500Kg电动叉车设计

前言电动升降车是用来存取货物并以直流电源（蓄电池组)为动力，具有能量转换效率高、噪声小、无污染、小巧灵活等优点，在车间、仓库以及食品、制药、微电子、仪器仪表等对环境条件要求较高的场所得到了广泛应用，成为室内、货车取物、物料搬运的首选工具。近几十年来在我国的电动升降车有了很大的发展，已经有满足不同吨位的升降车大批量生产，技术也很成熟。我的设计是额定载荷为500KG的电动升降车，希望在小吨位车型领域做出我的一点贡献。设计结合了叉取货物、升降和牵引的功能。不仅在技术方面有创新，制造成本也大大降低。小巧的体积在空间狭窄和环境要求较高的工作场所能满足500Kg以下的货物进出、取用自如。1概述1.1 工程车辆用于工业生产、制造、运输的车辆通常称为工程车辆。一般工程车辆又包括叉车、搬运车、牵引车、升降车和挂车等。升降车是用来将货物垂直输送到所需位置，叉车则是将货物叉取并安放到一定位置，牵引车顾名思义就是起牵引的作用。这三种工程车辆在工厂、车间、仓库或工地运用广泛,可以说已是现代工厂不可缺少的工具。我的设计就是将这三种车辆结合。起到一车的多用的作用。1.2 工程车辆的特点一般小吨位工程车辆往往采用内燃机或蓄电池加直流电动机作为动力装置，而通常由无轨轮式底盘与工作装置两大部分组成。这使小吨位工程车辆与用交流电为动力的起重运输机械在构造方面有很大的差异，而与工程机械有很多相同之处。这种车辆通常只在工厂、车间、仓库或工地服务。不上公路行驶，也无需驾驶牌照，有别于汽车一类的交通运输车辆，使用者只需熟悉持有工作证即可。1.3 升降车的分类升降车按提供动力的装置分为内燃升降车与电动升降车两大类，目前市场以内燃升降车为主。电动升降车大部分限于小吨位阶段，但发展很迅速。按升降方式可分为曲臂式、剪式、门架式等种类繁多。按吨位有500Kg、600Kg、1t等等1.4 升降车的发展趋势结合计算机和电子技术的快速发展，融合与应用在工业制造中，工程车辆技术也相应得到了很大的提高，升降车也不例外。1、 强化了安全性能。如装设转向稳定系统，改善作业视野等2、 电子集成化。减小了体积，控制更加方便快捷等3、 专业化程度加强。多品种满足更多用户需求，开发新结构、新类型工程车辆4、 统一化。配件容易，维修方便5、 绿色环保。环保和劳动卫生法规的加强，低排放、噪声小的工程车辆得到了很快发展。如电动车辆、使用液化石油气或天然气的内燃机车辆也受到用户的欢迎。1.5 升降车的选用选用升降车要考虑到其经济性和实用性，如：维修是否方便，生产率多少和可靠性能要求等多种因素。对于工厂、车间、仓库使用的升降车，由于工作并不繁忙，使用频率不大，货物大小不一，可选用机械传动、人力传动、人力机械传动或有标准门架的内燃升降车。这种升降车起重量较大，适应性强，价格低，维修方便。对环境有特殊要求的场合，比如在室内或食品车间、冷库、制药、微电子及仪器仪表等必须选用无排放、无污染的电动升降车。对于仓库内部重量不大的小件物品搬运也可选用电动升降车。应发展的需求我设计一款能够在工作空间狭窄和环境要求较高的场所并能满足500Kg以下的货物存取的多功能升降车。2 本设计的任务要求及基本参数2.1 任务要求1. 电动升降车需满足额定起升重量为500kg，满载起步速度为200mm/s,升起高度为4100mm.2. 所设计的电动升降车操作简单灵活、体积小、取货运输方便，提升平稳。3.在空间狭窄的工作场所满足重量不超过500kg的货物存取。4设计技术性能先进，在满足可靠性的前提下具有一定创新性。技术资料正确。5. 撰写的研究报告具有一定的理论性、实用性和独创性。6. 所设计的整机基本参数符合机械工程师手册和现代机械设备设计手册的标准。2.2 基本参数12 升降车的设计是以基本参数为依据，并且反应出工作能力。其基本参数主要有:1. 额定起重量：升降车运行时允许安全起升或搬运货物的最大质量2. 起重高度：货叉或载货平台垂直升起的最高位置，货叉或载货平台水平段上表面距离地面的垂直距离3. 载荷中心距：简单来说就是指的是货叉叉起货物的重心位置。4. 自由提升高度：即内门架在外门架内货叉或载货平台可自由提升的高度5. 满载行驶速度：升降车满载时在平直干硬的道路上行驶所能够达到的最高稳定速度6. 满载起升速度：升降操纵杆及动力操纵装置处于最大位置且额定载荷时起升的速度。7. 最小转弯半径：当转向盘转到极限位置，升降车以最低稳定车速转向行驶时，外侧转向轮的中心平面在支承平面上滚过的轨迹圆半径。 8. 满载爬坡度：在额定载荷下，按规定的稳定速度所能爬越的最大坡度。反应了车辆的动力性能和通过性。这个参数偏小则动力过低，加速性能不好。偏大则造成能源浪费。升降车内燃机多为20 ，电动多为159. 车长：货叉顶部到车尾部的全部距离。10. 车宽：升降车两侧面的距离11. 车高：正常状态下门架顶部到地面的距离。12. 轴距：前后车轮中心线之间的距离13. 轮距：车轮在车辆支承平面(一般就是地面)上留下的轨迹的中心线之间的距离。14. 最小离地间隙：汽车在满载(允许最大荷载质量)的情况下，其底盘最突出部位与水平地面的距离15. 质量：升降车的总重量经查机械工程师手册 、 现代机械设备设计手册和叉车设计 500KG电动升降车的基本参数如下：额定起重量/kg载荷中心距/mm起重高度/mm质量/kg50040030001000满载起升速度/(mm/s)满载行驶速度/(km/h)最小转弯半径/mm满载爬坡度/%2006.81000 6车长/mm车宽/mm车高/mm轴距/mm200080021001000轮距/mm最小离地间隙/mm700100 3 电动升降车结构简介升降车的主要组成部分有动力装置、转向装置、工作装置、液压提升装置和制动装置。下图为升降车的主视图。 图1-1 500kg电动升降车主视总图3.1 动力装置为升降车提供动力的装置。原动机有内燃机和蓄电池-电动机两种。由于我设计的是无污染，无排放的车辆固采用蓄电池-电动机作为动力。 直流串励电动机的选用使整车动力随阻力的变化而变化。蓄电池更耐久，寿命更长。3.2 传动装置由原动机提供动力传递至驱动轮，传动转置大致有：机械传动装置由离合器，手动变速箱，驱动桥组成。液力传动装置由变矩器，液力变速箱和驱动桥组成。液压传动装置由液压泵、阀和液压马达等组成。电传动装置由电池组、马达，电控单元等组成。各中传动转置各有其优缺点，按其用途要求不同选用不同的方式。本电动升降车传动装置采用电动机直接传动差速器的设计占用体积小，造价成本很低，前进、后退速度大致相同且反应速度迅速控制灵活。3.3 转向装置用来控制升降车的行驶方向，小吨位车型一般采用机械转向，1t以上一般采用动力转向器或液压转向器。本升降车一般采用机械转向，将转向轮设在车体后部实现短距离转向且方便灵活。三级减速转置使工作人员转向更轻松、快捷。且结构简单，安全可靠，制造成本低，维修方便。3.4 工作装置提升货物和取运货物的机构，又称为门架。由内门架、外门架、货叉架、链轮、链条、起升油缸和倾斜油缸等组成。由于普通门架构造密集，使工作者叉取货物时难于看到前面的货物，因此本设计采用了宽视野门架。应用创新的结构原理，使系统构架简化，减低成本又安全可靠。3.5 液压系统为叉货平台升降及门架倾斜提供动力，由油泵、换向阀和液压油缸和管路等组成。采用单作用活塞缸，提升时同时供油避免了偏载门架变型的工况。3.6 制动装置为车提供刹车制动的装置。 升降车采用常闭鼓式刹车，制动器分布在驱动轮上。当踩下刹车的时候升降车可以自由移动，在停放或工作的时候自动刹车增加工作的安全性。3.7牵引装置拉动其他车辆或物体移动。牵引功能可以为其他车辆行驶动力，如爬坡等。还可以拉动体积较大的物体使其引动到所需的位置。4 驱动系统4.1 动力装置作用要求本升降车动力装置是以蓄电池组和电动机组成，其作用是：1 为车辆的行驶提供充足的驱动力2 为工作装置提供足够的动力，如提升液压缸、倾斜油缸等3 为本车提供一定的牵引力且动力装置满足以下要求：1 为满足整车的协调性，各系统有独立驱动装置互不干涉，随时处于准备状态2 在一定范围内转矩能随运动阻力的变化而变化，减少了能量损耗3 重量轻，比功率高。减少了升降车自身重量对能量的消耗4 造价低廉，在500Kg升降车领域内以低廉的价格优势易于推广5 便于维修，且可靠耐用。6 噪声低，没有内燃机轰鸣的发动机声音给工作人员一个较佳的工作环境，以提高工作效率。4.2 电动机电动升降车都采用蓄电池组和低压直流电动机作为原动机。驱动行驶机构和工作装置液压泵运转电机采用分别驱动。驱动运行机构的电动机称为牵引电动机，一般是直流串励电动机，其具有的机械特性适应升降车运行的要求且比较经济。串励电动机的机械特性如图4-2（a）中的横坐标为电动机电枢电流，纵坐标分别为电动机的转矩、转速和效率，图4-2（b）中，横坐标为转矩，纵坐标分别为以电枢电流、转速、功率及效率。两种表示方法可以根据不同作用互相转换。图中可以看出，串励电动机的转矩增大时，其转速降低；转矩减小时，转速增高，且转矩和转速的变化范围都较大。 a) b)图4-2 串励电动机的机械特性串励电动机的特性是可以调节的。调节的方法可以采用改变电枢电压或改变磁通。过去一般采用在电枢电路中串联不同电阻而同时改变电枢电压及磁通来调节。如下图4-2（c）：图4-2（c） 用串联电阻调节串励电动机的机械特性图4-2（c）中T为转矩，n为转速。曲线1为未串联电阻的电动机自然特性曲线，曲线2、3、4为分别串联了依次增大的电阻人为特性曲线。电动机起动时或要求低速运转时使用人为特性。这种电动机可以有载起动，起动转矩大。采用电阻调节的方法电能损失较大，现在多采用晶闸管调速系统，他以高频脉冲供电方法来控制电动机的端电压，以调节电动机的机械特性。晶闸管调速系统由于没有附加电阻，固不会引起能量损失，可以节约电能3。电动机的励磁绕组与电枢绕组串联如图4-2（d），电枢电流增大时，磁极的磁通也增加，电动机的转矩会根据电枢电流、磁通的增大而提高，在磁极磁通未饱和的情况下，电动机转矩几乎和电枢电流的平方成正比，因此，可在电枢电流较小（与其他励磁型式的电动机比较）的情况下获的较大的转矩。这种特性减小蓄电池的放电电流也充分利用蓄电池容量，提高了蓄电池组的利用率也增加了使用时长。图4-2（d）串励电动机电路市场调查各种直流串励电动机能满足不同吨位电动车，根据蓄电池组额定电压为24V可选用1.5kw的济南科亚电子科技有限公司的DC系列低压直流大功率马达中的串励DC 24-1.5 电动机。以满足车辆重载起动，满载爬坡及平路高速运行等多种工况，而不需借助机械变速来实现。实物如下图4-3： 图4-3 串励DC 24-1.5实图DC系列低压直流大功率马达足以满足车辆重载起动，满载爬坡及平路高速运行等多种工况，而不需借助机械变速来实现。适用于蓄电池供电的各种电动车辆，如电动车、叉车、搬运车、堆垛车、电动摩托等作行走用电动机1. 型号说明DC 24 -1.5 低压大功率直流电机 DC 表示 DC 串励(励磁方式)电机,DT 表示 DC 他励(励磁方式)电机.24表示额定电压. 1.5表示额定功率.2. 安装格式一般来说这类电机采用法兰安装和底脚安装。安装尺寸如下图4-4：图4-4 串励DC 24-1.5的外形及安装尺寸3. 使用条件海拔不超过4000米。 环境温度：-25度到40度。 相对湿度：小于等于95度。 在海拔不超过1000米时，不超过75K.4. 型号和技术参数如下图4-5：型号励磁方式额定电压/V额定功率/kw额定电流/A额定转速/额定转矩/DC 24-1.5串励241.57428005.3图4-5 串励DC 24-1.5的外形及安装尺寸4.3蓄电池及蓄电池组的选用市场上出售的蓄电池可以说是千姿百态,人们在选用蓄电池时总希望它体积小、重量轻、耐用、便宜、方便。可是到目前为止,还没有哪一个蓄电池同时具有上述各种优点。每种蓄电池都有它的长处,但同时又有其局限性,即使是同样电化学反应体系的蓄电池,也会因结构设计和工艺的变革而使其性能截然不同。因而首先了解各种蓄电池的特点,方可结合电器产品的实际使用要求和条件去合理选用蓄电池。从1859 年第一个铅蓄电池问世到今天已近150年。在历史上,不论是军用领域还是民用领域,它都是功不可没的。即使到今天,铅蓄电池在国民经济的许多领域内仍然高居霸主地位。在我国几乎所有的工程车辆都使用铅蓄电池，其用途不同有：起动用铅蓄电池、牵引用铅蓄电池、固定用铅蓄电池、携带用铅蓄电池等。牵引用铅蓄电池作为动力电源多应用在电动叉车、电动升降车等工程车上。其特点是：1.电池的生产工艺成熟可靠、采购方便。2.价格低廉，这是任何一种蓄电池都无法比拟的。尤其是作为大型动力电源,3.电池的均匀性较好。由于蓄电池大多是成组使用的,各单个电池的均匀性是供电电源可靠性和安全性的根本保证4.无记忆效应,既可以随时充电,也可以随时放电,使维护工作比较简单,耐滥用性比较好,使用寿命比较长。5.化学方程式：负极材料：Pb 正极材料：PbSO4 电解质溶液：H2SO4放电过程 负极：Pb - 2e- + SO42- = PbSO4 正极：PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ = PbSO4 + 2H2O 总反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O充电过程 阴极：PbSO4 + 2e- = Pb + SO42- 阳极：PbSO4 - 2e- + 2H2O = PbO2 + 4H+ + SO42- 总反应：2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 2H2SO4国产铅蓄电池的型号表示如下： 检查蓄电池外客上的标签，即可知道蓄电池的额定电压、额定容量等参数。生产日期一般烫印在电池外壳上，根据 JB2599-85部颁标准，铅酸蓄电池型号分了段，其安排及含义如下： 串联的单体电池数电池的类型和特征额定电量单体电池，电池数量为一，第一段可略，电池的类型根据主要用途划分，代号用汉语拼音的第一个字母，电池特征字母为附加部分，仅在同类型用途的产品中具有某些特征而型号中又必须加以区别时采用，例如： 6-QA-195 6：表示蓄电池的串联个数 QA：表示蓄电池的用途和极板类型，特殊结构 195：表示蓄电池的额定容量 寿命： 蓄电池的使用年限或按制造厂家规定充放电循环数称电池的寿命。蓄电池的容量下降到额定容量的 70-80%时，就认为它的寿命已经终结。平时维护的好，寿命就长些，反之就短些。 若干个单体蓄电池串联起来就构成蓄电池组。蓄电池组拥有两项技术参数：额定电压和额定容量。为制造电动机和电器规格的统一，我国标准规定蓄电池组额定电压为24V、48V、和72V。电压高，功率大蓄电池个数也多，体积和重量均增加，同时增大车辆体积和功率消耗。蓄电池组的额定电压应根据升降车的额定起重量选择。重量轻，需要的功率也小，一般采用24V。起重量为1-2t的电动升降车，一般采用48V，重型升降车采用72V或更高。而500kg的电动升降车则选择蓄电池组额定电压为24V。 本车用一个蓄电池组为电动机和工作油泵电动机供电，则所需总功率： = =2.48572.49kw 式中 、分别表示运行电动机和工作油泵电动机功率，、单位均为kw； 、分别为运行电动机和工作油泵电动机的有效效率； 油泵电动机工作持续率（以百分数计），即升降车一个作业循环中，油泵电动机工作持续时间与升降车工作循环时间比值。根据功率则蓄电池组容量： = =式中 T每个工作日内车辆的工作时间； U蓄电池组额定电压；0.9蓄电池放电时电压降低系数3。根据功率为2.49kw容量为920Ah市场调查选用无锡市霞客叉车蓄电池有限公司制造型号为12PZS960的蓄电池组无锡市霞客叉车蓄电池12PZS960数据如下表：型号额定容量/Ah最大尺寸/mm参考重量/kg5%极柱数量长宽高总高LWHH无液带液12PZS96096022719843047038 .452.845 传动系统5.1升降车行走传动系统升降车传动系统中原动机将产生的转矩传递到驱动轮，使其克服外界阻力推动升降车前进或后退并具有一定的牵引力。升降车工作环境不同，行驶阻力也不同。在平坦的良好路面（沥青路面、混凝土路面）行驶时，阻力小，坡度阻力近似零，总行驶阻力只有升降车总重力的1.5%-2%左右。若升降车爬行较大的坡度（20%左右），总阻力就大，可达到30%-35%左右。由于工作环境多样且随时变化，因此升降车各时间段所受的阻力也不同，并且变化的幅度较大，直流串励电动机使升降车的牵引力随外界阻力变化而变化，同时行驶速度也相应变化。一般当行驶阻力小时，以高速度行驶；行驶阻力大时，以低速行驶3。其次电控单元使升降车能在较大范围内无极调速，并适应升降车作业时前进和后退速度对等、行驶机会几乎相等的情况。电动升降车采用三支点式，即前轮为驱动轮，后轮为单轮作为转向轮。如下图5-1： 图 5-1 三支点式简图升降车在拐弯时车轮的轨线是圆弧，如果向左转弯，圆弧的中心点在左侧，在相同的时间里，右侧轮子走的弧线比左侧轮子长，为了平衡这个差异，就要左边轮子慢一点，右边轮子快一点，用不同的转速来弥补距离的差异。差速器的作用就是在向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦。差速器原理如下图5-2： 图5-2 差速器原理图如果前轮轴做成一个整体，就无法做到两侧轮子的转速差异，也就是做不到自动调整。对三点支撑的车辆或许有翻车的危险，所以升降车的驱动桥采用差速器在曲线行驶时能协调地将转矩按一定的比例分配给左右驱动车轮。如下图5-3： 图 5-3 驱动桥5.2 升降车升降传动系统 升降车工作装置的升降是靠液压缸的伸缩带动叉货架和内门架上下运动。叉货架运用滑轮提升重物原理，将链条两端分别固定在叉货架和外门架上并绕过固定在内门架的链轮上，为增大视野设计两个液压油缸分别固定在内门架上。当液压缸顶起内门架沿导程杆上升的同时链条也拉动叉货架上升。当内门架到达极限位置时叉货架也到达极限位置。叉货架的上升速度是油缸上升速度和内门架上升速度的2倍。V货架 = 2V内门架 6 转向系统6.1 升降车转向系统的作用及要求 升降车转向系统是改变或保持车的行驶方向，其性能直接关系到整车的安全和灵活性，也影响到工作人员的工作效率和疲劳强度。为此对升降车做一下要求： 1.性能可靠 转向系统各零部件应足够的强度、刚度和寿命。且各件之间协调安全。2.升降车转弯时使转向轮有较大的偏转角，并且所有车轮不能打滑以纯滚动方式行驶。3.操纵轻便 升降车工作时转向频繁，在狭小空间内常常常以很小的转弯半径转向，故要求操纵轻便且反应灵活，施加在方向盘上的力不应太大，方向盘的回转圈数也不宜过多。一般在三圈左右。转向空转不超过154.为防止转向轮过度转向造成系统零件承受过大冲击，应设计制约转置。5系统调整、维修方便。6.2升降车转向方式 电动升降车的工作装置位于升降车前方，并且外门架固定在前桥上，作业时前桥负荷大，结构布置限制了前轮的偏转角，故采用偏转后轮来控制车的行驶方向。这样就大大减小了升降车的最小转弯半径，提高了灵活性。如图6-1（a）中对于三支点升降车，不论转向轮为一个车轮或两个并置的车轮，转向轮都同时绕一根垂直与地面的轴线在偏转，故称单轴线式转向方式。转向前、后轮轴线延长总是交于一点，才能满足所有车轮不打滑纯滚动的要求。 （a） （b）图 6-1 升降车的转向方式图6-1（b）可知，对于四支点升降车，两个转向轮分别绕各自的主销轴线偏转，称为双轴线式转向方式。两个车轮旋转轴线的延长线交于一点，所以两个转向轮的偏转角不同，且满足以下的关系。 式中： 、为外侧、内侧车轮的偏转角； M 、 L为轮距矩、轴距。上式表明，偏转角、间的关系满足该式时才能保证各个车轮作纯滚动。因为设计小吨位的升降车，三支点式不仅满足其转向且造价低廉，所以选取三支点式，后轮转向。6.3 电动升降车转向系统的结构原理 对于小吨位的升降车纯机械转向原理简单不仅安全可靠而且易于修理。升降车的转向机构简图【如图6-3】 图 6-3 转向机构简图转向手轮（1）安装在十字万向节（2）上使转向手轮（1）在可大范围内应对外壳安装孔径的不同位置安装固定，减低了安装难度和外壳的加工精度从而节约成本。扭矩由通过万向十字节传递至一级主动转向齿轮（3）并与一级驱动齿轮（4）采用斜齿啮合，因为斜齿重合度大，传动平稳，轴向力可靠且噪声低。一级驱动齿轮（4）将扭矩再通过双联减速轴（5）传递至其下端二级减速齿轮（6），双联减速轴（5）的作用是将一级减速器扭矩过度至二级减速器，同时也起到减速器的作用。再由二级减速齿轮（6）通过斜齿传动转至二级扇形转向链轮（8）。（3）和（4）采用链条连接是因为链条的张紧度不同，转向轮（10）与地面的震动反馈到转向手轮的程度也不同，如不同操作者适应路感不同，颠簸的路面与平坦的路面振动情况也不相同。所以可通过调节链条（7）的张紧度来应对不同操作者或不同的路况。最后由车轮回转盘（9）将二级扇形转向链轮（8）的转矩作用到转向轮（10）达到转向的目的。扇形驱动齿轮（8）齿面两端鼓起当二级减速齿轮（6）转动至其两端时鼓起部分自动将（6）卡住阻止其方向转动，于此同时转向轮也达到极限从而使驾驶员感知其位置。其具体计算如下：按图中顺序，R1=10cm ,R3=2cm ,R4=10cm ,R6=4cm ,R8=12cm. 力矩比： 1和2 与 4和6 为同轴传动。力矩与力臂成反比，所以其力矩比： M1M2 = R2R1 = 51 ； M4M6 = R6R4 = 52 3和4为齿轮传动，6和8为链传动，力矩与力臂成正比。所以其传动比： M3M4 = R3R4 = 15 ； M6M8 = R6R8 = 13则 M1M8 = 1187.5车中1000Kg 平均分配到前后轮 为500Kg ，后轮为胶皮轮摩擦系数取0.8。后轮所受的阻力为 = Fn =0.85000 = 4000 n则M1 = 4000187.5 21 n所以驾驶员用21牛顿力就可以转动转向手轮。设计转向轮从左至右转向手轮须转两圈。扇形圆周长为S8 = r8 = 62.8cm ； S6 = r6 =12.56cm转向手轮转两圈则扇形圆的扇形角= 360 2S3S4 =144整个转向系统运用了三级减速来使 工作者用很小的力就能使转向轮转动。可以适应不同的路况和不同工作者的需求。成本低廉安全可靠、维修方便。7 工作装置7.1 门架结构的选用普通门架门架的一个最大缺点就是起升油缸布置在中央，影响司机的视线，叉车前方的视野是否宽敞对司机的舒适性、工作安全性关系重大。特别是在叉车行驶速度和工作效率逐渐提高的情况下，良好的视野更为重要。 把起升油缸布置在门架两侧后便成为宽视野门架，两侧油缸的位置有种：1.油缸后置式【如图7-1（a）】，2. 油缸内置式【如图7-1（b）】，3.油缸外置式【如图7-1（c）】。图7-1（a） 图7-1（b） 图7-1（c）1.外门架 ；2.内门架 ；3.油缸油缸后置式门架适用CJ型门架排列结构。油缸只占内外门架相错开的空间，活塞杆和内门架上横梁的连结及自由起升机构的设置较方便，视野宽敞。但会使叉货架的外伸距增加，同时也增加了车长。油缸内置式门架具有与普通门架叉车相同的货叉外伸距，油缸占用内门架的部分空间。油缸外置式门架纵向稳定性好，内外门架间承受起升滚轮的正压力。但增加了门架的宽度。 油缸后置式门架增加车长且对于小吨位的叉车满载时整车重心前移会有翻车的危险。油缸内置和外置式门架可在内门架上安装悬梁将液压活塞杆和链轮固定。制造容易，安装方便。外置式门架则增加了车宽，在狭窄的区域行驶和转向都受到了限制。综上所述采用油缸内置式门架作为本升降车的工作装置。门架的结构形式除确定油缸的布置外，还得考虑内门架立柱的排列形式。早期的的门架结构采用内门架套在外门架内的重叠式门架，由于其运动为滑动结构阻力很大已被重叠式滚动结构的并列式门架所替代。宽视野门架大部分选用CJ型结构，采用CC型较少。我国叉车行业初步拟定门架立柱截面标准排列为CJ型（如图7-2）。 图7-2 油缸内置式CJ型门架目前我国生产的叉车门架人采用钢板焊接而成，将来争取实现轧制型钢门架。而大型叉车门架立柱如欲轧制成型其难度很大。CJ型门架立柱的外门架采用两个角钢焊接而成。内门架用角钢和T型钢拼接焊成。由于其焊缝在腹板中间，焊后平整安装方便。其角钢及T型钢分别轧制容易实现。 导行滚轮组是门架升降不可缺少的组件，分纵向滚轮【如图7-3（a）】及侧向滚轮【如图7-3（b）】。纵向滚轮在垂直于门架的平面内，而侧向滚轮在门架自身的平面内起传力和导程的作用。其构造【如图7-3】。纵向滚轮受力相对较大，直径也大采用滚动轴承，侧向滚轮受力小，固直径也小，用滑动轴承或滚针。现常见用外圈加厚的特殊滚动轴承作为纵向滚轮。复合滚轮【如图7-3（c）】其侧向滚轮安装在纵向滚轮的中心处，从而使滚轮组中纵向与侧向滚轮的间距重合，能减小构造尺寸及简化安装5。a) 纵向滚轮 b)侧向滚轮 c)复合滚轮图7-3 滚轮构造滚轮组布置在内架立柱上有四种组合方案【如图7-4（a）】。受力情况来看，比较合理。对提升受力更合理的是将组中上边的滚轮改为布置在外架立柱顶端【图-7-4（b）】，但安装顺序有一定要求。因滚轮的间距越大，其上部受力就越小，所以【图7-4(c)】的三滚轮方案同样也可改善受力情况。在正常的升降情况下，由同侧的上、下两滚轮受力，在上滚轮高出外架立柱顶端后又由中，下两滚轮受力，为此三个滚轮的中心不在同一直线上，中滚轮的位置稍偏后。缺点是在上、中部两滚轮作用交替时出现轻微的冲击。 图7-4 （a）全在内架上 (b)在内架及外架上 (c)三滚轮式1外架 2内架 3纵向滚轮 4侧向滚轮起升链可采用板链或套筒滚子链，前者配用无齿的链滑轮，后者配用有齿的链滑轮。电动车吨位小，因此选用板链，配用无齿的链滑轮足够。为了方便叉货还需安装倾斜油缸可以门架系统倾斜在6范围内倾斜。总体示意【如图7-5】图7-5 门架示意图7.2 门架的构造原理 升降车门架的基本框架由外架和内架组成。内外门架均是由两根立柱和一个或两个端梁焊成的框架。内架仅有一个上端梁，下部有一个横系杆。外架有上端梁和下端梁，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。左右立柱为异型槽钢，C型开口相对。升降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，滚轮组在升降架、内架和外架之间，相互作用。滑动减小摩擦和导程作用。两组链轮固定在内门架悬梁上，链轮的悬挂方式及其位置均会影响内门架及油缸的受力状态，链轮的悬挂方式有（1）双支撑板式【如图7-5（a）】（2）内悬臂式【如图7-5（b）】（3）外旋臂式【如图7-6（c）】。 （a）双支撑板式 （b）内悬臂式（c）外旋臂式 图 7-6 链轮悬挂方式1悬梁轴；2链轮；3支撑板；4、5油缸；考虑到内悬臂和外悬臂式链轮的悬挂方式对链轮轴要求较高，且制造复杂。所以采用双支撑板式链轮悬挂方式。起升油缸的上、下支座分别固定在内架悬梁和外架下梁上，油缸支座的支撑表面常为球面，链的一端固定在外架的下梁或立柱上，另一端与叉货架连接。为使两链受力均匀，连接处常装有简单的弹簧调节装置5。这种简化的门架结构，油缸的活塞杆一伸出就使内架、动滑轮、链条和升降架带着升降台同时运动，内架立即伸出在外架之外。内门架和货叉架同时上升，但油缸到达极限位置时内门架也到达极限位置，同时货叉架也达到最顶端。这种构造没有无自由提升距离。由于滑轮组的构造特性，升降台起升速度为柱塞伸出速度的2倍5。7.3 门架系统尺寸的计算如图7-7是门架最大高度时距离地面的距离。图7-7 门架尺寸图中 l1、l2分别表示叉架与内架和内架与外架相互重叠部分的长度 s为底盘最小离地间距为叉货架厚度 hmax 为叉货架的最大提升高度 A、B分别为外门架最低点与内门架最高点内门架套在外门架内，故设计内门架和外门架的尺寸相等，为2000mm。叉架与内架和内架与外架相互重叠部分的长度l1、l2为500mm，门架最大长度lAB为： lAB = l外门架 + l外门架 - l1 = 2000 + 2000 - 500 = 3500mm小吨位车型采用硬质材料的轮胎，所以轮胎的形变量可以忽略不计。最小离地间距影响到通过率。但小吨位车型一般不会应用到复杂的地形中故设计底盘最小离地间距s适中为100mm。则门架的最大高度为3600mm内门架的提升高度和油缸的提升高度相等，油缸的提升高度：l油缸 = l外门架 - l1 = 1500mm所以油缸的高度至少是2500 叉货架最大提升的高度： hmax = lAB - l1 = 3500 500= 3000mm7.4 门架系统重量的计算 已知额定起重量Q =500Kg，载荷中心距为400mm，叉货叉和内门架系统重量G1=8000N 当油缸起升链条受载荷Q = 6400N时动载荷系数K1=1.3和偏载系数=1.1。各链条拉力为： T=K12Q =1.11.328000 = 5720N则活塞杆承受压力载荷为W=K1Q=1.35720=7436N。如下【表7-1】是油缸的工作压力表外载荷W(N)50005000-1000010000-20000油缸工作压力P(Mpa)0.81.51.52.52.53.5 表7-5 油缸工作压力活塞杆承受压力载荷为7436N选液压缸工作压力为2.0Mpa液压缸的内径D = 4WP =474363.142106 = 6.8102m活塞杆直径d=0.76.8102m0.05m查液压缸标准件对照表得油缸内径D = 80 mm ，活塞杆直径d = 56 mm油缸行程为内门架起升的高度L= 2m液压油缸标准参数如下【表7-2】压力(Mpa)缸内径(mm)活塞杆直径(mm)行程(mm)重量(Kg)2.080 63 1500 42 表7-2 油缸参数7.5悬梁的校核如【图7-8】是工字钢梁载荷图、剪力图和弯矩图。、图7-8 悬梁简图悬梁的材料选用A3钢。许用应力=170Mpa和许用切应力=100Mpa。先找出横梁的危险截面，后根据截面上危险点处的应力做强度计算。钢梁自重忽略不计。有图可见，梁的C、D两截面上的弯矩和剪力都是最大值。所以两个截面是危险截面。先取截面C计算：剪力 Qc = Qmax =11.8KN扭矩 Mc = Mmax =11.80.2 = 23.6 KN m按正应力强度条件选择截面，即按截面C的上下边缘个点处的强度条件max 求出所需截面模量W： W = Mmax = 23.6101701063= 13910-6 m8选16号工字钢其截面的W = 141cm8 = 14110-6m8.显然这一截面满足正应力强度条件的要求。剪应力强度条件校核。对16号钢型规格： I = 1130cm4 = 113010-8cm4 IS = 113010-813.8=8.210-2 md = 6mm = 610-2cm截面上的最大剪应力= QmaxISd = 11.81038.210-20.610-2= 23.9 Mpa 由此可见，选用16号工字钢满足正应力强度条件和切应力强度条件。8 液压系统8.1 工作原理液压就是通过液压油（具体根据实际情况定）来传递压力的装置。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。液压由于其传动力量大，易于传递及配置，在工业、民用行业应用广泛。液压系统的执行元件液压缸和液压马达的作用是将液体的压力能转换为机械能，而获得需要的直线往复运动或回转运动。液压系统的优点：1、一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长。2、重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。3、液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。4、可自动实现过载保护。5、操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）。6、很容易实现直线运动。7、很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控本升降车的属于小吨位车型，对系统要求不高，只需提供起升油缸和倾斜油缸的压力供应。固设计一套液压系统，要求既能门架提升和倾斜的要求, 又尽可能地减少液流损失, 提高经济性。 如【图8-1】是液压系统原理图 图8-1 液压系统原理图1. 油泵；2.溢流阀；3.起升油缸控制阀；4.倾斜油缸控制阀；5单项节流阀；6起升油缸；7.倾斜油缸；8节流阀液压油经液压泵通过溢流阀向起升油缸控制阀和倾斜油缸控制阀供油。单项节流阀可以直接向起升油缸供油，回油时受节流阀约束可以缓慢下降。倾斜油缸往复不大，但需缓慢操作，安置节流阀以控制其速度。当系统压力过大溢流阀作用可以为系统卸荷，保护油泵和液压元件。8.2 液压油箱设计液压缸的容积Q：Q油缸 = D22.L.n = 3.140.00162.520.85 103 = 29.55 L式中 D 油缸内径 L 油缸行程 n 油缸个数 泵容积效率, 一般取0.85 0.90总容积： Q总 = Q油缸+Q倾斜油缸 +Q管路 = 36 L 液压设备中液压油箱为自行设计其余基本为标准件，起到储油、散热、沉积油液中的杂物和分离空气的作用。结构设计：1内部有隔板高度为最底油液的34 ，为增加吸、回油管距离，使油液循环距离增加可以散热、沉积杂物、释放气泡。2吸油管处装粗过滤器并没入油面，防止吸入空气，回油管也没入油面防止混入空气，并且端口应切成45角面向箱壁，与箱底的距离不小于管径的3倍。3各盖板必须密封良好，在注油口和通气孔分别加滤网和空气滤清器。4油箱底角在50mm以上且倾斜，底部设置放油塞。以便散热、搬运、放油，并安装液位计。5液压油箱的体积占全部液压油的45 。固液压油箱的体积为45 L。6为节省空间将油箱设计为长方体和电瓶安装在车体后部使车体中心后移。8.3 液压泵的选用设计油缸从最低端上升到最高端用时10s，则液压泵的排量V： V = Qt = 2955 mLs查液压元件产品样本选用GPA型内啮合齿轮泵的GPA1-3。具体参数如下表8-3：型号排量/(mL/r)转速/(r/min)压力/MPa噪声/dB(A)过滤精度/m驱动功率/kW最高最低GPA1- 43.82000800855251.8表8-3 GPA1-3数据表GPA1-3型内啮合齿轮泵排量范围： qmin q q max 3.8800 q 3.820003040 mLs q 7600 mLs8.4 间隙缓冲后起升液压缸的改进液压油缸在工作的过程中往往到达底端或最高端的时候会发生巨大震动，这样不但会损坏油缸，液压冲击还会使液压元件损坏液压泵磨损。目前一种间隙缓冲装置为解决这种问题被广泛应用后起升间隙缓冲装置。后起升间隙缓冲装置是一种通用性强的缓冲方式，应用于小吨位叉车的起升液压缸。其目的是控制货架快要下降到位时的下降速度，减少高速金属接触时产生的撞击，降低噪声。间隙缓冲液压缸【如图8-4】所示采用液压节流的原理，把液压缸内的液压油回油流量降低到所需量，达到减小下降速度的目的，从而起到缓冲作用。由于其原理简单实用，制作方便，成本低，所以间隙缓冲的应用范围广泛。但这种缓冲装置的缺点是在货物起升时同样存在进油节流的现象，以致短时间内叉车的起升速度下降。特别是用于全自由起升叉车的后起升液压缸时，此种现象更明显。，当前起升液压缸以正常的速度带动货物提升至其行程完成后，后起升液压缸开始进油工作，但由于间隙缓冲装置的存在，导致叉车起升货物空中短时间内缓慢上升。当问隙缓冲行程结束后，货物又随后起升液压缸活塞速度的恢复而正常起升。这种状况的存在不仅影响了叉车的正常使用，同时由于叉车频繁的升降运动而产生的节流也使液压油升温，大大降低了各液压件的使用稳定性和使用寿命。图8-4 后起升液压缸间隙缓冲转置局部图 就以上缺点对后起升液压缸缸底处进行结构改进设计，在缸底增加单向阀【如图8-5】改进后后起升液压缸起升时，液压油从A口进入液压缸缸底，在压力作用下，分别流向D口和E口，由于D口的有效面积很小，进油量少，大量的液压油流向E口，并打开单向阀，使液压油在压力的作用下通过C口作用在活塞上，在D口和C口的共同作用下使活塞上移，同时带动件4铜套上移，通过整个缓冲行程后，液压油开始通过D口作用在活塞上，最终使起升液压缸完全升起。当液压缸活塞开始下降，图3中件4和件5逐渐重叠时，单向阀钢球(件11)在液压油的作用下关闭单向阀，使液压油不经C口，而从件4和件5之间的缝隙回油，由于回油量小，从而达到下降缓冲目的。图8-5 加单向阀间隙缓冲转置9 制动系统9.1 鼓刹简介鼓式刹车应用在汽车上面已经近一世纪的历史了，但是由于它的可靠性以及强大的制动力，使得鼓式刹车现今仍配置在许多车型上 (多使用于后轮)。鼓式刹车是藉由液压或机械装置将刹车鼓内之刹车片往外推，使刹车片与随着车轮转动的刹车鼓之内面磨擦，而产生刹车制动的效果。鼓式刹车【如图9-1】的刹车鼓内面就是刹车装置产生刹车力矩的位置。在获得相同刹车力矩的情况下，鼓式刹车装置的刹车鼓的直径可以比盘式刹车的刹车盘还要小上许多。 因此载重用的大型车辆多用鼓式刹车。简单的说，鼓式刹车就是利用刹车鼓内静止的刹车片，去摩擦随着车轮转动的刹车鼓，以产生摩擦力使车轮转动速度降低的刹车装置。图9-1 鼓式刹车鼓式刹车之优点：1