半自动堆高机（便捷式）的设计.doc

桂林理工大学本科毕业设计论文摘 要 半自动堆高机是货场、仓库等地方常用的一种物流搬运设备，其工作空间狭窄，需要频繁起动，因此整车需要具备安全的门架系统和液压系统。 门架和液压系统都是影响堆高机整机性能的关键技术之一，本文对半自动堆高机的门架系统和液压系统进行理论分析。首先介绍了半自动堆高机门架系统和液压系统的组成及形式，再从力学性能方面分析半自动堆高机门架系统和液压系统选用的材料是否符合设计要求。 门架系统和液压系统的形式不仅可以扩大半自动堆高机的使用性能和范围，还能确保半自动堆高机的安全性能，所以就要对它们进行必要的力学性能分析。关键词：半自动堆高机；门架系统；液压系统The design of the Semi-automatic Handler (Convenient type)Student:LI Huan Teacher:XUN Jin-rongAbstract:Semi-automatic Handler is garages, warehouses and other places commonly used as a logistics handling equipment.its working space is narrow, requiring frequent start, therefore need to have a safe vehicle door frame and hydraulic systems.One of the key technology of mast and hydraulic systems are affecting the Semi-automatic Handlers overall performance, the paper have a theoretical analysis for the mast and hydraulic systems of the Semi-automatic Handler. First introduced the Semi-automatic Handlers the composition and form of the mast and hydraulic systems , next from mechanical properties of the Semi-automatic Handler analyzed mast and hydraulic systems and the choice of materials meets the design requirements.Mast and hydraulic systems of the form can not only expand the performance and the scope of the Semi-automatic Handler, but also to ensure the safety performance of the Semi-automatic Handler so it is necessary to necessary mechanical properties analysis of them.Key words：Semi-automatic Handler;Mast system;Hydraulic system目 录摘 要IAbstractII1 绪论11. 1 课题研究的背景及意义11.1.1 课题研究的背景11.1.2 课题研究的意义21.2 堆高机国内外研究现状及发展趋势21.2.1 国外堆高机的研究现状21. 2.1.1 产品的系列化和多样化21.2.1.2 节能和机电液一体化21.2.1.3 人机工程学原理的运用21.2.1.4 工业造型设计21.2.2 国内堆高机的研究现状21.3 本文研究的主要内容31.3.1 项目课题简介31.3.2 主要研究工作31.4设计参数31.4.1设计的基本参数31.4 本章小结42 门架系统52.1 门架的构造52.1.1 货叉52.1.2 叉架52.1.3 半自动堆高机的门架52.2 货叉的设计52.2.1 货叉的主要结构参数52.2.2 货叉计算简图62. 2.3 货叉强度计算72. .2.4 货叉刚度的计算82.3 叉架的设计82.3.1 叉架的材料82.3.2 叉架强度的计算82.3.4 叉架滚轮的压力计算92.3.5 滚轮的选用102.4 槽钢的选用112.5 门架的计算122.5.1 门架立柱高度的计算122.5.2 门架立柱的材料选用和力学分析132.5.3 门架强度计算162.5.4 门架刚度的计算182.6 本章小结183 液压系统的设计193.1 液压系统的选用193.2 液压缸的设计193.2.1 液压缸工作过程中的阻力193.2.2 液压缸的主要形式及选材193.2.3 起升液压缸的回路形式203.2.4 液压缸内径的计算与确定213.2.5 活塞杆强度校核213.2.6 液压缸的的储油量223.3 缸筒的设计与计算223.3.1 缸筒与缸盖的连接方式223.3.2 对缸筒的要求223.3.3 缸筒的材料选择223.3.4 缸筒的计算223.3.5 缸筒长度的确定233.4 液压泵的选用233.5 电机的选择253.6 液压油选取253.7 管道的尺寸263.8 油箱的设计263.9 本章小结264 堆高机的其他配件的选择和连接方式274.1 底架方式的设计274.2 轮和手柄的选用和安装方式274.3 各部件的放置方式和机箱的形式设计285 注意事项及维修保养295.1 注意事项295.2 维修保养295.2.1 液压系统保养295.2.2货叉变形维修方法305.3 本章小结306 结论31致谢32参考文献33IV1 绪论1. 1 课题研究的背景及意义1.1.1 课题研究的背景 半电动堆高机又被称为半电动堆高车、半电动堆垛车，是一种以电瓶为动力来源的，起升系统用电动控制的，以电机为动力带动液压本站来推动液压油缸实现货物的升高的，位置移动用人力来进行推动的一种工业仓储设备。堆高机因其机构简单、操作灵活、微动性好、防爆安全性能高，被应用于狭窄通道以及有限空间内的作业，也适用于高架仓库、车间装卸、托盘化和户外装运的理想设备。堆高机可以广泛应用于石油、化工、制药、军工、轻纺、油漆、颜料、煤炭等工业场所，以及港口、铁路、货场和工厂等场所，进行装卸、堆垛和搬运的作业，并且可以进入集装箱、仓库内进行操作。 堆高机是由叉车发展而来的，堆高机是一种特殊的叉车产品，相对于叉车来说，堆高机的轮胎较小一般采用聚氨酯来制造，体积小于叉车，携带货物吨位小，地面要求平坦，一般用于存取货物。所以堆高机的历史可以参考叉车的历史来得出，叉车在国外发展较早，从第一台叉车由美国克拉克公司于1932年向市场提供开始，至今已有80年历史。上个世纪90年代以来，全世界约有250家叉车上产企业，主要的国家有日本、美国、德国和瑞典。在亚洲主要的国家有韩国、日本和中国。从叉车历史的早期，生产叉车的工厂一般都采用内燃机来作为叉车作业的动力，这种叉车被称为内燃叉车。自1990年起，全球对环境的越来越重视，这就使得叉车的动力由内燃机驱动慢慢转向为电机驱动，用电机驱动的叉车被称为电动叉车。因为早期制造叉车的时候利润很大，这就吸引了越来越多的厂家进入这个行业，这样就使得上个世纪90年代世界叉车工业出现销售额增长，盈利反而减少的反常现象。一些叉车的巨头为了改变这种状况，纷纷来到了中国建厂，以此来降低成本，维持盈利。国际上专业上产叉车的厂家主要是德国的林德、瑞典的卡尔玛意大利的CVS、芬兰的SISU和美国的海斯特。 我国的叉车工业起步于上世纪50年代末，大连的叉车总厂在1985年生产了第一台仿苏的叉车。到70年代后期至80年代中期，全行业组织了二次联合设计的时候开始，国内的叉车生产厂家纷纷引进国外先进技术。目前，在国内已经有80多家生产叉车的企业（包括了独资和合资的企业），主要的是厦门林德叉车有限公司、安徽TCM叉车有限公司、大宇重工、上海海斯特叉车制造有限公司和上海力至优有限公司。在国内生产内燃叉车的企业占大多数，只有一小部分生产电动叉车和轻型搬运叉车，但是随着叉车的生产技术越来越成熟这个比例慢慢向电动叉车倾斜。1.1.2 课题研究的意义 以前堆高机应用的场合倾向港口、工厂和货场等大型货物搬运场所，让堆高机更加轻便，使用范围更广，操作更加人性化是堆高机行业的发展趋势。液压制动系统是堆高机最主要的制动系统，对堆高机制动系统的性能进行理论分析和要求具有重要的意义。门架系统是堆高机的主要承载装置，对门架系统进来性能的理论分析和研究也是对堆高机的研究发展来说也十分重要。1.2 堆高机国内外研究现状及发展趋势1.2.1 国外堆高机的研究现状1. 2.1.1 产品的系列化和多样化 国外制造堆高机的著名大公司逐步实现其产品的系列化，形成了轻小型到特大型不同规格的产品，系列化已经是堆高机发展的重要趋势。系列化的逐步完善，使得堆高机产品更新换代的周期有了明显的缩短。但是要充分满足不同用户、不同工作对象和不同工作环境的需要，堆高机公司对堆高机的产品还需要系列的多样化，不断推出新结构新车型，用多品种小批量来满足用户的个性要求。1.2.1.2 节能和机电液一体化 随着微电子技术、传感技术、信息处理技术的发展和应用，堆高机作业整体水平的提高，复合功能的实现，整机及系统的安全性、控制性和的保证和自动化水平的提高都将会应用到这一些高新的技术。高新技术的应用水平使堆高机的发展有了一个新的方向。1.2.1.3 人机工程学原理的运用 各堆高机公司不断优化改进堆高机的人机界面，使其操纵简便省力、迅速准确，充分发挥人机效能。比如说，配备醒目的数字化仪表和报警装置，这样可以实现工况的在线监控；以集中手柄控制替换多手柄控制，用电控替代手控；将电子监控器和高度显示器加入到堆高机中，并将它们作为堆高机的标准配置。1.2.1.4 工业造型设计 外观造型对堆高机的销量有着重要的影响，一款具有新意和特色的东西总会吸引人们的好奇。流线型、大圆弧过度加之明快的色彩搭配堆高机的出现令人耳目一新。随之应用计算机技术的虚拟机设计、三维实体造型、快速成型等手段的运用，堆高机的造型将会越来具有新意和特色。1.2.2 国内堆高机的研究现状 国内生产堆高机厂家的技术来源最初是由北京起重运输机械研究所提供的统一图纸。但是从上世纪90年代起一些骨干企业开始引进国外先进的产品技术和制造技术，大大提高了产品技术水平和产品质量。 本世纪初，有些企业在广泛研究了国内外同类产品先进技术及发展趋势的基础后，应市场和用户需求，自主创新，研制了一系列的堆高机全面推向了市场，在国内外都获得了良好的销量，也引起了同业的关注。从此之后，具有卓越的整机性能，高可靠性，高档配置，先进的电液控制系统，完备的安全保护系统和方便的操作系统的堆高机不断从国内的厂家里制造出来。但是国内的堆高机制造的技术水平与国外著名堆高机厂家先进的技术还有一定的差距，所以国内的厂家应该以引进技术为主，自主研发为辅来作为发展的方向。1.3 本文研究的主要内容1.3.1 项目课题简介 半自动堆高机的型号在市场上有许多的系列，这些堆高机一般都应用于仓库的堆垛。本设计的研究方向是对一款能自我装载于货物面包车的一种堆高车的门架、液压系统和底架的研究。1.3.2 主要研究工作 本文主要研究的是堆高机液压系统制动的方式和门架的力学性能进行分析。其中主要是对于堆高机的货叉、叉架、门架和液压缸这些堆高车主要部件的材料选用和尺寸确定进行校核。对于能够将自身和货物一起堆垛于货物面包车中的堆高机底架的方式选用。1.4设计参数 本设计是设计一款专门为货物面包车和一些中等或轻型商用车而设计的新型货物装载车。主要是对门架系统、液压系统和实现自我举升的方式进行设计。设计的半自动堆高机是唯一自我举升的装载机，它能把自身和货物一起装载进送货车中，这样对比传统的半自动堆高机消除了必须要携带托盘才能进入货物面包车的要求，它还比传统半自动堆高机的质量轻，容易维修，操作简单，相对价格低廉的优点。门架系统的参数：门架系统的参数是根据额定载重来确定其部件选用的材料，滚轮的轴承是根据滚轮所受的压力来选用的，其大小是根据立柱槽钢的腹部宽度来选用。门架立柱槽钢的材料和型号是根据门架的受力情况结果来选择的。载物提升高度：载物提升高度是半自动堆高机堆垛货物时能起升的最大高度，这是有液压缸的行程来确定的。电机泵的选用：电机泵的选用是根据设计的最大起升高度来确定油液进入液压缸的流量来确定的。1.4.1设计的基本参数额定载荷：600kg最高提升高度：650mm载荷时最大高度：550mm叉最低高度：85mm叉长度：1150mm叉外侧距离：540mm与地面最小距离：15mm载时最大上升速度：0.1m/s货叉下降速度：可控额定电池电压：12V电池：12V/150Ah泵电机：0.8Kw充电器：12V/20A最小外侧转弯半径：1135mm轮子：80mm和150mm净重：183kg不作业时整机高度：970mm驻车制动：机械总长度：1550mm机箱宽度：760mm除叉宽度：400mm整体扩展高度：1620mm1.4 本章小结 本章介绍了堆高机的研究背景和国内外堆高机的发展状况，对于堆高机的认识和设计有了相关的认识，这样对设计参数的确定和部件连接方式的确定有很大的帮助。2 门架系统 2.1 门架的构造2.1.1 货叉 货叉是堆高机的最基本和最通用的取物装置。一般的堆高机上有两个同样的货叉。货叉的形状是L型，由水平段和垂直段两段组成。水平段和垂直段焊接在一起构成一个整体的货叉，这样的货叉为整体式货叉。有的货叉水平段和垂直段时分开制造的，然后用销轴将它们连接在一起，这样水平段不仅仅可以平置，还可以向上折起，与垂直段靠拢在一起，这样的货叉为折叠式货叉。本设计选用整体式货叉。堆高机取物时，用货叉水平部分插进货物或者托盘的底部货叉的水平段用来，再把它们叉起来，这样就可以承载货物了。所以货叉的制造有以下的要求：（1）水平部分的上表面水平，前端的下表面略倾斜；（2）叉尖出的厚度要相对薄一些；（3）前端应该逐渐变窄；（4）叉尖两侧带需要做成圆弧状，这样叉取货物时可以避免损坏货物的底部，起到保护作用。2.1.2 叉架 叉架，别名滑架，是安装货叉或者其他的属具，带动货叉和货物上升的部件。叉架就如一个做垂直运动的承载小车，货物放置在货叉上，叉架把货物的重量和力矩一并通过“链条”（链条和链轮组合由槽钢来代替）传给门架，“链条”带着叉架沿着门架做垂直升降的导轨运动。它的构造一般由两部分组成，前面的部分是一个焊接框架的结构，主要的作用是安装货叉或者其他的属具；后部是两列装有导向滚轮的滚轮架，两个部分焊接在一起构成一个整体。本设计的叉架类型是板式叉架。2.1.3 半自动堆高机的门架 半自动堆高机取物装置的主要承重结构门架。半自动堆高机的门架可以根据货物上升的高度或者设计的要求来把堆高机的门架做成单级、二级和多级，常见的普通堆高机多采用单级门架。货物悬挂在叉架的货叉和叉架一起借助于叉架滚轮沿门架上下移动，带动货物起升或者下降。起升油缸的底部固定在门架的下部，油缸活塞杆的顶部固定在槽钢上，当活塞杆带着槽钢做起升或下降运动时，槽钢带着焊接在槽钢上的货叉和货叉架一起起升或下降。2.2 货叉的设计 货叉是堆高机重要的承载部件，它的强度的高低影响着堆高机的使用性能。2.2.1 货叉的主要结构参数 货叉的主要尺寸有水平长度L，货叉的断面尺寸ab（a为货叉的厚度，b为货叉的宽度），货叉的形状简图如下图所示：图2-1货叉 货叉的尺寸主要由起重量Q和载荷中心距C来决定，已知起重量Q=0.6吨，按堆高机行业的相关标准规定，载荷中心距离C=600mm货叉的基本参数和尺寸可以是 货叉长度：L=1150mm 货叉宽度：b=160mm 货叉高度：a=65mm 初选Q235槽钢，型号16，其h=160mm，屈服极限为235MPa，弹性模量为200MPa，可以满足货叉搬运货物时单宽要求。2.2.2 货叉计算简图 货叉与叉架不同的连接方式影响着支承载荷的类型，选用焊接式作为货叉和叉架的连接方式，焊缝可以看作为固定支座，这样货叉就能看为超静定钢架。受力如下图： 图2-2货叉的受力简图2. 2.3 货叉强度计算 Q=mg=60010=6000N （2-1） P=Q/2 （2-2）式中：Q堆高机的起重量 偏载荷系数，取=1.3。 动载荷系数，取=1.2。 所以P=Q/2=4680N 由强度计算公式得 式中：Q235的屈服强度为235MPa。 n安全系数n，取n=1.2，所以 =235/1.2=195.8MPa （2-3） （2-4）式中：P货叉的计算载荷； 载荷中心距； W抗弯模量（），d=65mm，b=165mm； F货叉垂直段面积（dh），d=65mm，h=100mm； 所以 24.2+0.72=24.92MPa195.8MPa （2-5） 因此，货叉的强度满足要求。2. .2.4 货叉刚度的计算 货叉水平段在外载荷作用下会产生变形，此变形有货叉的刚度确定，通常是以叉尖的垂直静挠度来作为计算值。挠度越小，货叉的刚度就越大。 查机械设计手册得，挠度的计算公式为： （2-6）式中：Q235的弹性模量为E=200MPa。 I货叉的截面惯性距（）； 货叉额定截面载荷量，=Q/2=3000N； 堆高机的许用扰度，一般为I/50=11.6。 =11.211.6 （2-7） 所以，货叉的刚度也符合要求。2.3 叉架的设计2.3.1 叉架的材料 本设计选择的是板型叉架，材料为Q235钢板。查机械工程材料得，Q235钢板的力学性能为：屈服强度不小于235MPa，抗拉强度为370500MPa。2.3.2 叉架强度的计算 叉架的受力比较复杂，受到的力有：货叉上部的压力、货物产生的力偶、滚轮的反力偶、侧向力偶、链条的拉力等，而且按照力的作用有垂直于叉架平面和平行于叉架平面两种情况需要进行计算超静定框架。简化方法是把作用在框架平面横梁的力与横梁看成两端被固定的简支悬臂梁，主要计算横梁。由于叉架所受的力是由货叉传递的，所以受力情况可以简化为下图的形式 图2-3叉架的受力简图 所以叉架的强度可以由以下公式来进行计算： （2-8） （2-9）式中 :对X轴的最大弯矩； f钢板的屈服强度； 对x轴的较小有效净截面模量； 最大剪力； 剪应力； S计算剪应力处以上截面对中和轴的面积矩； I毛截面惯性矩； t腹板厚度之和； 钢材抗剪强度。 叉架的受力情况可以从货叉的参数中得到，所以 370MPa （2-10） =1.36MPa235MPa （2-11） 所以叉架的选用Q235钢板焊接制造，符合设计的要求。2.3.4 叉架滚轮的压力计算 计算叉架的滚轮压力的时候，应取叉架为自由体，货物重量和叉架自重是叉架的外载荷，槽钢拉力和叉架滚轮压力是叉架的支反力。在垂直于门架的平面内，货物重量和叉架的自重对起重槽钢的偏心作用力矩可以由叉架的上下滚轮的压力平衡求得。货物重量和叉架自重的重力有起重槽钢来承受。在门架平面上，货物在货叉上的偏置力矩，根据堆高机门架是承受滚轮压力的作用的构件，压力不通过门架截面弯心，这样就会产生约束扭转，经过计算得到，此约束扭转的正应力和弯曲正应力为同一个量级，所以可以用叉架滚轮摩擦力的形式作用于门架的翼缘来计算，或者用滚轮正压力的形式作于于门架的腹板来计算。图2-4叉架滚轮受力简图 在图3中对起重槽钢中心线上的A点取距，又因为水平方向的合力为零，所以每个滚轮的压力为： （2-12）式中:上滚轮的压力； 下滚轮的压力； Q堆高机的起重量； b货物重心到起重槽钢中心线的距离，取b=600mm； 货叉、叉架和槽钢的重量，经计算取=500N； 叉架重心到起重槽钢中心线的距离，取=150mm； a两轮之间的距离，取a=200mm。 所以=9187.5N （2-13）2.3.5 滚轮的选用 （1）滚动轴承结构的确定因为堆高机使用的滚轮转速低，对轴承的加油较困难，单独安装防尘的密封装置的滚轮比较贵，在尺寸上又受到限制。所以采用NUP307E型轴承，两面带有防尘盖的的圆柱滚子轴承，这种轴承在制造的时候已经装填有润滑脂，所以，轴承在长期工作中不用加油。 （2）堆高机对轴承的具体要求和滚动轴承的选用方法选用，只要更换轴承的外圈尺寸与形状，就可以成为堆高机所需要的滚轮。因此，只要绘制外圈的图纸就可以了。因为外圈外表面与门架接触，内表面与钢球接触，内外表面的硬度差比较大，所以外圈厚度应该更厚。这样内表面保持原外圈硬度，外表面的硬度要稍高于门架钢表面硬度。由此可知，滚轮是由滚动轴承的外圈、钢球、内圈、密封圈和保持器组成。 所以，滚轮轴承的尺寸以及性能为： d=35mm，D=80mm，B=21mm，r=1.5mm 动负荷Cr=62KN，静负荷Cor=63KN 重量=0.5kg图2-5滚轮的构造2.4 槽钢的选用 槽钢材料选用Q235 计算载荷： P=F/A （2-14） F=Q+ （2-15） A= （2-16）式中: F槽钢受到的压力，N； A槽钢的作用面积，； Q额定载荷，N； 货叉、叉架和槽钢的重量，经计算取=500N d活塞杆内径，m； 所以 P=13.26MPa235MPa （2-17） 所以符合要求。2.5 门架的计算 （1）堆高机的门架是用开口的薄壁槽钢制造而成，是直接承受叉架滚轮压力作用的构架。因为压力没有通过槽钢截面弯心，这样就会产生约束扭转，并且其正应力和弯曲正应力是同一个量级的，不可以忽略。 （2）由于门架的槽钢受力最大的是和滚轮接触的那一边，要是它符合强度的要求，则整个门架所用的材料的切应力也符合要求，所以门架可以按照单根薄壁杆来计算。 （3）立柱槽钢的整个截面所受的约束扭转应力较小，可以忽略不计，但是滚轮的压力对门架立柱的翼缘部分还产生了局部弯曲作用，所以门架在满足制造工艺的要求下，应该尽量减少腹板的厚度，加厚翼缘。 （4）采用参数法来计算门架的强度，比较简单，也很实用。 （5）门架是堆高机的重要组成部分。门架受载时应力的情况十分复杂，而且影响门架应力的因素很多。由此，可以把门架的应力计算简化为只受单一方向的槽钢的应力计算。2.5.1 门架立柱高度的计算图2-6门架理论高度设计示意简图 门架立柱高度为 （2-18）式中:最大起升高度，mm； 货叉厚度，mm； 纵向滚轮间距，mm； d纵向滚轮直径，mm； t其他工艺结构所需的尺寸，mm，一般取t=10mm。 所以=845mm，取整得门架立柱的高度为=900mm。2.5.2 门架立柱的材料选用和力学分析综合上述分析，门架选用材料为Q275，10号槽钢，其尺寸为h=91.5mm，b=45.35mm，=5.3mm，=8.5mm。材料的力学性能为弹性模量为2.1xMPa，泊松比为0.274，抗剪为400MPa，屈服点为275MPa，抗拉强度为410500MPa。表2-1 10号槽钢尺寸参数型号尺寸mm截面面积理论重量kg/m10hbdtr91.545.355.38.58.54.212.74810.007图2-7门架立柱槽钢截面图图2-8门架剪力简图图2-9槽钢扇形静距图表2-2 10号槽钢的参数表名称符号单位数值形心cm1.52弯曲中心cm1.87截面面积F12.748截面惯性矩19825.6截面抗弯模量39.77.8静矩17.372.5.3 门架强度计算 (1)立柱槽钢断面翼缘厚度的校核参考机械设计手册可得： （2-19）式中: 材料的屈服强度，Q275钢的=275MPa； P滚轮的压力，P=9187.5N 断面的局部应力 所以得到 （2-20） 因为3.19mm8.5mm，所以符合要求。 (2)立柱槽钢断面腹板高度校核 腹板的高度可以根据滚轮的接触应力求得 （2-21）式中：P滚轮压力，P=918.75kg； l滚轮的宽度，21mm； 导轨与滚轮的综合弹性模量，钢制滚轮一般取=21000MPa。 导轨与滚轮的曲率半径，一般取=R=D/2=40mm 滚轮与导轨的许用接触应力，常用6080MPa，取=70MPa； 接触应力。所以=63.35MPa （2-22）所以符合要求。 又由的等式转换得 =R=32.81mm （2-23） 所以，腹板的高度h=2R=65.62mm100mm，所以尺寸符合要求。 （3）门架立柱槽钢的弯距校核 根据简化计算法的法则可知，整体的强度安全系数应该大于4，校核翼缘的局部弯曲强度安全系数应不小于1.2。最危险的截面是叉架滚轮的下轮与槽钢的接触面，则其弯矩计算公式为： （2-24） 整体的弯曲正应力为：= （2-25）式中：K动载系数； 槽钢的截面弯曲模量。 取N=4，所以许用弯曲应力为： （2-26） 由于=55.54MPa=68.75MPa，所以整体安全。 整体弯曲剪应力 （2-27） S=（b+/2）（h-/2） （2-28） b= （2-29）式中：P截面剪力，N； S所求应力点以外的截面面积对中性轴的静矩，； 截面对中性轴x的惯性矩，； b所求应力点处的截面宽度，cm。 所以 =31.13MPa 许用剪切应力为： （2-30） 因为=31.13MPa=100MPa，所以符合要求。 (4)局部弯曲应力 局部危险点的弯曲应力计算公式为： （2-31）式中 =1.5，t=0.85cm，P=9187.5N 所以=190.7MPa 局部许用弯曲应力为（取=1.2） （2-32） 因为=190.7MPa=229.2MPa，所以符合要求，即局部的危险点也安全。2.5.4 门架刚度的计算 门架刚度的计算主要是计算门架整体的变形量。门架在载荷的作用下会向前方弯曲倾斜，这样会使货叉和载荷中心前移，倾覆力矩增大。若门架的前移量较大，就会影响到堆高车的稳定性，而且起升高度越大被影响就越大。 门架刚度的计算选用门架处于垂直状态，额定起重量的重心位于载荷中心，起升到最大高度。 根据设计尺寸可得门架高度为=900mm，又，堆高的的门架刚度可以根据简支梁的转角公式计算。所以，门架的顶端对垂直线的转角为=，所以符合要求。2.6 本章小结 本章对门架系统的部件进行介绍，根据力学的原理来分析门架系统选用的材料和尺寸的可行性，确保了半自动堆高机的安全性能。3 液压系统的设计3.1 液压系统的选用 由于半自动堆高机的行走是运用手推的方式，升降是用电机推动液压部件的实现的，所以半自动堆高机只用升降液压系统。3.2 液压缸的设计3.2.1 液压缸工作过程中的阻力 液压缸工作过程中除了负载力外，还受到其他的力，比如摩擦力，工作部件的阻力，工作部件的自重，回油背压的阻力等。本设计液压缸的效率近似决定液压缸各部件的尺寸，所以对各阻力的大小等就不再做详细的分析和研究了。3.2.2 液压缸的主要形式及选材 液压缸是将液压能转换为机械能，驱动工作机构作直线运动或摆动运动的液压执行元件。 液压缸按结构特点可分为活塞式、柱塞式和组合式三大类；按作用方式又可分为单作用式和双作用式两种。 由于液压缸要承受较大压强，所以液压缸应采用高质量，具有高抗压强度极限的材料，采用高质量的无缝钢管，即采用45号钢材料制作。起升液压系统的作用是提起和放下货物，因此执行元件应选择液压缸。由于起升液压缸仅在起升工作阶段承受负载，在下落过程中液压缸可在负载和液压缸活塞自重作用下自动缩回，所以采用单作用活塞式液压缸。 活塞杆一般采用实心结构，这是因为实心杆强度较高，加工方便，应用较多材料通常为45钢，所以本设计的液压缸活塞杆采用45钢。 由机械工程材料查得，45号钢的材料属性如下：硬度为197HBS；抗拉强度为：；屈服强度为：堆高机液压缸的形式如下图：1、 缸底（1） 2、密封圈（8） 3、注油孔（2） 4、活塞（1) 5、缸体（1） 6活塞杆（1） 7、前缸盖（1）图3-1液压缸3.2.3 起升液压缸的回路形式图3-2起升液压缸的连接方式选用上图连接方式的特点采用一种特殊的流量调节阀和在单作用液压缸活塞上开设小孔实现差动连接的方式。该流量调节阀让货叉载重的大小来自动调节起升液压缸的流量，使该流量随堆高机载重量的变化而变化，即货物越重，阀的开口越小，反之阀开口越大，因此能够保证起升液压缸的流量保持平衡，起到压力补偿的作用。在重物很轻或无载重时，通过自身调节，该流量调节阀口可以开大甚至全开，从而避免不必要的能量损失。本设计实例采用这一设计方案限定了货叉的最大下落速度，保证了货叉下落的安全。此外，为了防止负载过大而导致油管破裂，也可在液压缸的连接管路上设置一个安全阀。3.2.4 液压缸内径的计算与确定 根据设计所提供的条件可得，要提升的最大负荷为600kg，则提升装置所需要的负载力为： （3-1） 假设系统的工作压力为15MPa，则对于设计的机构来说，提升液压缸活塞杆的有效面积为： （3-2） （3-3）所以活塞杆直径为D=0.0223m，查活塞杆的标准尺寸可得，D=25mm 根据液压缸的技术规格表格可得，液压缸最大行程可达到600mm，能够满足要求的550mm的最大提升高度。 综上可知，提升液压缸的行程为600mm，所以活塞杆和活塞直径为25/40（速比为2），25/50（速比为1.33）。结合液压缸的技术规格表和设计可以得出，只有25/50（速比为1.33）符合要求。由此可得，液压缸的内径为50mm。 因此活塞杆的有效面积为 （3-4） （3-5） 当工作允许的范围内，液压缸的最大流量由装置的最大速度来决定，根据设计的条件可知，叉杆的最大上升速度为0.1m/s，由此液压缸在提升过程中所需要的最大流量为 =2.9l/min （3-6）3.2.5 活塞杆强度校核 活塞杆直径D可按下式校核强度： （3-7）式中：活塞杆材料的许用应力，=，为材料抗拉强度； n为安全系数，一般去1.4。 F活塞杆所受负载； D活塞杆直径。 通过计算可以得出=4.1mm，所以活塞杆满足强度的校核，符合要求。3.2.6 液压缸的的储油量 （3-8）式中 ：V液压缸的储油量，； A液压缸的作用面积，； S液压缸的行程，m。 根据公式可以计算出液压缸的储油量为： V= （3-9）3.3 缸筒的设计与计算3.3.1 缸筒与缸盖的连接方式 端盖分为前端盖和后端盖。前端盖将活塞杆腔封闭，并起着为活塞杆导向、密封和防尘之作用。后端盖即缸底一端封闭，通常起着将液压缸与其他机件的作用。本设计采用内螺纹式把缸筒的前端盖与缸筒进行连接，后端盖用焊接的方式。3.3.2 对缸筒的要求 缸筒与端盖、活塞（柱塞）构成密封容腔来容纳压力油液、驱动负载而做功，是液压缸的主要零件。缸筒还可以作为液压缸的直接做功部件（活塞杆或柱塞固定时），所以对其有强度、刚度、密封等方面的要求。3.3.3 缸筒的材料选择 缸筒的毛坯一般是用退火的冷拔或热轧的无缝钢管制成，市场上有内孔经过珩磨或内孔经过精加工的半成品，只需要按所要求的长度切割无缝钢管，材料有20、35、45号钢和27SiMn合金钢。本设计选用45号钢无缝钢管。3.3.4 缸筒的计算 由上可知缸筒的内径为50mm，先假定液压缸为薄壁液压缸（），则有： （3-10）式中 ：液压缸最高工作压力，MPa。 D液压缸筒内径（活塞外径），m。 缸筒材料的许用应力，MPa。 脆性材料的许用应力为： （3-11）式中： 材料的抗拉强度，MPa。 安全系数，通常取=5。 =600/5=120MPa （3-12） 由于，则。 所以缸的外径=D+2=0.05+2x0.0025=0.055m 由此可以得到了缸筒的外径为55mm。3.3.5 缸筒长度的确定 行程和结构决定了液压缸筒的长度L，即液压缸缸筒长度=活塞行程+活塞宽度+活塞导向长度+活塞杆密封长度+其他长度。一般情况下，液压缸缸筒的长度L不大于缸筒内径的20倍。所以取缸筒的长度为800mm。液压阀的设计 由以上计算可得，液压缸的最大流量为2.9l/min 选择直动式溢流阀的型号为DBDH6P10，通径6mm,板式阀，进油口最大压力40MPa，出油口最大压力31.5MPa。 选择单向阀的型号为RVP-6-1-0，通径6mm,最大工作压力31.5MPa，最大流量1815000L/min。3.4 液压泵的选用 如果把原动机输入的机械能转换为液体压力能的能量，就需要一个转换的元件，那就是液压泵。在液压系统中，液压泵将具有一定压力和流量的液体供给液压系统，并为液压系统提供能量。因此，液压泵又被称为液压能源元件，液压泵的选用对液压系统来说非常重要。由于半自动堆高机是电动升高，所以液压泵选择电机-液压泵装置的形式。再由书流体传动与控制基础中查得，结合具体情况分析选用齿轮泵比较适合。这是因为齿轮泵结构简单，价格低，抗污染能力强；结构紧凑，噪声低，流体脉动小；比较常见，排量不可变，在中低压液压系统中使用广泛。图3-3齿轮泵 假设齿轮泵的容积效率为90%，电机的转速为2000r/min，由液压缸的流量可以得到，泵的排量为： （3-13） 由齿轮泵的设计型号可以得知，接近1.6mL/r的齿轮泵有排量为2mL/r的齿轮泵，所以选用2mL/r的齿轮泵。所以液压泵的额定流量为： 对于提升装置回路，满载条件下的实际流量为（电机转速2000r/min，容积效率为90%） （3-14） 大于提升装置回路所需要的2.9l/min，所以此液压泵符合设计的要求。油泵的驱动功率： （3-15）式中：泵的实际工作压力； 泵的额定流量； 泵的机械效率。 所以，P=0.6kw。3.5 电机的选择 齿轮泵的总效率为（0.8-0.85）之间，取齿轮泵的总效率为0.8，则电机的功率为： （3-16） 根据发热原则，可将其折算为5分钟工作制 则电机 12V 0.8kw S=30%发热功率为： 因为0.22kw0.24kw，所以满足“过热”要求。 校核电机的过载能力 （3-19）式中:Q额定起重量； V起升速度 （t=5s） （3-20） 所以N=0.66kw0.8kw 所以符合过载要求。3.6 液压油选取查液压控制传动手册可以知道，由于齿轮泵对液压油的抗磨要求性低，所以液压系统中可以选用46号普通液压油。46号(HL)普通油：40时运动粘度/1026m/s数值范围为41.450.6；粘度指数不小于90；闪点不低于170；凝点不高于-10；无机械杂质；氧化稳定性不小于1000；最重要的是其具有良好的防锈性和氧化安定性，其空气释放能力，抗泡性，分水性和对橡胶密封材料的适应性也较好。故选用此种油液满足要求。3.7 管道的尺寸 为了可以让液压系统的机构更紧凑、简洁、轻便，使液压系统集中在一个模块内，把各液压元件结合成一体，所以油路需要合理的设计。 为了避免液压装置的结构过于庞大，油管的管径不宜选用太大，但是选得太小，会使系统压力损失过大而影响整个机器的工作。通常流体的速度为： 排油管路：1.7m/s2.5m/s 吸油管路：1.2m/s1.3m/s 泵自身的初始吸油压力被规定不超过0.03MPa 上述的速度受到油路和装置的工作条件，功率损失，热和噪声的产生和振动等影响，会发生变化。 由国家标准的油管选用标准可以得到，当假定选用的排油管路的流速为2m/s，吸油管路的流速为1.2m/s时，油泵流量是5L/min的油管通径推荐选用排油管7.9mm，吸油管9.4mm。3.8 油箱的设计 油箱的功用主要是储存油液，散发系统中积累的热量、促进油液中的气体分离、沉淀油液中的污物等。油箱一般2.54mm的钢板焊制而成，箱壁要凃防锈涂料。油箱容积可以按式（V=K）来估算，为液压泵的额定流量。当K=2时，求得其容积为V=24=8L，。按照国家标准规定，取标准值V=10L。 如果油箱的长、宽、高按照比例3：2：1设计，则计算得的长、宽、高分别为a=0.12m，b=0.24m，c=0.36m。3.9 本章小结 液压系统是半自动堆高机的动力装置，对液压系统方式的认识，并进行力学性能的验证，认识到了液压系统对半自