叉车门架及提升部分设计机械专业毕业论文.doc

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1、叉车门架及提升部分设计目 录摘要 41 叉车货叉强度和刚度验算 61.1 货叉的主要结构参数 61.2 货叉强度简图 71.3 货叉的强度验算 92 门架的设计与计算10 2.1 滚轮的设计 112.2链轮的设计122.3 门架立柱截面几何 132.4 内门架计算 142.4.1 整体弯曲142.4.2 约束扭转152.4.3 应力计算162.5 外门架计算 172.5.1 整体弯曲182.5.2 约束扭转192.5.3 应力计算223 液压缸的尺寸的设计 233.1起升油缸的结构和工作原理233.2液压缸工作压力的确定 253.3内径D和活塞杆直径d的确定 263.4液压缸壁厚和外径的计算

2、273.5液压缸工作行程的确定283.6 最小导向长度确定283.7缸体长度的确定 283.8活塞杆稳定性验算 284 总结 295 参考文献 29 叉车门架及提升部分设计摘要: 根据目前我国家内燃叉车门架以及起升部分的结构性能,进行改装性设计,由于叉车工作装置存在的问题有很多比如:门架变形很大,门架轨道面产生压痕和磨损,或者滚轮被压碎。叉车在使用过程中,承载重物的起升和倾斜中,由于往复承载重物,倾斜架以及起升部分容易断裂,其中倾斜油缸是损坏最严重的部位。运货在起起落落当中受振动使活塞杆螺母松动而引起活塞杆径向转动活塞杆有效工作部分变长，引起活塞杆油封磨损和断裂。由于车轮经常和地面产生摩擦,半

3、轴和差速器之间的连接产生松动,甚至早成严重后果.这样一来造成企业停工，生产效益降低，耽误生产，对企业造成严重的损失。在设计当中应该提高叉车门架以及起升油缸的稳定性，提高起寿命和可靠性，以最低的的维修费用，较长的使用周期使叉车具有较高的经济性，对叉车的货叉进行刚度和强度验算，对门架进行设计与计算和起升油缸的设计与计算。从设计当中了解叉车门架以及提升部分的结构性能。关键字：叉车货叉；叉架；门架；起升油缸前言 装卸搬运是在货物运输、储存等过程中伴随发生的作业，贯穿于物流作业过程中的始末。装卸搬运机械是指用来搬移、升降、装卸和短距离输送物料或货物的机械。装卸搬运机械不仅用于完成船舶与车辆货物的装卸，而

4、且用于库场、货栈、舱内、车厢内完成货物的堆码、拆垛和短距离运输等作业。常用的装卸搬运机械有叉车、单斗车、牵引车、平板车、工业搬运车辆等。按照装卸搬运机械所能搬运货物种类的不同，可将其分为如下四种类型：1）.长大笨重货物的装卸搬运机械 长大笨重货物在质量、体积和形状方面差别较大。常见的长大笨重货物有大型机电设备、各种钢材、大型钢梁、原木、混凝土构件等。通常采用起重机械进行作业，主要有轨道式起重机和自行式起重机两种类型，轨道式起重机主要有龙门式起重机和桥式起重机。自行式起重机主要有汽车起重机、轮胎起重机和履带起重机等类型。2）.散装货物的装卸搬运机械 散装货物通常是指成堆搬运不计件的货物，如煤、焦

5、炭、沙子、矿石等。散堆货物在交通运输货运量中占60%以上，因此，对该类货物装卸机械的选择是一项很重要的工作。一般来讲，装卸这类货物应多考虑选择转载机、抓斗起重机、链斗式装车机等进行机械装车；机械卸车主要用链斗式卸车机、螺旋式卸车机和抓斗起重机等。散装货物的搬运主要用连续作用输送机。3）.成件包装货物的装卸搬运机械 成件包装货物一般是指怕湿、怕晒、需要在仓库内存放并且多用棚车装运的货物，如日用百货、五金板材等。这种货物包装方式很多，主要有箱装、框装、袋装、捆装等。该类货物一般采用叉车，并配以托盘进行装卸搬运作业，也可使用带式输送机械进行成件包装货物的搬运。4）.集装货物装卸搬运机械 集装货物是指

6、采用集装器具，将货物集中起来的一种方式。常见的集装器具主要有托盘和集装箱。托盘和小吨位的集装箱货物一般采用相应吨位的叉车进行装卸搬运；大吨位的集装箱一般采用龙门起重机或旋转起重机进行装卸作业，也可采用叉车、集装箱跨运车、集装箱牵引车、集装箱搬运车等进行装卸作业。叉车按其动力装置不同，分为内燃叉车和电瓶叉车；按其结构和用途不同，分为平衡式、插腿式、前移式（以上三种均为正叉式）、侧叉式、跨车以及其他特种叉车等。叉车的主要使用性能简介如下：1）.装卸性 这是指叉车起重能力和装卸快慢的主要性能。装卸性能的好坏对叉车的生产率有直接的影响。叉车的起重量大、载荷中心距大、工作速度高则装卸性能好。2）.牵引性

7、 它表示叉车行驶和加速快慢、牵引力和爬坡能力大小等方面的性能。行驶和加速快、牵引力和爬坡度大则牵引性好。3).制动性 它表示叉车在行驶中根据要求降低车速及停车的性能。通常以在一定行驶速度下制动时的制动距离来加以衡量。叉车的制动距离一般由试验测定，必要时可通过计算确定。影响叉车制动距离的主要因素是叉车的行驶速度，制动距离越小则制动性能越好。我国叉车标准对行驶时的制动能力作了相应规定:1.叉车空载行驶车速为20km/h时，制动距离应不大于8m；2.叉车满载行驶车速为10km/h时，制动距离不大于4m。4）.机动性 机动性是指叉车在最小面积内转弯的能力和通过狭窄、曲折通道的能力。衡量叉车机动性的指标

8、主要有最小转弯半径、直角交叉通道宽度和直角堆垛通道宽度。最小转弯半径越小、直角交叉通道宽度和直角堆垛通道宽度越小，则叉车的机动性能越好。5）.通过性 叉车的通过性是指叉车克服道路障碍而通过各种不良路面的能力。叉车的外形尺寸大小，轮压力、离地间隙大、驱动轮牵引力大，则叉车的机动性越好。6）.操纵性 是指叉车的轻便性和舒适性。如果需要加于各操作手柄、踏板及转向盘上的力小、司机座椅与各操作件之间的位置布置得当，则操纵性越好。7）.稳定性 叉车的稳定性是指叉车在行驶和作业过程中，抵抗纵向和横向倾翻的能力。稳定性是保证叉车安全作业的必要条件。叉车的稳定性分为纵向和横向性两类。8）.经济性 叉车的经济性主

9、要是指它的造价和营运费用，包括动力消耗、生产率、使用方便和耐用的程度等。1 叉车货叉强度和刚度验算叉车是用与车站,码头仓库和工厂的件货装卸,堆垛及短途运输工具,货叉是叉车重要承载部件,其强度对于叉车的使用性能影响强大。1.1 货叉的主要结构参数货叉的主要结构尺寸与重量载荷中心距,货叉的材质及热处理等有关,叉车起重量Q=1000kg,按ISO/DI1214-79标准规定,其载荷中心距DH=500mm,再由ISO/DIS2329-81和ISO2328-77标准查出A型货叉设计的基本参数和主要尺寸应如图所示:货叉长度L=1000mm 垂直高度H=520mm 断面尺寸两铰支点间距 h=411mm 下叉

10、钩至地面距离e=73mm货叉材质选用40cr钢,经调质处理,40cr钢的屈服强度1.2货叉计算简图由于货叉和叉架的连接形式不同,其支承载荷类型也不同,按照ISO2328-77标准规定1吨叉车货叉和叉架的连接形式为挂钩型上支承可看作固定支座,下支承可简化为活动铰链支座,货叉可看作是超静定刚架(见图1)考虑到挂钩型货叉上部挂钩处有安装间隙,并非绝对不能转动固而货叉又可以简化为支承在两个铰接制座上的静定刚架(见图2) 货叉受力简图a)超静定刚架计算简图 b)静定刚架计算简图两种计算简图在集中载荷p力气作用下,危险截面均在图1所示垂直A-A剖面处或其下方,应力状态和强度都相同,由于静定刚架水平段的变形

11、量大于超静定刚架的水平段的变形量,并考虑到上部挂钩处有安装间隙,可以自由转动,为使计算偏于强度验算和刚度校核均按静定刚架进行计算1.3.货叉的强度验算从货叉受集中载荷P作用的力(图3)可以看出水平段受弯矩和剪力垂直段受弯矩和拉力,危险截面在下叉钩A-A断面以下的垂直段,危险截面的最大正应力为: (1)式中.p-货叉的计算载荷-载荷中心距 W-抗弯截面膜量.W= F-货叉垂直段截面积.F=d b （1） 计算载荷P的确定 式中Q表示起重量重力Q=mg=10000N:动载荷系数取=1.2:偏载荷系数取=1.3（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,动载荷系数系数和偏载系数的选取

12、密切相关,如用确定计算载荷比较明确,安全系数可取较小值,否则安全系数取较大值,通常取安全系数,n=1.5,n取1.7（3） 许用应力的确定（4） 强度验算把上列数据代入(1)得, 货叉满足强度货叉的刚度校核通常是验算叉尖处静挠度,即以额定载荷作为计算载荷,按等截面静定刚架计算叉尖处扰度,计算方法用简便的弯矩图相乘,叉尖处的扰度计算公式式中E-40cr钢弹性模量I表示货叉截面惯性矩,按等截面计算表示货叉额定截面载荷力 通常叉车的许用挠度为=2cm因为所以满足货叉要求的2门架的设计与计算:对叉车门架进行概述: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。由于压

13、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II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。将门外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）立柱截面中的剪力应与正应力相比较,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翼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，

14、翼缘加厚。 4）采用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）计算表明，当滚轮间距相等时，内，外门架立柱中的最大弯矩和双力矩基本相等，因此要求叉车的内，外门架应具有相同的强度。由此可见，并列和综合滚动式门架远较重叠的滑动式门架优越。 6）门架是叉车的重要组成部分。门架受载时的应力情况极为复杂，而影响门架应力的因素又多种多样，本文仅从约束扭转的一个侧面，在理论计算上提出一点看法，希望在对叉车门架进行理论研究和试验时，能起抛砖引玉的作用。已知额定起重量Q=1000kg载荷中心距为500mm.，货叉和叉架重量 , 内门架 ,=2000毫米，门架尺寸及门架计算状态见图11。门架材

15、料Q275, 起重链条的一端固定在外门架横梁上。2.1叉架主滚轮压力计算(图12);计算叉架滚轮压力时,取叉架为自由体,货物重量和叉架自重是叉架的我外载荷,链条拉力和叉架主滚轮压力是叉架的支反力。在垂直于门架的平面内，货物重量和叉架自重对起重链条的偏心作用力矩由叉架的上，下主滚轮压力平衡。货物重量和叉架自重的铅垂力由起重链条承受（图3）。在门架平面内，货物在货叉上偏置所产生的偏心力矩，根据（1）的条件，或以主滚轮摩擦力的形式作用于门架立柱的翼缘，或以侧滚轮正压力的形式作用于立柱的腹板。在图3中对起重链条中心线上的A点取矩并利用水平方向合力为零的条件，可求得每个主滚轮压力：式中:G叉-叉架自重;

16、mm,-分别为货重心和叉架重心至起重链条前分支中心线的水平距离。a=300mm表示两滚轮之间的距离。2.2滚轮的设计1）滚动轴承结构型式的确定由于叉车专用滚轮的转速低，对轴承加油困难，单独安装防尘的密封装置不经济又在尺寸上受限制。故采用GB278-82，80000型，两面带防尘盖的单向心球轴承为基础。这种轴承在制造时已装填润滑脂，因此，轴承在长期工作中不要加油。2）按通常选用滚动轴承的方法及叉车对轴承的具体要求，确定选用GP278-80，某一滚动轴承的具体型号,这样只要更换轴承的外圈尺寸与形状,就成为叉车所需要的滚轮了。这样只要绘制外圈的图纸就行了，但是外圈厚度要更厚，因为外圈外表面与内门架型

17、钢相接触，内表面与钢球相接触，内外表面的硬度差大。内表面保持原外圈硬度，外表面的硬度稍微高门架钢表面硬度，外圈还要承受冲击负荷。滚轮主要由滚动轴承的外圈，内圈，钢球，保持器，密封盖五大件组成。根据上面的论述滚轮的尺寸以及性能重量见下表：型号尺寸（mm）额定动负荷C(KN)额定静负荷Co(KN)重量(Kg)备注dBCrD31.2622.441.33用于货叉架803084023322113 (滚轮) 2.2链轮的设计其尺寸性能重量见下表。注表中型号由基本型号后加工厂自行编号组成，以示为非标准的专用链轮轴承。由上表可以选择的链轮为80308H3。见下图： （链轮） 2.3门架立柱截面几何性质(图13

18、)叉车内外门架立柱的截面尺寸相同(图13a)。截面璧厚中心线的有关尺寸见图13b。扇性坐标见图13C，扇性静矩见图13d。截面的其他几何参数见表3。原设计的载荷中心距为380毫米，现按我国叉车标准的规定，取为500毫米。图13 门架立柱截面几何性质 (a)立柱截面 (b)截面中心 (4)扇性坐标(d)扇性静矩2.4内门架计算在门架杆件中产生的轴力,剪力,弯矩,扭矩,双力矩统称为门架的内力。计算和试验表明，弯矩（由杆件整体弯曲和局部弯曲产生）和双力矩是影响门架强度的主要因素。计算门架的内力是将门架作为承受整体弯曲，翼缘局部弯曲和约束扭转进行计算的。2.4.1整体弯曲在整体弯曲和约束扭转的共同作用

19、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(图15a)。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的上端产生推力，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:2.4.2约束扭转 (a) 扭转力矩 由式(5):(b)双力矩、扇性扭矩和自由扭矩(图14)内门架立柱按一端铰支、一端自由的单根薄壁杆计算，由式(9)计算双力炬B双曲线函数值见表4=扇性扭矩按式(10)计算;截面O的扇性扭矩(Z=0); 截面A的扇性扭矩(Z=a)截面B的扇性扭矩(Z=b);=-315N=240N=-3

20、00N=-332N=-240N2.4.3应力计算从图14可知,B为危险截面,在此截面上:=40.2Mpa 扇性正应力(约束扭转正应力)(图15)=-46.7 MPa=25.4 MPa=65.6 MPa约束扭转正应力与整体弯曲正应力属于同一量级。立柱截面B正应力分布情况见图15。2点的剪应力有以下三项；=7 MPa自由扭转剪应力=4.3 MPa立柱截面B的剪应力分布情况见图16。2点处的总剪应力为三项剪应力之和：=27.8 MPa在一般情况下，自由扭转剪应力与弯曲应力属于同一量级，约束扭转剪应力数值很小，在实际计算中，常常不计。滚轮压力对立柱翼缘的截面还要产生局部弯曲正应力。在一般情况下，局部弯

21、曲正应力在各项应力数值最大求出各项力以后，再按强度理论计算2点处的当量应力，建立强度条件。2.5外门架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柱计算，横梁的影响则通过支座约束来考虑。2.5.1整体弯曲链条拉力S对起升油缸筒产生的力矩，通过活塞杆和内门架，使门架滚轮压力增加，门架的弯矩增大。假设门架滚轮压力的增量为(图17) 式中 一链条总拉力；毫米一链条轴线至油缸中心的距离；代入有关数值后

22、，得：门架滚轮的总压力为=1370+123=1493公斤 由此得到门架的最大的弯矩为：=4480N2.5.2约束扭转扭转力矩由式（5）确定6050公斤-厘米=605N，外门架立柱的约束扭转计算简图见图18。由式（14）求初参数=195N由式(15)求得双力矩方程:图17 链条拉力对缸筒和门架滚轮压力的影响 (a)起升油缸; (b)内门架双曲线函数值如下:截面C的双力矩(Z=c)截面D的双力矩(Z=d)截面E的双力矩(Z=e)外门架立柱截面的双力矩如图18-b所示,最大双力矩发生在截面D上。按照其他各种计算简图算得的最大双力矩均在截面D上，且差值不大于7%。由式（16）可得外门架立柱截面的扇性扭

23、矩方程，从而确定有关截面上的扇扭矩。 截面O的扇性扭矩（Z=0）=148N截面C的扇性扭矩(Z=c)截面D的扇性扭矩(Z=d)截面E的扇性扭矩(Z=e)按照的关系可以计算立柱截面上的自由扭矩。门架立柱的扇性扭矩，自由扭矩和总扭矩见图18-c d e.2.5.3应力计算 从图18可知,门架立柱与门架的下滚轮相接触的截面D是危险截面,最大应力发生在翼缘与腹板相交的内恻.整体弯曲正应力为=43.6MPa约束扭转正应力为:=26MPa总的正应力为:=69.6MPa3液压缸的尺寸的设计3.1液压系统的结构形式和工作原理按结构形式以及工作特点,油缸可以分为单作用缸,双作用缸,组合油缸和摆动油缸等四种类型。

24、现在举个例子常见的叉车的起升油缸。（1） 单作用油缸（叉车起升油缸）单作用油缸是指压力油只能向油缸中活塞的一侧供油，即活塞只在向一个方向运动时靠油压力推动，动作完成后的返回行程则靠其他外力来推动。例如叉的起升油缸，靠油压力将柱活塞顶起上升，而下降时则将油缸中的油排出，靠货叉，门架的自重使活塞下降。车的起升油缸，靠油压力将柱活塞顶起上升，而下降时则将油缸中的油排出，靠货叉，门架的自重使活塞下降。如从油缸内的活塞的结构特点考虑，可以分为：柱塞式 ，伸缩套筒式以及活塞式。（2）叉车起升油缸 其结构及职能符号，如下图所示，活塞的端面是油压力的作用面。由于缸体内墙壁和活塞不接触，因此缸体内壁不需要精加工

25、，简化了缸体的加工工艺。为了减轻重量，活塞可以做成空心的。比如 ：叉车起升油缸（3） 起升油缸上作用力分析：表示安装在叉车外门架底梁上的起升油缸组的工作位置。在缸筒中伸缩活动的活塞杆，其上端铰接到具有一对起升链轮的横支架中间。横支架连接于内门架的上横梁，以便顶升内门架，经两根平衡链条悬吊叉架，使装载着的木材升降。链条的另外一端铰接到外门架的横梁上引用油缸上起升链条受载荷Q=12280N时动荷系数以及偏载系数=1.1。两根链条拉力分别为：活塞杆顶端承受载荷为（3）叉车起升油缸的设计柱塞式油缸造价高维修复杂,但是截面惯量大,工作时不容易失稳但是活塞式油缸价廉,装配维修方便,但是截面惯量小,尤其当偏

26、载起动时,更需校验发生,由于设计1吨液压叉车起升油缸,活塞式油缸足够承受此力。叉车起升油缸如下： 叉车起升部分液压工作原理图如下:3.2液压缸工作压力的确定(表5-7)液压缸工作压力主要是通过液压设备和油缸外载荷来确定的。如下图：外载荷W (N)80mm时,取=0.1m 这里应该取=0.1m为保证最小导向长度H,若过分增大和B都是不适宜的,必要时可在缸盖与活塞之间增加一阁套K来增加H的值,阁套的长度C由需要的最小导向长度H来决定,即 3.7缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的20-30倍。取缸体

27、长度3.8活塞杆稳定性验算当液压缸支承长度时,须考虑活塞杆弯曲稳定性并进行验算.液压缸的支承长度是指活塞杆全部外伸时,液压缸支承点与活塞杆前端连接处之间的距离,d为活塞杆直径.4、总结这次毕业设计是我从大学毕业生走向社会工作岗位关键的一步。从最初的选题，开题到计算、绘图直到完成设计。其间，查找资料、老师指导、与同学交流、反复修改图纸、计算说明书，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。同时我也深刻地感受到：有一个端正的学习态度是非常的重要，团队合作精神也是不可缺少的。通过这次实践，我了解到叉车门架以及提升部分的用途及工作原理，熟悉了叉车的设计步骤，锻炼了机械设计实践能力，培养了自己独立设计能

28、力。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。 在这次毕业设计当中我还是学到了很多,比如查阅有关资料,温习了工程力学,和液压系统,材料力学有关知识，分析图纸，绘制图纸，温习了机械制图等等。在这些整个过程当中，我发现了自己的不足，所学的知识和别业设计所要求的有相当大的出路。还好有张老师对我的负责，对我的指导，虽然自己搞的不是最好的但是我相信自己能够做的更加好。在这次毕业设计中，由于个人水平的有限，加上没有较多的工作经验，设计中仍然存在许多不足之处，望各位老师提出宝贵建议。再次感谢张本升及机电教研室各位老师的指导。5 参考文献1 奚绍中：薄壁杆件理论基础，唐山铁道学院 1964年2 WC3 叉车计算书，武汉水运学院，武昌机械1985年3 日本叉车标准（J2S D60011976）4 西南交大：叉车 人民铁道出版社1979年5 张质文：起重运输机械1979年第3期6 徐克晋：叉车门架的结构与计算叉车技术1978年第1.2期7 刘仁家，陶性华机械设计师手册机械工业出版社2000年8 陈于萍,金升 金属材料及热处理机械工业出版社1999年9 机械工程师机械工业出版社1998年10 张定华 工程力学,少学时高等教育出版社2003年