___________________________________________________________________________________________摘要隨隨著現代社會文明的發(fā)展，叉車的使用越來越普遍，它已從過去的港口碼頭進入了整個社會。本文主要介紹叉車整車的結構、組成和性能分析，并對叉車工作裝置進行設計研究，以額定負載為二噸小軸距彈性輪胎系列叉車的研制過程為基本參數，對叉車門架系統(tǒng)及各部件的構造和規(guī)格要求分析，使貨物提升高度達到三米并使駕駛員的視野寬闊，做到人性化、安全化和美化外觀的目的。最后介紹了并進行設計技術的具體實施過程，分析總結了設計實驗的應用效果。從而達到設計方案與實際相結合的目的。關鍵詞 叉車；工作裝置；門架系統(tǒng)；額定負載___________________________________________________________________________________________IabstractWith the development of modern civilization, the use of forklift trucks and more common, it's port from the past into the whole community. This paper describes forklift vehicle structure, composition and performance analysis, and design research forklift attachment to the rated load for two tons of small wheelbase flexible development process of the tire forklift series as the basic parameters of the system and the forklift mast parts of the structure and specifications, the goods and to enhance the height of the driver's field of vision of three meters wide, so humane, secure and beautify the appearance of the purpose. Finally, the design and implementation of specific technology, analyzes and summarizes the effect of the application of design experiments. So as to achieve the combination of design and practical purpose. Keywords forklift; working device; door frame system; rated load___________________________________________________________________________________________II目錄摘要 IAbstract.II第 1章 緒論 .11.1 課題的背景 11.2 叉車技術的發(fā)展回顧及現狀 .21.2.1 我國叉車現狀及形式分析 21.2.2 國外叉車技術的發(fā)展情況 31.3 未來叉車的發(fā)展趨勢 .41.3.1 技術方面 41.3.2 需求方面 .61.4 本課題的設計目的與主要研究內容 .71.4.1 課題設計目的 .71.4.2 課題研究內容 .7第 2章 總體設計方案 .92.1 方案比較和設計選型 .92.2 設計思路 .92.3 本次畢業(yè)設計的設計方案 .92.4 設計進程安排 .102.4.1 調研階段 .102.4.2 各個模塊的研究分析階段 .102.4.3 設計階段 .102.4.4 總結階段 .112.5 總體結構設計 112.5.1 機械結構 .112.5.2 傳動方面 .12___________________________________________________________________________________________III2.5.3 動力方面 .122.5.4 電路和控制元件 .13第 3章 參數及校核計算 .143.1 叉車最大起升高度起重量的確定 .143.1.1 縱向堆垛穩(wěn)定性 .143.1.2 橫向堆垛穩(wěn)定性 .153.2 各結構的校核設計計算 .193.2.1 車假體的受力校核計算 .19第 4章 電動傳動 .234.1 電動機功率大小的選定 .234.1.1 選擇直流電動機的原因 .234.1.2 電機功率的選用 .234.1.3 蓄電池的有關說明 .254.2 傳動鏈的選用 264.2.1 鏈條介紹及型號的選擇 .264.2.2 鏈條的受力驗證 .27第 5章 叉車總體布置 .285.1 總體設計的概述 285.2 重心與整機性能的關系 295.3 總體設計中涉及的整機特性 .32結論 .37致謝 .39參考文獻 .40附錄 .41___________________________________________________________________________________________0第 1章 緒論1.1課題的背景現代工業(yè)的發(fā)展，離不開物流的輸送，在車間在物流公司，叉車成為了主要的運輸工具，因此對叉車的研究和設計對現實的生產和工作有實際的意義、同時通過對叉車設計和研究鍛煉學生分析問題和解決問題的能力。電動叉車是以電力直流或交流為動力實施裝卸、起重、搬運、堆垛作業(yè)的車輛。八十年以來, 由于電動叉車具有易操作、作業(yè)靈活、安全、動力利用率高、噪聲小, 對環(huán)境污染小等優(yōu)點, 更適合于工礦企業(yè)作搬運機械使用, 因而倍受人們重視, 得到了迅速發(fā)展。電動叉車由于其操縱控制簡便、靈活外，操縱人員的操縱強度相對內燃叉車而言要輕很多，其電動轉向系統(tǒng)、加速控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)以及剎車系統(tǒng)都由電信號來控制，大大降低了操縱人員的勞動強度，這樣一來對于提高其工作效率以及工作的準確性有非常大的幫助。且相對于內燃叉車，電動叉車的低噪音、無尾氣排放的優(yōu)勢也已得到許多用戶的認可。目前，市場上的叉車可以分為手動叉車、內燃叉車以及電動叉車。集電子技術和機械制造技術于一體的電動叉車，與內燃叉車和手動叉車相比，具有明顯的優(yōu)勢。除了眾所周知的能量轉換效率高、噪聲小、無廢氣排放、控制方便等特點外，電動叉車的使用和維護成本相對于內燃叉車而言也具有很大的優(yōu)勢。就使用成本而言，電能的消耗成本比柴油或者液化石油氣的消耗成本低很多；操作人員的勞動強度相對于內燃叉車也大大降低。就維護成本而言，電動叉車的維護保養(yǎng)周期比內燃叉車長兩到三倍、維護保養(yǎng)范圍更小、維護保養(yǎng)范圍更短、更換配件所需時間更短。另外，由于電動叉車采用蓄電池供電技術，在電動叉車的供電過程中，可以采用一定的方法對能量進行回收，這將進一步減少電動叉車的使用成本。這些優(yōu)勢對于電動叉車進一步擴大市場份額具有積極意義。另外，隨著微電子、電動機技術、電力電子技術以及控制技術的快速發(fā)展，電機驅動與控制技術得到了很大提高，電動叉車的使用效率和可靠性等技術指標取得了突破性的進展，這使得研發(fā)新一代的電動叉車驅動控制器成為必然。1.2 叉車技術的發(fā)展回顧及現狀1.2.1 我國叉車現狀及形式分析根據中國工業(yè)協(xié)會工業(yè)車輛分會的數據分析顯示，我國 2006 年已達到22，874 輛，與 2005 年相比較增長了近 38%。該數據已表明，電動叉車將越來越受用戶的青睞，但是總體上來看電動叉車的市場比例僅為 21%。由此可見，電動叉車的市場空間還很大。我國電動工業(yè)車輛雖然起步于一九五二年，但發(fā)展速度遠落后于內燃叉車，當時的歸口管理和三電（蓄電池、電機、電控）的落后，制約了電動工業(yè)車輛的發(fā)展。改革開放以來，由于生產過程的不斷自動化，對物料搬運不斷提出新___________________________________________________________________________________________1的要求，叉車從主要用于露天作業(yè)場合，逐漸向倉庫、車間及生產線上擴展。在進入室內和半室內作業(yè)較露天情況復雜，除無污染和低噪音需求外，還有通道的寬窄，較小的轉彎半徑，門限、貨架的高度、進入電梯、地面樓板的承載重量、低溫、防爆和個別場合人員不能進入等約束條件，這些都是內燃叉車難以實現的，而以蓄電池---電機為主的電動工業(yè)車輛就比較容易滿足這些復雜的條件，隨著電動、蓄電池及充電裝置質量的提高，電控技術的飛快發(fā)展，工業(yè)車輛行業(yè)整體技術水平的進步，使電動工業(yè)車輛的舒適性和可靠性大大提高，作業(yè)效率明顯提高，而維修費用大大降低。近幾年，我國電動叉車行業(yè)發(fā)展快速，銷售收入不斷增長，市場規(guī)模也隨之不斷擴大。2003 年，行業(yè)銷售收入超過 100 億元，增長率達到了 47.15%，為近七年銷售收入增長之最；2006 年，行業(yè)銷售收入達到了 188.01 億元，相比 2000 年，市場規(guī)模擴大了 3.09 倍。從產業(yè)周期的角度來看，在全球范圍內，電動叉車產品和電動叉車產業(yè)都處于成熟期。從國內情況看，電動叉車產品和電動叉車行業(yè)尚處于發(fā)展期，產品技術仍需發(fā)展完善；產品使用范圍和使用量尚未得到足夠拓展；市場經濟環(huán)境下的產業(yè)調整仍處于自然階段；用戶使用意識和企業(yè)研發(fā)意識、能力還比較落后。因此，規(guī)范企業(yè)行為，提高行業(yè)質量水平，促進產業(yè)結構調整，推動行業(yè)發(fā)展壯大，從質量監(jiān)督角度來說，任重道遠。市場需求開始明顯增長，產業(yè)規(guī)模迅速壯大。進入 1990 年代以來，國內每年包括進口叉車大約需要 2.5 萬臺，99 年以后需求量連年增長，預計 2003 年將突破 5 萬臺。其中：國內企業(yè)銷量將達到 33000 臺以上，銷售收入將達到 31億元以上；獨、合資企業(yè)產品銷量將達到 10000 臺以上，銷售額將突破 12 億；進口量 8000 臺左右，金額 12 億人民幣左右。合計銷量將達 51000 臺以上，銷售收入將達 55 億元以上。顯然，在輪式工程機械中，從銷售收入看，叉車在我國工程機械行業(yè)的地位僅次于裝載機和汽車起重機，處于第三位，并在近期將超過汽車起重機，而從銷售臺數看，它不久將超過裝載機而名列第一。行業(yè)格局出現分化，并向良性方向發(fā)展。行業(yè)發(fā)展進入 90 年代后期以來，開始出現明顯的分化，少數企業(yè)蒸蒸日上，而絕大多數企業(yè)則每況日下。在狀況不佳的企業(yè)中，少數企業(yè)是由于自身的個別原因，而多數企業(yè)則是由整個產業(yè)結構質量的低下所致，另外一個重要原因就是眾多國際強勢制造商以獨、合資的形式落戶中國而給行業(yè)帶來強烈沖擊。到目前為止，原有的國內生產企業(yè)均仍在全部咬牙堅持。從經濟角度講，多數企業(yè)已喪失了存在價值；從社會角度講，這些企業(yè)更類似于社會救助機構，這幾乎是他們存在的全部意義。中國叉車行業(yè)（國內企業(yè)）的整體現狀隱約讓人們感到一絲苦澀，同時也讓人們感到欣慰、看到了希望：行業(yè)領導者已基本形成，行業(yè)結構正在朝健康的方向發(fā)展，規(guī)模效益已在個別企業(yè)明顯體現出來，行業(yè)整體贏利能力已完全恢復。1.2.2 國外叉車技術的發(fā)展情況國外叉車發(fā)展較早，從美國克拉克公司于 1932 年向市場提供第一臺叉車___________________________________________________________________________________________2起，至今已有 70 年歷史。進入 90 年代以來，全世界大約有 250 多家叉車生產企業(yè)，主要的國家有德國、日本、美國、保加利亞和瑞典。亞洲主要有日本、韓國和中國。1990 年世界叉車產量達到 55.8 萬臺，創(chuàng)歷史最高紀錄。其中德國 19 萬臺、保加利亞 5.8 萬臺、美國 3.4 萬臺、瑞典 1.1 萬臺、波蘭 8000 臺、捷克 7000臺;在亞洲日本 16 萬臺、韓國 2.7 萬臺、中國 1.6 萬臺。從 1990—2001 年全球叉車的年總規(guī)模在 55—60 萬臺。世界叉車市場上電動叉車呈上升趨勢，內燃叉車略有下降，這與全球重視環(huán)保的因素有關。目前，國外對內燃叉車正在推行環(huán)保治理，如采用歐 I、歐 II標準。近幾年日本叉車市場上電動叉車、汽油叉車、柴油叉車的銷售量大約各占三分之一，歐洲國家電動叉車所占比例達到 50%左右。由于競爭的加劇，同80 年代相比，90 年代以來世界叉車工業(yè)出現了銷售額增長、盈利減少的反?，F象，為了改變這種狀況，叉車巨頭紛紛在發(fā)展中國家建廠，以便降低成本，維持盈利。國際上生產叉車的廠家，排名前幾位的有林德、豐田、納科、永恒力、小松、TCM 、力至優(yōu)等著名公司。林德叉車是世界上第一品牌叉車，該公司是世界上唯一將靜壓傳動技術大規(guī)模應用于叉車的制造商，產品技術先進，質量可靠，其銷售額一直遙遙領先，位居世界頂尖水平。林德叉車總的特點，8 噸以下的產品其動力形式有內燃機和電瓶驅動，傳動形式有靜壓傳動和電傳動;10噸以上的叉車則采用內燃機驅動和液力傳動。產品種類之繁多，技術水平之高超，令世界同行所贊嘆。豐田、納科、永恒力、小松、TCM、力至優(yōu)等公司的產品技術基本處于同一水平，但各家有各家技術優(yōu)勢和特色。1.3 未來叉車的發(fā)展趨勢隨著科學技術的進步，市場經濟的發(fā)展，物流設備在經濟發(fā)展中的地位和作用越來越明顯，叉車普及率越來高，叉車制造業(yè)之間的競爭也越來越激烈。企業(yè)只有不斷地進行技術創(chuàng)新及探索，適時的將新產品推向市場，接受市場的考驗，并不斷地進行改進，才能發(fā)展壯大并在激烈的市場競爭中立于不敗之地。未來叉車的發(fā)展趨勢體現在：1.3.1 技術方面更加注重人類功效學，一提高操縱舒適性。研究表明，駕駛室內壁的精巧布置有利于提高生產率，如果所有的控制都按照人機工程學進行布置，司機操縱就更加舒適，更能集中精力工作。在 2000 年漢諾威物流展覽會上，國際上各大公司競相展示其未來型概念叉車。這些叉車雖然只是樣機模型，還未用于商業(yè)生產，但卻為未來叉車的設計指明了方向。德國 JUNGHEIRICH 集團展示的概念叉車，駕駛室可旋轉 180°，可避免司機運載較為龐大的貨物及倒車時扭轉身體而導致背部和頸部疲勞。駕駛室內___________________________________________________________________________________________3各種控制手柄皆布置在座椅扶手上，很容易操控，大大增加了司機作業(yè)的舒適程度。MANUELAYDT’S 公司的概念叉車，門架位于駕駛室后面，行駛時司機可相對于所搬的貨物轉動 180°，一獲得最佳視野。FLERRIANCO-ENEN’S 公司的剪叉式叉車，司機始終與貨物保持在一個水平線上，這樣在堆放或取回貨物時，始終保持良好的視野。STILL 公司的 RXX 概念叉車，采用航天升降液壓缸，取消了型鋼門架，給司機提供了良好的前方視野，可避免司機工作時因扭轉身體而產生的疲勞現象，提高了作業(yè)舒適性，安全性也得到了改善。MERFORD 公司設計的司機座椅懸吊于天花板上，安全可調，大大提高了司機的作業(yè)舒適度。1.綠色環(huán)保成為叉車工業(yè)追求的目標叉車分內燃叉車和電動叉車。內燃叉車一發(fā)動機為動力，其功率強勁、適用范圍廣；缺點排放和噪聲污染較大，對人類健康危害較大。隨著人類環(huán)保意識的增強，環(huán)保法制的出臺，排放少、噪聲小的叉車必然受到歡迎。電動叉車以其零排放、噪聲小必將成為首選；天然氣、液化石油氣等燃料叉車也將會得到更近一步的發(fā)展。有資料表明：目前國際電瓶叉車的產量已占叉車總量的 40%（國內則為10%~15%），在德國、意大利等西歐國家電瓶叉車的則高達 65%，且有不斷上升的趨勢。美國 ALABAMA 能源公司對選用電瓶叉車的客戶采取激勵措施，他們根據可維護使用電瓶叉車的新舊程度提供數量不等得補貼，極大的促進了電瓶叉車的使用。2.更強調叉車的安全性隨著國際化程度的進一步加快，工業(yè)企業(yè)除了不斷改進產品的質量、提高產品的舒適性等性能外，對產品的安全性也越來越重視。產品的安全性已經成為企業(yè)邁向國際市場的一道門檻。豐田 7 系列叉車堪稱安全叉車的典范。該叉車轉向迅速。效率高，穩(wěn)定性好，比普通叉車舒適，特別是該車裝有主動穩(wěn)定系統(tǒng)（SAS），可顯著降低叉車作業(yè)中諸如翻車等危險。SAS 采用一系列電子傳感器對叉車負荷、運行速度、轉向角等參量進行測量，當測得潛在危險狀態(tài)時，SAS 即開始工作，以提高叉車橫向穩(wěn)定性，從而達到安全作業(yè)的目的。叉車造型隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展，方、尖外表正被流線圓弧形外觀所取代，這也有利于改善司機的視野，提高操作安全性。3.采用交流電機、變頻調速是電瓶叉車的飛躍近年來交流電機已引起叉車界極大的興趣。交流電機運用于叉車具有以下顯著特點：（1） 叉車運行速度高，工作裝置起升速度大。（2） 由于它采用高效控制器及具有再生制動功能，因此，比傳統(tǒng)叉車節(jié)能 30%以上。___________________________________________________________________________________________4（3） 全封閉電機、軸承及多盤制動器免維護（無接觸器或碳刷）。交流電機的電壓有有利于高的發(fā)展趨勢，高電壓（72~80V）已在歐洲開始使用。在高電壓下工作時實際工作的電流卻很小，是叉車在工作中發(fā)熱更少、效率更高，完全克服了直流電機產生熱量多、效率低下、維護頻繁的缺點。另外快速充電技術的發(fā)展日趨成熟，車載充電機將更多的運用于叉車，使充電更方便，充電電流可以達到傳統(tǒng)充電電流的 4 倍以上，充電時間更短，效率更高。4.維修性將得到充分體現未來叉車的維修性、可操作性將更加容易，顯示、故障診斷系統(tǒng)將更加完善。如 JUNGHEIRICH 集團公司生產的未來概念型叉車，整車裝備一種集成運行記錄器，承擔著“黑匣子”的功能，可記錄車輛作業(yè)中的所有數據：行駛里程及起升、下降和停機的次數。一旦整機發(fā)生故障，儀表板上的電腦可通過無線通訊器連接到倉儲管理計算機或作業(yè)管理器上，用雙向通訊頻道提供完整的數據；也可通過互聯網與 JUNGHEIRICH 用戶服務部溝通，對車輛損壞情況進行遠距離的故障爭端和維修指導。5.產品品種向專業(yè)化、多品種方向發(fā)展自打倉儲系統(tǒng)、大型超市的紛紛建立，刺激了對室內搬運機械需求的增長。高性能電動叉車、前移式叉車、窄巷道叉車等各類倉儲叉車迅速發(fā)展。近期又出現了一種鉸鏈式叉車，它主要用于窄巷道內物料的搬運，其生產效率高，能夠節(jié)省儲存空間、房屋費用和工廠所需的設備數量等，因此有很好的發(fā)展前景。德國 JUNGHEIRICH 集團的未來型叉車，是一種利用前移式橋設計的新型叉車。這種前移式橋柔性的連接到門架上，起升載荷時前橋向前推，軸距增大，提高了車輛的穩(wěn)定性，前橋和門架的連接點較傳統(tǒng)的高些，這就在相同的門架傾斜角時軸距更大，橋荷分布更均勻，行駛特性更佳。1.3.2需求方面80 年代前期，世界各國主要生產和使用上的以內燃機為動力的內燃叉車，隨著石油的短缺和人們對環(huán)保意識的提高，電動叉車的使用日益受到人們的重視。在先進的資本主義工業(yè)化國家的叉車市場，電動叉車的地位越來越顯著。據有關報道，日本在 1987 年以前推出的叉車中，內燃叉車占 80%以上，而1988、1989 兩年中下降到不足 65%；相反，電動叉車所占的比例卻從不足 10%增長到 30%。目前小噸位電動叉車在歐美市場占有率竟達 60%左右，而且還有繼續(xù)增長的趨勢，大有替代內燃叉車的趨勢。1.需求總量逐年增加 叉車年需求量將在今后幾年達到 8 萬臺左右；中檔叉車產品銷售量將猛增，市場競爭日趨激烈。2.電動叉車需求將迅速增加 電動叉車的迅速發(fā)展主要得益于科技的進步，產品外觀大都采用流線型設計，造型等價美觀；主要生產廠家實現了規(guī)模生產和零部件專業(yè)化生產及裝配流水線作業(yè)，加工精度、自動化程度都提高了；在新材料、新工藝方面最重要的體現是晶體管控制器（SCR 和 MOS 管）的應用，___________________________________________________________________________________________5它的出現使電動叉車的使用性能得到很大的提高。從總體上說，電動叉車耐用性、可靠性和適用性都得到顯著提高，完全可以和內燃叉車相抗衡。3.物流熱和港口加大叉車需求 隨著國內從政府到企業(yè)對物流的重視，物流業(yè)的逐步升溫，對叉車市場的需求也有較大的刺激作用。物流配送現代化對叉車的需求量較大，尤其是企業(yè)對物流作業(yè)效率越來越重視，以及中國港口物料搬運的集裝運輸的迅速發(fā)展，必將進一步刺激叉車市場的需求。4.叉車科技含量愈來愈高 高安全性、高可靠性和使用性能好的高水平產品，裝備先進的電子技術的機電一體化的大型叉車，以及向通用化、標準化、系列化的方向發(fā)展的變形產品等都是有發(fā)展前景的產品。1.4 本課題的設計目的與主要研究內容1.4.1課題設計目的叉車具有通用性強、機動靈活、活動范圍大等特點，在我國國民經濟的發(fā)展中，各行各業(yè)對叉車的需求量逐年增加，市場發(fā)展?jié)摿薮?，叉車行業(yè)具有廣闊的發(fā)展機遇和良好的投產前景。手動裝卸叉車是目前廣泛采用物料升降裝卸的工具，因此比機動叉車具有靈活性大、使用輕便、成本低廉的優(yōu)越性，所以市場廣闊。但隨著市場的發(fā)展，人們希望降低勞動強度，增加設備自動化程度，于是我們在手動裝卸叉車的基礎上，設計開發(fā)電動裝卸叉車，實現減輕勞動強度、提高勞動效率、滿足市場的需求為目的。我所設計的電動叉車為載重兩噸的單級電動叉車，此車在手動裝卸叉車的基礎上安裝電機、電瓶以及控制面板、控制按鈕等設備，以降低勞動強度、提高勞動效率等目的。1.4.2課題研究內容叉車是物料搬運作業(yè)的重要設備，是實現物流機械化作業(yè)、減輕工人搬運勞動強度、提高作業(yè)效率的主要工具。隨著我國經濟技術的發(fā)展進步，各種各樣的大小企業(yè)如雨后春筍般拔地而起，而現在人們的工作一直朝著效率邁進，在這些工業(yè)作業(yè)中少不了裝卸、搬運、碼垛作業(yè)，還有現在的高消費催生了物流這一行業(yè)，這正少不了叉車的協(xié)助。電動叉車具有能量轉換效率高、噪聲小、無尾氣排放、控制方便等優(yōu)點，在車間、倉庫、食品、制藥、微電子及儀器儀表等對環(huán)境要求較高的場合得到了廣泛的應用，成為室內物料搬運的首選工具。隨著人們對環(huán)境污染危害的深刻認識，環(huán)保已成為世界共同關注的焦點。因此，噪聲小、無廢氣排放的蓄電池叉車將成為市場的主流。另外，自動化倉儲系統(tǒng)和大型超市的紛紛建立，也刺激了對室內物料搬運機械——電動叉車的需求。目前，國際上電動叉車的產量已占叉車總產量的 40%以上，在歐美等發(fā)達國家，電動叉車所占的比例達到 60%；在中國，電動叉車所占的比例為 20%___________________________________________________________________________________________6左右。電動叉車現已突破原來只能用于小噸位作業(yè)的局限，逐步由室內走向室外，市場需求逐年上升。由于上述這些電動叉車的許多優(yōu)點，從而使電動叉車有著廣闊的發(fā)展前景。第 2章 總體設計方案2.1 方案比較和設計選型在選擇設計方案時我考慮了兩種叉車方案，一種是單級式電動叉車，另一種是雙極式電動叉車，這兩種叉車的作用和功能基本上都是一樣的，都具有靈活性大、使用輕便、勞動強度低、設備自動化程度較高等特點。但是雙極電動叉車與單級電動叉車相比，有很多優(yōu)點，也有一些缺點。優(yōu)點：由于雙極電動叉車采用雙極叉車起升，在單向鏈條的作用下能達到雙倍的起升高度，一般能達到 2.5~3 米。在車間、倉儲時能將貨物堆放到一定高度，節(jié)省存儲空間，節(jié)約倉儲開支等。缺點：與單級叉車相比，由于其高度而使得其結構復雜一些，自身重量要大，靈活性不如單級裝卸叉車。綜合兩種叉車的特點和優(yōu)缺點，我選擇單極電動叉車，因為兩種叉車起升原理是一樣的，其結構也很相似，只要熟悉了單極電動叉車的原理，雙級電動叉車也就知道了，而在日常生活中，使用雙極叉車的并不比單級的多。單級叉車在工廠、車間、倉庫、車站、碼頭等地的貨物裝卸、搬運、碼垛作業(yè)中都很常用，而雙極叉車一般只用于要求一定高度的搬碼垛等，所以我選擇單極電動叉車。2.2 設計思路本課題的目的在于實踐環(huán)節(jié)中，主要是針對應用方面的設計和實用零件的___________________________________________________________________________________________7選用等。在設計過程中沒有太深奧的研究內容，也沒有太難的設計計算，主要在于對實用型設備的校核、實用零件的計算選用等，比如如何選用電機、鏈條等，還有如何設計選用滾輪、油缸，在選用油缸過程中，需要查很多手冊查找參數，比如油缸內徑、軸桿徑、原始長度等。這樣就不會產生學到的知識用不上的情況，能夠學以致用，不但完成好了學習任務，而且還學到了一門技術，為以后就業(yè)打下更扎實的基礎。2.3 本次畢業(yè)設計的設計方案在正式設計前我根據課題制定了兩套設計方案，主要是針對設計單級還是雙極的問題，以及在載重問題的選擇。在指導老師的建議下，我現則了單級電動叉車，因為這種型號的叉車在生活中應用比較廣，大眾化。整體設計主要包括以下幾個部分：機械結構、機械傳動、動力裝置、電器設備。設計內容包括各個裝備的由來、結構、校核、用途等。2.4 設計進程安排根據上述設計的方案，本項目的主要設計工作分為以下四個階段：2.4.1調研階段包括調查國內外電動叉車的發(fā)展情況，調研國內外相關技術、研究分析現有叉車的結構性能，并進行設計方案論證等，在此階段我主要對我所要進行研究的單級電動叉車進行分析研究，初步明確了設計思路，并初步定下了設計方案。2.4.2各個模塊的研究分析階段本設計課題主要包括五個方面的內容：叉車車體的整體設計與選材，電機的設計選擇，油泵的設計計算，鏈條的選用和叉車的整體布置。此階段是本次畢業(yè)設計的基礎定型階段，只有對初始方案的不斷修正，不斷改進，才能在設計階段事半功倍，不致最后反工。在此階段，我通過不斷的對比單級叉車和雙極叉車的各種優(yōu)缺點，進行比較和改進。以及在電機的選用上，分析比較了在這種場合中使用交流電機好事直流電機，使用交流電機就不用在叉車上安裝電瓶?？墒堑媒洺３潆?，還得購買電瓶，可是使用交流電的話，這會給使用帶來很大的不便，那樣要移動多少距離就得要多長的電線，而且還有安全危險。在傳動方面，比較了各種傳動方式的優(yōu)缺點，最后選用了鏈傳動，因為在叉車方面，要求安全系數比較高，不容出現一次事故。而且對鏈條的選用做了詳細的設計計算選用。2.4.3設計階段在該階段，主要工作就是對已經確定下來的各個模塊進行適用性分析，主要考慮各個模塊的力學、運動學性能，進行剛度和強度校核，并確定各個機械結構的具體尺寸和具體裝配方法，繪制出機械結構零件圖、機械結構裝配圖、油泵結構圖、液壓原理圖及電氣控制圖等，這是我們畢業(yè)設計中最重要的一部分內容。___________________________________________________________________________________________82.4.4總結階段在設計的最后，要對自己所作的材料進行整理，對自己所做過的研究進行分析，完成畢業(yè)論文說明書的撰寫，修改整理機械設計圖和電氣控制圖，對設計的產品進行經濟分析及適用性分析。2.5總體結構設計2.5.1機械結構結構主要包括車架、龍門架、貨叉三部分。這是叉車的支撐體，相當于人的軀體、手和腳。下面分別介紹三部分的結構和材料構成。車架：車架是叉車的支撐體，主要有壁厚為 10 的 10 號圓槽鋼焊接而成，地下安裝有四個車輪，前輪為 100mm，后輪為 280mm。在距離地面 1000mm處有一 U 型扶手，用來推動叉車時方便扶手。龍門架：龍門架的作用是用來支撐貨叉，工作時龍門架與貨叉的后背相靠，上部用一根長軸將兩貨叉固定在龍門架上。龍門架主要是由鋼板產、拼焊而成。其俯視結構圖如圖 2-1 所示：圖 2-1 龍門架俯視圖貨叉：貨叉是托起貨物的構件，其結構如圖 2-2 所示，其材料為鍛造鋼。___________________________________________________________________________________________9圖 2-2 貨叉及叉套a) 眼環(huán)式貨叉 b) 鉤鉗式貨叉 c) 叉套 2.5.2傳動方面?zhèn)鲃蛹饕墟湕l、油泵兩部分。鏈條采用并聯式的兩根鏈條并排吊著龍門架，另一端固定在叉車車架上，當有本處于原始長度時，油泵支撐在鏈條中間，鏈條與油泵桿之間用滾輪傳動，如圖 2-3 所示：圖 2-3 傳動示意圖2.5.3動力方面動力件主要是指泵站。這是叉車的心臟，為叉車提供動力。由于叉車的運動特性，要求叉車的電源為移動式的，泵站就必須選用低壓直流電機。在設計中電源我選用 12V 的低壓直流電源，泵站用型號為 MEN1 的 12V 低壓直流電機。2.5.4電路和控制元件在動力方面已經講到了電源用 12V 的低壓直流電源，在工作過程中，為了方便操作，就需要安裝必要的按鈕表盤。圖 2-4 是電動叉車的接線圖：___________________________________________________________________________________________10圖 2-4 接線示意圖由上面的接線圖可知，在叉車的電器控制設備需要：電量顯示表、充電器、12V 蓄電池、12V1.6KW 直流電機、急停開關、上升和下降按鈕。第 3章 參數及校核計算3.1 叉車最大起升高度起重量的確定隨著社會經濟的發(fā)展，集裝箱運輸的日益繁忙及立體倉儲的廣泛應用，貨物的高層堆垛需要高起升的提升機械，叉車為了滿足不斷變化的社會需求，經常要配置高起升門架，但由于起升高度的增加對叉車的穩(wěn)定性和起升油缸穩(wěn)定性帶來影響。所以，確定最大起升高度起重量應從叉車縱向堆垛穩(wěn)定、橫向堆垛穩(wěn)定及起升缸的壓力桿穩(wěn)定三方面性能來綜合考慮。3.1.1縱向堆垛穩(wěn)定性為了能使叉車在最高起升高度安全可靠地堆放貨物，必須有一個合理的合___________________________________________________________________________________________11成重心，建議在平坦場地、滿載起升至最大高度、車架垂直時、合成重心的高度與到起傾翻軸線的水平距離之比為 7.5:1，縱向傾翻軸線為叉車前輪的接地線。如圖 3-1 所示：圖 3-1 叉車縱向堆垛穩(wěn)定性分析圖（3-1）·GxQal???gyh （3-2）式中 l—叉車合成重心距前橋中心線的水平距離，cmG—叉車自重，Kgx—叉車自身重心距前橋中心線的水平距離，cmQ—起升高度的起重量，Kga—貨物重心距前橋中心線的水平距離，cmgh—叉車合成重心距地面的垂直距離，cmy—叉車自身重心距地面的垂直距離，cm—貨物重心距地面的垂直距離，cm由式（3-1）、（3-2）得：·17.5lGxQahgyh??? （3-3）12· （3-4） 縱向堆垛穩(wěn)定性計算中取 30k， 10mx﹣ ， 450a??，275ym?， 20h， 8l?，則：??1527569kg4Q????___________________________________________________________________________________________123.1.2橫向堆垛穩(wěn)定性跟縱向堆垛穩(wěn)定性一樣，橫向堆垛穩(wěn)定性也必須有一個合理的合成重心，建議在平坦場地、滿載起升至最大高度、車架后傾至最大角度時，合成重心到傾翻基準平面垂直方向的距離與其到傾翻軸線水平方向的距離之比為 6:1。對于叉車，橫向傾翻軸線根據其傾翻階段分別有兩條，即初始的前橋外側車輪的接地面積中心與后橋鉸軸中心的連線，到后階段的由于后橋擋塊的作用，轉變?yōu)榍皹蛲鈧溶囕喌慕拥孛娣e中心與后橋同側車輪接地面積中心的連線。對于叉車計算來說，特別是對滿載叉車，建議采用前階段的傾翻軸線為計算對象較為合理，且偏于安全。如圖 3-2 所示：圖 3-2 叉車橫向堆垛穩(wěn)定性分析圖 1tanmL???式中 ?—橫向傾翻軸線與叉車縱軸的夾角，（ ）m—叉車前輪距的一半，cm L—叉車軸距，cm則????1sinφsin(ta)melLlL???（3-5）式中 —叉車合成重心至橫向傾翻軸線的水平距離，cml—叉車合成重心至前橋中心線的水平距離，cmr?—前輪靜力半徑， r? 0.95 r，cm?—叉車后傾最大角，（ ）1—后輪半徑，cm為簡化算式，設：cos()sinvahr??????? （3-6）inc???（3-7）則 2 1216s6sin6sinGLxLGyLrxQrvv????????（3-8）___________________________________________________________________________________________131m350190m,5,90m,6rr??????， L .9,r47.??tan6.4???（3-9）cos(27)sin624.3v?? （3-10） 45i0.5co750.6???????2 1216i6ssiGLxLGyLrxQrvv??????????（3-11）23019sin.319n.432.9301.4.i6sin6.468kg? ? ?? ???????3.1.3起升缸壓桿穩(wěn)定性隨著起升高度的增加，起升缸長度的增加，其本身的壓桿穩(wěn)定性問題越來越突出。因此，確定起重量時必須對其加以考慮，如圖 3-3 所示：圖 3-3 叉車起升缸壓桿穩(wěn)定性分析圖（1）首先，需算出起升缸的臨界穩(wěn)定力。由于門架起升缸的穩(wěn)定性主要受縱向彎曲控制，建議按等截面桿、用歐拉公式計算：2()kgEIPl????（3-12）式中 —kk起 升 油 缸 臨 界 穩(wěn) 定 力 ，E活 塞 桿 彈 性 模 量 ， 632.10/gcm?? I活 塞 桿 截 面 的 慣 性 矩 ?—長度折算系數，可根據門架油缸支承狀況，取 ?=1gl—活塞桿計算長度，cm（2）計算作用在活塞桿上的總載荷，其包括四個方面：鏈條活動分支的拉力、鏈條固定分支的拉力、內門架重量及門架處于垂直位置時內外門架 間滾輪的摩擦阻力，則作用在一支活塞桿上的總載荷 P 為：___________________________________________________________________________________________14????11·· ·2ppkqk kWGPQlGQb???????????（3-13）式中 —g起 重 量 ，cmql貨 物 重 心 至 油 缸 重 心 的 距 離 ，gk貨 叉 架 （ 包 括 貨 叉 ） 重 量 ，l貨 叉 架 重 心 至 油 缸 的 中 心 距 離 ，0.8.1kW貨 叉 架 滾 輪 與 內 門 架 之 間 的 摩 擦 系 數 ， 可 取 ～ cb貨 叉 架 滾 輪 中 心 距 ，?鏈 傳 動 效 率 p內 門 架 滾 輪 與 外 門 架 之 間 的 摩 擦 系 數 ， 可 取 ～—m內 門 架 滾 輪 中 心 距 ， kgpG內 門 架 重 量 ，（3）當油缸負載力超過穩(wěn)定臨界力 時，已不能維持原有軸線狀態(tài)下的平衡而喪失穩(wěn)定。所以，液壓缸的穩(wěn)定條件為：kPn?（3-14）式中 n—穩(wěn)定性安全系數，一般取 2～4， n此處以取 3 來計算起重量Q: ????2π·11·· ·3() 2ppkqk kq WGEIQlCQlb?????????????2· ·· 2·112ppk kqqqkplGl lb???????（3-15）將從上述 3 個方面所求的結果進行比較，應去其中最小值作為所要計算的叉車做大起升高度起重量。 45cmql?, 10kCg, klcm?, 0.1kW, 5kbcm?, 0.95?0.1pW, 8PG, 622.7844Id??（3-16）___________________________________________________________________________________________15262.10.78540.1.950.10.958[]3() 24Q???? ???????????946.kg綜合上述計算，橫向堆垛穩(wěn)定裕度較大，縱向堆垛最不穩(wěn)定，這就要求車架的結構性能要絕對的好，油缸壓桿穩(wěn)定也較為薄弱，所以最大起升高度的起重量應確定為 1696kg。由于機械校核可以有一定的活動量，因為在計算時所給的安全系數一般比事實上要大很多，所以該車承載兩噸是符合要求的。3.2 各結構的校核設計計算3.2.1車假體的受力校核計算如圖 3-4 所示，車架體的受力可以簡化為兩固定簡支梁的受力分析：圖 3-4 車架受力分析圖上圖中 a=330mm,b=850mm,l=1180mm由材料力學知識可算得：A 點的支反力為： 19608514.6AFbRNl???B 點的支反力為： 3BaAC 段的剪力為： 148.6ACQBC 段的剪力為： 5B??梁的最大彎矩為： 9035469maxFbMNml???則可畫出受力的彎矩剪力圖 3-5、3-6：A C B___________________________________________________________________________________________16M=4659N·m圖 3-5 車架受力彎矩圖圖 3-6 車架受力剪力圖由上圖可知，在整個受力過程中，C 點的受力最大，因此只要校核 C 點的受力情況，下面計算一下 C 點的最大拉應力和最大壓應力：圖 3-7 為 C 點的拉壓受力情況圖：圖 3-7 車架截面拉壓受力圖查閱《材料力學》附錄可得： 1.52myc?， 4.81523.nycm??，425.6yIcm?，且由上面算得 469axMN?，則：3C· 8y·.07.6tax MPaI????___________________________________________________________________________________________173Cn· 8y·4659.21059.6cmaxMMPaI?????對于標準的和專用的機械零部件，其許用應力與安全系數常常有比較成熟的推薦值。但對于非標準的或特殊的，或對其體積或尺寸無嚴格限制的機械零部件，其許用應力 與安全系數 S 常需要設計者自己選取。工作應力 與許用應力 的一半關系為cp?? （3-17）工作應力 WK?? （3-18）許用應力 /pcmaxS? （3-19）查閱機械設計手冊 P1-113 中的表 1-1-89 可知在汽車燈機械行業(yè)中帶載平穩(wěn)起動時的載荷系數 的值為 1.2～1.5。此時取 1.5c??，1.5968.53MPa???安全系數 S 應當綜合載荷確定的準確程度、材料性能數據的可靠性、所用的合理性、加工裝配精度以及所設計的零部件的重要性等來確定。在這用部分系數法來進行計算，它對安全系數有影響的因素分別用一個分系數 、 ……表示，這部分系數的乘積極為安全系數：123·S?… （3-20）1: .S零 部 件 的 重 要 程 度 ， 取 為2： 材 料 的 可 靠 性 ， 取 為3 .： 材 料 的 可 靠 性 ， 取 為則安全系數為 123.·1.376S???已知車架的材料為 Q235 號鋼，則可知： ??25MPa?由上式可知 /.9.pc且已知 89.53?則 cp? （3-21）比較上式可知車架材料強度符合要求。___________________________________________________________________________________________18第 4章 電動傳動4.1 電動機功率大小的選定4.1.1選擇直流電動機的原因直流電動機是將直流電能和機械能相互轉換的旋轉電機，還可以作其他特殊的用途。直流電動機具有以下優(yōu)點：（1） 優(yōu)良的調速特性，調速平滑、方便，調速范圍廣。（2） 過載能力大，能承受頻繁的沖擊負載。（3） 可實現頻繁的無級快帶起動、制動和反轉。（4） 能滿足生產過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊要求等特點。其制造成本和維護工作量一般來說雖比交流電動機大，但交流電動機的調速性能至今好不能與直流電動機的相比，因而直流電動機在需要廣調速的場合要求有特殊運行性能的自動控制系統(tǒng)中，一直占有突出的地位，被廣泛應用于冶金礦山、交通運輸、紡織印染等工業(yè)。直流發(fā)電機能提供無脈動的電力，其輸出電壓便于精準的調節(jié)和控制，它的主要用途之一是作為某些重要的直流電動機的電源，使其獲得較好的換向性能。它還能滿足直流和同步電機勵磁系統(tǒng)的不同要求，并可用于電化工業(yè)中作為電解、電鍍的低壓大電流直流電源。隨著可控硅整流電源的廣泛應用和日益完善，及其在技術和經濟上的顯著優(yōu)點，一方面在許多領域中取代了直流發(fā)電機，另一方面卻進一步擴大了直流電動機的應用范圍。但直流發(fā)電機在某些領域中如真空冶煉工業(yè)和無交流電網且又需要直流電源的場合等，仍由一定的重要性。4.1.2電機功率的選用本課題設計的電動叉車為載重兩噸的單級叉車，由于使用兩根鏈條并聯使用，則每根鏈條上所受的拉力為一噸，根據受力平衡可算得油缸的受力為 F=39200N,液壓缸所做的功為：W=FS(J) （4-1）功率為： ()WFSNvtt??（4-2）由于 F=pA , QvA ,代入上式得：vpQ（4-3）根據泵站與液壓缸之間的功率傳遞關系可得：泵站功率為： 612N??（4-4）___________________________________________________________________________________________19液壓缸總功率由以下效率組成：（1） 機械效率 m?，由活塞及活塞桿密封處的摩擦阻力所造成的摩擦損失，在額定壓力下，通?？扇?.95m??:（2） 容積效率 v，由各密封件泄露所造成，如前述，通常取活塞密封為彈性材料時 1v（3） 作用力效率 ?，當排油直接回油箱時 1v（4） 液壓缸的總效率0.9.tmvt????選取泵站電動機的轉速為：v=1500r/m，，排量為 q=2.2cc/r，則泵站的流量可算得為: 3·152L/minQq?./s?壓力強度為： 63249.801.5706FPPaS??????（ ）由以上公式可計算得泵站的功率為： 65' 12.570.1.769pQNKW??查閱主流電動機技術數據表，我選用型號為 MC2-V1B-F3-PG-MEN-T05-F1(/F2)的直流電壓電動機。其主要參數如下所示：直流電動叉車用泵站：型 號：MC2-V1B-F3-PG-MEN-T05-F1(/F2)技術參數：電 機：12V 1.6KW DC壓力范圍：50 200bar排 量：2.2cc/r下降截流閥：3L/min電磁閥電壓：12V DC油 箱：5L4.1.3蓄電池的有關說明在電動叉車中，前面已經提到，由于其運動特性，所以在選擇直流的同時，還要選擇電壓低的電機，在這我選用 12V 的電瓶作為電源。在這一并題一下蓄電池的使用與維護。蓄電池的正確使用：配用硅整流發(fā)電機的叉車，蓄電池必須負極搭鐵，絕對不能弄錯，否則會燒壞硅整流發(fā)電機的二極管而損壞發(fā)電機。蓄電池隔板有___________________________________________________________________________________________20木板、塑料隔板和玻璃纖維隔板等，它安裝在正負極板之間，防止正負極板相碰而產生短路。電解液密度對蓄電池工作影響很大，當密度增大時，電解液的冰點降低，解凍危險減小，但密度多大，電解液粘度增大、滲透困難，且還會使木隔板加速炭化，極板硫化，縮短其壽命。使用時，可根據不同條件來選擇不同密度電解液。蓄電池的維護：叉車蓄電池是一種可逆性的直流電源，可以反復充電、放電，所以成為二次電池。充電過程中實將電能轉化為化學能=儲存起來，放電過程則是將化學能轉變?yōu)殡娔?。蓄電池最好經常處于充足電狀態(tài)，凡使用過的每月最好補充一次，存放期不宜過長，避免長期擱置。蓄電池的充電狀態(tài)可根據電解液密度和端電壓來判斷，用高率放電計測量蓄電池在大電流（接近起動機起動電流）放電時的端電壓，可準確判斷蓄電池的放電程度。一般技術良好的蓄電池，用高率放電計測量時，單格電壓應在 1.5V 以上，并在 5 秒鐘內保持平穩(wěn)，否則表示該單格電池放電過多或有故障，應進行補充或更換。常見儲存蓄電池早期損壞多發(fā)生在冬夏兩季。冬季氣溫低，蓄電池中電解液擴散或流動遲緩，因而其效率降低，顯得電力不足。若起動困難而連續(xù)使用，蓄電池快速放電，由此導致電壓下降、容量降低、極板損壞。夏天氣候干燥，電解液蒸發(fā)，而且消耗過快，如果加之發(fā)電機端電壓調的過高，經常會出現過充電。過充電電流越大、時間越長，電解液消耗量越大，液面高度下降越快，液面過低，使極板上部暴露在空氣中而產生氧化。因此需要做到勤檢查、勤調整、勤維護，才能保持蓄電池的良好技術狀況。在叉車使用中，對蓄電池的要求較高，必須定期強制維護，檢修時必須嚴格遵守工藝規(guī)范；使用時應注意放電電流不能過大，以免極板彎曲活性物質脫落，使容量降低，電壓下降而產生早期損壞。發(fā)電機的調節(jié)器應按規(guī)定調整，不能隨意將電壓調高，以免隔板受到腐蝕，縮短其使用壽命。4.2傳動鏈的選用4.2.1鏈條介紹及型號的選擇鏈條式現代機械設備傳動的重要元素，它具有以下優(yōu)點所以才被廣泛使1）運動平穩(wěn)，傳動靈活，工作安全可靠。 2）鏈條鏈輪間無相對運動，在給定的彎曲半徑范圍內，不會產生彎矩和扭轉變形。3）結構簡單，輕巧，節(jié)省傳動空間，易拆裝，易維修。4）造型新型，外形美觀。套筒滾子鏈由外鏈板 1、內鏈板 2、銷軸 3、套筒 4 和滾子 5 等組成。其結構已經標準化，其規(guī)格、基本參數和尺寸見《簡明機械設計手冊》，套筒滾子鏈分 A、B 兩個系列，A 系列用于高速和重要傳動，B 系列用于一般傳動。鏈傳動一般適用于傳遞功率小于 100KW，傳動比 I≤7，鏈速 v≤15m/s 。圖 4-1 為鏈條示意圖：___________________________________________________________________________________________21圖 4-1 鏈條示意圖設計鏈傳動時的原始數據，一般式傳動的用途，工作情況原動機類型，傳遞的功率和鏈輪轉速以下及傳動的空間尺寸要求等。按傳動失效形式不同，設計計算分為 v＞0.6m/s 的中、高速鏈傳動。按功率曲線計算和 v＜0.6m/s 的低速鏈傳動按靜強度計算。對 v＜0.6m/s 的低速鏈傳動，鏈條的主要失效形式為過載時拉斷破壞。設計時根據已知條件，初選鏈條型號，然后按抗拉靜力強度條件計算安全系數148AQsKF??:（4-6 ）在這根據鏈條設計的條件初定鏈條型號為 16A,基本參數和尺寸如圖 4-3和表 4-1 所示：圖 4-3 鏈條結構尺寸示意圖表 4-1 選用鏈條的結構尺