伸缩臂叉装车总体结构设计1

叉装车工作装置设计摘要叉装车装载已成为高空作业设备的重要类别，广泛应用于建筑工地、工矿企业等仓库工地的起重、运输、堆放砖块、木材、钢材等物料的起重运输设备，随着经济建设的发展，需求量越来越大。而且越来越大，越来越高，对其性能的要求也越来越高。本文的主要任务是完成叉装车的总体计算、总体布置、臂架结构设计和有限元分析。本文主要内容：介绍了叉装车的用途，国内外叉装车发展的比较，及其发展前景。同时简要介绍了臂架的结构和工作原理。完成了关键点的工作装置布置、工作高度、工作范围的计算，并对机器的稳定性进行了验算。画出机器的总体布局。对臂架的结构设计、强度、刚度和稳定性进行了计算。同时，完成吊臂系统的装配图、单臂和两臂的装配图以及相关零件的工程图。对CAD的设计过程进行了绘图、装配，最后将其工程图模块应用到二维工程图中。本文设计的叉装车是指JCB530型叉装车的外形尺寸，严格按照起重机的金属结构、BSN EN 14591999和机械设计手册等设计规范设计，其性能和质量符合相关要求。关键词：叉装车；稳定性；臂架；有限元分析Forklift truck working device designAbstract：Forklift loading has become an important category of high-altitude operation equipment, which is widely used in lifting, transportation, stacking bricks, wood, steel and other materials lifting and transportation equipment in construction sites, industrial and mining enterprises and other warehouse sites. With the development of economic construction, the demand is increasing. And as it gets bigger and bigger, it gets higher and higher, and the performance requirements get higher and higher. The main task of this paper is to complete the forklift overall calculation, overall layout, boom structure design and finite element analysis.Main contents of this paper:This paper introduces the application of forklift truck, the comparison of forklift truck development at home and abroad, and its development prospect. The structure and working principle of the boom are also introduced.Completed the key points of the device layout, working height, working range of the calculation, and check the stability of the machine. Draw the general layout of the machine.The structural design, strength, stiffness and stability of the boom are calculated. At the same time, the assembly drawing of the lifting boom system, the assembly drawing of single arm and two arms and the engineering drawing of related parts are completed.The CAD design process is drawn and assembled, and the engineering drawing module is finally applied to the two-dimensional engineering drawing.The forklift designed in this paper refers to the overall size of JCB530 forklift, which is designed in strict accordance with the metal structure of the crane, BSN EN 14591999, mechanical design manual and other design specifications, and its performance and quality meet the relevant requirementsKey Words：Telehandler；Stability；Boom；The Finite element analysis 目 录摘要IABSTRACTII绪论11 叉装车概述11.1 叉装车简介11.2 国外叉装车发展状况11.3 国内叉装车发展状况21.4 国内叉装车的前景及发展趋势21.5 国内、外相关标准3第一章 毕业设计任务书41题目来源：实际应用42设计要求和设计参数42.1设计要求：42.2设计参数：43个人重点工作54各阶段时间安排55应阅读的资料及主要参考文献目录5第二章 毕业设计计算说明书51 设计参数及整机尺寸51.1 设计参数61.2 整机尺寸62重要铰点布置及其计算73 作业高度h计算84 幅度R计算95 整机稳定性计算95.1 整体稳定性计算工况和载荷95.2 整体稳定性结果汇总116 臂架结构设计及其计算126.1 臂架结构设计126.2 臂架理论计算136.2.1 臂架全伸，仰角时刚度、强度计算136.2.2 臂架全伸，仰角0度时刚度、强度、稳定性计算256.3 各臂节支反力计算276.3.1 对臂架整体受力分析276.3.2 伸臂时各臂节支反力计算296.3.3 缩臂时各臂节支反力及缩臂链拉力30第三章：工作装置液压系统计算31参 考 文 献63致 谢63绪论1 叉装车概述1.1 叉装车简介叉装车英文为:Forklift truck.以往人们所使用或见过的叉装车都因为各种原因所以不能满足或者不能更好的完成工作。比如货物的装卸和堆垛等等。因为叉装车跟大部分工程机械一样，必须靠近目标才能进行装卸作业。如果遇到阻碍它的东西（比如 断桥、河流等等）而不能完成该完成的任务。在码头也是一样的那里大部分装卸都要在集装箱内进行，高度较高的货物叉装车都无法满足，看到这种种问题，我们就必须设计出作业范围更广更多样化的机械，以满足各种行业的需求。叉装车是市面上最常见的叉装车与汽车起重机想结而组成的新的工程机械。它最主要的部分还是伸缩臂，跟起重机一样用臂的伸缩来实现工作的距离以及高度。一般的工程机械都有好几种功能，我们这叉装车也一样，它通过臂的伸缩来实现装载货物、举升作业等等。同样它增加了这些功能以外以前叉装车有的功能也选择性的保留了。因为有了伸缩工功能，所以在工作范围有了很大的发展。伸缩臂也有了自己的发展方向，今后一定会出现功能更加强大的叉装车在高空作业类小型机械中，主要有高空作业平台、叉装车等种类。叉装车按结构型式主要分为回转式和非回转式，本文主要阐述非回转式叉装车。非回转式叉装车的结构分为上车和下车。上车主要包括臂架、连接装置、调平装置、附属装置等。下车主要包括驾驶室、底盘、发动机等。传统叉装车的起升部分是立式门架，货叉主要沿垂直方向完成叉装、起升作业。起升高度受门架高度限制，主要用于货物装卸与转运作业。叉装车在叉装与起升作业方面与传统叉装车相类似，其与传统叉装车的不同之处是具有伸缩臂，伸缩臂和驾驶室置于两侧；伸缩臂可使货叉在水平方向前后伸缩、上下运动；臂架头部可配置多种附属装置，完成多种作业。叉装车主要功能有叉装运输、挖掘、抓铲、起升吊装、工作平台、清扫作业等。叉装车具有独特的优点，主要用在建筑工地、工矿企业仓库和其他工地上起升、运输、堆放砖头、木材、钢材和其他物料。叉装车能够利用多种附属装置，有效完成多种不同作业，真正成为多功能工程机械。叉装车的特点有1：（1）灵活性叉装车采用四轮驱动型式，有三种转向模式（前轮转向、四轮转向、斜行行走），双速齿轮变速箱，转弯半径小，能在狭小的空间灵活、快速、准确作业。（2）多用性叉装车用途广泛，可长时间连续作业。有一系列可快速更换的附属装置供选择，包括货叉、铲斗、桁架臂、立式门架等。无需购买其他机型，只需在机器上增加几个可用附件，就可以提升叉装车的生产能力、灵活性及工作效率。（3）稳定性及安全性叉装车轴距长、重心低、车架前部可安装稳定支腿且臂架具有伸出、降低自动锁定功能、发动机置于车架纵向中心，使其在山坡和崎岖地带可以保持稳定；重量分布均匀，四轮驱动，改善了在泥泞地、岩石地带、沙土及雪地上的机动性；视野开阔并。1.2 国外叉装车发展状况国外叉装车增长速度非常快，仅在美国，叉装车市场每年增长25。在欧洲市场，叉装车继2004年需求市场再一次发展良好之后，2005年的销售量也显著提高，达到每年2.1万台，市场曾经预测其销售量只能达到每年2.1万台，但2006年销售量剧增14%，市场的需求量超过2.6万台。来自租赁公司特别是英国和法国租赁公司的巨大需求将使该产品有良好的市场前景。预计未来5年的销售量每年有可能稳定在2.3万2.4万台的水平。国外主要生产商绝大部分集中在欧美，如美国的JLG、Genie、Terex、Case、Upright、Bobcat，英国的JCB，法国的Haulotte、Manitou，意大利的Faresin、New Holland，德国的Merlo，加拿大的Carelift等生产厂家。美国JLG有限公司成立于1969年，是全球最大的高空作业设备专业生产厂家。其生产工厂分布在美国和比利时。JLG伸缩臂叉装机的主要对象不是建筑工程，而是类似化工厂的工厂以及工厂仓库等2。2005年JLG与Caterpillart(卡特彼勒)签订协议，合作生产叉装车，并于2007年推出了TH360B系列叉装车，该系列产品起重量3.5t5t，起升高度6.1m17m3。JLG叉装车家族中分四大类：Skytrack、Gradall、Lall、JLG。意大利制造商Faresin集团下属7个子公司，职能包括设计、生产、销售等行业。其中，Faresin Handles Spa是于2006年6月Faresin收购Pingvel Haulotte后组成的新公司，主要生产叉装车4。法国Manitou公司产品遍布20个国家，有500个销售网点和23家子公司。其生产基地分别位于法国、意大利、中国、美国。其产品品牌系列化，如叉装车品牌为Maniscopic 、车载式叉装车Manitransi。法国的Manitou叉装车系列分为5大系列：BT系列、MT系列、MRT系列、MHT系列、MLT-MLA系列5。叉装车在市面上出来没多长时间，可是很受欢迎。特别是在欧洲各国，因为需求的增多，所以销售的量也就很大。根据统计，2008年全球叉装车市场规模达6.3万辆，2009年前8个月已达5.1万辆。04年欧洲市面上就有四千多的叉装车。是当时最好卖的生产最多的机械。两千零四年到两千零五年叉装车有百分之五的增长点，为什么要提到着呢。因为当时所有工程车辆都在走下坡，唯有伸缩比叉装车还增长了百分之十五。两千零五到两千零六年叉装车的出售的数量达到了将近5600和45000辆。除了在农业及工业上得到利用外还在军事上也用上了。不是因为别的，就是看中了它的机动性能以及货物装卸的效率，美国军队在那一年订购了四百台。叉装车因为卖的很好所以，生产的公司也渐渐变多了。比如英格兰著名的JBC公司、还有法兰西的MANITOU公司等等。在外国已经有很多的生产厂家，而且生产出了起升高度高达2200cm，最大的起升重量就达到55000kg.野马制造公司是在美国及其7429441155型号配备了一个伸缩式叉装车不错的远程控制，可以操作的摇杆伸缩臂升降，并启动发动机。弄了高的工作太子就没有驾驶室，可以进行在很大的程度，从而提高了生产能力。意大利生产商法里森叉装车研究的旋转，他们采用的是一门全新的技术，能每时每刻改正最终的载荷，变固定无极变速支腿跨距，提高了起重的能力，减少零部件个数，从而控制电路得以简化。横向和轴向对称底盘中心线的机器及自动旋转中心的H形腿的中心落下的中心位置，从而使枢轴升力，所以相同的重量，以确保整个周。外国开发和研制的的伸缩式吊运机运用的额是伸缩式叉装车大大提高，对使用人员的工作量重要的技术非常可靠。国内企业要掌握这些技术是不够的，它很少在其生产中使用1.3 国内叉装车发展状况中国叉装车制造史要追溯到1989年，是由厦门嘉丰机械厂与同济大学联合设计生产出第一台叉装车6。中国的叉装车起步晚，但是经过这几年的发展，其技术已经有了长足的进步。国内不少于8家公司已经制造出叉装车或者正在进入该行业7。在2007年CONEXPO亚洲工程机械博览会上，中国湖南山河智能公司更是展示出高技术的三节臂的叉装车，代表了国内的先进水平。现在主要的生产厂家有湖南的山河智能、山东滨州胜利特种叉装车厂、厦门的夏嘉、夏虎和三家乐等公司。根据我国的基本国情，发展中的中国工程量肯定少不了。机械市场就更不用说了，对叉装车也有了更多的帮助。到08年我们的叉装车产值就有了5700万元，另外对这些工厂而言，根据不断地改进和完善07年就有4家进入全球前二十。那是前所未有的。虽说有了发展，但是相对其他国家而言还很慢。原因也是各方面的，由于各个机构的组成不成熟，虽然叫伸缩臂叉装车，但实际上还打不到伸缩臂所具备的的一些要求。以前由厦门的嘉丰机械有限公司和四川厂一起生产了一种新型号的伸缩臂叉装车。它可以进行水平以下及九十的一半的度数之间的变幅，并可左右侧移以提高对位精度转向底盘为四轮驱动，在外工作的性能好还具根据轮胎来转向和新型转向，转弯时的距离小在各种不同的路况下通过。整体性能达到一定的水平。虽说现在差不多有十家生产及研发伸缩臂的叉装车的厂家，但是真正能大量生产的没有几个。根据数据我们了解到，07年我们国内的伸缩臂叉装车只卖了十几台。所以根据不断地发展，人们对它的需求一定会越来越大，也就有了更好的发展前景及市场。我相信国内的伸缩臂叉装车在各个企业的带头研发线一定会有更好的发展。还有一点就是竞争，在外国的伸缩臂叉装车企业不停地像国内发展。这对伸缩臂叉装车而言是好事，但是对国内正在研发的企业而言是不小的打击。国外的企业有法国的曼尼托、西班牙的奥萨、英国的JBC、美国的凯斯、意大利的默罗等。这些都是国外很有名的企业。也有很好的技术，跟他们比起来我们就有一定的差距。虽然说我们有十几年的发展，但这能说是萌芽阶段，想要跟其他国家的技术去比拼，必须加强起身高度、转弯的距离、运行的快慢。国外的伸缩臂叉装车由于发展的时间长，有了一定的体系，比如说叉装车可以在伸缩臂上安装不同的属具来实现它的更多功能。在我们国家叉装车只能实现最为基本的功能。在我国伸缩式装载和卸货的机器上的好的技能与外国的运用差距。伸缩式叉装车在我们这和国外大的公司为了提高生产伸缩叉装车的工作能力。强大的研究一些好的新的技能，新的组成和穷人枪能力的系统和应用。同样仍是制造珀尔李菲的伸缩臂叉装车的驾驶室DDS和兰迪发展（两个转动系统）可逆驱动器操作功能，在一个先进的可以操作旋转板，在特别的效果相反的方向驱动这是可能实现的操作，有较大的驾驶员操作空间。1.4 国内叉装车的前景及发展趋势随着国内物流、安装等行业顺应国际潮流而快速发展，市场上对高举升、大卸距装载机械的需求日趋迫切。由于叉装车具有超常的大作业范围、优越的平动升降、大行程的伸展功能以及独特的小净空结构，其应用范围主要有：(1)物流行业货物流通过程中的仓储、装卸、搬运环节；(2)工业垃圾收集、储运及预处理行业；(3)农村对农作物的晾晒、收集、包装、储运及处理作业；(4)农村小型土、石方工程；(5)露天工程、设施的设备安装作业；(6)道路、市政工程、邮电及电力设施的设备安装作业；(7)石材流通领域中石板材、石雕产品货柜的装卸；(8)工厂企业中的物资装卸及设备维护；(9)船舱物资的装卸作业；(10)园林企业的树木维护；(11)低层建筑的物料搬运。国内不同行业对叉装车的使用要求也不同，具体为：(1)国内存在大量的小型煤炭、砂石料、饲料等散状物料储运相关企业，大都采用中小型装载机进行物料的搬运和堆积。(2)随着铁路高帮敞车和公路高帮货车及厢式货车的普及使用，目前常规装载机与叉装车的作业范围与实际作业需求不相适应。 (3)对于一些常见的非常规的特殊装卸、搬运作业，如在非固定场所进行以下各种散装作业：敞开或盛装液体容器等不可倾斜物料的装卸、“隔墙”装卸、越沟作业、“腹下”小净空安装工程、高温物料的装卸等等，一直以来，都需要采用特定的配套装备和操作工艺，耗费人力、物力资源，作业周期长。而采用叉装车，可以轻而易举地实现高效率、低成本。另外，从INTERMAT 2006国际建筑及土木工程机械博览会可以看出，参展的小型工程机械种类中，伸缩臂装载机、伸缩臂叉装车等产品明显增多8。其主要原因是由于欧美等发达国家大规模的建设时期已经过去，施工建设以维护为主，因此，对小型机械的需求较大。未来的中国，一方面大规模的经济建设仍将继续，另一方面，维护改造的工程会不断增加，叉装车的优势可以充分的发挥出来。未来四年国内市场需求高速增长，每年增长将维持在千台以上。通过综上所述，中国的叉装车未来几年内必然会有良好的市场前景。1.5 国内、外相关标准国内相关标准为叉装车规范（GJB45552003），其于2003年12月3日由中国人民解放军总后勤部公布。该规范规定了叉装车的要求，适用于OCS2002-3叉装车。该标准分为6部分范围、引用文件、要求、质量保证规定、交货准备和说明事项。要求主要包括：基本参数、产品质量及技术要求、叉装车动力性能、稳定性、作业可靠性、行驶可靠性、噪音等。质量保证规定主要包括：检验分类、基本参数测定、产品质量检验、动力性能测试、试验载荷、行驶可靠性等。在国外，美国叉装车标准为Rough Terrain Fork Lifts （ANSI B 56.6），澳洲叉装车标准为AS1418-19 for Telehandlers，欧洲叉装车标准为Safety of industrial trucks - Self-propelled variable reach trucks（EN 1459）。1.5类型分析产品缩臂式叉装车的设计包含两个想法，一个高能量的多用途，它，容量高，应用范围广，为了实现这一理念，设计了机器的约束复杂，体积大;另一个想法是要压缩的基础上，在产品设计中，特征的想法，而比第一低，但结构紧凑，体积小。伸缩式装载机是用于性能要求的不同区域将具有不同的设计焦点一种多用途车辆，从而使产品的设计是不可避免的产品的常规基本形式。除了叉装车的最根本的法式以外，其他形式可通过伸缩式的商务而发生划分。对于高能量的多功能和紧凑六种类型的每个分类。1.5.1起重机类型：要增加能力伸缩臂叉装车制造厂商的角度发送东西，在伸缩臂的增加的富阿杜，叉装车学习移动式起重机形成及用法，伸缩装这种类型的设备叉装车，其目的是在两个部分，外壳下部的结构，驾驶操作的部分和所述工作装置，由旋转机构连接的两个部分之间，该工作器具绕垂直轴可以实现的。前面的帧和后面侧有四条腿，每个支腿可单独调节时，以确保车辆，叉装车的稳定运行。叉装车通常是因为只摆动和伸缩式伸缩臂，伸缩装置，使工作可以实现只在一个垂直平面，以改变工作方向，我们必须依靠移动车辆到达。而作为起重机伸缩叉装车到满负荷运行，可在任何位置工作。跟以往的能力挥杆该类车机制，伸缩式叉装车装载物件联合在一起，充使用转动的机构，伸缩结构延伸到高品质，具有广泛的工作中的应用附件，加强和扩大可能性的范围和相应的操作。用小型的用于建筑的机器能力的叉装车，但随着工程起重机没有林敏的动作，也不是很舒服的。1.5.2拖拉机型号：Farm景点伸缩臂式装载机主要是与农牧有关的使用地方，从农民的需求所以出现了属于农业的叉装车，原来的规定主要处理决定问题的材料。有了非常好的物品及他们的发展壮大，具有现场操作功能发挥的必然。 Farm景点叉装车有农民所用的拖拉机的特点，机械农场提供了一个接口支持其三点钩与配备540r/min和1000r/min时2动力输出的拖拉机，农业机械，植物可能取决于机，割草机等设备春耕完成后，耙，播，切割等操作。一般来说叉装车工作考虑，特别是在设备的功能，但在现实中却并非如此。叉装车在使用中挖掘设备的功能，而行走底盘功能也具有相比较的能力。不仅可以作为一般运输拖拉机和伸缩式装卸机可以说达到农用拖拉机的几乎所有功能。由于工作需要工作的特点和叉装车，自重要比大型拖拉机功率，从而使牵引力是不是在玩和记录装置的问题。1.5.3两个臂型：电瓶叉装车一些特别的场合，除了外伸缩臂式装载机的最初的功能，在某些方面也有自己的选择。对于大型物件，应当伸缩使用特定需求高负荷条件下的设备伸缩式吊运机。伸缩装置延伸的工作区，但对于一个伸缩臂，以确定结构而言，也有一定的限制载荷的操作，以增加工作负载时，伸缩臂的容积的结构，必须增加，有很多方法来实现这一提高业务能力的机型，而使用武器作此用途结构是实现最经济的方式。使用结构武器，对称地配置在车辆的任一侧上的臂，以使车辆装配是适当的，均匀的负荷分布。由于该型货叉用于集装箱和其他项目，场馆运营，运输速度和要求不高的越野能力，集中精力，以获得在规则中重型作业的能力的高性能负载。在这种类型的车，机舱集中容易为了更好的提高了视觉效果的观察大件物品，以及一些车辆被设计解除了驾驶室结构，观察操作后有工作，机舱的高度。为了进一步提高容量和车辆的纵向稳定性的操作的目的是使一个区别重模式下，一个预定值时，所述配重的向后移动，增加了垂直反扭矩超过负载重量。1.5.4工业叉装车类型：主要工作内容伸缩臂叉装车装卸货物，也很难全身而退的关系，传统的工业叉装车，它是一个完全继承了二手叉装车。与此同时，卡车的一些成熟的结构和底盘传动系统也可以用伸缩式叉装车的设计，有些个别的叉装车，车辆框架研发设计时上也借用了叉装车的总体布局下面是一个位于后非常靠近驾驶员座位的车辆引擎的结构。这种伸缩式吊运机特别适用于仓库，工厂，和坚定的，平坦的地方，没有身体练级，前轮驱动，后轮转向，四轮驱动选择为好。为了实现与传统工业叉装车代替起重龙门架，伸缩手柄，天边不仅大大提升了驾驶者正前方，也为装载障碍卸载扩大了范围和能力，提高工作效率。1.5.5装载机类型：批量加载也是叉装车应具备的功能，但由于一些特殊车辆的批量加载的结构特点-装载机注定是伸缩式吊运机的参考对象。与伸缩装置结构形式装载机工作装置的布局是相似的，因此学会做一个新的装载机伸缩臂，也是很自然的。这种在设备的前面伸缩叉装车的驾驶室是相对较短的伸缩臂，通常只有两个武器。上述所说的叉装车已经阐述和坚固的下车机构有两种，前部和后部铰链架，驾驶室和发动机的行的连接下车机构安装在后车的结构上，车架安排的伸缩式中心，车辆铰接转向上。该结构允许伸缩臂组件的方法可实现一系列的分心。刚性底盘组件模型，以同样的方式联合装置的位置之间的关系，只不同的导向脚。这样的模型通常具有不振荡伸缩函数来完成的旋转，各个模型伸缩装置连接到机架的转盘，以实现该枢转功能。 短伸缩式吊运机尽管它的形式和种类复杂，宽领域，用户复杂，但其形成和发展过程中，跨职能的要求和结构形状清晰可见叉装车是继承和创新相结合的产物，是每一个物种，基于该结果，以产生与现有技术的目标的需求。伸缩式吊运机的本质不在于原来的新原理的设计和结构，但该设备经常成功地嫁接继承和创造性的结构。第二章 毕业设计计算说明书1 设计参数及整机尺寸1.1 设计参数1）作业工况：本次设计给定的设计参数如下：设计动臂油紅最短安装距155.3cm、最大行程132.5cm、工作额定压力25Mpa；翻斗油虹最短安装距141.1、最大行程66cm、工作额定压力25Mpa，使之具有叉装车和装载机的功能,最大有效载荷：35000kg；最大提升高度：6988mm；1.2 整机尺寸根据标准要求，参照JCB530叉装车外形尺寸，设计 叉装车整机尺寸如下（见图1）：总长：4868mm；总宽：2250mm；总高：2300mm；车架离地间隙：440mm；轮距：1845mm；轴距：2850mm；整机质量：约6.8t在伸缩臂，它是主要的原因，其他工程车辆，从而使第一个问题伸缩式吊运机是确定设备的关系，叉装车，并能直接影响整个结构的伸缩臂的设计的主要部分叉装车形式的结构是伸缩装置的不同配置。纵向伸缩臂是一个非常不错的选择，但也受到了伸缩臂的不同排列的横向位置可在中间设置和两个望远镜望远镜页。您也可以根据不一样的伸缩构建和其他机型的相互结合，可分为几个类型有逼退型的和不变形的。1.工作装置2.快换装置3.调平油缸4.伸缩臂5.伸缩臂油缸6.基本臂7.司机室8.工具箱9.回转平台10.车架11.配重12.X型支腿13.挡雨板14.燃油箱15.回转支承16.发动机及覆盖件17.液压油箱18.前后轮胎19.X型支腿20.货叉架 图1 整体布局简图2重要铰点布置及其计算根据叉装车特点，为了方便分析，各个铰点的坐标是以两轴中心线与变幅平面交点的中点为原点坐标建立的。建立数学模型如图2.1所示：图2.1 铰点布置数学模型A：一节臂质心；B：二节臂质心；H：变幅油缸质心；P：货叉质心；Mn：为载荷质心；Sl伸缩油缸的伸长量；a-臂架仰角；d变幅油缸上铰点到臂架根部铰点的距离（平行于臂架方向）；d1d2全缩时各节臂质心到臂架根部铰点的距离（平行于臂架方向）；dk全缩时K点到臂架根部铰点的距离（平行于臂架方向）；h变幅油缸上铰点到到臂架根部铰点的距离（垂直于臂架方向）；h1h2各节臂质心到臂架根部铰点的距离（垂直于臂架方向）；hkK点到臂架根部铰点的距离（垂直于臂架方向）；已知：O1、H1点的坐标如下：O1(-2772, 1565)H1(-1680, 936)表2-1 其它各点的动态坐标如下：xyH2O1x+dcosahsinaO1y+dsina-hcosaAO1x+d1cosa+h1sinaO1y+d1sina-h1cosaBO1x+(d2+sl)cosa+h2sinaO1y+(d2+sl)sina-h2cosaKO1x+(dk+2sl)cosa+hksinaO1y+(dk+2sl)sina-hkcosa3 作业高度h计算根据BS_EN_1459-1999对作业高度的要求： （3.1）式中：臂架后铰点到地面的高度，； 臂架全缩时臂架后铰点与货叉与臂头连接铰点的距离，； 油缸伸长量,； 货叉与臂头连接铰点距货叉顶面高度，； 臂架仰角，变化范围为； 当油缸全伸，臂架仰角达最大值时，货叉达到最大作业高度时：hmax=7463mm；当考虑臂架下挠度时：hmax=7463-198=7265mm。此时的最大作业高度是货叉底面到地面的距离。4 幅度R计算根据BS_EN_1459-1999对幅度的规定，按以下公式计算： （4.1）为臂架仰角, 变化范围为；为油缸伸长量, ； 臂头铰点到后铰点的距离（平行臂架方向），全缩时为4134mm；为臂头铰点到臂架后铰点垂直臂架方向的距离930mm;后铰点到前轮边缘的距离 ，；为载荷重心到前铰点的距离，；当臂架水平全伸时幅度为最大R=3924mm，此时油缸伸长量为2865mm；5 整机稳定性计算5.1 整体稳定性计算工况和载荷根据欧洲标准BS_EN_1459-1999对稳定性的规定，整体稳定性计算的载荷和力的方向如表5-1所示。表5-1 整体稳定性计算的载荷和力的方向工况额定载荷（Q）结构载荷(Sn)风力载荷(W)图解1.00.11.00.11.00.11）堆垛（打支腿）VAVAHH图6-12）行走VSVSHH图6-23）堆垛（不打支腿）VAVAHH图6-3 注： V-垂直，H-水平，A-倾角，S-斜坡上角度计算的三种工况分别为：（1）堆垛（打支腿），如图5-1所示；（2）行走，如图5-2所示；（3）堆垛（不打支腿），如图5-3所示；图5-1 堆垛打支腿时整体稳定性计算简图图5-2 行走时整体稳定性计算简图图5-3 堆垛不打支腿时稳定性计算简图图5-2中的Z为路缘石测试的系数，取在z0.1。计算倾覆和稳定力矩时，应以最不利的倾覆线来计算，且底盘处于最大允许倾斜状态。计算所得的稳定力矩大于倾覆力矩则稳定性符合要求。计算各工况稳定性时：（1）确定各载荷作用点在相应作业幅度下的坐标，坐标系的规定见本论文第三章“铰点布置及计算”部分；（2）各作用力对倾覆线与地面交点取矩，将稳定力矩（正的力矩）和倾覆力矩（负的力矩）分别求和；（3）由公式安全系数=稳定力矩/倾覆力矩，求安全系数，然后和最小安全系数做比较，大于最小安全系数代表稳定性通过。各工作情形最小安全系数如表5-2所示。表5-2 各工作情形最小安全系数臂架仰角安全系数1）堆垛2）行走1.41.34注：详细的计算过程见 附录Matlab程序5.2 整体稳定性结果汇总以下给出的曲线为臂架从变幅到，且处于各个仰角下最大作业幅度时的n（n稳定力矩/倾覆力矩）值。（1）堆垛(打支腿)此时臂架全伸，仰角0载荷为1200kg，由图5-4可见，稳定性系数最小值大于最小稳定性系数1.4，故稳定性合格。 图5-4 堆垛（打支腿）整体稳定性计算结果（2）堆垛(不打支腿)此时臂架全伸，仰角0，载荷为800kg，由图5-5可知，稳定性系数最小值大于最小稳定性系数1.4，所以稳定性通过。图5-5 堆垛（不打支腿）稳定性计算结果（3）行走此时臂架全缩，起升高度为300mm，载荷3500kg此时由程序计算稳定性系数n=1.69,大于最小稳定性系数1.34，所以，稳定性通过。6 臂架结构设计及其计算6.1 臂架结构设计 6.2 臂架理论计算表6-1 臂架截面参数一节臂二节臂惯性矩Iy(mm4)1.58e+087.55e+07惯性矩Iz(mm4)9.20e+074.77e+07抗弯模量Wy（mm3）1.17E+066.56E+05抗弯模量Wz（mm3）4.44E+053.08E+05质量m(kg)274228截面积（mm2）53007190对高空作业车进行整体分析可知：当臂架仰角且全伸时，为整机最大作业高度；当臂架仰角且达到最大幅度时，整车稳定性最差。所以强度、刚度分析的计算工况如表6-2表所示。表6-2 强度、刚度分析时计算工况工况额定载荷结构载荷手工力风载荷臂架仰角62度，全伸m1.33Q1.1MPw臂架仰角0度，达到最大幅度m1.33Q1.1MPw6.2.1 臂架全伸，仰角时刚度、强度计算臂架的几何简图如图6-2所示：(1).臂架受力分析1）变幅平面的强度计算载荷垂直载荷：其中：额定载荷，； (6.1) 平台自重，； 臂架自重，由引起的轴向力： (6.2)由引起的横向力 (6.3)由引起的臂头力矩： (6.4)2）旋转平面的强度计算载荷臂端的侧向力： (6.5)由引起的轴向力：3）变幅平面刚度的计算载荷刚度计算载荷只考虑有效载荷的静力作用，即不考虑平台自重和动载系数。垂直载荷： (6.6)其中：额定载荷，；由引起的轴向力： (6.7)由引起的横向力 (6.8)由引起的臂头力矩： (6.9)4）旋转平面的刚度计算载荷 臂端的侧向力： (6.10)由引起的轴向力： 5）使吊臂扭转的扭矩侧向力偏心和平台偏转引起的扭矩：(2).臂架的临界力 (6.11)1）变幅平面的临界力臂架在变幅平面内为简支外伸梁，由支承形式决定的长度系数由按插值法查表得。由变截面决定的长度系数臂架为两节伸缩臂，） (6.12)查表得。2）旋转平面的临界力臂架在旋转平面内为悬臂梁，由支承形式决定的长度系数。由变截面决定的长度系数臂架为二节伸缩臂， (6.13)查表得。旋转平面的临界力 (6.14)（3）臂架的强度计算图6-5 臂架强度计算简图1）各节臂危险截面A、B的弯矩如下: (6.15)2）臂架非重叠部分强度校核轴向力由伸缩油缸承受，臂架结构只承受双向弯曲。吊臂截面角点处正应力按下式计算 (6.16)臂架材料采用60钢， (6.17) (6.18) (6.19) (6.20) (6.21)翼缘板和腹板上的剪应力： (6.22)其中 侧向力偏心引起的扭矩； 截面轮廓中线所围成面积的两倍； 截面中的最小壁厚； B翼缘板最小宽度； H腹板高。表6-3 危险截面剪力计算参数表一节臂二节臂20615213919266B300260H360280计算表明危险截面上的剪应力都很小，远小于许用剪应力，因此在后面的工况中可略而不计3）臂架重叠部分强度校核：局部弯曲问题：二节臂下翼缘板角点A,只有总体弯曲应力按下式计算 (6.23)此处应局部加强下翼缘板滑块支承力作用点B附近的应力（下翼缘板滑块支承力Nh作用点B附近处应力按整体弯曲和局部弯曲联合作用进行强度校核：）局部弯曲应力 (6.24)Nh=0.5N11N11滑块支反力（见臂架受力分析）根据 查表有：局部弯曲应力系数K=0.0333整体弯曲应力 (6.25)bA为臂架下角点A到臂架纵向中心线距离即0.5HbB为臂架滑块作用点B到臂架纵向中心线距离复合应力: (6.26)此处需局部加强所以臂架的强度符合要求。（4）.臂架的刚度校核1）侧向载荷引起的臂端挠度图6-3 变幅平面臂架计算简图变幅平面各节臂端的侧向载荷 (6.27)臂端挠度 (6.28)式中 (6.29) (6.30)因此，旋转平面图6-4 旋转平面臂架计算简图各节臂端的侧向载荷 (6.31)臂端挠度 (6.32)式中 (6.33) (6.34)因此，2）轴向力和横向载荷引起的臂端挠度及其刚度校核变幅平面： (6.35) 可认为该工况下臂架的刚度满足要求。（5）.臂架整体稳定性校核进行臂架的稳定性校核时，按双向受压杆计算，公式中的均取为1。取臂架根部最大应力计算： (6.36) (6.37)所以臂架的整体稳定性符合要求。6.2.2 臂架全伸，仰角0度时刚度、强度、稳定性计算（该工况下计算步骤和方法同臂架全伸，仰角62度的工况，故不再详细的列出计算过程，仅给出计算结果）表6-4 计算载荷变幅平面强度计算载荷刚度计算载荷垂直载荷Q(N)45110.326575.3由Q引起的轴向力N(N)2117812476.4由Q引起的横向力Tz(N)3983023464.6臂头力矩Mly(Nmm)4178208522195125临界力Ncry(N)2.43E+06旋转平面臂端侧向力Ty(N)38002452.5由Q引起的轴向力N(N)2117812476.4Mlz(Nmm)00临界力Ncrz(N)1.25E+06扭矩Mn(Nmm)4.48E+071.96E+06表6-5 臂架刚度校核H2(mm)3260侧向载荷引起的臂端挠度fw变幅