滚柱式货叉滚柱的结构设计

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Roler Structure Design of Roler ForksZhou Jingjing，Duan Xiubing，Zhang Xueling(Military Logistics Department，Military Transportation University，Tianjin 300161，China)Abstract：This paper adopted the method of theory analysis and simulation optimization to design the parameters，lenh，position，envelope eues，diameter of roller.According to the design scheme，organized the trial production of the rolerforks，and it also satisfied the operation needs of the roller forks.This method lays a good technology foundation for devel-opment of the roler forks。

Keywords：roler forks；envelope cun，e；structure design滚柱式货又是-种通过上下排滚柱之间相对滚动实现无托盘单元物资快速装卸作业的新型叉车属具。滚柱是滚柱式货叉的核心构件，其结构形式对于滚柱式货叉的安全、高效作业具有极其重要的影响。本文以 1 t滚柱式货叉为基础 ，对滚柱的直径 、宽度、位置及包络线等进行了全面的设计分析，为滚柱式货叉的研制奠定了良好 的技术基础1 滚柱式货叉工作原理滚柱式货叉主要由货叉水平段 、货叉垂直段、收稿日期：2013-04-23；修回日期：2013-06-09作者简介：周京京(1980- )，男，硕士，讲师。

图 1 滚柱式货叉结构示意滚柱式货叉的滚柱组由2排 4组、共 8套滚柱组构成。每组滚柱组可分为上下 2组滚柱，上下军 事 交 通 学 院 学 报 第 15卷 第 7期滚柱之间采用过盈配合 ，确保滚柱之问能够紧密接触 ，以提供足够的作业摩擦力。其中，-组滚柱组的结构如图2所示。

图 2 滚柱组结构 示意当滚柱式货又进行装卸作业时，下排滚柱与地面接触 ，在地面摩擦力作用下，下排滚柱转动，同时带动上排滚柱反方向转动。与此同时，上排滚柱与物资底面接触，在摩擦力作用下可以将物资拉上”或推下”货叉水平段。滚柱式货叉装卸作业原理如图3所示。由于上下 2排滚柱的线速度相同，理论上可以实现物资相对于地面保持静止不动，货叉可以顺利完成进叉或抽叉动作，从而实现无托盘单元物资的快速装卸作业。

- - 图 3 滚柱式货叉装卸作 业原 理当滚柱式货叉进行升降作业时，滚柱组在 自重作用下 ，相对货叉水平段下落-定的距离 ，上排滚柱顶端低于货叉上表面。此时，货叉主梁承载物资重量 ，滚柱组不参与承载，因此可以有效降低滚柱组的负荷 ，防止滚柱组变形卡滞 J。滚柱式货叉升降作业原理如图4所示。

图4 滚柱式货叉升降作业原理2 包络线方程设计包络线是指滚柱式货叉进行装卸作业时，物资从刚接触货叉开始到完成装卸作业为止，相对于地面运行的轨迹 ，也是所有上排滚柱上表面和又尖斜面共同构成的平滑过渡曲线 (如图5所示)。包络线的形状直接影响滚柱式货叉装卸作业的平顺性、稳定性和可靠性 ，科学合理地设计包络线方程，有助于减少装卸作业的振动 、冲击和摩擦，利于提高装卸效率。

图 5 滚柱式货 叉包络线不慝 (mm)2.1 段包络线方程设计n6段为叉尖斜面部分，主要用于实现货叉的顺利进叉作业。由又尖结构设计部分可知，06段斜面倾角为 8。，为满足安装 、强度等方面的需要，结合有 限元计 算分 析，确 定 o6段 纵 向长度 为50 mm。由此可得 o6段包络线方程为Y0.140 5x (1)2.2 段包络线方程设计cd段为滚柱组平直段 ，包络线为直线。此时物资已经被滚柱拉”上货叉，只要该部分的倾斜角小于物资的自锁摩擦角，物资就不会 自动滑落。

取滚柱组与物资之间的最小摩擦系数为0.1，则 cd段包络线的倾斜角与物资的 自锁摩擦角应 当满足：倾斜角 <自锁角 aretan 0.15.7。。

根据滚柱组的结构特点和承载要求，经过优化分析 ，最终确定 cd段倾斜角为 3。。由此可得 cd段包络线方程为Y0.052x28.258 (2)2.3 bc段包络线方程设计6c段为滚柱组平滑段，用来连接又尖斜面和滚柱组平直段，也是整个包络线 的核心。为了确保顺利实现物资装卸作业，减小作业时的冲击振动等不利因素，6c段必须与 n6、cd段平滑过渡，并且应当具有合理的曲率 ，曲率过大容易造成物资无法上叉等严重后果。为确保货又正常作业 ，6c段包络线方程设计时，需要综合考虑所有作业对象的变形特点，并采用三次 曲线对其进行拟合。

最终确定 6c段包络线方程为Y -1.256 7 x 10- 0.042 76x -0.192 8x7.542 8 (3)2013年 7月 周京京等 ：滚柱式货叉滚柱的结构设计 673 滚柱直径、位置设计由上述分析可知，为使货叉平顺、安全作业，所有上排滚柱上表面构成的平滑过渡曲线必须与货叉包络线-致，滚柱的设计必须满足包络线方程的要求。另外，为简化加工工艺 ，提高加工装配精度，滚柱的直径应当尽量设计为整数值 ，并且直径规格越少越有利于提高生产效率、越有利于降低维修保养成本。由此可见 ，滚柱设计 的关键是滚柱的直径和位置参数的确定。

根据给定的包络线方程，计算每组滚柱的直径和位置。不 同的滚柱直径，对应不 同的滚柱位置，即设计方案有无数个。因此，要 以最少的滚柱直径系列为 目标进行优化设计。

3.1 以 段滚柱直径、位置设计3.1.1 滚柱2、3的位置及半径此时包络线为直线，上下排滚柱之间的几何关系如图6所示(0点为坐标原点)。对于每个滚柱组而言，高度 h 和倾斜角 为已知。假设给定滚柱1的横坐标为 、半径为 r ，可求得纵坐标Y 为y Xltan - /'1 (4)图 6 cd段上下排滚柱几何关系即已知( ，Y ，r。)，根据图 6所示几何关系，可求 得 滚柱 2、3的位 置及 半 径 ( ：，Y ，r )和( 。，Y。，r，)，几何方程组为(0102) (01C) (02C) (AlA2) (02C)A1A2： 二 二cos o/(01 02) (Y2-Y1) ( 2- 1)y2h2x2tan -02C 2- 1(5)则[ ]2(r2(Y2-Y1) ( 2- 1)2Y2 h2x2tan -赢 (6)l(r1r3) ( 3- 1) (Y3-Y1)I(r2r3) ( 3- 2) (Y3-Y2)y r由式(6)可知，需要求解 5个方程、6个未知数，可得到无数组滚柱半径和位置值。故需要通过优化的方法，以滚柱半径系列的数 目最小为 目标函数 ，进行优化得到最优的( ，Y ，r )和( ，Y ，r，)值。为简化优化过程，做如下约束 ：1)根据滚柱之间的几何关系，可将 r 取值范围约束为

2)rl、r2、r3取整数，且 rl≤r2≤r3。即① r1r2≠r，时，求得-组值；② r ≠r r。时，求得-组值；③ r r r 时，求得-组值。在①②③中取最优的-组值。

3.1.2 滚柱4～滚柱 n的位置及半径取 r r3，根据几何关系可得f r rz) ( - z) (y -Y2) (8)Y4r4由此 可 求 得 唯 - ( ，Y4，r4)值。若 r4r3r，的下-系列值 ，重新计算( ，Y ，r4)。

滚柱 5～滚柱 的位置及半径求法同滚柱 4，此处不再赘述。

3.2 段滚柱直径、位置设计此时包络线为平滑弧线 ，上下排滚柱之间的几何关系如图7所示，图中 0点为坐标原点。

对于每个滚柱组而言，高度 h.和包络线方程)已知。假设给定滚柱 1的横坐标为 ，半径为 r ，可求得纵坐标 Y 为)， t，(X1)- 9)68 军 事 交 通 学 院 学 报 第 15卷 第 7期图7 bc段上下排滚柱几何关系即已知( ，Y ，r )，根据图7所示几何关系，求得滚柱 2和滚 柱 3的位 置及 半径 ( ，y ，r：)和( ，，y。，r )。几何方程组为liy2h2I厂( z)- 1 2j(r1r3)。( 3- 1) (Y3-y1) (10)l(r2r3) ( 3- 2) (Y3-Y2)ly3r3由式(10)可知，需要求解4个方程、6个未知数，可得到无数组滚柱的位置和半径值。由于该段曲线较短，可以给定 值和 r2值，或给定 值，且 r r3，求得唯-的滚柱 2和滚柱 3的位置和半径( 2，y2，r2)和( 3，Y3，r3)。

滚柱 4～滚柱 n的计算方法依此类推，据此可将所有滚柱的位置及直径确定下来。

4 滚柱长度设计根据任务要求滚柱式货叉总宽度为 140 mm，其中货又水平段两侧梁宽度为 10 mm，滚柱组支架厚度均为 3 mm，滚柱式货叉主梁为变截面结构。

为确保货叉工作平顺可靠 ，滚柱采用2排布置方式。滚柱长度受侧梁与承载主梁之间的距离和滚柱组支架的厚度以及各构件之间的装配间隙等因素限制，由前至后依次减校影响滚柱长度的各要素尺寸见表 1。

表 1 影响滚柱长度的各要素尺寸 mm安装距离 安装距离 安装距离 安装距离 支架厚度 装配间隙fl z2 z4 D //注：安装距离 zl～z4分别为4组滚柱组对应的侧梁与承载主梁之间的距离根据表 1提供的数据，可以确定滚柱长度为 f -2×(DH) i1，2，3，4 (1 1)分别将表 1中的数据代人式(1 1)，可得各组滚柱的长度分别为 35 mm，L 30 mm，L326mm，L4：22 mm。

综合上述设计分析，最终确定所有滚柱的规格型号(见表 2)。

表2 滚柱规格型号5 样机试制为验证滚柱设计的合理性和可用性，根据表 2确定的滚柱规格型号，进行了滚柱式货叉的样机试制，实际生产的滚柱式货叉如图8所示。

图 8 滚柱式货 叉样机通过对试制样机进行作业测试 ，滚柱工作平顺、灵活，无卡滞现象，能够满足滚柱式货叉各种作业需求，整体强度能够满足承载特性需求 ，综合性能表现良好。

(下转第93页)2013年 7月 李 兵等：S( )上的满数值半径等距 93径足够大的球 ，使得 ( )中的元都包含于此球中，而 y∈C不在此球中。因此 ，有 cJ( -a1)

综合 以 上 2种 情 形 可 知， ( (A))( )，VA∈S(M )。

3 结 语文章讨论了只限定在矩阵空间单位球面到 自身的保数值域问题。是否存在整个空间上保数值半径距离的线性延拓 ：Js(M )-S(M )，使得在 5( )上的限制为 ，即 I ( 此问题为泛函分析研究的另-个重要课题，即 Tingley等距延拓问题。