叉車升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（太原）
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目 錄
1 緒論 2
1.1 選題的目的、意義及研究方向 2
1.2 叉車的研究現(xiàn)狀及分析 3
1.2.1 我國(guó)叉車行業(yè)發(fā)展歷程及現(xiàn)狀 3
1.2.2 國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)分析 3
1.3 現(xiàn)代叉車技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 4
1.3.1 產(chǎn)品的系列化與多樣化 4
1.3.2 綠色化推動(dòng)叉車動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展 4
1.4 本課題主要內(nèi)容 5
2 液壓叉車提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)總述 6
2.1 部件簡(jiǎn)介及設(shè)計(jì)要求 6
2.1.1 門架 6
2.1.2 貨叉 7
2.1.3 鏈條鏈輪 7
2.1.4液壓系統(tǒng) 8
2.2各部件的運(yùn)動(dòng)與安裝關(guān)系 8
3 貨叉的設(shè)計(jì)計(jì)算 10
3.1 貨叉基本參數(shù)和尺寸的確定 10
3.2 貨叉的計(jì)算簡(jiǎn)圖 10
3.3 貨叉的強(qiáng)度驗(yàn)算 11
3.4 貨叉的剛度校核 13
3.5 貨叉掛鉤形式的確定 14
3.6 貨叉與掛鉤焊接強(qiáng)度驗(yàn)算 14
4 叉架的設(shè)計(jì)計(jì)算 17
4.1 叉架 17
4.2 鏈條及鏈條滑輪組的選取 19
5 液壓叉車門架的設(shè)計(jì)計(jì)算 20
5.1 門架系統(tǒng)的構(gòu)造原理 20
5.2 門架的強(qiáng)度計(jì)算 21
5.3 計(jì)算滾輪壓力 23
I
5.4 門架立柱截面幾何性質(zhì) 23
5.5 內(nèi)門架強(qiáng)度計(jì)算 24
5.6 外門架強(qiáng)度計(jì)算 27
5.7 門架剛度計(jì)算 28
5.8 小結(jié) 29
6 滾輪組件的安裝及計(jì) 33
6.1 內(nèi)門架與外門架滾輪的設(shè)計(jì) 33
7 起升液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 37
7.1 液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介 37
7.2 設(shè)計(jì)方案 38
7.3 原理圖 38
7.4 油泵選擇計(jì)算 39
7.4.1 確定各參數(shù) 39
7.4.2 液壓泵站及液壓泵的規(guī)格及選用 39
7.4.3 油泵功率及電機(jī)選擇 39
7.5 壓力損失的計(jì)算 41
7.6 節(jié)流閥的選擇 43
7.6.1 節(jié)流閥的結(jié)構(gòu) 43
7.6.2 節(jié)流閥能通過的流量 43
7.6.3 壓力 44
7.6.4 節(jié)流孔兩端的壓力差 44
7.6.5 節(jié)流口通流面積 44
7.6.6 節(jié)流的直徑 44
8 傾斜機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 46
8.1傾斜機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 47
8.2 傾斜機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)工況 47
8.3 傾斜油缸的布置方案 47
8.4 傾斜機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 47
總 結(jié) 53
參考文獻(xiàn) 54
致 謝 55
誠(chéng)信聲明
本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。
本人簽名： 年 月 日
叉車升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘 要: 叉車具有裝卸和搬運(yùn)功能，機(jī)動(dòng)靈活，能適應(yīng)多變的裝卸搬運(yùn)要求，普遍適用于港口、車站、貨場(chǎng)、車間、倉(cāng)庫(kù)、油田及機(jī)場(chǎng)等處，還可以進(jìn)入船艙和集裝箱內(nèi)進(jìn)行裝卸作業(yè)，還廣泛應(yīng)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(tǒng)，隨著物流技術(shù)的不斷發(fā)展和工業(yè)化水平的提高，叉車使用范圍將日益擴(kuò)大，成為一種產(chǎn)量與品種很多的裝卸搬運(yùn)機(jī)械。
通過對(duì)國(guó)際國(guó)內(nèi)叉車造型設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀分析運(yùn)用工業(yè)設(shè)計(jì)的理論和方法，研究了叉車造型設(shè)計(jì)的要素及設(shè)計(jì)原則：造型要求簡(jiǎn)潔明快、線條流暢，以體現(xiàn)車身的力度感與堅(jiān)實(shí)穩(wěn)重的感；色彩．力求單純，給人以輕松、愉悅的感覺，主色調(diào)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(jié)果對(duì)叉車設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)際指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞:叉車，門架，提升機(jī)構(gòu)
Forklift lifting mechanism design
ABSTRACT： Forklifts can do handing works,and can flexibility to adapt to changing of handing requirements and generally applicable to ports,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.Forklifts are alseo widely used in military and special explosion—proof sector,some vehicles will be unmanned,that officers should hot work in places close to or for Flexible Manufacturing Systerm，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 handing machinery.
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 design theory and methodology；the color strives simplicity to make people feel pleasant and light — mainly usingtones ofyeHow and orange；there shouldbe big ass atthefrontand back oftrucks；thein— struments should be easy to read．The research results provided practical reference for forklift truck design．
Keywords： fork truck， mast，lifting mechanism
太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1 選題的目的、意義及研究方向
叉車是工業(yè)搬運(yùn)車輛，是指對(duì)成件托盤貨物進(jìn)行裝卸、堆垛和短距離運(yùn)輸作業(yè)的各種輪式搬運(yùn)車輛。叉車的機(jī)體緊湊，軸距較短，轉(zhuǎn)向靈活，能在狹窄的場(chǎng)地和通道內(nèi)作業(yè)，能通過比較低矮的倉(cāng)門；貨物的升降采用液壓操縱，使得操作簡(jiǎn)單，動(dòng)作平穩(wěn)；在采用貨叉搬運(yùn)成件貨物時(shí)自身具有裝卸功能，無需要輔助人員。因此叉車非常廣泛地應(yīng)用于車間、倉(cāng)庫(kù)、港口、車站等場(chǎng)所，進(jìn)行裝卸、堆垛、拆垛和極短距離的搬運(yùn)。叉車對(duì)于實(shí)現(xiàn)裝卸搬運(yùn)作業(yè)的機(jī)械化，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率非常重要，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要設(shè)備。中國(guó)叉車工業(yè)，自１９５８年大連叉車總廠生產(chǎn)了第一臺(tái)仿蘇叉車后，叉車的生產(chǎn)已經(jīng)歷４０余載，曾經(jīng)生產(chǎn)過叉車的企業(yè)約１００多家，目前生產(chǎn)的叉車起重量在０．５～４５噸之間，產(chǎn)品品種達(dá)１０００余種。我國(guó)叉車生產(chǎn)企業(yè)大多品種較少，而且技術(shù)水平低，就是行業(yè)排頭兵安叉集團(tuán)的品種規(guī)格與先進(jìn)國(guó)家相比，也仍存在差距，大噸位集裝箱叉車才開始試生產(chǎn)，無人自動(dòng)導(dǎo)向車正在研制，很多具有高新技術(shù)及特種叉車尚不能生產(chǎn)。
叉車升降機(jī)構(gòu)就是叉車工作的核心部件，也就是叉車的工作裝置，是它實(shí)現(xiàn)了對(duì)貨物進(jìn)行叉取、升降、碼垛等作業(yè)。升降機(jī)構(gòu)的形式和尺寸決定了叉車所能完成工作的效果。太大，則不能實(shí)現(xiàn)靈活，節(jié)能的目的；太小，則不能完成對(duì)大件物體的搬運(yùn)。所以對(duì)于升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。
所以叉車升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)決定了叉車的使用性能的好壞，合理的設(shè)計(jì)不但能夠解決現(xiàn)存的問題，而且能夠節(jié)省資源，達(dá)到最大的使用效果。
通過本次設(shè)計(jì)我努力做到把我所學(xué)的專業(yè)知識(shí)得到充分利用，使得自己在思維和能力上得到雙豐收，同時(shí)使叉車設(shè)計(jì)更加人性化、合理化、安全化，對(duì)機(jī)械制造和設(shè)計(jì)方面得到更多了解。
1.2 叉車的研究現(xiàn)狀及分析
1.2.1 我國(guó)叉車行業(yè)發(fā)展歷程及現(xiàn)狀
我國(guó)叉車工業(yè)起步于20世紀(jì)50年代末，當(dāng)時(shí)主要仿制前蘇聯(lián)產(chǎn)品。從70年代后到80年代中期，全行業(yè)先后組織了2次聯(lián)合設(shè)計(jì)，各叉車生產(chǎn)廠紛紛引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，如北京叉車總廠引進(jìn)日本三菱1～５t內(nèi)燃平衡重叉車技術(shù)，大連叉車總廠引進(jìn)日本三菱10～40t內(nèi)燃平衡重叉車和集裝箱叉車技術(shù)，天津叉車總廠引進(jìn)保加利亞巴爾干車輛公司1.25～6.3t內(nèi)燃叉車技術(shù)，杭州叉車總廠引進(jìn)西德O&K公司靜壓傳動(dòng)叉車、越野叉車和電動(dòng)叉車技術(shù)，合肥叉車總廠、寶雞叉車公司引進(jìn)日本TCM株式會(huì)社1～10t叉車技術(shù)，湖南叉車公司引進(jìn)英國(guó)普勒班機(jī)械公司內(nèi)燃防爆裝置技術(shù)。自90年代開始，一些骨干企業(yè)在消化吸收引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上積極對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行更新和系列化，
因此目前國(guó)產(chǎn)叉車的技術(shù)水平參差不齊。其中，電動(dòng)叉車因受基礎(chǔ)技術(shù)落后的制約，整體水平與世界先進(jìn)水平差距很大，每年仍要進(jìn)口價(jià)值近2億美元的叉車產(chǎn)品。
中國(guó)叉車能否逐鹿國(guó)際市場(chǎng)，并在與世界強(qiáng)手的競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，將依賴于叉車整體技術(shù)水平的提高，特別是電動(dòng)叉車技術(shù)的飛速發(fā)展。
1.2.2 國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)分析
全球約有250家叉車生產(chǎn)企業(yè)，年生產(chǎn)量保持在50萬臺(tái)左右。由于競(jìng)爭(zhēng)的加劇，同20世紀(jì)80年代比，世界叉車工業(yè)出現(xiàn)了銷售額增長(zhǎng)而利潤(rùn)減少的反?，F(xiàn)象。一方面，為降低成本，叉車巨頭紛紛在發(fā)展中國(guó)家建廠。例如，在中國(guó)建有廈門林德、安徽TCM、北京漢拿、湖南德士達(dá)、煙臺(tái)大宇重工、上海海斯特等。這些公司把具有世界20世紀(jì)90年代中期先進(jìn)的產(chǎn)品和技術(shù)帶到國(guó)內(nèi)，促進(jìn)了我國(guó)叉車技術(shù)的快速發(fā)展，同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也造成了很大的沖擊。另一方面，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，物流技術(shù)在經(jīng)濟(jì)發(fā)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(jìn)入到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)。
目前我國(guó)叉車的保有量約18萬臺(tái)，實(shí)際年潛在需求量約10萬臺(tái)，而實(shí)際年銷售量?jī)H3萬臺(tái)左右，可見中國(guó)的叉車市場(chǎng)是巨大的。隨著人們對(duì)環(huán)境污染危害的深刻認(rèn)識(shí)，環(huán)保已成為世界共同關(guān)注的焦點(diǎn)，因此，環(huán)保型叉車將成為市場(chǎng)主流；其次，自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、大型超市的紛紛建立，刺激了對(duì)室內(nèi)搬運(yùn)機(jī)械需求的增長(zhǎng)，高性能電動(dòng)叉車、前移式叉車、窄巷道叉車等各類倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械迅速發(fā)展是未來叉車市場(chǎng)的又一特征；另外，全球經(jīng)濟(jì)一體化必將帶來全球工業(yè)的國(guó)際化，使得各國(guó)間及國(guó)內(nèi)貿(mào)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(mào)易的增加將推動(dòng)現(xiàn)代集裝箱搬運(yùn)與堆垛設(shè)備的高速發(fā)展。
1.3 現(xiàn)代叉車技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
1.3.1 產(chǎn)品的系列化與多樣化
根據(jù)美國(guó)工業(yè)車輛協(xié)會(huì)的分類法，叉車分(1、2、3、4、5、6和7)7大類，分別為電動(dòng)乘駕式叉車、電動(dòng)窄巷道叉車、電動(dòng)托盤搬運(yùn)車、內(nèi)燃平衡重式實(shí)心胎叉車、內(nèi)燃平衡重式充氣胎叉車、電動(dòng)與內(nèi)燃乘駕式拖車和越野叉車。1999年7月，美國(guó)《現(xiàn)代物料搬運(yùn)》雜志評(píng)出世界20強(qiáng)叉車公司，其中排在前10位的公司是：Linde，Toyota，Nacco，Jungheinrich，BT Industries，Mitsubshi / Caterpillar，Crown，Komatsu，Nissan，TCM。另外產(chǎn)品品種和系列也非常齊全，如德國(guó)Linde公司有柴油、液化石油氣、電動(dòng)平衡重叉車，前移式叉車，堆垛車，揀選車，側(cè)面式叉車，電動(dòng)牽引車等近110種；而我國(guó)最大的叉車制造企業(yè)安徽叉車集團(tuán)生產(chǎn)1～16 t 15個(gè)級(jí)別80種機(jī)型400多個(gè)品種的叉車。各叉車公司皆以產(chǎn)品種類、系列的多樣化去充分適應(yīng)不同用戶、不同工作對(duì)象和不同工作環(huán)境的需要，并不斷推出新結(jié)構(gòu)、新車型，以多品種小批量滿足用戶的個(gè)性化要求。
1.3.2 綠色化推動(dòng)叉車動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展
叉車分內(nèi)燃叉車和電動(dòng)叉車。內(nèi)燃叉車以發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，功率強(qiáng)勁，使用范圍廣，缺點(diǎn)是排氣和噪聲污染環(huán)境，有害人類健康。環(huán)保要求推動(dòng)了動(dòng)力技術(shù)的更新：TCM于20世紀(jì)70年代更新了3.5～８t柴油叉車，將預(yù)熱燃燒室改為直噴式，省油17％～20％；80年代初Perkins發(fā)動(dòng)機(jī)推出扁唇式燃燒系柴油機(jī)，省油7％～８％；８０年代中期德國(guó)Deute公司開發(fā)出F913Ｇ型叉車專用柴油機(jī)，省油60%，降噪6 dB，而瑞典推出柴油機(jī)蓄電池混合動(dòng)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(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。
電動(dòng)叉車具有能量轉(zhuǎn)換效率高、無廢氣排放、噪聲小等突出優(yōu)點(diǎn)，是室內(nèi)物料搬運(yùn)的首選工具，但其受蓄電池容量限制，功率小，作業(yè)時(shí)間短。目前國(guó)內(nèi)外均在不斷改進(jìn)鉛酸蓄電池技術(shù)，通過提高材料純度等使其在復(fù)充電次數(shù)、容量和電效率方面有了很大提高。由于技術(shù)的進(jìn)步，電動(dòng)叉車現(xiàn)已突破只能用于小噸位作業(yè)的局限性。目前國(guó)際上電動(dòng)叉車的產(chǎn)量已占叉車總量的40%(國(guó)內(nèi)為10%～15％)，在德國(guó)、意大利等一些西歐國(guó)家電動(dòng)叉車比例高達(dá)65%。
1.4 本課題主要內(nèi)容
（1）掌握叉車的升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并進(jìn)行設(shè)計(jì)，繪制其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和原理簡(jiǎn)圖。
（2）叉車升降機(jī)構(gòu)主要性能參數(shù)（跨度、軌距、額定起重量、最大起重量、總起重量、有效起重量）
（3）升降結(jié)構(gòu)的主要零部件的材料、制造及熱處理工藝，了解升降機(jī)構(gòu)的主要失效形式，并對(duì)關(guān)鍵零部件分析。
2 液壓叉車提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)總述
以1.8T內(nèi)燃叉車為樣板進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)：
內(nèi)燃叉車的主要組成部分：
(1) 發(fā)動(dòng)機(jī)：它是叉車的動(dòng)力裝置，是將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)械。發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力由曲軸輸出，并通過傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)叉車行駛或驅(qū)動(dòng)液壓泵工作，完成叉取、堆碼貨物等作業(yè)。
(2) 傳動(dòng)裝置：包括離合器、變速器、主傳動(dòng)器、差速器、半軸等部分。傳動(dòng)裝置的作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力傳遞給液壓泵和驅(qū)動(dòng)車輪，實(shí)現(xiàn)叉車的升降，傾斜和行駛。
(3) 操縱裝置：包括轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和制動(dòng)系統(tǒng)兩部分?；咀饔檬歉淖儾孳嚨男惺狗较?，降低運(yùn)行速度或迅速停車，以保證裝卸作業(yè)的安全需要。
(4) 工作裝置：包括內(nèi)外門架、叉架、貨叉、提升鏈條、滾輪、滑輪、擋貨架等部分。其作用是用來叉取、升降或堆碼貨物。
(5) 液壓系統(tǒng)：包括油箱、液壓泵、分配器、提升液壓缸、傾斜液壓缸。用以實(shí)現(xiàn)貨物的升降、傾斜等動(dòng)作。
(6) 電氣系統(tǒng)：包括電源部分和用電部分。主要有蓄電池、發(fā)電機(jī)、起動(dòng)電動(dòng)機(jī)、點(diǎn)火裝置、照明裝置和喇叭等。
如設(shè)計(jì)題目，本設(shè)計(jì)只分析了工作裝置及液壓系統(tǒng)兩部分，如圖2.1：
圖2.1 叉車升降機(jī)的工作裝置及液壓系統(tǒng)
2.1 部件簡(jiǎn)介及設(shè)計(jì)要求
2.1.1 門架
門架是叉車工作裝置的重要組成部分，負(fù)責(zé)貨物的起升及相應(yīng)的裝卸、堆垛動(dòng)作，最常見的叉車門架是由內(nèi)、外兩節(jié)組成。內(nèi)外門架各有兩根立柱，立柱是門架承載的主要構(gòu)件，也是叉架(或內(nèi)門架)作升降運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌。左右立柱之間連以橫梁，構(gòu)成“”形框架。外門架的立柱多數(shù)為槽形截面，內(nèi)門架立柱的截面型式較多，有槽形、工字形和其他異形形狀。立柱截面的周邊都不封閉，桿件的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于截面的高度和厚度，因此，它們屬于力學(xué)上的開口薄壁桿范疇。
加工要求：門架布置在車的前方，在前軸前邊，內(nèi)、外門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，是影響叉車抵抗向前翻倒的能力的不利因素。
設(shè)計(jì)要點(diǎn)：一是在保證工作裝置正常工作前提下，要盡可能地將其布置得靠近前軸；二是為保證司機(jī)視野，叉車無載行駛下，司機(jī)能看見貨叉叉尖，且在貨叉由地面升起至頂端的整個(gè)過程中，司機(jī)都能很好地觀察貨叉上貨物的情況。
門架部分參數(shù)見下表2.1：
表2.1 門架參數(shù)
額定起重量
kg
2000
載荷中心距
mm
500
尺 寸
最大貨叉高度
mm
3000
貨叉架
ISO標(biāo)準(zhǔn)型
Ⅱ級(jí)
貨叉厚度
T
mm
40
貨叉寬度
W
mm
120
貨叉長(zhǎng)度
L
mm
1000
貨叉間距范圍
最小～最大
mm
200～920
門架前后傾角
前傾/后傾
6°/10°
速 度
最大行駛速度（無載）
km/h
11
起升速度（滿載）
mm/s
220
2.1.2 貨叉
（1）貨叉的構(gòu)造
貨叉是叉車的最基本和最通用的取物裝置，貨叉裝在叉架上。它的外形是一個(gè)L形桿件，分為水平段和垂直段兩部分。在叉車叉取貨物時(shí)，貨叉的水平段用來插入貨物或托盤的底部，叉起后，用來承載貨物。因此，貨車水平段的上表面必須水平，并且貨叉前端逐漸變窄，叉尖兩側(cè)帶有圓弧，這樣有利于是貨叉插入貨物底部，叉取貨物，貨叉的垂直段用來與叉架連接。
（2）叉架
叉架又名滑架，它的作用是安裝貨叉或其他的工具屬具，并帶動(dòng)貨物一起升降。
根據(jù)叉架在門架系統(tǒng)中的相關(guān)位置，貨物的重量靠叉架傳給起重鏈條，貨物重量產(chǎn)生的力矩通過叉架傳給門架，鏈條帶動(dòng)叉架升降時(shí)，叉架要可靠地沿著門架導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。
2.1.3 鏈條鏈輪
叉車采用鏈條作為撓性件。常見的有套筒滾子鏈和片式鏈。由于片式鏈的承載能力較強(qiáng)，因此采用片式鏈比較普遍。鏈條通常有兩個(gè)一端固定在叉架上，另一端固定在外門架橫梁上或起升液壓缸上部。鏈條不動(dòng)的部分可以用桿來代替。鏈條的一端裝有調(diào)節(jié)螺栓和螺母，用來調(diào)整長(zhǎng)度，以便均衡載荷。鏈輪位于內(nèi)門架上橫梁或浮動(dòng)橫梁的兩側(cè)。鏈輪在這里起的不是傳動(dòng)作用，而是滑輪的作用，所以是不帶齒的。
2.1.4液壓系統(tǒng)
（1）液壓系統(tǒng)有5個(gè)液壓缸組成，分別為兩個(gè)起升液壓缸，剛性連接以保證同步；兩個(gè)傾斜液壓缸，同樣剛性連接以保證同步；一個(gè)轉(zhuǎn)向液壓缸控制叉車后輪轉(zhuǎn)向。
（2）叉車轉(zhuǎn)向由司機(jī)操作方向盤使油液經(jīng)轉(zhuǎn)向器再進(jìn)入轉(zhuǎn)向缸，控制叉車后輪轉(zhuǎn)向；轉(zhuǎn)向器是一個(gè)隨動(dòng)原件，他能根據(jù)方向盤的輸入角度的大小經(jīng)過反饋元件對(duì)車輪轉(zhuǎn)角進(jìn)行自動(dòng)控制。
（3）升降缸為柱塞缸，其用來控制貨物的升降。傾斜缸用來控制叉車門架的前傾和后傾。
2.2各部件的運(yùn)動(dòng)與安裝關(guān)系
貨叉掛在叉架橫梁上，叉架以起升油缸為動(dòng)力，受鏈條的牽引，并以其縱、側(cè)向滾輪為“車輪”，以內(nèi)門架為“活動(dòng)導(dǎo)軌”作升降運(yùn)動(dòng)；內(nèi)門架則受起升液壓缸的頂推，也以其縱、側(cè)向滾輪為“車輪”，以外門架2為“固定導(dǎo)軌”而升降；外門架的下鉸坐鉸接在車架上，中部靠?jī)蓚€(gè)并列的傾斜液壓缸來實(shí)現(xiàn)整個(gè)門架系統(tǒng)的前、后傾動(dòng)作。起升液壓缸分成兩個(gè)，下端以半球面支承在外門架后側(cè)，中部受外門架“扶持”，上端頂在一個(gè)浮動(dòng)橫梁上，自由提升結(jié)束后即與內(nèi)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(dāng)于固定在外門架上），中部繞過固定在浮動(dòng)橫梁上的鏈輪后，另一端掛住叉架。
3 貨叉的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 貨叉基本參數(shù)和尺寸的確定
貨叉的主要尺寸有貨叉水平段長(zhǎng)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)
8
太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
圖3.1 貨叉的結(jié)構(gòu)和尺寸
貨叉尺寸主要取決于起重量Q、載荷中心距c，根據(jù)選題，已知起重量Q=2.0 T，查文獻(xiàn)知貨叉的基本參數(shù)和尺寸為：
表3.1 叉車的基本參數(shù)和尺寸
載荷中心距離
貨叉長(zhǎng)度
貨叉垂直高度
貨叉斷面尺寸
貨叉兩鉸支點(diǎn)中心距
貨叉外伸距
據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇材料為40Cr鋼，熱處理工藝選用調(diào)質(zhì)處理40Cr鋼屈服強(qiáng)度。
3.2 貨叉的計(jì)算簡(jiǎn)圖
按照貨叉和叉架的聯(lián)接形式，上支承可簡(jiǎn)化為活動(dòng)鉸支座。按照這種簡(jiǎn)化，貨叉可看作一次超靜定剛架。同時(shí)考慮到掛鉤型貨叉上部的掛鉤處有安裝間隙，并非絕對(duì)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，故貨叉又可簡(jiǎn)化為支承在兩個(gè)鉸接支座上的靜定剛架。
圖3.2 一次超靜定剛架計(jì)算簡(jiǎn)圖 圖3.3 靜定剛架計(jì)算簡(jiǎn)圖
這兩種計(jì)算簡(jiǎn)圖，在載荷P力作用下，貨叉的危險(xiǎn)截面均在支座以下的垂直段，其應(yīng)力狀態(tài)相同，強(qiáng)度相等。但貨叉垂直段的受力情況不同，導(dǎo)致變形不同。按靜定鋼架計(jì)算時(shí)，變形量稍大， 偏于安全， 故貨叉的強(qiáng)度和剛度均按靜定剛架進(jìn)行計(jì)算。
3.3 貨叉的強(qiáng)度驗(yàn)算
（a） 計(jì)算簡(jiǎn)圖 (b) 彎矩圖 (c) 拉力圖
圖3.4 貨叉強(qiáng)度計(jì)算簡(jiǎn)圖
從貨叉所受的集中載荷P力作用的內(nèi)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(xiǎn)截面支座在垂直段下部靠近轉(zhuǎn)彎處，其最大應(yīng)力為：
(式3-1）
式中
P——貨叉的計(jì)算載荷，； C——載荷中心距，；
W——抗彎截面模量，；
F——危險(xiǎn)截面面積，；
——許用應(yīng)力，，n為安全系數(shù)。
3.3.1計(jì)算載荷P的確定
（式3-2）
式中
Q—叉車額定起重量，Q=2000KG=19600N
K1—?jiǎng)虞d荷系數(shù)，取K1=1.2； K2—偏載荷系數(shù)，取K2=1.3.
由此得出
3.3.2 安全系數(shù)n的確定
安全系數(shù)的選取, 與貨叉的計(jì)算載荷大小、動(dòng)載荷系數(shù)和偏載荷系數(shù)的選取密切相關(guān)。如果計(jì)算載荷比較準(zhǔn)確, 安全系數(shù)可以取較小數(shù)值。否則，安全系數(shù)應(yīng)取較大數(shù)值。
強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，安全系數(shù)應(yīng)滿足以下條件
其中
n—強(qiáng)度安全系數(shù)；—材料屈服極限；—危險(xiǎn)截面處應(yīng)力（即最大正應(yīng)力）；
此次設(shè)計(jì)選擇安全系數(shù)為n=3。
3.3.3 計(jì)算最大正應(yīng)力
， （式3-3）
3.3.4 強(qiáng)度驗(yàn)算
把數(shù)據(jù)代入式3-1, 得出
因?yàn)?所以貨叉滿足強(qiáng)度條件。
3.4 貨叉的剛度校核
貨叉剛度計(jì)算的目的，是確定貨叉水平段在靜載荷作用下的變形，通常已叉尖或載荷中心處的垂直靜撓度作為計(jì)算值。撓度越小，貨叉的剛度越大。
進(jìn)行貨叉的剛度計(jì)算時(shí)，不考慮貨叉偏載和動(dòng)荷系數(shù)，通常校核叉尖處的靜撓度，把貨叉在工作時(shí)的正常載荷作為計(jì)算載荷（）, 按等截面靜定剛架來計(jì)算又尖處的撓度，計(jì)算方法用彎矩圖乘法（圖3.5）。
（a）計(jì)算圖 （b）外載荷作用下彎矩圖（MP） （c）單位力作用下彎矩圖
圖3.5 貨叉剛度計(jì)算圖
由此可得叉尖的撓度
（式3-4）
式中
J——貨叉的截面慣性矩；
——貨叉的彈性模量，；
——叉尖允許撓度.
代人數(shù)據(jù), 得出
叉尖的許用撓度為
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(lián)接形式, 通常有整體式和非整體式兩種。非整體形式的聯(lián)接方法, 又有焊接和螺栓聯(lián)接等形式。由于焊接形式貨叉制造容易, 安裝拆卸方便, 所以, 貨叉與掛鉤的聯(lián)接多采用非整體的焊接形式。
3.6 貨叉與掛鉤焊接強(qiáng)度驗(yàn)算
掛鉤尺寸根據(jù)ISO2328-77標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(qiáng)度驗(yàn)算
掛鉤的水平段受彎矩和拉力, 垂直段受彎矩。根據(jù)起重機(jī)焊接強(qiáng)度的計(jì)算規(guī)范, 由拉伸應(yīng)力和剪切應(yīng)力所組成的復(fù)合應(yīng)力, 按等效應(yīng)力來進(jìn)行計(jì)算, 其計(jì)算公式為
（式3-6）
式中
——掛鉤所受的水平力, N；
——焊縫總長(zhǎng)度，cm；
——所受垂直力，N。
代入數(shù)據(jù), 得出
則
貨叉與掛鉤焊接的焊條選用TB13-2, 焊條的抗拉強(qiáng)度,焊條的許用應(yīng)力
由于
所以，貨叉與掛鉤滿足焊接強(qiáng)度條件。
4 叉架的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 叉架
叉架又名滑架，它的作用是安裝貨叉或其他工作屬具，并帶動(dòng)貨物一起升降。下圖是最常見的焊接插架構(gòu)造圖。貨叉1對(duì)稱的裝在上橫梁2上，貨叉間的距離可以調(diào)整，以適應(yīng)貨物體積大小的需要，貨叉在叉架上的位置有定位器7固定。上橫梁2和下橫梁3通過兩塊豎版與滾輪架4焊成一體。在滾輪架的兩個(gè)外側(cè)，裝有滾輪5和側(cè)向滾輪6.滾輪沿內(nèi)門架的邊沿滾動(dòng)。當(dāng)叉架由于貨叉偏載，或在其他側(cè)向力作用下引起歪斜是，側(cè)向滾輪就參加工作，將側(cè)向力傳給內(nèi)門架的腹板，保證叉架平穩(wěn)的升降。
圖4.1 叉架的構(gòu)造
4.1.1 叉架的計(jì)算
Q是叉車額定起重量，e表示或差的偏載距離，P是每個(gè)貨叉的最大工作載荷，是貨叉作用在叉架上的水平力，是叉架滾輪所受的力，是由于叉架偏斜時(shí)側(cè)向滾輪所受的力，S是重鏈條的拉力。受力簡(jiǎn)圖如圖4-2：
叉架上橫梁靠近懸臂根部截面是危險(xiǎn)截面，危險(xiǎn)截面上A點(diǎn)和B點(diǎn)事應(yīng)力最大的點(diǎn)，如圖4.3：
圖4.3 （a）叉架計(jì)算簡(jiǎn)圖
圖4.2 叉架受力簡(jiǎn)圖 （b）x方向上彎矩正應(yīng)力 （c）y方向上彎矩正應(yīng)力
如圖4.3所示，叉架上橫梁靠近懸臂根部截面是危險(xiǎn)截面，危險(xiǎn)截面上A點(diǎn)和B點(diǎn)事應(yīng)力最大的點(diǎn)。
作用在垂直面內(nèi)的彎矩
作用在水平面內(nèi)的彎矩
,為載荷中心距，為貨叉厚度，為橫梁厚度
截面扭矩
A點(diǎn)的應(yīng)力：
（式4-1）
式中
______對(duì)x軸的抗彎截面模量
______對(duì)y軸的抗彎截面模量
取 h=120mm、f=400mm、L=200mm，b=40mm代入式4-1中，得：
所以，叉架滿足設(shè)計(jì)要求。
4.2 鏈條及鏈條滑輪組的選取
4.2.1 鏈條及滑輪組
叉車采用鏈條作為撓性件。常見的有套筒滾子鏈和片式鏈。由于片式鏈的承載能力較強(qiáng)，因此采用片式鏈比較普遍。鏈條通常有兩個(gè)一端固定在叉架上，另一端固定在外門架橫梁上或起升液壓缸上部。鏈條不動(dòng)的部分可以用桿來代替。鏈條的一端裝有調(diào)節(jié)螺栓和螺母，用來調(diào)整長(zhǎng)度，以便均衡載荷。鏈輪位于內(nèi)門架上橫梁或浮動(dòng)橫梁的兩側(cè)。鏈輪在這里起的不是傳動(dòng)作用，而是滑輪的作用，所以是不帶齒的。
鏈條導(dǎo)向滑輪組的作用是支承鏈條，并改變鏈條的走向。因?yàn)椴孳嚥恍枰ㄟ^鏈輪輸出扭矩或傳遞運(yùn)動(dòng)，故采用構(gòu)造簡(jiǎn)單的光面滑輪就能滿足要求，不必使用齒形鏈輪。
其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4.4所示：
b=36mm M=20mm
D=90mm C=108mm
d=64mm H=142mm
圖4.4 鏈條滑輪組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 d1=100mm d2=25m
d3=8.3mm
5 液壓叉車門架的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1 門架系統(tǒng)的構(gòu)造原理
21
內(nèi)、外門架是各自分別有左右兩根立柱，通過上中下不同數(shù)量的橫梁連接而成的門式框架。立柱既是門架承載的主要構(gòu)件，又是叉架或內(nèi)門架作升降運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌。立柱截面有槽形，工字形和其他異形形狀，材料多為低合金鋼。左右兩立柱通過二到三根橫梁連接，構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)，然后嵌套在一起，依靠裝在內(nèi)外門架上的滾輪，使內(nèi)外門架沿著外門架立柱滾動(dòng)。當(dāng)使用不同形狀截面的型鋼做門架立柱時(shí)，會(huì)有多種內(nèi)外門架立柱的并列組合。本次設(shè)計(jì)采用CL型內(nèi)外門架的框形結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖5-1。
圖5.1 叉車門架結(jié)構(gòu)
1——外門架 ； 2——外門架下部支座 ； 3——傾斜油缸活塞桿連接板；
4——導(dǎo)向支承滾輪； 5——門架上部側(cè)向滾輪； 6——外門架上橫梁；
7——內(nèi)門架； 8——導(dǎo)向螺栓； 9——門架下部滾輪； 10——門架下部側(cè)向
外門架立柱是槽型截面，左右立柱的上、中、下連有三根橫梁，使門架成為外形封閉的超靜定框架，立柱下端是與前橋鉸接的部分軸瓦。外門架上橫梁的立柱端部裝有縱向主滾輪和側(cè)向滾輪，中橫梁上的板與傾斜的液壓缸的活塞桿連接，下橫梁部分軸瓦的內(nèi)側(cè)有起升液壓缸的支座。另外要注意門外門架的上中下橫梁的安裝位置，不能相互之間發(fā)生干涉作用，影響門架的運(yùn)動(dòng)。滾輪的布置有固定間距式和可變間距式。本次設(shè)計(jì)采用固定間距式。
起升限位，為了防止起升到最大高度時(shí)叉架沖出，通常在門架上橫梁處設(shè)置擋塊作為起升限位裝置，對(duì)應(yīng)叉架上的相應(yīng)部位。
自由提升是指在內(nèi)門架頂端不伸出外門架頂端時(shí)，也就是叉車的最低結(jié)構(gòu)高度不增加的情況下，貨叉提升，其水平段上表面距離地面的最大高度。自由提升要靠門架構(gòu)造來實(shí)現(xiàn)，具有自由提升的門架裝置，能改善叉車運(yùn)行的通過性，還能在低矮的倉(cāng)庫(kù)、船艙內(nèi)作業(yè)。
升降系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過程上個(gè)不同階段。第一階段為自由起升，該過程起升液壓缸活塞生出，通過鏈輪、鏈條帶動(dòng)叉架、貨叉上升，內(nèi)門架不動(dòng)；第二階段為同步運(yùn)行，即內(nèi)門架被起升液壓缸活塞推動(dòng)，以相同的速度起升；第三階段為趕超階段，即當(dāng)叉架運(yùn)行到內(nèi)門架的上橫梁或限位塊，但貨叉還未達(dá)到最大起升高度，內(nèi)門架滾輪也為到達(dá)外門架的上限位置，這時(shí)液壓缸繼續(xù)升起，鏈條帶動(dòng)叉架，叉架通過內(nèi)門架的限位塊使其一同上升。因該階段內(nèi)門架的速度等于活塞速度的兩倍，運(yùn)動(dòng)中內(nèi)門架與活塞頂端之間又逐漸恢復(fù)開始起升時(shí)相距的高度，當(dāng)貨叉達(dá)到最大起升高度，整個(gè)階段結(jié)束，起升過程完成。
5.2 門架的強(qiáng)度計(jì)算
本設(shè)計(jì)選擇門架材料為16Mn，其剪切彈性模量為:G=8.4×105Kg/cm2，彈性模量為：E=2.1×106Kg/cm2。 抗拉、抗壓， 抗剪， 屈服點(diǎn)。
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(dāng)叉車滿載、貨叉起升到最大高度、門架前傾最大角度時(shí)，門架受力最大。在與門架垂直的平面內(nèi)，取叉架為自由體，即可求出內(nèi)門架對(duì)又架滾輪的反壓力Pl、P2。
其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖5.2
圖5.2 受力及分析簡(jiǎn)圖
(a) 門架受力情況 (b) 叉架受力情況 (c) 內(nèi)門架受力圖
(d) 內(nèi)門架立柱彎矩圖 (e) 外門架受力圖 (f) 外門架立柱彎矩圖
式中
Q——額定起重量；
G1——貨叉和叉架的自重；
太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
S——鏈條總拉力；
——門架最大前傾角度；
K——?jiǎng)恿d荷系數(shù)，K=K1（動(dòng)載荷系數(shù)）×K2（偏載荷系數(shù)）。
其中Q=2000 Kg、 、G1=250Kg、、、、、、。
代入上式得到
由上可得出，鏈條拉力S對(duì)滾輪中心產(chǎn)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(chǎn)生的力矩?cái)?shù)值上可達(dá)貨物重量力矩的1/10～1/7。因此在設(shè)計(jì)叉架時(shí)，盡量增大。
5.3 計(jì)算滾輪壓力
內(nèi)門架承受有叉架滾輪和門架滾輪作用的集中力，門架自重的影響很小，可不計(jì)。門架滾輪所作用的力 和 ,按下式計(jì)算：
其中：
代入上式，得：
，。
5.4 門架立柱截面幾何性質(zhì)
22
圖 5.3 門架立柱截面幾何性質(zhì)
(a) 立柱截面簡(jiǎn)圖 (b) 扇形坐標(biāo)
此次設(shè)計(jì)起重量為2000Kg， 根據(jù)《機(jī)械課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇槽鋼型號(hào)為16a，其相應(yīng)截面尺寸分別為：h=15.2cm、 t1=1.4cm、 t2=1.8cm、 b=5.2cm, 各參數(shù)值見表5-1。
表5.1 門架立柱截面尺寸參數(shù)表
名稱
符號(hào)
單位
數(shù)值
截面面積
F
cm2
32.44
形心
X0
cm
1.19
彎曲中心
XA
cm
1.88
截面慣性矩
Jx
cm4
1490.98
Jy
cm4
109.53
截面抗彎模量
Wx
cm3
175.41
Wy
cm3
27.31
純抗扭慣性矩
JK
cm4
39.42
扇性慣性矩
cm6
4445.07
5.5 內(nèi)門架強(qiáng)度計(jì)算
將內(nèi)門架按一端鉸支、一端自由的薄壁桿來計(jì)算。在垂直于門架的平面內(nèi)，由
24
于滾輪的集中作用，計(jì)算門架立柱中產(chǎn)生的最大彎矩。
門架前傾最大角度時(shí)，滾輪最大壓力比門架直立時(shí)大約增加10%，但同時(shí)鏈條拉力產(chǎn)生的力矩能使壓力減小1/7~1/10,為使計(jì)算簡(jiǎn)化，將其忽略，按門架直立、內(nèi)門架全升，貨架滿載起升到頂，載荷對(duì)稱作用考慮。
在垂直門架的平面內(nèi)，滾輪作用在內(nèi)門架上的力可以轉(zhuǎn)化為一個(gè)通過截面彎曲中心的集中力和力矩，前者使立柱受彎，后者使立柱受扭。其中最大彎矩發(fā)生在內(nèi)外門架間上部滾輪處的截面上（圖5.2 c、d）。不考慮門架前傾影響。因此，截面B的計(jì)算彎矩可寫為：
（1）整體彎曲正應(yīng)力可寫為：
已知許用彎曲應(yīng)力為（取N值為4）：
，故可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
（2）整體彎曲剪應(yīng)力
式中：
P——截面剪力，Kg；
S——所求應(yīng)力點(diǎn)以外的截面面積對(duì)中性軸的靜矩，cm3；
Jx——截面對(duì)中性軸X的慣性矩，cm4;
得到
許用剪切應(yīng)力為：
由知滿足要求。
25
5.6 外門架強(qiáng)度計(jì)算
外門架是由左右立柱和多根橫梁組成的外形封閉的復(fù)雜剛架結(jié)構(gòu)。由于通過立柱與橫梁的彎曲中心的縱軸不在同一平面內(nèi)，因此外門架并不是一個(gè)平面薄壁框架。
在外載荷作用下，外門架立柱產(chǎn)生的彎曲變形和約束扭轉(zhuǎn)變形與內(nèi)門架立柱相似。我們同樣也把外門架簡(jiǎn)化為單根立往計(jì)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(nèi)的整體彎曲，不考慮門架前傾的影響.，從門架下滾輪接觸點(diǎn)至立柱與傾斜油缸連接處的一整段內(nèi)，都承受最大彎矩Mbmax的作用。門架滾輪壓力對(duì)外門架立柱還產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn)。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(zhuǎn)動(dòng)。
外門架強(qiáng)度計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖，危險(xiǎn)截面在D點(diǎn)。知H0=1866mm、h0=520mm、h1=480mm。
圖5.4 外門架強(qiáng)度計(jì)算簡(jiǎn)圖
5.6.1 計(jì)算D點(diǎn)整體彎曲
鏈條拉力S對(duì)起升油缸產(chǎn)生力矩，通過活塞桿及內(nèi)門架使門架滾輪壓力增加，門架彎曲增加。
27
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(diǎn)最大彎矩為：
則整體彎曲應(yīng)力為：
前面已經(jīng)得到，許用彎曲應(yīng)力為:
由可知，符合要求。
（式5-10）
29
同樣，已由前面得到局部許用彎曲應(yīng)力：
由知，符合要求。
5.7 門架剛度計(jì)算
5.7.1 門架剛度的計(jì)算狀態(tài)
門架的剛度條件是指當(dāng)滿載的貨叉起升到最大高度，前傾至最大角度時(shí)，門架頂端的水平撓度應(yīng)小于許用值。門架計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖5-5所示。
圖5.5 門架剛度計(jì)算狀態(tài)簡(jiǎn)圖
其中各已知參數(shù)分別為：
起重量Q=2000Kg、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=370mm、H0=1866mm、H1=1830mm、H=3211mm C0=380mm、C1=300mm、l0=665mm、l1=260mm。
滑架通過滾輪傳給內(nèi)門架和力按下式計(jì)算，參看圖5.6
圖5.6 門架計(jì)算簡(jiǎn)圖
可以把力P1、P2對(duì)門架的作用分解為一個(gè)力偶與一個(gè)集中力，內(nèi)門架端部力偶以M1表示，外門架端部的力偶以M0來表示
伸縮式門架在端部力偶和集中力作用下，端部產(chǎn)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(nèi)門架端部水平位移f1和內(nèi)門架繞外門架端部轉(zhuǎn)動(dòng)角在內(nèi)門架端部引起的水平位移，。
式中
、——力偶M作用在外門架端部產(chǎn)生水平位移和轉(zhuǎn)角；
、——集中力P1-P2作用在外門架端部產(chǎn)生水平位移和轉(zhuǎn)角；
、——由力偶M及集中力P1-P2作用在內(nèi)門
圖5-7 轉(zhuǎn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
架端部的產(chǎn)生的水平位移。
5.7.2 確定門架端部產(chǎn)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(chǎn)生水平位移fM0:
（式5-14）
圖5.8 外門架計(jì)算簡(jiǎn)圖
同樣，由力偶M1作用在內(nèi)門架端部產(chǎn)生的水平位移fM1為：
（式5-15）
力偶M0作用下，內(nèi)門架繞外門架端部轉(zhuǎn)動(dòng)角度可參照?qǐng)D5-10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(nèi)門架端部水平位移f1p為：
由于集中力P1-P2的作用，在外門架的端部使內(nèi)門架繞外門架端部而轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的角度為：
（式5-16）
5.7.3 校核撓度
通過上面的計(jì)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(chǎn)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(jié)
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(gòu)件。由于滾輪壓力不通過立柱截面彎心，必然產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn)。計(jì)算表明，約束扭轉(zhuǎn)的正應(yīng)力與整體彎曲正應(yīng)力為同一量級(jí)，不容忽視。
2.內(nèi)、外門架的計(jì)算簡(jiǎn)圖與橫梁數(shù)目和橫梁剛度有關(guān)。內(nèi)門架按形薄壁剛架和一端鉸支、一端自由的薄壁桿計(jì)算，約束扭轉(zhuǎn)正應(yīng)力的差別不大于10%。為減少計(jì)算工作量，可按單根薄壁桿計(jì)算。將外門架簡(jiǎn)化為單根薄壁桿計(jì)算時(shí)，支座約束的假定對(duì)約束扭轉(zhuǎn)正應(yīng)力影響不大，差值一般在3～10%的范圍內(nèi)，因此可按比較簡(jiǎn)單的二跨連續(xù)梁的簡(jiǎn)圖計(jì)算。
3.立柱截面中的剪應(yīng)力與正應(yīng)力相比，數(shù)值較小，約束扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力更可忽略不計(jì)?？紤]到滾輪壓力對(duì)立柱冀緣還要產(chǎn)生局部彎曲作用，因此門架立柱截面應(yīng)在滿足制造工藝要求的條件下，使腹板減薄，冀緣加厚。
4.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?yàn)橥忾T架是內(nèi)門架的基礎(chǔ)，外門架端部的水平變位和轉(zhuǎn)角都會(huì)導(dǎo)致內(nèi)門架端部的水平位移。因此從增強(qiáng)門架剛性的要求出發(fā)，外門架應(yīng)采用比較剛強(qiáng)的結(jié)構(gòu)。
6 滾輪組件的安裝及計(jì)
6.1 內(nèi)門架與外門架滾輪的設(shè)計(jì)
導(dǎo)行滾輪分為縱向及側(cè)向兩組，各由四個(gè)滾輪組成。前者在垂直于門架的平面內(nèi)，而后者在門架自身的平面內(nèi)起傳力和導(dǎo)行作用。它們的構(gòu)造示于圖6-1上?？v向滾輪受力較大，故直徑也大且用滾動(dòng)軸承，側(cè)向滾輪受力小，直徑也小，故用動(dòng)
軸承或滾針 。
（a）縱向滾輪 （b）側(cè)向滾輪
圖6.1 滾輪構(gòu)造
6.1.1 軸的計(jì)算
滾輪軸在門架上升或下降時(shí)主要受切應(yīng)力，所以要根據(jù)軸的切應(yīng)力條件來計(jì)算。對(duì)于圓形截面梁，由切應(yīng)力互等定理可以知道，在橫截面邊緣各點(diǎn)處切應(yīng)力與周邊相切。因此即使在平行于中性軸的同一橫線上，各點(diǎn)處切應(yīng)力也不盡相同，但經(jīng)過分析表明，圓截面上最大彎曲切應(yīng)力仍發(fā)生在其中性軸上，并可近似認(rèn)為在中性軸上各點(diǎn)處的切應(yīng)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(yīng)力為：
已知
及
于是可得
式中
R——圓形截面的半徑，mm；
IZ——圓形截面對(duì)中性軸的慣性矩，mm3；
SZ,max——半圓截面對(duì)中性軸的靜矩，mm3；
40
該軸的材料選用45號(hào)鋼，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可以查到[]=30～40MPa，取[]=35 MPa。由
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(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇深溝球軸承，代號(hào)為6405，尺寸見表6.1：
表6.1 6405軸承相關(guān)尺寸
名稱
單位
符號(hào)
量值
基本尺寸
mm
d
25
Ｄ
80
B
21
da(min)
34
Da(max)
71
ra(max)
1.5
其他尺寸
mm
d2≈
42.3
D2≈
62.7
r(min)
1.5
基本額定靜載荷
KN
Co
38.2
基本額定動(dòng)載荷
KN
C
19.2
極限轉(zhuǎn)速
(r/min)
脂
8500
極限轉(zhuǎn)速
(r/min)
油
11000
重量
kg
W≈
0.529
6.1.3 導(dǎo)輪的設(shè)計(jì)
門架的寬度為121mm，軸承的外徑為80mm，為了使門架在運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠平穩(wěn)，故此導(dǎo)輪的的內(nèi)徑為80mm，外徑為120mm
6.1.4 軸用擋圈
根據(jù)軸的尺寸選擇軸用擋圈，尺寸參數(shù)如表6.2：
軸徑 d0
25
mm
d
基本尺寸
23.2
mm
極限偏差
(+0.21,-0.42)
s
基本尺寸
1.2
mm
極限偏差
(+0.05,-0.13)
d1
2
mm
b
3.32
mm
h
3.32
mm
溝槽 d2
基本尺寸
23.9
mm
極限偏差
(0,-0.21)
溝槽 m
基本尺寸
1.3
mm
極限偏差
(+0.14,0)
溝槽 n
≥
1.7
mm
孔 d3
≥
35
mm
表6.2 軸用擋圈尺寸
6.1.5 孔用擋圈
根據(jù)導(dǎo)輪內(nèi)徑的尺寸選擇孔用擋圈，其尺寸如表6.3：
表6.3 孔用擋圈尺寸
孔徑
d0
80
mm
D
基本尺寸
85.5
mm
極限偏差
(+1.30,-0.54)
S
基本尺寸
2.5
mm
極限偏差
(+0.07,-0.22)
d1
3
mm
b
6.8
mm
溝槽 d2
基本尺寸
83.5
mm
極限偏差
(+0.35,0)
溝槽 m
基本尺寸
2.7
mm
極限偏差
(+0.14,0)
軸d3
≤
63
mm
7 起升液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
7.1 液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介
液壓系統(tǒng)除油箱及其管路外，由工作/ 轉(zhuǎn)向油泵和電機(jī)作為動(dòng)力元件，多路換向閥，限速閥等作為控制元件，油缸作為執(zhí)行元件。
液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件主要可分三部分：
（1）為了升降貨物配有起升油缸。
（2）為使裝貨的框架能前后傾斜，以利于搬運(yùn)和行走方便使用傾斜油缸。
（3）轉(zhuǎn)向油缸和全液壓轉(zhuǎn)向器。
油泵輸出的壓力油分別進(jìn)入到工作裝置和轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)，通過前后傾手柄使多路換向閥的滑閥移動(dòng)以改變液壓油的流動(dòng)方向，從而控制升降油缸與門架傾斜油缸，實(shí)現(xiàn)起重貨架和門架的前后傾斜。另一個(gè)油路是油液經(jīng)轉(zhuǎn)向油泵與電機(jī)到全液壓轉(zhuǎn)向器控制轉(zhuǎn)向油缸；最后油液將再度重返油箱如此不斷循環(huán)，液壓系統(tǒng)是叉車工作過程中的重要環(huán)節(jié)。
7.2 設(shè)計(jì)方案
雙泵驅(qū)動(dòng)即工作裝置與轉(zhuǎn)向裝置均采用齒輪泵（成本低）變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，雙作用活塞式傾斜油缸，油路布置為：開式油箱與非上置式泵站分布于兩側(cè)，兩個(gè)傾斜油缸布置于外門架兩側(cè)，兩個(gè)起升油缸位于門架兩側(cè)（視野開闊），控制閥位于駕駛員右方（操縱方便）；出油口采用網(wǎng)式濾油器（結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通油能力大，壓力損失小，清洗方便）。
表7.1 2.0t液壓叉車液壓系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)
額定起重量Q
2000Kg
載荷中心距C
500mm
起升高度H
3000mm
門架傾角（前傾α/后傾β）
6°/10°
最大起升速度(滿載)V升
300～400mm/s
最大運(yùn)行速度(滿載)V行
10Km/h
最小離地間隙δ
100mm
（
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