液压叉车提升机结构设计说明书(共57页)

精选优质文档-倾情为你奉上摘 要 叉车具有装卸和搬运功能，机动灵活，能适应多变的装卸搬运要求，普遍适用于港口、车站、货场、车间、仓库、油田及机场等处，还可以进入船舱和集装箱内进行装卸作业，除此之外，还广泛应用于军事部门和特殊防爆部门，有的车辆可无人驾驶，到人员不断接近的地方工作适用于柔性加工系统，总之，随着物流技术的不断发展和工业化水平的提高，叉车使用范围将日益扩大，成为一种产量与品种很多的装卸搬运机械。现代叉车技术发展的主要趋势是充分考虑舒适性、安全可靠性和可维护性 ,产品专业化、系列多样化,大量应用新技术,完善操控系统,重视节能和环保 ,全面提升产品的性能和品质。通过对国际国内叉车造型设计的现状分析运用工业设计的理论和方法，研究了叉车造型设计的要素及设计原则：造型要求简洁明快、线条流畅，以体现车身的力度感与坚实稳重的感；色彩力求单纯，给人以轻松、愉悦的感觉，主色调以明度较高的黄 色、橙色为宜；车身前后左右要求有宽大的玻璃，仪表具有良好的可读性。研究结果对叉车设计具有重要的实际指导意义。关键词：叉车； 门架；提升机构 ABSTRACTForklifts can do handing works,and can flexibility to adapt to changing of handing requirements and generally applicable to ports,railway stations,freight yard,workshops,warehouses,oil fields and the airport and places,and forklifts could still enter the cabin and container handing operations within.In addition,forklifts are alseo widely used in military and special explosionproof sector,some vehicles will be unmanned,that officers should hot work in places close to or for Flexible Manufacturing Systerm.In short, as the logistics and technological development and the enhancement of the level of industrialization,the use of fork lifts will be expanding ,and it will become a yield varieties with a lot of material handing machinery.The major trend ofmodern technology developmentof the fork truck is to be fully in consideration of the friendly operation, the reliability, the safety, the goodmaintenance, the specialization, the series, and the diversificat, and to adopt new technology, to improve steering system, and to focuson energy saving and environmentprotection in order to promote the trucks capacity and quality.Based on the analysis of current status of international and domestic forklift truck form design the key elements and design principles in forklift truck form design was researched using industriM design theory and methodology：It Was put forward that the form offorklift truck should be simple and lively tll smooth lines in order to convey the sense of strength and steadiness；the color strives simplicity to make people feel pleasant and light mainly usingtones ofyeHow and orange；there shouldbe big ass atthefrontand back oftrucks；thein struments should be easy to readThe research results provided practical reference for forklift truck designKeywords： fork truck; mast；lifting mechanism专心-专注-专业第 1章 绪 论1.1液压叉车提升机机构设计选题的目的和意义叉车是应用十分广泛的流动式装卸搬运机械，是物料搬运机械(国外称为工业车辆或地面运输车辆)的一种，是实现物流机械化作业，减轻工人搬运劳动强度，提高作业效率的主要工具。叉车又名铲车、万能装卸车或自动装卸车。它是由在无轨底盘上加装专用装卸工作装置构成的。叉车具有通用性强、机动灵活、活动范围大等特点，所以它广泛用于车站、港口码头、机场、仓库以及工矿企业等部门，用来实现机械化装卸、堆垛和短距离运输，是物流系统不可缺少的机械设备。而叉车中进行装卸作业的直接工作的装置是叉车起重系统，货物的卸放、堆垛最终都是由其完成的，所以它是叉车最重要的组成部分。在我国国民经济的发展中，各行各业对叉车的需求量逐年增加。据国家权威机构研究预测，在今后几年我国叉车年需求量将超过15万台。叉车产业市场潜力巨大，发展前景广阔。 1.2叉车研究的现状及分析1.2.1我国叉车行业发展历程和现状我国叉车工业起步于20世纪50年代末，当时主要仿制前苏联产品。从70年代后期到80年代中期，全行业先后组织了2次联合设计，各叉车生产厂纷纷引进国外先进技术，如北京叉车总厂引进日本三菱15t内燃平衡重叉车技术，大连叉车总厂引进日本三菱1040t内燃平衡重叉车和集装箱叉车技术，天津叉车总厂引进保加利亚巴尔干车辆公司1.256.3t内燃叉车技术，杭州叉车总厂引进西德O&K公司静压传动叉车、越野叉车和电动叉车技术，合肥叉车总厂、宝鸡叉车公司引进日本TCM株式会社110t叉车技术，湖南叉车公司引进英国普勒班机械公司内燃防爆装置技术。自90年代开始，一些骨干企业在消化吸收引进技术的基础上积极对产品进行更新和系列化，因此目前国产叉车的技术水平参差不齐。其中，电动叉车因受基础技术落后的制约，整体水平与世界先进水平差距很大，每年仍要进口价值近2亿美元的叉车产品。中国叉车能否逐鹿国际市场，并在与世界强手的竞争中立于不败之地，将依赖于叉车整体技术水平的提高，特别是电动叉车技术的飞速发展。1.2.2国外叉车发展现状国际上生产叉车的厂家，排名前几位的有林德、丰田、纳科、永恒力、小松、TCM、力至优等著名公司。林德叉车是世界上第一品牌叉车，该公司是世界上唯一将静压传动技术大规模应用于叉车的制造商，产品技术先进，质量可靠，其销售额一直遥遥领先，位居世界顶尖水平。林德叉车总的特点，8吨以下的产品其动力形式有内燃机和电瓶驱动，传动形式有静压传动和电传动;10吨以上的叉车则采用内燃机驱动和液力传动。产品种类之繁多，技术水平之高超，令世界同行所赞叹。丰田、纳科、永恒力、小松、TCM、力至优等公司的产品技术基本处于同一水平，但各家有各家技术优势和特色。世界上著名叉车的技术特点是：品种齐全，技术先进，各具特色，尤其在提高作业效率、人机工程、节能、环保及安全性等方面的技术发展非常快，追求各性化，最大限度地满足客户的需求。1.2.3国内外市场分析目前，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；另一种是液压缸位于门架外测。CARER公司的R40/45系列电动叉车的液压缸位于门架外侧，R50/60/70系列叉车的液压缸则位于门架后面。 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。与预测全球约有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。 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，因此，环保型叉车将成为市场主流；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，高性能电动叉车、前移式叉车、窄巷道叉车等各类仓储机械迅速发展是未来叉车市场的又一特征；另外，全球经济一体化必将带来全球工业的国际化，使得各国间及国内贸易大幅上升。有资料表明全世界集装箱吞吐量每年以30%左右的速度递增。贸易的增加将推动现代集装箱搬运与堆垛设备的高速发展。1.2.4现代叉车技术发展趋势1.2.4.1产品的系列化与多样化 根据美国工业车辆协会的分类法，叉车分(1、2、3、4、5、6和7)7大类，分别为电动乘驾式叉车、电动窄巷道叉车、电动托盘搬运车、内燃平衡重式实心胎叉车、内燃平衡重式充气胎叉车、电动与内燃乘驾式拖车和越野叉车。1999年7月，美国现代物料搬运杂志评出世界20强叉车公司，其中排在前10位的公司(产品种类)是：Linde(1、2、3、4、5和6)，Toyota(1、2、3、4、5和6)，Nacco/MHG(1、2、3、4和5)，Jungheinrich(1、2、3、4和5)，BTndustries(1、2、3、4和5)，Mitsubshi / Caterpillar(1、2、3、4和5)，Crown(1、2、3)，Komatsu(1、2、3、4和5)，Nissan(1、2、3、4和5)，TCM(1、4和5)。另外产品品种和系列也非常齐全，如德国Linde公司有柴油、液化石油气、电动平衡重叉车，前移式叉车，堆垛车，拣选车，侧面式叉车，电动牵引车等近110种；而我国最大的叉车制造企业安徽叉车集团生产116 t 15个级别80种机型400多个品种的叉车。各叉车公司皆以产品种类、系列的多样化去充分适应不同用户、不同工作对象和不同工作环境的需要，并不断推出新结构、新车型，以多品种小批量满足用户的个性化要求。1.2.4.2绿色化推动叉车动力技术的发展 叉车分内燃叉车和电动叉车。内燃叉车以发动机为动力，功率强劲，使用范围广，缺点是排气和噪声污染环境，有害人类健康。环保要求推动了动力技术的更新：TCM于20世纪70年代更新了3.58t柴油叉车，将预热燃烧室改为直喷式，省油1720；80年代初Perkins发动机推出扁唇式燃烧系柴油机，省油78；80年代中期德国Deute公司开发出F913型叉车专用柴油机，省油60%，而瑞典推出柴油机蓄电池混合动力叉车；90年代液化石油气(LPG)叉车、压缩天然气(CNG)叉车、丙烷叉车等低公害叉车面市，且发展势头强劲。 电动叉车具有能量转换效率高、无废气排放、噪声小等突出优点，是室内物料搬运的首选工具，但其受蓄电池容量限制，功率小，作业时间短。目前国内外均在不断改进铅酸蓄电池技术，通过提高材料纯度等使其在复充电次数、容量和电效率方面有了很大提高。由于技术的进步，电动叉车现已突破只能用于小吨位作业的局限性。目前国际上电动叉车的产量已占叉车总量的40%(国内为10%15)，在德国、意大利等一些西欧国家电动叉车比例高达65%。 未来叉车将广泛采用电子燃烧喷射和共轨技术。发动机尾气催化、净化技术的发展将有效降低有害气体和微粒的排放。LPG、CNG等燃料叉车及混合动力叉车将进一步发展。新型蓄电池燃料电池在各大公司的共同努力下，将克服价格方面的劣势，批量进入市场。目前全球汽车巨人正联合致力于电动汽车的研究，电动汽车的动力、传动、控制、安全等技术在叉车上的应用，将会使电动叉车整机性能有一个质的变化。 1.2.4.3节能和机电一体化高新技术的应用微电子技术、传感技术、信息处理技术的发展和应用，对提高叉车业整体水平，实现复合功能，以及保证整机及系统的安全性、控制性和自动化水平的作用将更加明显，使电子与机械、电子与液压的结合更加密切。未来叉车的发展在于其电子技术的应用水平。实现以微处理器为核心的机电液一体化是未来叉车控制系统发展的主方向，即以微处理器为核心，控制由局部控制向网络化方向发展，使整车保持最佳工作状态，实现叉车的智能化作业。对于电动车辆，传统的电阻调速控制器已被淘汰，而新型MSFET晶体管因其门极驱动电流小，并联控制特性好且有软、硬件自动保护和硬件自诊断功能等优点，得到广泛采用。串励和他励控制器仍是市场的主导产品，交流控制技术则处于起步阶段。随着交流调速控制系统成本的降低与闭式交流电机技术的成熟，交流电机叉车将会因其功率大、维护性能好而取代直流电机叉车。采用电子转向系统与动力转向比可节能25%，它可根据叉车使用工况，适时控制电机转速，是叉车节能降噪的有效措施。另外，MOSFET晶体管比电阻式调速可节能20%，释放式再生制动可节能5%，采用液压电机控制器和负载势能回收技术可分别节能20%和5%。 第2章 液压叉车提升机构设计总述 2.1门架简介及设计要求门架是叉车工作装置的重要组成部分，是叉车最富有特色的部件。它负责货物的起升及相应的装卸、堆垛动作，并对叉车的整机性能有极大的影响。最常见的叉车门架是由内、外两节组成。内外门架各有两根立柱，立柱是门架承载的主要构件，又是叉架(或内门架)作升降运动的导轨。左右立柱之间连以横梁，构成形或各种封闭形状的框架(图2-1)。外门架的立柱多数为槽形截面，内门架立柱的截面型式较多，有槽形、工字形和其他异形形状。立柱截面的周边都不封闭，杆件的长度远大于截面的高度和厚度，因此，它们属于力学上的开口薄壁杆范畴。（a）内门架 （b）外门架图2-1 门架结构简图1立柱 2横梁叉车的内、外门架里、外嵌套，用起升油缸使内架可在外架内移动，成为可伸缩的构造。这是它的构造特点。加工要求，门架布置在车的前方，在前轴前边，这是它在布置或位置上的特点。内架、外架和叉架都是用型钢焊成的平面框架，它们与起升油缸和链滑轮组和重量占了工作装置总重的绝大部分，且集中在位于前轴外边的门架平面内，因而是影响叉车抵抗向前翻倒的能力的不利因素。由于门架在前，司机在后，因此组成门架系统的多数构件及起升油缸和链油轮组都会挡住司机的视线。在设计时，就要尽力去减小这些不利影响，为此必须注意两点：一是在保证工作装置能正常工作的前提下，要尽可能地将它布置得靠近前轴；二是在考虑司机视野问题时，要保证在叉车无载行驶下，司机能看见货叉叉尖，同时应力求在货叉由地面升起至顶端的整个过程中，司机都能很好地观察货叉上货物的情况。2.2门架系统的运动与安装关系门架系统的运动与安装关系（图2-2）是：货叉挂在叉架横梁上；叉架受起升链条的牵引，并以其纵、侧向滚轮为“车轮”，以内门架为“活动导轨”作升降运动；内门架则受起升液压缸的顶推，也以其纵、侧向滚轮为“车轮”，以外门架2为“固定导轨”而升降；外门架的下铰坐铰接在驱动桥壳或车架上，中部靠两个并列的倾斜液压缸来实现整个门架系统的前、后倾动作。起升液压缸分成两个，下端以半球面支承在外门架后侧，中部受外门架“扶持”，上端顶在一个浮动横梁上，自由提升结束后即与内门架上横梁重叠。起升链条的一端固定在起升液压缸筒上（相当于固定在外门架上），中部绕过固定在浮动横梁上的链轮后，另一端挂住叉架。图2-2 门架示意图 门架部分参数见下表：表2-1 1.8t液压叉车门架主要性能参数特 性额定起重量Load Capacitykg1800载荷中心距Load centermm500尺 寸标准二级门架额定起重时最大货叉高度mm3000货叉架ISO标准型级货叉厚度Tmm40货叉宽度Wmm120货叉长度Lmm1000货叉间距范围最小最大MINMAXmm200920门架前后倾角前倾/后倾 F/Rdeg6/10速 度最大行驶速度（无载）km/h11起升速度（满载）mm/s220第3章 货叉的设计计算3.1货叉基本参数和尺寸的确定货叉的主要尺寸有货叉水平段长度；货叉垂直段高度；货叉断面尺寸(为货叉厚度，为货叉宽度等)（图3-1）。图3-1 货叉的结构和尺寸货叉尺寸主要取决于起重量Q、载荷中心距c，根据选题，已知起重量Q=1.8吨，按ISO/DIS1214-79标准规定，载荷中心距离为c=500mm,再由ISO/DIS2326-81和ISO2382-77标准，查出货叉的基本参数和尺寸为货叉长度：；货叉垂直高度：；货叉断面尺寸：；货叉两铰支点中心距：；货叉外伸距：；据机械设计手册选择材料为40Cr钢，热处理工艺选用调质处理40Cr钢屈服强度。3.2货叉的计算简图货叉和叉架的联接形式不同，其制支承类型有所不同，按照ISO2328-77标准规定，1.8吨叉车货叉和叉架的联接形式为挂钩型。挂钩型联接，上支承可简化为活动铰支座。按照这种简化，货叉可看作一次超静定刚架（图3-2）。与此同时，考虑到挂钩型货叉上部的挂钩处有安装间隙，并非绝对不能转动，照此分析，货叉又可简化为支承在两个铰接支座上的静定刚架（图3-3）。图3-2 超静定刚架计算简图图3-3 静定刚架计算简图这两种计算简图，在集中载荷P力作用下，货叉的危险截面均在支座A以下的垂直段，其应力状态相同，强度相等。但货叉垂直段的受力情况不同，导致变形不同。由于静定刚架水平段的变形量大于静定刚架水平段的变形量。 为偏于安全起见， 货叉的强度和刚度均按静定刚架进行计算。3.3货叉的强度验算 （a） (b)(c) (d)图3-4 货叉强度验算计算简图从货叉所受的集中载荷P力作用的内力图(图3-4)来看, 水平段受弯矩和剪力, 垂直段受弯矩和拉力, 危险截面支座A以下垂直段的最大正应力为 （式3-1）式中P货叉的计算载荷，N； C标准载荷中心距，mm； a货叉厚度；mm； b货叉截面宽度，mm。3.3.1计算载荷P的确定 （式3-2）式中 Q起重量，Q=1.8t=17640N K1动载荷系数，由文献1推荐，取K1=1.2； K2偏载荷系数，由文献1推荐，取K2=1.3.由此得出 3.3.2 安全系数n的确定安全系数的选取, 与货叉的计算载荷大小、动载荷系数和偏载荷系数的选取密切相关。如果计算载荷比较准确, 安全系数可以取较小数值。否则，安全系数应取较大数值。强度计算时，安全系数应满足以下条件【2】其中n强度安全系数；材料屈服极限；危险截面处应力（即最大正应力）；注：与单位相同。此次设计选择安全系数为n=3。3.3.3 计算最大正应力 （式3-3）3.3.4 强度验算把数据代入式3-1, 得出因为,所以货叉满足强度条件。3.4 货叉的刚度校核货叉的刚度通常校核叉尖处的静挠度，即以额定载荷之半作为计算载荷（）, 按等截面静定刚架来计算又尖处的挠度，计算方法用简便的弯矩图乘法（图3-5）。（a）计算图 （b）MP弯矩图 （c）弯矩图图3-5 货叉叉尖挠度计算图 由此可得叉尖的挠度 （式3-4）式中货叉的截面惯性矩，；货叉的弹性模量，；货叉的额定截荷，.代人数据, 得出 叉尖的许用挠度为 （式3-5）由于,所以货叉满足刚度条件。3.5 货叉挂钩形式的确定叉车货叉上的挂钩与货叉的联接形式, 通常有整体式和非整体式两种。非整体形式的联接方法, 又有焊接和螺栓联接等形式。由于焊接形式货叉制造容易, 安装拆卸方便, 所以, 货叉与挂钩的联接多采用非整体的焊接形式。3.6 货叉与挂钩焊接强度验算挂钩尺寸根据ISO2328-77标准规定，z=17.5mm，M=31mm，s=50mm，K=H=5mm，b=120mm，G=36mm（图3-6）。图3-6 挂钩尺寸与焊接强度验算挂钩的水平段受弯矩和拉力, 垂直段受弯矩。根据起重机焊接强度的计算规范, 由拉伸应力和剪切应力所组成的复合应力, 按等效应力来进行计算, 其计算公式为 （式3-6）式中 挂钩所受的水平力, N； 焊缝总长度，cm； 所受垂直力，N。代入数据, 得出 则 货叉与挂钩焊接的焊条选用TB13-2, 焊条的抗拉强度,焊条的许用应力由于所以，货叉与挂钩满足焊接强度条件。第4章 叉架的设计计算 图4-1 叉架受力图如图4-1所示，叉架一般按简支梁计算其上横梁悬壁根部A-A截面处的应力（MPa），其计算式为 （式4-1）式中 L货叉最外悬挂点到叉架上横梁臂端根部的距离，mm； h叉架上横梁悬壁端根部截面净高度，mm； b叉架上横梁悬壁端根部截面净宽度，mm，b=M=31mm； Fp垂直载荷，N。Fp=9800Q/2，即额定起重量的一半； F纵向载荷，N。F=Fpm/h2，见表4-1，m=c+a+0.5b，a为货叉厚度,c为载荷中心距，c=500mm。表4-1 货叉安装尺寸h2起重量/t0.50.7512.52.754.7556h2/mm307383478599取 h=120mm、h2=383mm、L=200mm，知a=40mm、b=31mm 、c=500mm代入式4-1中，得 由第三章知而此处 所以 叉架满足要求。 叉架的其它部分为超静定的框架结构，强度与刚度较大，不必计算校核。第5章 液压叉车门架的设计计算5.1 门架系统的构造原理图5-1为门架结构简图，内门架1和外门架2都是由两根柱和一个或两个端梁焊成的框架。内架仅有一个上端梁，下部有一个很弱的横系杆。外架有上端梁及下端梁，为不妨碍内架，上端梁放在立柱顶端后翼缘后边。中部由横梁加强，其两侧伸出有联接倾斜油缸的铰轴。左右立柱异型槽钢，其开口相对。叉架和内架上的各滚轮组分别安放在内架和外架立柱的槽内，滚轮组构成叉架，内架和外架相互之间的活动联系，起传力和保证有正确动力的导向作用。起升链滑轮组包含两套对称布置的起升链和动，滑轮座固定在内架上梁。起升油缸的上、下支座的支承分别固定在内架上梁和外加下梁上，为保证安置在期间的起升油缸受纯压力，支座的支承表面常为球面。链的一端固定在外架的下梁或立柱上，另一端与叉架相连接。图5-1 叉车门架结构1内门架 2外门架 3叉架 4货叉 5货物 6导向滚轮 7倾斜油缸5.2 门架强度的计算状态本设计选择门架材料为16Mn，其剪切弹性模量为:G=8.4105Kg/cm2，弹性模量为：E=2.1106Kg/cm2。抗拉、抗压，抗剪，屈服点。叉车起升的货物重量和叉架、货叉自重都是通过叉架滚轮和门架滚轮以集中力的形式作用在门架上的。当叉车满载、货叉起升到最大高度、门架前倾最大角度时，门架受力最大(图5-2)。在与门架垂直的平面内，取叉架为自由体，即可求出内门架对又架滚轮的反压力Pl、P2。 （式5-1）式中 Q额定起重量，Kg； G1货叉和叉架的自重，Kg； S链条总拉力，Kg； 门架最大前倾角，度； k动力载荷系数，K=K1（动力系数）K2（货物偏载系数）。图5-2 门架载荷作用图其中Q=1800Kg、 、G1=250Kg、h2=370mm、K=1.2。代入式5-1得到 从以上计算中可以看出，链条拉力S对滚轮中心产生的力矩，有助于减小滚轮压力，从而减小门架所受的载荷。在一般情况下，链条拉力产生的力矩(sa2)数值上可达货物重量力矩的1/101/9。当门架前倾最大角度时()，滚轮最大压力比门架直立时约增加10%左右。由于链条拉力和门架前倾对滚轮压力所起的、数值上近乎相等的减载和增载作用，为了使计算简化，将其略去不计，按门架直立状态进行计算。5.3 计算滚轮压力（图5-3）门架直立时，由此内门架滚轮压力为 （式5-2）知h1=480mm，h2=370mm外门架滚轮压力为： （式5-3） 图5-3 门架滚轮压力计算图5.4 门架立柱截面几何性质此叉车内外门架立柱的截面尺寸相同，在计算开口薄壁杆件受弯扭综合作用时，除了一般的截面几何性质以外(静矩、惯性矩、抗弯模量等)，还要计算一些与截面翘曲有关的附加截面几何特性。 （a）立柱截面 （b）扇性坐标(c)扇性静矩图5-4 门架立柱截面几何性质图5-4（a）为门架立柱截面图，5-4（a）为扇性坐标图，5-4（a）为扇性静矩图。此次设计起重量为1.8t，根据机械课程设计简明手册选择槽钢型号为16a，其相应截面尺寸分别为：h=15.2cm、t1=1.4cm、t2=1.8cm、b=5.2cm,各参数值见表5-1。表5-1 门架立柱截面结构尺寸及几何特性名称符号单位量值截面面积Fcm232.44形心X0cm1.19弯曲中心XAcm1.88截面惯性矩Jxcm41490.98Jycm4109.53截面抗弯模量Wxcm3175.41Wycm327.31纯抗扭惯性矩JKcm439.42扇性惯性矩cm64445.07约束扭转特性kcm-10.06静矩Smaxcm4127.23参数计算如下:截面面积： 形心位置：弯心位置： 线性截面惯性矩（截面惯性矩）： 线性抗弯截面模量（截面抗弯模量）： 纯抗扭惯性矩:扇性惯性矩： 静矩： 约束扭转特性：由于Wy和Wx比值约为15.57%，大于15%，所以此门架平面内载荷不必进行计算。5.5 内门架强度计算5.5.1 门架立柱断面翼缘厚度校核根据局部弯曲应力计算公式： （式5-3）得到： （式5-4）式中：材料屈服极限，16Mn钢的=3500Kg/cm2；P滚轮压力，P=P1=P2=2046.47Kg。所以得到 由于1.34mm1.8mm，知此翼缘厚度设计合理。5.5.2 门架立柱断面腹板高度校核根据滚轮的接触应力来求腹板高度 （式5-5）式中：P滚轮压力，2046.47Kg；滚轮踏面宽度，50mm；Enp导轨和滚轮材质的综合当量弹性模量，钢制滚轮时，Enp=2.1104Kg/mm2。 Pnp导轨和滚轮的当量曲率半径，圆柱形滚轮对平面导轨时，Pnp=R=43mm。与滚轮材质和导轨表面硬度有关的许用接触应力，常用6080Kg/mm2。取代入公式得由，知符合要求。由的等式经转换得：取滚轮的实际半径为计算半径的两倍，即:R实际=2R，则R实际=230.7=61.4mm（取62mm），则腹板高度为：由知，此尺寸设计合格。5.5.3 门架立柱的弯矩校核把内门架看作外伸悬臂梁，按一端铰支、一端自由的单根薄壁杆来计算。在垂直于门架的平面内，由于滚轮的集中作用，计算门架立柱中产生的最大弯矩。又介于内外门架的应力情况较复杂，计算工作量较大，现根据吕维镇、张质文老师介绍的简化计算法进行计算。简化计算的整体强度安全系数应大于4，校核翼缘的局部弯曲强度安全系数N局应不小于1.2，最危险截面在B点(图5-5)。在整体弯曲和约束扭转的共同作用下，内门架立柱的危险截面是与叉架下滚轮相接触的截面B,如图5-5。叉车起重链条的一端固定在起升油缸缸筒上，链条拉力S对缸筒产生的力矩通过活塞杆在内门架和上端产生推力，其方向垂直于门架平面，使内门架弯曲。在截面B上的这个附加弯矩数值极小，可以略去不计。因此，截面B的计算弯矩仍可写为：1.整体弯曲正应力已知许用弯曲应力为（取N值为4）：由可知整体安全。图 5-5 门架立柱2.整体弯曲剪应力 （式5-6）式中P截面剪力，Kg；S所求应力点以外的截面面积对中性轴的静矩，cm3；Jx截面对中性轴X的惯性矩，cm4;b所求应力点处的截面宽度，cm。得到许用剪切应力为： 由知满足要求。3.局部弯曲应力B点局部变异应力： （式5-7）式中K0=2、t=t2=1.8cm则有局部许用弯曲应力为（取N局=1.2）由，可知局部危险点亦安全。5.6 外门架强度计算外门架是由左右立柱和多根横梁组成的外形封闭的复杂刚架结构。由于通过立柱与横梁的弯曲中心的纵轴不在同一平面内，因此外门架并不是一个平面薄壁框架。在外载荷作用下，外门架立柱产生的弯曲变形和约束扭转变形与内门架立柱相似。我们同样也把外门架简化为单根立往计算，横梁的影响则通过支座约束来考虑。外门架立柱在垂直门架平面内的整体弯曲，不考虑门架前倾的影响.，从门架下滚轮接触点至立柱与倾斜油缸连接处的一整段内，都承受最大弯矩Mbmax的作用。门架滚轮压力对外门架立柱还产生约束扭转。外门架立柱一般在上中下三处或四处有横梁连系，立住与横梁的连接均可看成铰支，它允许立柱的截面翘曲，但不允许截面转动。外门架强度计算简图图5-6，危险截面在D点。知H0=1866mm、h0=520mm、h1=480mm。5.6.1 计算D点整体弯曲链条拉力S对起升油缸产生力矩，通过活塞杆及内门架使门架滚轮压力增加，门架弯曲增加。门架滚轮压力增量为： （式5-8）其中S链条拉力，Kg；a2链条与轴中心距，cm；Hmax最大起升高度，cm。知Hmax=300cm，取a2=6cm，求得 （式5-9）则有所以D点最大弯矩为：则整体弯曲应力为：前面已经得到，许用弯曲应力为:由可知，符合要求。5.6.2 校核局部弯曲应力 （式5-10）同样，已由前面得到局部许用弯曲应力：由知，符合要求。5.7 门架刚度计算5.7.1 门架刚度的计算状态所谓门架的刚度条件主要是指当满载的货叉起升到最大高度，前倾至最大角度时，门架顶端的水平挠度应小于许用值。门架计算简图如图5-7所示。图5-7 门架刚度计算状态简图其中各已知参数分别为：起重量Q=1800Kg、起升高度H=3000mm、载荷中心C=500mm、前倾角、滑架重量G1=250Kg、门架立柱惯性矩J0=J1=J=1490.98cm4。门架各尺寸分别为：h0=520mm、h1=480mm、h2=370mm、H0=1866mm、H1=1830mm、H=3211mm C0=380mm、C1=300mm、l0=665mm、l1=260mm。滑架通过滚轮传给内门架和力按下式计算，参看图5-8图5-8 门架计算简图 （ 式5-11） 可以把力P1、P2对门架的作用分解为一个力偶与一个集中力，内门架端部力偶以M1表示，外门架端部的力偶以M0来表示，参看图5-3及图5-7来求其值。 （式5-12）另外伸缩式门架在端部力偶和集中力作用下，端部产生的水平位移f（挠度）是由三部分组成的：外门架端部水平位移f0、内门架端部水平位移f1和内门架绕外门架端部转动角在内门架端部引起的水平位移，见图5-9。 （式5-13）式中、力偶M作用在外门架端部产生水平位移和转角；、集中力P1-P2作用在外门架端部产生水平位移和转角；、由力偶M及集中力P1-P2作用在内门架端部的产生的水平位移。图5-9 门架变形图5.7.2 确定门架端部产生的各水平位移由图5-10弯矩图用图乘法可求出在力偶M0作用下外门架端部产生水平位移fM0: （式5-14）图5-10 外门架计算简图同样，由力偶M1作用在内门架端部产生的水平位移fM1为： （式5-15）力偶M0作用下，内门架绕外门架端部转动角度可参照图5-10用图乘法来求。由集中力P1-P2和作用，在外门架端部引起和水平位移f0p为：同理，由力P1-P2的作用引起的内门架端部水平位移f1p为：由于集中力P1-P2的作用，在外门架的端部使内门架绕外门架端部而转动产生的角度为： （式5-16）5.7.3 校核挠度通过上面的计算，可以求出伸缩式门架在端部力偶和集中力作用下端部产生的水平位移f（挠度）。其值为： （式5-17）其许用挠度值为： （式5-18）由知，满足刚度要求。5.8 小结1. 叉车门架是由开口薄壁杆组成的薄壁刚架。立柱是叉车门架直接承受滚轮压力作用的构件。由于滚轮压力不通过立柱截面弯心，必然产生约束扭转。计算表明，约束扭转的正应力与整体弯曲正应力为同一量级，不容忽视。2.内、外门架的计算简图与横梁数目和横梁刚度有关。内门架按形薄壁刚架和一端铰支、一端自由的薄壁杆计算，约束扭转正应力的差别不大于10%。为减少计算工作量，可按单根薄壁杆计算。将外门架简化为单根薄壁杆计算时，支座约束的假定对约束扭转正应力影响不大，差值一般在310%的范围内，因此可按比较简单的二跨连续梁的简图计算。3.立柱截面中的剪应力与正应力相比，数值较小，约束扭转剪应力更可忽略不计。考虑到滚轮压力对立柱冀缘还要产生局部弯曲作用，因此门架立柱截面应在满足制造工艺要求的条件下，使腹板减薄，冀缘加厚。4.采用初参数法进行叉车门架的约束扭转强度计算，比较简单，便于实用。5.叉车门架端部的水平挠度主要是由外门架的变形引起的，因为外门架是内门架的基础，外门架端部的水平变位和转角都会导致内门架端部的水平位移。因此从增强门架刚性的要求出发，外门架应采用比较刚强的结构。第6章 滚轮组件的安装及计算6.1 内门架与外门架滚轮的设计导行滚轮分为纵向及侧向两组，各由四个滚轮组成。前者在垂直于门架的平面内，而后者在门架自身的平面内起传力和导行作用。它们的构造示于图6-1上。纵向滚轮受力较大，故直径也大且用滚动轴承，侧向滚轮受力小，直径也小，故用滑动轴承或滚针。 （a）纵向滚轮 （b）侧向滚轮图6-1 滚轮构造6.1.1 轴的计算滚轮轴在门架上升或下降时主要受切应力，所以要根据轴的切应力条件来计算。对于圆形截面梁，由切应力互等定理可以知道，在横截面边缘各点处切应力与周边相切。因此即使在平行于中性轴的同一横线上，各点处切应力也不尽相同，但经过分析表明，圆截面上最大弯曲切应力仍发生在其中性轴上，并可近似认为在中性轴上各点处的切应力平行于剪力，且沿中性轴均匀分布，于是得圆截面梁的最大弯曲切应力为： （式6-1）已知及 于是可得 （式6-2）式中R圆形截面的半径，mm；IZ圆形截面对中性轴的惯性矩，mm3；SZ,max半圆截面对中性轴的静矩，mm3；该轴的材料选用45号钢，根据机械设计手册可以查到=3040MPa，取=35 MPa。由 （式6-3）于是得到考虑到门架的重量，选择半径为12.5mm，则滚轮轴的直径为25mm。6.1.2 轴承的选择根据机械设计手册选择深沟球轴承，代号为6405，如图6-2所示：图6-2 深沟球轴承表6-1 6405轴承相关数值名称单位符号量值基本尺寸mmd2580B21da(min)34Da(max)71ra(max)1.5其他尺寸mmd242.3D262.7r(min)1.5基本额定静载荷KNCo38.2基本额定动载荷KNC19.2极限转速(r/min)脂8500极限转速(r/min)油11000重量kgW0.5296.1.3 导轮的设计门架的宽度为121mm，轴承的外径为80mm，为了使门架在运动时能够平稳，故此导轮的的内径为80mm，外径为120mm，结构如图6-3所示：图6-3 滚轮6.1.4 轴用挡圈根据轴的尺寸选择轴用挡圈，如图6-4所示：图6-4 轴用挡圈表6-2 轴用挡圈尺寸轴径 d025mmd基本尺寸23.2mm极限偏差(+0.21,-0.42)s基本尺寸1.2mm极限偏差(+0.05,-0.13)d12mmb3.32mmh3.32mm沟槽 d2基本尺寸23.9mm极限偏差(0,-0.21)沟槽 m基本尺寸1.3mm极限偏差(+0.14,0)沟槽 n1.7mm孔 d335mm每1000个钢挡圈重量约为1.90 kg6.1.5 孔用挡圈根据导轮内径的尺寸选择孔用挡圈，如图6-5所示：图6-5 孔用挡圈表6-3 孔用挡圈尺寸孔径d080mmD基本尺寸85.5mm极限偏差(+1.30,-0.54)S基本尺寸2.5mm极限偏差(+0.07,-0.22)d13mmb6.8mm沟槽 d2基本尺寸83.5mm极限偏差(+0.35,0)沟槽 m基本尺寸2.7mm极限偏差(+0.14,0)沟槽 n5.3mm轴d363mm每1000个钢挡圈得重量约为22.0 kg。6.2叉架与内门架滚轮的设计由于该滚轮的受力与内门架处的滚轮受力几乎相等，故此处的设计跟上面一样，在此不在进行计算。第7章 起升液压系统设计7.1 液压系统简介液压系统除油箱及其管路外，由工作/ 转向油泵和电机作为动力元件，多路换向阀，限速阀等作为控制元件，油缸作为执行元件。液压系统执行元件主要可分三部分：为了升降货物配有起升油缸。为使装货的框架能前后倾斜，以利于搬运和行走方便使用倾斜油缸。转向油缸和全液压转向器。油泵输出的压力油分别进入到工作装置和转向操纵机构，通过前后倾手柄使多路换向阀的滑阀移动以改变液压油的流动方向，从而控制升降油缸与门架倾斜油缸，实现起重货架和门架的前后倾斜。另一个油路是油液经转向油泵与电机到全液压转向器控制转向油缸；最后油液将再度重返油箱如此不断循环，液压系统是叉车工作过程中的重要环节。7.2 设计方案 双泵驱动即工作装置与转向装置均采用齿轮泵（成本低）变转速调节，双作用活塞式倾斜油缸，油路布置为：开式油箱与非上置式泵站分布于两侧，两个倾斜油缸布置于外门架两侧，两个起升油缸位于门架两侧（视野开阔），控制阀位于驾驶员右方（操纵方便）；出油口采用网式滤油器（结构简单，通油能力大，压力损失小，清洗方便）。相关数据参数见表7-1。表7-1 1.8t液压叉车液压系统技术参数额定起重量Q1800Kg载荷中心距C500mm起升高度H3000mm门架倾角（前倾/后倾）6/10最大起升速度(满载)V升300400mm/s最大运行速度(满载)V行10Km/h最小离地间隙100mm1确定回路方式：选开式回路，即执行元件的排油直接回油箱，油液径沉淀、冷却后再进入液压泵的进口。2选液压油：普通矿物液压油。3选执行元件：液压缸（起升油缸、倾斜油缸、转向油缸等）。4液压泵类型：系统压力小于21Mpa，选用齿轮泵或叶片泵；大于21Mpa选柱塞泵。5调速方式：定量泵变转速调速，同时使用换向阀阀口实现微调。6调压方式：溢流阀做安全阀，限制系统最高压力；执行元件不工作时液压泵在小功率下工作采用卸荷回路。垂直变负载(起升缸升降)采用限速阀，保证重物平稳下落。7确定换向回路：三位六通手动换向阀控制。7.3 原理图设计说明：油箱：对开式油箱进行设计，（油箱上有空滤器，回油管处装精滤器等）。液压泵：工作油泵采用齿轮泵，型号分别为CB-F18C-FL；（转向油泵CB-6）【3】。工作电机：Z4-112-4。液压执行元件：起升油缸：选择双作用柱塞式液压缸倾斜油缸：选择双作用活塞式液压缸液压控制阀： 方向控制：选用多路换向阀ZFS-L10C-YT-O【3】；流量控制：设计单向限速阀油箱设计，液压油及压力损失计算。液压系统回路的工作线路主要分两路进行，详见图7-1：图7-1 液压系统回路的工作线路为了说明液压系统回路，下面液压系统原理可加深对液压系统的认识图7-2 液压系统示意简图7.4 油泵选择计算7.4.1 确定各参数起升油缸最大工作压力为100Kg/cm2,流量为25.8 L/min，换向阀要求最大压力140Kg/cm2,参照同类同规格产品，液压系统最大压力P1选100Kg/cm2。7.4.2 液压泵站及液压泵的规格及选用 液压泵站是液压系统的重要组成部分（动力源）它向液压系统提供一定的压力和流量的工作介质。在液压泵站上安装必须的液压阀可以直接控制液压执行元件工作，本课题布置采用非上置卧式，即油泵及电机单独安装在专用平台上（不是安装在油箱上盖上），即