1、黑龍江工程學院畢業設計摘 要 叉車具有裝卸和搬運功能，機動靈活，能適應多變的裝卸搬運要求，普遍適用于港口、車站、貨場、車間、倉庫、油田及機場等處，還可以進入船艙和集裝箱內進行裝卸作業，除此之外，還廣泛應用于軍事部門和特殊防爆部門，有的車輛可無人駕駛，到人員不斷接近的地方工作適用于柔性加工系統，總之，隨著物流技術的不斷發展和工業化水平的提高，叉車使用范圍將日益擴大，成為一種產量與品種很多的裝卸搬運機械。現代叉車技術發展的主要趨勢是充分考慮舒適性、安全可靠性和可維護性 ,產品專業化、系列多樣化,大量應用新技術,完善操控系統,重視節能和環保 ,全面提升產品的性能和品質。通過對國際國內叉車造型設計的現

2、狀分析運用工業設計的理論和方法，研究了叉車造型設計的要素及設計原則：造型要求簡潔明快、線條流暢，以體現車身的力度感與堅實穩重的感；色彩力求單純，給人以輕松、愉悅的感覺，主色調以明度較高的黃 色、橙色為宜；車身前后左右要求有寬大的玻璃，儀表具有良好的可讀性。研究結果對叉車設計具有重要的實際指導意義。關鍵詞：叉車； 門架；提升機構 ABSTRACTForklifts can do handing works,and can flexibility to adapt to changing of handing requirements and generally applicable to por

3、ts,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

4、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 handin

5、g 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

6、 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

7、 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 shouldb

8、e 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 mechanism2第 1章 緒 論1.1液壓叉車提升機機構設計選題的目的和意義叉車是應用十分廣泛的流動式裝卸搬運機械，是物料搬運機械(國外稱為工業車輛或地面運輸車輛)的一種，是實現物流機械化作業，減輕工人搬運勞動強度，提高作業

9、效率的主要工具。叉車又名鏟車、萬能裝卸車或自動裝卸車。它是由在無軌底盤上加裝專用裝卸工作裝置構成的。叉車具有通用性強、機動靈活、活動范圍大等特點，所以它廣泛用于車站、港口碼頭、機場、倉庫以及工礦企業等部門，用來實現機械化裝卸、堆垛和短距離運輸，是物流系統不可缺少的機械設備。而叉車中進行裝卸作業的直接工作的裝置是叉車起重系統，貨物的卸放、堆垛最終都是由其完成的，所以它是叉車最重要的組成部分。在我國國民經濟的發展中，各行各業對叉車的需求量逐年增加。據國家權威機構研究預測，在今后幾年我國叉車年需求量將超過15萬臺。叉車產業市場潛力巨大，發展前景廣闊。 1.2叉車研究的現狀及分析1.2.1我國叉車行業

10、發展歷程和現狀我國叉車工業起步于20世紀50年代末，當時主要仿制前蘇聯產品。從70年代后期到80年代中期，全行業先后組織了2次聯合設計，各叉車生產廠紛紛引進國外先進技術，如北京叉車總廠引進日本三菱15t內燃平衡重叉車技術，大連叉車總廠引進日本三菱1040t內燃平衡重叉車和集裝箱叉車技術，天津叉車總廠引進保加利亞巴爾干車輛公司1.256.3t內燃叉車技術，杭州叉車總廠引進西德O&K公司靜壓傳動叉車、越野叉車和電動叉車技術，合肥叉車總廠、寶雞叉車公司引進日本TCM株式會社110t叉車技術，湖南叉車公司引進英國普勒班機械公司內燃防爆裝置技術。自90年代開始，一些骨干企業在消化吸收引進技術的基

11、礎上積極對產品進行更新和系列化，因此目前國產叉車的技術水平參差不齊。其中，電動叉車因受基礎技術落后的制約，整體水平與世界先進水平差距很大，每年仍要進口價值近2億美元的叉車產品。中國叉車能否逐鹿國際市場，并在與世界強手的競爭中立于不敗之地，將依賴于叉車整體技術水平的提高，特別是電動叉車技術的飛速發展。1.2.2國外叉車發展現狀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

12、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勢和特色。世界上著名叉車的技術特點是：品種齊全，技術先進，各具特色，尤其在提高作業效率、人機工程、節能、環保及安全性等方面的技術發展非常快，追求各性化，最大限度地滿足客戶的需求。1.2.3國內外市場分析目前，國內外電動叉車大部分已經采用寬視野門架，起升液壓缸由中間放置改為兩側放置。液壓缸的放置位置有兩種：一種是液壓缸位于門架后面；另一種是液壓缸位于門

13、架外測。CARER公司的R40/45系列電動叉車的液壓缸位于門架外側，R50/60/70系列叉車的液壓缸則位于門架后面。 門架一般分為標準型、兩節型或三節型。國內叉車的起升高度一般在25m之間，且以3m及3m以下的居多，而國外電動叉車的起升高度一般在26m之間，由于倉庫的立體化程度高，因此起升高度3m以上。與預測全球約有250家叉車生產企業，年生產量保持在50萬臺左右。由于競爭的加劇，同20世紀80年代比，世界叉車工業出現了銷售額增長而利潤減少的反常現象。一方面，為降低成本，叉車巨頭紛紛在發展中國家建廠。例如，在中國建有廈門林德、安徽TCM、北京漢拿、湖南德士達、煙臺大宇重工、上海海斯特等。這

14、些公司把具有世界20世紀90年代中期先進的產品和技術帶到國內，促進了我國叉車技術的快速發展，同時對國內市場也造成了很大的沖擊。另一方面，隨著市場經濟的發展，物流技術在經濟發展中的地位與作用越來越明顯，叉車普及率越來越高，已從過去單一的港口碼頭進入到國民經濟的各行各業。目前我國叉車的保有量約18萬臺，實際年潛在需求量約10萬臺，而實際年銷售量僅3萬臺左右，可見中國的叉車市場是巨大的。 隨著人們對環境污染危害的深刻認識，環保已成為世界共同關注的焦點，因此，環保型叉車將成為市場主流；其次，自動倉儲系統、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

15、儲機械迅速發展是未來叉車市場的又一特征；另外，全球經濟一體化必將帶來全球工業的國際化，使得各國間及國內貿易大幅上升。有資料表明全世界集裝箱吞吐量每年以30%左右的速度遞增。貿易的增加將推動現代集裝箱搬運與堆垛設備的高速發展。1.2.4現代叉車技術發展趨勢1.2.4.1產品的系列化與多樣化 根據美國工業車輛協會的分類法，叉車分(1、2、3、4、5、6和7)7大類，分別為電動乘駕式叉車、電動窄巷道叉車、電動托盤搬運車、內燃平衡重式實心胎叉車、內燃平衡重式充氣胎叉車、電動與內燃乘駕式拖車和越野叉車。1999年7月，美國現代物料搬運雜志評出世界20強叉車公司，其中排在前10位的公司(產品種類)是：Li

16、nde(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)。另外產品品種和系列也非常齊全，如德國Linde公司有柴油、液化石油氣、電動平衡重叉車，前移式叉車，堆垛車，揀選車，側面式叉車，電動牽引車等近110種；而我國最大的叉車制造企業安徽叉車集團生產116

17、t 15個級別80種機型400多個品種的叉車。各叉車公司皆以產品種類、系列的多樣化去充分適應不同用戶、不同工作對象和不同工作環境的需要，并不斷推出新結構、新車型，以多品種小批量滿足用戶的個性化要求。1.2.4.2綠色化推動叉車動力技術的發展 叉車分內燃叉車和電動叉車。內燃叉車以發動機為動力，功率強勁，使用范圍廣，缺點是排氣和噪聲污染環境，有害人類健康。環保要求推動了動力技術的更新：TCM于20世紀70年代更新了3.58t柴油叉車，將預熱燃燒室改為直噴式，省油1720；80年代初Perkins發動機推出扁唇式燃燒系柴油機，省油78；80年代中期德國Deute公司開發出F913型叉車專用柴油機，省

18、油60%，而瑞典推出柴油機蓄電池混合動力叉車；90年代液化石油氣(LPG)叉車、壓縮天然氣(CNG)叉車、丙烷叉車等低公害叉車面市，且發展勢頭強勁。 電動叉車具有能量轉換效率高、無廢氣排放、噪聲小等突出優點，是室內物料搬運的首選工具，但其受蓄電池容量限制，功率小，作業時間短。目前國內外均在不斷改進鉛酸蓄電池技術，通過提高材料純度等使其在復充電次數、容量和電效率方面有了很大提高。由于技術的進步，電動叉車現已突破只能用于小噸位作業的局限性。目前國際上電動叉車的產量已占叉車總量的40%(國內為10%15)，在德國、意大利等一些西歐國家電動叉車比例高達65%。 未來叉車將廣泛采用電子燃燒噴射和共軌技術

19、。發動機尾氣催化、凈化技術的發展將有效降低有害氣體和微粒的排放。LPG、CNG等燃料叉車及混合動力叉車將進一步發展。新型蓄電池燃料電池在各大公司的共同努力下，將克服價格方面的劣勢，批量進入市場。目前全球汽車巨人正聯合致力于電動汽車的研究，電動汽車的動力、傳動、控制、安全等技術在叉車上的應用，將會使電動叉車整機性能有一個質的變化。 1.2.4.3節能和機電一體化高新技術的應用微電子技術、傳感技術、信息處理技術的發展和應用，對提高叉車業整體水平，實現復合功能，以及保證整機及系統的安全性、控制性和自動化水平的作用將更加明顯，使電子與機械、電子與液壓的結合更加密切。未來叉車的發展在于其電子技術的應用水

20、平。實現以微處理器為核心的機電液一體化是未來叉車控制系統發展的主方向，即以微處理器為核心，控制由局部控制向網絡化方向發展，使整車保持最佳工作狀態，實現叉車的智能化作業。對于電動車輛，傳統的電阻調速控制器已被淘汰，而新型MSFET晶體管因其門極驅動電流小，并聯控制特性好且有軟、硬件自動保護和硬件自診斷功能等優點，得到廣泛采用。串勵和他勵控制器仍是市場的主導產品，交流控制技術則處于起步階段。隨著交流調速控制系統成本的降低與閉式交流電機技術的成熟，交流電機叉車將會因其功率大、維護性能好而取代直流電機叉車。采用電子轉向系統與動力轉向比可節能25%，它可根據叉車使用工況，適時控制電機轉速，是叉車節能降噪

21、的有效措施。另外，MOSFET晶體管比電阻式調速可節能20%，釋放式再生制動可節能5%，采用液壓電機控制器和負載勢能回收技術可分別節能20%和5%。 第2章 液壓叉車提升機構設計總述 2.1門架簡介及設計要求門架是叉車工作裝置的重要組成部分，是叉車最富有特色的部件。它負責貨物的起升及相應的裝卸、堆垛動作，并對叉車的整機性能有極大的影響。最常見的叉車門架是由內、外兩節組成。內外門架各有兩根立柱，立柱是門架承載的主要構件，又是叉架(或內門架)作升降運動的導軌。左右立柱之間連以橫梁，構成形或各種封閉形狀的框架(圖2-1)。外門架的立柱多數為槽形截面，內門架立柱的截面型式較多，有槽形、工字形和其他異形

22、形狀。立柱截面的周邊都不封閉，桿件的長度遠大于截面的高度和厚度，因此，它們屬于力學上的開口薄壁桿范疇。（a）內門架 （b）外門架圖2-1 門架結構簡圖1立柱 2橫梁叉車的內、外門架里、外嵌套，用起升油缸使內架可在外架內移動，成為可伸縮的構造。這是它的構造特點。加工要求，門架布置在車的前方，在前軸前邊，這是它在布置或位置上的特點。內架、外架和叉架都是用型鋼焊成的平面框架，它們與起升油缸和鏈滑輪組和重量占了工作裝置總重的絕大部分，且集中在位于前軸外邊的門架平面內，因而是影響叉車抵抗向前翻倒的能力的不利因素。由于門架在前，司機在后，因此組成門架系統的多數構件及起升油缸和鏈油輪組都會擋住司機的視線。在

23、設計時，就要盡力去減小這些不利影響，為此必須注意兩點：一是在保證工作裝置能正常工作的前提下，要盡可能地將它布置得靠近前軸；二是在考慮司機視野問題時，要保證在叉車無載行駛下，司機能看見貨叉叉尖，同時應力求在貨叉由地面升起至頂端的整個過程中，司機都能很好地觀察貨叉上貨物的情況。2.2門架系統的運動與安裝關系門架系統的運動與安裝關系（圖2-2）是：貨叉掛在叉架橫梁上；叉架受起升鏈條的牽引，并以其縱、側向滾輪為“車輪”，以內門架為“活動導軌”作升降運動；內門架則受起升液壓缸的頂推，也以其縱、側向滾輪為“車輪”，以外門架2為“固定導軌”而升降；外門架的下鉸坐鉸接在驅動橋殼或車架上，中部靠兩個并列的傾斜液

24、壓缸來實現整個門架系統的前、后傾動作。起升液壓缸分成兩個，下端以半球面支承在外門架后側，中部受外門架“扶持”，上端頂在一個浮動橫梁上，自由提升結束后即與內門架上橫梁重疊。起升鏈條的一端固定在起升液壓缸筒上（相當于固定在外門架上），中部繞過固定在浮動橫梁上的鏈輪后，另一端掛住叉架。圖2-2 門架示意圖 門架部分參數見下表：表2-1 1.8t液壓叉車門架主要性能參數特 性額定起重量Load Capacitykg1800載荷中心距Load centermm500尺 寸標準二級門架額定起重時最大貨叉高度mm3000貨叉架ISO標準型級貨叉厚度Tmm40貨叉寬度Wmm120貨叉長度Lmm1000貨叉間距

25、范圍最小最大MINMAXmm200920門架前后傾角前傾/后傾 F/Rdeg6°/10°速 度最大行駛速度（無載）km/h11起升速度（滿載）mm/s220黑龍江工程學院本科生畢業設計第3章 貨叉的設計計算3.1貨叉基本參數和尺寸的確定貨叉的主要尺寸有貨叉水平段長度；貨叉垂直段高度；貨叉斷面尺寸(為貨叉厚度，為貨叉寬度等)（圖3-1）。14圖3-1 貨叉的結構和尺寸貨叉尺寸主要取決于起重量Q、載荷中心距c，根據選題，已知起重量Q=1.8噸，按ISO/DIS1214-79標準規定，載荷中心距離為c=500mm,再由ISO/DIS2326-81和ISO2382-77標準，查出貨

26、叉的基本參數和尺寸為貨叉長度：；貨叉垂直高度：；貨叉斷面尺寸：；貨叉兩鉸支點中心距：；貨叉外伸距：；據機械設計手冊選擇材料為40Cr鋼，熱處理工藝選用調質處理40Cr鋼屈服強度。3.2貨叉的計算簡圖貨叉和叉架的聯接形式不同，其制支承類型有所不同，按照ISO2328-77標準規定，1.8噸叉車貨叉和叉架的聯接形式為掛鉤型。掛鉤型聯接，上支承可簡化為活動鉸支座。按照這種簡化，貨叉可看作一次超靜定剛架（圖3-2）。與此同時，考慮到掛鉤型貨叉上部的掛鉤處有安裝間隙，并非絕對不能轉動，照此分析，貨叉又可簡化為支承在兩個鉸接支座上的靜定剛架（圖3-3）。圖3-2 超靜定剛架計算簡圖圖3-3 靜定剛架計算簡

27、圖這兩種計算簡圖，在集中載荷P力作用下，貨叉的危險截面均在支座A以下的垂直段，其應力狀態相同，強度相等。但貨叉垂直段的受力情況不同，導致變形不同。由于靜定剛架水平段的變形量大于靜定剛架水平段的變形量。 為偏于安全起見， 貨叉的強度和剛度均按靜定剛架進行計算。3.3貨叉的強度驗算 （a） (b)(c) (d)圖3-4 貨叉強度驗算計算簡圖從貨叉所受的集中載荷P力作用的內力圖(圖3-4)來看, 水平段受彎矩和剪力, 垂直段受彎矩和拉力, 危險截面支座A以下垂直段的最大正應力為 （式3-1）式中P貨叉的計算載荷，N； C標準載荷中心距，mm； a貨叉厚度；mm； b貨叉截面寬度，mm。3.3.1計算

28、載荷P的確定 （式3-2）式中 Q起重量，Q=1.8t=17640N K1動載荷系數，由文獻1推薦，取K1=1.2； K2偏載荷系數，由文獻1推薦，取K2=1.3.由此得出 3.3.2 安全系數n的確定安全系數的選取, 與貨叉的計算載荷大小、動載荷系數和偏載荷系數的選取密切相關。如果計算載荷比較準確, 安全系數可以取較小數值。否則，安全系數應取較大數值。強度計算時，安全系數應滿足以下條件【2】其中n強度安全系數；材料屈服極限；危險截面處應力（即最大正應力）；注：與單位相同。此次設計選擇安全系數為n=3。3.3.3 計算最大正應力 （式3-3）3.3.4 強度驗算把數據代入式3-1, 得出因為,

29、所以貨叉滿足強度條件。3.4 貨叉的剛度校核貨叉的剛度通常校核叉尖處的靜撓度，即以額定載荷之半作為計算載荷（）, 按等截面靜定剛架來計算又尖處的撓度，計算方法用簡便的彎矩圖乘法（圖3-5）。（a）計算圖 （b）MP彎矩圖 （c）彎矩圖圖3-5 貨叉叉尖撓度計算圖 由此可得叉尖的撓度 （式3-4）式中貨叉的截面慣性矩，；貨叉的彈性模量，；貨叉的額定截荷，.代人數據, 得出 叉尖的許用撓度為 （式3-5）由于,所以貨叉滿足剛度條件。3.5 貨叉掛鉤形式的確定叉車貨叉上的掛鉤與貨叉的聯接形式, 通常有整體式和非整體式兩種。非整體形式的聯接方法, 又有焊接和螺栓聯接等形式。由于焊接形式貨叉制造容易,

30、安裝拆卸方便, 所以, 貨叉與掛鉤的聯接多采用非整體的焊接形式。3.6 貨叉與掛鉤焊接強度驗算掛鉤尺寸根據ISO2328-77標準規定，z=17.5mm，M=31mm，s=50mm，K=H=5mm，b=120mm，G=36mm（圖3-6）。圖3-6 掛鉤尺寸與焊接強度驗算掛鉤的水平段受彎矩和拉力, 垂直段受彎矩。根據起重機焊接強度的計算規范, 由拉伸應力和剪切應力所組成的復合應力, 按等效應力來進行計算, 其計算公式為 （式3-6）式中 掛鉤所受的水平力, N； 焊縫總長度，cm； 所受垂直力，N。代入數據, 得出 則 貨叉與掛鉤焊接的焊條選用TB13-2, 焊條的抗拉強度,焊條的許用應力由于

31、所以，貨叉與掛鉤滿足焊接強度條件。黑龍江工程學院本科生畢業設計第4章 叉架的設計計算 圖4-1 叉架受力圖如圖4-1所示，叉架一般按簡支梁計算其上橫梁懸壁根部A-A截面處的應力（MPa），其計算式為 （式4-1）式中 L貨叉最外懸掛點到叉架上橫梁臂端根部的距離，mm； h叉架上橫梁懸壁端根部截面凈高度，mm； b叉架上橫梁懸壁端根部截面凈寬度，mm，b=M=31mm； Fp垂直載荷，N。Fp=9800Q/2，即額定起重量的一半； F縱向載荷，N。F=Fpm/h2，見表4-1，m=c+a+0.5b，a為貨叉厚度,c為載荷中心距，c=500mm。表4-1 貨叉安裝尺寸h2起重量/t0.50.751

32、2.52.754.7556h2/mm307383478599取 h=120mm、h2=383mm、L=200mm，知a=40mm、b=31mm 、c=500mm代入式4-1中，得 16 由第三章知而此處 所以 叉架滿足要求。 叉架的其它部分為超靜定的框架結構，強度與剛度較大，不必計算校核。第5章 液壓叉車門架的設計計算5.1 門架系統的構造原理圖5-1為門架結構簡圖，內門架1和外門架2都是由兩根柱和一個或兩個端梁焊成的框架。內架僅有一個上端梁，下部有一個很弱的橫系桿。外架有上端梁及下端梁，為不妨礙內架，上端梁放在立柱頂端后翼緣后邊。中部由橫梁加強，其兩側伸出有聯接傾斜油缸的鉸軸。左右立柱異型槽

33、鋼，其開口相對。叉架和內架上的各滾輪組分別安放在內架和外架立柱的槽內，滾輪組構成叉架，內架和外架相互之間的活動聯系，起傳力和保證有正確動力的導向作用。起升鏈滑輪組包含兩套對稱布置的起升鏈和動，滑輪座固定在內架上梁。起升油缸的上、下支座的支承分別固定在內架上梁和外加下梁上，為保證安置在期間的起升油缸受純壓力，支座的支承表面常為球面。鏈的一端固定在外架的下梁或立柱上，另一端與叉架相連接。黑龍江工程學院本科生畢業設計圖5-1 叉車門架結構1內門架 2外門架 3叉架 4貨叉 5貨物 6導向滾輪 7傾斜油缸5.2 門架強度的計算狀態本設計選擇門架材料為16Mn，其剪切彈性模量為:G=8.4×1

34、05Kg/cm2，彈性模量為：E=2.1×106Kg/cm2。抗拉、抗壓，抗剪，屈服點。叉車起升的貨物重量和叉架、貨叉自重都是通過叉架滾輪和門架滾輪以集中力的形式作用在門架上的。當叉車滿載、貨叉起升到最大高度、門架前傾最大角度時，門架受力最大(圖5-2)。在與門架垂直的平面內，取叉架為自由體，即可求出內門架對又架滾輪的反壓力Pl、P2。30 （式5-1）式中 Q額定起重量，Kg； G1貨叉和叉架的自重，Kg； S鏈條總拉力，Kg； 門架最大前傾角，度； k動力載荷系數，K=K1（動力系數）×K2（貨物偏載系數）。圖5-2 門架載荷作用圖其中Q=1800Kg、 、G1=250

35、Kg、h2=370mm、K=1.2。代入式5-1得到 從以上計算中可以看出，鏈條拉力S對滾輪中心產生的力矩，有助于減小滾輪壓力，從而減小門架所受的載荷。在一般情況下，鏈條拉力產生的力矩(sa2)數值上可達貨物重量力矩的1/101/9。當門架前傾最大角度時()，滾輪最大壓力比門架直立時約增加10%左右。由于鏈條拉力和門架前傾對滾輪壓力所起的、數值上近乎相等的減載和增載作用，為了使計算簡化，將其略去不計，按門架直立狀態進行計算。5.3 計算滾輪壓力（圖5-3）門架直立時，由此內門架滾輪壓力為 （式5-2）知h1=480mm，h2=370mm外門架滾輪壓力為： （式5-3） 圖5-3 門架滾輪壓力計

36、算圖5.4 門架立柱截面幾何性質此叉車內外門架立柱的截面尺寸相同，在計算開口薄壁桿件受彎扭綜合作用時，除了一般的截面幾何性質以外(靜矩、慣性矩、抗彎模量等)，還要計算一些與截面翹曲有關的附加截面幾何特性。 （a）立柱截面 （b）扇性坐標(c)扇性靜矩圖5-4 門架立柱截面幾何性質圖5-4（a）為門架立柱截面圖，5-4（a）為扇性坐標圖，5-4（a）為扇性靜矩圖。此次設計起重量為1.8t，根據機械課程設計簡明手冊選擇槽鋼型號為16a，其相應截面尺寸分別為：h=15.2cm、t1=1.4cm、t2=1.8cm、b=5.2cm,各參數值見表5-1。表5-1 門架立柱截面結構尺寸及幾何特性名稱符號單位

37、量值截面面積Fcm232.44形心X0cm1.19彎曲中心XAcm1.88截面慣性矩Jxcm41490.98Jycm4109.53截面抗彎模量Wxcm3175.41Wycm327.31純抗扭慣性矩JKcm439.42扇性慣性矩cm64445.07約束扭轉特性kcm-10.06靜矩Smaxcm4127.23參數計算如下:截面面積： 形心位置：彎心位置： 線性截面慣性矩（截面慣性矩）： 線性抗彎截面模量（截面抗彎模量）： 純抗扭慣性矩:扇性慣性矩： 靜矩： 約束扭轉特性：由于Wy和Wx比值約為15.57%，大于15%，所以此門架平面內載荷不必進行計算。5.5 內門架強度計算5.5.1 門架立柱斷面

38、翼緣厚度校核根據局部彎曲應力計算公式： （式5-3）得到： （式5-4）式中：材料屈服極限，16Mn鋼的=3500Kg/cm2；P滾輪壓力，P=P1=P2=2046.47Kg。所以得到 由于1.34mm<1.8mm，知此翼緣厚度設計合理。5.5.2 門架立柱斷面腹板高度校核根據滾輪的接觸應力來求腹板高度 （式5-5）式中：P滾輪壓力，2046.47Kg；滾輪踏面寬度，50mm；Enp導軌和滾輪材質的綜合當量彈性模量，鋼制滾輪時，Enp=2.1×104Kg/mm2。 Pnp導軌和滾輪的當量曲率半徑，圓柱形滾輪對平面導軌時，Pnp=R=43mm。與滾輪材質和導軌表面硬度有關的許用接

39、觸應力，常用6080Kg/mm2。取代入公式得由，知符合要求。由的等式經轉換得：取滾輪的實際半徑為計算半徑的兩倍，即:R實際=2R，則R實際=2×30.7=61.4mm（取62mm），則腹板高度為：由知，此尺寸設計合格。5.5.3 門架立柱的彎矩校核把內門架看作外伸懸臂梁，按一端鉸支、一端自由的單根薄壁桿來計算。在垂直于門架的平面內，由于滾輪的集中作用，計算門架立柱中產生的最大彎矩。又介于內外門架的應力情況較復雜，計算工作量較大，現根據呂維鎮、張質文老師介紹的簡化計算法進行計算。簡化計算的整體強度安全系數應大于4，校核翼緣的局部彎曲強度安全系數N局應不小于1.2，最危險截面在B點(圖

40、5-5)。在整體彎曲和約束扭轉的共同作用下，內門架立柱的危險截面是與叉架下滾輪相接觸的截面B,如圖5-5。叉車起重鏈條的一端固定在起升油缸缸筒上，鏈條拉力S對缸筒產生的力矩通過活塞桿在內門架和上端產生推力，其方向垂直于門架平面，使內門架彎曲。在截面B上的這個附加彎矩數值極小，可以略去不計。因此，截面B的計算彎矩仍可寫為：1.整體彎曲正應力已知許用彎曲應力為（取N值為4）：由可知整體安全。圖 5-5 門架立柱2.整體彎曲剪應力 （式5-6）式中P截面剪力，Kg；S所求應力點以外的截面面積對中性軸的靜矩，cm3；Jx截面對中性軸X的慣性矩，cm4;b所求應力點處的截面寬度，cm。得到許用剪切應力為

41、： 由知滿足要求。3.局部彎曲應力B點局部變異應力： （式5-7）式中K0=2、t=t2=1.8cm則有局部許用彎曲應力為（取N局=1.2）由，可知局部危險點亦安全。5.6 外門架強度計算外門架是由左右立柱和多根橫梁組成的外形封閉的復雜剛架結構。由于通過立柱與橫梁的彎曲中心的縱軸不在同一平面內，因此外門架并不是一個平面薄壁框架。在外載荷作用下，外門架立柱產生的彎曲變形和約束扭轉變形與內門架立柱相似。我們同樣也把外門架簡化為單根立往計算，橫梁的影響則通過支座約束來考慮。外門架立柱在垂直門架平面內的整體彎曲，不考慮門架前傾的影響.，從門架下滾輪接觸點至立柱與傾斜油缸連接處的一整段內，都承受最大彎矩

42、Mbmax的作用。門架滾輪壓力對外門架立柱還產生約束扭轉。外門架立柱一般在上中下三處或四處有橫梁連系，立住與橫梁的連接均可看成鉸支，它允許立柱的截面翹曲，但不允許截面轉動。外門架強度計算簡圖圖5-6，危險截面在D點。知H0=1866mm、h0=520mm、h1=480mm。5.6.1 計算D點整體彎曲鏈條拉力S對起升油缸產生力矩，通過活塞桿及內門架使門架滾輪壓力增加，門架彎曲增加。門架滾輪壓力增量為： （式5-8）其中S鏈條拉力，Kg；a2鏈條與軸中心距，cm；Hmax最大起升高度，cm。知Hmax=300cm，取a2=6cm，求得 （式5-9）則有所以D點最大彎矩為：則整體彎曲應力為：前面已

43、經得到，許用彎曲應力為:由可知，符合要求。5.6.2 校核局部彎曲應力 （式5-10）同樣，已由前面得到局部許用彎曲應力：由知，符合要求。5.7 門架剛度計算5.7.1 門架剛度的計算狀態所謂門架的剛度條件主要是指當滿載的貨叉起升到最大高度，前傾至最大角度時，門架頂端的水平撓度應小于許用值。門架計算簡圖如圖5-7所示。圖5-7 門架剛度計算狀態簡圖其中各已知參數分別為：起重量Q=1800Kg、起升高度H=3000mm、載荷中心C=500mm、前傾角、滑架重量G1=250Kg、門架立柱慣性矩J0=J1=J=1490.98cm4。門架各尺寸分別為：h0=520mm、h1=480mm、h2=370m

44、m、H0=1866mm、H1=1830mm、H=3211mm C0=380mm、C1=300mm、l0=665mm、l1=260mm。滑架通過滾輪傳給內門架和力按下式計算，參看圖5-8圖5-8 門架計算簡圖 （ 式5-11） 可以把力P1、P2對門架的作用分解為一個力偶與一個集中力，內門架端部力偶以M1表示，外門架端部的力偶以M0來表示，參看圖5-3及圖5-7來求其值。 （式5-12）另外伸縮式門架在端部力偶和集中力作用下，端部產生的水平位移f（撓度）是由三部分組成的：外門架端部水平位移f0、內門架端部水平位移f1和內門架繞外門架端部轉動角在內門架端部引起的水平位移，見圖5-9。 （式5-13

45、）式中、力偶M作用在外門架端部產生水平位移和轉角；、集中力P1-P2作用在外門架端部產生水平位移和轉角；、由力偶M及集中力P1-P2作用在內門架端部的產生的水平位移。圖5-9 門架變形圖5.7.2 確定門架端部產生的各水平位移由圖5-10彎矩圖用圖乘法可求出在力偶M0作用下外門架端部產生水平位移fM0: （式5-14）圖5-10 外門架計算簡圖同樣，由力偶M1作用在內門架端部產生的水平位移fM1為： （式5-15）力偶M0作用下，內門架繞外門架端部轉動角度可參照圖5-10用圖乘法來求。由集中力P1-P2和作用，在外門架端部引起和水平位移f0p為：同理，由力P1-P2的作用引起的內門架端部水平位

46、移f1p為：由于集中力P1-P2的作用，在外門架的端部使內門架繞外門架端部而轉動產生的角度為： （式5-16）5.7.3 校核撓度通過上面的計算，可以求出伸縮式門架在端部力偶和集中力作用下端部產生的水平位移f（撓度）。其值為： （式5-17）其許用撓度值為： （式5-18）由知，滿足剛度要求。5.8 小結1. 叉車門架是由開口薄壁桿組成的薄壁剛架。立柱是叉車門架直接承受滾輪壓力作用的構件。由于滾輪壓力不通過立柱截面彎心，必然產生約束扭轉。計算表明，約束扭轉的正應力與整體彎曲正應力為同一量級，不容忽視。2.內、外門架的計算簡圖與橫梁數目和橫梁剛度有關。內門架按形薄壁剛架和一端鉸支、一端自由的薄壁

47、桿計算，約束扭轉正應力的差別不大于10%。為減少計算工作量，可按單根薄壁桿計算。將外門架簡化為單根薄壁桿計算時，支座約束的假定對約束扭轉正應力影響不大，差值一般在310%的范圍內，因此可按比較簡單的二跨連續梁的簡圖計算。3.立柱截面中的剪應力與正應力相比，數值較小，約束扭轉剪應力更可忽略不計。考慮到滾輪壓力對立柱冀緣還要產生局部彎曲作用，因此門架立柱截面應在滿足制造工藝要求的條件下，使腹板減薄，冀緣加厚。4.采用初參數法進行叉車門架的約束扭轉強度計算，比較簡單，便于實用。5.叉車門架端部的水平撓度主要是由外門架的變形引起的，因為外門架是內門架的基礎，外門架端部的水平變位和轉角都會導致內門架端部

48、的水平位移。因此從增強門架剛性的要求出發，外門架應采用比較剛強的結構。黑龍江工程學院本科生畢業設計第6章 滾輪組件的安裝及計算6.1 內門架與外門架滾輪的設計導行滾輪分為縱向及側向兩組，各由四個滾輪組成。前者在垂直于門架的平面內，而后者在門架自身的平面內起傳力和導行作用。它們的構造示于圖6-1上。縱向滾輪受力較大，故直徑也大且用滾動軸承，側向滾輪受力小，直徑也小，故用滑動軸承或滾針。 （a）縱向滾輪 （b）側向滾輪圖6-1 滾輪構造6.1.1 軸的計算滾輪軸在門架上升或下降時主要受切應力，所以要根據軸的切應力條件來計算。對于圓形截面梁，由切應力互等定理可以知道，在橫截面邊緣各點處切應力與周邊相

49、切。因此即使在平行于中性軸的同一橫線上，各點處切應力也不盡相同，但經過分析表明，圓截面上最大彎曲切應力仍發生在其中性軸上，并可近似認為在中性軸上各點處的切應力平行于剪力，且沿中性軸均勻分布，于是得圓截面梁的最大彎曲切應力為： （式6-1）已知及 于是可得 （式6-2）式中R圓形截面的半徑，mm；IZ圓形截面對中性軸的慣性矩，mm3；SZ,max半圓截面對中性軸的靜矩，mm3；35該軸的材料選用45號鋼，根據機械設計手冊可以查到=3040MPa，取=35 MPa。由 （式6-3）于是得到考慮到門架的重量，選擇半徑為12.5mm，則滾輪軸的直徑為25mm。6.1.2 軸承的選擇根據機械設計手冊選擇

50、深溝球軸承，代號為6405，如圖6-2所示：圖6-2 深溝球軸承表6-1 6405軸承相關數值名稱單位符號量值基本尺寸mmd2580B21da(min)34Da(max)71ra(max)1.5其他尺寸mmd242.3D262.7r(min)1.5基本額定靜載荷KNCo38.2基本額定動載荷KNC19.2極限轉速(r/min)脂8500極限轉速(r/min)油11000重量kgW0.5296.1.3 導輪的設計門架的寬度為121mm，軸承的外徑為80mm，為了使門架在運動時能夠平穩，故此導輪的的內徑為80mm，外徑為120mm，結構如圖6-3所示：圖6-3 滾輪6.1.4 軸用擋圈根據軸的尺寸選擇軸用擋圈，如圖6-4所示：圖6-4 軸用擋圈表6-2 軸用擋圈尺寸軸徑 d025mmd基本尺寸23.2mm極限偏差(+0.21,-0.42)s基本尺寸1.2mm極限偏差(+0.05,-0.13)d12mmb3.32mmh3.32mm溝槽