周雅文(林德(中國)叉車有限公司，福建 廈門 361009)

0 引言

滾輪是叉車門架的主要關(guān)鍵部件，其作用是在貨叉架與內(nèi)門架或內(nèi)門架與外門架之間起著導(dǎo)向和傳力的作用[1]。常見的叉車門架滾輪主要分為單獨主滾結(jié)構(gòu)，分體式滾輪結(jié)構(gòu)及復(fù)合滾輪結(jié)構(gòu)等三種結(jié)構(gòu)。

1 常見滾輪結(jié)構(gòu)

單獨主滾結(jié)構(gòu)，滾輪與門架及貨叉架會有一定的偏擺角度(圖1)。型鋼與滾輪接觸的部分會有個R角，這樣滾輪可同時承受軸向與徑向的大負(fù)荷。型鋼通常采用C型鋼與H型鋼組合或都為H型鋼，型鋼腹板相對R角部分會偏置大概2 mm左右，這樣可以避開與滾輪側(cè)面的干涉。型鋼及貨叉架立板與滾輪軸接觸的位置需機(jī)加工一道凹槽以保證與滾輪軸接觸的精度，滾輪軸端部同樣也需加工對應(yīng)斜面(圖2)。加上配套的焊接工裝，這樣才能保證焊接后滾輪軸達(dá)到對應(yīng)偏擺角度。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是門架結(jié)構(gòu)簡單，門架工作穩(wěn)定性高，維護(hù)費用較低，可延長叉車門架的使用壽命；缺點是門架型鋼形狀結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，型鋼的直線度及平面度等精度要求較高，導(dǎo)致型鋼原材料成本較高。型鋼、貨叉架立板及滾輪軸的機(jī)加工要求較高，相應(yīng)的制造加工成本高。

圖1 單獨主滾結(jié)構(gòu)裝配 圖2 單獨主滾結(jié)構(gòu)滾輪軸焊接

分體式滾輪結(jié)構(gòu)主要包含主滾輪和側(cè)滾輪(圖3)。主滾輪負(fù)荷大，外徑也大，主要受貨物承載前后方向的力，通常做成專用的滾動軸承，軸承的外圈即為滾輪。側(cè)滾輪負(fù)荷小，因為布置于貨叉架及型鋼之間受結(jié)構(gòu)限制，外徑也較小，主要受貨物偏載或叉車轉(zhuǎn)彎時的側(cè)向力。當(dāng)型鋼截面較小時，為使側(cè)滾輪有足夠的轉(zhuǎn)到空間，通常需要在型鋼上加工方孔。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是對型鋼的精度要求較低些，可通過加減墊片來保證側(cè)滾輪與型鋼之前的間隙，調(diào)整余量較大，型鋼方面的成本相對低些。滾輪軸與型鋼腹板垂直，不需要額外加工凹槽，可直接焊接(圖4)。因為主滾和側(cè)滾是分開的，貨叉架上兩個側(cè)滾之間的距離可以根據(jù)實際需求及受力情況調(diào)整，靈活性較高。缺點是裝配較為復(fù)雜，主滾和側(cè)滾分別制作，在滾輪方面的成本較高。加減墊片時，需將固定螺栓反復(fù)拆卸，裝配效率較低。型鋼需要加工額外的方孔。

圖3 分體式滾輪結(jié)構(gòu)裝配 圖4 分體式滾輪結(jié)構(gòu)滾輪軸焊接

復(fù)合滾輪的特點是將側(cè)向滾輪安裝在主滾輪的中心處(圖5)，當(dāng)下叉車門架系統(tǒng)上較常采用該結(jié)構(gòu)作為支承導(dǎo)引運動部件。復(fù)合滾輪的優(yōu)點是使縱向滾輪與側(cè)向滾輪的安裝間距重合，減小了構(gòu)造尺寸并使安裝更加簡化[2]。側(cè)滾輪通過底部的緊定螺栓調(diào)節(jié)與型鋼之間的間隙，減小裝配時間，總體成本比分體式滾輪也相對低些。缺點是由于該側(cè)向滾輪與型鋼接觸的寬度相對分體式側(cè)向滾輪小，導(dǎo)致門架型鋼腹板接觸比壓較大，使型鋼腹板磨損加重、叉車滿載起升時門架晃動等現(xiàn)象。另外型鋼也需要加工直徑為50 mm左右的圓孔用于焊接定位滾輪軸(圖6)。

圖5 復(fù)合滾輪結(jié)構(gòu)裝配 圖6 復(fù)合滾輪結(jié)構(gòu)滾輪軸焊接

2 模擬受力分析

本文以六滾貨叉架結(jié)構(gòu)為例，在載荷中心距500 mm，離貨叉上表面500 mm的中心位置，同時作用垂直及側(cè)向力的情況下，對這三種結(jié)構(gòu)滾輪進(jìn)行受力分析(圖7)。

邊界條件如下：

單獨主滾結(jié)構(gòu)因為滾輪可同時承受軸向與側(cè)向力，因此右上及右下滾輪同時承受側(cè)向Tx和軸向Ty方向的力(圖8)。

圖8 單獨主滾結(jié)構(gòu)邊界條件

分體式滾輪，上下主滾承受軸向Ty方向的力，右上及右下側(cè)滾輪承受側(cè)向Tx方向的力(圖9)。

圖9 分體式滾輪邊界條件

復(fù)合滾輪，上下主滾輪承受軸向Ty方向的力，右中及左下側(cè)滾輪承受Tx方向的力(圖10)。

圖10 復(fù)合滾輪邊界條件

三種結(jié)構(gòu)滾輪在X方向的受力情況分別如下(單位N)(圖11)：

圖11 在X方向受力情況

在Y方向的受力分別如下(單位N)(圖12)：

圖12 在Y方向受力情況

由表1可看出，三種滾輪結(jié)構(gòu)，所受Y方向的力基本相差不大，也就是主滾輪所受力差不多。所受X方向的力，由于空間布置原因，復(fù)合滾輪所受側(cè)向力大些，也就是側(cè)滾輪受力較大。單獨主滾與分體式滾輪，所受側(cè)向力大小差不多，但受力位置會有些差別。

表1 受力分析匯總結(jié)果

3 結(jié)論

因此在叉車門架開發(fā)設(shè)計過程中，對于小噸位車型，基于成本考慮建議選用復(fù)合滾輪結(jié)構(gòu)。對于大噸位車型，在成本的基礎(chǔ)上，又要保證受力滿足各種工況的條件下，建議選用分體式滾輪結(jié)構(gòu)。對門架可靠性要求較高，工況要求更高的情況下，可選用成本較高些的單獨主滾結(jié)構(gòu)。