国家工程机械质量监督检验中心  吕东  李建友  雷晓卫

 

    一、课题的提出

    2004年我国共计生产了6.5万台乘驾式叉车，除了个别的外资企业在其说明书中提及了驾驶员如何防止叉车无载行驶侧翻，以及侧翻发生后如何正确操作外，其它生产商均未告知使用者。国内对这方面的研究统计也很少。然而，在国内叉车的使用中发生无载行驶侧翻的频率是很高的，例如，近期的《叉车》杂志2005年第8期中报道：一个杂货码头的某公司共有100多台叉车，在1989至1990年两年内发生了6宗叉车侧翻事故。国外对侧翻事故的统计报道：侧翻事故占事故总数的21%。

    本论文的研究目的就是要探讨叉车发生侧翻的原因，以及当事故发生时驾驶员应当如何防止自身受到伤害。

    二、叉车无载行驶发生侧翻的原因

    由于叉车是工作在狭窄场所，其前部装有工作装置的工业车辆，为了满足这一工作特点，在结构上把前轮设计为驱动轮，并带有制动器；后轮为转向轮，一般采用双梯形转向机构，车轮外转角约为50°，内轮转角一般约为80°，以便使叉车获得较小的外侧转弯半径R₀，转向桥的中间用一个轴承与车架连接，使桥左右的两个转向轮可以绕着轴承上下摆动。从而提高其作业的灵活性以及通过凹凸路面时，能够保持车体的平稳性。

    但是，这一结构却不利于防止叉车的侧翻。下面我们首先以在用的典型叉车为例，研究一下它的安全域度。

    1.用“翻倒角法”分析叉车无载行驶的侧向稳定性

    叉车无载侧向倾翻一般发生在叉车转弯时，此时引起叉车侧翻的主要因素是离心力F_f，阻碍叉车侧翻的主要阻力是叉车的自重G_a。

    为了简化问题分析，我们将叉车抽象为受外力作用的长方体来看待，如图1，除叉车总重力为G_a外，重心上还作用着一个水平力（如转弯时的离心力），此力称为侧翻力F_f。只要叉车总重力G_a与侧翻力F_f之合力F_R落在翻倒边缘A，即处于临界状态。当合力F_R落于边缘A外，则车即失稳翻倒。上面所述可用下式表示：

 

    式中θ’-总重力重心至翻倒边缘的垂线与过该垂线与翻倒边缘的交点之铅垂线间的夹角；

θ-总重力G_a与合力F_R之间的夹角。

   上述三种情况，分别对应于K>1稳定、K=1临界及K<1侧翻。同样可把K理解为稳定性系数。

若从力矩关系来分析，则对应有以下关系：

    合力F_R落在翻倒边缘内时：Mx＝G_al>F_f h＝M_f

    合力F_R落在翻倒边缘上时：Mx＝G_al＝F_f h＝M_f

    合力F_R落在翻倒边缘外时：Mx＝G_al<F_f h＝M_f

    由此看出，侧翻与叉车的最小转弯半径R₀、行驶速度V及总重力G_a有关。目前，我国在用叉车数量最多的是起重量为3吨的内燃平衡重式叉车，其与侧翻有关的基本性能如表1。

表一

   由于3.36×10⁴牛·米>2.21×10⁴牛·米>1.1×10⁴牛·米,即M_f>F_Z,也就是K<1说明当叉车的各项设计指标均使用在接近极限值时，叉车不仅会发生一级侧翻，而且会发生二级侧翻。

    2.叉车无载行驶侧翻的典型案例

    1994年5月29日，北京轻型汽车有限公司购入了一台出厂编号为040306736的CPQ3-K型的3吨汽油机叉车，1994年6月2日开始正式启用，8月18叉车无载行驶时，向左发生侧翻，司机跳车，被翻倒的叉车护顶架砸伤后背，造成内脏破裂，送到医院后，司机死亡。

    事故发生后，北京市顺义县劳动局委托国家工程机械质量监督检验中心对此台叉车进行技术性能检验，“质检中心”根据“北京市京顺劳动执签字[1994]1号委托书”的要求，派出了以雷晓卫为组长，党良、刘来庆为成员的专家组，现场勘验的情况。

    经现场勘验和对叉车检测后确认与叉车侧翻有关的问题是：

    Ａ．该叉车使用北京492汽油机，结构上没有安装限速器，现场实测，发动机空载转速可达4800转/分，不符合叉车所需要的中速大扭矩发动机的要求。

    Ｂ．由于发发动机转速很高，导致叉车的设计车速为21.8公里，而实测值却高达28.37Km/h，超过设计值30.7%这是当时中国汽油机叉车的现状)。

    Ｃ．据该部门领导反映：他们单位的叉车司机开车都很野。

    综上，分析该叉车发生侧翻的原因如下：

    叉车由①起动后加速很快，到达②处时，车速可达25km/h，如此大的车速经过不平路面后，此类叉车的转向轮一般会发生上下摆动，即转向轮时而离地(俗称：转向轮发飘)，司机一般会下意识地调整叉车行驶方向，突然发现叉车偏向障碍物④冲去，此时叉车受到离心力即侧翻力的作用，司机又下意识地踩了停车制动器，而制动产生的惯性力又促使了叉车的侧翻。

从③所示：货叉深浅碰地的痕迹可以推出，司机没有按规定将货叉提升到离地300mm的高度，而是稍稍提起。在侧翻前，由于司机下意识地踩了停车制动器，前轮制动后受制动惯性力的作用受压变形，货叉触地。这个惯性力的最大值约为4500×4/9.8=1837牛顿(a＝4m/s²)。作用在叉车的质心上，方向向前。此力产生的力矩为1837×0.7＝1286牛·米。在其作用下，前轮变形，所以货叉触地。一侧深、一侧浅，说明在此处侧翻正在发生中。侧翻现场⑤是这一事故过程的终结。

    三、防止叉车发生侧翻事故的措施

    1.根据上述分析，叉车无载行驶应控制的要素有：

      A.转向操作时，车速V与转弯半径R₀要相适宜，由于车速V与倾翻力F是平方关系，影响很大，转弯时，要严格控制车速。

      B.叉车发生侧翻时，踩制动只会加速叉车的侧翻。

      C.侧翻若已发生时，司机千万不能跳车。

    2.从设计生产上，防止叉车侧翻事故发生的措施有：

      A.设计叉车时，最高车速的确定要综合考虑叉车的使用安全性。

      B.没有安装限速器的汽油机不能用于叉车的组装，更不能用于叉车的销售。

      C.在司机座椅上必须设计安全带，强制司机不能跳车。

    3.在其它方面应采用的措施：

      A.首先应在说明书中写明：在正常使用中叉车的侧向稳定性是有保证的，在误操作或意外情况下，叉车有可能发生侧翻。此时，司机千万不能跳车，也不能踩脚制动器，而应双手紧握方向盘，身体向侧翻的相反方向倒去。

    B.最大起升高度不超过1.8m的叉车，禁止安装护顶架。护顶架是防止叉车起升到较高位置，后倾门架时，有可能使小件货物越过挡货架掉下来砸在司机身体上而设置的。但侧翻时，一旦司机跳车，或被抛出时，它将对司机造成伤害。

    4.操作者应采取的措施：

      A.侧翻发生时，千万不能跳车。据有关学者统计，有80%跳车的司机都被护顶驾砸成了重伤或死亡。

      B.要认真阅读叉车使用说明书，特别是安全警告部分。

      C.要合理选用叉车行驶速度，做到安全的前提下争效率，开好文明叉车。

      D.侧翻发生时，不要惊慌，要慢打方向盘来调整方向，要用收油来减速，千万不能用驻车制动器来强制停车。

    四、结束语

    叉车的侧翻只发生在无载行驶状态，叉车满载时，一般不会发生。这是由于叉车的车架与前后桥均为刚性联接。后桥通过其上的轴承3与车体刚性联接，当道路不平时，后桥可以绕此轴承3上下摆动，上下摆动的高度由限位块4与转向桥的间隙而定，一般为30mm左右。这样叉车的转向轮就可以上下摆动60mm。所以，叉车理论界一般认为侧翻有二条倾翻轴线（也有认为是三条的），一级倾翻轴线是：转向轴承的中点与前轮触地中点的Ⅰ－Ⅰ联线；二级倾翻轴线是前、后轮的触地中点的Ⅱ－Ⅱ联线。

    叉车侧翻时，首先以Ⅰ－Ⅰ联线为倾翻轴线，发生一级倾翻，一级侧翻结束后，将会有一个前轮抬起，此时叉车是由两后轮与一个前轮支撑车体，并建立了二级侧翻轴线Ⅱ－Ⅱ联线，二级侧翻发生后，车体才彻底翻过去。

    按照国际上通用的标准测试方法，即“平台倾斜模拟转倒角”试验可测得：国内叉车一级倾翻的倾翻角大约发生在35%(19.3°)，二级倾翻角大约发生在65%(33°)。因此，当一级倾翻发生后，司机大可不必惊慌失措，千万不能采取踩刹车或急打方向以及跳车等错误操作。而应收油减速并慢打方向盘调整行车方向，叉车一般是不会翻的。

    由于一级侧翻轴线Ⅰ－Ⅰ联线与车体的纵向轴线相交于后桥上的转向轴承，叉车的重心越靠前，侧翻越难发生。因此，对于叉车满载行驶工况由于其重心前移，重量增加，使侧翻阻力矩M_Z＝G·L增加，所以叉车满载行驶时，一般不会发生侧翻。因此，本文不讨论叉车满载行驶侧翻的问题。

摘自《工程机械技术与质量信息》2005年第11期