8吨叉车设计【含7张CAD图纸、说明书】
中国 XX 大学毕业设计任务书任务下达日期: 20* 年 2 月 28 日设计(论文)日期:20* 年 3 月 3 日至 20* 年 6 月 10 日设计(论文)题目:8 吨叉车设计设计(论文)专题题目:设计(论文)主要内容和要求:设计要求:叉车载重量为 8吨,发动机功率 82kw,最高车速为 30km/h,最大爬坡角 20。设计主要内容:叉车总图 A0变速箱设计 A0驱动桥设计 A0举升液压缸设计 A2圆柱齿轮 A3齿轮轴 A3锥齿轮 A3设计论文 80页院长签字: 指导教师签字:中国 XX 大学毕业设计任务书任务下达日期: 20* 年 2 月 28 日设计(论文)日期:20* 年 3 月 3 日至 20* 年 6 月 10 日设计(论文)题目:8 吨叉车设计设计(论文)专题题目:设计(论文)主要内容和要求:设计要求:叉车载重量为 8吨,发动机功率 82kw,最高车速为 30km/h,最大爬坡角 20。设计主要内容:叉车总图 A0变速箱设计 A0驱动桥设计 A0举升液压缸设计 A2圆柱齿轮 A3齿轮轴 A3锥齿轮 A3设计论文 80页院长签字: 指导教师签字:Research on Fault Diagnosis of Fork Lift Truck Hydraulic System Based on Artificial Neural NetworkAbstractThe structure and algorithm of BP neural net were described, therealization process of the fault diagnosis of hydraulic system based on BP neural net was discussed. According to the experiment and test of fault of fork lift truck hydraulic system, the BP net has better learning function, high net convergence rate and high stability of learning and memory. The diagnosis results indicate that the presented diagnosis method has high reliability and can attain the expected results, which can be applied to fault diagnosis of hydraulic system.Keywords-Bp algorithm;Neural network;hydraulic system; fault diagnosis I. INTRODUCTION Because of the very complex structure of fork lift truck hydraulic system, once some faults happen in using process, it will have direct effect on operation efficiency. Therefore, the reliability and maintainability of the fork lift truck hydraulic system become increasingly high. At present, the traditional method of maintenance mainly depends on peoples experience, and it is very difficult to guarantee quality and efficiency of maintenance. Due to its self-organizing and nonlinearly adaptive nature, an artificial neural network potentially offers a new parallel processing paradigm that could be more robust and user-friendly than the traditional approaches. In fault diagnosis of hydraulic system, diagnosis information is acquired more easily by an artificial neural network than a single expert system based on regulation speculation. This paper describes application of BP neural network in fault diagnosis of the fork lift truck hydraulic system, and provides a newly solution methods.II. A MODEL STRUCTURE OF BP NEURAL NETWORK AND TRAINING ALGORITHM A. A model structure of BP neural network A typical structure of a three layer forward neural network is shown in figure 1. It includes input layer, hidden layer and output layer. In figure 1, circles represent neurons. Connecting line having weight between circles represents interaction strength between neurons, where is the ijW ijWconnection weight between neuron i in the k-th layer and neuron j in the k-1-th layer. is the threshold of neuron, (i=0n) is the input kibixof neurons, (j=0m) is the output of neurons, and F() is a transfer function jyfrom the (k-1)-th layer to the k-th layer. B. Learning algorithm of BP neural network BP (Back propagation) neural network uses the error of the output layer to estimate the error of the direct precursor layer of the output layer, and then use the error to estimate the error of the preceding layer again and again. The estimates of error of the other layers again and again. The estimation of error of the other layers can be obtained. In this way, it may form the process that transmits the error of the output layer to the input layer of network along the transmission right about of the input signals. Thereby, the algorithm is called the Back Propagation algorithm. And the non-cycle network that uses the BP algorithm to learn is called BP network. Its course of learning is just the course of training. The training is to adjust the weights among neurons by certain manner when the samples vectors are put into neural network. The specific realizations of BP learning algorithm follow as: Initialize right aggregate wij, get the value of the lesser stochastic nonzero; Give many pairs of input and output samples (Xp, Dp), where p=1, 2, , p, i is number of training mode pairs; Xp is input vectors, Dp is output expectation vectors. Calculate their actual output Yp=(y1p, y2p, , ymp), in this course, many times of positive spread calculation is done in terms of the different number of network layer. Evaluate the objective function of the network, and the output error value can generally be denoted as:21)(2PmjjpjydE Judge whether the network satisfies the precision Where is the desired precise, the process of training will continue until the precision is attained. Adjusting the weights through dropping off one by one along the reverse according to grads can be computed by:ijijij WEtt)(1(III. ESTABLISHING BP NEURAL NETWORK OF FAULT DIAGNOSIS OF HYDRAULIC SYSTEM This paper is type of CPQ30 fork lift truck as a example. Fault rate of hydraulic system ismuch higher, and many fault reasons also occur. Aimed at general fault of hydraulic system,BP neural network verifies fault reason. A. Analyzing fault mode and fault mechanism ofhydraulic system Analysis of fault mode and fault mechanism of hydraulic system isshown in table 1. B. Selecting the input and output vector of BP neural network Units We consider fault mode x=(x1, x2, x3) as the input vector of neural network, and fault reason y=(y1, y2, y3, , y7) asthe output vector of neural network. The nonlinear, mapping relation between fault mode and fault mechanism is established, Then we train neural network The input vector x1, x2, x3 indicate three kinds of faults. Namely, x1 indicates that temperature of pressure oil becomes more and more high; x2 indicates that lifting cylinder becomes powerlessness; x3 indicates that seals in the joint leak. The output vector y1, y2, y3, y4, y5, y6, y7 indicates seven kinds of faults. y1 indicates that pressure of main relief valve is too lower, large quantities of oil flows into relief valve; y2 indicates that Outer dirt of oil radiator is excess, and makes radiation efficiency low; y3 indicates that seals in piston damage; y4 expresses that directional valve damages; y5 expresses that non-return valve damages; y6 expresses that seal ring damages; y7 expresses that screws in joint arent tightened. C. Selecting the structure of BP neural network and training sample 1) Determining the structure parameter of BP neural network G.Cbenko, Licheng Jiao thought a three-layer straight feed-forward network with enough nodes of hidden layer approaches to any continuous mapping with arbitrary accuracy. According to mapping existing theory, a three-layer network with a hidden layer can obtain expectation accuracy. If determining concrete problems, once the number of hidden nodes is determined, its structure can be determined. The structure of BP neural network which applies fault diagnosis to hydraulic system of fork lift truck includes three layer, namely, the number m of hidden layer nodes is 4, the number n of output layer nodes is 7, and according to empirical formula where h equals h=( ) , the number h of hidden layer nodes is 5. lnm10The transfer function from the input layer to the output layer in network training is very often a sigmoid function, namely, ,the transfer function from xef1)(the hidden layer to the output layer is linear function. 2) Selecting training samples Supposing F represents learning sample in network, from the above determined network structure, some parameters are obtained as following: F equals (X, Y), X equals (x1, x2, x3), and Y equals (y1, y2, y3, ,y7). Where, X expresses the input sample, and Y expresses the output sample. Training samples in network is shown in table 2 IV. NETWORK TRAINING AND NETWORK TESTING Training samples from the above table 2 are applied to compiled MATLAB program, where, network training error index is 0.00001, and test results is shown in table 3. In view of table 3, if network training error index is 0.00001, the output result of sample 1 equals 0.9956, 0.9989, 0.0008, 0.0012, 0.0023, 0.0011, 0.0015, however, the expectation value of the output is 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0. This shows that the diagnosis result of BP neural network is consistent with the actual result. The value of fault nodes is close to one, the value of non-fault nodes is close to zero, and it is proved that the approach has relatively accuracy and reliability.V. CONCLUSIONThis paper proposes a newly approach of fault diagnosis of fork lift truck hydraulic system based on BP neural network. Through experiment showed, this approach is feasible, has characteristics of fault tolerance, conjecture, memory, adaptation, parallel process etc, and has certain practical value. REFERENCES1 Tianjue Lei. Hydraulic Engineering Hand Book. Machine Industry Press, Beijing, 1998. 2 Heqing Li, Qing Tan. “Fault Tree Analysis on the Powerlessness of Lifting Cylinder in Hydraulic System of the Fork Lift Truck”,Chinese Journal of Machine Tool & Hydraulics,Vol.36 No.2:199-201, 2008. 3 Sanquan He, Yaozhu Mo. Comprehensive Transport & Assembly Machinery. People Traffic Press, Beijing, 2002. 4 Zhong Li, Guoping Yang. Hydraulic Transmission Theory, Fault diagnosis and Elimination of Construct Machinery. Machine Industry Press, Beijing, 2005. 5 Kaili ZHou, Yaohong KANG, Model of the Neural Network & Simulation Program Design for Matlab. Tsinghua University Press, Beijing, 2005. 6 Qingsheng Xie, Jian Yi, Method of the Neural Network in Mechanical Engineering, China Machine Press, Beijing, 2003. 中文翻译:对基于仿真神经网络的叉车液压系统故障诊断研究摘要:阐述了 BP 神经网络的结构和算法,对基于 BP 神经网络的液压系统故障诊断产生过程进行了讨论。根据实验和测试叉车液压系统的故障,BP 网络有更好的学习功能,高网络归纳整理速度,和高稳定性地学习和记忆能力。诊断结果表明,本文所提出的诊断方法具有较高的可靠性,可达到预期的结果,可用于液压系统故障诊断中。关键词-BP 算法;神经网络;液压系统; 故障诊断1.简介因为叉车液压系统结构非常复杂,一旦在使用过程中发生某一故障 ,它将直接影响运行效率,因此叉车液压系统的可靠性和可维护性变的越来越重要。目前传统的维护方法主要取决于人们的经验,很难保证维护的质量和效率,由于其自组织性和非线性自适应性质,仿真神经网络可能提供一种新的可以并行处理模式比传统的方法更强大更适用。在液压系统故障诊断中,诊断信息通过仿真神经网络比一般基于规律预测的专家系统更容易获得。本篇介绍了 BP 神经网络在叉车液压系统故障诊断中的应用,提供了一种新的解决方法。2. 一种 BP 神经网络模型结构的训练算法A一种 BP 神经网络模型结构典型的三层神经网络结构如图 1 所示它包括输入层、隐层和输出层。在图1 中, 圆代表神经元。圆之间连接线具有权重 代表神经元之间相互作用的力, 是连接在 k-ijWijWth 层中神经元 i 和在 k-1-th 层中神经元 j 之间的权重。 是神经元的输入端口kib( ) , 是输出神经元,F()是从(k-1)k-th 层到 k-th 层的传递函数。ixn,.2iyB.学习 BP 网络神经算法BP(反向传播)神经网络用输出层的误差估算它的前导层误差,然后再用这个误差判断它的前一层误差依次下去。一层又一层的估算其它层地误差,就可以得出其它层的误差 ,这样,可以形成传递输出层对输入层网络误差并影响输入层信号的过程。因此该算法叫反向传输算法,non-cycle 网络使用 BP算法演示叫做 BP 网络,他的训练过程就是学习过程。演算就是当样本矢量输入神经网络时用某种方式调整神经元之间的重量。具体的 BP 演示算法如下: 初始化得到正确的 值,获得更小的随机非零值。ijW 给出几组输出输入样本值( ) ,p=1,2,p,i 是演算模式组的pDX,顺序号 是输入量, 输出的期望值。pXp 计算它们真实的输出值 =( , , ),在这个过程中,无数次Yy1p2y3mp的传输计算在不同数量的网络层中完成。评估的目标函数网络和输出的误差值一般可以表示如下式: 21)(2PmjjpjydE 判断网络是否满足精确度要求: E 是理想的精确值这个演算过程一直进行到得到满足精确度值时。 通过依据梯度减掉一个又一个逆向值来调整权重,可根据下式计算: ijijij Wtt)(1(3.建立液压系统故障诊断的 BP 神经网络本文是以 CPQ30 型叉车作为一个例子。液压系统的故障率非常的高,而且许多操作失误也存在。针对一般的液压系统故障,BP 神经网络验证了其故障的原因。A. 液压系统故障形式及故障机理分析液压系统的故障形式及故障机理分析见表 1。B. 选择 BP 神经网络单元的输入输出矢量我们定义故障形式 x=( , , )为神经网络的输入量,故障原因1x23y=( , , , )作为神经网络的输出量,故障形式和故障1y237y机理之间的非线性映射关系就确立了,我们绘制神经网络。输入三个变量 , , 表示三个不同的故障点, 表示压力油的温度越来越高,x 1x表示举升液压缸压力不够,x3 表示连接处油泄漏,输出矢量分别为 ,2 1y, , , , , ,表示七种不同的故障点。 表示主安全阀y345y67 1y压力偏低了,大量的油流入安全阀; 表明外层散热的污垢油太多,使2y散热效率变低;表示密封活塞损坏; 表示换向阀处于损坏; 表示单向阀处于损坏;3 4 5表示密封圈损坏; 表示螺钉没有拧紧。6y7yC. 选择 BP 神经网络的结构和训练演示样本 1).确定 BP 神经网络的结构参数 G.Cbenko, Licheng Jiao 想到了一个三层前馈网络,隐层有足够结点近似于具有任意精度任意连续性地映射的方法。根据映射现有的理论,建立的含有隐层的三层网络能获得期望的精度。一旦隐层节点数确定了,它的结构就确定了。提供给叉车液压系统诊断的 BP 神经网络包括三层,也就是说隐层节点数 m 的值为 4,输出层节点数 n 值为 7,并根据经验公式h= ( ) ,隐层节点数 h 等于 5.ln10表一. 液压系统的故障类型及故障机理分析样本点 符号 故障类型 故障原因 符号1 1x压力油温度上升过快主压力阀压力太低,大量的油流入安全阀;外层散热污垢油过多,降低散热效率1y22 2x举升液压缸压力降低活塞密封损坏;换向阀损坏;单向阀损坏;3y453 3联接处密封泄露 密封圈损坏;螺钉未拧紧;67y表二. 对 BP 神经网络测试样本样本输入 样本输出样本点 1x23x1y23y45y67y1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 02 0 1 0 0 0 1 1 1 0 03 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1表三. 故障诊断结果输出结果样本点 1y2y3y4y5y6y71 0.9956 0.9989 0.0008 0.0012 0.0023 0.0011 0.00152 0.0024 0.0020 0.9809 0.9982 0.9919 -0.0012 0.0015从输入层到输出层的传递函数在网络测试中常常是一个函数的功能,也就是,从隐层到输出层的线性函数。xexf1)(2).选择测试样本假设 F 代表网络中测试的样本点,从上述已经确定的网络结构中,可以获得以下参数,F= (X , Y) ,X= ( , , ) ,Y=( , , ,1x231y23y) 。X 表示输入信号, Y 表示输出信号。网络测试点见表 2 中。7y4.网络训练与网络测试:表 2 中的训练样本适用于编写 MATLAB 程序,网络训练误差指数是0.0001,测试结果见表 3.针对表格 3,如果网络训练的误差是 0.00001,表 1 中样本输出结果等于0.9956,0.9989,0.0008,0.0012,0.0023,0.0011,0.0015,然而输出的期望值是1,1,0,0,0,0,。这就说明 BP 神经网络诊断结果符号实际要求的结果。有故障节点的值接近于 1,无故障节点的值趋向 0 证明了该方法具有一定的精度和可靠度。5. 结论:本文提出了基于 BP 神经网络的一种新的叉车液压系统的故障诊断方法。通过实验证明,这种方法是可行的,具有故障容差(容错性) 、预测、记忆、自适应、并行处理等特性,具有一定的实用价值。参考文献1雷天觉.液压工程手册。北京,机械工业出版社,19982李清何,谭青.叉车液压系统起升液压缸无力的故障树分析,中国机床与液压期刊 No.2:199 -201,2008 年3何三全,莫耀祖.综合运输与装卸机械,北京,人民交通出版社 20024刘忠,杨国平.工程机械液压传动原理故障诊断与排除,北京,机械工业出版社 20055周开利,康耀红 .神经网络模型及其 MATLAB 仿真程序设计,北京,清华大学出版社,20056谢庆生.尹健 .机械工程中的神经网络方法,北京,中国机械工业出版社,2003中 国 X X 大 学本 科 生 毕 业 设 计姓 名: 学 号:学 院:专 业:设计题目: 8 吨叉车设计 专 题: 指导教师: 职 称:20* 年 6 月摘 要叉车具有装卸和搬运功能,机动灵活,能适应多变的装卸搬运要求,普遍适用于港口、车站、货场、车间、仓库、油田及机场等处,还可以进入船舱和集装箱内进行装卸作业,除此之外,还广泛应用于军事部门和特殊防爆部门,有的车辆可无人驾驶,到人员不断接近的地方工作适用于柔性加工系统,总之,随着物流技术的不断发展和工业化水平的提高,叉车使用范围将日益扩大,成为一种产量与品种很多的装卸搬运机械。本叉车是参照市场上已有产品大连 CPCD80 型 8 吨叉车设计,基本参数与相近,最大载重量也为 8 吨,本设计主要设计了变速箱、起降油缸、驱动桥。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; 三轴式; 滑移直齿轮变速; 紧凑ABSTRACTForklifts 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.In addition,forklifts are alseo widely used in military and special explosionproof sector,some vehicles will be unmanned,that officers should hot work in places close to or for Flexible Manufacturing Systerm.In short, 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.The forklift is based produces already on the market in Dalian CPCD80-8-ton forklift design,the basit parameters was similar,for the largest load of 8 tons.The main degin of the design is the transmission, Other parts only briefly describes or do not given the design.Within this total,the transmission of three-axis,gearbex,sliding gear transmission,simple and compact structure,by the same agencies to achieve a variable speed transmission and reverse operationThe major trend ofmodern technology developmentof the fork truck is to be fully in consideration of the friendly operation, the reliability, the safety, the goodmaintenance, the specialization, the series, and the diversificat, and to adopt new technology, to improve steering system, and to focuson energy saving and environmentprotection in order to promote the trucks capacity and quality.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:It Was put forward that the form offorklift truck should be simple and lively tll smooth lines in order to convey the sense of strength and steadiness;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 readThe research results provided practical reference for forklift truck designKeywords: fork truck; 3-axis; sliding gear transmission; compact 目 录1 绪论1.1 叉车的用途与特点 11.2 叉车的分类 21.3 我国叉车外观造型设计的现状 21.4 国际叉车外观造型设计的现状 31.5 叉车造型设计的几个方面 31.6 叉车技术的发展趋势 51.7 叉车在特殊条件下的使用 72 叉车设计总体方案2.1 设计总体方案确定 92.1.1 方案的制定原则 92.1.2 设计方案的规划 92.1.3 方案设计内容总结 102.2 叉车发动机的选择 112.2.1 发动机基本型式的选择 112.2.2 发动机主要性能指标的选择 123 变速箱设计3.1 变速箱的构造和原理 153.2 变速箱的结构方案图 163.3 变速箱主要参数的选择 163.3.1 变速箱挂慢速档时参数选择 163.3.2 变速箱挂快速档时参数选择 183.3.3 变速箱挂倒档时参数选择 203.3.4 中心距确定 213.3.5 齿轮模数确定 223.3.6 齿数分配 223.3.7 齿轮其他基本几何参数与结构图 233.3.8 主要零件的计算 283.4 齿轮公差组的确定 303.5 轴的结够设计及强度计算 313.5.1 第一轴的结够设计及强度计算 313.5.2 中间轴的结够设计及强度计算 403.6 轴承的选择与校核 473.7 键的选择与校核 483.8 确定箱体的基本参 504 驱动桥设计4.1 主减速器设计 504.2 差速器设计 524.2.1 齿轮主要参数选择 534.2.2 几何参数的计算 544.2.3 行星齿轮轴直径及支撑长度确定 554.3 齿轮强度计算 565 液压驱动与控制系统的设计5.1 驱动马达的选择 565.2 举升液压缸的计算 575.2.1 液压缸主要零件的作用 575.2.2 液压缸主要尺寸的确定 585.2.3 液压缸的结构设计 605.3 驱动方案的选择 62 5.4 驱动方案的确定 636 液压系统的常见问题及解决措施 64结论 69参考文献 70附录 1 叉车总图 71翻译部分英文原文 72中文译文 76致谢 801 绪论叉车过去被称为叉式装卸车或铲车,是一种以货叉为标准取物装置,通常能将货物提升三米的特殊车辆叉车采用轮盘底盘,属于流动是起重机械或货物搬运机械,是物流机械的一种,它又是一类边缘产品,有时也被归入工程机械。它机体紧凑、轴距较短、转向灵活、结构紧 、噪音低、污染小、造价低、操作灵活,可以在工作场地狭小的 间作业。能通过比较低矮的仓门,货物的升降采用液压操纵使得操作简单,动作平稳,自身具有装卸功能无需辅助人员,因此叉车广泛应用于车间、仓库、港口、车站的场所。随着科技水平和文化意识的提升,现在的产品设计已经从 能主义(形式追随功能)转向情感主义(形式追随情感) 。 件设计好的产品不仅要满足用户的生理需求,还要满足心理的需求。随着工业设计的不断发展,曾经以技术为主体的设计转向以技术为客体,以用户为中心的设计,运用工业设计的方法和技术成了人类专门研究的主题。如何使叉车生产企业跳出原有的重功能、轻形 设计的固有模式,适应用户不同的产品需求;如何迎接加入 WTO 后外来产品对我国叉车生产企业的冲击和影响;如何建立一个整合考虑功能技术、人机关系、形态的现代设计方法,是我造型设计新颖、色彩处理得当、人机关系协调、安能给人良好的视觉效果和宜人的生产条件,对美化环境、提高工效大有好处。 1.1 叉车的用途与特点叉车的机体结构紧凑,轴距较短,转向灵活,能在狭窄的场地和通道内作业,能通过比较低矮的仓门,货物的升降采用液压操纵,使的操作简单,动作平稳;在采用货叉搬运成件货物时,自身具有装卸能力,无需辅助人员。因此叉车非常广泛的应用于车间、仓库、港口、车站等场所,进行装卸、堆垛、拆垛、和极短距离的搬运。叉车对于现实装卸搬运作业的机械化,提高劳动生产率非常重要,是现代物流系统的重要设备。由于叉车具有很高的机动性和灵活性,广泛使用在国民经济的各个部门。采用特殊的叉车或换用不同的属具,能够进一步扩展叉车的用途。如侧面叉车广泛应用于林业部门,集装箱叉车用于港口,蓄电池叉车用于食品冷库,三向堆垛叉车用于立体仓库。但是叉车汽车进行距离货物运输。叉车在仓库等狭小场地装卸工作的典型工作循环为:调整方向、对准货位;调整货叉高度,放平货叉;前进叉取货物,略微起升货物,后倾使货物稳定,后退调整货物离地300mm 左右,将货物搬运出仓库;调整方向,对准运货的载重汽车,起升货物到高于货车车厢的高度;前进到达货车的装载位置,前倾放平货叉,降下货物;后退取出货叉,后倾门架并降下货叉到离地距离 300mm 左右,将叉车开进仓库取下一件货物。在上述每一作业循环中,驾驶员要多次操作节气门,离合器、变速器、转向盘、制动器、换向阀等。作为车辆,作业时还有避让障碍和人员,驾驶员的操作非常繁重。叉车的的工作特点是:转向、离合、换挡、制动、起升、倾斜等操作频繁。1.2 叉车的分类平衡重式叉车的构造和性能特点是:货物重心位于四个车轮所围成的支撑平面之外,有稳定性问题;其底盘系统与汽车、拖拉机、运输车量相比,有前轮驱动、后轮转向、车速低、爬坡度大、机动性强、刚性悬架、越野性差、结构紧凑,自重较大等特点。根据叉车的起重量,过去习惯将叉车分为小吨位(0.5 吨和 1 吨) 、中吨位(2 吨和 3吨) 、和大吨(5 吨,当时没有更大的叉车) 。根据动力来源,叉车分为手动叉车(起重量 0.5 吨以下) 、内燃叉车(0.5 吨至 42 吨)和蓄电池叉车(3 吨以下) 。根据货物与叉车的位置关系,叉车分为正面叉车和侧面叉车。正面叉车包括平衡重式叉车(内燃叉车和蓄电池叉车, )和前移式叉车(蓄电池叉车、小吨位,室内使用) ;侧面叉车包括多面叉车(立体仓库用)和集装箱叉车等。根据叉车主要部件的技术特点,叉车又可以分为汽油叉车、柴油叉车、液化石油叉车;机械传动叉车、静压传动叉车、机械转向叉车、助力式或全液压动力转向叉车、起升门架叉车、高起升门架叉车、全自由提升叉车、集装箱叉车等。1.3 我国叉车外观造型设计的现状我国叉车工业起步于 20 世纪五、六十年代。在原机械工业部的领导下,挑选国内几家企业的技术人员进行共同开发、联合设计,然后以当时计划经济的模式,根据叉车的不同型号(吨位)分配给各家企业进行制造生产。进入 20 世纪 80 年代后,计划经济的束缚逐渐减轻,各家企业根据自身的技术、资源力量,在原来的型号基础上向上、向下延伸,普遍建立起一套不同型号的产品系列,技术上主要以动力系统、液压系统作为核心。20世纪 90 年代中后期,随着国际上 Linder、Toyota 等大公司产品的进入,对我国的叉车制造行业形成了极大的冲击。为了迎接挑战,国内企业在车身的钣金工艺、动力系统、液压系统、装配加工工艺等领域投入了很大的技改力度,引进了大批数控加工设备和流水线,在技术、工艺上有了很大的提高。但是国内企业在设计上相对滞后 ,主要以模仿日本企业的设计为主。在模仿过程中,由于受到加工工艺的制约,总体效果差强人意 ,特别是在车身形态方面存在很多不足,主要表现在: (1)外观形态仍采用呆板的直线,整体形式陈旧、臃肿,不符合现代的审美情趣; (2)结构线型混乱,形体比例不协调,机构外露多,布局零乱,松散 ,视觉稳定性差;(3)极少考虑人机工程操作的舒适性和合理性; (4)色彩单一、陈旧,色调灰暗,缺少变化和统一 ,商标、标牌等附件的布局与整体不协调。1.4 国际叉车外观造型设计的现状 20 世纪 80 年代,以林德(LINDER)叉车为代表的叉车生产企业在外形设计上大胆突破,追求流线型,讲究艺术性,开始导入汽车的造型设计元素。在亚洲,日本各大公司在外形设计中也逐渐以圆弧曲线代替直线,注意造型的美观流畅。同时,随着工业的发展,部件的可靠性有了很大的提高,不用再过多地考虑维修的方便性,这样就为将它们遮盖起来创造了条件。叉车的部件除了必须布置在外面的操作系统、各种仪表、警告装置外,其余部件均被车身包裹起来,给人种整洁美观的感觉。步入 21 世纪,国际叉车制造企业对形态更加重视,受汽车形态设计 新锋锐 (New Edge)风格的影响,叉车形态在原流 线型的基础上增加了一些坚挺的块状轮廓明显的线条,流畅中彰显力量、圆润中蕴涵挺拔,叉车形态随社会审美情趣的演变不断地发展变化并成为叉车更新换代的主要手段之一。2003年世界叉车展览会的 4 款叉车。总体而言,当今世界叉车形态设计的趋势可以用 8 个字概括:流线、遮盖、高效、舒适。主要有以下特点: (1)采用系统设计的观念,从 人 一机 一环境 整体来考虑叉车的设计; (2)全悬浮安全架,轴线上减轻振动,线型上使形态丰富; (3)弧线和直线相结合,线条流畅、简练,极富动感活力; (4)人机界面设计合理,操作舒适、简单; (5)采用鲜艳的颜色,色彩计划丰富、大胆,视觉冲击力。1.5 叉车造型设计的几个方面 :叉车车身造型设计 现代叉车车身造型要求简洁明快、线条流畅,以块感的造型手法体现车身的力度感与坚实稳重的量感。因此,设计时要注意整体性,避免使零件过分凌乱和松散;要精心规划,将有关部件集中在一定的较规整的空间范围内,分块明确,简洁完 。这样可以增强叉车的整体感,使形体轮廓更加鲜明,更富于个性特色。 叉车造型色彩计划 色彩是造型的重要因素 ,好的产品色彩设计能更美化产品,提高外观质量。叉车的色彩虽然依附于形体,但色彩比形 更具有感染力,能先于形体影响人的情感。设计叉车时,首先需要确定主色调,才能使机具显得统一。即应以一色为主,其它色彩为辅。主色调占大部分面积,其位置也多在注目之处,如门架、车身、平衡重等。叉车主色调的确定应考虑有效地发挥产品的功能,同时为操作者创造协调的人机关系,给人以亲切、舒适、轻松、愉悦的感觉,从中得到美的享 。 叉车车身紧凑,运转灵活迅速,司机操纵动作频繁而紧张。为了安全和引人注目,一般来说,主色调以明度较高的黄色、橙色为宜。黄色、橙色是目前国际工程机械的流行色。从国际发展趋势来看,红色、绿色最近也是被运用较多的颜色。叉车的色彩力求单纯,一般 23 色为宜,色彩越简洁越醒目,整体感越强。主色调确定之后,一般可施辅助色彩的部分有驾驶室安全框架、门架、货叉和平衡重等。对于叉车来讲,只能选定几处,切不可面面俱到,用色过多,反而显得杂乱。童雪驶室门架虽然着色面积不大,但位于机具中部特别醒目。设计者如为表现其牢固、坚实安全,可采用深铁蓝或黑色。对于中、小型叉车,为表现机具灵活机动,可采用明度较高的灰白、米黄、浅蓝色等。 人机关系的协调 现代产品造型设计要求在满足功能结构要求和遵循造型形式美规律的同时必须符合人机工程学原则,满足宜人性,才能高效、可靠、安全和舒适地操作。过去人们总是关心技术的先进性,而较少关心人机工程因素,或者在设计完产品之后才对产品进行人机工程分析,滞后性强,最终的产品操作起来很不舒服,甚至带来误操作而引起事故。因此,在设计产品之前进行人机工程分析十分必要。叉车设计在考虑人机工程因素时,一般有以下几个方面。 (1)驾驶空间 驾驶员的活动空间主要在司机室内部,宽敞明亮的司机室扩大了驾驶员的视野,前后左右及司机室顶部都有宽大的玻璃,驾驶员可以方便地观察到机器周围的情况;较大的下部空间可以使驾驶员不至于因为空间的狭小导致腿部的疲劳,操作起来比较方便。为了适应不同身高的驾驶员来操纵叉车,同一型号的叉车针对不同的驾驶员其主要部分都可以。因人而易 ,根据可调性原则采用不同配置尺寸。例如:从司机座椅到前方的制动踏板、油门踏板之间的距离;从座椅靠背到操纵杆之间的距离;从方向盘到驾驶员之间的距离,方向盘的高度等。这样就可以使那些身高 160190m 之间的驾驶员在操纵叉车时都能感到非常舒适。(2) 驾驶舒适性驾驶员的驾驶舒适性除了与驾驶空间有关,还与座椅的设计密不可分。座椅的设计应尽可能使乘客脊柱处于生理体位,保持正常的生理弯曲。驾驶环境不仅要求对座椅能进行前后调整、对靠背能进行角度调整,而且要求座持柔软舒适、富有弹性,并配有减震装置。因为叉车的前后悬挂都是刚性的结构, 在整机上无减震装置,易使驾驶员疲劳。为了弥补叉车结构上的这一先天缺陷,必须在座椅上装设减展装置。据国外资料介绍 ,目前国外的有些叉车的座椅下面装有减震油缸。 (3) 人机界面设计 此外,仪表板人机界面的设计也必须认真考究。造型漂亮的硬塑料面板的组合仪表,在国外叉车上已成发展趋势。人机界面设计得好 ,可使人机之间传递交换信息畅通无阻,使人能迅速、正确识别并获取机内信息,人脑中枢处理后作出的操作能容易准确地发送给机具。因此,各种仪表很讲究可读性,有的用数字显示,有的用指针或信号指示,在新近生产的叉车上,甚至设置了通讯联络装宜,供驾驶员在叉车操作现场与计算机管理中心进行信息联络,以加强叉车的运行营理,提高作业效率。 另外,功能集成的操作区不仅缩短了手臂移动的距离,减少了操作力,而且还实现了精确的组合控制。驾驶员可以同时对叉车进行联合操作(例如门架的起升和属具的伸缩等),这些组合控制是由电控和液控来完成的。 2l 世纪企业竞争的焦点是创新产品的竞争。对于产品生命周期来说,产品的外观造型日益显得重要。用工业设计的理论方法和技术来设计叉车,提高叉车使用的可靠性,驾驶的舒适性,造型的美观性,正在成为我国叉车企业竞争的一大机遇。 1.6 叉车技术的发展趋势叉车市场的激烈竞争促进了叉车技术的发展 ,现代叉车设计中正在大量地、不断地应用各种新技术 ,提高产品的性能和品质 ,以满足市场的需要。1.叉车设计人性化人性化的概念在当今的叉车设计中无处不在 ,尤其是在欧洲车型上得到了最充分的体现。a.充分考虑舒适性例如,配备醒目的数字化仪表、报警装置 ,实现工况的在线监控;采用浮动驾驶室(可移动、升降) ,使操纵者获得全方位视野 ;以集中手柄控制替代多个手柄控制 ,电控替代手控;逐渐将电子监测器和高度显示器作为高升程叉车的标准配置等。b.允许个性化设置性能参数不同的驾驶员有不同的操作习惯 ,不同的场地环境也有不同的要求 ,叉车设计允许驾驶员根据自己的驾驶习惯或者场地条件设定个性化的运行参数 ,如最大行驶速度、加速度、制动灵敏度等 ,如果驾驶员是一个有活力的年轻人 ,他可以设置高加速、快刹车 ,体验动感十足的工作;如果驾驶员是个沉稳的中年人 ,他可以设置慢加速 ,缓刹车 ,那么在整个驾驶过程中 ,都会感觉十分舒适 ,不会有急起动、急刹车的振动。符合每一个叉车驾驶者的驾驶习惯的叉车 ,就像一件量身定制的衣服 ,能够适合每个驾驶员的具体情况。c.充分考虑安全可靠性与可维护性保证叉车驾驶员的安全一直是设计人员重点考虑的问题。除停车、行车制动等基本安全措施外 ,通过配备功能齐全的监控系统、动力制动系统、防侧翻系统 ,以及采用电控、液压、机械 3 套独立制动系统 ,可大大提高叉车整车的安全可靠性。同时 ,电子技术的发展与运用 ,使对叉车安全性研究向智能化方向发展。2.产品专业化、系列化、多样化系列化是叉车发展的重要趋势。国外著名大公司逐步实现其产品专业化、系列化。与此同时 ,叉车产品更新换代的周期明显缩短。叉车产品的特点是科技含量高、研制与生产周期较长、投资大、市场容量有限、市场竞争主要集中在少数几家公司。各厂家皆以产品种类、系列的多样化去充分适应不同用户、不同工作对象和不同工作环境的需要 ,并不断推出新结构、新车型 ,以多品种、小批量满足用户的个性化要求。自动仓储系统、大型超市的纷纷建立 ,刺激了对室内搬运机械需求的增长。高性能电动叉车、前移式叉车、窄巷道叉车等各类仓储叉车得到迅速发展为了尽可能地用机器作业替代人力劳动 ,提高生产效率 ,适应城市狭窄施工场所以及在货栈、码头、仓库、舱位、农舍、建筑物层内和地下工程作业环境的使用要求 ,小型叉车及微型叉车得到了较快的发展还出现了一种铰接式叉车 ,它主要用于窄巷道内物料的搬运。另一方面 ,叉车通用性也在提高 ,这样可使用户在不增加投资的前提下充分发挥设备的效能 ,完成更多的工作。集装箱叉车也得到了发展。目前 ,集装箱搬运与堆垛设备的主要生产商集中在欧洲 ,如瑞典的 Kalmar、SMV,意大利的 Belotti、CVS 、Fantuzzi,法国的 PPM,芬兰的 SISU Valmet,德国的 Linde 等。国内生产集装箱叉车的仅有 1 家 ,主要依赖进口。集装箱叉车仍是所有集装箱港口、码头、中转站搬运与堆垛空箱必不可少的设备 ,且堆垛层数有不断增加的趋势。3.节能和环保化环保要求推动了动力技术的发展。电动叉车具有能量转换效率高、无废气排放、噪声小等突出优点 ,是室内物料搬运的首选工具 ,但其受蓄电池容量限制 ,功率小 ,作业时间短。目前国内外均在不断改进铅酸蓄电池技术 ,通过提高材料纯度等使其在复充电次数、容量和电效率方面有了很大提高。由于技术的进步 ,电动叉车现已突破只能用于小吨位作业的局限性。目前国际上电动叉车的产量已占叉车总量的 40%( 国内为 10%15% ),在德国、意大利等一些西欧国家 ,电动叉车比例高达 65%。4.机电液一体化高可靠性、性能优越的产品 ,以及装备先进电子技术的机电一体化产品的市场前景看好。以仓储发展为依托 ,发展新品种 ,特别是前移式叉车和堆垛车产品。计算机技术在电动叉车上逐步得到推广应用 ,并纳入信息化控制。无人驾驶叉车适用于有毒或特殊环境的需要 ,具有较大的发展空间。a.节能和机电液一体化高新技术的应用微电子技术、传感技术、信息技术的发展和应用 ,对提高叉车业整体水平 ,实现复合功能 ,以及保证整机及系统的安全性和自动化水平的作用将更加明显 ,使电子与机械、电子与液压的结合更加密切实现以微处理器为核心的机电液一体化是未来叉车控制系统发展的主方向 ,即以微处理器为核心 ,控制由局部控制向网络化方向发展 ,使整车保持最佳工作状态 ,实现叉车的智能化作业。对于电动车辆 ,传统的电阻调速控制器已被淘汰 ,而新型 Mosfet 晶体管因其门极驱动电流小 ,并联控制特性好 ,且有软硬件自动保护和硬件自诊断功能等优点 ,得到广泛应用。串励控制器和他励控制器仍是市场的主导产品。交流控制技术将进一步发展。随着交流调速控制系统成本的降低与闭式交流电机技术的成熟 ,交流电机叉车将会因其功率大、维护性能好而取代直流电机叉车。采用电子转向系统与动力转向系统相比可节能 25%,它可根据叉车的使用工况 ,适时控制电机转速 ,是叉车节能降噪的有效措施。b.制动系统向电子化方向发展现代叉车一般配有 3 套独立的制动系统:作用于驱动轮和承载轮的踏板液压制动;电子或机械式驻车制动;再生制动。再生制动的原理是 ,叉车在下坡、停车、前进 /后退转换过程中的动能不是仅仅消耗在机械制动器上 ,而是通过控制器将电动机变成发电机 ,给蓄电池再充电。这种制动系统延长了每次充电后的工作时间 ,一般可延长 5%10%,同时减少了机械制动器的磨损 ,降低了使用成本 ,对于频繁起制动的叉车来说尤为重要。为了减少制动冲击 ,增强适用性 ,要求传动系统的制动力矩可调 ,从而促进了可调力矩电磁制动器的发展。可调力矩制动器由 1 个弹簧加压制动器和电子控制装置力矩控制器组成 ,这种机电一体化的制动系统在实现制动力矩可调功能的同时 ,还可以通过力矩控制器对制动器的磨损进行监测 ,使系统的可靠性提高 ,降低运行维护成本。此外 ,这种可调力矩制动器还可以设置 CAN 总线接口 ,以实现对制动器的远程诊断、控制和对制动控制的网络化操作。转向系统向电子化迈进。传统的蓄电池叉车转向系统采用机械转向或液压助力转向。机械转向的缺点是操纵力大 ,操作者易疲劳;液压助力转向的缺点是浪费能量。采用电子转向不仅操纵力小 ,而且比液压助力转向节能约 25%。目前 ,电子动力转向系统主要有 2 种:一种为位置反馈电子动力转向系统 (Jungheinrich 公司、安徽叉车集团公司的产品);另一种为扭矩反馈电子动力转向系统 Linde 公司(TCM 公司的产品) 。c.先进完善的电气系统现代电动叉车均配有先进完善的电气系统 ,包括行走、起升、转向控制器、DC - DC变换器和车载充电器等。行走电机从 DC 串励向 DC 他励并进一步向 AC 交流方向发展。加速器从碳膜电阻型有磨损式向霍尔型无磨损式发展。仪表盘上配置有各具特色的组合仪表面板 ,它采用大屏幕点阵式液晶显示和 LED 管 ,实时显示叉车状况 ,包括放电显示、工作计时、电机温度、故障诊断等多种信息。随着电子技术的发展 ,电动叉车的控制器日趋完善。d.电瓶叉车采用交流电机、变频调速近来交流电机已引起叉车界极大的兴趣。交流电机运用于叉车具有以下显著特点:一是叉车运行速度高 ,工作装置起升速度高;二是由于它采用高效控制器及具有再生制动功能 ,因此 ,比传统叉车节能 30%以上;三是全封闭电机、轴承及多盘制动器免维护(无接触器或碳刷) 。交流电机的电压有越来越高的发展趋势 ,高电压 (7280 V) 已在欧洲开始使用。在高电压下工作时 ,实际工作的电流很小 ,叉车在工作中发热更少、效率更高 ,完全克服了直流电机产生热量多、效率低下、维护频繁的缺点。快速充电技术的发展日趋成熟 ,车载充电机将更多地运用于叉车 ,使充电更方便 ,充电电流可达到传统充电电流的 4 倍以上 ,充电时间更短 ,效率更高。采用交流电控可以提高生产率 ,加速快 ,可提高车辆行驶速度和门架起升速度 ,且高速行驶时输出转矩大。在同样工况下能耗小 ,可以延长蓄电池组单班使用时间。5.智能化和集成化a.电脑控制动力转向现代叉车普遍采用电气动力转向(EPS )和电气液压动力转向(EHPS) 。这 2 种转向均由电脑控制。Linde、Jungheinrich、BT、Still 公司的前移式叉车装备了 EPS,由输入轴、输出轴、转向轮、转向电机和传感器等组成。在方向柱下装有 1 个固态逻辑单元 (电子传感器) ,它可以检测转向角的差值 ,并将其输入到电气控制系统中来控制转向电机 ,使其与转向力成正比。当方向盘不转动时 ,转向电机不工作 ,而传统的转向电机一直旋转 ,噪声和能耗较大 ,容易造成电机和齿轮泵的磨损。方向盘转动时 ,车轮的转向角度通过转向传感器同步反馈给控制器 ,自动补偿并修正定位 ,使叉车的转向操作更为精确 ,实现了方向盘的自动精确定位。b.液压泵电机控制器的应用液压泵电机控制器可以控制电机实现门架起升 /前进 /后退等动作的无级调速 ,还可以设定电机转速 ,以控制货叉倾斜 /侧移速度。采用液压泵电机控制器可以节约 25%的能量 ,延长蓄电池组单班使用时间 ,降低液压系统的发热量。TCM、安徽叉车集团公司等的蓄电池叉车均采用了液压泵电机控制器。c.门架下降采用负载势能回收技术门架下降采用负载势能回收技术可实现门架下降的无级调速 ,还可节约 5%的能量。负载势能回收的原理是 ,门架下降时 ,液压泵变成液压马达 ,电动机变为发电机 ,将负载的势能转化为电能对蓄电池进行充电 ,以达到节能的目的。d.操纵系统向集成化方向发展随着操作人员对操纵舒适性的要求越来越高,集成化操纵成为发展趋势。所谓集成化操纵 ,就是用一个操纵手柄完成蓄电池叉车的所有控制动作 :叉车前进 /后退、门架前移 /后退、门架上升 /下降、货叉前倾 /后倾、货叉左侧移 /右侧移。1.5 叉车在特殊条件下的应用叉车是重要的物料搬运设备,其工作状态的安全性也是非常重要的。在一些特殊条件下,叉车的使用应注意如下几个方面。 新车走合期的使用 新车或大修后叉车的使用寿命及其工作 的可靠性,除与制造及修理质量有关外 ,还与 走合期的正确使用和保养有着密切关系。因此,叉车的操作必须按照走合期的规定执行。还应根据季节、环境、车型的不同,正确选用燃油和机油。 a.新叉车使用注意事项 出厂的新叉车,均经过严格的出厂检验。 但在储运过程中,叉车的各零部件可能发生 松动与损伤,因此在使用前,先对叉车内外清洁,再进行下列项目的检查。 叉车各机械联接件的紧固情况,特别是转向系统、车轮及轮胎、起升机构等联接螺栓及锁紧装置是否紧固与正确。 叉车各部件管路和接头,特别是液压系统和行车制动器的总泵、轮缸有无渗漏现象。叉车及发动机或电机的润滑状况。 各电气件的接头、线路及电气仪表等是否完好,能否正常工作,蓄电池电解液的液面高度和相对密度是否符合规定。 检查轮胎气压是否合乎规定要求。 b.新叉车走合期的要求 新叉车的走合期为行驶里程 500kin,若无里程表显示,走合期也可定为 4 个月或使 用时间 500h。发动机的运动零部件因配合较紧,在走合期内怠速可调整得略高些,可为 500600rrain。汽油机可调整化油器怠速调整螺钉;柴油叉车应避免在抖振较大时运转。 内燃叉车应检查发动机和喷油泵内机油的质和量。在走合期后可更换一次机油。 新叉车工作 30 小时后,应检查变矩器、变速箱、动力换挡变速箱、驱动桥、制动鼓、直流电机等是否产生高热和杂音。 新叉车在工作 250 小时后,应将汽缸盖螺栓及前后车轮轮毂螺母按规定力矩和顺序旋紧一次。 走合期满,要认真清洗发动机、驱动桥、变速箱、转向器和油箱,重新更换润滑脂,严格按换油工艺更换液压系统液压油。此外,还要检查各部件紧固情况、皮带松紧度、蓄电池电解液液面高度和密度、制动总泵液面高度、离合器踏板和制动踏板的自由行程等。检查确认各部位良好后,方可投入正常使用。 严寒地区叉车的使用 严寒地区气温低,润滑油粘度较大,燃油气化性能差,发动机启动困难。进入严寒季节前,做好叉车的换季保养工作,重点是要更换发动机和液压系统的油液,调整电解液密 度,放净冷却水,加注防冻液等。改善发动机的低温启动性能,常用的方法是用热水预热发动机;柴油发动机还可加装启动预热装置。经常清洗油箱、滤清器和油管,防止有水结冰 。 当叉车停机时间较长时,应间断地启动发动机,使冷却水保持一定温度。停车时,应选择干燥、朝阳、避风的地点,以防发动机温度下降过快。 炎热地区叉车的使用 酷暑季节,天气炎热,容易产生水箱“开锅” 、燃油系统“气阻” 、蓄电池电解液消耗过快、液压制动因皮腕膨胀变形而失灵、轮胎气压升高等问题。 驾驶员在夏季作业时要注意:进入夏季前,并按规定加注夏季用的润滑油。清洗水道,清除冷却系统中的水垢,检查散热器工作状况及风扇皮带的松紧度。作业中,随时注意发动机温度,经常检查和补充冷却水。停车休息时,尽量靠近阴凉处,并打开发动机盖通风散热,如冷却水沸腾时,不宜立即熄火和急于添加冷水。应使发动机怠速运转,待温度稍下降后,再熄火补充冷水。适当降低限额电压,以减小充电电流。经常检查电解液液面高度,使之保持高出极板 l0l5mmo 在危险环境叉车的使用 在有易燃气体和粉尘的危险区域内作业,一旦出现火源,其后果不堪设想。 机动工业车辆安全规范明确规定,在易燃、易爆环境中作业的车辆必须获得在此环境中作业的许可证方可进行作业。目前国内还没有为在潜在的可燃性气体环境中使用机动车辆而专门制定安全标准及法规。但在危险环境中使用的叉车必须遵守我国有关的防爆安全法规。 2 叉车设计的总体方案毕业设计是本科教学的一个重要教学环节,是学完技术基础课及有关专业课以后的一个专业课程内容的综合设计。叉车的设计正是通过具体设计来提高学生的机构分析与综合能力、机械结构设计的能力、机电液一体化系统设计能力,掌握实现生产过程自动化的设计方法有效途径。通过这一教学环节要求达到:(1)通过设计,把有关课程(机构分析与综合、机械原理、机械设计、液压与气动技术等)中所获得的理论知识在实际中综合地加以运用,使这些知识得到巩固和发展,并使理论知识和生产密切的结合起来。因此,叉车设计是有关专业基础课和专业课以后的综合性的专业课程设计。(2)叉车设计是机械工程及自动化专业的学生一次比较完整的机电一体化整机设计。通过设计,培养学生独立的机械整机设计的能力,树立正确的设计思想,掌握机电一体化机械产品设计的基本方法和步骤,为自动化机械设计打下良好的基础。(3)通过设计,使学生能熟练的应用有关参考资料、计算图表、手册、图册和规范;熟悉有关国家标准和部颁标准,以完成一个工程技术人员在机械整体设计方面所必须具备的基本技能训练。(4)煤矿生产的需要。2.1 设计总体方案确定2.1.1 方案的制定原则此次毕业设计的题目是叉车的设计。作为一次整机的设计,对各方面都有明确的原则要求。(1) 设计出的整机叉车要能够在控制系统的控制驱动下,准确实现预定动作,完成设计任务;(2) 设计出的整机叉车结构尺寸要合理,要具有良好的工艺性,方便制造,方便安装。要留有合理的空间,以便各种控制线路或是液压油路的铺设;(3) 设计出的整机叉车在最大负载情况下要能够符合强度要求。并且,为了提高其抗瞬间振荡冲击的能力,应留有一定的强度和功率余度。原则是固定的大框架,在设计过程中,还应在遵循大框架的前提下,做一些灵活的变动,以达到设计的良好工艺性、高效性,积极应用各种优化设计方法。2.1.2 设计方案的规划一、叉车运动方式的选择叉车,不仅要求能够顺利的实现动作,而且还要求这种有目的的动作能够有耗时短、动作迅速,效率高,能耗小的特点。所以,在设计叉车的时候,我们就要根据现场的实际使用需求来最优化的选择它的动作实现方案。本设计中的叉车,在实际生产中主要要求实现的任务是:在工厂、仓库、港口码头、机场或工地完成叉取、搬 、堆垛等作业的一种工程车辆。在综合考虑了各种方案后,我选择了以下方案:(1) 货叉实现叉取、搬 、堆垛等工作;(2) 起升液压缸实现货叉的上升 /下降;(3) 倾斜液压缸实现货叉前倾 /后倾;(4) 控制部分实现整机的操作控制;(5) 液压传动系统实现动力的传递和转换。二、叉车驱动方式的选择设计叉车时,选择哪一类驱动系统,要根据叉车的作业要求、叉车的性能规范、控制功能、维护的复杂程度、运动的功耗、性能与价格比以及现有条件等综合因素加以考虑。在注意各类驱动系统特点的基础上,综合上述各因素,充分论证其合理性、可行性、经济性以及可靠性后进行最终的选择。工业机械较之其他如教育、医疗或科研等其他用处机械,显示出的主要特点就是输出功率大,需承受载荷重。因此,在本次设计如此定位的情况下,选择了机械传动方式。虽然液压传动与其他的传动方式比较,如电动、气动、机械传动等方式,液压传动方式有着自己独有的优点,但也有明显的缺点。优点如下: (1) 液压传动能在运行中实线无级调速,调速方便且调速范围比较大,可达100:12000:1。(2) 在同等功率的情况下,液压传动方式装置的体积小,重量轻,惯性小,结构紧凑(如液压马达的重量只有同功率奠基重量的 1020) ,而且能传递较大的力或转矩;(3) 液压传动工作比较平稳,反映快冲击小,能高速启动、制动和换向。液压传动装置的换向频率,回转运动每分钟可达 500 次,往复直线运动可达 4001000 次;(4) 液压传动装置的控制、调节比较简单,操纵比较方便、省力,易于实现自动化,与电气控制配合使用,能实现复杂的顺序动作和远程控制;(5) 液压传动装置易于实现过载保护,系统超负载,油液经溢流阀回油箱。由于采用油液做工作介质,能自行润滑,所以寿命长;相比其他传动方式,液压传动由于其工作方式的特殊性,存在一些缺点:(1) 液体为工作介质,易泄漏,油液可压缩,故不能用于传动比要求很高的场合。(2) 液压传动中有机械损失、压力损失、泄漏损失,效率较低,所以不宜作远距离传动。(3) 液压传动对油温和负载变化比较敏感,不宜在底、高温度条件下使用,对污染也很敏感。(4) 液压传动需要有单独的能源(例如液压泵站) ,液压能不能像电能那样从远处传来。(5) 液压元件制造精度高,造假高,所以需要组织专业生产。(6) 液压传动装置出现故障时不易追查原因,不易迅速排除。因为上述缺点所以选择机械传动2.1.3 方案设计内容总结本次设计要求,能够鲜明地体现机电一体化的设计构思。所谓机电一体化技术,是机械工程技术吸收微电子技术、信息处理技术、传感技术等形成的一种新的综合集成技术。尽管机电一体化的产品名目繁多,并由于它们的功能不同而有不同的型式和复杂程度,但做功的机械本体部分(包括动力部分)和微电子控制部分(包括信息处理)是其基本的、必不可少的要素。我们选择叉车作为设计题目,无论从内容的深度、分量以及覆盖各科知识面的程度来衡量都是适当的。设计时的主要流程如下:(1) 拟定整体方案,特别是机电液的有机结合的设计方案;(2) 根据给定的参数选择合适的控制机构;(3) 各部件的设计计算;(4) 叉车工作装配图的设计和绘制;(5) 液压系统图的设计和绘制;(6) 编写叉车设计计算说明书。2.2 叉车发动机的选型2.2.1 发动机基本型式的选择至今世界上绝大多数的汽车都是采用往复活塞式内燃机,其中绝大多数的轿车采用汽油机,而几乎全部的重型货车、绝大多数的重型货车和相当一部分轻型货车则采用柴油机。近二三十年来在极少数汽车上采用了转子发动机、燃气轮机、高能蓄电池和电动机等动力装置。为消除污染以蓄电池为能源的电动汽车受到各国的重视,列为发展方向并在加紧研制中。但从目前的情况来看,在相当长的时期内,往复式内燃机仍将是汽车发动机的主要型式。因此,这里仅就汽车内燃机的选型问题进行讨论。在汽车发动机基本型式的选择中首先应确定的是采用汽油机还是柴油机,其次是气缸的排列型式和发动机的冷却方式。就世界范围而然,大型汽车的发动机已经柴油化,中型汽车也多采用柴油机,轻型载货汽车采用柴油机的也不少,甚至欧洲已将小型高速柴油机用到某些轿车上。与汽油机相比,柴油机具有油耗低、燃料经济性好、无点火系统,故障少、工作更可靠,耐久性好、寿命长,排气污染较低和防火安全性好等优点。但一般柴油机的振动及噪声较大,轮廓尺寸及质量较大,造价较高,起动较困难并易黑烟。近年来,由于柴油机在产品设计和制造工艺方面的不断完善,其上述缺点已得到较好的克服。较大马力、高转速、低噪声、小型化且运转平稳的柴油机的研制开发成功,使装柴油机的轻型汽车日益增多,在轿车上的装用也取得成功。但预计在今后相当长的一段时期内,考虑到燃料使用的平衡及汽油机的转速高、升功率高、转矩适应性较好、轮廓尺寸及质量较小、便于布置、振动及噪声较低和适于高速车辆等特点,绝大多数的轿车和小型车辆仍将采用汽油机,而装载量 6t 以上的汽车将全部装用柴油机,装载量 25t 的部分轻型和中型汽车则采用两种发动机均可安装而由用户选择的方式为宜。按气缸排列型式,发动机又有直列、水平对置和 V 型等区别。直列式的结构简单、维修方便、造价低廉、工作可靠、宽度小、易布置,因而在中型及以下的货车上和排量不大的轿车上得到了广泛应用。4L 以下的汽油机多采用直列式,但对大排量的直列发动机而言,不是缸径过大,就是缸数过多,使发动机过长和过高,质量也过大。因此,在中高级以上的轿车、重型载货汽车和重型越野汽车上,采用 V 型发动机的日益增多。V 型发动机相对于直列式有许多优点,其长度显著缩短(约 25%30%) ,高度降低,质量减少约20%30%;曲轴箱及曲轴的刚度增大;易于设计尺寸紧凑的高转速、大功率发动机且易于系列化,如 V6、V8、V10 及 V12 等,而直列式通常到 6 缸,最多 8 缸。对于长度受到限制的车辆来说,由于 V 型发动机的长度短,适宜于这类车辆的总体布置,但由于其宽度大,故在平头车上布置困难。V 型发动机的造价高,故在应用中受到限制,多用于排量在 6L以上和缸径大于 150mm 的汽油机和 12L 以上的柴油机。水平对置式发动机的高度低且易于平衡,水平对置双缸发动机在微型汽车上得到应用。按冷却方式,发动机又有水冷式和风冷式之分。水冷发动机冷却均匀可靠,散热好,气缸变形小,缸盖、活塞等主要零件的热负荷较低,可靠性高;能很好地适应大功率发动机的冷却要求;发动机增压后也易于采取措施(加大水箱、增加泵量)加强散热;噪声小;车内供暖易解决。因此,绝大多数的汽车都采用了水冷发动机。但其冷性能受气温影响显著,设计时应考虑避免高温天气出现发动机过热的问题。风冷发动机的冷却系统简单,维修简便;对于在沙漠和缺水地区及炎热、酷寒地区使用的适应性好,不会产生发动机过热和冻结等故障;还可省去消耗铜材的水箱。但大缸径的风冷发动机的冷却不够均匀;缸盖等有关零件的热负荷高,可靠性不及水冷式的;噪声大;油耗较高,故仅在安装小排量发动机的微型汽车上得到应用,在其他类型的汽车上应用不多。大型风冷发动机虽也能达到较高的性能指标,但需采用较多的结构、工艺措施,造价较高。2.2.2 发动机主要性能指标的选择1.发动机最大功率 及其相应转速maxePpn发动机功率愈大则汽车的动力性愈好,但功率过大会使发动机功率利用率降低,燃料经济性下降,动力传动系的质量也要加大。因此,应合理地选择发动机功率。设计初可参考同类型、同级别且动力性相近的汽车的比功率进行 的估算,比功率maxeP值可由表选取。 亦可根据所要求的最高速 按下式计算出:maxe maxv(1-4-1)76140360(13maxamax DTe vACvgfP式中 发动机最大功率,kw;ae传动系的传动功率,对单级主减速器驱动桥的 式汽车取 ;249.0T汽车总质量,kg;a重力加速度,m/s2 ;g滚动阻力系数,对载货汽车取 0.02,对矿用自卸汽车取 0.03,对轿车等高速f车辆需考虑车速影响并取 ;)50(1.065.avf最高车速,km/h;maxv空气阻力系数,轿车取 0.40.6,客车取 0.60.7,货车取 0.81.0;DC汽车正面投影面积,m2,若无测量数据,可按前轮距 B1、汽车总高 H、汽车总A宽 B 等尺寸近似计算:对轿车 BH78.0对载货汽车 1按式(1-4-1)求出的 应为发动机在装有全部附件下测定时得到的最大有效功率maxeP或净输出功率,它比一般发动机特性的最大功率值低 12%20%。在整车选型阶段还应对发动机最大功率时的转速 提出要求,因为它不仅影响pn发动机本身的技术指标和使用性能及寿命,而且影响整车的性能(例如 ) 、传动系的maxv寿命以及对主减速比 的选择。0i近年来,随着车速的提高,发动机转速也在不断地提高。同时,提高发动机转速也是提高其功率、减小其质量的有效措施。但提高转速会使活塞的平均速
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