手动液压叉车设计说明书

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手动液压叉车课程设计设计报告

课程: 专业综合实践班级: 机自3093 学院: 机械工程学院指导老师: 吴彦农设计: 王晓波王彬谷泓毅日期: 2012.12.30

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叉车设计摘要

叉车是物流系统中最常用的装卸、搬运设备。本文介绍了世界范围内叉车的市场，叉车发展趋势以及叉车的结构特点，了解液压起重机械设计的主要参数:根据液压起重机械的特点，设计液压手动叉车参数有:起重量、跨距、幅度起重高度、各机构的工作速度及起重机各机构的工作类型。叉车的主要参数首先由使用单位根据生产需要提出，具体数字应按国家标准或工厂标准来确定，同时也要考虑到制造厂的现实生产条件。因此，在确定参数时应当进行调查研究，充分协商和慎重确定。

现代叉车技术发展的主要趋势是充分考虑舒适性、安全可靠性和可维护性 ,产品专业化、系列多样化,大量应用新技术,完善操控系统,重视节能和环保 ,全面提升产品的性能和品质。

通过对国际国内叉车造型设计的现状分析运用工业设计的理论和方法，研究了叉车造型设计的要素及设计原则:造型要求简洁明快、线条流畅，以体现车身的力度感与坚实稳重的感;色彩(力求单纯，给人以轻松、愉悦的感觉，主色调以明度较高的黄色、橙色为宜;车身前后左右要求有宽大的玻璃，仪表具有良好的可读性。研究结果对叉车设计具有重要的实际指导意义。

关键词:叉车;载重;提升机构

第 1章绪论

1.1课题发展现状和前景展望

叉车是应用十分广泛的流动式装卸搬运机械，是物料搬运机械(国外称为工业车辆或地面运输车辆)的一种，是实现物流机械化作业，减轻工人搬运劳动强度，提高作业效率的主要工具。叉车又名铲车、万能装卸车或自动装卸车。它是由在无轨底盘上加装专用装卸工作装置构成的。叉车具有通用性强、机动灵活、活动范围大等特点，所以它广泛用于车站、港口码头、机场、仓库以及工矿企业等部门，用来实现机械化装卸、堆垛和短距离运输，是物流系统不可缺少的机械设备。而叉车中进行装卸作业的直接工作的装置是叉车起重系统，货物的卸放、堆垛最终都是由其完成的，所以它是叉车最重要的组成部分。在我国国民经济的发展中，各行各业对叉车的需求量逐年增加。据国家权威机构研究预测，在今后几年我国叉车年需求量将超过15万台。叉车产业市场潜力巨大，发展前景广阔。

1.2课题主要内容和要求

实验室提供液压千斤顶，螺旋千斤顶实物样品，要求参照其工作原理设计用于较重货物的装卸、移动的省力工具，通过3维CAD软件进行设计，产生主要零件的工程图，总装配图，工程图要有公差粗糙度要求，热处理要求，材料要求，编制主要零件的工艺过程卡。

1.3研究方法、步骤和措施

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2 - 绘制零件图完成设计说拆卸零件完成装配图

明书

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第二章参考图例及设计参数 2.1参考图形

2.2设计参考数据1 - 3 -

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2.3完成图例

第三章液压系统设计 3.1液压回路原理设计

为使液压缸结构紧凑，采用简单的液压回路。用下图作为原理图: 1 - 4 - 淮阴工学院

图2..4基于千斤顶的原理图

1. 6.液压缸

2.

3.单向阀

4.油缸

5.截止阀最后得出手动液压叉车液压回路原理如下

图2.5 液压回路原理图

1(6.液压缸 2.5.单向阀 3. 油箱4. 截止阀 3.2各液压元件的设计计算与校核

为使液压系统结构更紧凑、简洁，使液压系统集中在一个模块内，把各液压元件做成一体。把油箱与液压缸装配在同一圆心轴线内，把各油路与各阀等设计在液压缸的底座内。

3.2.1 液压缸的设计及计算

1.液压缸材料的确定

为使液压缸结构更紧凑、简洁, 液压缸材料采用高质量,具有高抗拉强度极限的材料,采用高质量的无缝钢管,材料为:45号钢制造,调质处理.

查《机械设计课程设计》表12-1，得

,,硬度为: 162-217HBS，抗拉强度为:=600MP 屈服极限为: =355MP aabs

2.大液压缸内腔直径的计算与确定

由上得知，液压系统的最大负荷为:F=45600N

P为使液压缸结构较小，取液压系统的设计压力尽量的高。初取液压系统的设计压力为:=17MPa max1 - 5 -

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4F因为，=F/A= (2.12) Pmax2D,

(A为液压缸内腔的有效面积，D为液压缸内腔的直径)

4F所以，D= (2.13) ,Pmax

4，45600= 3.14，17

=40.76mm

取液压缸内腔的直径为:D=42mm

所以, 液压系统的设计压力为:

4F =F/A= (2.14) Pmax2D,

4，45600= 23.14，50

=19MPa

3.液压缸外直径的计算与确定

,,为使液压缸结构较小，先把液压缸按薄壁计算。因为，D/10时，为薄壁PDy,又因为， (2.15) ,2,,,

(其中?16M时，= 16M时，=) PP1.25PP,P1.5PPyPymaxamaxmaxamax

所以 P=1.5=28.5 M PPymaxa

取按全系数为:n=5,

所以=/n=120 M ,,,P,ba

PDy,所以， (2.16) ,,,2,

28.5，50= 2，120

=6.0mm

,,所以，D/=50/6=8.310 为厚壁。

所以，要按厚壁计算，为使设计更准确一些，按第四强度理论计算得: 2222D，DD，D2222ww,,,,,，,,,,= (2.17) ，p，ptrtryy2222D,DD,Dww D(其中，为液压缸外直径) w

,,,P,取，安全系数为:n=5, 所以=/n=120 M 所以， ba

222,,，P4,3p,,,, D,D (2.18) w22,,,,3p

222120，194，120,3，19,50 22120,3，19

,59.3mm

D取，液压缸外直径为:=62mm w

3.2.2 油箱的设计

伸缩臂套的材料:选工程用铸造钢ZG310-570。

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淮阴工学院查《机械设计课程设计》表12-1，得

硬度为: ?153HBS，抗拉强度为:=570MP ,ab

为使液压系统结构更紧凑，把油筒与液压缸装配在同一圆心轴线内。

要求:油筒油面的最高高度不超过，油筒高度的80% 因为油路和阀中对油量的损耗，所以，估算，液压缸到达最高极限位置所需的油量为总油量的90%。

又因为，推程:S=520mm 液压缸内腔的直径:D=42mm 所以，液压缸到达最高极限位置所需的油量为:

12 (2.19) L,,DS缸4

3 ,1197125mm

,1.2升

所以，所需的最少油量为:

=/90%=1.2/90%=1.33升 LL需缸

所以，油箱的最小容积为:

=/80%=1.33/80%=1.66升 LL,L筒需缸

因为，油箱与液压缸装配在同一圆心轴线内，

122所以，,S(D,D),L (2.20) w筒筒4

液压缸外直径为:=62mm Dw

所以，油箱内腔的直径为:

L42筒D,，D (2.21) w筒,S

64，1.66，102，64 = 3.14，610

=83mm

取油箱的上直径内为87

3.2.3油路的设计

为使液压系统结构更紧凑、简洁，使液压系统集中在一个模块内，把各液压元件做成一体。把各油管路做

在液压缸的底座内。

油管路的管径不宜选得过大，以免使液压装置的结构庞大:但也不能选过小，以免使系统压力损失过大，

影响工作。

取，油道内径为:d=5mm

3.2.4 截止阀的设计

为使液压系统结构更紧凑、简洁，使液压系统集中在一个模块内，把各液压元件做成一体。把各阀等设计

在液压缸的底座内。

P因为，液压系统设计的最高压力为:=19MPa max

取，截止阀的开启系数为:n=1.1

所以，截止阀的开启压力为:

PP=n (2.22) max

=1.119 ，

21 MPa ,

所以，截止阀的开启力为:

12,dPF= (2.23) 4

12，3.14，5，21= 4

=412N

截止阀弹簧的设计:

取截止阀的弹簧的最大工作载荷为开启为的1.5倍。所以，截止阀的弹簧的最大作用载荷为:

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=1.5F=1.5412=618N F，max

1.根据工作条件选材料并确定其许用应力

因为弹簧在一般在静载荷条件下工作，可以按第三类弹簧(爱变载荷作用的次数1000次以下的弹簧)设计，

现选用碳素弹簧钢丝D级，并根据实际结构，估取弹簧钢丝的直径为3.0mm, 查《机械设计》表16-3，暂选=1710 MPa， ,B

-2，可知=0.5=0.5X1710=855MPa 根据《机械设计》表16,,,,B

第四章叉车主要结构设计

4.1货叉基本参数和尺寸的确定

hblab，货叉的主要尺寸有货叉水平段长度;货叉垂直段高度;货叉断面尺寸(为货叉厚度，为货叉a

宽度等)(图4-1)。

图4-1 货叉的结构和尺

货叉尺寸主要取决于起重量Q、载荷中心距c，根据选题，已知起重量Q=1.8吨，按ISO/DIS1214-79标准规定，载荷中心距离为c=500mm,再由ISO/DIS2326-81和ISO2382-77标准，查出货叉的基本参数和尺寸为

lmm,1000货叉长度:;

hmm,520货叉垂直高度:;

2abmm，,，40120货叉断面尺寸:;

dmm,409货叉两铰支点中心距:;

emm,76货叉外伸距:;

据《机械设计手册》选择材料为40Cr钢，热处理工艺选用调质处理40Cr钢屈服强度。 ,,539MPas4.2货叉的计算简图

货叉和叉架的联接形式不同，其制支承类型有所不同，按照ISO2328-77标准规定，1.8吨叉车货叉和叉架的联接形式为挂钩型。挂钩型联接，上支承可简化为活动铰支座。按照这种简化，货叉可看作一次超静定刚架(图3-2)。与此同时虑到挂钩型货叉上部的挂钩处有安装间隙，并非绝对不能转动，照此分析，货叉又可简化为支1 - 8 -

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承在两个铰接支座上的静定刚架(图4-3)。

图4-2 超静定刚架计算简图

图4-3 静定刚架计算简图

这两种计算简图，在集中载荷P力作用下，货叉的危险截面均在支座A以下的垂直段，其应力状态相同，强度相等。但货叉垂直段的受力情况不同，导致变形不同。由于静定刚架水平段的变形量大于静定刚架水平段的变形量。为偏于安全起见，货叉的强度和刚度均按静定刚架进行计算。

4.3货叉的强度验算

(a) (b)

(c) (d)

图4-4 货叉强度验算计算简图

从货叉所受的集中载荷P力作用的内力图(图3-4)来看, 水平段受弯矩和剪力, 垂直段受弯矩和拉力, 危险1 - 9 -

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截面支座A以下垂直段的最大正应力为

Pca32，，， (式4-1) ,,max2ab

式中

P——货叉的计算载荷，N;

C——标准载荷中心距，mm;

a——货叉厚度;mm;

b——货叉截面宽度，mm。 4.4计算载荷P的确定

QPKK,() (式4-2) 122

式中

Q——起重量，Q=1.8t=17640N

K——动载荷系数，由文献[1]推荐，取K=1.2; 11

K——偏载荷系数，由文献[1]推荐，取K=1.3. 22由此得出

17640PN,，,1.21.3()13759.2 2

4.5 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、动载荷系数和偏载荷系数的选取密切相关。如果计算载荷比较

准确, 安全系数可以取较小数值。否则，安全系数应取较大数值。【】2强度计算时，安全系数应满足以下条件

,sn,,3~3.5

,

其中

——强度安全系数; n

,——材料屈服极限; s

,——危险截面处应力(即最大正应力);

,,注:与单位相同。 s

此次设计选择安全系数为n=3。

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淮阴工学院 4.6 计算最大正应力

,539s (式4-3) ,,,,MPa179.67,,

n3

4.7 强度验算

把数据代入式3-1, 得出

13759.23500240，，，，，，,, max240120，

,113.23MPa

因为,所以货叉满足强度条件。 ,,,,,113.23179.67MPaMPa,,max

4.8 货叉的刚度校核

Q货叉的刚度通常校核叉尖处的静挠度，即以额定载荷之半作为计算载荷(P,), 按等截面静定刚架12

来计算又尖处的挠度，计算方法用简便的弯矩图乘法(图3-5)。

(a)计算图 (b)M弯矩图 (c)弯矩图 M'P

图3-5 货叉叉尖挠度计算图

由此可得叉尖的挠度

Pclc，，1362flced,,，，，， (式4-4) E,,6EJl，，

式中

3ab4J,cm——货叉的截面惯性矩，; 12

2Ncm/——货叉的弹性模量，; E

QN——货叉的额定截荷，. P,12

代人数据, 得出

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17640，，5010050，，

2 ,，,，，，，,fcm31005067.6240.91.41，，,,E3100，，412，5，，，

6205.81012

叉尖的许用挠度为

l100 (式4-5) ,,,，，fcm2，，5050

由于,所以货叉满足刚度条件。 fcmfcm,,,1.412，，，，E

4.9 货叉挂钩形式的确定

叉车货叉上的挂钩与货叉的联接形式, 通常有整体式和非整体式两种。非整体形式的联接方法, 又有焊接和螺栓联接等形式。由于焊接形式货叉制造容易, 安装拆卸方便, 所以, 货叉与挂钩的联接多采用非整体的焊接形式。

4.10 货叉与挂钩焊接强度验算

挂钩尺寸根据ISO2328-77标准规定，z=17.5mm，M=31mm，s=50mm，K=H=5mm，b=120mm，G=36mm(图3-6)。

图4-6 挂钩尺寸与焊接强度验算

,1挂钩的水平段受弯矩和拉力, 垂直段受弯矩。根据起重机焊接强度的计算规范, 由拉伸应力和剪切应,,cp1力所组成的复合应力, 按等效应力来进行计算, 其计算公式为

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22FP'',,,,22,,,,，,，44cp11,,,,HDHD,,,, (式4-6式中

F' ——挂钩所受的水平力, N;

D ——焊缝总长度，cm;

P' ——所受垂直力，N。

代入数据, 得出

DbGHmm,，,,，，，,，,22(2)21202(3625)292

Pacz，，，，，13759.24501.75，，，，FN'18754.90,,,d40.9

则

2218754.913759.2,,,,22,,,MPa,，,，，,4422.81,,,,11cp0.529.20.529.2，，,,,,

,,490MPab货叉与挂钩焊接的焊条选用TB13-2, 焊条的抗拉强度,焊条的许用应力

,490'b,,,MPa163.33,,,n3

由于

',,,22.81MPa,,163.33MPa，，cp，，

所以，货叉与挂钩满足焊接强度条件

第五章叉车保养注意

为确保叉车工作正常可靠，发挥其应有工作效率，相关责任人定期做如下技术维护保养:

1、日常维护:每班工作结束后，及时清洗车体上的污渍、泥土等，检查车体有无划痕，转向器是否可靠、灵活;

2、一级技术保养:累计工作100小时后，(一班工作制相当于2周)检查各部位的紧固情况，重点是:货叉架支承、车轮螺钉、车轮固定销、转向器螺钉。

3、二级技术保养:累计工作500小时后，(一班工作制相当于一个季度) 做全车检查，重点是:各管道接头、机油箱、升降油缸、液压转向器、转向油缸等，是其实际情况及时紧固、补液压油、加润滑油等。

4、在工作过程中，如果发现可疑的不正常的现象，必须立即停车检查，及时采取措施加以排除，在没有排除故障前不得继续作业。

5、工作一天后，叉车应定点停放在指定位置。

6、未经经管人同意，任何人不得动用叉车。为了提高叉车的使用寿命及防止意外事故的发生，为保持叉车最佳运行状态和各零部正常运转，在使用过程中必须对本机器严格地进行定期保养。

7、检查叉车各机械联接件的紧固情况，特别是转向系统、车轮、起升机构等联接螺栓及锁紧装置是否紧固与正确。

8、检查叉车各部件管路和接头有无损坏、松动和漏油。

9、叉车只能在指定的区域内使用:新车间一、二楼及库房，没有特殊情况绝不允许叉车到车间以外的区域使用;

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第六章叉车设计体会及小结

叉车是物流系统中最常用的装卸、搬运设备。本文介绍了世界范围内叉车的市场，叉车发展趋势以及叉车的结构特点，了解液压起重机械设计的主要参数:根据液压起重机械的特点，设计液压手动叉车参数有:起重量、跨距、幅度起重高度、各机构的工作速度及起重机各机构的工作类型。叉车的主要参数首先由使用单位根据生产需要提出，具体数字应按国家标准或工厂标准来确定，同时也要考虑到制造厂的现实生产条件。因此，在确定参数时应当进行调查研究，充分协商和慎重确定。

设计手动叉车起重机必须要以叉车的参数为依据。起重机的参数是说明起重机工作性能的指标，叉车的主要参数有:起重量、跨距、幅度起重高度、各机构的工作速度及起重机各机构的工作类型。对于某些叉车起重机，生产率也是主要参数。此外轨距、基距、外形尺寸、最大轮压力等也是重要参数。

叉车的主要参数首先由使用单位根据生产需要提出，具体数字应按国家标准或工厂标准来确定，同时也要考虑到制造厂的现实生产条件。因此，在确定参数时应当进行调查研究，充分协商和慎重确定。

叉车在工作时必须安全可靠。要使一台起重机工作安全可靠，除了要使各个机构和金属结构满足要求外，还要装设安全与指示装置。

所以我们在设计起重机时根据上述的要求，在设计液压起重机时考虑过载保护、机架足够强度，认真计算各个参数，尽可能的全面考虑问题。

作为当代大学本科机械设计制造及其自动化的毕业生，我必将刻苦钻研，努力奋斗，树雄心，立壮志，攻难关，攀高峰，不断用先进的设计理论和生产技术来武装与发展我国的机械工业，密切结合用户需求和国内外市场动向，创新开发高质量、高性能、多品种、多功能的现代化机器，为推进全人类的物质文明和精神建设做出应有的贡献。

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