造后前桥荷重不但没减少,反而有
所增加,这说明在同样的附着系数下,叉车可产生的最大制动力会有所增加。另一方面由于叉车总重减少,同样的制动减速度所需的制动力会降低,同等初速度下的制动距离也会有所缩短,即改造后的叉车制动系统不需要特殊调整,其性能自然会比原先的更可靠,灵敏。
3.对车速的影响
由于改造后叉车总重空载减轻22%,满载减轻16%,减轻的数量较大,即行驶中发动机的负荷将明显减少,从叉车柴油机(型号485Q)的速度特性曲线可知,当油门拉杆位置不变时,发动机的转速(ne)随着负荷,
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南昌航空工业学院学报(自然科学版)
泵的供油量,并适当减少油门的最大开度,来保持车速与油门的对应位置与原车一致。
4.对起重量的限制
原车多路换向阀的卸荷压力是为了保证即可举起3000kg的重量,又不至于使整个升降及液压系统过载。而今若不进行调整,则可能在作业中误升举1000kg以上的重物而发生倾覆事故,所以须调低卸荷压力,以确保改造后的叉车起重量最多只能是1200Kg。
5 改造效果
改造后的经济效益评估:
因为CPC3B叉车的许多零件或总成是从南京汽车制造厂生产的跃进牌NJ130汽车上沿用过来的,所以可以从两车负荷的差别(见表4)来了解CPC3B叉车原机件的负荷有多大。再加上我司叉车的工作性质(运输与装卸堆垛并重)和工作环境决定了叉车必须频繁地起步、加速、换档、换向,这些情况足以说明叉车只要一起步,其发动机系统、、传动系统、行走系统、就处在大负荷甚至是全负荷状态。而配重改造后,叉车总重量空满载时平均减少20%,上述各系统的工作点可以转到较理想的中负荷状态,这样便有理由认为叉车综合消耗将比改造前降低20%,叉车综合节约效果将是可观。
表4 CPC3B改进型叉车主要技术及调整参数
额定起重/载荷中心
牵引力满载/空载整车自重平衡配重满载爬坡度
制动距离
满载(20Km/h)空载(10Km/h)前进Ñ档前进Ò档
前进Ó档倒退Ñ档倒退Ò档分流流量分流压力滑阀直径
安全阀卸荷压力
标定工况平均供油量最大扭矩工况平均供油量怠速工况起动工况
原 车3000kg/500mm21596N/10784N
4500kg1800kg\20%[8m[4m6.3Km/h11.5Km/h21.7Km/h8.2Km/h14.9Km/h8-12ml/min6.87-7.85MPa