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文档简介

摘要叉车具有装卸和搬运功能,机动灵活,能适应多变的装卸搬运要求,普遍适用于港口、车站、货场、车间、仓库、油田及机场等处,还可以进入船舱和集装箱内进行装卸作业,除此之外,还广泛应用于军事部门和特殊防爆部门,有的车辆可无人驾驶,到人员不断接近的地方工作适用于柔性加工系统,总之,随着物流技术的不断发展和工业化水平的提高,叉车使用范围将日益扩大,成为一种产量与品种很多的装卸搬运机械。现代叉车技术发展的主要趋势是充分考虑舒适性、安全可靠性和可维护性,产品专业化、系列多样化,大量应用新技术,完善操控系统,重视节能和环保,全面提升产品的性能和品质。通过对国际国内叉车造型设计的现状分析运用工业设计的理论和方法,研究了叉车造型设计的要素及设计原则造型要求简洁明快、线条流畅,以体现车身的力度感与坚实稳重的感;色彩力求单纯,给人以轻松、愉悦的感觉,主色调以明度较高的黄色、橙色为宜;车身前后左右要求有宽大的玻璃,仪表具有良好的可读性。研究结果对叉车设计具有重要的实际指导意义。关键词叉车;门架;提升机构ABSTRACTFORKLIFTSCANDOHANDINGWORKS,ANDCANFLEXIBILITYTOADAPTTOCHANGINGOFHANDINGREQUIREMENTSANDGENERALLYAPPLICABLETOPORTS,RAILWAYSTATIONS,FREIGHTYARD,WORKSHOPS,WAREHOUSES,OILFIELDSANDTHEAIRPORTANDPLACES,ANDFORKLIFTSCOULDSTILLENTERTHECABINANDCONTAINERHANDINGOPERATIONSWITHININADDITION,FORKLIFTSAREALSEOWIDELYUSEDINMILITARYANDSPECIALEXPLOSIONPROOFSECTOR,SOMEVEHICLESWILLBEUNMANNED,THATOFFICERSSHOULDHOTWORKINPLACESCLOSETOORFORFLEXIBLEMANUFACTURINGSYSTERMINSHORT,ASTHELOGISTICSANDTECHNOLOGICALDEVELOPMENTANDTHEENHANCEMENTOFTHELEVELOFINDUSTRIALIZATION,THEUSEOFFORKLIFTSWILLBEEXPANDING,ANDITWILLBECOMEAYIELDVARIETIESWITHALOTOFMATERIALHANDINGMACHINERYTHEMAJORTRENDOFMODERNTECHNOLOGYDEVELOPMENTOFTHEFORKTRUCKISTOBEFULLYINCONSIDERATIONOFTHEFRIENDLYOPERATION,THERELIABILITY,THESAFETY,THEGOODMAINTENANCE,THESPECIALIZATION,THESERIES,ANDTHEDIVERSIFICAT,ANDTOADOPTNEWTECHNOLOGY,TOIMPROVESTEERINGSYSTEM,ANDTOFOCUSONENERGYSAVINGANDENVIRONMENTPROTECTIONINORDERTOPROMOTETHETRUCKSCAPACITYANDQUALITYBASEDONTHEANALYSISOFCURRENTSTATUSOFINTERNATIONALANDDOMESTICFORKLIFTTRUCKFORMDESIGNTHEKEYELEMENTSANDDESIGNPRINCIPLESINFORKLIFTTRUCKFORMDESIGNWASRESEARCHEDUSINGINDUSTRIMDESIGNTHEORYANDMETHODOLOGYITWASPUTFORWARDTHATTHEFORMOFFORKLIFTTRUCKSHOULDBESIMPLEANDLIVELYTLLSMOOTHLINESINORDERTOCONVEYTHESENSEOFSTRENGTHANDSTEADINESS;THECOLORSTRIVESSIMPLICITYTOMAKEPEOPLEFEELPLEASANTANDLIGHTMAINLYUSINGTONESOFYEHOWANDORANGE;THERESHOULDBEBIGASSATTHEFRONTANDBACKOFTRUCKS;THEINSTRUMENTSSHOULDBEEASYTOREADTHERESEARCHRESULTSPROVIDEDPRACTICALREFERENCEFORFORKLIFTTRUCKDESIGNKEYWORDSFORKTRUCKMAST;LIFTINGMECHANISM第1章绪论11液压叉车提升机机构设计选题的目的和意义叉车是应用十分广泛的流动式装卸搬运机械,是物料搬运机械国外称为工业车辆或地面运输车辆的一种,是实现物流机械化作业,减轻工人搬运劳动强度,提高作业效率的主要工具。叉车又名铲车、万能装卸车或自动装卸车。它是由在无轨底盘上加装专用装卸工作装置构成的。叉车具有通用性强、机动灵活、活动范围大等特点,所以它广泛用于车站、港口码头、机场、仓库以及工矿企业等部门,用来实现机械化装卸、堆垛和短距离运输,是物流系统不可缺少的机械设备。而叉车中进行装卸作业的直接工作的装置是叉车起重系统,货物的卸放、堆垛最终都是由其完成的,所以它是叉车最重要的组成部分。在我国国民经济的发展中,各行各业对叉车的需求量逐年增加。据国家权威机构研究预测,在今后几年我国叉车年需求量将超过15万台。叉车产业市场潜力巨大,发展前景广阔。12叉车研究的现状及分析121我国叉车行业发展历程和现状我国叉车工业起步于20世纪50年代末,当时主要仿制前苏联产品。从70年代后期到80年代中期,全行业先后组织了2次联合设计,各叉车生产厂纷纷引进国外先进技术,如北京叉车总厂引进日本三菱15T内燃平衡重叉车技术,大连叉车总厂引进日本三菱1040T内燃平衡重叉车和集装箱叉车技术,天津叉车总厂引进保加利亚巴尔干车辆公司12563T内燃叉车技术,杭州叉车总厂引进西德O10吨以上的叉车则采用内燃机驱动和液力传动。产品种类之繁多,技术水平之高超,令世界同行所赞叹。丰田、纳科、永恒力、小松、TCM、力至优等公司的产品技术基本处于同一水平,但各家有各家技术优势和特色。世界上著名叉车的技术特点是品种齐全,技术先进,各具特色,尤其在提高作业效率、人机工程、节能、环保及安全性等方面的技术发展非常快,追求各性化,最大限度地满足客户的需求。123国内外市场分析目前,国内外电动叉车大部分已经采用宽视野门架,起升液压缸由中间放置改为两侧放置。液压缸的放置位置有两种一种是液压缸位于门架后面;另一种是液压缸位于门架外测。CARER公司的R40/45系列电动叉车的液压缸位于门架外侧,R50/60/70系列叉车的液压缸则位于门架后面。门架一般分为标准型、两节型或三节型。国内叉车的起升高度一般在25M之间,且以3M及3M以下的居多,而国外电动叉车的起升高度一般在26M之间,由于仓库的立体化程度高,因此起升高度3M以上。与预测全球约有250家叉车生产企业,年生产量保持在50万台左右。由于竞争的加剧,同20世纪80年代比,世界叉车工业出现了销售额增长而利润减少的反常现象。一方面,为降低成本,叉车巨头纷纷在发展中国家建厂。例如,在中国建有厦门林德、安徽TCM、北京汉拿、湖南德士达、烟台大宇重工、上海海斯特等。这些公司把具有世界20世纪90年代中期先进的产品和技术带到国内,促进了我国叉车技术的快速发展,同时对国内市场也造成了很大的冲击。另一方面,随着市场经济的发展,物流技术在经济发展中的地位与作用越来越明显,叉车普及率越来越高,已从过去单一的港口码头进入到国民经济的各行各业。目前我国叉车的保有量约18万台,实际年潜在需求量约10万台,而实际年销售量仅3万台左右,可见中国的叉车市场是巨大的。随着人们对环境污染危害的深刻认识,环保已成为世界共同关注的焦点,因此,环保型叉车将成为市场主流;其次,自动仓储系统、大型超市的纷纷建立,刺激了对室内搬运机械需求的增长,高性能电动叉车、前移式叉车、窄巷道叉车等各类仓储机械迅速发展是未来叉车市场的又一特征;另外,全球经济一体化必将带来全球工业的国际化,使得各国间及国内贸易大幅上升。有资料表明全世界集装箱吞吐量每年以30左右的速度递增。贸易的增加将推动现代集装箱搬运与堆垛设备的高速发展。124现代叉车技术发展趋势1241产品的系列化与多样化根据美国工业车辆协会的分类法,叉车分1、2、3、4、5、6和77大类,分别为电动乘驾式叉车、电动窄巷道叉车、电动托盘搬运车、内燃平衡重式实心胎叉车、内燃平衡重式充气胎叉车、电动与内燃乘驾式拖车和越野叉车。1999年7月,美国现代物料搬运杂志评出世界20强叉车公司,其中排在前10位的公司产品种类是LINDE1、2、3、4、5和6,TOYOTA1、2、3、4、5和6,NACCO/MHG1、2、3、4和5,JUNGHEINRICH1、2、3、4和5,BTNDUSTRIES1、2、3、4和5,MITSUBSHI/CATERPILLAR1、2、3、4和5,CROWN1、2、3,KOMATSU1、2、3、4和5,NISSAN1、2、3、4和5,TCM1、4和5。另外产品品种和系列也非常齐全,如德国LINDE公司有柴油、液化石油气、电动平衡重叉车,前移式叉车,堆垛车,拣选车,侧面式叉车,电动牵引车等近110种;而我国最大的叉车制造企业安徽叉车集团生产116T15个级别80种机型400多个品种的叉车。各叉车公司皆以产品种类、系列的多样化去充分适应不同用户、不同工作对象和不同工作环境的需要,并不断推出新结构、新车型,以多品种小批量满足用户的个性化要求。1242绿色化推动叉车动力技术的发展叉车分内燃叉车和电动叉车。内燃叉车以发动机为动力,功率强劲,使用范围广,缺点是排气和噪声污染环境,有害人类健康。环保要求推动了动力技术的更新TCM于20世纪70年代更新了358T柴油叉车,将预热燃烧室改为直喷式,省油1720;80年代初PERKINS发动机推出扁唇式燃烧系柴油机,省油78;80年代中期德国DEUTE公司开发出F913型叉车专用柴油机,省油60,而瑞典推出柴油机蓄电池混合动力叉车;90年代液化石油气LPG叉车、压缩天然气CNG叉车、丙烷叉车等低公害叉车面市,且发展势头强劲。电动叉车具有能量转换效率高、无废气排放、噪声小等突出优点,是室内物料搬运的首选工具,但其受蓄电池容量限制,功率小,作业时间短。目前国内外均在不断改进铅酸蓄电池技术,通过提高材料纯度等使其在复充电次数、容量和电效率方面有了很大提高。由于技术的进步,电动叉车现已突破只能用于小吨位作业的局限性。目前国际上电动叉车的产量已占叉车总量的40国内为1015,在德国、意大利等一些西欧国家电动叉车比例高达65。未来叉车将广泛采用电子燃烧喷射和共轨技术。发动机尾气催化、净化技术的发展将有效降低有害气体和微粒的排放。LPG、CNG等燃料叉车及混合动力叉车将进一步发展。新型蓄电池燃料电池在各大公司的共同努力下,将克服价格方面的劣势,批量进入市场。目前全球汽车巨人正联合致力于电动汽车的研究,电动汽车的动力、传动、控制、安全等技术在叉车上的应用,将会使电动叉车整机性能有一个质的变化。1243节能和机电一体化高新技术的应用微电子技术、传感技术、信息处理技术的发展和应用,对提高叉车业整体水平,实现复合功能,以及保证整机及系统的安全性、控制性和自动化水平的作用将更加明显,使电子与机械、电子与液压的结合更加密切。未来叉车的发展在于其电子技术的应用水平。实现以微处理器为核心的机电液一体化是未来叉车控制系统发展的主方向,即以微处理器为核心,控制由局部控制向网络化方向发展,使整车保持最佳工作状态,实现叉车的智能化作业。对于电动车辆,传统的电阻调速控制器已被淘汰,而新型MSFET晶体管因其门极驱动电流小,并联控制特性好且有软、硬件自动保护和硬件自诊断功能等优点,得到广泛采用。串励和他励控制器仍是市场的主导产品,交流控制技术则处于起步阶段。随着交流调速控制系统成本的降低与闭式交流电机技术的成熟,交流电机叉车将会因其功率大、维护性能好而取代直流电机叉车。采用电子转向系统与动力转向比可节能25,它可根据叉车使用工况,适时控制电机转速,是叉车节能降噪的有效措施。另外,MOSFET晶体管比电阻式调速可节能20,释放式再生制动可节能5,采用液压电机控制器和负载势能回收技术可分别节能20和5。第2章液压叉车提升机构设计总述21门架简介及设计要求门架是叉车工作装置的重要组成部分,是叉车最富有特色的部件。它负责货物的起升及相应的装卸、堆垛动作,并对叉车的整机性能有极大的影响。最常见的叉车门架是由内、外两节组成。内外门架各有两根立柱,立柱是门架承载的主要构件,又是叉架或内门架作升降运动的导轨。左右立柱之间连以横梁,构成形或各种封闭形状的框架图21。外门架的立柱多数为槽形截面,内门架立柱的截面型式较多,有槽形、工字形和其他异形形状。立柱截面的周边都不封闭,杆件的长度远大于截面的高度和厚度,因此,它们属于力学上的开口薄壁杆范畴。(A)内门架(B)外门架图21门架结构简图1立柱2横梁叉车的内、外门架里、外嵌套,用起升油缸使内架可在外架内移动,成为可伸缩的构造。这是它的构造特点。加工要求,门架布置在车的前方,在前轴前边,这是它在布置或位置上的特点。内架、外架和叉架都是用型钢焊成的平面框架,它们与起升油缸和链滑轮组和重量占了工作装置总重的绝大部分,且集中在位于前轴外边的门架平面内,因而是影响叉车抵抗向前翻倒的能力的不利因素。由于门架在前,司机在后,因此组成门架系统的多数构件及起升油缸和链油轮组都会挡住司机的视线。在设计时,就要尽力去减小这些不利影响,为此必须注意两点一是在保证工作装置能正常工作的前提下,要尽可能地将它布置得靠近前轴;二是在考虑司机视野问题时,要保证在叉车无载行驶下,司机能看见货叉叉尖,同时应力求在货叉由地面升起至顶端的整个过程中,司机都能很好地观察货叉上货物的情况。22门架系统的运动与安装关系门架系统的运动与安装关系(图22)是货叉挂在叉架横梁上;叉架受起升链条的牵引,并以其纵、侧向滚轮为“车轮”,以内门架为“活动导轨”作升降运动;内门架则受起升液压缸的顶推,也以其纵、侧向滚轮为“车轮”,以外门架2为“固定导轨”而升降;外门架的下铰坐铰接在驱动桥壳或车架上,中部靠两个并列的倾斜液压缸来实现整个门架系统的前、后倾动作。起升液压缸分成两个,下端以半球面支承在外门架后侧,中部受外门架“扶持”,上端顶在一个浮动横梁上,自由提升结束后即与内门架上横梁重叠。起升链条的一端固定在起升液压缸筒上(相当于固定在外门架上),中部绕过固定在浮动横梁上的链轮后,另一端挂住叉架。图22门架示意图门架部分参数见下表表2118T液压叉车门架主要性能参数额定起重量LOADCAPACITYKG1800特性载荷中心距LOADCENTERMM500标准二级门架额定起重时最大货叉高度MM3000货叉架ISO标准型级货叉厚度TMM40货叉宽度WMM120货叉长度LMM1000货叉间距范围最小最大MINMAXMM200920尺寸门架前后倾角前倾/后倾F/RDEG6/10最大行驶速度(无载)KM/H11速度起升速度(满载)MM/S220第3章货叉的设计计算31货叉基本参数和尺寸的确定货叉的主要尺寸有货叉水平段长度;货叉垂直段高度;货叉断面尺寸LHAB为货叉厚度,为货叉宽度等(图31)。AB图31货叉的结构和尺寸货叉尺寸主要取决于起重量Q、载荷中心距C,根据选题,已知起重量Q18吨,按ISO/DIS121479标准规定,载荷中心距离为C500MM,再由ISO/DIS232681和ISO238277标准,查出货叉的基本参数和尺寸为货叉长度;10LM货叉垂直高度;52H货叉断面尺寸;24AB货叉两铰支点中心距;9D货叉外伸距;76E据机械设计手册选择材料为40CR钢,热处理工艺选用调质处理40CR钢屈服强度。539MPAS32货叉的计算简图货叉和叉架的联接形式不同,其制支承类型有所不同,按照ISO232877标准规定,18吨叉车货叉和叉架的联接形式为挂钩型。挂钩型联接,上支承可简化为活动铰支座。按照这种简化,货叉可看作一次超静定刚架(图32)。与此同时,考虑到挂钩型货叉上部的挂钩处有安装间隙,并非绝对不能转动,照此分析,货叉又可简化为支承在两个铰接支座上的静定刚架(图33)。图32超静定刚架计算简图图33静定刚架计算简图这两种计算简图,在集中载荷P力作用下,货叉的危险截面均在支座A以下的垂直段,其应力状态相同,强度相等。但货叉垂直段的受力情况不同,导致变形不同。由于静定刚架水平段的变形量大于静定刚架水平段的变形量。为偏于安全起见,货叉的强度和刚度均按静定刚架进行计算。33货叉的强度验算(A)BCD图34货叉强度验算计算简图从货叉所受的集中载荷P力作用的内力图图34来看,水平段受弯矩和剪力,垂直段受弯矩和拉力,危险截面支座A以下垂直段的最大正应力为(式3MAX23CB1)式中P货叉的计算载荷,N;C标准载荷中心距,MM;A货叉厚度;MM;B货叉截面宽度,MM。331计算载荷P的确定(式312QK2)式中Q起重量,Q18T17640NK1动载荷系数,由文献1推荐,取K112;K2偏载荷系数,由文献1推荐,取K213由此得出7640315922PN332安全系数N的确定安全系数的选取,与货叉的计算载荷大小、动载荷系数和偏载荷系数的选取密切相关。如果计算载荷比较准确,安全系数可以取较小数值。否则,安全系数应取较大数值。强度计算时,安全系数应满足以下条件【2】35SN其中N强度安全系数;材料屈服极限;S危险截面处应力(即最大正应力);注与单位相同。S此次设计选择安全系数为N3。333计算最大正应力(式33)539176SMPAN334强度验算把数据代入式31,得出MAX2359041P因为,所以货叉满足强度条件。AX796PA34货叉的刚度校核货叉的刚度通常校核叉尖处的静挠度,即以额定载荷之半作为计算载荷(),按等截面静定刚架来计算又尖处的挠度,计算方法用简便的弯矩图乘法12QP(图35)。(A)计算图(B)MP弯矩图(C)弯矩图M图35货叉叉尖挠度计算图由此可得叉尖的挠度(式34)13626EPCLFCEDJ式中货叉的截面惯性矩,;312AB4CM货叉的弹性模量,;E2/N货叉的额定截荷,12QPN代人数据,得出7640510315672409128FCME叉尖的许用挠度为(式3105LFCM5)由于,所以货叉满足刚度条件。42FFE35货叉挂钩形式的确定叉车货叉上的挂钩与货叉的联接形式,通常有整体式和非整体式两种。非整体形式的联接方法,又有焊接和螺栓联接等形式。由于焊接形式货叉制造容易,安装拆卸方便,所以,货叉与挂钩的联接多采用非整体的焊接形式。36货叉与挂钩焊接强度验算挂钩尺寸根据ISO232877标准规定,Z175MM,M31MM,S50MM,KH5MM,B120MM,G36MM(图36)。图36挂钩尺寸与焊接强度验算挂钩的水平段受弯矩和拉力,垂直段受弯矩。根据起重机焊接强度的计算规范,由拉伸应力和剪切应力所组成的复合应力,按等效应力来进行计算,其1CP计算公式为(式222144CPFPHD36)式中挂钩所受的水平力,N;F焊缝总长度,CM;D所受垂直力,N。P代入数据,得出221036259BGHM3759417840ACZFND则2221183594410590CPMPA货叉与挂钩焊接的焊条选用TB132,焊条的抗拉强度,焊条的490B许用应力490163BMPAN由于28CPA所以,货叉与挂钩满足焊接强度条件。第4章叉架的设计计算图41叉架受力图如图41所示,叉架一般按简支梁计算其上横梁悬壁根部AA截面处的应力(MPA),其计算式为2266PYXPFLMHBFLWBH(式41)式中L货叉最外悬挂点到叉架上横梁臂端根部的距离,MM;H叉架上横梁悬壁端根部截面净高度,MM;B叉架上横梁悬壁端根部截面净宽度,MM,BM31MM;FP垂直载荷,N。FP9800Q/2,即额定起重量的一半;F纵向载荷,N。FFPM/H2,见表41,MCA05B,A为货叉厚度,HC为载荷中心距,C500MM。表41货叉安装尺寸H2起重量/T0507512527547556H2/MM307383478599取H120MM、H2383MM、L200MM,知A40MM、B31MM、C500MM代入式41中,得98010PFN54535M22794801631567MPA由第三章知79MPA而此处1561796PA所以叉架满足要求。叉架的其它部分为超静定的框架结构,强度与刚度较大,不必计算校核。第5章液压叉车门架的设计计算51门架系统的构造原理图51为门架结构简图,内门架1和外门架2都是由两根柱和一个或两个端梁焊成的框架。内架仅有一个上端梁,下部有一个很弱的横系杆。外架有上端梁及下端梁,为不妨碍内架,上端梁放在立柱顶端后翼缘后边。中部由横梁加强,其两侧伸出有联接倾斜油缸的铰轴。左右立柱异型槽钢,其开口相对。叉架和内架上的各滚轮组分别安放在内架和外架立柱的槽内,滚轮组构成叉架,内架和外架相互之间的活动联系,起传力和保证有正确动力的导向作用。起升链滑轮组包含两套对称布置的起升链和动,滑轮座固定在内架上梁。起升油缸的上、下支座的支承分别固定在内架上梁和外加下梁上,为保证安置在期间的起升油缸受纯压力,支座的支承表面常为球面。链的一端固定在外架的下梁或立柱上,另一端与叉架相连接。图51叉车门架结构1内门架2外门架3叉架4货叉5货物6导向滚轮7倾斜油缸52门架强度的计算状态本设计选择门架材料为16MN,其剪切弹性模量为G84105KG/CM2,弹性模量为E21106KG/CM2。抗拉、抗压,抗剪,20/KGCM140/KGCM屈服点。350/SKGCM叉车起升的货物重量和叉架、货叉自重都是通过叉架滚轮和门架滚轮以集中力的形式作用在门架上的。当叉车满载、货叉起升到最大高度、门架前倾最大角度时,门架受力最大图52。在与门架垂直的平面内,取叉架为自由体,即可求出内门架对又架滚轮的反压力PL、P2。(式510011221COSINCOSINKPQABGABSAHSGK1)式中Q额定起重量,KG;G1货叉和叉架的自重,KG;S链条总拉力,KG;门架最大前倾角,度;K动力载荷系数,KK1(动力系数)K2(货物偏载系数)。图52门架载荷作用图其中Q1800KG、G1250KG、H2370MM、1260AM065AM、K12。130BM038B4代入式51得到251260SKG118065COS1803SIN62224037569PKG21805SIN64从以上计算中可以看出,链条拉力S对滚轮中心产生的力矩,有助于减小滚轮压力,从而减小门架所受的载荷。在一般情况下,链条拉力产生的力矩SA2数值上可达货物重量力矩的1/101/9。当门架前倾最大角度时,滚轮最大压力6比门架直立时约增加10左右。由于链条拉力和门架前倾对滚轮压力所起的、数值上近乎相等的减载和增载作用,为了使计算简化,将其略去不计,按门架直立状态进行计算。53计算滚轮压力(图53)门架直立时,由此内门架滚轮0压力为(式1201865203746KPQAGHKG52)知H1480MM,H2370MM外门架滚轮压力为(式521078549G3)图53门架滚轮压力计算图54门架立柱截面几何性质此叉车内外门架立柱的截面尺寸相同,在计算开口薄壁杆件受弯扭综合作用时,除了一般的截面几何性质以外静矩、惯性矩、抗弯模量等,还要计算一些与截面翘曲有关的附加截面几何特性。(A)立柱截面(B)扇性坐标C扇性静矩图54门架立柱截面几何性质图54(A)为门架立柱截面图,54(A)为扇性坐标图,54(A)为扇性静矩图。此次设计起重量为18T,根据机械课程设计简明手册选择槽钢型号为16A,其相应截面尺寸分别为H152CM、T114CM、T218CM、B52CM,各参数值见表51。表51门架立柱截面结构尺寸及几何特性名称符号单位量值截面面积FCM23244形心X0CM119弯曲中心XACM188截面惯性矩JXCM4149098JYCM410953截面抗弯模量WXCM317541WYCM32731纯抗扭惯性矩JKCM43942扇性惯性矩JCM6444507约束扭转特性KCM1006静矩SMAXCM412723参数计算如下截面面积212214852521834TFBHTCM形心位置2210221441915854TXCBTHT0YCM弯心位置22133518186146ABTXCMH0YC线性截面惯性矩(截面惯性矩)3232414151851908XTHBTJC2321020234618555918196103YTBTXCM线性抗弯截面模量(截面抗弯模量)321490875415XXJWCMHT3032YYB纯抗扭惯性矩33122133412358581492KTJHTCM扇性惯性矩2226351851849018407AXABXHTJJCM静矩22A1MAX2481558154273HBTXHTSC约束扭转特性5168103942067KGJCME由于WY和WX比值约为1557,大于15,所以此门架平面内载荷不必进行计算。55内门架强度计算551门架立柱断面翼缘厚度校核根据局部弯曲应力计算公式(式52306PS局部3)得到(式5306PS4)式中材料屈服极限,16MN钢的3500KG/CM2;SSP滚轮压力,PP1P2204647KG。所以得到3064735M由于134MM90。743油泵功率及电机选择1油泵的驱动功率(式73)10PNVPQ式中泵的实际最大工作压力,140MPA;PPP泵的额定流量,;N310365/NQCMS泵的机械效率,取。8所以6614051092583PNVPWK2选择油泵电机据油泵额定转速及所需驱动功率,选择Z4112415MIN工作制【4】。参数见表73。表73Z41124型油泵电机参数名称符号量值单位额定功率P55KW额定电压V160V额定电流I427A转速最高N3000/4000R/MIN效率835飞轮矩J08质量M60KG选用的油泵电机采用5MIN工作制,故折算成后功率,故该电机满足油泵工作需要。51953PKW75油箱的设计本课题选开式油箱,设计问题油箱的容量及液面、隔板高度;滤油器、箱底坡度选择;是否采用加强筋增加刚性以便承载液压泵或其他液压件;密封装置的选取,是否用热交换器及其安装位置的布置等。具体要求如下1油箱一般用254MM钢板焊成,尺寸高大的油箱要加焊角铁和肋板以增加刚度。叉车要在油箱上放置电动机,液压泵等其他液压件,故其厚度要增加。2油箱应有足够容量,以满足散热要求,同时注意到1)在系统工作时油面必须保持足够高度,以防液压泵吸空;2)系统停止时由于油液全返回油箱,不至于造成油液溢出油箱,通常油箱容量可按照液压泵26MIN的流量估计,油箱液面高度要小于80,并用油位计观察。油箱有效容积应为泵每分钟流量的23以上,设泵每分钟流量为是大值306L/MIN,则油箱的有效容量为V30628858L。3油箱底设计一定坡度以方便放油,箱底与地面有一定距离,(离安装底面150MM以上以便散热和搬移),最低处应装放油阀。4安装热交换器时,还要考虑安装位置,还可以装油温计测油温。5箱壁要涂防锈涂料油箱设计示意图图73油箱装配图76压力损失的计算管道中的压力损失是指粘性液体在管道内流动时,都要受到与流动方向相反的流体阻力,消耗的能量将以压力降的形式反映出来,故产生压力损失(或水头损失)。表现为局部压力损失与沿程压力损失之和。又因为柱塞上升时,柱塞与密封环之间的相对滑动也产生摩擦阻力损失(式7121509168444LKLPDDA摩擦4)式中起升油缸柱塞直径,CM;LD密封环与柱塞接触器长度,CM;K密封填料单位工作表面上摩擦力,常取K1KG/CM2。761沿程压力损失(圆管)据达西公式2LVPDA(式75)式中沿程阻力系数;L圆管的沿程长度,取管总长L3M;D圆管内径,D15MM0015M;V管内平均流速,取V3M/S。分析1行走机械为紊流且光滑管,则沿程阻力系数为据,此时选取(式70253164ER5301ER30ER6)2查机械设计手册中(液压工程手册单行本)第644页表23102可知矿物质液压油的密度范围为850960KG/M3,据机械设计课程设计手册第二页表15选取液压油密度为920KG/M3092G/CM3。综上得到231/PKGCMA762局部压力损失据公式2VPA(式77)式中为总的局部阻力系数,考虑起升油缸工作,则有单向阀,溢流阀,换向阀,起升缸的节流阀等均存在局部压力损失。查表知局部阻力取15、弯头处取029(弯头较多,设计弯头20个)、入口阻力系数05、出口阻力系数2。得(式7154052901388)所以257/PKGCMA最后得到(式79)21109357210/PKGCMA摩擦763液压系统调节压力(式7212/PPC10)故选用的满足要求。240/KGCM77节流阀的选择节流阀性能要求流量调节范围大,流量压差变化平滑、内漏量小,对外的泄漏口也应小、压力损失小调节力矩小,动作灵敏。性能特性分析还要考虑流量稳定性、动态特性等(包括前后压差及刚性),叉车设计时采用MK单向节流阀771节流阀的结构图74单向节流阀772节流阀能通过的流量最大起升速度满载V升为300400MM/S0304M/S即为1824M/MIN,根据起升速度的范围计算空载下降初定V24M/MIN(式711)226347/MIN4DVQL满载下降初定V18M/MIN22185/I773压力1空载下降(后缸下降)时,解得(式722231837/6094NPKGCMD12)式中N参照同类产品,粗估为3188KG同理计算得(前缸下降)时P65KG/CM2。(2)满载下降(后缸下降)时P424P65KG/CM2(前缸下降)时P414P65KG/CM2774节流孔两端的压力差空载下降孔A11371012125KG/CM2满载下降孔B42410123228KG/CM2注解后缸空载下降时压力P1137KG/CM2后缸满载下降时压力P424KG/CM2775节流口通流面积本节流阀采用薄壁小孔,查机械设计手册中(液压工程手册单行本)查得085QCFPA(式713)式中C流量系数,C07;F节流孔通流面积,CM2;节流孔前后压差(即损失),KG/CM2;PA利用此公式反求通流面积1空载下降(式714)2741086085AFM2满载下降659432,BF776节流的直径查新编液压工程手册设计手册表23720中节流阀的通径及流量表(1)空载下降A口直径(式7108269104ADFM15)(2)满载下降B口直径543BF777确定弹簧刚度1空载下降此时调节阀由于左右压力差的作用,把主阀芯压住。只通过A口回流,但主阀芯不动,即弹簧的压紧力与油压差对阀作用的力平衡。2满载下降起升油缸油压增高,调节阀左右压力差也随之升高,主阀开始克服弹簧力向左移动,关闭主阀座上的下孔,仅由小孔B回油,孔C直径为12MM因此弹簧位移12MM参照同类产品选择弹簧刚度K8KG/CM2。第8章倾斜机构设计81倾斜机构简介门架倾斜机构是利用倾斜油缸的伸缩运动,使门架绕下部铰点前倾或后倾,达到货叉从水平位置向前或后倾斜一个角度,在可移式叉车和侧面式叉车上门架需沿导轨移动。门架倾角是指无载的叉车在坚实平坦的地面上,门架相对其垂直位置向前或向后倾斜的最大角度门架前倾角的作用是为便于叉取和卸放货物。后倾角的作用是当叉车带载行驶时,防止货物从货叉上滑落,增加叉车行使的纵向稳定性。门架前倾角一般不小于叉车在水平地面上叉卸卸货物时的最小前倾角与仓库地面的正常坡度角之和。增加门架后倾角,有利于提高叉车的纵向稳定性,但后角加大往往受到叉车结的限制,门架倾角还与轮胎的类型有关。叉车叉货时,后轮负荷大,前轮负荷小,前后轮胎变形量不同,将使门架的前倾角减小。叉车满载行驶时,前轮负荷大,后轮负荷小,将使门架的实际后倾角减小。为此,对于充气轮胎的叉车,门架的前后倾角都应适当加大。倾斜油缸为双作用活塞式油缸,正确的调整活塞杆的长度,可以保证门架的前后倾角符合工作要求,且倾斜油缸的同侧油缸腔连通,保证两个倾斜油缸协同动作。82倾斜机构设计工况门架倾斜机构的计算主要是确定倾斜油缸的最大拉力和行程,计算倾斜油缸的的相关尺寸参数,计算缸壁、缸底厚度,并对活塞杆强度、稳定性进行计算与校核。工况18T的货物上升至最高位置,且达到MAX,超载系数11。已知参数门架前后倾角为6/12;门架离地间隙100MM;门架离铰点160MM。1倾斜油缸布置在门架两侧,分别与车架及外门架铰接。2倾斜油缸型式及数目双作用活塞杆式,2个。3倾斜油缸行程及长度作图法求解。倾斜油缸工作工况如图所示图81倾斜油缸工作工况示意图83倾斜油缸的布置方案两个倾斜油缸,直接布置在门架两侧,不但可使结构简化布置方便,在很大范围内减少倾斜油缸的受力和行程,从而减少油缸尺寸,更能降低生产成本。84倾斜机构设计841倾斜油缸受力分析及负荷计算数值Q1800111980KGG1货叉,滑架重量,250KGG2起升油缸等重量,100KGG3外门架重,120KGG4柱塞重,15KG门架升至最大高度时,货物重心至门架铰点之距30001001605003240MM考虑倾角可知L3240/093600MM;门架升至最大高度时,货叉,滑架重心至门架铰点之距L13288MM门架升至最大高度时,起升油缸及内门架起重链等重心高L22220MM门架升至最大高度时,外门架重心高L31000MM门架升至最大高度时,柱塞重心高L4455MM货物重心与门架中心线之距_500150650MML货叉,滑架与门架中心线之距1_440270170MM图82门架受力分析计算示意图对图中O点取矩,求倾斜油缸的轴拉力RLGRLRLGRLLGRLLQTSINSI3SINCOSSINCOSSIN4221KGRR386SI54SI1022016CO170060375结构上采用两只油缸,则单只油缸承受轴拉力T单T/21933KG842倾斜油缸缸径,活塞杆直径计算1采用双作用油缸,当油进入有杆腔时,活塞杆受力386T192KG单(式81)选择活塞杆往复运动速度比由,得到(式8215DID22215760DD2)所以(式82T764PD单3)式中P液压系统压力。由起升油缸选用100KG/CM2;油缸机械效率,用耐油橡胶密封,取095;D缸内径,CM。则有2241936P805TDM单(式84)结合D276D2298CM2,推出D546CM、D197CM。查液压传动实用手册,表2314,2315可知D为40,50,63等;D为18,22,25等,故最终选择D为63CM、D为22CM(按速比115系列)。2验算(式822T76409510507KG193PD校5)则符合要求。843油缸行程计算在确定倾斜油缸与门架的连接点和门架的前后倾角的条件下,可用作图法求得倾斜油缸活塞的行程,拉力和行程确定之后,可设计倾斜油缸,考虑液压系统。BDFEO402408ACR39MA图83倾斜油缸行程分析为了计算方便,引入C和C(作为A和A旋转一定角度后的另一种状态)求行程H。1求BA在COA中;(式82804408OAOM6)在中(式8COA80ARCSIN13ACOA7)则9537D在AOE中SIN24052401656AOM同理10COBADE所以得26593M2求R由(式88)90ARCSIN769IBAOEAD得SIN39758ROBM3求BA由(式89)2A672DCOA40SIN401950AFDM25138BF得1697AB综上可得活塞杆行程为493MM417MM76MM。844油缸作用时间计算(从后倾12到前倾6)油泵流量的选择一般据起升油缸的要求来决定,至于能否满足倾斜油缸的工作需要,要按门架前倾最大角度时启用的时间来校核,时间一般规定在(152S)内,据门架由垂直位置到前倾位置所需时间为(式810)22376104465890VSDTSQ式中S门架前倾最大角度时活塞行程,作图法求得S76MM76CM;Q油泵的额定流量(L/MIN)暂取为起升油缸的流量Q258L/MIN;V油泵的容积效率,取为09;P实际倾斜油缸活塞推出的压力(根据所选的换向阀要求小于14MPA)。则2D4TP推(式811)137560SIN5COS160328SIN170COS98921IN5435KG推所以2647928TG推单285/30PCM起升油缸公称压力100MPA,故是满足要求的。89104MPA当P895KG/CM2时,实际流量为231L/MIN;对应的实际油缸作用时间T068S综上油缸作用时间不在(152S)内,所以为了弥补这一弊端在油缸的各进油管路中装有回油节流阀以减慢油缸的动作速度。845稳定性校核根据力矩平衡,列出下式0COSSIN14321LGQLGLGQ(式812)上述方程各项除COS得(式813)11234TAN75601737560820154L898向后倾斜参看工程力学347页,压杆稳定性校核计算步骤,1)根据压杆支承情况及相关尺寸求出压杆的柔度(长细比);2)根据压杆材料求出2和1;3)由值确定压杆类型,并选用适当的公式求出临界力或临界应力;4)按压杆稳定条件计算。上式所求结果含负号表示此时油缸后倾898时才开始进入受压工况,在门架后倾最大角12活塞杆受压最厉害。活塞杆受压最大时计算油缸的长细比(采用两端铰支1,据Q235钢的E200GPA,P200MPA)据公式据经验公式Q235钢的A304;B11231201(式824562SAB14)再据公式和IIA217418963LT式中,焊缝外径76CM满足,即。210故此时油缸的活塞杆属于短杆,不存在失稳计算与校核,稳定性计算略去。846油缸壁厚的计算(式8683062YPDCM15)式中PY液压系统最大工作压力的12倍,为PY14012168KG/CM2;D油缸内径,D63CM;缸体材料的许用应力20号无缝钢,B4000KG/CM2;N安全系数,N5。故4000/5800KG/CM2。选用油缸壁厚,故壁厚强度满足。(焊缝外径76CM)7635M综合以上,设计的倾斜油缸缸体的零件图为图84倾斜油缸缸体零件图847活塞杆强度计算由于活塞杆受压时不存在稳定性计算,则活塞杆计算主要为拉、压强度破坏。则(式816)MAX24TD杆MAX4TD杆式中TMAX取受压时最大压力T推2648KG;。(式8260/3BKGCMN17)注45号钢,N取3。2/B所以得到,则选用D22CM强度足够。4268190DCM848缸体螺纹连接计算螺纹处拉应力(式818)2221145934/07864KPKGCMDD(式822331810/019)式中K螺纹预紧力系数,通常取K12525(此时暂取145);P拉力1933KG;D缸内径63MM;D1螺纹内径7188MM;D0螺纹直径8MM;K1螺纹内摩擦系数012。故合成应力为(式822223943105/NKGCM20)由知螺纹处强度足够。N849缸底厚度及缸底的焊缝强度计算1缸底厚度(式821)22140050584PDCM式中D2缸底内径,MM;P液压系统最大压力,P140KG/CM2;许用拉力,因为20号钢的4000,N取4,故有1000BNBKG/CM2。结构上要求缸底厚度要超过7MM才可,故满足要求。2缸体和缸底焊缝强度计算焊缝应力(式822246418/07858074PKGCMDD22)式中P油缸推力2648KG;焊接效率(一般不高),取为07;D1焊缝外径,为76CM;D2焊缝内径,为68CM。最终设计出的倾斜油缸装配图示总结本设计工作是针对黑龙江工程学院机械设计制造及其自动化专业所进行的毕业设计,对叉车的起升系统进行整体设计,并用AUTOCAD进行绘图。在此过程中,首先我阅读了大量有关叉车的书籍,对其工作原理有了深入了解,然后对国内外叉车的现状及发展趋势有了一定的了解,从而明确本设计的意义。在设计的过程中,从刚开始的困惑到现在的产品出图,我学到了很多书本上学不到的知识,同时积累了丰富的设计经验。根据本设计任务书的要求,主要完成了如下工作在设计初步阶段,我根据陆值的叉车技术、陶元芳的叉车构造与设计以及大量的相关参考资料对野战叉车参数进行了一些变化,然后和民用叉车设计条件进行比较,最后制定了本次设计的参数。在设计阶段,首先制定系统设计步骤,再根据自己设定的参数,计算了叉车门架滚轮所受的压力,然后根据压力计算内门架和外门架的强度,进而选取内门架和外门架的材料,最后绘制系统的液压原理图,同时对液压缸的整体结构和尺寸进行设计,并设计了各自的安装方式。在整体设计完成后,再用AUTOCAD软件进行三视图绘制。参考资料1武汉水运工程学院装卸拖动车辆编写组编装卸搬运车辆人民交通出版社19862陶元芳,

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