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平衡重式叉车工况复杂,搬运货物时重心不断变化,在紧急制动、突然加速以及急转弯时,容易失稳而发生倾翻事故,特别是在空载行驶时发生倾翻的概率更高。本文主要对叉车空载行驶中的稳定性及倾翻原因进行分析,并探讨防倾翻措施。
1.结构特点
叉车前部配备了装卸货物的工作装置,前轮为驱动轮并带有制动器,后轮为转向轮,采用双梯形转向机构。为使叉车获得较小的转弯半径,内轮转角约为80º,外轮转角约为50º。转向桥中部有1个铰接点与车架连接,车架可通过铰接点相对转向桥进行左、右摆动,摆动角度一般为2~3°。
2.稳定性分析
叉车的这种铰接连接方式,虽然提高了叉车作业的灵活性以及通过凹、凸路面时车体的平稳性,但是由于车架摆动,使叉车支承平面ABE与行驶平面ABCD不重合,叉车转弯时受离心力影响容易发生横向失稳。叉车横向失稳后,首先可能沿前轮外侧中心点与转向桥铰接轴中心点的连线Ⅰ-Ⅰ轴线发生倾翻,进而可能沿Ⅱ-Ⅱ轴线发生二级倾翻。
(1) 空载行驶时横向稳定性分析
叉车空载行驶侧向倾翻一般发生在转弯时,且有65%的倾翻由转弯离心力引起。此时在叉车的重心位置主要有2个作用力,即叉车重力G和离心力F1。
倾翻:重力G对倾翻轴线Ⅰ-Ⅰ形成一个稳定力矩Mw1(G×e) ,离心力F1绕倾翻轴线Ⅰ-Ⅰ对叉车作用了一个倾翻力矩Mf1(F1×b)。若Mw1>Mf1 ,叉车不会发生倾翻;若Mw1=Mf1,叉车处于临界状态;若Mw1<Mf1,叉车将发生倾翻。
二级倾翻:重力G对倾翻轴线Ⅱ-Ⅱ形成一个稳定力矩Mw2(G×d),离心力F1绕倾翻轴线Ⅱ-Ⅱ对叉车作用了一个倾翻力矩Mf2(F1×h)。若Mw2>Mf2 ,叉车不会发生倾翻;若Mw2=Mf2,叉车处于临界状态;若Mw2<Mf2,叉车将发生二级倾翻。
(2) 误操作时倾翻可能性分析
叉车倾翻与其小转弯半径R 、行驶速度V及自身质量m有关。我公司生产的某型3 t内燃平衡重式叉车与倾翻有关的基本性能参数见表1。
若按表1中转弯半径R1、空载行驶速度V及自身质量m等参数对叉车进行错误操作时的力和力矩进行计算。
由表2可以看出,因为Mf1>Mw1,这说明当叉车使用中的各项指标均接近设计的极限值时,叉车很容易发生倾翻。同理,由于Mf2>Mw2,倾翻发生后,如果不及时采取措施,会继续发生二级倾翻,导致叉车彻底翻倒。
(3) 空载紧急制动时倾翻可能性分析
当叉车将要发生倾翻时,多数司机会做出紧急制动,这样叉车会产生制动惯性力,加速倾翻的发生。当司机紧急制动时,会产生空载制动减速度a(在此取a=3.1 m/s2)、制动惯性力FZ 、制动惯性力沿倾翻方向的分力F2及其产生的制动倾翻力距MZ。
计算结果显示,在制动惯性力的作用下,使叉车的倾翻力距增加到4.74×104 N·m(二级倾翻力矩与制动倾翻力距之和)。
在实际紧急制动时,已经转向的后轮在惯性作用下会继续向前滚动,前轮急剧减速会产生转弯半径变小的趋势,由于倾翻力与转弯半径成反比,会使倾翻力矩增加,加剧叉车二级倾翻的发生。
2.防倾翻的措施
根据上述分析,主要从以下几个方面防止发生叉车倾翻事故。
(1) 优化设计
设计叉车时,应采取主动防护的设计思路和先进的防倾翻技术。要以叉车使用的安全性来确定高车速;使用汽油机的叉车应安装限速器。
当叉车发生倾翻时,后桥与车架会有一个相对摆动,此时叉车的重心稳定区是三角形,叉车容易发生倾翻。如果能在此时通过摆动锁止装置将后桥摆动锁止,使叉车的重心稳定区改变为四边形,即直接进入二级倾翻工况,叉车的侧向稳定性将大大提高。
根据这一思路,在叉车上设计安装防侧翻控制系统,由传感器实时检测叉车的行驶速度信号和转向轮转角信号,并传送到叉车车载控制器,控制器对速度信号和转角信号进行运算后与设定值进行比较。当超过设定值时,控制器向后桥摆动锁止装置发出动作指令,将后桥摆动锁止,使叉车保持侧向稳定。当叉车恢复直线行驶后,后桥摆动锁止解除,叉车恢复正常行驶。同时,也可以通过控制系统,减少燃油的供给量,自动限制叉车行驶速度。
(2) 安全防护
对于起升高度不超过1.8 m的叉车,禁止安装护顶架,因为叉车倾翻时,护顶架有可能对司机造成伤害。
司机在操作叉车作业前,应熟知叉车的安全操作规程,并检查转向、制动系统,系好安全带。在作业过程中需要转向时,应先将车速减到适宜转向的慢速范围,再根据弯道的急缓程度稳打转向盘。将要发生倾翻时,禁止紧急制动。在发生倾翻时,应保持冷静,双手紧握方向盘,身体倒向倾翻的相反方向,切勿跳车。