中吨位叉车总体结构设计.doc
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1、中吨位叉车的总体结构设计摘 要:叉车是指对成件托盘货物进行装卸、堆垛和短距离运输、重物搬运作业的一种轮式搬运车辆。本毕业设计要求设计一种小型叉车,主要技术参数为:额定起重量3.0t,载荷中心距500mm,最大起升高度3m,自由提升高度155mm,满载行驶速度13.5km/h。要求完成总体方案的选型、总体参数的计算确定以及总体布置图的绘制。通过对叉车设计的现状分析,运用机械设计的理论和方法,做了一定的方案对比,本文将研究了叉车结构设计的要素及设计原则,并且达到了设计要求。关键词:叉车;参数;选型;计算; Overall design of a middle-sized forkliftAbstr
2、ac: Forklift is a wheeled transport vehicles which can load.,unload, stack , heavy loads handl and short of distance transport . This graduation project requirements to design a small forklift, the main technical parameters are as follows: the nominal weight 3.0t load center distance 500mm, maximum
3、lifting height of 3m, free lifting height 155mm, loading with the traveling speed of 13.5km / h. Be required to complete the overall program of the selection, the calculation of the overall parameters to determine the overall layout drawing.Through the status of the forklift design analysis, using t
4、he theories and methods of mechanical design make a certain program comparison.The thesis talks about forklift structure designs elements and design principles,and reaches the design requirements at the same time.Key word: Forklift;Parameters;Selection;Calculation;1 前言 叉车是企业内部重要的运载装卸工具,对提高工效、减轻劳动强度起
5、到了不可小觑的作用。叉车作为短途货物运输机械,以其灵活、机动的作业特点在仓库间、仓库内的货物搬运过程中得到广泛的应用。但是由于叉车的工作环境多变且恶劣,常常不停歇地三班工作,前进、倒退、转向、升降极为频繁,目前仍存在一定的质量和性能问题。当前由于设计方法所限(如零部件设计孤立地进行,整体组装后出现各个零件的变形等),不能精确地选择零部件的尺寸和结构,造成有的地方强度不够,而有的地方强度又严重过剩。从而在整体上影响叉车寿命1。2 叉车的简单介绍2.1 作用及用途叉车是指对成件托盘货物进行装卸、堆垛和短距离运输、重物搬运作业的一种轮式搬运车辆。广泛应用于车站、港口、机场、工厂、仓库等国民经济各部门
6、,是机械化装卸、堆垛和短距离运输的高效设备。自行式叉车出现于1917年。第二次世界大战期间,叉车得到发展。中国从20世纪50年代初开始制造叉车。特别是随着中国经济的快速发展,大部分企业的物料搬运已经脱离了原始的人工搬运,取而代之的是以叉车为主的机械化搬运。因此,在过去的几年中,中国叉车市场的需求量每年都以两位数的速度增长。叉车的基本作业功能分为水平搬运、堆垛 /取货、装货/卸货、拣选。根据企业所要达到的作业功能可以从上面介绍的车型中初步确定。另外,特殊的作业功能会影响到叉车的具体配置,如搬运的是纸卷、铁水等,需要叉车安装属具来完成特殊功能。叉车还具有:高效率、低成本、高安全性、人机工程、维护方
7、便等功能。更可以说我们在将来的发展中,叉车将扮演着重要的角色。2.2 国内外研究现状叉车作为物流中的装卸设备,在生产物流,储运物流,零售物流等环节有着广泛的用途,中国叉车业起步大约有十年的时间,年增长速度大约在15%左右,据有关资料显示,国内叉车业90%的企业在亏损。专家分析,国内叉车业发展速度缓慢的原因主要的四点:一是中国劳动市场丰富,价格低廉;二是国内市场主题是由85%的中小企业组成,对于这些企业来说,承担每台十几万甚至上百万的叉车采购费用,无疑是一个不小的压力;三是竞争激烈,国内市场的叉车品牌以每年120-150%的速度增长,据不完全统计,截止产值2002年12月底,国内市场叉车的叉车品
8、牌达到120多家;四是叉车价位较高,由于叉车企业生产规模小,很难降低生产成本。2007年,中国叉车销量达到13.9万辆,同比增长30%;出口叉车4.7万辆,同比增长78%,出口量约占销量的34%;而出口增量对销量增长的贡献率达到65%。2007年,全球叉车销量达到90.7万辆,同比增长10%。消费量按地区构成情况如下:欧洲占世界叉车市场份额约为40%;其次为北美(美国+加拿大)市场,约为21%;中国所占市场份额已超过11%;而日本的比重不超过10%;世界其他地区的比重则接近16%。我国内燃平衡重式叉车 内燃平衡重式叉车约占销量的80%,而全球叉车销量中电动叉车比重超过了50%。这是因为在欧、美
9、、日的叉车市场上,电动叉车已成为主流产品的缘故。由于我国对环保要求较低、叉车作业更频繁、作业环境较恶劣以及运行成本等因素,较长时间内我国的叉车需求仍将倾向于使用内燃叉车。 在全球叉车市场格局中,丰田和林德遥遥领先,年销售收入超过50亿美元;而安叉和杭叉在国内叉车市场上称雄,合计市场占有率超过50%。于我国叉车出口量占海外市场比重仍较低、性价比优势突出以及出口退税导致国内企业出口冲动等理由,预计未来中国叉车出口仍将保持较快增速,2010年前复合增长率不低于30%。而未来3年,国内叉车销量年增速有望保持在20%以上,对海外市场的依赖度将加大。出口已成销量增长的主要推进力。3 叉车的基本参数叉车基本
10、参数至关重要,主要包括:额定起重量、载荷中心距、最大起升高度、自由提升高度、满载最大起升速度、门架前倾角、门架后倾角、满载行驶速度、最大爬坡度、最小外侧转弯半径、最小离地间隙、轴距、轮距等等。下面首先来大致确定所要设计类型的叉车的基本参数。3.1 额定起重量Q货物重心位于规定的载荷中心距和最大起升高度时,叉车应能举升的最大质量(t)为额定起重量。本课题设计的是中吨位叉车,根据任务书的要求其额定起重量为3.0t。3.2 载荷中心距C载荷中心距是货物重心到货叉垂直段前表面的规定距离(mm),具体如图1所示 当实际的载荷中心距大于标准值时,叉车将不能处理额定载荷,这是的起重量必须折减。当实际的载荷中
11、心距小于标准值时,叉车仍只能处理额定载荷,不能增大起重量2。根据任务书的要求,查阅文献2表1-4确定本叉车的载荷中心距为500mm。3.3 最大起升高度Hmax最大起升高度是叉车处于平实地面,承载额定起重量,门架垂直,货叉升到最大高度时,货叉水平段上表面至地面的距离(mm),具体如图1所示。本课题设计对象的最大起升高度已经通过最大起升高度是叉车处于平实地面,承载额定起重量,门架垂直,货叉升到最大高度时,货叉水平测绘得知,根据任务书的要求,确定本叉车的最大起升高度为3000m。3.4 自由提升高度H1自由提升高度是内门架顶端不伸出外门架,即叉车高度不增大的情况下,能获得的起升高度。具体如图1所示
12、,典型值为110300mm。根据任务书的要求,本叉车的自由提升高度为155mm。3.5 满载最大起升速度满载最大起升速度为叉车停止,节气门最大(即油门最大),额定起重量,货物所能达到的最大均起升速度。典型值:300500mm/s。根据任务书的要求,初步确定满载最大起升速度为350mm/s。叉车参数示意图如下图一所示:图1 叉车参数示意图Fig l Forklift parameters schematic diagram3.6 门架前倾角、后倾角通常为前倾 ,后倾 。蓄电池叉车、高起升或大吨位叉车可适当减小如前倾 ,后倾。根据任务书的要求,可确定本叉车的前倾角为,后倾角为。具体如图1所示。3.
13、7 满载行驶速度V额定起重量,最高档,在平直干硬的道路上能达到的最高稳定行驶速度为满载行驶速度。典型值:20km/h,大吨位和液力传动的叉车略大,小吨位叉车和蓄电池叉车较小。由于叉车是刚性悬架的,因此行驶速度不宜过高。根据任务书的要求,本叉车的满载行驶速度为13.5km/h。3.8 最大爬坡度额定起重量,以最低稳定速度(2km/h)所能爬上的长为规定值的最陡坡道的坡度值。叉车一般不会爬很陡的坡,最大爬坡度更多的是反映叉车的加速能力或功率储备。根据任务书的要求最大爬坡度为规定的最陡的20%。3.9 最小外侧转弯半径Rmin最小外侧转弯半径是转向轮转至极限,以最稳定车速行驶,瞬时中心距车体最外侧的
14、距离。它反映叉车的机动性,是一个非标准参数,转弯半径越小,叉车的机动性越好。根据起重量从1500mm到3400mm不等。比最外侧车轮的痕迹还要大些。根据任务书的要求,及后面的计算,确定最小外侧转弯半径为2500mm。3.10 最小离地间隙Z除直接与车轮相连接的零件外,车体上最低点(通常是门架下端)距离地面的最小间隙为最小离地间隙。它反映叉车的通过能力,范围为70160mm。最小离地间隙可能位于门架下方,也可能位于驱动桥下方、车架下方或转向桥下方。叉车由于其结构特点,离地间隙不可能大。具体如图1所示,根据任务书的要求,最小离地间隙为90mm。3.11 轴距N轮距的大小有着各自的优点,轴距大的优点
15、能减轻自重、降低轴载、延长轮胎寿命,方便布置和系列化设计,提高叉车行驶的平顺性,提高纵向稳定性。轴距小的优点:能减小叉车的尺寸,减小转弯半径,提高叉车的机动性。开始人们追求较小的轴距来提高叉车的机动性。后来发现过小的轴距会增大自重,降低平顺性,增加设计布置与维修保养的难度。现在一般采用适当增大轴距,而通过精心设计转向系统来保证不增大转弯半径。根据任务书的要求,本叉车的轴距1800mm。3.12 轮距L轮距的大小也有着各自的优点,轮距大具有横向稳定性好,布置容易,维修空间大等优点。轮距小具有通过性好,机动性好等优点。前轮距受门架布置方面的限制,变化空间不大;后轮距要考虑发动机布置、转向车轮偏转空
16、间等因素,不应追求过分小的轮距,实与轴距保持一定的比例关系。根据任务书的要求,本叉车的轮距为2700mm。在叉车的基本参数当中,额定起重量体现叉车的装卸、搬运能力,直接决定叉车的载荷中心距,间接决定叉车的外形尺寸和整机重量,是叉车的主参数。最大起升高度。自由提升高度和门架前、后倾角反映叉车的起升能力和堆垛能力;最大起升速度、满载行驶速度和最大爬坡度放映叉车的生产率和动力性能;而最小外侧转弯半径和最小离地间隙则放映叉车的机动性能,说明其对工作场所的要求或适应能力。由于叉车的结构特点和工作特点,许多参数都有其合理的范围,盲目追求高指标没意义。4 方案选型4.1 发动机发动机包括很多种:有内燃机(柴
17、油机、汽油机)、水轮机、电动机、液动机等。由于,叉车属于移动式机械需要野外作业3。则需要在内燃机或电动机中选择。又由于所需功率较大,根据任务书的要求,初步断定在内燃机中选择合适功率的发动机。4.1.1 内燃机的构造汽油机和柴油机由两个机构和五个系统组成:曲柄连杆机构 它是内燃机进行能量转换和传递动力的机构。主要由气缸体、汽缸盖、活塞、连杆和曲轴等机件组成。配汽机构 它是内燃机的换气机构,主要由进排气门、凸轮轴以及传动件等组成。供给系 它是保证向气缸内供入新鲜的可燃混合气和导出废弃的系统。主要由空气滤清器、燃油滤清器、化油器、汽油泵和进排气管等组成。润滑系 它是向内燃机运动机件表面供给润滑油的系
18、统,主要由机油泵、机油滤清器、限压阀及管路等机件组成。冷却系 它是用来吸收和散发内燃机受热零件多余热量的系统。主要由水泵、散热器、冷却风扇等机件组成。点火系 它是保证按规定的时刻产生电火花,点燃气缸内被压缩的可燃混合气的装置。由点火圈、分电器和火花塞等机件组成。起动系 它是用来起动内燃机的装置,主要由起动机和附属装置组成。4.1.2 叉车使用内燃机的特殊性 由于叉车在构造与工作上的特殊性,对发动机有一些特殊要求,在选用时需要注意。1. 转速与转矩叉车的车速较低,一般最大车速不超过20km/h。为了便于传动系统的设计,需要选用低速、大转矩的发动机。叉车的稳定性差,尤其是在转向时,如果车速太高容易
19、引起侧翻;另外底盘采用刚性悬架,没有什么越野能力,也不允许车速太高,往往需要发动机加装限速器。安装限速器后会影响发动机功率,选择发动机时需要加以注意。所选用发动机的转速与叉车传动系统的速比。车轮半径、液力变距器的特性等都要配合好,功率、转速、转矩三者都要合适才行。2. 额定功率 叉车的工作比较繁重,负载率比较高,要按1h功率来选发动机。由于叉车的车速低,发动机后置,结构又非常紧凑,故在秃顶程度上妨碍了发动机的散热,这些因素在选择发动机时也需要考虑。3. 散热由于叉车的构造特点,决定了发动机是后置的,应该采用排风扇。4. 液压泵传动叉车门架的起升和倾斜采用液压缸推动,发动机除了驱动叉车行驶外还要
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