平衡重式叉车空载行驶倾翻原因及预防措施

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。

图1

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（见图1），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轴线发生一级倾翻，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，如图2所示。

图2

一级倾翻：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，叉车将发生一级倾翻。

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

叉车倾翻与其最小转弯半径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中最小转弯半径R1、空载最高行驶速度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，计算公式及计算结果如表2所示。

表1、表2

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，叉车很容易发生一级倾翻。同理，由于Mf2>Mw2，一级倾翻发生后，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，其计算公式及计算结果见表3。

表3

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，最终会使倾翻力矩增加，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最高车速；使用汽油机的叉车应安装限速器。

当叉车发生一级倾翻时，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

对于最大起升高度不超过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。

(作者地址：浙江省杭州市临安经济开发区东环路88号  杭叉集团股份有限公司  311305)