中吨位叉车总体结构设计.doc

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 forklift

Abstrac: 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 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 the theories and methods of mechanical design make a certain program comparison.The thesis talks about forklift structure design`s 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，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、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，典型值为110—300mm。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：300—500mm/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 diagram
3.6 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。
3.7 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70—160mm。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：
①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。
②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。
③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。
④润滑系 它是向内燃机运动机件表面供给润滑油的系统，主要由机油泵、机油滤清器、限压阀及管路等机件组成。
⑤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。
⑥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。
⑦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带动液压系统的液压泵。液压泵传动问题有一下几种方案：
1）低速齿轮泵加液压泵减速器 在原发动机启动爪的位置带动速比为1.3-1.5的液压泵减速器，减速器输出侧的高速做出一个新的启动爪低速部分带动常规的低速齿轮泵。
2）高速齿轮泵直连 选用高速齿轮泵，直接在发动机启动爪处连接，省去一只液压泵减速器。同样在齿轮泵输入轴的对侧作出一个新的启动爪。
3）发动机带泵 与配套的发动机厂协商，在发动机的适当部位带泵。
4）变矩器带泵 液力传动的叉车可选用带泵的液力变矩器。
综上所述，查阅文献表7-2及根据任务书的要求，我们选择型号为X4105CQ的柴油机，作为本叉车的发动机。
4.2 传动系统
车辆要克服不同的阻力，以不同的速度行驶，这都需要从发动机到驱动车轮的传动系统来完成。
4.2.1 叉车对传动系统的特殊要求
由于叉车工作的特殊性，对传动系统有一些特殊要求：
1） 较大的速比。叉车的车速较低，最大车速一般不超过20km/h，要求传动系统总的传动比较大。
2） 较多的倒档。叉车在作业是经常使用倒档，其频率接近50%。一般倒挡数应等于或略少于前进档数。
3） 操作频繁。从典型的工作循环可以看出，叉车离合器和变速器的操作非常频繁，在有条件的情况下，最好采用同步器换挡或动力换挡。
4） 提供辅助维修手段。由于叉车的结构非常紧凑，传动系统零部件的维修与更换非常困难，在设计时要注意提高其可靠性。
5） 特殊的结构形式。由于结构紧凑，中小吨位的叉车的传动系统多采用刚性连接，无万向传动。液力传动用得较多。
4.2.2 传动系统的方案 [4]
1）机械传动 由离合器、变速器、驱动桥中的主传动等组成。对应变速器不同的档位，各有一条牵引力曲线，机械传动在档位一定的情况下并不改变发动机的特性，因此牵引力曲线的形状与发动机外特性曲线是相似的。当档位数足够多并且速比分配合理时，通过及时的人工换挡，分段逼近理想的传动系统特性曲线。
2）液力机械传动 相当于用液力变距取代离合器，动力换挡变速器取代人力换挡变速器，驱动桥部分不变，简称液力传动。液力传动的特性与传动系统的理想特性比较接近，能够自动适应行驶阻力的变化。低速牵引力大，加速快；能自动调速，不需要经常换挡，操作方便；发动机不易熄火。
根据任务书的要求，选定液力传动为改叉车的传动系统。传动系统简图如下，图2：

图2 液力传动系统
Fig 2 Hydraulic transmission system
（1-内燃机 2-变矩器 3-变速器 4-万向传动 5-驱动桥）

4.3 制动系统
制动性能是指行驶中的车辆按要求迅速减速以至停止的能力。制动性能的好坏，对车辆完成作业论文任务，提高生产率及保证行驶的安全起着很重要的作用。
4.3.1 对制动系统的要求
为保证安全行驶，制动系统应满足下列要求：
1） 工作可靠，制动器产生的制动力距应满足车辆对制动性能的要求。叉车空载，车速20km/h，要求制动距离不大于6m。
2） 制动平稳，制动力与操纵力成正比，制动时左右制动轮上的制动力距应平稳增加，且保持相等，放松制动踏板时，制动作用应迅速消失。制动器不自行制动，不抱死，不失灵，制动效果不随温度等环境因素变化。
3） 操作轻便，脚踏板力不应超过500N，行程不得大于150mm。维修、调整应便利，特别是摩擦副磨损后，最好能实现自动调整。
4） 制动作用滞后时间尽可能短，即从踩下制动器起制动作用的空行程时间越短越好。
5） 由于叉车前、后行驶的时间接近，故要求制动系统保证前行与后行的制动效能基本相同。
4.3.2 制动系统的方案
（1）人力液压式制动操纵机构，车辆在行驶中的动能转化为摩擦副的摩擦热能而散失掉，另一部分用来制动力源的作用力传给制动器，使摩擦副互相压紧而产生制动力矩。
（2）气压式制动操纵机构，利用压缩空气的力量来产生制动作用，驾驶员踏下制动踏板的动作，只是操纵制动控制阀，操纵起来省力。
（3）气液综合式制动操纵机构，利用压缩空气的能量来推动制动总泵活塞，由双管路气制动阀来控制制动力的大小。
根据任务书的要求，本叉车选定制动系统为人力液压式制动操纵系统[2]，踩下制动踏板1，通过活塞推杆2和总泵活塞3，总泵中的油液产生一定的压力，经油管5流入分泵中，迫使分泵活塞推动两个制动蹄10绕支撑销12转动，于是制动蹄的上端分别向两边张开，摩擦衬片9便紧紧压在制动鼓8的内圆上。制动蹄对制动鼓作用一个摩擦力矩，与车轮旋转方向相反，实现制动。示意图如图3：

图3 制动系统原理图
Fig 3 Schematic diagram of brake system
（1-制动踏板 2-活塞推杆 3-总泵活塞 4-总泵缸体 5-油管 6-分泵缸体 7-分泵活塞 8-制动鼓 9-摩擦衬片 10-制动蹄 11-制动器底板 12-支撑销13-回位弹簧）
4.4 转向系统
4.4.1 转向系统的功能
（1）改变叉车的行驶方向 在驾驶员的控制下，根据作业需要灵活地改变行驶方向。
（2）保持叉车的直线行驶状态 不跑偏，不发生蛇行和振摆。
4.4.2 转向系统的要求
（1）工作绝对可靠关系到安全性；直接受路面冲击，强度要高；转向灵活，间隙合适可调，不卡死。
（2）操作轻便灵活轻便—手力<100N；灵活—从中间位置到一个方向的最大转角不超过2.5 圈，轻便和灵活之间有矛盾时应采用动力转向。
（3）满足转向要求最小转弯半径—对应最大内轮转角；保持车轮纯滚动—两个转向车轮的偏转角要符合转角规律，误差小，功率损失小，转向轮磨损小。
4.4.3 叉车对转向系统的特殊要求
（1）工作频繁，由于装卸工作的特殊性，转向操作频繁，对轻便性和灵敏性的要求高，动力转向用得多。
（2）转弯半径小，极限转角大，由于工作场地小，转弯半径必须小。
（3）后轮转向，前轮无法转向，只能后轮转向，操作不太方便，纵拉杆布置困难。
（4）转向轮负荷大，由于平衡式叉车的特点，空载时平衡重压在转向桥上，后轮轮压打，转向阻力大。转向车轮负荷大，寿命短。
4.4.4 转向系统方案
(1)机械式，转向传动机构用来将转向器输出的力和运动传动给两转向节，从而使两侧转向轮向轮按一定关系进行偏转的机构。
(2）液压阻力式，其优点是即不断开原机械式转向系统，又有液压动力转向轻便灵活的优势，在液压系统故障状态下仍可能可靠地转向。
（3）全液压式，由液压转向器取代机械转向器，液压转向器一方面类似于一个转阀，控制着通向转向液压缸的油路，另一方面类似于一个计量泵，控制流向转向液压缸的流量。靠转动转向盘将油液泵入转向液压缸实现人力应急转向。
根据任务书的要求，机械式转向系统满足任务要求，故本叉车采用机械式转向系统实现转向，示意图如图4所示：

图4 机械转向系统
Fig 4 Mechanical steering system
（1-转向盘 2-转向器 3-纵拉杆 4-扇形板 5-横拉杆 6-转向节臂 7-转向桥）

4.5 门架形式
4.5.1 叉架
叉架的功用是安装货叉或其他属具，带动属具沿门架升降，并承受全部货重。叉架受力较复杂，常采用高强度合金钢板焊接而成，这里采用的是16Mn 钢。它主要由框架、滚轮架和挡板架等部分组成。货叉或其他属具装载框架上，链条也与其相连。滚轮架上安装滚轮及滚柱，以便沿门架滚动。挡板架则用于防止货物脱落。由于手推前移式叉车存在前移悬架部分，因此其叉架带着货叉只能滚动至离地面较大距离的水平面，这是由手推前移式叉车本身额工作情况决定的，因而也不得不对其叉架进行相应的改造以适应平衡重式叉车的工作环境[5]。
4.5.2 货叉
货叉是叉车最简单、最常用的基本属具，一般用碳素钢或合金钢制造，通常叉车都装有两个同样的货叉。货叉由垂直段与水平段两部分组成。垂直段用来与叉架相连，水平段用来叉取货物。这两段一般是一个整体的，个别的也有制成铰接式的。根据任务书的要求，本课题采用整体式的结构，简单实用。
5 总体计算
5.1 重心与轴载
5.1.1 叉车自重
叉车的自重及其重心位置是设计的重要参数，与发动机选择、牵引性能、制动性能和稳定性都有关系，而且在设计之初就要用到，只能参考现有结构或进行适当的估算，待设计过程中再修正。叉车在静止状态下的自重重心一般规定为叉车放置于水平地面，门架对地面垂直且货叉在最低位置，叉车不动的情况；而行驶状态下的自重重心位置，同样是在水平地面上，但货叉升起300mm且门架完全后倾。自重重心的位置取决于各组成部分的重量分布。叉车的满载重心位置在进行稳定性分析的时候会有相关的规定[6]。根据任务书的要求，查阅文献[2]表7-1.初步确定本叉车的自重为4.5t。
5.1.2 静轴载
满载：前桥桥载G1 应为满载叉车总重量的90%左右，保证平衡重式叉车的纵向静态稳定性。后桥桥载G2 应为满载叉车总重量的10%左右，保证转向所需要的附着力，见图5：

图5：为满载叉车重心
Fig 5: For the full gravity center of gravity
如图所示，可知，需满足G2 * L > Q *(C + B )此静轴载才符合设计要求。
代入，所给参数。0.1 * 4.5 * 2700 = 1215 > 3 * (500 + 475)=2925
所以，符合设计要求。
空载，前桥桥载G1应为空载叉车自重的45%左右，后桥桥载G2 应为空载叉车自重的55%左右，保证叉车的横向稳定性。如图6所示。也符合设计要求。

图6：空载叉车重心
图6 Idle forklift forklift
5.1.3 自重重心
横向（驾驶员的左右方向）：重心应居中，保证严格的对称，才能获得最好的横向稳定性。
纵向（驾驶员的前后方向）：重心距前轮中心的距离L0 应为轴距L 的55%左右。
高度：重心越低越好，受轮胎直径、传动系统布置、最小离地间隙的影响，并由整机稳定性指标控制。
5.1.4 自重估算
在总体设计中，为估计整车所需的发动机功率和进行牵引性能计算，需要有关叉车的总重及重心位置。叉车的自重对于一些旧有的车型来说，可以方便地取得，而且比较准确可靠；但是对一台新车设计就缺少这些资料，为此不得不根据与之相近的其它车型的资料来估计，大多是借助于下式计算[2]：
（1）

式中G—叉车自重，Q—额定起重量，C—载荷中心距，R—前轮半径，L—轴距。Q、C、R均已知，分别为3.0t、 500mm和155mm，同时估计L=1000mm。于是可估得：
G=5.44t。
5.1.5 重心实算方案
根据整机布置和整机部件设计结果，利用平行力系的合成原理可以进行重心的实际核算：

（加权平均的概念）

式中 Gi——各部件的重量
、——各部件重心距前轮中心和地面的水平垂直距离
5.2 牵引计算
5.2.1 牵引阻力
叉车行驶时必须克服各项阻力，主要包括摩擦阻力、坡道阻力和惯性阻力三项。
1） 滚动摩擦阻力:
（2）
在坡度较小的情况次啊，可以认为=1,则，其中f为滚动阻力系数，叉车一般工作在较好的路面条件下，可取f=0.02。所以，。
2） 坡道阻力：
（3）
在坡度较小的情况下，可认为=，则，其中为坡度值，即坡度的百分比，标准的最大坡度为。所以有。
3） 惯性阻力 由于叉车的自重较大，车速较低。略去车轮、发动机飞轮等旋转部件的惯性，或用简单的旋转质量加速系数来考虑（一般可取=1.1），惯性阻力为：
（4）
5.2.2 牵引计算
1) 发动机功率

= （5）
式中——限速影响系数，=1.1；
——高档动力因素，3—5t取 0.05——0.08；本叉车取0.05
——最大车速，为20km/h；
G+Q——叉车自重与起重量（N）；
——传动效率，机械传动取0.85
——附件功率，发动机的额定功率为台架试验时的功率，实际使用时要考虑风扇等附件功率。
本叉车为3t 液力传动，自重5.44t，则

=1.1*0.05*20*（54400+30000）/（3600*0.85）+
=30.34+
取附件功率10%，考虑行驶时液压转向等损耗，再增大20%。
=1.2*（30.34*1.1）KW=40.05KW
综上所计算和任务书的要求，查阅文献[2]表7-2可以所以选用发动机型号为X4105CQ的柴油发动机[2]。
2） 传动系统总速比确定 叉车的最低档用来爬坡，其总速比由要求的最大爬坡度决定：
(6)
叉车的最高档用来以最快的速度行驶，其总速比由要求的最大行驶速度决定： (7)
3t液力传动叉车，自重5.44t，最大爬坡度20%，道路阻力系数0.02，最大车速13.5km/h，选52.9KW发动机，设发动机的额定转速为3000r/min，取最大转矩约等于额定转矩：
=9550*50/3000 （8）
设车轮半径为0.3m，则

=（30000+54400）*（0.2+0.02）*0.3/(286.5*0.85)
=22.87

=0.377*3000*0.3/(1.1*20)
=15.42
3） 速比分配 确定了最小总速比和最大总速比之后，可以进行速比分配，这关系到整机及其传动系统方案选择与设计。通常先确定是否采用论边减速器，在确定主传动速比，最后得到变速器速比。
5.3 制动性能计算
5.3.1 选型
根据任务书的要求，及在结构设计等方面的简单、易行且符合设计要求。在前面以介绍了，本叉车选定制动系统为人力液压式制动操纵系统。
5.3.2 综合计算
制动速度：
=
=2.57
制动力：F = Ma =5.44*1000*2.57N=13980 N
制动力矩：T = Fr =13980*0.333=4655 N*m
蹄端制动操作力:
= 0.5* 4655/(3*0.14)N
=5541 N (设制动效力系统K=3，制动鼓R=140mm)。
5.4 机动性能计算
5.4.1 最大内轮转角
1) 最小转弯半径 衡量和评价叉车机动性能的指标有最小外侧转弯半径，最小直角通道宽度，最小堆垛通道宽度等。其中最直观的就是最小外侧转弯半经 ：
（9）
L ——叉车的轴距；
——外侧转向车轮的最大偏转角度；
C——车体最外侧到同侧转向主销之间的距离；

= 2417mm
3） 最大外轮转角 根据最小外侧半径的要求，可以反推出对于最大外轮转角的要求：
（10）
= 2700/3184

得= 57.8°
3）最大内轮转角 根据在转向行驶过程中保持车轮纯滚动的条件：
（11）
可求出：= 79°
5.5 稳定性计算
在设计时通过控制叉车的重心位置，预先控制稳定性试验的结果，包括适当增加轴距，减小前悬距，是叉车重心对称居中，尽量降低叉车的重心高度。
5.5.1 纵向静稳定计算
叉车起重量3.0t ，起升高度=3000m，门架垂直，载荷中心距C = 500 mm，自重G=5.44 t 轴距 L= 2000 mm。
根据平衡重式叉车轴载的基本假设，可认为进行叉车纵向静稳定性试验时，满载叉车联合重心位于距前轮中心0.1L处，根据平行力系的合成原理，可求出满载叉车联合重心的高度为：

（12）

根据纵向静稳定性试验的通过要求有

只要叉车的自重重心高度不大于4230mm，就符合要求，也符合任务书的要求。
5.5.2 横向静态稳定计算
叉车同前，前轮距B = 475 mm,后轮半径K = 270 mm，处于起升 3000mm，后门架全后倾的堆垛状态。
根据前述的假设，并近似的认为此时叉车的自重心位置不变，同上原理，有：

看来横向静稳定性对叉车自重重心高度的限制不大。此计算结果，符合任务书的要求。所以，上述根据任务书给出的参数，所选定的一些其他参数满足任务书的要求，也符合设计要求。
6 叉车的液压系统
在叉车的的总个构造中，因为液压传动具有结构紧凑，管路便于布置，运动平稳，控制方便等一系列优点。广泛用在了叉车的许多系统中如：门架的起升系统，叉车转向液压系统、液力传动的液压系统。液压系统一般由动力机构、执行机构、控制元件、辅助元件四部分构成。下面以叉车门架的起升为例，介绍叉车门架的液压系统[7]。
如图7所示：

图7 门架液压系统图
Fig 7 Gantry hydraulic system diagram
（1-倾斜液压缸 2-单向节流阀 3-倾斜液压缸阀块 4-属具液压缸阀块 5-起升液压缸阀块 6-多路换向阀 7-安全阀 8-液压泵 9-吸油管 10-溢流油管 11-溢流油管 12-邮箱 13-属具液压缸 14-油管 15-单向节流阀 16-起升液压缸）
液压油，通过液压泵，由9吸油管通过5起升液压缸滑块到起升液压缸控制门架的起升。吸油管通过4属具液压缸阀块到属具液压缸控制属具的上下移动。吸油管通过3倾斜液压缸阀块来控制15倾斜液压缸的上下移动。最终实现对整个门架的起升控制。
7 设计总结
叉车作为一种工业搬运车辆在人们的生活中起着不可或缺的作用，如今，为了不断适应人们的需要，叉车的种类越来越多，但是由于工业环境多变，目前叉车并不能适应所有工况要求。本文介绍的中吨位叉车是针对中吨位吨位货物而设计的。本文利用机械设计、机械原理、材料力学等相关知识，对中吨位平衡重叉车结构进行了研究设计，其中对叉车参数的选择要细致、认真。对叉车的发动机、传动形式、转向形式、转向形式，制动形式的要求都是非常高的。可以说是牵一发而动全身。各部分都相互影响。我们只有对叉车各方面都把握好，才能设计，制造出高性能，低风险的叉车。在此次设计中，需要对叉车有一定的了解，和运用自己所学的机械设计、机械原理、材料力学等课程的灵活运用。且对CAD的制图能力有一定的要求，在画CAD的装配图和零件图时，也遇到一点困难。主要由于平对CAD的运用较少，有点生疏。有些操作不熟练。对专业课的灵活运用也存在一些不足，一部分要看自已以前学过的知识，还得对叉车的认识要提升。总之，此次的设计，让我知道了自己的专业知识的不足，和对外界新事物的认识还很少。在设计的过程中走了一些弯路，这一切都是由于自己的局限。想要让自己在以后的路上少走一些弯路，只有不断是武装自己，丰富自己。我想，对这次毕业前的最后一个设计的，这个经历会让我们成长。

参考文献
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