摘 要：針對手動液壓叉車在實際使用過程中貨物過重、慣性過大，無法及時控制從而造成人貨損壞的問題，本文采用NAO型摩擦材料，并使用V式制動器設(shè)計了一款具有制動裝置的手動液壓叉車，并通過可行性分析，得出在裝有制動裝置的情況下，能有效減少制動距離14.3cm～17.2cm，從而減少叉車安全事故的有效結(jié)論。手動液壓叉車制動裝置的研究與設(shè)計可為相關(guān)研究提供一定參考。

關(guān)鍵詞：手動液壓叉車；制動裝置；V式制動器；NAO型摩擦材料；創(chuàng)新設(shè)計

中圖分類號：TH 242" " " " 文獻標志碼：A

作為在物流中廣泛應用的搬運設(shè)備，叉車在物品搬運、貨物運輸和起重方面具有不可替代的作用。手動液壓叉車通過搖動搖桿，使搖桿與下面的液壓缸連接，并通過液壓缸帶動貨叉起升來實現(xiàn)貨物的裝卸和搬運，然后操作人員將叉車搬運到指定位置。該設(shè)備屬于物流設(shè)備中搬運托盤的最簡便、最常見的裝卸搬運設(shè)備[1]。

隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，叉車需求逐步增加。現(xiàn)有手動液壓叉車規(guī)格單一，適用范圍局限，存在寬度不可調(diào)、無法應對倉庫作業(yè)的不同需求、手動液壓叉車使用效率低[2]以及不能進行制動等問題。本文在手動液壓叉車原有的基礎(chǔ)上進行改進，為手動液壓叉車設(shè)計制動系統(tǒng)，目的是為了出現(xiàn)意外或特殊情況時，能夠第一時間將叉車停住，保障使用人員和貨物的安全。

1 手動液壓叉車制動裝置設(shè)計

1.1 手動叉車參數(shù)

現(xiàn)在市面上根據(jù)貨叉的長度和內(nèi)寬不同分為窄型叉車和寬型叉車。2種叉車的基本參數(shù)見表1。

表1 寬型叉車和窄型叉車技術(shù)參數(shù)

參數(shù)型號 寬型 窄型

載質(zhì)量（t） 2～2.5 2～2.5

叉長（mm） 1220 1150

貨叉內(nèi)寬（mm） 365 230

貨叉外寬（mm） 685 550

貨叉寬（mm） 160 160

貨叉最大起升高度（mm） 200 185

貨叉最低放高度（mm） 80 75

把手離地高度（mm） 1230 1230

小輪直徑（mm） 70 70

大輪直徑（mm） 170 170

搖桿長（mm） 950 950

1.2 制動裝置的設(shè)計

手動液壓叉車因小巧靈活而被廣泛應用于貨物短距離裝卸搬運，其承載能力在1t左右，動力來源主要為人力驅(qū)動。在保留手動叉車原有優(yōu)點的基礎(chǔ)上，在手柄處增設(shè)制動裝置，可使操作人員在運輸過程中利用手柄處的制動裝置進行緊急制動，提高手動叉車在作業(yè)過程中的安全性，保障貨物和操作人員安全，同時該制動裝置適用于寬、窄型2類叉車。裝置設(shè)計具體包括3個方面。1）在叉車手柄處安裝制動控制剎車把手，通過把手帶動剎車線作用在將要制動的車輪上。2）在把手后通過剎車線將剎車線從按鈕處連接到將要進行制動的車輪處，并在車輪上方設(shè)置V剎型制動裝置，通過杠桿原理來制動。3）改進叉車車輪和用于支撐車輪的軸，將按叉車車輪周長在輪圈處裝一圈用于增加摩擦的橡膠套。將車輪軸最外沿與車輪輪廓接觸處進行改進，改成帶有摩擦性材料的軸，將其用于制動，支撐整個車輪并能夠進行伸縮。

1.3 手動叉車制動裝置結(jié)構(gòu)

通過研究V剎裝置來設(shè)計叉車的制動裝置。該裝置的基本構(gòu)造由制動把手、連接制動裝置和把手的剎車線以及裝有摩擦材料的制動裝置組成，通過這3個零部件對手動液壓叉車進行制動，達到安全生產(chǎn)、運作的目的。

1.3.1 V式制動器的組成

V式制動器結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、造價低廉且性價比高，常用于自行車上的制動裝置。V式制動裝置主要由剎車臂、剎車皮和張力彈簧等結(jié)構(gòu)組成。1）剎車皮。剎車皮材質(zhì)一般為塑料或樹脂，有些剎車皮里面會添加一些金屬沫或陶瓷沫。2）剎車臂。本文剎車臂設(shè)計成“S”狀或“C”狀，左、右剎車臂為連續(xù)且不斷開的整體，頂端有連接剎車線的的小孔，能夠固定住剎車線，使鋼索在內(nèi)部滑動，端向輪圈的一側(cè)固定剎車皮，外側(cè)與車架固定。3）張力彈簧。張力彈簧是連接2塊剎車臂的裝置，當作用力結(jié)束后能夠復原并返回原來的位置。

1.3.2 V式制動器的工作原理

V式制動器常用于自行車制動，目前被廣泛應用。該裝置有2個形如剪刀狀交叉的剎車臂。該剎車臂組裝后形狀如“V”形，剎車臂的兩邊固定在支撐車輪的軸上[2]。該裝置的制動原理類似杠桿作用，只需要捏緊自行車的手柄，驅(qū)動剎車線，將剎車臂拉到輪輞附近，并在接觸后產(chǎn)生摩擦即可剎車。

1.3.3 制動把手

模仿自行車制動把手進行叉車制動把手設(shè)計。由于手動液壓叉車的把手大都呈圓柱狀且液壓釋放手閘在把手圈內(nèi)，因此本文設(shè)計的制動把手將放置在裝有液壓釋放手閘的另一側(cè)。該制動把手將安裝在叉車把手上，制動把手的末端用螺絲固定在叉車把手上，可呈30度角旋轉(zhuǎn)。在制動把手的末端放置張力彈簧，能夠在一次制動完后將制動把手彈回原位，方便下一次制動。制動把手末端還需要與剎車線進行連接，通過剎車線帶動制動裝置進行制動。詳細設(shè)計如圖1所示。

1.3.4 剎車線

剎車線由橡膠管及其裝載橡膠管的鋼索組成。橡膠管內(nèi)壁設(shè)置多個徑向凸起，鋼索與橡膠管間填充有潤滑物，避免叉車在運作中出現(xiàn)剎車線彎折，進而破壞制動過程。橡膠管可由氯丁橡膠、乙丙橡膠和聚氯脂橡膠制成，橡膠管內(nèi)還裝有潤滑油，可為油脂或滑石粉，方便鋼索在橡膠管內(nèi)運動。剎車線的兩端連接制動把手和車輪制動裝置，主要功能是將制動把手的作用力傳輸給制動裝置，從而進行制動。剎車線共2條，分別連接貨叉下面2個車輪上的制動裝置，設(shè)計長度取決于搖桿和貨叉長度。

1.3.5 制動裝置

制動裝置為本文設(shè)計的核心裝置。該裝置設(shè)計模仿V剎裝置?？紤]叉車貨叉需要進行起降，同時車輪架需要支撐叉車的運行，因此該裝置將設(shè)計在與叉車貨叉連接以支撐車輪車架的內(nèi)部，并將裝置固定在車架橫桿上。該制動裝置的主要構(gòu)成包括剎車臂、張力彈簧以及安裝于剎車臂上的剎車皮。剎車臂安裝在叉車貨叉上，同時起到支撐貨叉搬運貨物的作用。在2塊剎車臂的連接處放置張力彈簧，能夠在一次制動后恢復原樣，并同時防止剎車臂連接處變形。在與車輪接觸并固定車輪的軸上安裝剎車皮。該剎車皮主要為NAO型摩擦材料。本文設(shè)計的裝置能夠在滿足貨物裝卸搬運的同時對叉車進行制動。詳細設(shè)計如圖2所示。

1.4 設(shè)計詳情與參數(shù)

根據(jù)上述設(shè)計得到如下設(shè)計模型及其設(shè)計參數(shù)：叉車搖桿高為95cm，貨車長為114cm，叉車搖桿底部到貨叉的斜線距離為35cm，所需剎車線的長度為95+114+35=244cm，一共需要2根剎車線，總長度為488cm。具體模型參數(shù)如圖3～圖5所示。

首先，改進后的叉車小輪和具體參數(shù)如圖3所示。

其次，制動把手具體安裝位置和參數(shù)圖如圖4所示。剎車把手末端連接剎車線，內(nèi)部裝有張力彈簧，可使剎車把手恢復原位。

最后，將制動裝置、制動把手和剎車線安裝于手動叉車上，具體模型如圖5所示。

2 手動叉車制動裝置工作原理

手動叉車制動裝置工作原理與自行車V剎相似，在需要進行制動的情況下，將力作用于剎車把手上，通過剎車線傳導到“V”形裝置上，再通過“V”形裝置作用于車架并抱緊車輪來制動，制動作用點在車輪內(nèi)圈上。車架兩邊具有摩擦型材料的剎車材料與車輪產(chǎn)生摩擦，進而達到制動效果。

該制動裝置放置于車架內(nèi)部，在制動過程中不會對叉車的正常起升和運行造成影響。制動裝置原理圖如圖6所示，可以將2個制動臂視為2個異性杠桿，左側(cè)的制動臂是相等的杠桿，右側(cè)的制動是省力的杠桿。拉動制動拉索時，圖右側(cè)的制動臂會受向上拉動的力，并開始移向輪輞。左側(cè)的剎車臂受反作用力，也開始向車圈內(nèi)運動。同時剎車皮開始作用于車輪內(nèi)圈上，對車輪內(nèi)圈摩擦并減慢叉車的運行速度，從而達到制動的目的。

3 手動叉車制動裝置應用分析

在裝有制動裝置的情況下，叉車操作人員按動制動把手就能將叉車進行制動或減速，同時制動裝置也會對叉車后小輪施加壓力，使車輪摩擦制動。該過程中施加的壓力會對車輪產(chǎn)生繞轉(zhuǎn)動軸向外運動的趨向，該趨向就是轉(zhuǎn)動力矩。力矩的表達式為Mk=R·F（Mk為叉車空載時制動性能所需的力矩，N·m；R為制動輪胎空載滾動半徑，m；F為制動裝置對車輪的作用力，N）。

將叉車從運動狀態(tài)下進行制動到叉車停止，通常情況下可根據(jù)動能定理變形得出叉車在空載情況下的制動距離S，如公式（1）所示。

（1）

式中：S為叉車空載時制動距離，m；α為轉(zhuǎn)動慣量換算系數(shù)，取1.03；G為叉車空載時整車質(zhì)量，kg；R為制動輪胎空載滾動半徑，m；V為叉車空載時車速（成人行駛速度5km/h），m/s；MK為叉車空載時制動性能所需的力矩，N·m。

叉車制動時會對車輪產(chǎn)生摩擦力f摩，有f摩=μF（μ為摩擦系數(shù)（一般的摩擦系數(shù)＜1）；F為制動裝置對車輪的作用力）。

據(jù)資料顯示，一般成年男性的握力為43kg～50kg（據(jù)1kg=9.8N可知，43kg～50kg為421.4N～490N），成年女性的握力為27kg～31kg（264.6N～303.8N）[3]。在手動液壓叉車的使用中，成年男性居多，因此本次只分析成年男性在叉車使用過程中的制動情況。當操作人員以43kg～50kg（421.4N～490N）的握力按動把手時，相應也可看成是制動裝置以43kg～50kg（421.4N～490N）的力作用在車輪上。制動裝置所用的NAO型摩擦材料的摩擦系數(shù)為0.4～0.45。根據(jù)實際測量可知，叉車后小輪的直徑為7cm，則輪胎滾動半徑為3.5cm。一般的手動液壓叉車質(zhì)量為35kg～55kg（本次計算采用35kg），操作人員拉動叉車的速度為5km/h，約為1.39m/s（根據(jù)《手動液壓叉車操作規(guī)范》《手動液壓叉車安全操作規(guī)程》）。在不考慮車輪抱死的情況下，將動能定理公式、力矩公式、摩擦力公式三者聯(lián)立可得制動距離S，如公式（2）所示。

（2）

由此可知，當摩擦系數(shù)最小、施加的力為43kg（421.4N）時制動距離S1=20.7cm。當摩擦系數(shù)最小、施加的力為50kg（490N）且不考慮車輪抱死時，制動距離S2=17.8cm。

由此可知，與未裝制動裝置的手動叉車相比，裝有制動裝置的手動叉車能有效減少制動距離14.3cm～17.2cm，從而減少叉車安全事故的發(fā)生。

手動液壓叉車在載重運行的情況下能夠保障貨物和人員的安全。但在現(xiàn)實操作中，如果叉車載重運行時發(fā)生緊急情況，操作人員沒有及時反應，貨物就會由慣性作用帶動叉車繼續(xù)前進，此時操作人員想依靠叉車進行制動為時已晚，進而發(fā)生生產(chǎn)安全事故。而手動叉車裝有制動裝置，只需要按動把手即可進行制動，可有效避免事故發(fā)生。

4 結(jié)語

本文針對目前手動液壓叉車應用廣泛但未設(shè)置安全制動裝置的問題，對手動液壓叉車進行制動進行了研究?；谧孕熊嘨式制動器制動原理來設(shè)計叉車的制動裝置，為手動液壓叉車的創(chuàng)新設(shè)計與研究提供了新的研究方向。

參考文獻

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[2]王尚林.UGNX6.0三維建模實訓教程[M].北京：中國電力出版社，2017.

[3]國家體育總局.國民體質(zhì)測定標準手冊[M].北京：人民體育出版社，2003.