毕业设计电瓶叉车造型设计.doc

浙江工业大学艺术学院毕业设计（论文）1.0-3.0吨平衡重式电瓶叉车外观造型设计学生姓名：王全林 指导教师：卢纯福 朱意灏（浙江工业大学 艺术学院，浙江杭州 310014）摘要：叉车是物流系统中最常用的装卸、搬运设备。本文介绍了世界范围内叉车的市场，叉车发展趋势以及叉车的结构特点，总结对比国内叉车在造型设计上的不足。为了提高产品的节能效果和满足日益苛刻的环保要求，排放少、噪声小的电瓶叉车必然受到欢迎。作者从能源环保、造型美观的角度出发，从提高操纵舒适性的人机工程学出发，设计出一款应用于室内搬运的电瓶叉车，外观上融入圆弧元素，简洁，圆润、动感、时尚。关键词：叉车，造型设计，人机工程1.0-3.0Tonne Forklift truck Form Design Student: Quanlin Wang Advisor: Chunfu Lu, Yihao Zhu(COLLEGE OF ART,ZHEJIANG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Hang Zhou 310014, China)Abstract: Forklift truck is the most common in handling equipment. This article introduced the forklift market in the world scope, the forklift development tendency as well as the forklift unique feature , summarizes the contrast domestic forklift in modelling design insufficiency. In order to enhance the energy conservation effect and satisfies day by day the harsh environmental protection request, few discharges, the noise small storage battery forklift inevitably receives the welcome. The author from the energy environmental protection, the modelling artistic angle embarks, embarks from the enhancement operation comfortable man-machine engineering, designs a forklift to apply the storage battery which transports in the room, seemingly melts into big arc element, succinct, full, dynamic, fashion.Key words: Forklift truck；form design；ergonomics引言：叉车是物流行业的重要设备，是门架和货叉为工作装置的自行式装卸搬运机械，可用于装卸堆放成件货物。它体积小、重量轻、结构紧凑、噪音低、污染小、造价低、操作灵活，可以在工作场地狭小的空间作业。随着科技的发展和工业设计的发展，人们在对叉车的功能上提出更高的要求的同时，对其外观造型也有了更高的要求。这样，运用工业设计的方法和人机工程学，研究叉车的造型，就显得十分重要。1， 叉车概述1.1 简述叉车是以门架和货叉为工作装置的自行式装卸搬运机械。可用于装卸堆放成件货物。更换工作装置后也能用于特种物品和散料的装卸搬运作业。叉车由动力装置轮式底盘和工作装置三个主要部分组成工作装置包括门架链条叉架货叉和液压缸等。门架为伸缩结构,铰接在车轴或车架上,通过倾斜液压缸可前后倾斜以便于装卸货物和带货行驶。起升液压缸通过链条传动使装有货叉的叉架沿内门架升降内门架叉以外门架为导轨上下伸缩使叉车能以较低的门架高度把货物举升到较高的高度。2.2 世界范围内叉车发展简述叉车的发展，从美国克拉克公司于年向市场提供第一台叉车起，至今已有年历史。进入年代以来，全世界大约有多家叉车生产企业，主要的国家有德国、日本、美国、保加利亚和瑞典。亚洲主要有日本、韩国和中国。 年世界叉车产量达到万台，创历史最高纪录。其中德国万台、保加利亚万台、美国万台、瑞典万台、波兰台、捷克台；在亚洲日本万台、韩国万台、中国万台。从年全球叉车的年总规模在万台。 世界叉车市场上电动叉车呈上升趋势，内燃叉车略有下降，这与全球重视环保的因素有关。目前，国外对内燃叉车正在推行环保治理，如采用欧、欧标准。近几年日本叉车市场上电动叉车、汽油叉车、柴油叉车的销售量大约各占三分之一，欧洲国家电动叉车所占比例达到左右。由于竞争的加剧，同年代相比，年代以来世界叉车工业出现了销售额增长、盈利减少的反常现象，为了改变这种状况，叉车巨头纷纷在发展中国家建厂，以便降低成本，维持盈利。3.3 国内叉车发展简述我国的叉车自年代面世以来，到年代才初具规模，到年代末有家内燃叉车企业、家电动叉车企业、余家仓储叉车和轻小型搬运车辆企业、多家外资、合资企业。已形成吨内燃叉车系列、吨电瓶叉车系列的生产能力。 目前，国内叉车市场的需求量（包括进口）万台左右，其中吨级的叉车占全部的，吨叉车又占吨级的以上。大吨位叉车、仓储叉车（堆垛机、前移式叉车、插腿式叉车）是我国叉车的弱项。大吨位叉车的依赖进口。专家学者预计：我国叉车的需求量将以以上的速度增长。对于未来叉车行业的发展前景，专家分析我国叉车产量在年内可能突破万台，最高可达万台左右。另外，与国外发达国家相比，目前我国叉车市场还有着很大的潜力，以日本为例，在其最辉煌的时期，其年产量超过万台，在经济不景气的年份里销量也达到万台左右。4.4 前景广阔预测全球约有250家叉车生产企业，年生产量保持在50万台左右。由于竞争的加剧，同20世纪80年代比，世界叉车工业出现了销售额增长而利润减少的反常现象。一方面，为降低成本，叉车巨头纷纷在发展中国家建厂。例如，在中国建有厦门林德、安徽TCM、北京汉拿、湖南德士达、烟台大宇重工、上海海斯特等。这些公司把具有世界20世纪90年代中期先进的产品和技术带到国内，促进了我国叉车技术的快速发展，同时对国内市场也造成了很大的冲击。另一方面，随着市场经济的发展，物流技术在经济发展中的地位与作用越来越明显，叉车普及率越来越高，已从过去单一的港口码头进入到国民经济的各行各业。目前我国叉车的保有量约18万台，实际年潜在需求量约10万台，而实际年销售量仅3万台左右，可见中国的叉车市场是巨大的。2，叉车的发展趋势叉车市场竞争日趋加剧，外资企业已占据了高端市场，并开始转攻中低端市场。面对发展的机遇和激烈的竞争，叉车产品未来的发展趋势应引起业内的高度关注。 趋势之一：系列化、大型化 系列化是叉车发展的重要趋势。国外著名大公司逐步实现其产品系列化，形成了从微型到特大型不同规格的产品。与此同时，产品更新换代的周期明显缩短。大型叉车产品特点是科技含量高、研制与生产周期较长、投资大、市场容量有限、市场竞争主要集中在少数几家公司，因此我国必须加大研发力度才不至于受制于人。趋势之二：专业化、多品种 自动仓储系统、大型超市的纷纷建立，刺激了对室内搬运机械需求的增长。高性能电动叉车、前移式叉车、窄巷道叉车等各类仓储叉车迅速发展。为了尽可能地用机器作业替代人力劳动，提高生产效率，适应城市狭窄施工场所以及在货栈、码头、仓库、舱位、农舍、建筑物层内和地下工程作业环境的使用要求，小型及微型叉车有了用武之地，并得到了较快的发展。趋势之三：电子化、智能化 高可靠性、性能优越的产品，以及装备先进电子技术的机电一体化叉车市场前景看好。以仓储发展为依托，发展新品种，特别是前移式叉车和堆垛车产品。计算机技术在电动叉车上逐步得到推广应用，并纳入信息化控制。无人驾驶叉车将适用于有毒或特殊环境的需要，具有较大发展空间。 趋势之四：安全性、舒适性 随着国际化进程的加快，产品的安全性已经成为中国企业迈向国际市场的一道门槛。叉车方、尖外表正被流线圆弧形外观所取代，改善了司机的视野，提高操作安全性。如：丰田7系列叉车装有主动稳定系统(SAS)，SAS采用一系列电子传感器对叉车负荷、运行速度、转向角等参数进行测量，当测得潜在危险状态时，SAS即开始工作，以提高叉车横向稳定性，从而达到安全作业的目的。 新型叉车将更加注重人类功效学，提高操纵舒适性。研究表明：驾驶室内壁的精巧布置，有利于提高生产率。如果所有的控制都能按人机工程学进行布置，司机操纵就更加舒适，更能集中精力工作。德国JUNGHEIRICH集团公司等都在探索进一步提高叉车的舒适度。趋势之五：节能化、环保化 一般来讲，叉车按动力分为内燃叉车和电动叉车。内燃叉车以内燃机为动力，其功率强劲、适用范围广，缺点是排放和噪声污染较大，对人类健康危害较大。为提高产品的节能效果和满足日益苛刻的环保要求，主要考虑从降低发动机排放、提高液压系统效率和减振、降噪等方面入手。可以肯定，排放少、噪声小的叉车必然受到欢迎。电瓶叉车、天然气、液化石油气等燃料叉车必将会得到更进一步的发展。目前国际电瓶叉车的产量已占叉车总量的40(国内则为1015)，在德国、意大利等一些西欧国家电瓶叉车的比例则高达65，且有不断上升的趋势。采用交流电机、变频调速使电瓶叉车有了质的飞跃。交流电机的电压有越来越高的发展趋势，使叉车在工作中发热更少、效率更高，完全克服了直流电机产生热量多、效率低下、维护频繁的缺点。3， 叉车的结构特点电动平衡叉车是以直流电源（电瓶）为动力的装卸及搬运车辆。据国外资料统计，日本1992年电动叉车产量就已经超过了叉车总量的1/3。在德国、意大利等一些西欧国家，电动叉车所占的比例达到50%左右。下面主要评述市场上销量较大的四支点电动平衡叉车的结构特点及发展。3.1车体车体是叉车的主体结构，一般都是由5mm以上钢板制成，其特点是无大梁，车体强度高，可承受重载。就电瓶在叉车车体上的放置位置而言，有两种不同的制造技术。即电瓶安置于前后桥之间或后桥之上。这两种技术代表了叉车设计的两种最优选择，且各有优缺点，稳定性好，但是车体内的可利用空间较小，因此限制了电瓶的容量，这对于载重量不超过3t的叉车并不突出，但对于那些运动情况复杂，8h工作时间内电瓶容量要求高的大吨位叉车就变得严重了。采用大容量电瓶，以延长电动叉车的持续工作时间，从而扩大电动叉车的使用范围，这是各叉车制造商共同追求的目标。3.2门架 目前，国内外电动叉车大部分已经采用宽视野门架，起升液压缸由中间放置改为两侧放置。液压缸的放置位置有两种：一种是液压缸位于门架后面，如抚顺叉车厂和TOYOTA的电动叉车；另一种是液压缸位于门架外测，如南京华瑞电动叉车和保加利亚巴尔干叉车集团公司(BALKANCAR)叉车。门架一般分为标准型、两节型或三节型。国内叉车的起升高度一般在25m之间，且以3m及3m以下的居多，而国外电动叉车的起升高度一般在26m之间，由于仓库的立体化程度高，因此起升高度3m以上，电动叉车的需求量比国内高得多。3.3驾驶室由于多数电动叉车用于室内搬运，因此一般没有封闭的驾驶室，只安装起防护作用的护顶架。世界上比较先进的电动叉车，如：LINDE的E20新型叉车驾驶室，按先进的人机工程学原理开发研制，采用舒适的液压减振悬挂式座椅，能够根据驾驶员的身高和体重进行调整。双踏板加速系统在叉车改变行驶方向时无需转向，方向盘立柱的倾角可根据驾驶员的要求进行调节。中心液压操纵杆集门架的升降和前后于一体。所以这些新设计都大大地减轻了驾驶员的劳动强度。3.4驱动系统 驱动系统是电动叉车的关键部件之一。各种叉车在驱动系统的结构上存在很大的差别，有单电机布置形式上也存在差别，如国内抚顺产的叉车，其电机轴与驱动桥为丁字型结构，而国外TOYOTA和保加利亚巴尔干叉车集团公司(BALKANCAR)叉车的驱动电机轴与驱动桥却是布置的，结构紧凑。3.5液压系统电动叉车一般都采用单独的电机，带动齿轮泵，从而为其门架工作系统的提升和倾斜提供液压动力。目前国产叉车，由于没有实现液压电机的调速，液压电机在启动后，只能高速转动，不会随着功能和压力的改变而自动调节，多余的流量只能通过溢流阀流回油箱，造成能量浪费3.6制动系统 一般的电动叉车主要采用机械式停车制动和液压式行车制动。停车采用手制动，行车采用脚制动。NISSAN公司BX系列电动叉车制动系统装有一个主导真空增压器，可保证任何时候都有足够的主动压力，既增加了制动的安全性，又减轻了驾驶员的劳动强度。意大利佳力（CARER）电动叉车采用液压制动系统。膨胀型制动有外部控制，并采用动力辅助制动（与动力转向系统的动力形式相同）。3.7转向系统 平衡叉车都采用后轮转向，且工作范围小，转向运动频繁。如果采用机械转向，则驾驶员的工作强度会很高。如果采用液压动力转向，则劳动强度会大大降低。因此，现在市场上销售的叉车基本上实现了动力转向。国内电瓶叉车的液压转向一般是转向电机在叉车工作过程中不停地满负荷运转，因此造成了不必要的能量浪费，以及电机和液压减的磨损。但是，LINDE 和NISSAN等公司的电瓶叉车，其动力转向则更进了一步，即通过方向盘不动时，则转向电机不工作。此功能不但节约能量，还延长了再次充电后的可工作时间，缩短了转向电机的空转时间，因此也减少了电机和液压泵的磨损。3.8电控及其自我诊断和液晶显示系统 电气控制是显示电动叉车技术水平的一个重要因素。因此，随着电子技术的发展，电瓶叉车的电控也日趋完善。晶体管斩波器在叉车上的成功应用，除了实现无级调速和再生性制动外，还增加了自我故障诊断和液晶数字显示功能。4，叉车的人机工程学随着国际化进程的加快，产品的安全性已经成为中国企业迈向国际市场的一道门槛。叉车方、尖外表正被流线圆弧形外观所取代，改善了司机的视野，提高操作安全性。如：丰田7系列叉车装有主动稳定系统(SAS)，SAS采用一系列电子传感器对叉车负荷、运行速度、转向角等参数进行测量，当测得潜在危险状态时，SAS即开始工作，以提高叉车横向稳定性，从而达到安全作业的目的。 新型叉车将更加注重人类功效学，提高操纵舒适性。研究表明：驾驶室内壁的精巧布置，有利于提高生产率。如果所有的控制都能按人机工程学进行布置，司机操纵就更加舒适，更能集中精力工作。德国JUNGHEIRICH集团公司等都在探索进一步提高叉车的舒适度。在安全架内部，在保证安全的前提下尽量扩大了视野，驾驶员可以方便地观察到机器周围的情况；较大的下部空间可以使驾驶员不至于因为空间的狭小导致腿部肌肉的疲劳，操作起来较方便。座椅的设计应尽可能使乘客脊柱处于生理体位，保持正常的生理弯曲。驾驶环境不仅要求对座椅能进行前后调整、对靠背能进行角度调整，而且要求柔软舒适、富有弹性，并配有减震装置。由于叉车的前后悬挂都是刚性的结构，在整机上无减震装置，易使驾驶员疲劳。为了弥补叉车结构上的这一先天缺陷，在座椅上装设有减震装置。 总结：目前国内叉车产品均以引进技术为主，合力叉车的综合技术水平在国内处于领先水平，杭叉处于第二位。国产叉车与国外叉车相比，品种少、技术含量低、没有自己的专有技术；国内以生产内燃叉车为主，电瓶叉车没有优越性。国产叉车近几年来在外观造型上有所突破，但没有自己的特色。据统计，日本1992年电动叉车产量就已经超过了叉车总量的1/3。在德国、意大利等一些西欧国家，电动叉车所占的比例达到50%左右。电动叉车的迅速发展主要得益于各生产厂家的不断进步。产品外形大多采用了流线型设计，造型更加美观。主要生产厂家实现了规模生产和零部件专业化生产和装配流水线作业。加工精度、自动化程度都提高了。在新材料、新工艺方面，有了更广泛的应用。 5，设计定位：5.1应用于室内搬运的电瓶叉车 随着人们对环境污染危害的深刻认识，环保已成为世界共同关注的焦点，电动叉车以蓄电池或燃料电池作为驱动方式，洁净、高效和安静，不排出CO有害气体，可以在其他叉车不能工作的领域工作。本次设计定位于以蓄电池为驱动形式、四轮平衡重式叉车。其次，自动仓储系统、大型超市的纷纷建立，刺激了对室内搬运机械需求的增长，电动叉车能在食品和饮料区域工作，并且也能在危险易燃的环境内工作，高性能电动叉车将被广泛运用。5.2叉车造型定位整体 采用圆弧曲线，使线形流畅统一，整体造型力求简洁明快。部件 就外观而言,叉车能体现出造型魅力的地方并不多,其结构决定了叉车不能像汽车一样以车头为造型考虑的重点,车尾的配重块在保证起重量的情况下,可以做造型的改变。在保证平衡重一定重量的情况下平衡重愈短愈好，采用圆弧形，造型圆滑美观，使其在装卸搬运中更灵巧。为配合整体和谐统一，圆弧曲线设计的安全架才能与圆滑的平衡重相呼应。色彩 为减轻工作压力和视觉疲劳，主色调选用活泼的颜色，纯度较高，明度适中，具有一定的耐脏性。主要分布于车身、平衡重等。叉车的辅助色采用于主色反差明显的颜色，两种颜色的交线显得分明，有种明快感。如黑色，表现其牢固坚实，辅助色可分布于驾驶室门架。6，方案确定右图为本次设计第一方案轻型电瓶叉车，融入大圆弧元素，造型简洁。外观部分圆润、动感、时尚。较低的车身，由菱形演变而成的圆弧顶棚，整体感强。流畅的线条，极具动感的尾部设计使得整车看起来动感十足，尾灯、蓄电池盖板、散热孔，都进行了全新的设计. 空间部分座椅的设计极具包裹感的同时，有极具舒适型。按人机工程学布置操纵仪器，形态设计语义敏感，操纵更舒适。液晶显示仪表，能随时显示叉车的运行状况、故障、电瓶、电量和运行时间等。6.1 色彩方案：色彩是造型的重要因素之一，叉车设计时,色彩甚至比形体更能吸引人的注意，首先必须确定主色调（蓝色），才能使配色显得统一。辅以灰黑色，凝重中不失活泼，能舒缓驾驶者的压力,改善视觉。视觉冲击力强,和谐醒目,整体感强。另外,为配合不同用户的需要,或不同使用环境，或不同的企业标准色，还有多种丰富的配色方案。6.2 人机工程6.2.1 门架 起升液压缸两侧放置，采用宽视野门架，保证了行车和装卸作业时的开阔视野。6.2.2 驾驶室 按人机工程学布置操纵仪器，形态设计语义敏感，操纵更舒适。液晶显示仪表，能随时显示叉车的运行状况、故障、电瓶、电量和运行时间等。指示仪表布置在司机的正前方，操纵杆、开关及各种控制元件布置在驾驶室的其他相应部位，便于司机观看和操作车辆。这些装置的固定位置是由标准的司机人体尺寸参数决定的，其具体参考位置根据人的生理心理特征为依据，力求使司机行车和装卸货物时操动方向盘和操纵杆、开关等都能方便自如、省力和安全，使司机在生理和心理，动作和感受上都处于最佳状态。具体参考位置见下图：6.2.3 坐椅 与司机紧密相关的部件还有坐椅，坐椅的人机工程学到今天已经发展到新的高度。坐椅不但要求柔软，并配有减震装置。借鉴林德叉车优化的驾驶室，坐椅下有弹簧液压减震油缸，可根据驾驶员身高和体重进行调整，使司机获得舒适状态。 6.2.4 便于上下车，底板距离地面高度348-400mm。头顶护栏在事故下的变形量距操作者不少于150mm。叉车护顶架高度应低于门架高度，通过仓库门时只要门架通过驾驶室就不会碰到门梁。6.2.5 材料说明：座椅：银灰色皮质座椅，造型宽广舒适，坐垫透气性纤维制成，柔软透气性佳且吸汗防尘。车体：由5mm以上钢板制成，强度高，可承受重载。操纵台仪表架：ABS塑料，由于其具有耐冲击及耐热性能，以及韧、刚、硬等优点。表面处理：电镀。安全架：骨架采用铝合金铸造而成，抗冲击性能好，造型美观，质量轻，。车轮：轮胎采用高级橡胶，耐磨且硬度大。轮辋钢制。主要参考文献目录1刘志峰、刘光复，绿色设计J机械工业出版社,19972何人可 工业设计史,J 高等教育出版社,20043赵建国 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