叉车起升系统设计思路的探讨

樊雨　梅亚泽　陈小虎

摘 要：叉车作为当前我国重要工业中的操作车辆，能够提高作业效率，而起升系统作为叉车最为关键的组成部分，对于叉车取货具有一定的指导作用。传统的叉车起升系统主要应用动滑轮机构，利用液压油缸进行相关驱动，在滚轮、槽钢的作用下进行叉车作业。叉车的基本起升系统适用于大部分高低起升作业，尤其是集裝箱作业和仓库作业。随着我国社会经济发展以及科学技术的不断创新优化，物流行业发展也随之加快，对叉车作业效率的要求也愈来愈高。因此，为满足当前工程作业对叉车的要求，要优化设计叉车起升系统。

关键词：叉车作业;起升系统;液压油缸;优化设计

中图分类号：U294 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2022）03--03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.052

叉车的主要作用是装卸、堆垛及短距离运输一系列成件托盘货物，是搬运式车辆的重要组成部分。叉车广泛应用于车站、港口、工厂及仓库等相关部门，帮助其进行机械化运输。叉车应用主要在于提高相关货物的搬运效率，而当前，随着物流行业发展越来越迅速以及社会科学技术的创新优化，工位车辆设计要求更为严格，对于装卸搬运车辆的要求也不断提高。叉车作为小型的搬运车辆被广泛应用于搬运作业，为各行各业的运输搬运工作提供商务服务，提高作业效率。起升系统是叉车作业中最为关键的系统，要创新优化设计，优化叉车性能，提高叉车作业效率。

1 叉车的相关概述

1.1 叉车的发展

叉车主要用于装卸、堆垛及短距离运输托盘货物，广泛应用于各行各业的装卸运输，是一种较为高效的物料搬运机械。早在第二次世界大战期间，自行式叉车就已经得到了发展，而后中国开始制造叉车。国际市场上，生产、销售以及使用和出口工业搬运车辆的国家较多，在新兴科学技术的发展推动下越来越重视叉车技术的先进性。

在市场经济与国际经营的竞争中，通常将一系列微电子技术、传感技术、信息处理技术、自动控制技术等应用于搬运车辆设计。随着科学技术的不断创新优化，叉车的发展随着产品新兴科技的发展不断优化，其系统设计也逐渐趋于多样化，新兴技术也将在叉车设计中得到广泛应用与推广[1]。

1.2 叉车的类型

当前，我国的叉车款式较多，针对不同的物料运输具有不同的运输模式。其中，托盘式叉车主要有手动托盘式、电动托盘式两种，电动托盘式叉车又分为自走式、站驾式、坐驾式。托盘式叉车主要应用于平面上点到点的货物搬运，托盘相对小巧灵活，适用于大部分场合，装卸作业也比较方便。

平衡重式叉车是当前叉车中使用最为广泛的类型，如图1所示。其货叉位置在车辆驾驶室的正前方，货叉便可以从其前方叉取货物，但对相关容器没有其他要求。平衡重式叉车还可以使用橡胶轮胎及充气轮胎，提高叉车车辆的爬坡能力及适应能力。平衡重式叉车的货物重心主要位于叉车行走轮的支撑面内，如果没有支撑臂，需要较长的轴距以及配重支撑叉车的载荷，因此，平衡重式叉车需要较大的作业空间[2]。

前移式叉车是叉车车辆类型中应用较为广泛的一种，如图2所示。顾名思义，前移式叉车的货架可以纵向前后移动，包括门架前移式叉车与货叉前移式叉车。门架前移式叉车的货叉可以随着门架一起移动，在叉车接近货垛时，门架前伸的距离容易受到周围空间的门架高度限制，因此，通常只能对前排货物进行相关作业。货叉前移式叉车的门架不会随着货叉移动，其主要借助伸缩机构单独移动。前移式叉车主要结合电动堆垛机及平衡重式叉车的特点，货物卸取需要伸出门架或者货叉，带动货物向前移动。前移式叉车具有较强的操作灵活性，能够进行高货卸载作业。

叉车的类型较多，其主要在于对叉车的应用，即叉车起升系统等在叉车车辆结构中的使用。侧叉式叉车不同于前移式叉车，门架与货叉主要位于叉车车辆侧边，不仅可以进行上下起升运动，而且可以带动货叉前后伸缩。货物搬运中，侧叉式叉车利用液压支撑推出门架，在叉取货物作业后带动货叉起升，缩回门架，紧接着下降货叉，货物则被自动放置到叉车另一侧的前后车胎上。侧叉式叉车对起升系统要求较高，对其作业也提出了严格要求[3]。

2 叉车的起升系统介绍

2.1 叉车起升系统的构造

叉车起升结构是当前叉车系统中最重要的组成部分，如图3所示，主要用于完成相关货物的插取、起升以及降落和堆码等相关装卸作业。叉车的起升系统主要依赖液压系统实现，其中包括外门架、链条链轮、导向滑轮等。

根据当前我国物料搬运中的叉车应用现状，以电动叉车为例，叉车的主要起升系统包括外门架、内门架、起升油缸、倾斜油缸、属具架、链条链轮等。其中，外门架便于叉车在搬运作业中完成门架的前后倾斜，外门架的下部与车架的前部分相互衔接，其断面可以采用标准槽钢加工，或利用钢板压制。内门架则主要插在外门架架框内，保证其随着外门架的内壁进行上升或下降运动，断面形状与外门架相似，可以利用标准槽钢或钢板压制而成。

起升油缸主要位于门架下横梁中央，上半部分与门架的上横梁中部相衔接。起升油缸在叉车起升系统中的作用至关重要，带动内门架、属具架、货叉等构件的升降，起升油缸包括柱塞、缸体、上盖、下盖以及压紧螺母、油封等重要零部件，作为单向作用中的柱塞式工作油缸，其作用主要来源于底部承受的油压作用。

起升油缸与叉车液压分配器只有一个通路，油液的排出与进入都要经过其通路。除了起升油缸，倾斜油缸也是叉车起升系统中的重要组成部分。倾斜油缸帮助门架向前倾斜，尤其是在货叉插取货物及搬运货物过程中，为保证货物的相对稳定性，插取货物时门架向后倾斜，防止货物跌落。与此同时，门架的前后倾斜都依赖于倾斜油缸的相关作业[4]。

倾斜油缸主要包括活塞、缸体、活塞杆、上盖等零部件，其与起升油缸的构造大致相同，不同点则在于起升油缸作为柱塞式油缸，倾斜油缸主要是活塞式，具有进油孔和排油孔，利用其活塞将相关油缸分为前腔和后腔。前倾时，后腔充满高压油;后倾时，前腔充满高压油。叉车的起升系统需要一系列属具架、链轮链条带动其作业。属具架的主要是安装货叉或构件其他相关属具，连接起升系统中的起升链条，两侧同时带有一定数量的滚轮，带动叉车起升作业。链轮链条更是叉车起升系统中必不可少的部分，有的叉车采用单排链，有的叉车则采用双排链，通常情况下，链条主要固定在叉车活塞杆上端。

对于当前的叉车作业，当叉车起升系统带动其起升手柄扳至一定位置时，油泵电动机转动时油泵会泵油，高压油通过分配器进入相关油缸进行起升动作。链轮上升则带动属具架及货物上升。松开手柄扳至下降位置时，内门架、属具架及货叉货物自动下降，起升油缸中的工作油则通过液压分配器流回油箱。

2.2 叉车起升系统的工作原理

当前的叉车起升系统主要包括工作油泵、起升阀、控制油泵等，不同叉车类型有不同的起升结构。在双速起升液压系统中，叉车起升系统构件具有一定的工作原理。叉车工作时，其叉车系统也进行工作。叉车工作过程中，如果起升系统不起升，则其先导阀手柄应处于中间位置，而起升阀处于中位状态。装置中的油泵输出压力油，导致其压力油从逻辑阀的侧面有油口经过安全卸荷阀门回到油箱。同时，油泵再继续输出压力油，令其快速进入双速阀，在滑阀不动作的情况下，逻辑阀门的背压卸荷，油泵的压力油则打开逻辑阀回到油箱。再利用倾斜控制阀门回流压力油，导致叉车起升结构不起升[5]。

如果叉车起升结构空载处于快速起升的状态，其起升结构中的先导阀将控制手柄带动扳手至上升位置，控制先导阀的起升，带动相关滑阀向左移动，推动滑阀自动及时关闭逻辑阀的卸荷油路。与此同时，逻辑阀在背压作用下关闭，油泵的压力油推在其作用下推开逻辑阀，与油泵内存有的压力油合流到起升阀，同时带动倾斜控制阀的压力油进入起升阀，带动起升液压缸，实现快速起升作业。

如果叉车起升机结构满载而慢速起升，主要依靠其先导阀的控制手柄进行起升动作，在控制油的作用下空载起升。由于负载作用，起升系统内部工作压力升高，同时反馈于滑阀的柱塞上，当系统压力升高到一定压强时，柱塞面积差则产生一定的作用力，克服起升系统中的弹簧作用力，带动相关滑阀移动，在关闭油口的同时，逻辑阀背压从油口处卸荷，打开逻辑阀，促使油泵中的油回到油箱。慢速上升过程中，油泵的油主要经过逻辑阀的侧油口进入起升阀，带动倾斜控制阀的油一同进入起升阀，带动起升液压缸的下腔运动，实现慢速起升。

叉车起升系统中的起升机构下降作业，依靠先导阀控制其手柄处于下降位置，在液压油的作用下，起升阀处于下降的工作状态。安全阀卸荷过程中，油泵输出的压力油可以经过安全阀卸荷并回到油箱。油泵输出的压力油在逻辑阀的背压卸荷作用下带动起升液压缸下腔的压力油，带动下腔回油，实现起升机构的下降作业。

3 叉车起升系统的设计

3.1 叉车起升系统中的液压系统设计关键

叉车的液压系统是保证叉车起升系统正常工作的关键。当前液压系统设计对其系统的合适压力及流量具有一定的要求，不仅引起系统性能变化，而且影响系统内部的元件尺寸及重量变化。叉车的机动灵活性较高，对设备结构的要求也较为紧凑，大多数液压系统采用高压元件，因此，设计液压系统应根据实际情况及不同油路的作业载荷，选择与计算流量及油压系统参数，优化叉车起升系统中的液压系统，保证起升系统正常工作[6]。

3.2 起升系统的属具设计

叉车起升系统结构设计中，除了设计液压系统，还要根据实际情况设计起升系统的属具，要求在叉车面板上安装左右相对称的液压缸，在其工作时，保证相关的液压油进入缸内推动活塞杆。缸外的活塞杆部分则与其叉车的货叉连接，推动货叉在面板导轨上自由地移动，达到合理调整货叉距离的目的，减少叉车作业过程中推动货叉再进行货物调整的时间，提高叉车作业效率。

3.3 叉车起升系统的结构设计

叉车起升结构包括门架设计、叉架设计、链条链轮设计等，其中，叉车叉架设计要求根据叉车额定的起重量，考虑最大工作载荷及偏载距离。链条链轮等设计则主要通过带动起升液压缸进行起升作业，在设计中要严格计算承受的载荷。

除此以外，叉车起升系统的结构设计对门架系统的构造也有一定的要求，车门架应保证起升系统的起升限位，保证其实现自由提升。叉车门架在叉车起升系统中是较为重要的组成部分，能够提高叉车起升作业的稳定性。对于叉车起升系统中的滚轮组件设计，应严格按照叉车起升系统的承载及相關部件的载荷作用严格计算，保证滚轮的导轮、轴等都符合标准参数。与此同时，设计起升结构应选择合适的节流阀控制液压系统中的液压油，不同的节流阀性能各不相同，调节范围也大不相同，选择正确适合的节流阀可以提高叉车起升系统的起升速度[7]。

4 结语

叉车的起升机构是当前叉车作业中最为重要的一部分，其主要对叉车的作业效率具有一定的影响。当前叉车类型的种类较多，不同的叉车应用于不同的物料运输过程，对叉车的相关要求也大不相同。随着科学技术的不断发展，工程施工以及物流行业中的货物运输对叉车车辆的规格要求比较严格，而起升结构作为叉车作业中保证工作效率的重要组成部分，分析研究其系统结构，能够提高叉车起升效率和作业效率。

参考文献

[1] 陈萍，孙崇智，杨佳.叉车起升无力故障分析及处理的措施[J].中国设备工程，2022（4）：86-88.

[2] 丁亮.叉车起升系统设计思路的探讨[J].物流技术与应用，2021（5）：151-153.

[3] 林海文.叉车起升无力故障分析及处理[J].装备维修技术，2020（1）：64.

[4] 林永忠.柴油叉车起升系统的设计[J].科技创新导报，2019（27）：122-124，126.

[5] 郝前华，何清华，朱俊霖，等.配置蓄能器的电动叉车液压起升系统能耗试验研究[J].山东大学学报（工学版），2011（6）：80-84.

[6] 李云霞.电动叉车液压起升系统节能研究[D].济南：山东大学，2009.

[7] 卫良保.叉车起升和转向液压系统设计及新型分流阀的结构形式[J].起重运输机械，1998（3）：9-13.