平衡重式叉车工作装置 【三维图+全套CAD图纸 原创作品】
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平衡
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本设计包括“三维模型+二维图+液压原理图+论文+外文翻译+ PPT+仿真动画”
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更多资料， 平衡重式叉车工作装置设计及仿真 【本套资料包括： 7 张 纸，三维模型，仿真动画，答辩 明书，外文翻译】图 书 分类号： 密 级： 更多资料， 摘要 随着现代物流产业的迅猛发展，叉车作为一种现代化的物流搬运工具越来越受到市场的欢迎。平衡重式电动叉车更是凭借其操作简单，灵活，大大降低了操作人员的劳动强度而饱受消费者的青睐。 平衡重式电动叉车是通过电信号来实现对转向系统，加速系统，液压系统和刹车系统的控制，这种机电一体化的设计降低了操作人员的疲劳强度。此外相比较市场上大多数的内燃式叉车，电动叉车更是凭借其无尾气排放噪音低等优点占据绝对的市场优势，对环境保护和可持续发展有重要意义。 本课题主要对传统叉车的工作装置及其液压系统进行设计。首先，对液压系统进行设计，主要问题有防止货叉在重力的作用下自动下滑，使其更加安全可靠，降低意外事故的发生。其次，计算货叉的主要尺寸，运用 建立三维模型。通过计算机仿真技术对平衡重式电动叉车的工作装置进行虚拟仿真。最后，根据之前建立的 三维模型进行运动机构的仿真研究，发现设计中的一些不足和缺失并加以改正和完善，提高产品的质量，确保设计出 来的产品能够满足任务需求和市场要求，保证产品的可靠性。 关键词 电动叉车；工作装置；货叉； 三维建模；仿真 更多资料， I of as a by is by of of is to on to of is by of of PS to it E 3D E we of a of to to to 多资料， 目 录 摘要 . I . 1 绪论 . 1 题的背景 . 1 题研究的目的和意义 . 1 题研究的主要内容 . 1 2 总体设计 . 3 车的主要技术参数 . 3 车电机及蓄电池的选择 . 3 走电机的选择 . 3 电池的选择 . 4 车自重估算 . 5 车总体性能计算 . 6 引计算 . 6 定性计算 . 7 3 叉车工作装置液压系统设计 . 10 作装置液压系统 . 10 升装置液压系统 . 10 斜装置液压系统 . 10 压系统主要数据计算 . 11 升液压系统数据计算 . 11 斜液压系统数据计算 . 13 作压力的确定 . 14 压系统原理图的设计 . 14 升液压系统设计 . 15 斜 液压系统设计 . 15 向控制回路设计 . 15 油方式 . 16 压系统原理图 . 16 4 叉车门架系统设计 . 18 车货叉设计 . 18 叉的主要结构参数 . 18 叉的强度校核 . 18 更多资料， I 架的设计计算 . 20 架的设计 . 21 架系统的结构原理 . 21 架强度计算 . 22 轮压力计算 . 23 门架强度计算 . 23 门架强度计算 . 26 5 货叉 三维建模与仿真 . 29 简介 . 29 三维建模 . 29 叉的建模 . 29 架的建模 . 29 门架的建模 . 30 架、内门架等其他零部件的建模 . 31 整机装配及爆炸图 . 32 6 叉车的运动仿真 . 34 型建立 . 34 动机伺服机构的设置 . 36 构分析仿真动画演示 . 36 结论 . 39 致谢 . 40 参考文献 . 41 更多资料， 1 绪论 题的背景 步入二十一世纪以来，随 着现代物流工业的迅猛发展，叉车作为现代物流搬运不可缺少的搬运工具被普遍的运用于机场、车站、口岸、货站、货仓等物流流通交流中心。 2008年之前我国叉车工业更是持续几年以年均百分之二十五的速度迅猛增长。中国叉车消费市场更是一度迅猛发展，成为仅次于美国的全球第二大叉车市场。然而，随着 2008年全球性金融危机的冲击，国内叉车产业遭受到前所未有的打击。受这次全球性的金融危机的影响，叉车产业一度萎靡，产量与销量大幅度下降。 2010年随着国内市场的全面复苏，我国的叉车产业迎来了第二次的发展机遇。 2010年，我国实现叉车销 量（含出口） 232409台，同比增长 正式超越美国成为世界最大的叉车消费市场。随着时代的发展，机电一体的优势越来越明显，电动叉车作为凭借其操作简单，灵活等优点正在迅速的取代内燃式叉车占据市场。尤其近几年国内对环保的重视，电动叉车没有尾气排放，噪音小的特性，更是满足了绿色环保的可持续发展的需求。但由于我国叉车产业起步晚，在全球的叉车格局中仍是国外的丰田和林德遥遥邻先，尤其是电动叉车方便的关键技术仍不够成熟，缺乏竞争优势，需对电动叉车进行进一步的改善与完善。 题研究的目的和意义 近几年全球 市场每年近百万台的叉车需求使得国内外许多公司都加入到瓜分叉车这块肥肉的竞争中。由于我国叉车行业起步晚再加上国内大部分叉车制造工厂都是由上世纪的老的机械厂转行而来，缺乏世界一流的叉车生产技术，没有核心技术支持，致使我国叉车在国际市场上缺乏竞争力。步入二十一世纪以来，随着人类社会的发展，叉车设计已不仅仅只是满足搬运装卸货物等基本要求，而是对叉车整体的性能，工作的稳定性，安全可靠性以及操作环境等提出了更高的要求。国内叉车缺乏核心技术仅仅凭借较低的价格已经渐渐地失去了竞争能力。 对比内燃式叉车平衡电动叉车凭借其自身 的优势更能满足当今社会市场的需求，国内各大叉车厂家也正在积极研究设计新一代电动叉车来代替原来的内燃式叉车。本课题的意义在于改进与完善现的叉车设计技术，通过不断的创新来提升国内叉车的核心技术打破国外壁垒，获得更大的发展空间 。 题研究的主要内容 叉车工作装置设计； 叉车工作装置液压系统设计； 叉车工作装置主要对货叉、门架、叉架等零部件的设计与强度刚度校核； 更多资料， 利用 对叉车的主要零部件进行三维建模； 利用 对叉车进行仿真动画演示。 叉车总体 设计的稳定性校核； 叉车液压系统的优化设计； 叉车货叉、门架等零件的校核与建模； 叉车的三维仿真。 更多资料， 2 总体设计 叉车的总体设计是叉车设计的重要部分，其主要是对叉车的整体外形尺寸的设计及布局。主要内容包括对蓄电池，电动机的计算选型以及对叉车整体稳定性的计算校核。 车的主要技术参数 主要技术参数要求见表 2 表 2车技术参数 额定载荷 16t 整车质量 21500大起升速度（满载 /空载） 350/400mm/s 最大下载速度（满载 /空载） 400/400mm/s 最大行驶速度（满载 /空载） 28/30km/h 爬坡能力（满载 /空载） 30/40% 总宽 W 2620长 L 6395荷中心距 00高 H 3660悬距 010距 300小离地间隙 50悬距 10转弯半径 60椅高度 910轮距 905转弯半径 850架高度（收缩 H/伸出 3660/5610轮距 120角（前倾 /后倾） 5/10升距离 000节范围 7010寸（长 *宽 *厚） 1200*200*100车电机及蓄电池的选择 走电机的选择 电流形式的不同，可把电动机分为直流与交流两大类。直流串励电动机应为具有软的机械特性切经济实惠广泛适用于车辆运行中，叉车的行走电机也主要采用直流串励电动机。 行走电动机功率计算见式（ 3 6 0 01 0 0 0 0 更多资料， 式（ 式中 G 电动 叉车自重力（ N）； Q 额定起重量（ t）； f 路面滚动阻尼系数，可取 f = 最大满载行驶速度（ km/h） ； 机械传动部分的效率，可取 = 代入公式求得满载运行功率 电机预选功率计算见式（ 式（ 代入数据求得： 取功率 。 查表得电机规格为： 电池的选择 蓄电 池其实相当于能量的中间介质。蓄电池不工作时插上电源，此时蓄电池吸收能量并以化学能的形式保存；当蓄电池正常工作时，将充电时储存的能量释放出来已提供运动所需的原动力。由于其稳定的能量转化性能被广泛应用于叉车领域。 蓄电池的化学反应原理： 充放电时的化学方应式： 正极 负极 总反应式 电压和容量是蓄电池的主要参数，电动叉车由于要在较长一段时间内持续稳定的工作所以 一般采用蓄电池组作为动力来源。蓄电池组就是由多个蓄电池组合而成的，因此其的额定电压就为各蓄电池的电压之和。为了方便设计使用，我国对蓄电池组的额定电压设定了国标。一般有 24V、 482V。本课题设计的是额定载荷为 162V 的蓄电池组。 电动叉车的所有电机的工作一般都有一个电池组来提供能量，其功率计算见式（ h 1 式 （ 式中 运行电动机功率； 油泵电动机功率； W 运行电动机效率 ； p 油泵电动机效率 ； 油泵电动机的工作持续率 。 代入数据求得： 4 。 放 电2 2 4 4 2充 电2 2 2P b O P b H S O P b S O H O 放 电244充 电 2P b S O P b S O e 放 电22 4 4 2充 电4 2 2P b O H S O e P b S O H O 更多资料， 蓄电池组的容量 计算见式（ 。 （ 式中 T 单个工作循环内叉车的净工作时间； U 蓄电池组的额定电压。 代入数据求得： 375 。 根据上述蓄电池容量的计算结果，查表确定其型号为 车自重估算 叉车是由货叉、货架、门架、底盘即驾驶室等一系列零部件组成的一个整体，进行叉车重力计算时要把各部分的重力一个个相加起来，估算起来比较麻烦。经过研究讨论，本课题选取了两种方法来进行叉车自重的估算，方法如下： 方法一：由平行力系理论得式（ 01 式（ 其中 ， 。 代入上式得式（ L 式（ 式中 G 叉车自身重量； Q 额定起重量； C 载荷中心距 ； B 前悬距 ； L 轴距 。 查表 2。 方法二：通过对已有的成熟的设计成品进行统计，记录它们各自的自重与额定载荷，绘制成表 2通过表 2 与载荷 G 的二维函数曲线图 。通过曲线图找出两者间的函数表达式并进行计算。 表 2重 Q 与载荷 G 的数据统计 1 6 7 8 10 15 16 18 20 23 25 28 32 45 11 5 据上述表格中的数据画出曲线关系图，见图 2 更多资料， 图 2根据函数曲线，取坐标轴中位置较好的点组成坐标点（ Q， G），用一条直线来近似的代替实际曲线，则有式（ 8 33 1 0 式（ 相比较方案一，方案二更多的是根据已有的设计经验来进行叉车设计，这种做法计算方便快捷但不够精确，误差较大，因此本课题选择方案一进行更为准确的自重估算。 车总体性能 计算 引计算 叉车在正常工作过程中主要要克服轮胎与地面的滚动摩擦力、上下斜坡时的斜坡阻力以及由叉车自身重力所产生的惯性力。此外由于叉车在工作时所需的工作速度较低因此可以忽略叉车的空气风力阻力。 1) 滚动摩擦阻力计算见式（ co s)( f 式（ 其中由于坡度较小 1 ，则有式（ )( f 式（ 式中 f 滚动摩擦系数 ，一般取 f = 代入数据求得： 260。 坡道阻力计算见式（ i 式（ 坡度较小时 ， 令 i ， 则 有式（ ( 式（ 代入数据求得： 2600。 惯性阻力： 更多资料， 由于叉车自身重力大车速却比较低，因此用简单的旋转质量加速度系数来计算见式（ 式（ 式中 旋转质量转换系数 ， 取值为 代入数据求得： 9560。 定性计算 根据平衡重式叉车轴载的基本假设，叉车在满载工作状态下的中心位置大约在前轮中心的 l=图 2 图 2车纵向静稳定性示意简图 满载叉车联合重心高度计算见式（ 1m a x )(式（ 根据纵向静稳定实验的要求有式（ 式（ a x 式（ G (1.0 m a 式（ 代入数据就得： ，所以只需其自身重心高度小于 可满足纵向静稳定性的设计要求。 同理， i=图 2 更多资料， 图 2车纵向动稳定性示意简图 则有式（ 2m a x )(式（ 根据纵向动稳定性实验的要求有式（ G 300(式（ 代入数据求得： ，所以当叉车的重心高度小于 即可满足 叉车纵向动稳定性的设计要求。 当货物运行到最高工作位置时，在倾斜油缸的作用下门架发生倾斜会对叉车的联合重心产生较大影响。为保证叉车的横向静稳定性，在计算设计时必须要考虑门架后倾对联合重心的影响。此时 ，需要利用旋转公式求出 Q 随门架倾斜后的位置。如图 2 s i ss i s 001式（ co ss i ss i n 001式（ 上式中 ),00 示初始位置， ), 11 表示运行结束时的位置， ),( 计算过程中，叉车重心位置较小，可忽略其变化，同理可得式（ 式（ (co 式（ 22)5.0(c 式（ 代入数据求得： 。 根据横向静稳定性要求有式（ G o 式（ 更多资料， 代入数据求得： ，所以只需叉车重心高度小于 即可满 载横向静稳定性的设计需求。 图 2车横向静稳定计算 由平衡重式叉车空载轴载的基本假设可知在计算叉车横向动稳定性时，叉车自重重心位于前轮距 稳定性要求为式（ 式（ 3 5 % v 3 5 co s) 式（ 22)5.0(c 式（ 代入数据求得： 。 o s)式（ 代入数据求得： ， 即只要叉车自重重心高度小于 满足横向动稳定性设计要求。 综上所述，要求叉车能够平稳安全的工作叉车自重重心高度应取上述四个中的最小值，即叉车自重重心高度最高为 730 更多资料， 0 3 叉车工作装置液压系统设计 作装置液压系统 升装置液压系统数据参数 根据市场需求，本课题研究设计的平衡重式电动叉车 主要为满足大型集装箱的作业需求。要求叉车的额定载荷为 16t，最大起升高度 4m，初步估算叉车杆与导轨为 600大提升（下降）速度 s。叉车杆可以稳定缓慢的上下移动，能准确的控制移动位置。出于叉车使用安全因素考虑，要就其货车具有自动锁紧功能，防止应为货物过重或液压缸损坏而导致事故发生。 通过分析叉车货车的工作原理即过程，初步设计出叉车起重工作装置的示意图如图3 图 3重工作装置 12345工作原理：通过起升液压缸的上下运动带动门架的上下 移动从而驱动货叉沿门架起升下降的工作循环过程。 斜工作装置液压系统数据 叉车的最大倾斜角为 20 ，最大扭矩约为 通过分析倾斜工作原理，初步建立设计方法，如图 3 工作原理：通过倾斜液压缸的运动来驱动货叉和门架围绕门架上一支点做一定角度的旋转运动，以此来满足叉车运载重物时倾斜角的需求。 综上所述，工作装置主要技术参数如表 3 更多资料， 1 图 3斜工作装置 1234表 3术参数 技术参数 起升工作装置 额定载荷质量 ) 16000 最大提升负载载荷 ) 16600 提升高度 ）（ m 4 最大提升速度 ）（ m/s 斜工作装置 最大倾斜扭矩 ）（ 18000 倾斜角度 ）（ 10 最大倾斜速度 ）（ s/ 12 力臂 ）（ m 1 压系统主要数据计算 起升液压系统与倾斜液压系统一起构成了叉车工作装置的总体液压系统，因此在计算工作装置液压系统时要首先计算确定出这两个子系统的计算参数。 升液压系统数据计算 本课题设计所采用的是液压控制，在起升装置中选取液压缸作为执行元件。当起升装置运 行到最高处时由于货物自身重力的存在，液压活塞可以自动下降，所以选择单作用液压缸。 通过研究分析，为了提高液压工作效率，提高起升速度，液压缸连接方式采用差动连接方式。忽略液压传动中压力损失，液压缸中活塞杆的横截面积的大小与所需驱动力的大小成正比。初步设计的差动连接如图 3a）（ b） 所示。 更多资料， 2 （ a） 管路连接方式 （ b） 活塞上开孔方式 图 3动连接液压缸 相比较方案 而不需要外界油路来连接液压 缸有杆腔与无杆腔，从而方便了油路的设计使设计更加的合理。 在起升过程中，受货物重力的影响活塞杆承受一定的液压压力，因此在设计时必须要对活塞杆的长劲比进行计算，一般长劲比不超过 20:1。 叉车额定起升高度为 液压缸活塞杆长度设为 根据长劲比要求， 活塞杆面积 42 式（ 代入数据求得活塞面积为 231085.7 m 。 起升液压缸负载压力 式（ 代入数据求得负载压力为 忽略压力损失与摩擦力，液压系统工作压力 式（ 代入数据求得工作压力为 由上述计算结果，查表选取压力值为 21液压缸。 为了满足最大起升速需对起升液压缸的最大流量进行计算。叉车最大起升速度为液压缸的运行速度为 最大流量 式（ 代入数据求得最大流量为 。 此时，液压缸上移 2m，货叉上移 4m，满足实际需求。 根据液压手册，倾斜液压缸活塞直径 d 与液压缸直径 D 的关系见下式 （ 更多资料， 3 （ 代入数据求得活塞直径 3根据 液压缸参数标准 ， 取直径 D=80压缸行程为 2m。 斜液压系统数据计算 叉车的倾斜工作装置也采用液压控制，因此执行元件也选用液压缸。下图 3 图 3斜液压缸的不同安装方法 进行倾斜液压缸输出作用力数据计算时，除了要考虑货叉门架和货物重量产生的倾斜力矩外，还要进一步考虑设计液压缸与门架连接方式对其的影响。其所需输出力与液压缸安装位置成反比，与距离支点的距离也成反比。 本课题液压缸到支点的距离 r=1m，倾 斜力矩 T= 液压缸所需输出力 式（ 代入数据求得输出力矩 传统叉车的门架倾斜系统都是采用一个单作用液压缸来驱动门架倾斜的，这种传统设计虽然能够满足基本的倾斜需求，但其倾斜稳定性并不好，当货物过重时可能会出现侧翻或倾斜现象。本课题研究对传统的倾斜系统进行优化与改进，不再采用一个液压缸，而是采用两个并联在一起的液压缸来同事驱动完成门架倾斜功能。两个液压缸可以相互约束固定，从而使倾斜工作装置更加的稳定可靠。 上述计算的液压缸输出力为 本课题选择两个液压缸设计，故此液压缸输出作用力 9000 。 倾斜液压缸面积 更多资料， 4 式（ 代入数据求得面积4105.4 m 。 由上述起升液压系统设计可知 d 与 D 之间的关系式为 ，有缸腔面积见式（ )(4 22 a 式（ 倾斜液压缸活塞直径 )2 式（ 代入数据求得活塞直径 3 根据液压缸国家标准，取标准值 D=40 d=8 此时有杆腔面积为 )(4 22 a 式（ 代入数据求得有杆腔面积4104.6 。 倾斜液压缸线速度 式（ 代入数据求得线速度 液压缸所需总流量 q 见式（ 代入数据求得总流量 q 为 。 倾斜液压缸行程 S 见式（ 式（ 代入数据求得行程 S 为 作
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