额定承载能力在10t以上的叉车称为重型叉车。重型叉车额定起升质量大，其起重系统必须具有足够的强度和刚度，以保证其可靠性和使用性能。某港口用户要求我单位开发设计1种2节门架全自由起重系统的25t叉车，该叉车可在不高于3.6m的船舱内，将重达25：的货物堆放于1.5m高的平台上。为此，我们确定该起重系统技术参数如下：额定起重质量为25t，全自由起升高度为1500mm，最大起升高度为3m，门架落地全高为3495mm。

    1．起重系统结构
    （1）原结构的缺陷
    2节门架起重系统分为2节门架基本型起重系统和2节门架全自由起重系统。2节门架基木型起重系统的内门架沿着外门架移动时，货叉架以2倍于内门架移动速度沿着内门架同时移动，当货叉架和内门架移动完成全部行程时，货叉水平段上平面距地面的垂直高度即为最大起升高度。2节门架全自由起重系统的货叉架由前起升缸推动沿着内门架移动，内门架高度保持不变。此时货叉水平段上平面距地面的垂直高度为全自由起升高度。
    目前2节门架全自由起重系统采用的前起升缸（1个全自由起升缸），设置在内门架中间，2个后起升缸设置在外门架后侧。由于前起升缸位于内门架中部，门架内的视野被前起升缸阻挡，且随着起升高度的提高，门架内的视野不断变小，严重影响驾驶员的视线，无法准确铲运货物，如图1所示。

    （2）改进方案
    我们在设计该25t叉车2节门架全自由起重系统时，针对因前起升缸设置部位不合理的缺陷，将前起升缸由1个改为2个，并将2个前起升缸设置在外门架两侧。改进后的2节门架全自由起重系统与改进前的结构相比，具有以下5个优点：一是消除了门架内侧视野障碍；二是起重链条布置在2个前起升缸顶部，改善了货叉架受力状况，提高了货叉架的稳定性；三是前起升缸改为2个后，缩小了缸径，降低了前起升缸加工难度和密封件采购成木；四是属具液压管路设置在门架外侧，可使管路走向清晰、维修方便；五是门架自由起升高度可达到最大起升高度的一半，使内、外门架高度配置更为合理。
    2．结构设计与受力分析
    我们按照改进方案，根据该起重系统技术参数进行结构设计、理论计算和强度校核，运用CAE软件进行受力分析，以优化结构设计、提高产品质量。
    （1）结构设计
    改进后门架三维实体使用SOLID- WORKS软件自下向上的设计功能进行结构设计，以零部件设计为主体，组合成装配体，并对其零部件进行单独优化，进而得到合适的装配体。门架3种工作状态的只维装配模型如图2所示。

    （2）受力分析
    2节门架全自由起重系统的内、外门架和货叉架的整体结构与2节门架基本型基本相同，因此不需要单独进行强度分析。前起升缸固定在内门架外侧，前起升缸固定座7、挂链座6和挂链筒5为一体式结构，挂链座6折弯处是受力最大截面和最大应力集中区域，是关键受力部件，需进行受力分析。挂链座6在内门架上的位置如图3所示。

      我们运用CAE软件对挂链座6进行受力分析，分析结果如下：挂链座6的最大应力为260.5MPa。挂链座6采用SM570材质，屈服强度为460MPa，安全系数为1.77。以上数据表明挂链座6完全满足使用要求。挂链座CAE分析结果如图4所示。

    3．样机检验
    根据CAE分析结果，我们对改进后的2节门架全自由起重系统进行技术性能符合性检验。该检验分为门架检验、整机检验和强度检验3部分，如下所述。
    （1）门架检验
    将改进后的门架组装完成后，利用外力拉伸内门架检验门架之间运行过程中是否存在干涉或卡滞现象。由于设计时使用SOLIDWORKS软件进行各零部件模拟装配，保留了零部件相对运动的自由度，所以检验时起升缸在其行程范围内任何位置均可完成动作。该起重系统经门架检验未发现干涉及卡滞问题，验证了设计的正确性。
    （2）整机检验
    将改进后的门架与车体组装到一起后，进行2节门架全自由起重系统落地状态、全自由起升状态和最大起升状态检验。检验结果如下：起重系统落地全高3501mm，全自由起升高度1505mm、最大起升高度3011mm，符合设计要求。
    （3）强度检验
    根据试验标准，我们对门架进行了强度检验，检验方法有2项：一是叉车在标准起升高度和标准载荷中心距时，其实际起重质量是否符合设计数据；二是叉车在最人起升高度时，其实际起重质量是否符合设计数据。
    对门架进行强度检验的方法如下：将叉车停在水平的面上，门架完全垂直，且通过锚定防止叉车倾翻。门架载荷通过独立于车辆的方式施加到各相应高度，试验过程中未出现任何可见的永久变形或损坏，门架强度完全符合设计数据。
    4．改进效果
    样机检验结果证明，改进后的2节门架全自由起重系统性能良好，满足了客户使用要求。从制成样机到目前为此配装2节门架全自由起重系统的25t叉车已销售45台，其中出日38台，为国产重型叉车批量出口开创了先河。