三支点叉车普通式起重装置设计（机械CAD图纸）.doc

本科机械毕业设计论文CAD图纸 QQ 401339828 摘 要本课题研究的是三支点叉车普通式起重装置设计。叉车的起重装置由起升油缸、起重链、链轮、属具架和货叉等组成。普通式起升机构是叉车最常用的起升机构型式。在此设计中，首先我对叉车进行了初步的了解，接着对叉车进行了总体方案的设计，其中包括各部分重量和重心的估算，整车自重及重心的确定、稳定性计算、轮胎选择、牵引计算、制动性能计算以及机动性参数确定。通过这些准确的计算选出最优化的方案，确定各构件的构造型式，主要尺寸及布置位置。然后对叉车的工作装置货叉、滑架、门架、链条以及滑轮进行了方案设计，另外还有起升油缸的设计计算，所有各项数据都计算完全的情况下进行组装，对各个部件进行精确的校核，保证叉车的起重装置能安全工作。最后完成了起重装置以及滑架两张装配图，门架、货叉、滑轮三张零件图。关键词： 叉车，普通式，起重装置，牵引，校核 AbstractThis research is a tricycle forklift ordinary type lifting device design. The lifting device by lifting cylinder, lifting chain and sprocket, and goods with fork, etc. Ordinary type hoisting mechanism is the most commonly used forklift lifting mechanism.In the design of forklift, first I made preliminary understanding, then to the overall 1t tricycle forklift truck design, including parts of weight and center of gravity estimation, truckload and gravity, stability calculation, the type choice, traction calculation, braking performance computing and mobility parameters. Through these accurate calculation, determine the optimum scheme selected tectonic pattern of each component size and layout, main position. Then the work of forklift device, goods car-riage, door frame, chain and the pulley, another scheme design of lifting cylinder design calculation, all the data are calculated completely assembled under the condition of different components, precise and guarantee the safe lifting device forklift trucks. Finally completed two assembly drawing with the lifting device and the sliding frame, and three parts diagram of the mast, fork, pulley.Keywords: Forklift, Ordinary type, Lifting device, Traction, Checking II- 目 录1 绪论11.1 研究普通式叉车起重系统的意义11.2 国内外叉车起重系统的研究概况11.3 本课题研究解决的问题11.3.1起重装置方案的确定22 总体方案设计32.1 电动叉车型号及各项技术要求32.1.1 叉车型号32.1.2 技术参数32.1.3 构造型式及工作条件32.2 总体方案32.2.1 确定各构件的构造型式，主要尺寸及布置位置32.2.2各部分重量和重心的估算，整车自重及重心的确定42.2.3 稳定性计算52.2.4 轮胎选择92.2.5 牵引计算112.2.6制动性能计算132.2.7 机动性参数确定143 工作装置153.1 工作装置简介153.1.1 货叉153.1.2 滑架163.1.3 门架163.1.4 链条及滑轮173.2 工作装置的方案设计174 技术设计与计算184.1 货叉的设计和验算184.1.1 货叉的计算简图184.1.2 货叉的强度计算184.2 滑架的设计和计算204.3 门架的设计和计算234.3.1 门架受力分析和强度计算234.3.2 门架的刚度计算264.4 起升油缸的设计计算274.4.1 油缸的顶推力274.4.2 起升油缸基本参数的确定284.4.3 油缸的稳定性验算285 总结29致谢30参考文献31附图3240 1 绪论1.1 研究普通式叉车起重系统的意义叉车的发展轨迹，从开始的托盘到堆垛机发展至今天，叉车已成为富有人性化设计、环保、技术含量高的搬运设备，大大提高了物流的作业效率，在世界物流业的发展中作出了巨大的贡献。随着我国国民经济高速的发展, 进入21 世纪后, 工程机械很多行业发展起伏不定, 唯有叉车行业的发展从1999 年开始, 创造了连续增长8 年的最好历史纪录, 表现出了良好的发展态势。从目前国内叉车市场上看, 仍以内燃平衡重式叉车为主导, 约占销量的75%80%。随着环保要求的提高, 静压叉车、电动叉车需求量也逐年攀升。但国内电动叉车质量同国外相比差距较大, 电控技术基本上被国外掌握, 有较强的发展空间。从中国发展情况来看，大批国产叉车仍难以占据高端市场，主要还是抢夺中、低端客户;叉车产品和叉车行业仍处于发展期，产品技术仍需发展完善;客户使用意识和企业研发意识、能力依然相对落后。叉车起重系统（又称工作装置）是叉车进行装卸作业的直接工作装置，货物的卸放、堆垛最终将由其完成，因此它是叉车的重要组成部分，关系到叉车工作效率的高低和叉车的操作性能，所以研究叉车的起重系统有重要意义。1.2 国内外叉车起重系统的研究概况我国由于在三电电机、电控、电池可靠性不稳定, 及环保意识、空间意识不太强, 三支点电动叉车未得到很好的发展。近年来, 随着环保意识的逐渐加强, 许多企业在采购叉车时已将环保要求提到重要地位。经济发达地区的地价非常高昂, 如何在较小的面积内存放更多的货物将成为更多用户考虑的问题, 越来越多的企业为了提高仓储效率, 开始对原有仓库进行仓储物流改造, 因受原仓库建筑的限制, 只能在现有空间内进行改造。三支点叉车作为驾驶类转弯半径最小的叉车将越来越受欢迎。将有力地带动我国三支点电动叉车的发展。国外叉车的发展趋势：在国际市场上，生产、销售、使用和出口工业搬运车辆的主要国家有日本、保加利亚、美国、德国、瑞典、意大利、法国、芬兰等，各公司在国际叉车经营与市场竞争中越来越重视产品技术的先进性，结构的新颖性，尤其是随着大规模集成电路、微电子技术、传感技术、信息自理技术和自动控制技术的发展，机电一体化技术等也被普遍应用于工业搬运车辆的设计和研究中。1.3 本课题研究解决的问题1.3.1 起重装置方案的确定叉车的起重装置由起升油缸、起重链、链轮、属具架和货叉等组成。三支点叉车大都采用宽视野门架,门架下部铰接于驱动桥上, 上部与倾斜缸的缸头铰接, 通过液压系统供油, 随着倾斜缸活塞杆的前后运动而实现前倾或后倾。普通式起升机构是叉车最常用的起升机构型式。普通式起升机构的起升油缸底部固定在叉车的外门架上, 活塞杆头部的链轮架与叉车的内门架上横梁固接, 起重链的一端固定在外门架上, 另一端绕过链轮与属具架相连。当起升时, 起升油缸活塞杆向上顶, 带动链轮和内门架上升, 当起升油缸活塞杆升到极限位置时, 内门架和属具架也同时到达最高位置。这种类型的起升机构, 内门架与起升油缸活塞杆一起上升, 因此没有自由提升的行程。2 总体方案设计总体方案设计的主要工作是，对叉车整车进行设计，根据给定的技术参数及工作条件，确定整机型式，各部分构造型式，尺寸范围，进行总体布置；对各项技术性能进行计算或估算，为各部分的技术设计提供依据或限制，使各部分组合成合理的叉车整体。2.1 叉车型号及各项技术要求2.1.1 叉车型号：CPDS1.02.1.2 技术参数如表2-1所示表2.1电动叉车技术参数额定起重量Q1000kg载荷中心距C500mm起升高度H3000mm自由起升高度H200mm门架倾角(前倾/后倾)/起升速度(满载)V升300400mm/s运行速度(满载)V行1214km/h爬坡度（满载）1218%最小离地间隙100mm最小外轮廓转弯半径Rmin1800mm2.1.3 构造型式及工作条件（1）叉车形式：前叉平衡重式（2）叉车支撑方式：三支点（3）叉车动力：蓄电池组直流电动机驱动 额定电压 48伏（4）工作场所：仓库、船舱、集装箱内（5）路面条件：硬路面2.2 总体方案分析给定的技术参数及工作条件，进行调查研究，搜集资料。参考同类型产品，边分析，边判定，边估算，边布置，反复进行，渐趋合理完善。2.2.1 确定各构件的构造型式，主要尺寸及布置位置a起重门架采用二级门架，滑架采用板式，货叉的型式是挂钩型，门架高度1940mm，货叉垂直段前壁至前轴距离为330mm；b起升油缸采用两个单独油缸，链条联结方式为部分自由起升，链条一端与叉架联接，另一端与起升油缸前缸缸筒联接，且该联接又与门架中横梁联接；c采用两个倾斜油缸对称布置，一端联接在外门架中横梁上，另一端联接在车架上；d液压系统的组成包括油泵、多路换向阀、下降调速阀、限速阀、分流阀等；e叉车的轴距1340mm,前轮距900mm,后轮距210mm,前后车轮的支承方式是刚性支承；f采用前轮驱动-双电机分别驱动，后轮转向-液压转向；g驱动传动系统的构造型式：由直流电动机经齿轮减速器带动半轴旋转，使车轮转动；布置位置：在两车轮内侧沿纵向并列对称布置；h制动器型式及布置位置：采用自动化人力式制动器，轮边制动；制动操纵装置的型式：采用液压制动；i转向器型式：圆柱齿轮式转向器；转向器至转向轮的传动方式：链传动；j车架型式：采用板式车架，外门架与车架铰接。2.2.2各部分重量和重心的估算，整车自重及重心的确定采用一个直角坐标系来标记各部分的重心位置，一般以前轮着地点在叉车纵向对称平面上的投影点作为坐标原点O，X轴和Y轴方向如图21所示，将各部分的重量及重心列成表格，如表22所示。图2-1 重心确定直角坐标系将各部分的重量，重心及各部分重量对坐标原点的矩列成表格，如表2-2所示：表2.2 叉车各部件重量及重心位置分序号部件名称重量（公斤）中心坐标（毫米）对坐标原点的矩（公斤*毫米）1货叉及滑架170-370255-62900433502门 架220-2201050-484002310003起升油缸和链条链轮100-200800-20000800004倾斜油缸20125400250080005轮向器15240550360082506制动操纵装置6020040012000240007换向阀10100300100030008前轮及制动器等140030004200009前轮驱动装置200200300400006000010后轮及其支承装置9013402801206002520011油泵及电机65480300422501950012油箱60650300390001800013司机座15910900136501350014蓄电池组56091049850960027888015配重7431360300101048022290016车架432670370289440159840根据下式求叉车的自重及重心：， ，式中：G叉车自重;-各部件横坐标力矩之和； -叉车总体重心横坐标；-各部件纵坐标力矩之和； -叉车总体重心纵坐标。注：以上求叉车自重重心，是假设门架处于垂直位置。门架是可以前后倾的，不同的门架位置，叉车自重重心稍有差别，但往往忽略不计了。在精确的计算中，最好能分别计算门架垂直位置和门架最大后倾位置时的重心。2.2.3 稳定性计算一个标准蓄电池平衡重式叉车技术条件规定，要用倾斜平台试验四项稳定性。在忽略支承件弹性变形的条件下，这四项试验可以换算成计算公式。在叉车自重及货物重心确定的情况下，分别对四项稳定性进行计算。（1）纵向静稳定性计算计算条件：满载，门架垂直，最大起升高度，叉车的合成重心位置按下式确定（图2-2）图2-2 叉车纵向稳定性计算坐标图整车重心高度 整车重心水平距离 式中：-叉车合成重心至前桥中心线的水平距离；-叉车合成重心至地面的垂直距离；-叉车自重；-额定起重量，取吨；-叉车自身重心至前桥中心线的水平距离（它相当于）；-载荷中心距（毫米），取；-货叉垂直段前壁与前桥中心线的水平距离，为前轮的自由半径223mm;-货物重心至地面的垂直高度，为最大起升高度3300mm，所以；-叉车自身重心至地面的垂直高度（它相当于）；根据我国叉车标准对纵向静稳定性的要求，起重量5吨以下的叉车：标准要求 =0.210.04满足静稳定性标准要求。（2）纵向动稳定性计算计算条件：满载运行，货叉起升300mm，门架最大后倾，叉车的合成重心位置按下式确定：图2-3 叉车重心计算坐标图 式中：、均与上式相同；门架后倾角为12度；货叉水平段上表面离地距离，我国叉车标准规定，叉车纵向稳定试验平台倾角为18%。按照倾角为18%计算叉车的纵向稳定性时，在不考虑轮胎变形影响的情况下，必须满足以下条件： 所以满足标准要求。（3）横向静稳定性计算计算条件：满载、最大起升高度，门架最大后倾，叉车合成重心位置按下式确定（图2-5）图2-4 叉车横向稳定性计算坐标图 考虑离心力作用特点和其他影响稳定性的因素，叉车标准规定，叉车满载码垛的横向稳定性试验，平台倾角6%，在进行该项稳定性计算时，如果不考虑轮胎变形的影响，变形满足以下条件：式中：横向倾覆轴线与叉车纵轴的夹角, 叉车重心（满载时为合成重心）至横向倾覆轴线的水平距离（重力力臂），其中L =1340mm前轮轮距一半为450mm叉车重心（满载时为合成重心）至重力作用线与横向倾覆基准平面的交点间的距离见图2-5图2-5 满载，最大起升高度，门架最大后倾角 后轮半径=189mm；得： 所以满足要求。（4）横向动稳定性计算计算条件：无载，货叉起升300mm，门架最大后倾。考虑离心力作用的特点和其他的影响稳定性的因素，我国叉车标准规定，叉车空载行驶时的横向稳定性试验，平台倾角为（15+1.1V）*100%，V为空车最高行驶速度=12公里/小时，在进行该项稳定性计算时，如果不考虑轮胎变形的影响，应该满足以下条件： 由前式求得：， 以上四式中稳定性计算都通过，保证了叉车的稳定性。2.2.4 轮胎选择（1）叉车无载时的前轴垂直静负载荷和后轮垂直静负载 式中： 叉车自重（kg） 轴距（mm） 叉车总体重心横坐标（mm）（2）叉车满载时的前轴垂直静负载荷和后轮垂直静负载 式中： 额定起重量（kg）前桥中心至货叉垂直段前壁的水平距离（312mm） 载荷中心距(mm)考虑叉车由于行驶速度低，承受载荷大，作业环境复杂，频繁转向灯特点使之轮胎极易磨损。再与斜交轮胎等多种轮胎作比较，选择乘用子午线超弹性实心轮胎最合适。根据实验公式（TRA公式） 式中： -公称轮辋直径（厘米） -轮胎计算宽度（厘米） -胎内气压（公斤/厘米的平方） -行驶条件系数同时因后轮载荷较轻，可采用双轮胎并置来增强稳定性和载荷强度，减小单个轮胎尺寸。通过参照合力叉车的有关数据，我们取： 表2.3 叉车轮胎数据表名称轮子规格自重Kg最大负荷Kg负载下静半径mm轮胎尺寸mm断面宽度外直径前轮（2只）驱动轮20.42256216155446后轮（2只）转向轮9.6655179106378校核：（1）确定轮胎行驶条件系数A查表使用插入法求得，查表得相邻点（8，2），（16，1.7）得： （2）估算前后轮最大垂直静负荷轴压的分配：-轮胎的标准负荷能力，满载时 空载时 （3）计算轮胎的实际负荷能力由资料得轮胎的标准负荷为：轮胎的实际负荷能力：前后轮 所以轮胎全部合格其中轮辋采用与轮胎标准配合的规格：4.33R。2.2.5 牵引计算（1）计算运行功率按满载在平坦硬路面上以最大速度运行的工况计算。式中 G叉车自重（kg）； Q额定起重量（kg）； 满载最大运行速度（km/h）； f滚动阻力系数，可按一般混凝土路面。取f=0.018； 运行传动系统的传动效率，对齿轮传动系统，可取=0.9；（2）选择运行电动机：运行电动机的形式：我们采用的是直流牵引电机 XQ-4.5B，额定功率4.5kw，额定电流125A，额定转速1350rmin，1h工作制，为0.9电动机额定转矩为 M=1.4kgm表2.4 电机型号及详细表型号额定功率kw额定电压V额定电流A额定转速r/min最高工作转速r/min励磁方式工作制min绝缘等级防护等级电机转向重量联接方式XQ-4.5B4.54512513502800串60FIP20双向97单键圆锥出轴（3）传动比计算主传动比 i=9 轮胎工作半径（m） n电机额定转速（r/min） 满载最大运行速度为（km/h）（4）爬坡能力的估算叉车的爬坡能力与电机的过载能力有关。电动机发出扭转转换到驱动轮轴上的牵引力按下式计算：式中： M电动机的输出扭矩（）, 上式，按下式中计算得：（注：牵引电机功率 ， ）叉车行走系的总传动比为9传动效率为0.9r驱动轮静半径为0.216m当电动机输出最大扭矩，叉车以头档最低速度行驶时，轮轴半径牵引力最大。根据电动机扭矩所得的轮轴牵引力，在任何时候都受驱动轮粘着条件的限制，否则驱动轮就要打滑 式中： 粘着系数=0.7；粘着重量，即叉车前轮的垂直负荷，当叉车满载时： ，当空载时： 因此叉车可能发出的最大轮轴牵引力，应根据叉车负荷情况取或 中的最小值。所以：满载时， 空载时，当叉车作为牵引力使用时，必须知道它的拖钩牵引力，叉车在平坦良好的水平路面上行驶时，本身的行驶阻力最小，因此拖钩牵引力最大：式中：最大轮轴力，根据叉车负载情况取或 中的最小值叉车总重（kg）。满载时，,无载时，滚动阻力系数=0.018重力加速度满载：空载：最大爬坡度叉车满载时，叉车空载时，叉车重心至地面的高度=660mm以上计算均满足要求，电机及传动系的选择是合理的。2.2.6 制动性能计算（1）按制动距离确定制动力：按制动距离确定制动力 按停坡力核算制动力叉车技术条件规定，无载停车状态，要求制动坡度20%；满载停车状态，要求制动坡度，即 因为 ，；所以1158为选择制动器的依据。确定制动器动力矩 2.2.7 机动性参数确定作图可得：(1)最小转弯半径 = 1530mm (2)直角通道理论宽度K = 2202mm (3)货垛间的宽度S = 3354mm货垛之间的直线通道宽度愈小，表明叉车的机动性愈好。3 工作装置3.1 工作装置简介工作装置由滑架、起重链条、滑轮和起升油缸组成。滑架用来安装货叉，货物的重力以及货叉和滑架的重力由起重链条支持。起重链条的前端与滑架连接，其后端固定在外门架上，滑轮轴安装在起升油缸柱塞的上部，滑轮通过轴承空套在滑轮轴上，可以自由转动，这样就构成了以链条为挠性件的省时滑轮组。在液压力推动下，起升油缸柱塞上升时，滑轮轴一同上升，滑轮则边上升边转动，带动链条前端上升，使滑架连同货叉和货物上升。图3-1 起升机构3.1.1 货叉货叉是叉车最基本最通用的取物装置。一般叉车都装有两个同样的货叉。货叉的外形呈L形，分为水平段和垂直段两部分。一般叉车的水平段和垂直段做成整体的，称为整体式货叉。在叉取货物时，货叉的水平段用来插入货物或托盘的底部，叉起后，用来承载货物。因此，货叉水平段的上表面必须水平，水平段前端的下表面略有斜度，以使叉尖处厚度较薄，并且前端逐渐减窄，叉尖两侧带有圆弧，这样有利于使货叉插入货物底部，插取货物。货叉的垂直段用来与滑架联接，根据联接的型式不同，分为挂钩型和铰接型两种。挂钩型货叉垂直段的背部上下各有一个钩，钩在滑架的上下水平横梁上。这种型式的货叉是这样制造的：先锻造成长条坯，在镦锻弯成L型，再焊接上下两个钩，之后再进行热处理。这种货叉制造容易，便于安装和拆卸。货叉是叉车的重要承载构件，受力大，要求截面小，重量轻，因此需用低合金钢，中碳钢等材料制造，还经适当的热处理（如调质），以增加水平段的表面硬度，提高耐磨性能。3.1.2 滑架滑架用来安装货叉或其它可更换的属具。货物的重量通过它传给起重链条，货物重量产生的力矩通过它传给门架，当链条带动它升降时，它要可靠的沿着门架的导轨运动。根据它的作用，它在构造上是一个垂直运动的承载小车，由两部分构成。它的前部是一个焊接框架结构，后部是两列装在滚轮架上的导向滚轮。货叉或其它属具安在前部框架上，链条也与框架相联。根据货叉的型式和它在框架上的安装方式，滑架有两种型式，即板式和滑杆式。当货叉为挂钩型时，采用板式滑架。板式滑架的框架有厚钢板焊接而成。货叉的上钩挂在框架的上横梁上，货叉的下钩钩住框架的下横梁。滑架的后部是两列导向滚轮，分别装在两个滚轮架上，滚轮架和框架焊成一体，每个滚轮架装上下两个导向滚轮。货物重力产生的力矩，通过左右两边的上下导向滚轮，以力偶的形式传给门架。滑架运动时，导向滚轮沿内门架立柱翼缘的内壁滚动，起正面的导向作用。3.1.3 门架门架是叉车起升机构的骨架。它一方面支承起升油缸，从而承受货物重力等垂直力；另一方面，货物给货叉的力矩，通过滑架传给门架，使门架承受纵向弯曲。门架又通过下部铰轴及倾斜油缸将力传给车架，并保证门架的平衡。内外门架门型框架，分别由左右两根立柱及上下横梁焊接而成。为了增加刚性，常在外门架的后面加焊中梁。门架立柱是承受弯矩的主要构件，又作为滚轮运动的导轨，它的横截面形状有槽形，工字形，J形，L形等异形截面。它们一般为压制或轧制而成，也有焊成的。根据内外门架立柱截面形状及排列形式，叉车门架分为重叠式和并列式两大类。重叠式门架的内外门架立柱都是槽型，但内门架立柱截面尺寸较小，叠合在外门架立柱之内。内门架升降时，在外门架内部滑动，滑架的滚轮还是在内门架内滚动。重叠式门架的优点是结构紧凑，驾驶员的视野好。缺点是内门架升降运动阻力大，需要有色金属片作为导轨的摩擦面，并需要经常润滑，同时内门架立柱截面尺寸较小，强度及刚度都较低。现在已很少使用。并列式门架的特点是内门架立柱列于外门架立柱的内侧，相对运动时，以滚轮沿门架立柱翼缘滚动，内门架立柱截面高度不受外门架的限制，故这种内门架运动阻力小，强度和刚度可得到保证。由于滚轮和立柱内壁之间存在间隙，因此在叉车行使过程中，尤其是叉车空载行驶过程中，内门架可能在外门架内晃动，并发出撞击声，使门架和滚轮容易损坏。在外伸翼缘的两边可以各安装一个滚轮，前面饿滚轮主要承受压力，后面的滚轮可以防止内门架的晃动，避免撞击及声响。内门架相对于外门架的侧面导向，可以在左右两侧各装一对侧面滚柱，不论哪一种门架截面形式，每对滚柱中均可以将一个侧面滚柱安装于内门架下端侧面，另一个侧面滚柱安装于外门架的上侧。3.1.4 链条及滑轮由于起重链条具有相对伸长率低,承载能力大,滑轮直径较小的优点,因此叉车起升机构上都采用链条作为挠性件。叉车上使用的链条有两种：片式链和套筒子链。片式链由于链片数目较多，其承载能力比套筒滚子链大，承受冲击载荷的能力强，工作更为可靠。叉车起升机构中的链条滑轮，用来承受链条拉力，并推动链条运动。滑轮均为圆柱形表面，当链条为片链式时，两边具有轮缘。3.2 工作装置的方案设计单级门架只有一个门架，叉架沿着它起升，液压缸也短最大起升高度永远低于叉车高度，结构简单，刚性好，只有在起升高度很小的叉车上才用。三级门架，在内外门架之间加了一个中门架，形成三节伸缩机构。它的起升高度与叉车全高相差悬殊，在要求起升高度大或叉车的全高受到限制时采用这种型式，其结构复杂，司机的视野差。两级门架，在单级门架的基础上多加了一个内门架。它的起升高度可以高于叉车的高度，是叉车上应用最多的一种型式。无自由起升工作装置的结构最简单，多用在露天场地起重量比较大的叉车上。对于在低矮仓房和进入集装箱内进行装拆箱的3T以下的叉车，则采用全自由起升的工作装置。出入于库房、车间的6T以下的叉车多用部分自由起升的工作装置。重叠式门架的优点是结构紧凑，驾驶员视野较好。缺点是内门架升降运动阻力大，并需要经常润滑，同时内门架立柱截面尺寸较小，强度及刚度较低。并列式门架的特点是内门架立柱列于外门架立柱的内侧，相对运动时，以滚轮沿门架立柱翼缘滚动，内门架立柱截面高度不受外门架的限制，故这种内门架运动阻力小，强度和刚度可得到保证。普通型：单起升液压缸布置在门架的中央，对司机观察货叉和前方的路面起了妨碍作用。宽视野型：由两个缸径比较小的液压缸布置在门架立柱的后侧，消除了液压缸对视野的影响。综合考虑：我选择两节门架，宽视野型，普通式起升，并列式门架。4 技术设计与计算本章所有计算公式均依据参考文献1， 计算数据均来自于合理的总体设计方案。4.1 货叉的设计和验算货叉的主要尺寸有货叉水平段长度L，货叉垂直段高度，货叉断面尺寸，挂钩尺寸等。货叉长度主要取决与载荷中心距C，一般取大于2C，L按标准选取。4.1.1 货叉的计算简图根据货叉和滑架连接形式不同，其支承情况有所差别。铰接型货叉可以简化为支承在两个铰接支座上的静定刚架，如图4-1-a所示；对于挂钩型货叉，由于上支承既不便移动，也不便自由转动，可以简化为固定支座，下支承可简化为活动铰支座，货叉成为一次超静定的刚架，如图4-1-ba)静定刚架 b)超静定刚架图4-1 货叉计算简图这两种计算简图，在集中载荷P的作用下，货叉的危险截面均在垂直段的下部，其应力状态相同，强度相同。但两种设计简图中，货叉垂直段的受力情况不同，导致两种型式货叉的变形不同。考虑到挂钩型货叉上部挂钩处有安装间隙，并非绝对不能转动，为偏于安全起见，各种货叉均按静定刚架进行计算。4.1.2 货叉的强度计算 货叉受集中载荷后的内力图如图4-2所示 水平段受弯矩和剪力，垂直段受弯矩和拉力。危险截面在支座A以下的垂直段。危险截面上的最大应力为：截面面积A 图4-2 货叉的强度计算式中：P货叉的计算载荷，N；C载荷中心距，cm W抗弯截面模量，cm F截面面积，cm许用应力，n为安全系数。用加大安全系数的方法来计算，即取P=，安全系数取n,n=2。4.1.3 货叉的刚度校核一般仅校核叉尖处的静挠度，即以额定载荷作为计算载荷，按等截面静定刚架来计算叉尖处的挠度。弯矩图如图43所示图4-3 货叉叉尖挠度计算图用图乘法可得叉尖的挠度：式中：E钢的弹性模量； I货叉截面惯性矩，货叉作为等截面看待，； f叉尖允许挠度（一般取f=）,cm.。 f=20cm基于以上计算得出下图图4-4货叉图 附：货叉零件图（见于附图A,第32页）4.2 滑架的设计和计算主要确定框架的构造型式，并计算框架各构件的截面尺寸。板式滑架的，在垂直平面内，它是三次超静定刚架，外载荷对称，其弯矩如图所示。最大弯矩位于上横梁悬臂根部。在水平平面内，可以将框架上下横梁看成支承在滚轮架上的双悬臂简支梁，上横梁的水平载荷F作用在上横梁的上边，因此，上横梁在受横向弯曲的同时，还受到扭矩。 图4-5板式滑架计算图由此可见，框架上横梁悬臂根部是危险截面。该截面作用在垂直面内的弯矩为：作用在水平面内的弯矩为：该截面的扭矩为：上式中，L为悬臂长度，c为载荷中心距，a为货叉厚度，b为横梁截面厚度，h为横梁截面计算高度，f为框架上下横梁上水平力作用点距离。上横梁截面由于被定位槽所削弱，为安全和计算方便起见，将截面作为矩形截面进行计算，主要验算A、B两点的应力。图4-6 滑架上横梁截面图A点的应力为：截面中B点的扭转剪应力最大，其值为：式中a与矩形截面高宽比有关的系数，查材料力学可得a=0.256材料的许用应力=160Mpa基于以上计算得出下图图4-7滑架图 附：滑架零件图（见于附图B，第33页）4.3 门架的设计和计算门架是叉车起升机构的骨架。它一方面支承起升油缸，从而承受货物重力等垂直力；另一方面，货物给货叉的力矩，通过滑架传给门架，使门架承受纵向弯曲。门架又通过下部铰轴及倾斜油缸将力传给车架，并保证门架的平衡。4.3.1门架受力分析及强度计算1、门架的计算概况如果将门架系统当成一个脱离体，那么，当货物起升到最大起升高度，门架前倾最大角时，其受力情况最为严重，外门架和倾斜油缸铰接的截面具有最大外力矩。内门架各截面的弯矩是变化的，也是外门架和倾斜油缸铰接的截面的弯矩最大。但考虑到这种危险的情况在实际工作中基本不会出现。经常出现的是：当货物起升到最大起升高度进行堆垛时，门架是直立的。这时门架各截面的弯矩基本相等。为了切合实际情况，我们假设门架垂直，额定起重量的重心位于载荷中心，起升到最大起升高度的这种工况，作为门架的计算工况，以这种工况来计算内外门架的强度。2、内门架的受立和强度计算内门架是一个空间框架，按两个互相垂直的平面来分析它的受力。内门架在纵向平面内，即垂直于门架平面内的受力有：滑架滚轮给内门架左右两根立柱各作用一对压力力偶，同时外门架通过滚轮给内门架左右立柱各作用一对支承反力。在这种情况下，产生三方面的应力和应变：(1)内门架纵向弯曲，实际是两根立柱分别受纵向弯曲。计算时可以将立柱作为简支悬臂梁，其受力简图及各截面弯矩图如图48所示图4-8 内门架在垂直门架平面内的受力分析图(2)由于滚轮压力不是作用在立柱的弯心平面内，故立柱除了受弯曲以外，两端还受扭矩。上端由滑架滚轮引起的扭矩较大，下端门架滚轮引起的扭矩很小，若将立柱看成独立的杆件，则其扭矩如图所示。在这种受力情况下，立柱是受约束扭转，不仅产生自由扭转剪应力，还将产生约束扭转正应力和约束扭转剪应力。(3)立柱翼缘在滚轮压力作用下，产生局部弯曲，有局部弯曲应力。此外，在滚轮和翼缘的接触处有较大的表面接触应力，且各项应力的数值均较大。内门架在横向平面即门架所在平面内的受力：当内门架上升时，内门架上横梁中部油缸作用一个向上推力，用来克服内门架本身的重力及内门架的滚轮摩擦阻力，这两种力分别作用在左右立柱上，这使得立柱产生轴向力，并使横梁及立柱产生弯矩，但这些力都比较小。我们知道滚轮摩擦阻力取决于滚轮压力，如果内门架上下滚轮的最小中心距等于滑架滚轮的中心距时，内门架滚轮的压力值为最大，其值和滑架滚轮的压力相等，即作用在每根立柱滚轮摩擦阻力为：因摩擦系数f的数值很小（f=0.0080.01），的数值也就很小，故这个平面的力可忽略不计。图4-9 内门架所在平面的受力分析因此，内门架主要计算立柱的整体弯曲、局部弯曲。（1）立拄整体弯曲：每根立柱截面的最大弯矩：立柱翼缘处的正应力为：式中内门架立柱截面的纵向抗弯模量 （2）立柱翼缘局部弯曲：将立柱翼缘看作无限长的板，翼缘和腹板的连接边看作板的固定边，在滚轮压力P的作用下，力作用点附近区域将产生局部弯曲变形，有双向局部弯曲应力，即沿x轴方向及沿z轴方向均有应力。翼缘与腹板的连接处的应力为：（3）整体弯曲和局部弯曲综合起来，内门架立柱与滑架下滚轮接触的截面最危险，其应力最大点是翼缘内壁根部的A点，该点为平面应力状态。将X轴和Z轴方向的正应力作为主应力，按照第四强度理论，强度条件为：材料许用应力=256Mpa3、外门架的受力及强度计算外门架同样是一个空间框架。在纵向平面内，外门架左右立柱受到内门架导向滚轮作用压力力偶，下横梁受到油缸的压力及链条向上拉力，还有下支座的反力急倾斜油缸拉力，在这些力的作用下，外门架主要是立柱整体弯曲，局部弯曲及约束扭转，倾斜油缸连接处以下部分还受有轴向力，如图所示。危险断面在AA截面以上门架下滚轮作用处。图4-10外门架的纵向受力简图立柱中的最大整体弯曲应力为：式中：立柱危险截面的纵向弯矩立柱截面的纵向抗弯模量4.3.2 门架的刚度计算门架的刚度计算主要是计算门架的整体变形量。门架在载荷作用下将向前弯曲倾斜，并使货叉及载荷中心前移，倾覆力矩增加。计算门架刚度的工况和计算门架强度的工况相同，即门架垂直，额定起重量的重心位于载荷中心起升到最大起升高度。在这种情况下计算内门架的水平前移量及转角。图4-11门架变形示意图把内门架看成悬臂梁，根据材料力学中的公式 可得 =1. 1013,同理可求得外门架的0.0056 =0.469 +1.1069小于允许 =2+=1.087小于允许=H/100=3cm式中内门架端截面转角外门架端截面转角内门架最大挠度外门架最大挠度附：门架零件图（见于附图C，第34页）4.4 起升油缸的设计计算4.4.1 油缸的顶推力式中： Q货物重力，N；滑架和货叉重力，N；滑轮组效率，=0。98；柱塞滑轮及一同上升的内门架等重力，N；滑架沿内门架运动的阻力，N；内门架沿外门架运动的阻力，N。在粗略计算时，柱塞起升的顶推力为：式中：起升机构的总机械效率，=0.80.85。=2（1000+175）=2937.54.4.2起升油缸基本参数的确定油缸的工作压力选定油缸工作压力为p=130kg/cm缸筒内径D的表达式，对于柱塞缸：式中：F油缸的顶推力； D缸筒内径； P油缸的工作压力； 液压缸的机械效率，一般取=0.95。油缸的工作速度：根据给定技术参数及货叉起升工作原理：式中：油缸活塞升降速度。最小导向长度H对于一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求Hcm式中：L-液压缸的最大行程 D-缸筒内径4.4.3 油缸的稳定性验算当柱塞缸的长径之比大于10时，要进行稳定性验算。根据材料力学理论，其稳定性F式中F为柱塞杆最大推力，为液