叉車貨叉結(jié)構(gòu)形式及受力分析 引言 貨叉是叉車最基本和最通用的取物裝置；是叉車的重要物件，其受力大，要求截面小、重量輕，需用低合金鋼、中碳鋼等材料制造，還需適當(dāng)?shù)臒崽幚恚ㄈ缯{(diào)質(zhì)）以增加其水平段的硬度，提高耐磨性能。對其怎樣設(shè)計(jì)制造與結(jié)構(gòu)形式的詳盡了解及其受力分析，對于貨叉的安全使用，對于檢驗(yàn)檢測都有其實(shí)際的指導(dǎo)意義。 一 貨叉結(jié)構(gòu)形式及與叉架的聯(lián)接 貨叉裝在叉架上，它的外型是一個(gè)“L”型桿件，分為垂直段和水平段兩部分，最為常見的是整體式貨叉（見圖-1a 圖-1b）。有的小噸位叉車貨叉的水平段和垂直段分別制成，用銷軸連接起來，水平段既可平置，又可折疊，稱為折疊式貨叉（見圖-2）。它可減少空車長度，便于運(yùn)輸，但制造較為麻煩。 貨叉與叉架的聯(lián)接，根據(jù)聯(lián)接形式的不同，可分為掛鉤型（見圖-1a 圖-2所示）和鉸接型(見圖-1b所示)兩種，掛鉤型貨叉垂叉的制造過程是先鍛造（或輥鍛）成長條坯，在鐓鍛彎成“L”型，再焊接上下兩個(gè)鉤，之后進(jìn)行熱處理；這種貨叉制造較為容易，也方便安裝和拆卸，適用于中小噸位的叉車。鉸接型貨叉的垂直段上端較厚，中心為銷軸孔。貨叉通過此孔安裝在叉架的支承光軸上。允許光軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在重力作用下，貨叉垂直段下部背面支靠在滑架的下橫梁上。這種貨叉安裝拆卸不太方便，適用于大噸位叉車。 二 貨叉的設(shè)計(jì)與受力驗(yàn)算 貨叉不管是自己設(shè)計(jì)，還是選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的貨叉，必須保證它的強(qiáng)度和剛度，因此要對它進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。貨叉設(shè)計(jì)的主要尺寸有水平段長度—“L”，垂直段高度、截面尺寸、掛鉤尺寸、銷軸尺寸等。水平段長度主要決定于載荷中心距“C”，一般取值L＞2C，也可稍小于2C，L按標(biāo)準(zhǔn)選取。垂直段高度主要與門架的離地間隙及叉架的尺寸有關(guān)。截面尺寸及掛鉤尺寸決定于起重量及載荷中心距。 （一）貨叉的計(jì)算簡圖 根據(jù)貨叉和叉架的聯(lián)接形式不同，其支承的情況是不同的。鉸接型貨叉可簡化為支承在兩個(gè)鉸接支座上的靜定剛架（見圖-3）掛鉤型貨叉，由于上支承既不便移動(dòng)，又不便自由轉(zhuǎn)動(dòng)，可簡化為固定支座，下支承可簡化為活動(dòng)鉸接支座，貨叉成為一次超靜定剛架（見圖-4）。 這二種計(jì)算簡圖，在集中載荷P的作用下，貨叉的危險(xiǎn)截面均在垂直段下部，其應(yīng)力狀態(tài)相同，強(qiáng)度相同。但貨叉垂直段的受力情況不同，導(dǎo)致二種形式貨叉的變形不同，靜定剛架水平段的變形要大于超靜定剛架水平段的變形?？紤]到掛鉤型貨叉上部與叉架掛鉤處實(shí)際存有安裝間隙，并非絕對不能轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)也為了偏于安全起見，因此各種貨叉在設(shè)計(jì)計(jì)算中均按靜定剛架進(jìn)行驗(yàn)算。 （二）貨叉的強(qiáng)度計(jì)算 貨叉受集中載荷作用后的內(nèi)力如 圖-5 所示。水平段受彎矩和剪力，垂直段受彎矩和拉力。危險(xiǎn)截面在下支座A-A截面以下的垂直段，A-A截面的最大正應(yīng)力為彎曲應(yīng)力和軸向應(yīng)力之和。圖-5中A-A截面，彎曲正應(yīng)力σw和軸向應(yīng)力σ1分別為： 圖-5 σmax=σw+σ1≤〔σ〕 σw=Mmax／W=6 P C／a2b σ1=P／F=P／a b 式中 Mmax------最大彎矩 P------貨叉的計(jì)算載荷 C------載荷中心矩 W------抗彎截面橫量（a2b／6） F------截面面積（F＝a b） 〔σ〕= σs／n ------許用應(yīng)力（σs--貨叉用料的屈服極限、n--安全系數(shù)） 關(guān)于許用應(yīng)力和安全系數(shù)的選取，與計(jì)算載荷的選取密切相關(guān)。如果計(jì)算載荷比較精確，安全系數(shù)可較小。計(jì)算載荷中除額定載荷外，還應(yīng)考慮實(shí)際使用過程中載荷偏置造成的偏載系數(shù)以及起升和運(yùn)行過程中慣性和沖擊造成的動(dòng)載系數(shù)的影響，但由于在實(shí)際使用過程中偏載及動(dòng)載的不可確定及實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)工作的不完善，沒有確切可靠的數(shù)值供參考，因此在設(shè)計(jì)計(jì)算中一般采用加大安全系數(shù)的辦法來彌補(bǔ)，即取P=Q／2(Q為額定起重量)，n=3。 （三）貨叉的剛度校核 其目的是為確定貨叉水平段在外載荷作用下的變形。通常都是以叉尖或載荷中心處的垂直靜撓度作為計(jì)算值，撓度越小，貨叉的剛度越大。 貨叉剛度的校核，一般不考慮偏載和動(dòng)載，而把正常工作時(shí)的載荷作為計(jì)算載荷 即P=Q／2(Q為額定起重量)，方法為簡便的彎矩圖乘法。（圖-6所示） 圖-6 先作出貨叉在集中力P作用下的彎矩圖Mp，并在叉尖處作用一個(gè)單位力P’=1，畫出在單位力P’作用下的彎矩圖M’，然后將其中一個(gè)彎矩圖（如Mp）的面積和另一個(gè)彎矩圖（如M’）中前一個(gè)彎矩圖的形心相對應(yīng)的高度坐標(biāo)Y’相乘。為計(jì)算方便，可將彎矩圖分成獨(dú)立規(guī)則的圖形，逐個(gè)相乘后再疊加，再除以貨叉的抗彎剛度E I，可得叉尖撓度： fE=P C L／E I [C／L(3L-C)+6e+2h] ≤ [f] 式中 E------鋼的彈性模量 I------貨叉截面慣性矩（等截面看待）=a3b／12 [f]------叉尖允許撓度 取值 L／50 三 結(jié)論 從強(qiáng)度和剛度來講，增加貨叉厚度比增加貨叉寬度有利，但厚度大不利于叉貨和卸貨，一般貨叉的厚度和寬度應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)選取，在滿足強(qiáng)度、剛度條件下選取厚度較小者。貨叉垂直段的長度不影響貨叉的強(qiáng)度，對剛度有影響，應(yīng)盡可能減小垂直段的長度，尤其是下支座以下e的長度。掛鉤型貨叉垂直段有關(guān)尺寸也應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。另外，貨叉應(yīng)該實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是與掛鉤有關(guān)的尺寸和叉架的安裝尺寸。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選定了貨叉截面和水平長度后，必須進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的驗(yàn)算，這樣才能保證其工作安全可靠。