特种设备吨叉车设计计算书

1、CPD50AC 蓄电池平衡重叉车设计计算书编制：审核：批准：第一章总体计算1.1 主要性能和尺寸参数额定起重量Kg5000载荷中心距mm500门架倾角（前 /后） 5/10最大起升高度mm3000自由提升高度mm155整车长度mm3863整车宽度mm1495整车高度mm2265最小离地间隙mm154转弯半径mm2557轴距mm1800轮距前/后mm1240/1050起升速度mm/s满载280空载420行走速度Km/h满载13.5空载14.5最大爬坡度%满载20空载20自重Kg7212轮胎前轮250-15后轮21*8-91.2 稳定性计算1.2.1 叉车自重估算在初步设计阶段，为了计算电机功率，

2、校核稳定性，选择轮胎，必须对叉车的自重进行估算。据叉车推荐公式G=Q（ 1.4R+C）/L （ X X ）+X/ （ X X ）式中G叉车自重Q额定起重量， Q=5000kgC载荷中心距， C=500mmL 轴距， L=1800mmR前轮自由半径R=367.5mmX 满载后桥轴荷系数X=0.12X 空载后桥轴荷系数X =0.58代入上式得到G=1.5Q=7500kg7600 kg参照国内外同类产品参数，初定自重为1.2.2 部件重量、重心及平衡力矩估算说明： A 门架垂直最大起升B门架后倾，货叉离地 300mmC后倾最大起升1.2.2.1 满载堆垛时的纵向稳定性计算工况：叉车在水平路面上，门架

3、垂直，额定起重量位于规定的荷载中心，起升到最大起升高度（见图 1）e1=(G0*x 0 -Q*a1)/(G0+Q)h g1=( G0* y 0+Q*H1) /( G 0+Q)i =e1/ hg10.04计算结果如下结论：本工况下 ,叉车纵向稳定性满足要求,能保持稳定1.2.2.2 叉车满载运行时的纵向稳定性G0(kg)Q(kg)x0（ m） y0（m）a1（m）H1（m）e1（ m）h g1（ m）i760050000.8710.610.963.50.1821.70.107工况：满载货叉起升 300mm,门架后倾最大 ,在水平路面上以最高速度行驶 ,进行紧急制动(见图 2)图 2e2=(G0*

4、 x 0-Q*a 2)/( G0+Q)h g2=( G0*y 0+ Q*h 2)/( G0+Q)i 2 =e2/hg20.18计算结果如下G0(kg)Q(kg)x0 （m） y0（m）a2 （m）H2（m） e2（m）h g2（ m）i 276050000.8710.610.960.80.1820.490.37结论：本工况下，叉车纵向稳定性满足要求，能保持稳定。1.2.2.3 满载堆垛时的横向稳定性计算工况：叉车货叉最大起升高度，门架后倾最大，叉车在水平路面上低速转弯，接近货垛（见图 3）ex1=(L-e3)cosre3=(G0*x0-Q*a3)/(G0+Q)hg3=(G0*yo+Q*H3)/

5、(G0+Q)i3= ex1/ hg30.06计算结果如下G0Qx0y0a3h3ex1rh g3e3i3760050000.8710.610.4472.8670.36772.851.4580.3750.25结论：本工况下，叉车横向稳定性满足要求，能保持稳定1.2.2.4 叉车空载运行时的横向稳定性工况：空载货叉起升至300 ，门架最大后倾，在水平路面以上最大速度行驶，急转弯e4=(Lx 0)cosrh g4= y0i 4=e4 / hg4(15+1.1V)%=31.5%计算结果如下x0（ m） y0 （m） L （m）V(Km/h)r（）e4（m） hg4（m） i40.8710.611.621

6、272.850.220.610.36结论：本工况下，叉车横向稳定性满足要求，能保持稳定1.2.2.5 轴荷分配计算空载T1=G（ L-L0 ） /L=7600*（ 1.62-0.871） /1.62=3513.8 T2=7600-3513.8=3076.2kg满载T1=5000* （0.871+1.6）+12600*（1.6-0.871）/1.6=10899 T2=12600-10899=1701 轴荷分配系数计算空载1=3813.8/7600=50.2%2=3076.2/7600=49.8%满载1=10899/12600=86.5%2=1078/12600=13.5%1.2.3 轮胎选择估算

7、前后轮最大静负荷 N1 和 N2前轮 N1=0.865（ G+Q） /n=0.865(7600+5000)/2=5450后轮 N2=0.538G/2=6778 根据 GB29822001工业轮胎系列初选前轮为250-15后轮为 21*8-91.2.4 电机选择G=7600 Q=5000 最大行驶速度为12km/h机械传动效率 =0.91.2.4.1 该车辆行驶速度最大为12KM/H, 所以只考虑道路阻力即可，所需电机净功率1.2.4.1.1 空载平路行驶，在良好的沥青，水泥路面上行驶取滚动阻力系数 f=0.02,则道路阻力为F1=G*f*9.8 =1489.6NB, 在碎石或硬土路面上行驶取

8、f=0.03F2=2234.5N1.2.4.1.2 满载平路上行驶F3=（ G+Q） f*9.8 =2469.6N1.2.4.1.3 坡道阻力取 f=0.02F4=（ G+Q） *Sin *9.8 =24216.5N考虑到叉车坡道满载行驶，则总阻力为F=F1+F4=25706.2N叉车坡道行驶速度按2.5Km/h,传动比为 26.05，传动效率 0.9 则功率要求为P=n* T M/9550=(512*282)/9550/0.9=21.6kw由以上三种情况计算得知,满载爬坡时消耗功率最大,故以此作为选择电机的依据。根据国内电机配套情况及该叉车结构选用常州华盛电机标定功率 11Kw标定转速为 2

9、200 rpmXYDB(F)-11-1H 。其参数为额定扭矩为 38.5 Nm1.3 液压系统工作油泵驱动功率计算该叉车液压系统采用油泵低速运转.油泵选用 DSG05A18F9H-R270T ，其参数为排量25ml/rpm最高转速3000 rpm最低转速500 rpm额定压力20 Mp容积效率0.9校核流量要求 ,起升速度 280mm/min,油缸直径 56Q=（282*3.14 ） *(280*60)=41.3L/min工作压力 16.9MPa，计算见门架及液压系统泵的输入功率P=Q*P/612* t=42*169/612*0.8=14.5kw选用辽源汇丰XQD-10-3H-1 电机，其参数

10、为标定功率 13.5Kw标定转速为 2000 rpm额定扭矩为 64 Nm1.4 叉车传动系速比的确定1.4.1 电机和轮胎已选定，可按标定的最高车速，确定减速箱的传动比。i=2731/113=24.17根据国内配套情况现初步选定为26.05第二章门架及液压系统计算2.1 门架系统的强度和钢度计算2.1.1 货叉计算货叉参数为载荷中心距 c=500mm货叉长度 L=1070 mm截面为 a*b=125 mm*50 mm支点中心距 d=409 mm外延伸 e=74 mm材料为 40Cr(Cs=5500kg/cm2)A ，强度计算载荷P=K1*K 2*Q/2其中 K 1=1.2动载荷系数K 2=1

11、.3货叉偏载系数P=1.2*1.3*5000/2=2340Kg=22932N= w+ 1= M max/W+P/F=Pc/W+P/F= Pc/ （ 1/6） *a* a* b+p/ a* b=28736N/ 2安全系数n=CS/ =5500*9.8/28736=1.9 1.6结论：强度条件满足其中 E=2.1*106 Kg/ 2f=1.7f=L/50=105/50=2.1结论：刚度条件满足2.1.2 链条选用链条承受的最大静载荷S=Q/2=2500 链条破断载荷P=S*nn安全系数，叉车规定n 5P=2500*5=12500 2.1.3.3 内门架强度校核计算工况：最大起升高度，前倾6，满载计

12、算滚轮压力P1=（2500* Cos6 *65.1+2500* Sin6 *41.3+240* Cos6 *12.5+2134）9.8/35.4*8=34621NP2=34621-（2500+240） * Sin6 选用 ISO 链条 LH1623 片式链 P=845000NPP结论：满足使用条件=37776NP2 =P1-（Q+G）*Sin6 =37006 NB，叉车满载，门架垂直，最远一对滚轮接触偏载荷，动载荷链条拉力 F=（ P+G）*K 1=（ 2500+240）*1.2=2088 KgP1 =（ 2500*1.2*1.3*65.1+240*1.2*12.5+240*1.2*8 ）*9

13、.8/48=32306NP2 =P1=32306N2.1.3.2 滑架侧向滚轮计算G=（P1 P2） *45.9/47.6P1 =2500*1.2*1.3=2340 KgP2 =（ 5000-2500*1.3）*1.2*9.8=12348NG=（2340*9.8-12348）*45.9/47.6=10206N轴承静载荷 17738N结论：满足要求2.1.3.3 内门架强度校核计算工况：最大起升高度，前倾5，满载计算滚轮压力P1 =（ 2500* Cos5 *65.1+2500* Sin5 *41.3+240* Cos5 *12.5+2134）9.8/35.4*8=34621NP2 =34621

14、-（2500+240）* Sin5 =34439NP4 =（3462.1+2134.4）*155.3-3443.9*120.3/48S1=Q+GX+P1*f+P 2*f+P f*f其中 P1=34621NP2=34439NP3=2570 KgP4=9476 KgPf =1591 Kg（侧向滚轮正压力）=9476 P3 =9476+3462.1-3443.9=2570 2.2 油缸计算2.2.1 提升缸计算，油缸载荷计算作用在油缸上的力 P=S1+S2+P n其中：S1 链条活动分支拉力S2链条固定分支拉力P n内门架重及门架滚轮摩擦力f=0.002 （滚轮与内门架的摩擦系数S1 =2500+2

15、40+3462.1*0.002+3443.9*0.002+1191*0.002=1756 KgS2 = S1 /0.95=2002 KgP n =80+0.002*（ 2570+9476+1591）=107 KgP=1756+2002+107=3865 Kg初选油缸缸径 D=56 活塞杆 d=40 油缸外径=70 则面积 S=D2/4=24.63 2考虑联合操作超载10%P=1.1P=4252 Kg压力损失 10 kg/ 2P=4252/24.63+10=183 kg/ 2按等截面杆计算稳定临界力计算柔度：=149.5/1.002=149 1=105油缸主要受纵向稳定控制稳定临界力 Pk=2*

16、E*J 1/(u*L)=11644KgPk/ P=11644/4252=2.74B，油缸稳定性计算最大挠度 x 确定x= E*J/( P/2)=2280*0.049*4/3865=130安全系数 n=2-42.2.2 倾斜油缸的计算2.2.2.1 倾斜油缸的行程计算tg EBC=EC/BE=219/570EBC=21BC=219/Sin21=611mmCAG=53.3AC=535BAF=68.9AB=694.5 mmBAC=57.7结论：稳定性通过C，活塞杆强度计算因油缸中部有支撑，按x L 计算初始挠度 =（ 1 + 2） L1*L 2 /2a*L=(0.015+0.018)*149.5*1

17、64.5/2*15*314=0.086=P/S+P* +F(L 1-a/2)W=4252/12.566+4252*0.086+50(149.5-15/2)/6.285=1526 Kg/ 2 =3600/1.4=2571结论：强度满足要求油缸的确定： D=56mmd=40mm行程为 1495 mmBAC=63.7BAC=45.7a=66.3 a=49.98 a- a=16.3 确定行程为 167 mm2.2.2.2 倾斜油缸的计算计算工况：额定起重量，最大起升高度位置门架前倾6初选杆径 d=40(D 2-d2)* /(4*K)=F/PK=1.2 (动载系数 )P=175Kg/cm2(系统工作压力

18、 )F=3576 KgD=64.4 mm取 D=70 mm活塞杆校核 d=40 mm =1200 Kg/cm2d=4K*F/ =21.3 mmd 符合要求结论：强度满足要求油缸的确定： D=70 mm确定为：缸径D=70 mmd=40 mm杆径 d=50 mm行程为 167 mm行程 160 mm2.3 转向油缸的计算转向油缸的工作压力为9 MPa，受力状况较好，不作详细计算2.4 液压元件的计算2.4.1 流量2.4.2 工作压力 P2.4.2.1 升降油缸以超载 25%计算F=3000*125%*2/0.9=8333P=F/2S=169MPa符合要求2.4.2.2倾斜油缸F*65=3000

19、*125%* Sin6 *316+3000*125%*Cos6 *97.5+860 *Sin6 *230+860* Cos6 *25F=8146kg2.4.1.1 升降油缸 Q根据油缸系列标准，确定为D=56Q=2400*2*3.14*5.6*5.6/2*4=59.11/min2.4.1.2 转向油缸流量 Q转向时间为 3 秒V=3.14*D 2*L/4=0.314 升Q=0.314*60/3*0.8=7.851/minF=P/2=4073 kgP= F/S=157 MPa2.4.2.3 转向油缸转向额定压力很小，这里不作计算。第三章传动系统计算3.1 驱动桥桥壳与半轴计算依据厂家提供的图纸，

20、危险断面在制动鼓两支承轴承处和与门架固定点3.1.1 计算危险断面的抗弯模量W 1=3.14*（D4- d4） /（32*D ）=33.21066W 2=83.6 103.2 按四种工况进行强度校核，叉车满载状态以最大牵引力倒退起步，此时桥体受到垂直和水平两个方向的弯矩满载时前轮G1=（ L-L 1） *G*9.8/L=（1700-200） * （ 5000+4358）*9.8/1700=63615N垂直弯矩M 1=63615*1.22*0.073/2=3344Nm2M 2=63615*1.2 *0.18/2=8244 Nm水平弯矩M 1=0.7*14*9.8*6.182*2.1*3.253*

21、0.9*0.073/0.335=795 NmM 2=0.7*14*9.8*6.182*2.1*3.253*0.9*0.18/0.335=1961 Nm断面的弯矩M 1=G1（ *r-b ）=63615(0.335-0.073)=16666 Nm=M 1/W1 =502N/mm2应力=M/W断面的剪切应力=S2 /F=216524/F=88.3N/ mm2合成应力=517.3N/ mm2合成弯矩M1=3374 NmM2=8340 Nm1=101.6 N/ mm22=100.2 N/ mm2B，叉车满载紧急制动从桥体结构形式所知，其制动力矩将通过支承板传给车架，桥壳本身不受扭垂直弯矩和第一种工况一

22、样。M 1=3288 NmM 2=8107 Nm水平弯矩M 1=G1* * b/2=63615*0.7*0.073/2=1625 NmM 2=4007 Nm合成弯矩M 1=3660 Nm S1 =152909N S2 =216524ND，在不平路面上行驶M 2=9040 Nm应力1=112 N/ mm22=110N/ mm2C，叉车满载转弯处侧滑的临界状态，此时全部前轮压由外侧车轮支承，横向力最大，危险断面在轮毂内轴承一侧。车轮轴承受到的径向力为M 1=63615*1.2*2.5*0.073/2=6965NM 2=17175N应力1=209 N/ mm22=206 N/ mm2以上四种工况，已

23、满载侧滑时达到最大 =516.4 N/ mm2驱动桥材料采用球墨铸铁 =588 N/ mm 2结论：通过计算，符合强度要求3.3 半轴强度计算半轴结构采用全浮式，故只考虑受扭状态根据叉车提供的公式，只按两种情况进行计算，并以较小者为计算依据。3.3.1 半轴扭转应力计算按电机最大扭矩进行计算M=0.6*M e*i*i* =0.6*14.5*6.182*3.253*2.1*0.9=3240.6Nm按最大附着力计算M=62561*0.335*0.7/2=7335 Nm取两者较小者为计算依据，则=3240.6/（ 3.14*0.042*0.042*0.042/16）=223 N/ mm2半轴采用 4

24、0Cr(35CrMnSi) 据汽车设计推荐 =500600 N/ mm2 故可通过3.3.2 半轴花键挤压应力计算=M/ （ *Z*F*Rm ）=3240.6/(0.8*16*0.0001612*0.04185)=37 N/ mm2据汽车设计推荐 , =200 N/ mm2因而可通过3.3.3 半轴花键剪切应力计算=3240.6/（ 16*0.62*0.0432*0.04185）=54 N/ mm2 =72.5 N/ mm2可通过3.3.4 半轴刚度计算=M/E*F其中 E=80*109 N/ m2（剪切弹性模量）J=3.14 d4/32（惯性矩）=7.6 度 / m3.3.5 半轴连接螺栓计

25、算螺栓为 M12，分布园直径 D=158 mm，材料 35 调质=（ 3240.6*2/0.158）/10*0.81=50.6 N/ mm235 钢经调质处理后 =300 N/ mm2，当安全系数 2 时， =150 N/ mm2，而 =0.5 0.6 ，故螺栓强度可通过。3.3.6 轴承寿命计算驱动桥采用两个相同的轴承轴承型号为 7815C=15000Kge=0.33Y=2计算径向负荷S1 =63615*43/70*2=19539N轴向负荷S1 =19539/2*2=4885NS1 /S1=4885/19539=0.25e=0.33P=S1=19539Nf f=1.8f t=1根据公式c=P

26、* f h* f f/f n*f tf h=2.64查表得轴承寿命为L n=12000 小时3.4 制动器计算3.4.1 叉车所需制动力矩计算根据叉车标准，进行制动距离修正S=4*9 2 /102=3.24 mS=8*18.5 2/202=6.8 m3.4.1.1 正常制动力矩满载22M= （ 3000+4358）*9 *0.335/2*3.24*3.6空载M=2835 Nm3.4.1.2 紧急制动力矩叉车满载状态，速度为8Km/h 时，制动距离为1.42m 时不应向前倾翻，称为紧急制动。S=1.42*9 2/82=1.8mM=7358*9 2 *0.335/2*1.8*3.6 2=4280Nm3.4.1.3 最大制动力矩M=0.9*7358*1.2*0.7*0.335*9.8=18261Nm3.4.1.4 制动器所能产生的力矩根据叉车标准和叉车稳定性试验规定，制动器蹄端推力只要能满足空载和紧急制动状况即可选用国内成熟的配套，这里不作详细的计算3.4.2 制动性能计算3.4.2.1 制动器产生的力矩d=22mm（初选总泵活塞直径）d=28mm（初选分泵活塞直径