工业车辆及其自动化 课件 第七章总体设计

工业车辆及其自动化第七章:总体设计复习1）熟悉叉车门架的受力特点。2）叉车属具起重量的折算原则是什么？§7.1.总体设计概述

1.总体设计内容

1)方案选型：发动机、传动型式、转向型式、制动型式、门架型式等；

2)总体参数：吨位、起升高度、自由提升高度、转弯半径、轴距、运行速度等；

3)总体计算：自重与轴载计算，牵引计算，机动性能计算，制动性能计算，稳定性计算；

4)总体布置:安装、外形、限制尺寸等；§7.1.总体设计概述

2.总体设计步骤

1)下达整机设计任务书:技术型式、总体参数、完成日期等（方案设计）；

2)进行总体计算:总体参数

总体性能；

3)进行总体布置:排尺寸链、画总图、定限制尺寸；

4)下达设计任务书:传动、制动、转向、门架等；

5)进行部件设计与协调：冲突、协调、修改；

6)总体性能验算：修改后重新计算，出计算书

7)出全套图纸：技术与工艺设计§7.1.总体设计概述3.技术特点

1)门架:高起升(4.5m，6m)、低起升(2m，铁路或进集装箱用)、三级门架、全自由提升、特殊属具、综合滚轮；

2)转向:中、小吨位动力转向、横置油缸转向桥、最大转角接近90度；

3)制动:大吨位助力制动、大吨位盘式制动器；

4)传动:中、小吨位液力传动、传动部件专业化生产(变速器、驱动桥)、机械传动同步器换档、采用宽基轮胎或高弹性实心轮胎；§7.1.总体设计概述3.技术特点

5)技术参数:不求高，求合理，如速度、轴距；

6)可靠性:发动机、传动系统、液压系统、操纵系统;

7)舒适性:司机座椅，发动机噪音，符合人机工程学的仪表盘、操作杆;

8)计算机辅助设计:转向机构优化设计、门架验算、计算机绘图;

9)品种规格:全吨位系列、电瓶叉车、静压传动、集装箱叉车；§7.2.重心与轴载

1.叉车自重实例（相当准确！）

※起

重

量:

1t2t3t5t6t

※叉车自重:2t3.4t4.5t7.5t8.5t

2.静轴载（基本假设、规定）：

满载:前桥桥载为满载叉车总重量的90%,后桥10%；(保证转向所需要的附着力)

空载：前桥桥载为空载叉车自重的45%,后桥55%；(保证横向稳定性)

叉车的前悬距大约是前轮半径的1.4倍。(构造所决定的)(前悬距:前轮中心到货叉垂直段前表面)§7.2.重心与轴载

3.自重重心

横向:对称（司机的左右方向）;

纵向:距前轮中心的距离为轴距L的55%(前后方向);

高度:越低越好,由整机稳定性控制。4.自重估算

L0=0.55L,L1=0.1L（基本假设）

而L1=GL0/(G+Q)-Q(C+B)/(G+Q)

解出G来：G=[L1Q+(C+B)Q]/(L0-L1)

代入基本假设

G=[0.1L+C+1.4R]Q/[(0.55-0.1)L]=[(C+1.4R)/(0.45L)+0.22]Q§7.2.重心与轴载5.重心实算

L0=∑(GiLi/G)

H0=∑(GiHi/G)

6.重心实测

水平：测桥载G1＇，G2＇后

G=G1＇+G2＇

L0=（G2＇/G）L

垂直：吊称法、垫称法

§7.3.总体参数

1.轴距

轴距大:自重轻,平顺性好;

轴距小:转弯半径小;

发展过程:大小大;轴距L载荷Q自重G0§7.3.总体参数

2.轮距

轮距大：横向稳定性好，布置容易，维修空间大；

轮距小：通过性好；

发展过程：稍大一些。3.轮胎轮胎小:前悬距小,自重小，重心高度低，传动比小;轮胎大:平顺性好，寿命长;轴距小:转弯半径小;发展过程:一直都用得很小，使得叉车轮胎很特殊，要用高压胎，寿命短，平顺性差。近来使用宽基轮胎和高弹性实心轮胎增多，大吨位则采用双胎。§7.3.总体参数轮胎大：平顺性好轮胎小：平顺性差§7.3.总体参数4.其他

1）起重量:全系列，向大吨位发展;

2）载荷中心距:标准;

3）起升高度:根据用户需要;

4）行驶速度:20km/h，合理化，不追求高指标;

5）起升速度:300－500mm/s，大吨位可小一些;

6）最小离地间隙:大一些好，但很难实现;

7）满载爬坡度:20%，再大没意义;

8）门架倾角:6°/12°;

9)最小转弯半径：越来越小，使转向机构的最大转角越来越大：72°80°82°85°90°§7.4.牵引计算

1.牵引阻力

1）滚动摩擦阻力Ff=f(Q+G)cosα

2）坡道阻力Fi=(Q+G)sinα

3）惯性阻力（一般不考虑）Fj=δ(Q+G)a/g

2.牵引特性

1）牵引力:由叉车发动机转矩通过传动系统传递到车轮上作用于地面的力：Ft=Mei0igη/rg

2）牵引平衡：在稳定状态下，叉车的牵引力与各项阻力的平衡，叉车处于匀加速状态：

Ft=Ff+Fi+Fj

3)牵引平衡图：本质是内燃机转矩外特性曲线在不同坐标尺度下的体现；§7.4.牵引计算

2.牵引特性

4)动力因素：单位重量的牵引力；

5)动力因素曲线；

6)影响动力因素的因素(发动机外特性；主传动速比；档位数与速比分配)。§7.4.牵引计算3.牵引计算

1)发动机功率Pej=Pn（净功率）+Pf（附件功率）=βDvmaxVmax(G+Q)/(3600η0)+Pf

(Kw)

2)主传动速比：一级6-7，二级10-12

3)变速器速比

最低档速比：i总max

=i变低×i主×i轮=(G+Q)(αmax+f)r/(Memaxηt)

最高档速比：i总min=i变高×i主×i轮=0.377ner/(βVmax)

中间各档速比分配：按等比级数分配§7.4.牵引计算3.牵引计算

注意：

传动系统总速比:

i总=变速箱速比i变×主传动速比i主×轮边减速器速比i轮

最小总速比i总min由最大车速计算

最大总速比i总max由最大爬坡度计算

即:i总min=i变高×i主×i轮

i总max=i变低×i主×i轮

各速比由设计者来分配，这就是设计（安排，试凑）§7.4.牵引计算

算例：5t机械传动叉车，自重7.5t，起重量5t，要求最大爬坡度20%，最高行驶速度20Km/t，道路阻力系数0.02，驱动车轮直径600mm，请设计变速箱头档速比和最高档速比。

注：条件不够自行解决

提示：先选发动机，再计算两个总速比，再分配§7.4.牵引计算

解：1）发动机功率

Pej=Pn(净功率)+Pf(附件功率)=βDvmaxVmax(G+Q)/(3600η0)+Pf

(kw)=1.1×0.08×20(75000+50000)/(3600×0.85)+Pf=71.9+Pf

(kw)，取附件功率10%，考虑行驶时液压转向等损耗，增大15%－20%

Pemax=1.2(Pej+Pf)=1.2×(71.9×1.1)=94.9(kw)§7.4.牵引计算

选90kw发动机，设发动机的额定转速为3000rpm，取最大扭矩约等于额定扭矩：

Memax≈Mn=9550Ne/ne=9550×90/3000=286.5（N.m），设车轮半径为0.3m，则：

i总max=i变低×i主×i轮=(G+Q)(αmax+f)r/(Memaxηt)，=(75000+50000)(0.2+0.02)×0.3/(286.5×0.85)=33.87§7.4.牵引计算

i总min=i变高×i主×i轮=0.377ner/(βVmax)=0.377×3000×0.3/(1.1×20)=15.42

取轮边减速器的速比为2，主传动的速比为4.833，则：

i变低=i总max/(i主×i轮)=33.87/(4.833×2.0)=3.604

i变高=i总min/(i主×i轮)=15.42/(4.833×2.0)=1.595§7.5.制动性能计算

1.选型

1）操纵机构

※机械式

※人力液压式

※助力式

2）制动器

双向自动增力式，双向双紧蹄式，盘式。§7.5.制动性能计算

2.需要的制动力矩

1)法规:空载，车速20Km/h，制动距离6m（满载，车速10Km/h，制动距离3m）

2)制动减速度:Vt2-V02=2as，可求出a

3)制动力:F=M×a，由前面估算的叉车自重可求出F

4)制动力矩:T=F×r，由确定的车轮半径可求出T

5)其他因素:司机反应时间，制动产生时间，摩擦片的磨损，温度变化，异物进入等。§7.5.制动性能计算

6）算例：2吨叉车，自重3.4吨

制动减速度：

a=（Vt2-V02）/(2s)=(20×1000/3600)2/(2×6)=2.572(m/s2)

制动力:F=M×a=3.4×1000×2.572=8744.8(N)

制动力矩:T=F×r=8744.8×0.31=2711(N.m)

蹄端制动操作力:

Fp

=0.5T/(K×R)(两个制动器)=0.5×2711/(3×0.14)=3227(N)，（7.00-12）

实际要更大一些才行。§7.5.制动性能计算

3.可能的制动力矩

1）附着力限制

2）制动稳定性限制

3）整车稳定性限制§7.5.制动性能计算

4.综合计算

1）综合需要与可能，计算制动力矩；

2）选制动器型式，计算其效力系数；

3）计算蹄端推力；

4）选系统压力，计算分泵直径与行程；

5）计算总泵直径与行程；

6）配操纵系统杠杆比，无法实现时用助力制动；

7）验算各项指标。§7.6.机动性能计算

1.选型

1)机构类型

交叉式

八字式

横置油缸式

2)操纵方式

机械式

助力式

全液压式§7.6.机动性能计算

2.最大内轮转角

1)最小转弯半径

Rmin=L/sinβ外max+C

2)最大外轮转角

sinβ外max=L/(Rmin-C)

3)最大内轮转角

根据车轮纯滚动条件：

ctgβ外max-ctgβ内max=M/L

可求出β内max§7.6.机动性能计算

算例：设计条件

最小外侧转弯半径:Rmin=2200mm,轴距:L=1600mm,主销间距:M=800mm,C=200m,求:最大内轮转角β内max。

解：因为Rmin=L/sinβ外max+C，所以sinβ外max=L/(Rmin-C)=1600/(2200-200)=0.8

→β外max=53.13º

因为:ctgβ外max-ctgβ内max=M/L

所以:tgβ内max=tgβ外max/(1-M/Ltgβ外max)

tgβ内max=tg53.13º/(1-800/1600tg53.13º)=3.97

→β内max=75.86º§7.6.机动性能计算

3转向操纵系统1)转向轻便性:要求力小于100N2)转向灵敏性:转向盘的圈数的要求§7.7.稳定性计算

稳定性试验原理:用倾斜平台上重力分力模拟实际工作中的水平力。§7.7.稳定性计算

1.稳定性试验

1）纵向静稳定试验

工况:门架垂直，前轴与倾翻平台轴线平行，额定载荷，起升到最大高度。

指标:倾斜度4%

用途:模拟堆垛作业中受到的纵向力，如地面不平，门架前倾制动。§7.7.稳定性计算

1.稳定性试验

2）纵向动稳定试验

工况：门架全后倾，前轴与倾翻平台轴线平行，额定载荷，起升300mm。

指标：倾斜度18%

用途：模拟满载运行制动§7.7.稳定性计算

1.稳定性试验

3）横向静稳定试验

工况：门架全后倾，前轮着地点和转向桥铰轴中心连线与倾翻平台轴线平行，额定载荷，起升到最大高度。

指标：倾斜度6%

用途：模拟堆垛作业中受到的横向力，如地面不平，偏载。§7.7.稳定性计算

1.稳定性试验

4）横向动稳定试验

工况：门架全后倾，前轮着地点和转向桥铰轴中心连线与倾翻平台轴线平行，空载，起升300mm。

指标：倾斜度（15+1.1Va）%

用途：模拟空载运行转向时所受到的离心力。§7.7.稳定性计算

1.稳定性试验

注：四轮三支点模型平衡重式叉车虽然有四个车轮，但转向桥为摆动桥，第一