毕业设计（论文）-叉车创新设计.doc

湖南科技大学本科生毕业设计（论文）摘 要叉车的主要功能是装卸和搬运，它具有机动灵活，能适应多变的装卸搬运要求，普遍适用于港口、货场、车间、仓库等处，还可以进入船舱内和集装箱内进行装卸作业，总之，随着物流技术的不断发展和工业水平的不断提高，叉车使用范围将会日益扩大，成为一种产量和品种很多的装卸搬运机械。本课题所设计的叉车是参照市场已有的叉车，设计了叉车的一个整体造型以及各部分的结构，最主要的是从叉车结构出发对叉车的功能进行设计，其中包括车身的升降和货叉的偏转，车身的升降实现以小取大，从而降低用户成本。货叉的偏转，解决叉车转向与掉头所需大的占地面积。这两点就是本课题的创新点。通过对叉车设计的现状分析，运用机械设计的理论和方法，做了一定的方案对比，研究了叉车结构设计的要素及设计原则，达到了设计要求。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； 功能设计；人性化；造型设计 全套设计加扣3012250582 ABSTRACTIs the main functions of the forklift truck loading and unloading and handling, it is flexible, able to adapt to changeable handling requirements, widely used in ports, freight yard, the place such as workshop, warehouse, you can also enter inside the cabin and the container loading and unloading operations, in a word, with the continuous development of logistics technology and industrial level unceasing enhancement, forklift use scope will expand increasingly, become a kind of production and many varieties of handling machinery.This topic the forklift truck is designed with reference to the market for forklift, the design of the forklift truck model and structure of each part of a whole, the main from the forklift truck structure to design the function of the forklift truck, including the lifting of the car body and pallet fork deflection, body lifting implementation to take big small, thereby reducing the user cost. Pallet fork deflection, solve big needed for forklift truck to turn around the area. These two points is the point of this topic of innovation. Through analyzing the present situation of the forklift truck design, using mechanical design theory and method, the scheme comparison, studied the forklift truck design elements and principles of design, has reached the design requirements. The results of the study has important practical guiding significance for forklift truck design.Keywords: Forklift truck; Functional design; Human nature; Modeling design.目 录第一章 前 言11.1 引言11.2 叉车行业在国内外的发展研究现状11.3 叉车的分类和构造2第二章 设计准备阶段42.1 研究的背景与目的42.2 研究的方向与内容42.3 研究的方法与程序4第三章 设计分析阶段63.1 货仓未充分利用调研63.1.1 货仓未充分利用的原因分析63.1.2 提高仓库利用率方法83.1.3 货仓未充分利用所带来的问题分析83.2 叉车及市场调研83.2.1 叉车外观造型设计的研究83.2.1.1 我国叉车外观造型设计的研究93.2.1.2 国际叉车外观造型设计的现状103.2.2 叉车色彩调研分析123.2.3 叉车存在的问题与分析143.3 消费人群定位及分析143.3.1 消费人群定位143.3.2 定位人群调研分析143.4 明确设计概念15第四章 设计构思与解决方案164.1 设计方案与分析164.1.1 形象草图与发散阶段164.1.2 方案一184.1.3 方案二194.1.4 方案三204.1.5 方案四214.2 方案三建模与细节224.2.1 方案三草模及细节探讨224.2.2 完善方案与细化模型23第五章 设计最终方案表现255.1 产品的基本尺寸255.2 产品效果图255.3 产品概念表述275.3.1 效果展示275.3.2 使用方式展示295.4 版面展示30第六章 结论31参 考 文 献32致 谢33v第一章 前 言1.1 引言叉车是企业内部重要的运载装卸工具，对提高工效、减轻劳动强度起到了不可小觑的作用。叉车作为短途货物运输机械，以其灵活、机动的作业特点在仓库间、仓库内的货物搬运过程中得到广泛的应用。但是由于叉车的工作环境多变且恶劣，常常不停歇地三班工作，前进、倒退、转向、升降极为频繁，目前仍存在一定的质量和性能问题。当前由于设计方法所限(如零部件设计孤立地进行，整体组装后出现各个零件的变形等)，不能精确地选择零部件的尺寸和结构，造成有的地方强度不够，而有的地方强度又严重过剩。从而在整体上影响叉车寿命。1.2 叉车行业在国内外的发展研究现状叉车是用于提升和运输物料的工业动力货车，它通过装在负载下的钢叉来完成提升和运输过1。如今叉车种类的不断增多，叉车技术的不断更新，叉车性能的不断提高都在说明人们对叉车的要求越来越高，对自身的需求也越来越高，很多商品都已走向国际。但是由于行业内企业自主创新能力薄弱、缺少核心技术，导致出口产品技术含量低，效益不高，因此市场还是由国外产品主导2。尽管说现在叉车种类已经基本能够满足各种需要，但是基于人们需求的可变性以及企业基于市场的需求分析和效益分析使得叉车的生产依旧受到限制。我国的叉车行业在文革后才开始较快发展，生产规模较小，技术水平介于农业机械与汽车之间，落后于工程机械行业，但近十年来技术进步明显3，发展趋势和改进方向主要有：（1）合理确定总体参数。不再片面追求性能参数上的过高指标，总体参数趋于合理化。比如适当降低速度参数以便照顾稳定性，轴距有所增大以便减轻自重，指标适当放宽以便照顾系列通用4。（2）提高部件水平。新设计的系列叉车吸收了一些汽车上的成熟技术，如同步器换档的变速箱。提高了一些部件的叉车专用性，如带泵的发动机，高速齿轮泵。但由于叉车批量小，零部件配套困难、质量难以保证的局面仍很严重4。国外对叉车的分析研究、开发和设计均已十分先进。在国外叉车制造业中，一些著名的公司如瑞典的卡尔玛（KALMAR）、瑞典的SVE公司、美国海斯特公司、日本三菱、TCM公司、德国Linde公司等都走在了先进的行列，在叉车的部件、结构形式和总体设计中，采用了现代设计分析方法来进行分析设计，极大的提高了产品质量，并降低了成本。如日本的三菱公司运用有限元法，准确地分析了其产品受力部件的应力分布，提出了延长机件寿命的设计原则L（长寿设计）。即降低面压（机件表面的接触应力）：分散负荷；减少热量，德国Linde公司在开发新叉车的研究过程中，也采用了有限元法，并使用最现代化的计算机设备进行计算。综合国际上开展叉车有限元分析的研究，其主要表现在以下两个方面：（1）采用三维有限元进行机械应力和变形的分析，有限元分析采用国际上著名的软件或采用自行编制的前后处理软件，使分析自动进行。（2）有限元分析均是采用交互式的界面。1.3 叉车的分类和构造叉车通常可分为三大类：内燃叉车、电动叉车和仓储叉车5。内燃叉车又分为普通内燃叉车、重型叉车、集装箱叉车和侧面叉车。电动叉车又分为正面叉车和侧面叉车。仓储叉车又分为搬运车、堆垛车、前移式车、电动拣选车和电动牵引车。如图1.1所示： a） b） c） d） e） f） g） h） i） 图1.1 a）普通内燃叉车 b）重型叉车 c）集装箱叉车 d）侧面叉车 e）搬运车 f）堆垛车 g）前移式车 h）电动拣选车 i）电动牵引车 叉车构造图6：图1.21.门架 2.起升油缸 3.控制杆 4.挡货架 5.货叉 6.护顶架 7.方向盘8.座椅 9.内燃机罩 10.平衡重 11.后轮胎 12.倾斜油缸 13.前轮第二章 设计准备阶段2.1 研究的背景与目的随着社会的发展资源变得越来越重要，资源的短缺也成为当下发展的重要问题，空间资源尤为明显。城市发展速度之快给人们留下可利用的空间越来越少，货仓的紧缺给企业发展带来一系列的问题，一些小型企业正处于发展初期，资金有限，运用大型叉车的地方少，大型叉车价格昂贵，而有时又需要大型叉车的升货高度，这将会给那些小型企业发展带来重大问题，阻碍企业的发展。本课题的设计的目的在以空间资源为背景的前提下，解决货仓短缺现状，充分利用货仓资源给企业带来最大收益。同时让小型叉车也能实现一些大型叉车的功能，实现一车多用给企业省下一笔机械费用，让企业发展更快更好。2.2 研究的方向与内容图2.1 研究方向与内容本文研究的主要内容与方向如图2.1所示，大型叉车与小型叉车存在的问题，以及货仓存在的问题，企业的发展需求为基础点进行一些列的研究。最后针对这些问题得出解决方案。2.3 研究的方法与程序研究方法及过程主要是使用资料文献、实地调研、网络调研、手绘及数据模型等方法，设计程序如图2.2所示。（1）深入了解当前货仓空间利用和叉车功能所带来的一系列问题，并对其进行整合。（2）简单了解叉车内外部构造，为设计布局及构思奠定科学的基础。（3）大量地采用各种各样的途径进行调研，并分析提炼，明确设计方向。（4）手绘草图进行设计构思，结合货仓空间利用现存问题对汽车内外形态及其概念可行性进行推敲。（5）用三维软件建出产品的三维模型,并渲染、排版。图2.2 设计程序第三章 设计分析阶段3.1 货仓未充分利用调研资源是社会发展的必不可少条件，随着社会的高速发展资源的短缺也成为阻碍社会发展的重要问题。面对这一问题，我们应对症下药，找出不同方案来解决资源短缺问题，从而使社会更加高速发展。3.1.1 货仓未充分利用的原因分析(1)物料周转不合理。仓库周转时间短的，则同样的空间，可以重复使用的次数增多。工厂同样的产值,物料周转快的，需要的空间小。周转慢的，需要的空间大。道理很明显。如果你将一个月后用的物料也放进来，则你的仓库要放置一个月内全厂生产所需的全部物料。如果你只放半个月后要用的物料，则你的仓库只需放置半个月生产所需的物料，你的仓库只需要原来一半大即可。这样仓库空间的使用效益就提高了一倍。这是目前大多数公司未能合理利用仓库空间的主因。以至于仓库面积相当大.并随着生产规模的加大成倍地增加仓库使用面积。(2)堆放不合理。物料堆放有限高要求。超过要求的空间如何使用?不同高度放置不同限高要求的物料。能用货架的用货架。(3)生产计划不合理。按照产能大小，能在交货前完成的货尽量不要过早排产，以免剂占仓库空间。(4)呆滞物料的清理。每个工厂都有不同程度的呆滞物料。处理时担心以后要用，结果是放了一年也未用上。这也和全公司的管理相关。象这样的物料尽早清走。可定个时间标准，达到时间周期，全部清理。(5)仓库管理不到位。整理整顿工作未做好，堆放乱。(6)产品质量不过关，生产好的产品发不出去，或退货多，占用大量空间。图3.1 物料周转不合理图3.2 物料堆放不合理图3.3 生产计划不合理造成仓库拥挤图3.4 呆滞物料的清理造成仓库拥挤图3.5 管理不到位造成仓库拥挤3.1.2 提高仓库利用率方法通过提高仓库空间的利用率，可以更科学的规划和使用仓库，降低库房运营成本，为企业间接创造经济效益。如图3.6为仓位规划要素分析。图3.6 仓位规划要素分析3.1.3 货仓未充分利用所带来的问题分析 随着社会的发展资源短缺成为阻碍企业发展的关键因素，同时也影响社会的进步。货仓未充分利用多带来的问题有以下几点：（1）货仓未充分利用间接降低企业的经济效益（2）货仓未充分利用造成企业货存堆积，寻找不变，照成销售额度降低，进而影响企业收益。（3）货仓未充分利用造成一些货物即将过期而未发现处理，给企业带来一定损失。总结：综合上面三个问题的叙述，货仓未充分利用锁带来的问题，同时也带来了众多的衍生问题。所以需要我们系统地去思考解决这一系列困难。3.2 叉车及市场调研3.2.1 叉车外观造型设计的研究3.2.1.1 我国叉车外观造型设计的研究我国叉车工业起步于20世纪五、六十年代。在原机械工业部的领导下，挑选国内几家企业的技术人员进行共同开发、联合设计，然后以当时计划经济的模式，根据叉车的不同型号（吨位）分配给各家企业进行制造生产。进入20世纪80年代后，计划经济的束缚逐渐减轻，各家企业根据自身的技术、资源力量，在原来的型号基础上向上、向下延伸，普遍建立起一套不同型号的产品系列，技术上主要以/液压系统作为核心。20世纪90年代中后期，随着国际上Linder、Toyota等大公司产品的进入，对我国的叉车制造行业形成了极大的冲击。为了迎接挑战，国内企业在车身的钣金工艺、动力系统、液压系统、装配加工工艺等领域投入了很大的技改力度，引进了大批数控加工设备和流水线，在技术、工艺上有了很大的提高。但是国内企业在设计上相对滞后，主要以模仿日本企业的设计为主。在模仿过程中，由于受到加工工艺的制约，总体效果差强人意，特别是在车身形态方面存在很多不足，主要表现在：（1） 外观形态仍采用呆板的直线，整体形式陈旧、臃肿，不符合现代的审美情趣；图3.7 直线型（2） 结构线型混乱，形体比例不协调，机构外露多，布局凌乱，松散，视觉稳定性差；图3.8 结构性混乱（3） 极少考虑人机工程操作的舒适性和合理性；图3.9 极少考虑人机操作（4） 色彩单一、陈旧，色调灰暗，缺少变化和统一，商标、商标牌等附件的布局与整体不协调。图3.10 色彩单一、色调灰暗3.2.1.2 国际叉车外观造型设计的现状20世纪80年代，以林德（LINDER）叉车为代表的叉车生产企业在外形设计上大胆突破，追求流线型，讲究艺术性，开始导入汽车造型设计的元素。在亚洲，日本各大公司在外形设计中也逐渐以圆弧曲线代替直线，注意造型的美观流畅。同时，随着工业的发展，部件的可靠性有了很大的提高，不同再过多地考虑维修的方便性，这样就为将它们遮盖起来创造了条件。叉车的部件除了必须布置在外面的操作系统、各种仪表、警告装置外，其余部件均被车身包裹起来，给人一种整洁美观的感觉。步入21世纪，国际叉车制造企业对形态更加重视，受汽车形态设计“新锋锐”风格的影响，叉车形态在原流线型的基础上增加了一些坚挺的块状轮廓明显的线条，流畅中彰显力量、圆润中蕴涵挺拔，叉车形态随着社会审美情趣的演变不断地发展变化并成为叉车更新换代刷完主要手段之一。总体而言，当今世界叉车形态设计的趋势可以用8个字概括：流线、遮盖、高效、舒适。主要有一下特点：（1） 采用系统设计的观念，“人机环境”整体来考虑叉车的设计； 图3.11 “人机环境”（2） 全悬浮安全架，轴线上减轻振动，线型上使形态丰富；图3.12 形态丰富（3） 弧线和直线相结合，线条流畅、简练，极富动感活力；图3.13 弧线和直线相结合（4） 人机界面设计合理，操作舒适、简单；图3.14 操作舒适、简单（5） 采用鲜艳色彩，色彩计划丰富、大胆，视觉冲击力强。图3.15 鲜艳色彩3.2.2 叉车色彩调研分析色彩是叉车的重要因素，叉车主色调的确定应考虑有效地发挥产品功能，同时为操作者创造协调的人机关系，给人以亲切、舒适、轻松、愉悦的感觉，从中得到美的享受。叉车一般主色调以明度较高的黄色、橙色为主。也就是日常所说的机械工程黄。如图3.16所示：图3.16 配色3.2.3 叉车存在的问题与分析虽然现在科技如此之发达，叉车的功能比较齐全，但仍不是十全十美。仍有一些问题的存在给人们带来不便。如下：（1） 当货叉上升到一定高度时，操作人的视距将受到阻碍，影响操作人的操作过程。（2） 当货道狭窄时，叉车需要转向或掉头，将无法进行。（3） 当货物高的时候，叉车将无法将货物运送上去。3.3 消费人群定位及分析3.3.1 消费人群定位为了更加明确地表达自己的设计，使产品符合行业发展趋势，同时满足用户的需求，应为设计确立明确的消费企业。叉车创新设计的目标消费企业是一些新兴企业和一些小型企业。产品作为企业的操纵机械在一定程度上让企业的仓库得以充分利用，另一方面因产品功能强，间接的给企业带来营业额。另外产品造型维美，给操作人带来视觉享受。3.3.2 定位人群调研分析各国的设计研究界所倡导的“设计以人为中心”一直沿用马斯洛和乔丹的线性人类需求模型对用户进行准确的分析与定位7。这种金字塔形理论模型明确指出：用户的各种各样的需求必须建立在满足各种各样的低级需求基础之上，设计首先满足安全，功能等需求，然后才针对美学和社会需求进行设计。叉车创新的设计也应将用户的基本需求放在首位。图3.17根据需求模型及调研资料对目前的汽车进行深入分析，发现当前叉车存在的问题，在此基础之上，为本次设计寻找切入点、突破口，寻找准确的设计定位，从而达到在某个方面缓解城市拥堵的压力。3.4 明确设计概念为了解决企业货仓的充分利用和降低企业的成本，本设计从车身和货叉两方面进行设计。如下：（1） 利用货叉的偏转，从而叉车则不需要变向与掉头，减小车道的宽度，进而增大货仓的利用率。（2） 利用车身与货叉的同时升降，从而增加了叉车货叉的升降高度，以达到小型叉车不能达到的高度，进而节省叉车成本。第4章 设计构思与解决方案4.1 设计方案与分析4.1.1 形象草图与发散阶段用简单的线条去勾勒叉车的外观特征，可以是整车，也可以是勾画局部，甚至可以只有一些基本的线形。主要是为了发散思维，加深对叉车结构、形态的理解，将当时的想法及时准确地记录下来，从多个角度构造叉车外形。图4.1 草图发散 图4.2 草图发散总结：前期采用形象草图的方法，概括提炼叉车侧部特征线，用尽量简单的线条勾勒叉车的整体比例关系，运用不同元素，体现自己所表达产品的造型风格。图4.1和4.2体现了我的思维发散过程，为后面的深入奠定基础。4.1.2 方案一图4.3 方案一草图构思方案点评：方块型。本设计从功能因素出发，设想叉车的货叉为两块方形货叉组成，来进行货叉的偏转，减小叉车工作时所需占地面积。4.1.3 方案二图4.4 方案二侧面草图构思方案点评：方案点评：大气型。本设计从造型出发，造型简单、大气车内空间宽松，适宜工作人员的操作。4.1.4 方案三图4.5 方案三草图构思方案点评：力量型。图4.4和图4.5是对方案三的整体造型的研究与深入。仍然将叉车货叉偏转与车身升降的功能作为设计的出发点，探索造型与内在理念的契合点。4.1.5 方案四图4.6 方案四草图模型方案点评：外形圆润、饱满，造型非常的新颖、独特，基本上能满足当代企业个性化，实用性的需求，符合我最初的目的。因此这个方案三被确定为我的设计的最终方案。4.2 方案三建模与细节4.2.1 方案三草模及细节探讨图4.7 初步草图模型图4.8 车身模型评估：如图4.6和4.7，整体造型基本符合我的最初想法，但细节部位还需要进一步深化，使叉车的整体形态、结构更加符合我们正常的视觉审美感受。4.2.2 完善方案与细化模型 图4.9 内视图 图4.10 前胎爆炸图图4.11 整体爆炸图细节评估:本产品不仅只做了外观，车内的一些坐垫、方向盘、脚踏板等都有非常精细的建模，同时也包括车灯、车轮、货叉的细节建模。整体模型符合我的初始构想。图4.12 最终效果图图4.13 最终方案表现最终方案的确立，基本符合我的初步构想，外观外形与汽车相结合，以达到人们审美。第五章 设计最终方案表现5.1 产品的基本尺寸图5.1 尺寸图产品的基本尺寸图如图5.1所示，车长312cm，车宽123cm，车高209cm，车轴距234cm，最高高度359cm，最宽宽度183cm，最短长度312cm。汽车车身长度与整车长度比接近黄金分割比例，视觉效果好。5.2 产品效果图图5.2 汽车外观场景图及配色方案 图5.3 汽车效果图图5.4 汽车外效果图图5.5 汽车前效果图图5.6 汽车后效果图总结：对于产品的效果图，力求体现产品的全貌，并着力使产品的细节得到完美的体现。5.3 产品概念表述5.3.1 效果展示为了解决企业货仓空间充分利用的问题，从叉车货叉部分进行设计，防止了叉车在车道上掉头及旋转所占大面积空间。如图所示。图5.7 叉车升降与货叉偏转如图5.7，本产品所创新设计的展示。图5.8 货叉偏转如图5.8，在现有基础上将叉车的货叉进行偏转，从而留出更多货物空间，提高叉车的工作效率，也得以充分利用货仓空间。图5.9 叉车升降如图5.9，将叉车的车身与货叉进行升降，以达到一些小型叉车无法达到的高度，间接的给企业节省成本，同时也减少货仓车道的宽度，为货仓充分利用提供了条件。5.3.2 使用方式展示 图5.10 使用方式图 如图5.10，利用液压杆将货叉偏转，避免叉车在货仓掉头和转向将货物堆积，为货仓节省了车道空间，进而加大对货仓的利用。图5.11 使用方式图如图5.11，利用液压杆将车身上升，提高叉车的升降高度，避免了只有大型叉车才能达到的运货高度的工作需求，从而间接的为企业节省了资金。5.4 版面展示图5.12 效果展示图第六章 结论日益严峻的资