二吨平衡重式单级式电动叉车设计

摘要随着现代社会文明的发展，叉车的使用越来越普遍，它已从过去的港口码头进入了整个社会。本文主要介绍叉车整车的结构、组成和性能分析，并对叉车工作装置进行设计研究，以额定负载为二吨小轴距弹性轮胎系列叉车的研制过程为基本参数，对叉车门架系统及各部件的构造和规格要求分析，使货物提升高度达到三米并使驾驶员的视野宽阔，做到人性化、安全化和美化外观的目的。最后介绍了并进行设计技术的具体实施过程，分析总结了设计实验的应用效果。从而达到设计方案与实际相结合的目的。关键词 叉车；工作装置；门架系统；额定负载 abstractWith the development of modern civilization, the use of forklift trucks and more common, its port from the past into the whole community. This paper describes forklift vehicle structure, composition and performance analysis, and design research forklift attachment to the rated load for two tons of small wheelbase flexible development process of the tire forklift series as the basic parameters of the system and the forklift mast parts of the structure and specifications, the goods and to enhance the height of the drivers field of vision of three meters wide, so humane, secure and beautify the appearance of the purpose. Finally, the design and implementation of specific technology, analyzes and summarizes the effect of the application of design experiments. So as to achieve the combination of design and practical purpose. Keywords forklift; working device; door frame system; rated load 目录摘要IabstractII目录III前言11 绪论21.1 课题的背景21.2 叉车技术的发展回顾及现状21.2.1 我国叉车现状及形式分析31.2.2 国外叉车技术的发展情况41.3 未来叉车的发展趋势51.3.1 技术方面51.3.2 需求方面71.4 本课题的设计目的与主要研究内容81.4.1 课题设计目的81.4.2 课题研究内容82 总体设计方案102.1 方案比较和设计选型102.2 设计思路102.3 本次毕业设计的设计方案102.4 设计进程安排112.4.1 调研阶段112.4.2 各个模块的研究分析阶段112.4.3 设计阶段112.4.4 总结阶段112.5 总体结构设计122.5.1 机械结构122.5.2 传动方面132.5.3 动力方面132.5.4 电路和控制元件143 参数及校核计算153.1 叉车最大起升高度、起重量的确定153.1.1 纵向堆垛稳定性153.1.2 横向堆垛稳定性163.2 各结构的校核设计计算203.2.1车架体的受力校核计算214.1 电动机功率大小的选定254.1.1 选择直流电动机的原因254.1.2 电机功率的选用254.1.3 蓄电池的有关说明274.2 传动链的选用284.2.1 链条介绍及型号的选择284.2.2 链条的受力验证295 叉车总体布置315.1 总体设计的概述315.2 重心与整机性能的关系315.3 总体设计中涉及的整机特性35结论42致谢43参考文献44附录4540 前言 叉车是指对成件托盘货物进行装卸、堆垛和短距离运输、重物搬运作业的各种轮式搬运车辆，在汽车生产、零部件搬运、邮政、铁路等系统邮件、行李搬运，医药、烟草等系统药品、货物搬运，大型展览会筹备组委会资料搬运、仓储物流系统小型设备、货物搬运等方面起着至关重要的作用，是人们生活、工作必不可少的工具之一。叉车按照耗能方式通常可以分为三大类：手动叉车、内燃叉车和电动叉车。电动叉车是指以电来进行作业的叉车，以电动机为动力，蓄电池为能源。承载能力1.04.8吨，作业通道宽度一般为3.55.0米。电动叉车是以电力直流或交流为动力实施装卸、起重、搬运、堆垛作业的车辆， 由于电动叉车具有易操作、作业灵活、安全、动力利用率高、噪声小, 对环境污染小等优点, 更适合于工矿企业作搬运机械使用, 因而倍受人们重视, 得到了迅速发展。因此，电动叉车的设计、生产、使用、保养、维修等就显得尤为重要。故特选择次课题作为大学本科毕业设计，希望通过此次设计能够有所学。 1 绪论1.1 课题的背景现代工业的发展，离不开物流的输送，在车间在物流公司，叉车成为了主要的运输工具，因此对叉车的研究和设计对现实的生产和工作有实际的意义、同时通过对叉车设计和研究锻炼学生分析问题和解决问题的能力。电动叉车是以电力直流或交流为动力实施装卸、起重、搬运、堆垛作业的车辆。八十年以来, 由于电动叉车具有易操作、作业灵活、安全、动力利用率高、噪声小, 对环境污染小等优点, 更适合于工矿企业作搬运机械使用, 因而倍受人们重视, 得到了迅速发展。电动叉车由于其操纵控制简便、灵活外，操纵人员的操纵强度相对内燃叉车而言要轻很多，其电动转向系统、加速控制系统、液压控制系统以及刹车系统都由电信号来控制，大大降低了操纵人员的劳动强度，这样一来对于提高其工作效率以及工作的准确性有非常大的帮助。且相对于内燃叉车，电动叉车的低噪音、无尾气排放的优势也已得到许多用户的认可。目前，市场上的叉车可以分为手动叉车、内燃叉车以及电动叉车。集电子技术和机械制造技术于一体的电动叉车，与内燃叉车和手动叉车相比，具有明显的优势。除了众所周知的能量转换效率高、噪声小、无废气排放、控制方便等特点外，电动叉车的使用和维护成本相对于内燃叉车而言也具有很大的优势。就使用成本而言，电能的消耗成本比柴油或者液化石油气的消耗成本低很多；操作人员的劳动强度相对于内燃叉车也大大降低。就维护成本而言，电动叉车的维护保养周期比内燃叉车长两到三倍、维护保养范围更小、维护保养范围更短、更换配件所需时间更短。另外，由于电动叉车采用蓄电池供电技术，在电动叉车的供电过程中，可以采用一定的方法对能量进行回收，这将进一步减少电动叉车的使用成本。这些优势对于电动叉车进一步扩大市场份额具有积极意义。另外，随着微电子、电动机技术、电力电子技术以及控制技术的快速发展，电机驱动与控制技术得到了很大提高，电动叉车的使用效率和可靠性等技术指标取得了突破性的进展，这使得研发新一代的电动叉车驱动控制器成为必然。1.2 叉车技术的发展回顾及现状 1.2.1 我国叉车现状及形式分析根据中国工业协会工业车辆分会的数据分析显示，我国2006年已达到22，874辆，与2005年相比较增长了近38%。该数据已表明，电动叉车将越来越受用户的青睐，但是总体上来看电动叉车的市场比例仅为21%。由此可见，电动叉车的市场空间还很大。我国电动工业车辆虽然起步于一九五二年，但发展速度远落后于内燃叉车，当时的归口管理和三电（蓄电池、电机、电控）的落后，制约了电动工业车辆的发展。改革开放以来，由于生产过程的不断自动化，对物料搬运不断提出新的要求，叉车从主要用于露天作业场合，逐渐向仓库、车间及生产线上扩展。在进入室内和半室内作业较露天情况复杂，除无污染和低噪音需求外，还有通道的宽窄，较小的转弯半径，门限、货架的高度、进入电梯、地面楼板的承载重量、低温、防爆和个别场合人员不能进入等约束条件，这些都是内燃叉车难以实现的，而以蓄电池-电机为主的电动工业车辆就比较容易满足这些复杂的条件，随着电动、蓄电池及充电装置质量的提高，电控技术的飞快发展，工业车辆行业整体技术水平的进步，使电动工业车辆的舒适性和可靠性大大提高，作业效率明显提高，而维修费用大大降低。近几年，我国电动叉车行业发展快速，销售收入不断增长，市场规模也随之不断扩大。2003年，行业销售收入超过100亿元，增长率达到了47.15%，为近七年销售收入增长之最；2006年，行业销售收入达到了188.01亿元，相比2000年，市场规模扩大了3.09倍。从产业周期的角度来看，在全球范围内，电动叉车产品和电动叉车产业都处于成熟期。从国内情况看，电动叉车产品和电动叉车行业尚处于发展期，产品技术仍需发展完善；产品使用范围和使用量尚未得到足够拓展；市场经济环境下的产业调整仍处于自然阶段；用户使用意识和企业研发意识、能力还比较落后。因此，规范企业行为，提高行业质量水平，促进产业结构调整，推动行业发展壮大，从质量监督角度来说，任重道远。市场需求开始明显增长，产业规模迅速壮大。进入1990年代以来，国内每年包括进口叉车大约需要2.5万台，99年以后需求量连年增长，预计2003年将突破5万台。其中：国内企业销量将达到33000台以上，销售收入将达到31亿元以上；独、合资企业产品销量将达到10000台以上，销售额将突破12亿；进口量8000台左右，金额12亿人民币左右。合计销量将达51000台以上，销售收入将达55亿元以上。显然，在轮式工程机械中，从销售收入看，叉车在我国工程机械行业的地位仅次于装载机和汽车起重机，处于第三位，并在近期将超过汽车起重机，而从销售台数看，它不久将超过装载机而名列第一。行业格局出现分化，并向良性方向发展。行业发展进入90年代后期以来，开始出现明显的分化，少数企业蒸蒸日上，而绝大多数企业则每况日下。在状况不佳的企业中，少数企业是由于自身的个别原因，而多数企业则是由整个产业结构质量的低下所致，另外一个重要原因就是众多国际强势制造商以独、合资的形式落户中国而给行业带来强烈冲击。到目前为止，原有的国内生产企业均仍在全部咬牙坚持。从经济角度讲，多数企业已丧失了存在价值；从社会角度讲，这些企业更类似于社会救助机构，这几乎是他们存在的全部意义。中国叉车行业（国内企业）的整体现状隐约让人们感到一丝苦涩，同时也让人们感到欣慰、看到了希望：行业领导者已基本形成，行业结构正在朝健康的方向发展，规模效益已在个别企业明显体现出来，行业整体赢利能力已完全恢复。 1.2.2 国外叉车技术的发展情况国外叉车发展较早，从美国克拉克公司于1932年向市场提供第一台叉车起，至今已有80多年历史。进入90年代以来，全世界大约有250多家叉车生产企业，主要的国家有德国、日本、美国、保加利亚和瑞典。亚洲主要有日本、韩国和中国。1990年世界叉车产量达到55.8万台，创历史最高纪录。其中德国19万台、保加利亚5.8万台、美国3.4万台、瑞典1.1万台、波兰8000台、捷克7000台;在亚洲日本16万台、韩国2.7万台、中国1.6万台。从19902001年全球叉车的年总规模在5560万台。世界叉车市场上电动叉车呈上升趋势，内燃叉车略有下降，这与全球重视环保的因素有关。目前，国外对内燃叉车正在推行环保治理，如采用欧I、欧II标准。近几年日本叉车市场上电动叉车、汽油叉车、柴油叉车的销售量大约各占三分之一，欧洲国家电动叉车所占比例达到50%左右。由于竞争的加剧，同80年代相比，90年代以来世界叉车工业出现了销售额增长、盈利减少的反常现象，为了改变这种状况，叉车巨头纷纷在发展中国家建厂，以便降低成本，维持盈利。国际上生产叉车的厂家，排名前几位的有林德、丰田、纳科、永恒力、小松、TCM、力至优等著名公司。林德叉车是世界上第一品牌叉车，该公司是世界上唯一将静压传动技术大规模应用于叉车的制造商，产品技术先进，质量可靠，其销售额一直遥遥领先，位居世界顶尖水平。林德叉车总的特点，8吨以下的产品其动力形式有内燃机和电瓶驱动，传动形式有静压传动和电传动;10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。1.3 未来叉车的发展趋势我国叉车行业已经历了多年的高速发展。虽然有诸多不确定因素存在，但我国叉车行业总体前景依然乐观。我国叉车行业已经历了数年的高速发展。去年我国叉车的市场需求量达5万台，今年估计将超过6万台。但是长期以来，“企业规模小、产品品种少、生产效率低、研发能力弱”是搅扰叉车企业的四大难题。目前，国内叉车企业年销售收入超过亿元的只有安徽叉车集团公司、杭州叉车有限公司等几家企业，多数企业规模较小。现在又有不少企业重新开始生产内燃叉车、小型搬运车辆和电动车辆，重复建设和生产仍然在增加。随着工业化水平的快速发展，叉车产品使用范畴日益扩大，但国内企业普遍生产品种少，远远不能满足用户的需要；而且其产品在驱动方式、能源环保等方面，与先进的国外制造商相比，还存在相当大的差距。 1.3.1 技术方面在工程机械类产品中，叉车使用范畴广，遍及各个经济领域。虽然有诸多不确定及不利因素存在，但整体前景依然乐观。与此同时，叉车市场合作日趋加剧，外资企业已占据了高端市场，和开始转攻中低端市场。面对发展机遇和激烈的合作，专家认为，叉车产品未来的五大发展趋势应引起业内的高度关心。 趋势一：节能化、环保化 一般来讲，叉车按动力分为内燃叉车和电动叉车。内燃叉车以内燃机为动力，其功率强劲、适用范畴广，缺点是排放和噪声污染较大。为提高产品的节能效果和满足日益苛刻的环保要求，生产企业应主要考虑从降低发动机排放、提高液压系统效率和减振、降噪等方面入手。能够肯定，排放少、噪声小的叉车必然遭到欢迎。电瓶叉车、天然气、液化石油气等燃料叉车必将会得到更进一步的发展。目前国际电瓶叉车的产量已占叉车总量的40%(国内则为10%15%)。在德国、意大利等一些西欧国家，电瓶叉车的比例则高达65%，且有不断上升的趋势。采用交流电机、变频调速使电瓶叉车有了质的飞跃。交流电机的电压有越来越高的发展趋势，使叉车在工作中发热更少、效率更高，完全克服了直流电机热量多、效率低下、维护屡次的缺点。另外，快速充电技术的发展日趋成熟，充电电流可达到传统充电电流的4倍以上，充电时间更短，效率更高。 趋势二：电子化、智能化 高可靠性、性能优越的产品以及装备先进电子技术的机电一体化叉车市场前景看好。 以仓储发展为依托，发展新品种，特别是前移式叉车和堆垛车产品。计算机技术在电动叉车上逐步得到推广应用，和纳入消息化控制。无人驾驶叉车将适用于有毒或特殊环境的需要，具有较大发展空间。 趋势三：专业化、多品种 主动仓储系统、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叉车迅速发展。为了尽可能地用机器作业替代人力劳动，提高生产效率，顺应城市狭窄施工场所以及在货栈、码头、仓库、舱位、农舍、建筑物层内和地下工程作业环境的使用要求，小型及微型叉车有了用武之地，和得到了较快的发展。目前，市场上还出现了一种铰接式叉车，它主要用于窄巷道内物料的搬运。 另一方面，叉车通用性也在提高，这样可使用户在不增加投资的前提下，充分发挥设备本身的效能，能完成更多的工作。 趋势四：安全性、舒服性 随着国际化进程的加快，产品的安全性已经成为我国企业迈向国际市场的一道门槛。叉车方、尖外表正被流线圆弧形外观所取代，改善了司机的视野，提高操作安全性。如丰田7系列叉车装有主动稳定系统(SAS)，SAS采用一系列电子传感器对叉车负荷、运行速度、转向角等参数进行丈量，当测得有潜在危险时，SAS即开始工作，以提高叉车横向稳定性，从而达到安全作业的目的。 新型叉车将愈加注重人类功效学，提高操纵舒服性。研究表明，驾驶室内壁的精巧布置，有利于提高生产率。如果所有的控制都能按人机工程学进行布置，司机操纵就愈加舒服，更能集中精力工作。趋势五：系列化、大型化系列化是叉车发展的重要趋势。国外著名大公司逐步实现其产品系列化，形成了从微型到特大型不同规格的产品。与此同时，产品更新换代的周期明显缩短。大型叉车产品特点是科技含量高、研制与生产周期较长、投资大、市场容量有限、市场合作主要集中在少数几家公司，因而我国必须加大研发力度才不会受制于人。 1.3.2 需求方面目前，安徽叉车集团公司已开发出具有自主学问产权的顺应当代国际市场需求的高科技、高附加值的H2000系列新型叉车，和按照国际标准建设了优良的服务体系。80年代前期，世界各国主要生产和使用上的以内燃机为动力的内燃叉车，随着石油的短缺和人们对环保意识的提高，电动叉车的使用日益受到人们的重视。在先进的资本主义工业化国家的叉车市场，电动叉车的地位越来越显著。据有关报道，日本在1987年以前推出的叉车中，内燃叉车占80%以上，而1988、1989两年中下降到不足65%；相反，电动叉车所占的比例却从不足10%增长到30%。目前小吨位电动叉车在欧美市场占有率竟达60%左右，而且还有继续增长的趋势，大有替代内燃叉车的趋势。1.需求总量逐年增加 叉车年需求量将在今后几年达到8万台左右；中档叉车产品销售量将猛增，市场竞争日趋激烈。2.电动叉车需求将迅速增加 电动叉车的迅速发展主要得益于科技的进步，产品外观大都采用流线型设计，造型等价美观；主要生产厂家实现了规模生产和零部件专业化生产及装配流水线作业，加工精度、自动化程度都提高了；在新材料、新工艺方面最重要的体现是晶体管控制器（SCR和MOS管）的应用，它的出现使电动叉车的使用性能得到很大的提高。从总体上说，电动叉车耐用性、可靠性和适用性都得到显著提高，完全可以和内燃叉车相抗衡。3.物流热和港口加大叉车需求 随着国内从政府到企业对物流的重视，物流业的逐步升温，对叉车市场的需求也有较大的刺激作用。物流配送现代化对叉车的需求量较大，尤其是企业对物流作业效率越来越重视，以及中国港口物料搬运的集装运输的迅速发展，必将进一步刺激叉车市场的需求。4.叉车科技含量愈来愈高 高安全性、高可靠性和使用性能好的高水平产品，装备先进的电子技术的机电一体化的大型叉车，以及向通用化、标准化、系列化的方向发展的变形产品等都是有发展前景的产品。1.4 本课题的设计目的与主要研究内容 1.4.1 课题设计目的叉车具有通用性强、机动灵活、活动范围大等特点，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，市场发展潜力巨大，叉车行业具有广阔的发展机遇和良好的投产前景。手动装卸叉车是目前广泛采用物料升降装卸的工具，因此比机动叉车具有灵活性大、使用轻便、成本低廉的优越性，所以市场广阔。但随着市场的发展，人们希望降低劳动强度，增加设备自动化程度，于是我们在手动装卸叉车的基础上，设计开发电动装卸叉车，实现减轻劳动强度、提高劳动效率、满足市场的需求为目的。我所设计的电动叉车为载重两吨的单级电动叉车，此车在手动装卸叉车的基础上安装电机、电瓶以及控制面板、控制按钮等设备，以降低劳动强度、提高劳动效率等目的。 1.4.2 课题研究内容叉车是物料搬运作业的重要设备，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。随着我国经济技术的发展进步，各种各样的大小企业如雨后春笋般拔地而起，而现在人们的工作一直朝着效率迈进，在这些工业作业中少不了装卸、搬运、码垛作业，还有现在的高消费催生了物流这一行业，这正少不了叉车的协助。电动叉车具有能量转换效率高、噪声小、无尾气排放、控制方便等优点，在车间、仓库、食品、制药、微电子及仪器仪表等对环境要求较高的场合得到了广泛的应用，成为室内物料搬运的首选工具。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，噪声小、无废气排放的蓄电池叉车将成为市场的主流。另外，自动化仓储系统和大型超市的纷纷建立，也刺激了对室内物料搬运机械电动叉车的需求。目前，国际上电动叉车的产量已占叉车总产量的40%以上，在欧美等发达国家，电动叉车所占的比例达到60%；在中国，电动叉车所占的比例为20%左右。电动叉车现已突破原来只能用于小吨位作业的局限，逐步由室内走向室外，市场需求逐年上升。由于上述这些电动叉车的许多优点，从而使电动叉车有着广阔的发展前景。 2 总体设计方案2.1 方案比较和设计选型在选择设计方案时我考虑了两种叉车方案，一种是单级式电动叉车，另一种是双极式电动叉车，这两种叉车的作用和功能基本上都是一样的，都具有灵活性大、使用轻便、劳动强度低、设备自动化程度较高等特点。但是双极电动叉车与单级电动叉车相比，有很多优点，也有一些缺点。优点：由于双极电动叉车采用双极叉车起升，在单向链条的作用下能达到双倍的起升高度，一般能达到2.5-3米。在车间、仓储时能将货物堆放到一定高度，节省存储空间，节约仓储开支等。缺点：与单级叉车相比，由于其高度而使得其结构复杂一些，自身重量要大，灵活性不如单级装卸叉车。综合两种叉车的特点和优缺点，我选择单极电动叉车，因为两种叉车起升原理是一样的，其结构也很相似，只要熟悉了单极电动叉车的原理，双级电动叉车也就知道了，而在日常生活中，使用双极叉车的并不比单级的多。单级叉车在工厂、车间、仓库、车站、码头等地的货物装卸、搬运、码垛作业中都很常用，而双极叉车一般只用于要求一定高度的搬码垛等，所以我选择单极电动叉车。2.2 设计思路本课题的目的在于实践环节中，主要是针对应用方面的设计和实用零件的选用等。在设计过程中没有太深奥的研究内容，也没有太难的设计计算，主要在于对实用型设备的校核、实用零件的计算选用等，比如如何选用电机、链条等，还有如何设计选用滚轮、油缸，在选用油缸过程中，需要查很多手册查找参数，比如油缸内径、轴杆径、原始长度等。这样就不会产生学到的知识用不上的情况，能够学以致用，不但完成好了学习任务，而且还学到了一门技术，为以后就业打下更扎实的基础。2.3 本次毕业设计的设计方案在正式设计前我根据课题制定了两套设计方案，主要是针对设计单级还是双级的问题，以及在载重问题的选择。在指导老师的建议下，我选择了单级电动叉车，因为这种型号的叉车在生活中应用比较广，大众化。整体设计主要包括以下几个部分：机械结构、机械传动、动力装置、电器设备。设计内容包括各个装备的由来、结构、校核、用途等。2.4 设计进程安排根据上述设计的方案，本项目的主要设计工作分为以下四个阶段： 2.4.1 调研阶段包括调查国内外电动叉车的发展情况，调研国内外相关技术、研究分析现有叉车的结构性能，并进行设计方案论证等，在此阶段我主要对我所要进行研究的单级电动叉车进行分析研究，初步明确了设计思路，并初步定下了设计方案。 2.4.2 各个模块的研究分析阶段本设计课题主要包括五个方面的内容：叉车车体的整体设计与选材，电机的设计选择，油泵的设计计算，链条的选用和叉车的整体布置。此阶段是本次毕业设计的基础定型阶段，只有对初始方案的不断修正，不断改进，才能在设计阶段事半功倍，不致最后反工。在此阶段，我通过不断的对比单级叉车和双极叉车的各种优缺点，进行比较和改进。以及在电机的选用上，分析比较了在这种场合中使用交流电机还是直流电机，使用交流电机就不用在叉车上安装电瓶。可是得经常充电，还得购买电瓶，可是使用交流电的话，这会给使用带来很大的不便，那样要移动多少距离就得要多长的电线，而且还有安全危险。在传动方面，比较了各种传动方式的优缺点，最后选用了链传动，因为在叉车方面，要求安全系数比较高，不容出现一次事故。而且对链条的选用做了详细的设计计算选用。 2.4.3 设计阶段在该阶段，主要工作就是对已经确定下来的各个模块进行适用性分析，主要考虑各个模块的力学、运动学性能，进行刚度和强度校核，并确定各个机械结构的具体尺寸和具体装配方法，绘制出机械结构零件图、机械结构装配图、油泵结构图、液压原理图及电气控制图等，这是我们毕业设计中最重要的一部分内容。 2.4.4 总结阶段在设计的最后，要对自己所作的材料进行整理，对自己所做过的研究进行分析，完成毕业论文说明书的撰写，修改整理机械设计图和电气控制图，对设计的产品进行经济分析及适用性分析。2.5 总体结构设计 2.5.1 机械结构结构主要包括车架、龙门架、货叉三部分。这是叉车的支撑体，相当于人的躯体、手和脚。下面分别介绍三部分的结构和材料构成。车架：车架是叉车的支撑体，主要有壁厚为10的10号圆槽钢焊接而成，地下安装有四个车轮，前轮为100mm，后轮为280mm。在距离地面1000mm处有一U型扶手，用来推动叉车时方便扶手。龙门架：龙门架的作用是用来支撑货叉，工作时龙门架与货叉的后背相靠，上部用一根长轴将两货叉固定在龙门架上。龙门架主要是由钢板产、拼焊而成。其俯视结构图如图2-1所示： 图 2-1 龙门架俯视图 货叉：货叉是托起货物的构件，其结构如图2-2所示，其材料为锻造钢。 图2-2 货叉及叉套 a) 眼环式货叉 b) 钩钳式货叉 c) 叉套 2.5.2 传动方面传动件主要有链条、油泵两部分。链条采用并联式的两根链条并排吊着龙门架，另一端固定在叉车车架上，当有本处于原始长度时，油泵支撑在链条中间，链条与油泵杆之间用滚轮传动，如图2-3所示： 图2-3 传动示意图 2.5.3 动力方面动力件主要是指泵站。这是叉车的心脏，为叉车提供动力。由于叉车的运动特性，要求叉车的电源为移动式的，泵站就必须选用低压直流电机。在设计中电源我选用12V的低压直流电源，泵站用型号为MEN1的12V低压直流电机。 2.5.4 电路和控制元件在动力方面已经讲到了电源用12V的低压直流电源，在工作过程中，为了方便操作，就需要安装必要的按钮表盘。图2-4是电动叉车的接线图： 图2-4 接线示意图由上面的接线图可知，在叉车的电器控制设备需要：电量显示表、充电器、12V蓄电池、12V1.6KW直流电机、急停开关、上升和下降按钮。 3 参数及校核计算3.1 叉车最大起升高度、起重量的确定随着社会经济的发展，集装箱运输的日益繁忙及立体仓储的广泛应用，货物的高层堆垛需要高起升的提升机械，叉车为了满足不断变化的社会需求，经常要配置高起升门架，但由于起升高度的增加对叉车的稳定性和起升油缸稳定性带来影响。所以，确定最大起升高度起重量应从叉车纵向堆垛稳定、横向堆垛稳定及起升缸的压力杆稳定三方面性能来综合考虑。 3.1.1 纵向堆垛稳定性为了能使叉车在最高起升高度安全可靠地堆放货物，必须有一个合理的合成重心，建议在平坦场地、满载起升至最大高度、车架垂直时、合成重心的高度与到起倾翻轴线的水平距离之比为7.5:1，纵向倾翻轴线为叉车前轮的接地线。如图3-1所示： 图3-1 叉车纵向堆垛稳定性分析图 （3-1） （3-2）式中 叉车合成重心距前桥中心线的水平距离，cm 叉车自重，Kg 叉车自身重心距前桥中心线的水平距离，cm 起升高度的起重量，Kg 货物重心距前桥中心线的水平距离，cm 叉车合成重心距地面的垂直距离，cm 叉车自身重心距地面的垂直距离，cm L 货物重心距地面的垂直距离，cm由式（3-1）、（3-2）得： （3-3） （3-4） 纵向堆垛稳定性计算中取，则： 3.1.2 横向堆垛稳定性跟纵向堆垛稳定性一样，横向堆垛稳定性也必须有一个合理的合成重心，建议在平坦场地、满载起升至最大高度、车架后倾至最大角度时，合成重心到倾翻基准平面垂直方向的距离与其到倾翻轴线水平方向的距离之比为6:1。对于叉车，横向倾翻轴线根据其倾翻阶段分别有两条，即初始的前桥外侧车轮的接地面积中心与后桥铰轴中心的连线，到后阶段的由于后桥挡块的作用，转变为前桥外侧车轮的接地面积中心与后桥同侧车轮接地面积中心的连线。对于叉车计算来说，特别是对满载叉车，建议采用前阶段的倾翻轴线为计算对象较为合理，且偏于安全。如图3-2所示： 图3-2 叉车横向堆垛稳定性分析图 式中 横向倾翻轴线与叉车纵轴的夹角，（） 叉车前轮距的一半，cm 叉车轴距，cm 则 （3-5） 式中 叉车合成重心至横向倾翻轴线的水平距离，cm 叉车合成重心至前桥中心线的水平距离，cm 前轮静力半径， 0.95 r，cm 叉车后倾最大角，（） 后轮半径，cm 为简化算式，设： （3-6） （3-7） 则 （3-8） （3-9） （3-10） （3-11） 3.1.3 起升缸压杆稳定性随着起升高度的增加，起升缸长度的增加，其本身的压杆稳定性问题越来越突出。因此，确定起重量时必须对其加以考虑，如图3-3所示： 图3-3 叉车起升缸压杆稳定性分析图（1）首先，需算出起升缸的临界稳定力。由于门架起升缸的稳定性主要受纵向弯曲控制，建议按等截面杆、用欧拉公式计算： （3-12）式中 ， 长度折算系数，可根据门架油缸支承状况，取=1 活塞杆计算长度，cm（2）计算作用在活塞杆上的总载荷，其包括四个方面：链条活动分支的拉力、链条固定分支的拉力、内门架重量及门架处于垂直位置时内外门架 间滚轮的摩擦阻力，则作用在一支活塞杆上的总载荷P为： （3-13）式中 （3）当油缸负载力超过稳定临界力时，已不能维持原有轴线状态下的平衡而丧失稳定。所以，液压缸的稳定条件为： （3-14）式中 稳定性安全系数，一般取24，此处以取3来计算起重量Q: （3-15）将从上述3个方面所求的结果进行比较，应去其中最小值作为所要计算的叉车做大起升高度起重量。,，, （3-16） 综合上述计算，横向堆垛稳定裕度较大，纵向堆垛最不稳定，这就要求车架的结构性能要绝对的好，油缸压杆稳定也较为薄弱，所以最大起升高度的起重量应确定为1696kg。由于机械校核可以有一定的活动量，因为在计算时所给的安全系数一般比事实上要大很多，所以该车承载两吨是符合要求的。3.2 各结构的校核设计计算 3.2.1车架体的受力校核计算如图3-4所示，车架体的受力可以简化为两固定简支梁的受力分析： 图3-4 车架受力分析图上图中a=330mm,b=850mm,l=1180mm由材料力学知识可算得： A点的支反力为： B点的支反力为： AC段的剪力为： BC段的剪力为： 梁的最大弯矩为： 则可画出受力的弯矩剪力图3-5、3-6：A C B M=4659Nm 图3-5 车架受力弯矩图 图3-6 车架受力剪力图由上图可知，在整个受力过程中，C点的受力最大，因此只要校核C点的受力情况，下面计算一下C点的最大拉应力和最大压应力：图3-7为C点的拉压受力情况图： 图3-7 车架截面拉压受力图 查阅材料力学附录可得：，且由上面算得，则： 对于标准的和专用的机械零部件，其许用应力与安全系数常常有比较成熟的推荐值。但对于非标准的或特殊的，或对其体积或尺寸无严格限制的机械零部件，其许用应力与安全系数S常需要设计者自己选取。工作应力与许用应力的一般关系为 （3-17）工作应力 （3-18）许用应力 （3-19）查阅机械设计手册P1-113中的表1-1-89可知在汽车灯机械行业中带载平稳起动时的载荷系数的值为1.21.5。此时取， 安全系数S应当综合载荷确定的准确程度、材料性能数据的可靠性、所用的合理性、加工装配精度以及所设计的零部件的重要性等来确定。在这用部分系数法来进行计算，它对安全系数有影响的因素分别用一个分系数、表示，这部分系数的乘积为安全系数： （3-20）则安全系数为 已知车架的材料为Q235号钢，则可知：由上式可知 且已知 则 （3-21）比较上式可知车架材料强度符合要求。 4 电动传动4.1 电动机功率大小的选定 4.1.1 选择直流电动机的原因直流电动机是将直流电能和机械能相互转换的旋转电机，还可以作其他特殊的用途。直流电动机具有以下优点：优良的调速特性，调速平滑、方便，调速范围广。过载能力大，能承受频繁的冲击负载。可实现频繁的无级快带起动、制动和反转。能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求等特点。其制造成本和维护工作量一般来说虽比交流电动机大，但交流电动机的调速性能至今好不能与直流电动机的相比，因而直流电动机在需要广调速的场合要求有特殊运行性能的自动控制系统中，一直占有突出的地位，被广泛应用于冶金矿山、交通运输、纺织印染等工业。直流发电机能提供无脉动的电力，其输出电压便于精准的调节和控制，它的主要用途之一是作为某些重要的直流电动机的电源，使其获得较好的换向性能。 它还能满足直流和同步电机励磁系统的不同要求，并可用于电化工业中作为电解、电镀的低压大电流直流电源。随着可控硅整流电源的广泛应用和日益完善，及其在技术和经济上的显著优点，一方面在许多领域中取代了直流发电机，另一方面却进一步扩大了直流电动机的应用范围。但直流发电机在某些领域中如真空冶炼工业和无交流电网且又需要直流电源的场合等，仍由一定的重要性。 4.1.2 电机功率的选用 本课题设计的电动叉车为载重两吨的单级叉车，由于使用两根链条并联使用，则每根链条上所受的拉力为一吨，根据受力平衡可算得油缸的受力为F=39200N,液压缸所做的功为：W=FS(J) （4-1）功率为： （4-2）由于F=pA, ,代入上式得： （4-3）根据泵站与液压缸之间的功率传递关系可得： 泵站功率为： （4-4）液压缸总功率由以下效率组成： 机械效率：由活塞及活塞杆密封处的摩擦阻力所造成的摩擦损失，在额定压力下，通常可取 容积效率：由各密封件泄露所造成，如前述，通常取活塞密封为弹性材料作用力效率：当排油直接回油箱时液压缸的总效率： 选取泵站电动机的转速为：v=1500r/min，排量为q=2.2cc/r，则泵站的流量可算得为: 压力强度为： 由以上公式可计算得泵站的功率为： 查阅主流电动机技术数据表，我选用型号为MC2-V1B-F3-PG-MEN-T05-F1(/F2)的直流电压电动机。其主要参数如下所示：直流电动叉车用泵站：型 号：MC2-V1B-F3-PG-MEN-T05-F1(/F2) 4.1.3 蓄电池的有关说明在电动叉车中，前面已经提到，由于其运动特性，所以在选择直流的同时，还要选择电压低的电机，在这我选用12V的电瓶作为电源。在这一并提一下蓄电池的使用与维护。蓄电池的正确使用：配用硅整流发电机的叉车，蓄电池必须负极搭铁，绝对不能弄错，否则会烧坏硅整流发电机的二极管而损坏发电机。蓄电池隔板有木板、塑料隔板和玻璃纤维隔板等，它安装在正负极板之间，防止正负极板相碰而产生短路。电解液密度对蓄电池工作影响很大，当密度增大时，电解液的冰点降低，解冻危险减小，但密度多大，电解液粘度增大、渗透困难，且还会使木隔板加速炭化，极板硫化，缩短其寿命。使用时，可根据不同条件来选择不同密度电解液。蓄电池的维护：叉车蓄电池是一种可逆性的直流电源，可以反复充电、放电，所以成为二次电池。充电过程中是将电能转化为化学能储存起来，放电过程则是将化学能转变为电能。蓄电池最好经常处于充足电状态，凡使用过的每月最好补充一次，存放期不宜过长，避免长期搁置。蓄电池的充电状态可根据电解液密度和端电压来判断，用高率放电计测量蓄电池在大电流（接近起