毕业设计（论文）-叉车的执行机构设计.doc

全套图纸加扣3012250582毕业设计说明书课程名称 叉车的执行机构设计 教 学 部 专 业 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 2017年3月 全套图纸加扣3012250582 摘 要随着物流产业的不断发展，搬运设备和技术日新月异。而叉车作为搬运机械中应用最广泛也最实用的搬运设备，被广泛应用。叉车通用性强、实用灵活，实用范围广泛，被广泛应用在如码头、港口、机场、车站、仓库等等各个地方。叉车作为最为广泛的设备，全面掌握和了解其结构原理，对于改进其功能，完善其设计具有非常重要的意义。本次设计将首先分析了解叉车及叉车执行机构的主要类型、工作特点及发展情况等，并对当前的研究现状和发展趋势等进行分析，明确了本次设计的主要内容和目标。在此基础上，对所设计叉车执行机构进行了必要的分析，叉车执行机构主要是叉车的执行机构系统，叉车执行机构主要包括内执行机构、外执行机构、导向机构、液压驱动部分等等。确定所选择的执行机构的结构形式，并进行总体方案设计。通过液压油缸驱动链传动，实现执行机构的举升。计算了执行机构的主要结构并校核了强度。在此基础上，完成了叉车执行机构的二维装配图和主要零件图的绘制。此次设计通过正向的分析和研究，全面了解掌握设计原理和设计方法。关键词：叉车；执行机构；叉架；执行机构；滚轮ABSTRACT Forklift truck is is widely used in the actual production and life of mobile machinery, material handling machinery. Known as industrial vehicles or ground transportation vehicles abroad, is to realize the modernization of logistics, reduce the work intensity of workers, the main tool, this is good for improve work efficiency. Forklift, name a lot, real life was become a forklift, fork lift, or the automatic ascending car, etc., it is made of trackless chassis is equipped with a special handling equipment. Forklift has strong commonality, flexible, large range etc, therefore, forklift trucks are widely used in railway stations, ports, airports, warehouses and industrial and mining enterprises and other departments, to realize mechanized loading and unloading, stacking and short distance transportation, logistics system is indispensable equipment. And forklift loading and unloading operations is directly related to the work device of the forklift lifting system, the unloading and stacking of finishing are accomplished by the door frame, so it is one of the most important part of the forklift truck. This subject mainly mechanical structure of the forklift lifting device as the main research object. The paper analyzes the main types and their respective advantages and disadvantages of forklift truck door frame, determine the type of forklift truck door frame, and design of the forklift truck door frame. Forklift truck is working device driven by lifting hydraulic cylinder motion transmission chain, the chain is connected to the fork fork frame, door frame order goods fork fork movement driven eventually placed in the implementation of the goods on the pallet fork lift. At the same time, in the process of design, the reference of existing work device of the forklift truck door frame, combined with practical work and design requirements, design a simple structure, forklift structure that could satisfy the requirement of practical work, and the fork truck door frame system of related parts are necessary checking and design calculation. Key words: Forklift pallet fork; Fork; The door frame; RollerIII目录摘 要I目录III第 1章 绪 论11.1 叉车简介11.2叉车研究的现状及分析11.3 现代叉车技术发展趋势21.3.1产品的系列化与多样化21.3.2绿色化推动叉车动力技术的发展31.3.3节能和机电一体化高新技术的应用31.4 叉车执行机构介绍41.5目的和意义41.6 本课题主要设计内容51.7 本章小结5第2章 叉车执行机构种类及特点62.1 执行机构的结构类型62.2 执行机构设计要求92.3执行机构系统的运动与安装关系102.4 本章小结12第3章 货叉和叉架的设计计算133.1货叉基本参数和尺寸的确定133.2货叉的计算简图133.3货叉的强度验算143.3.1计算载荷P的确定153.3.2 安全系数n的确定153.3.3 计算最大正应力163.3.4 强度验算163.4 货叉的刚度校核163.5 货叉挂钩形式的确定17 3.6 叉架设计173.7 本章小结19第4章 叉车执行机构的设计计算204.1 执行机构系统的构造原理204.2 执行机构强度的计算状态214.3 计算滚轮压力234.4 内执行机构强度计算234.4.1 执行机构立柱断面翼缘厚度校核234.4.2 执行机构立柱断面腹板高度校核244.4.3 执行机构立柱的弯矩校核244.5 外执行机构强度计算264.6 本章小结27第5章 执行机构其它部分设计285.1 执行机构倾斜结构设计285.1.1 倾斜机构简介285.1.2 倾斜机构设计工况285.1.3 倾斜油缸的布置方案295.1.4 倾斜油缸设计295.2 内执行机构与外执行机构滚轮的设计375.2叉架与内执行机构滚轮的设计415.3本章小结41结论42参考文献43致谢45IV 第 1章 绪 论叉车是重要的工业车辆，实现各种货物产品的搬运作业，保证工厂、车站、港口、码头、货场、机场等区域的货物周转、装卸和搬运。随着物流业的发展，叉车的应用范围也越来越广泛。叉车主要分为门架叉车和集装箱叉车等，所用的动力包括内燃机或者电池等。1.1 叉车简介目前叉车的种类主要有四类，包括普通内燃机叉车、重型叉车、集装箱叉车和侧面叉车。图1-1 普通内燃机叉车普通内燃叉车一般使用柴油、汽油、液化石油气或天然气发动机作为动力,1.2到8.0吨的负载能力,操作通道宽度一般是3.5到5.0米,考虑到废气排放和噪音问题,通常用于户外、车间或其他排放和无特殊要求的地方。因为燃料容易添加,它可以实现长时间连续操作,并且可以工作在恶劣环境(如下雨)。重型叉车用柴油机作为动力,承载能力10.0到52.0吨,通常用于重型货运码头、钢铁和其他行业户外操作。集装箱叉车用柴油机作为动力,承载能力8.0 45.0吨,一般分为空堆垛机机器,重箱子堆垛机和集装箱前悬挂。用于集装箱装卸、集装箱堆场或港口码头等操作。侧面叉车用柴油机作为动力,承载能力3.0到6.0吨。与不转动的情况下,直接从旁边叉货物,所以主要用于叉长类型的产品,如木材、钢铁等等。1.2叉车研究的现状及分析1.2.1国内叉车发展情况中国的叉车行业始于1950年代末，仿制品主要在前苏联。从70年代末到80年代中期，行业组织的两个联合设计，每个叉车制造商是引进国外先进技术，如北京叉车厂介绍日本三菱15吨柴油叉车技术，大连叉车日本三菱的一般工厂平衡是1040吨柴油叉车和集装箱叉车技术，天津工厂引进保加利亚巴尔干车辆公司1.256.3吨内燃技术，杭州叉车叉车叉车厂进口德国OK公司液压技术，越野叉车，电动叉车，合肥总厂，宝鸡叉车公司介绍日本中药有限公司110吨叉车技术，湖南叉车公司介绍了多普勒变频机械公司内燃防爆技术。90年代以来，部分骨干企业在消化吸收进口技术产品的基础上更新正面系列，使国产叉车技术水平不均衡。其中，电动叉车由于基础技术的局限性落后，整体水平和世界先进水平差异非常大，进口叉车产品每年近2亿美元。中国叉车可以在国际市场上竞争，与世界竞争，将依靠叉车提高整体技术水平，特别是电动叉车技术的飞速发展。1.2.2国外叉车发展情况叉车制造企业众多，特别是国际上叉车类齐全，企业的竞争力主要有林德，丰田，小松等一批着名公司。林德叉车是世界第一品牌，公司是世界上唯一大型液压传动技术叉车生产厂家的大型应用，产品技术先进，质量可靠，其销售已远远领先，产品一直处于世界前列。林德叉车的一般特点，8吨产品动态形式的内燃机和电池电源，液压驱动和电驱动传动形式;超过10吨的叉车由内燃机和液压传动驱动。各种产品，工程水平，让世界在一起。丰田，纳科，永恒，小松，神钢，部队抓产品技术基础同等水平，但各具有技术优势和特点。世界着名的叉车技术特点是：品种齐全，技术先进，每个都有自己的特点，特别是在提高工作效率，人机工程，节能，环保和安全技术发展非常快，追求每个个性，最大的满足客户需求。1.3 现代叉车技术发展趋势1.3.1向系列化和多样化方向发展 根据全美不动产协会的统计分类的工业车辆的房地产、叉车的要点(1、2、3、4、5、6和7)7个类别,分别在电动驾驶叉车,电动叉车叉车、电动托盘车、狭窄的隧道燃烧平衡实心轮胎,内燃叉车平衡重量类型、充气轮胎叉车、电动和柴油骑越野叉车和拖车。产品品种和系列非常完整,如德国林德公司重柴油、液化石油气、电平衡叉车,叉车、堆垛机、托盘车,分类共有近110人,产品规格,产品类别和中国最大的叉车生产企业集团,生产水平的1 16 t,80型号的400多名叉车,叉车制造商的数量在中国最具影响力的生产团队的主力,品种。每个叉车公司各种各样的产品类别和系列,以适应不同的用户、不同的工作对象,不同工作环境的需要,并引入新的结构、新的模型,许多种类的少量的产品,以满足用户的个人需求。1.3.2节能绿色环保方向发展 叉车根据他们使用不同的电源,主要分为内燃叉车、电动叉车这两个。内燃叉车的发动机功率,强大的力量,使用范围广泛的缺点是排气和环境噪声污染,对人体健康有害。要求环境保护促进技术升级的权力;中医在1970年代更新3.5 8 t柴油叉车,改变预热燃烧室,柴油引擎直接注入结构,实际结果表明,节约石油达到17%至17%;在1980年代早期,德国Deute公司开发F913G叉车专用柴油发动机,节能60%,瑞典也引入了一个柴油混合动力电池(柴油)混合柴油发动机,柴油机,叉车;在1990年代,液化石油气(LPG),压缩天然气(CNG)叉车叉车也出现了,这种权力叉车的使用过程中,丙烷燃烧低污染、可以实现强劲的发展势头。 当前,国际电动叉车生产占总数的40%叉车(国内10%到15%),德国等西欧国家,意大利,65%叉车为电动。未来叉车将广泛应用于电子喷雾燃烧和共轨技术。发动机排气催化净化技术的发展是有效减少有害气体和微粒的排放。液化石油气、天然气和其他燃料叉车和混合动力叉车将进一步发展。我相信在不久的将来,新的燃料电池公司的共同努力,克服缺点,大大降低生产成本,最终为批量进入市场赢得时间的未来发展的基础。1.3.3 自动化的高科技应用方向发展 实现机电一体化的微处理器为核心的机电一体化控制系统是未来发展的主要方向。叉车控制系统,微处理器为核心,控制当地控制网络发展的方向,以帮助保持车辆的最佳工作状态,实现智能叉车操作。传统的电动汽车,速度控制器的抵抗已经消除,和新MOSFET晶体管,因为门驱动电流平行于良好的控制性能和软,硬件、自动保护和硬件自我诊断功能优势,被广泛使用。系列和他的励磁控制器仍然是市场的主导产品,通信控制技术正处于起步阶段。交流调速系统成本的损失和关闭交流电动机成熟,交流电动机叉车将由于其强度保持良好性能和取代直流电机的叉车。电子转向系统和动力转向比率可以节省25%,它可以根据使用叉车的工作条件,及时调速、节能和叉车有效措施减少噪音。此外,MOSFET晶体管比电阻的速度20%,释放类型再生制动节能5% - 8%,液压马达控制器和负载势能回收技术可以节省分别为20%和20%。1.4 叉车执行机构介绍叉车执行机构是叉车的工作机构，该部分主要主要负责叉车工作过程中零件的举升作业，也被称为执行机构系统。该系统主要分为执行机构（内执行机构、外执行机构）、货叉，叉架、，链轮、链条、升降油缸、倾斜油缸等几部分组成。根据叉取货物举升高度的要求，叉车执行机构可以两级或多级，常见的普通叉车两个级别的门框。所有的三种常见的自由门框两个完整自由门门框两个标准框架，包括整个门框，因为它可以自由进入容器，我们通常被称为股票柜门框架。两级执行机构由内环和外执行机构，挂在叉叉架和叉叉轮一起沿着门框内上下移动，推动货物提升或下降。室内门升降油缸驱动电梯，也由导辊装置。双方的后门框架设有斜柱(摆缸)，可以使门框向前或向后(门框前最大的约3- 6角，海拔约10-13)后，以利叉和堆放货物。外执行机构底部铰链框架，中央与倾斜油缸铰接。由于规模倾斜油缸，门框可以来回倾斜(斜率通常6 12)，使货叉叉货货物的稳定性和处理过程。室内执行机构滚轮，嵌入到外门，室内执行机构上升可以部分的外执行机构。货叉与辊、嵌入式、执行机构、上下运动。提升油缸固定外执行机构底部的低，油缸活塞杆铅棒沿着门框内上下移动。活塞杆的顶部设有连锁，起重链一端固定外门框，另一边绕过链轮与货叉。当顶部的活塞杆与链轮起重链有叉叉和货物一起提升。才开始提升货叉升降，直到活塞杆的顶部驱动内门框后室内门框，门框内货物叉1/2的提高速度。货叉升降和室内门框固定货叉可以最大起重高度称为自由提升高度。一般免费提升高度约为300毫米。当货物叉后设置内骨架内门框的顶部与货叉只有当门框，称为整个自由门框是改善。10吨叉车链轮最直接固定，门框的顶部，升降油缸顶开始门框，所以不能免费升级。免费推广叉车可以进入门口稍高于它。全自由提升叉车在低的地方，不是因为内部框架的屋顶，导致货物叉不能上升到规定高度的缺点，因此它适用于小木屋，容器操作。让司机有很好的视野，提升油缸两个和安排两边的门框，叫做宽视野执行机构。1.5目的和意义随着物流产业的不断发展，搬运设备和技术日新月异。而叉车作为搬运机械中应用最广泛也最实用的搬运设备，被广泛应用。叉车通用性强、实用灵活，实用范围广泛，被广泛应用在如码头、港口、机场、车站、仓库等等各个地方。叉车作为最为广泛的设备，全面掌握和了解其结构原理，对于改进其功能，完善其设计具有非常重要的意义1.6 本课题主要设计内容本次设计将首先分析了解叉车及叉车执行机构的主要类型、工作特点及发展情况等，并对当前的研究现状和发展趋势等进行分析，明确了本次设计的主要内容和目标。在此基础上，对所设计叉车执行机构进行了必要的分析，叉车执行机构主要是叉车的执行机构系统，叉车执行机构主要包括内执行机构、外执行机构、导向机构、液压驱动部分等等。确定所选择的执行机构的结构形式，并进行总体方案设计。通过液压油缸驱动链传动，实现执行机构的举升。计算了执行机构的主要结构并校核了强度。在此基础上，完成了叉车执行机构的二维装配图和主要零件图的绘制。此次设计通过正向的分析和研究，全面了解掌握设计原理和设计方法。1.7 本章小结 本章重点分析了解了叉车执行机构的主要类型、工作特点及发展情况等，并对当前的研究现状和发展趋势等进行分析，明确了本次设计的主要内容和目标。 第2章 叉车执行机构种类及特点叉车的执行机构是叉车的门架系统，门架是叉车工作装置的骨架。门架作为执行机构，支承起升油缸，因此要承受货物的垂直重力；而货物作用在货叉上的力矩也通过滑架传给执行机构，使执行机构承受纵向弯曲。执行机构通过下部铰轴以及倾斜油缸把力传给车架，以保持自身的平衡。2.1 执行机构的结构类型目前，叉车的执行机构类型较多，主要的作为执行机构的门架是德门型框架、重叠滑动型门架系统、并列式滚子门架执行机构。目前应用最为广泛的是并列式执行机构，该种执行机构的立柱截面有多种组合型式，常见的是CC型，CJ型和CL型，如图2-1所示。（a）CC型(b) CJ型(c) II型(c) CL型图2-1 叉车执行机构种类 表2-1 立柱的内外执行机构截面形式汇总综合考虑各类执行机构截面的特点，本文选用并列式CC型执行机构结构，该执行机构结构相比于综合式执行机构结构有轧制方便，组装简单，内执行机构可以直接沿着外执行机构滚动，内外执行机构的布置简单方便，同时相比于重叠式CC执行机构，该结构的内执行机构不受外执行机构的限制，很大程度上解决了强度问题，但是存在的缺陷就是执行机构前方的视野变差，因为内执行机构的布置形式限制了执行机构中间的空间大小，但对于小微型叉车来说，这些问题的影响相而且本次设计的叉车执行机构拟采用举升油缸外置的方式，如图2-2所示。对于执行机构的级数，有二级和多级，一般采用的为二级或三级，对于小吨位叉车来说一般为二级执行机构。所以本文设计的一吨位叉车执行机构系统则选择二级执行机构。图2-2 油缸外置结构2.2 执行机构设计要求 执行机构是叉车工作装置的重要组成部分,是最有特点的叉车部分。它负责货物的起重和相应的装卸、堆垛行动，对叉车的整体性能有很大的影响。最常见的叉车传动装置是由内部和外部的部分组成的。内部和外部的实施机构分别有两个柱子，该立柱是主要的组件由实施机构,也是货叉(或内部实施机构)的运动轨道。左和右的两个立柱通过上梁及横梁链接固定，形成或各种闭环的框架(图2-1)。列的执行机构外的多数通道部分,列的列的实现结构,槽,工字形的和其他形状的形状。柱截面的长度不是封闭的，立柱的长度远远大于截面的高度和厚度,所以它们是机械开口薄壁件的类别。（a）内执行机构 （b）外执行机构图2-1 执行机构结构简图1立柱 2横梁 叉车内部和外部的实施机构相互嵌套在一起，通过液压油缸实现内部框架可以移动，实现可伸缩的结构形式。这是它的结构特点。处理要求,执行机构安排前面的车,在前桥前,安排或位置的特点。内部框架,外框架和叉都是钢做的,这是与千斤顶和链轮的重量单位,并集中在致动器平面位于前轴之外,从而影响叉车的能力的不利因素抵制向前倾斜。由于执行机构是在前方,大部分的组件,这些组件构成了致动器系统和升降气缸和连锁油轮将阻止司机的视线。 设计中,我们必须设法减少这些负面影响,必须注意两点:首先,确保工作设备可以工作在正常情况下,尽可能安排它接近前轴;司机查看问题,以确保没有货叉车驾驶,司机可以看到货叉,而且应该努力提高叉从地面到顶部的整个过程中,驾驶员可以观察叉上的货物情况。2.3执行机构系统的运动与安装关系执行结构的主要特点及原理如图2-2所示，装载货物的货叉是放置在叉车的横梁上的，叉车横梁和由液压油缸驱动的牵引链条链接，叉架两侧与内门架配合的地方安装有滚子，在液压缸举升的过程中，货叉通过滚子沿着内门架运动，此时货叉在液压油缸的驱动下，实现以内门架为导轨的往复升降运动。同样的道理，内门架在货叉举升到其顶部时，受到向上的力的作用，也将被举升，内门架的外侧与外门架配合的位置上也有侧向和纵向的滚轮结构，实现在外门架在内门架上的自由起升。整个的门架结构则是通过铰接的方式与叉车的底盘实现连接，门架系统的中部则是通过两个同步的液压油缸驱动，实现门架的倾斜运动。图2-2 执行机构示意图 执行机构部分参数见下表：表2-1 1.0t叉车执行机构主要性能参数特 性额定起重量Load Capacitykg1000载荷中心距Load centermm500尺 寸标准二级执行机构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执行机构前后倾角前倾/后倾 F/Rdeg6/10速 度最大行驶速度（无载）km/h11起升速度（满载）mm/s220132.4 本章小结 本章主要介绍了叉车执行机构系统以及设计要求。第3章 货叉和叉架的设计计算3.1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(为货叉厚度，为货叉宽度等)（图3-1）。47图3-1 货叉的结构和尺寸Xxxx大学毕业设计（论文）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Q=1吨，按ISO/DIS1214-79标准规定，载荷中心距离为c=500mm,再由ISO/DIS2325-81和ISO2382-77标准，查出货叉的基本参数和尺寸为货叉长度：；货叉垂直高度：；货叉断面尺寸：；货叉两铰支点中心距：；货叉外伸距：；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。3.2货叉的计算简图 通过对货叉的结构及连接方式分析，货叉可简化为支承在两个铰接支座上的静定刚架（图3-3）。图3-2 超静定刚架计算简图图3-3 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。3.3货叉的强度验算 （a） (b)图3-4 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3-4)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3-1）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。3.3.1计算载荷P的确定 （式3-2）式中 Q起重量，Q=1.0t=9800N K1动载荷系数，由文献1推荐，取K1=1.2； K2偏载荷系数，由文献1推荐，取K2=1.3.由此得出 3.3.2 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: 其中n强度安全系数；材料屈服极限；危险截面处应力（即最大正应力）；注：与单位相同。此次设计选择安全系数为n=3。3.3.3 计算最大正应力 （式3-3）3.3.4 强度验算将设计参数带入式3-1，得出因为，所以货叉满足强度条件。3.4 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（图3-5）。（a）计算图 （b）MP弯矩图 （c）弯矩图图3-5 货叉叉尖挠度计算图 由此可得叉尖的挠度 （式3-4）式中 货叉的截面惯性矩，；货叉的弹性模量，；货叉的额定截荷，.代人数据, 得出 叉尖的许用挠度为 （式3-5）由于,所以货叉满足刚度条件。3.5 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。3.6 叉架设计图3-6 叉架受力图 如图3-6所示，叉架一般按简支梁计算其上横梁悬壁根部A-A截面处的应力（MPa），其计算式为 （式3-6）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，b=M=31mm； Fp垂直载荷，N。Fp=9800Q/2，即额定起重量的一半； F纵向载荷，N。F=Fpm/h2，见表4-1，m=c+a+0.5b，a为货叉厚度,c为载荷中心距，c=500mm。表3-1 货叉安装尺寸h2起重量/t0.50.7512.52.754.7556h2/mm307383478599取 h=120mm、h2=383mm、L=200mm，知a=40mm、b=31mm 、c=500mm代入式3-6中，得 由第三章知而此处 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。 本章小结本章主要介绍了叉车的货叉及叉架的设计,并对货叉系统的结构形式进行了细致深入的分析。以及进行了设计计算及校核计算。第4章 叉车执行机构的设计计算4.1 执行机构系统的构造原理 图4-1为执行机构结构简图，执行结构的主要特点及原理如图2-2所示，装载货物的货叉是放置在叉车的横梁上的，叉车横梁和由液压油缸驱动的牵引链条链接，叉架两侧与内门架配合的地方安装有滚子，在液压缸举升的过程中，货叉通过滚子沿着内门架运动，此时货叉在液压油缸的驱动下，实现以内门架为导轨的往复升降运动。同样的道理，内门架在货叉举升到其顶部时，受到向上的力的作用，也将被举升，内门架的外侧与外门架配合的位置上也有侧向和纵向的滚轮结构，实现在外门架在内门架上的自由起升。整个的门架结构则是通过铰接的方式与叉车的底盘实现连接，门架系统的中部则是通过两个同步的液压油缸驱动，实现门架的倾斜运动。图4-1 叉车执行机构结构1内执行机构 2外执行机构 3叉架 4货叉 5货物 6导向滚轮 7倾斜油缸4.2 执行机构强度的计算状态 本设计选择执行机构材料为16Mn，其剪切弹性模量为:G=8.4105Kg/cm2，弹性模量为：E=2.1106Kg/cm2。抗拉、抗压，抗剪，屈服点。 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执行机构滚轮以集中力的形式作用在执行机构上的。当叉车满载、货叉起升到最大高度、执行机构前倾最大角度时，执行机构受力最大(图4-2)。在与执行机构垂直的平面内，取叉架为自由体，即可求出内执行机构对又架滚轮的反压力Pl、P2。 （式4-1）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； 执行机构最大前倾角，度； k动力载荷系数，K=K1（动力系数）K2（货物偏载系数）。图4-2 执行机构载荷作用图其中Q=1000Kg、 、G1=250Kg、h2=370mm、K=1.2。代入式4-1得到 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，从而减小执行机构所受的载荷。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。当执行机构前倾最大角度时()，滚轮最大压力比执行机构直立时约增加10%左右。由于链条拉力和执行机构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，按执行机构直立状态进行计算。4.3 计算滚轮压力如图4-3，在执行机构直立时，由此内执行机构滚轮压力为 （式4-2）知h1=480mm，h2=370mm外执行机构滚轮压力为： （式4-3） 图4-3 执行机构滚轮压力计算图4.4 内执行机构强度计算4.4.1 执行机构立柱断面翼缘厚度校核 根据局部弯曲应力计算公式： （式4-4）得到： （式4-5）式中：材料屈服极限，16Mn钢的=3500Kg/cm2；P滚轮压力，P=P1=P2=2046.47Kg。所以得到由于1.34mm1.8mm，知此翼缘厚度设计合理。4.4.2 执行机构立柱断面腹板高度校核根据滚轮的接触应力来求腹板高度 （式4-6）式中：P滚轮压力，2046.47Kg；滚轮踏面宽度，50mm；Enp导轨和滚轮材质的综合当量弹性模量，钢制滚轮时， Enp=2.1104Kg/mm2。 Pnp导轨和滚轮的当量曲率半径，圆柱形滚轮对平面导轨时，Pnp=R=43mm。与滚轮材质和导轨表面硬度有关的许用接触应力，常用 6080Kg/mm2。取代入公式得由，知符合要求。由的等式经转换得：取滚轮的实际半径为计算半径的两倍，即:R实际=2R，则R实际=230.7=61.4mm（取62mm），则腹板高度为：由知，此尺寸设计合格。4.4.3 执行机构立柱的弯矩校核执行机构最危险截面在B点，(图4-5)。在整体弯曲和约束扭转的共同作用下，内执行机构立柱的危险截面是与叉架下滚轮相接触的截面B,如图4-5。叉车起重链条的一端固定在起升油缸缸筒上，链条拉力S对缸筒产生的力矩通过活塞杆在内执行机构和上端产生推力，其方向垂直于执行机构平面，使内执行机构弯曲。在截面B上的这个附加弯矩数值极小，可以略去不计。因此，截面B的计算弯矩仍可写为：1.整体弯曲正应力已知许用弯曲应力为（取N值为4）：由可知整体安全。图 4-5 执行机构立柱2.整体弯曲剪应力 （式4-7） 式中P截面剪力，Kg；S所求应力点以外的截面面积对中性轴的静矩，cm3；Jx截面对中性轴X的惯性矩，cm4;b所求应力点处的截面宽度，cm。得到许用剪切应力为： 由知满足要求。3.局部弯曲应力B点局部变异应力： （式4-8） 式中K0=2、t=t2=1.8cm则有局部许用弯曲应力为（取N局=1.2）由，可知局部危险点亦安全。4.5 外执行机构强度计算图4-6外执行机构强度计算简图 执行机构滚轮压力对外执行机构立柱还产生约束扭转。外执行机构立柱一般在上中下三处或四处有横梁连系，立住与横梁的连接均可看成铰支，它允许立柱的截面翘曲，但不允许截面转动。外执行机构强度计算简图图4-6，危险截面在D点。知H0=1866mm、h0=520mm、h1=480mm。4.6 本章小结本章主要对内外执行机构进行了设计和强度计算。第5章 执行机构其它部分设计5.1 执行机构倾斜结构设计5.1.1 倾斜机构简介 执行结构的主要特点及原理如图2-2所示，装载货物的货叉是放置在叉车的横梁上的，叉车横梁和由液压油缸驱动的牵引链条链接，叉架两侧与内门架配合的地方安装有滚子，在液压缸举升的过程中，货叉通过滚子沿着内门架运动，此时货叉在液压油缸的驱动下，实现以内门架为导轨的往复升降运动。同样的道理，内门架在货叉举升到其顶部时，受到向上的力的作用，也将被举升，内门架的外侧与外门架配合的位置上也有侧向和纵向的滚轮结构，实现在外门架在内门架上的自由起升。整个的门架结构则是通过铰接的方式与叉车的底盘实现连接，门架系统的中部则是通过两个同步的液压油缸驱动，实现门架的倾斜运动。5.1.2 倾斜机构设计工况执行机构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：1吨的货物上升至最高位置，且达到max，超载系数1.1。已知参数：执行机构前后倾角为6/12；执行机构离地间隙100mm；执行机构离铰点160mm。1.倾斜油缸布置在执行机构两侧，分别与车架及外执行机构铰接。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5-1 倾斜油缸工作工况示意图5.1.3 倾斜油缸的布置方案两个倾斜油缸，直接布置在执行机构两侧，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。5.1.4 倾斜油缸设计（1）倾斜油缸受力分析及负荷计算数值：Q=1000KgG1货叉，滑架重量，250Kg G2起升油缸等重量，100KgG3外执行机构重，120Kg G4柱塞重，15Kg(执行机构升至最大高度时，货物重心至执行机构铰点之距=3000-100-160+500=3240mm考虑倾角可知： L=3240/0.9=3600mm；(执行机构升至最大高度时，货叉，滑架重心至执行机构铰点之距) L1=3288 mm ； (执行机构升至最大高度时，起升油缸及内执行机构起重链等重心高) L2=2220 mm；(执行机构升至最大高度时，外执行机构重心高 ) L3=1000 mm ；(执行机构升至最大高度时，柱塞重心高) L4=455 mm；货物重心与执行机构中心线之距 _=500+150=650 mm；货叉，滑架与执行机构中心线之距 1_=440-270=170 mm。图5-2 执行机构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T结构上采用两只油缸，则单只油缸承受轴拉力T单=T/2。 通过计算得到T=21330N。则T单=T/2=10665N(2)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 （式5-1）选择活塞杆往复运动速度比， 由，得到 （式5-2）所以 （式5-3）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=0.95；D缸内径，cm。则有 （式5-4）结合D2=7.6d2=29.8 cm2，推出：D=5.46cm、d=1.97cm。查液压传动实用手册，表23.1-4，23.1-5可知：D为40,50,63等；d为18,22,25等，故最终选择D为6.3cm、d为2.2cm（按速比1.15系列）。2.验算 （式5-5）符合要求。(3)油缸行程计算在确定倾斜油缸与执行机构的连接点和执行机构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。图5-3 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.求在COA中 ； （式5-6）在中 （式5-7）则 在AOE中 同理 所以得 2.求r由 （式5-8）得 3.求由 （式5-9）得 综上可得：活塞杆行程为 493mm-417mm=76mm。(4)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，要按执行机构前倾最大角度时启用的时间来校核，时间一般规定在（1.52s）内，据执行机构由垂直位置到前倾位置所需时间为 （式5-10）式中S执行机构前倾最大角度时活塞行程，作图法求得S=76mm=7.6cm；Q油泵的额定流量（L/min）暂取为起升油缸的流量Q=25.8 L/min； v油泵的容积效率，取为0.9；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 （式5-11）所以 起升油缸公称压力100Mpa，故是满足要求的。当P=89.5Kg/cm2时，实际流量为：23.1 L/min；对应的实际油缸作用时间t=0.68s综上：油缸作用时间不