前移式叉车转向稳定性分析.pdf

口应用技术
前移式叉车转向稳定性分析”
刘奕敏1黄国健23谢小鹏王幸平2王新华2
(1.华南理工大学机械与汽车工程学院2.广州特种机电设备检测研究院
3.中山大学工学院)
摘要:为提高前移式叉车运行和作业时的转向稳定性,需深入分析其转向稳定性机理。首先利用方位角概
念将转弯动态过程等效为又车静止在坡度不断变化的斜坡上进行失稳特征分析;接着通过侧偏角下的最小转弯半
径、侧翻临界速度等对前移式又车进行运动学分析;最后以CQD15-GA2R型号为实验对象,对其横向稳定性作
具体计算,得出该机型在额定工况下,满足转弯稳定性的重心最大高度不超过65.6mm。分析结果对优化前移式
又车的结构、载荷分布、转弯半径与速度以及提高车辆运行和作业过程的转向稳定性有一定指导意义。
关键词:前移式叉车;转向;倾翻;横向稳定性;分析
0引言
1前移式叉车转向失稳特征分析
叉车在物料搬运车辆中占有70%~75%的市场份
叉车在转向过程中出现侧翻事故,主要是由于横
额リ,在工业车辆中有着举足轻重的地位。其中,前
向失稳引起的?。叉车侧向力之和大于轮胎的附着极
移式叉车作为叉车家族的一员,具有高操作灵活性和
限、车体转角过度、车体转角达到或超过车体转角极
高载荷的优点。然而为了节省空间,减小转弯半径,
限等因素都可能引起叉车的侧翻。叉车转向失稳过
前移式叉车的轮胎通常采用实芯小轮,这给行车转向
程可等效为叉车静止在斜坡上并发生坡度渐变的横
工况带来安全隐患,叉车容易侧翻,特别是在转弯过
向失稳側翻过程。随着转向的进行,坡度增加,横向
急、货物离地高等情况下更加严重。因此,对前移式
失稳条件增大,当超过一定限度时,将出现失稳。
又车转向稳定性的研究,可有效提高叉车驾驶的安全
可以利用方位角概念表示叉车在处于不同坡度
性,降低安全事故的发生,保证驾驶人员的安全。
位置时的不同状态,如图1所示
目前国内外开展的相关研究主要包括:开发又车
转向桥体有限元分析软件系统,设计转向桥体结构、
液压系统β,对转向机构出现的具体故障进行分析和
维护阿。这些研究完善和提高了又车的转向性能和作
业可靠性,有效降低叉车转向故障率。但针对前移式
叉车转向的研究较少,张克军等对前移式又车的研究
主要是针对液压转向系统的设计,而没有涉及前移
梯度线
式又车转向稳定性的研究。
本文拟先对前移式又车的转向失稳特征进行分
斜坡
析,接着从运动学角度分析失稳状态下的最小转弯半
径和侧翻临界速度,最后以CQD15GA2R型前移式
叉车为实验对象,对其作横向稳定性计算。
图1前移式叉车的方位角
*基金项目:国家质检总局科研项目(2013QK265);珠江
2014年第35卷第6期自动化与信息工程23
科技新星专项(2013075);国家特种设备科技协作平台科
技计划项目专项(2014SEK001)。
梯度线垂直于斜坡,前桥中心与斜坡梯度线夹角用。在这对力作用下,转向轮和驱动车轮回转平面与
为,即方位角。随着坡度的变化,梯度线也跟着变车轮中心运动方向存在夹角,即侧偏角。车轮受到的
化,即方位角也随着变化。对此规定:以前移式叉车侧向力越大,侧偏角也会越大,发生倾翻的可能性就
简图所示前桥中心线右侧为基准,发生顺时针旋转时会加大の。在考虑侧偏角的前提下,转弯半径也会发
前移式叉车左侧低于斜坡梯度线时为正,反之为负。生相应的变化,如图3所示。则可得该最小转弯半径
根据侧翻发生机理,前移式又车发生侧翻主要是表达式为
横向稳定性变差。因此可简要表达为:前移式又车
L-R tana
随着方位角的变化,绕其前轮与后轮之间的连线即横
sin(6-a)tr
向侧倾轴线,发生相对斜面的倾斜,达到临界状态时其中:0为后轮最大转向角:a为后轮侧偏角:a.为
即为侧翻。在图2中,设两个平面OAB和OBC的
前轴中心侧偏角;r为后轮转臂
外法矢量分别为1、2,坡底线为mn1和mn2。由
于前移式叉车转向失稳过程主要是与横向稳定性因
素相关,在此仅考虑平面OBC、外法矢量2及重力
线的相互关系。当坡度逐渐增加时,通过质心O的重
力线会在垂直于m2n2且通过O的平面内向坡底线
m2n2移动,当重力线与OBC平面重合时,前移式又
车处于向左的横向临界失稳状态。由分析可知,无论
向前或后的纵向失稳,向左或后的横向失稳,其共同
失稳特征为外法矢量变为水平矢量,同时存在一定的
坡度角,使得两个相郐的特征矢量同时变成水平矢量,
图3侧偏角下的前移式又车最小转弯半径
使前移式叉车同时处于横向与纵向失稳状态,因此也
应存在这样的2个临界方位角当、当2。
2.2车辆转弯时側翻临界速度
车辆截面受力图如图4所示。
b
图2前移式叉车的外法矢量
图4车辆截面受力图
前移式叉车运动学分析
假设叉车整车重量为G;重心高度为h;前轴轮
2.1存在侧偏角的最小转弯半径
距为b;路面具有足够的横向附着力F保证叉车转向
前移式叉车转弯时会受到离心力和侧向力的作过程中不会发生側滑。当叉车直线运动时,左右驱动