陶元芳老师叉车课件第3讲门架第5讲总体1.ppt

1、第3讲 工作装置（门架系统）,第3讲 门架,第3讲 P 1,门架,叉车,3. 1 特点及要求,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 2,1）取物装置：货叉(标准) 2）取物方式：下托 3）位置特点：位于前面 (支承平面之外,平衡重式) 4）构造特点：伸缩式 5）工作任务：承受额定起重量，完成起升和装卸动作,3.2 典型构造,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 3,示意图,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 4,1 货叉,门架,1）构造：水平段，垂直段，叉尖，叉头（钩槽式，眼环式），锁紧装置 2）材料：40Cr 3）加工：自由锻 （辊锻）,叉车,货叉,第3讲 门架,第3讲 P 5,钩槽式叉头

2、,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 6,眼环式叉头,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 7,眼环式货叉,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 8,2 叉架（滑架）,门架,1）构造：上横梁，下横梁，立板，纵向滚轮，侧向滚轮，挂链钩 2）材料：16Mn 3）制造工艺：焊接,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 9,叉架2,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 10,叉架3,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 11,叉架（动画）,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 12,3 内门架,门架,1）构造：立柱，上横梁，中横梁，纵向滚轮，侧向滚轮 2）材料：16Mn 3）制造工艺：焊接,叉车,第3讲 门

3、架,第3讲 P 13,4 外门架,门架,1）构造：立柱，上横梁，中横梁，下横梁，倾斜油缸铰接点，车架铰接点 2）材料：16Mn 3）制造工艺：焊接,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 14,门架实物,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 15,4）实物,门架实物,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 16,4）实物,5 滚轮,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 17,1）构造：特殊轴承 2）纵向滚轮 3）侧向滚轮,滚轮轴承,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 18,6 起升油缸,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 19,受力：至少是起重量的2倍； 行程：只需要起升高度的1/2； 类型：有柱塞

4、缸和活塞缸之分； 安装：两端铰接，中间扶持； 趋势：采用双油缸外置，柱塞缸，直径较小。,起升油缸,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 20,起升油缸,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 21,7 倾斜油缸,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 22,受力：根据计算； 行程：满足前倾6后倾12 的要求； 类型：活塞缸； （双作用， 差动）,8 链条与链轮,门架,类型：有套筒滚子链和片式链之分； 链轮：不需要齿。,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 23,9 立柱截面,门架,1）构造 a）重叠式 现已淘汰。,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 24,立柱截面,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 25

5、,b）CC型并列式 属于老式。,立柱截面,门架,c）CJ型并列式 虽然会稍微增大前悬距，但因轧制方便，仍应用广泛。,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 26,立柱截面,门架,d）CL型并列式 不增大前悬距，但焊接工艺较复杂，限制了应用。,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 27,立柱截面,门架,e）II型(工字型)并列式 截面对称，侧向强度好，欧美产品多。,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 28,立柱截面,门架,2）制造工艺：轧制或焊接 1-10吨，有轧制的，统一为CC型截面，可降低成本，需要时再焊一条，成为CL型即可。 大于10吨只能焊接,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 29,立柱截面,门架,轧制CC

6、型截面,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 30,门架俯视,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 31,门架俯视,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 32,10 滚轮布置,门架,1）固定间距 类似于叉架，内、外门架之间的纵向滚轮均安装在内门架下部。滚轮间距固定，载荷不随起升变化。,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 33,滚轮布置,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 34,2）可变间距 内、外门架之间的纵向滚轮一组安装在内门架下端，另一组安装在外门架上端。滚轮间距随起升变化，载荷也随之变化。起升较低时滚轮间距大，受力小。其最小滚轮间距与固定间距式相同。门架的疲劳载荷小。,可变间距,门架,叉车,可变

7、滚轮布置（上部俯视）,第3讲 门架,第3讲 P 35,可变间距,门架,叉车,可变滚轮布置（上部正面）,第3讲 门架,第3讲 P 36,可变间距,门架,叉车,可变滚轮布置（上部正面）,第3讲 门架,第3讲 P 37,可变间距,门架,叉车,可变滚轮布置（下部仰视）,第3讲 门架,第3讲 P 38,滚轮布置,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 39,3）三滚轮式 类似于固定间距式，但除了在内门架下部安装两组滚轮外，在内门架中部再安装第三组滚轮。当起升较低时，中部滚轮与下端滚轮起作用，滚轮间距较大，受力较小。当起升较高时，中部滚轮伸出，受力与固定间距式相同。也能减小门架的疲劳载荷。,滚轮布置,门架,

8、4）侧向滚轮布置 传统 复合 另辟稀径,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 40,滚轮布置,门架,叉架侧向滚轮 利用内门架翼缘,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 41,11 油缸布置,门架,目前多采用双油缸宽视野门架，有油缸后置和外置之分。 双油缸后置不会影响司机视野，但有时会增大门架的前悬距。 双油缸外置不会增大门架的前悬距，但会影响门架的宽度和司机视野。,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 42,12 自由提升,门架,定义：内门架顶端不伸出外门架，即叉车高度不增大的情况下，能获得的起升高度。 用途：满载出入低矮的仓门，在低矮的库房、火车车厢或集装箱内部工作。 典型值：110300或Hmax/2（全自

9、由提升）,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 43,自由提升,门架,1）简单部分自由提升 实现自由提升的方法之一是内、外门架高低差，可获得二倍于高低差的自由提升，但门架的基础高度增加二分之一高低差。 现在用得很多。大吨位不需要自由提升。,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 44,自由提升,门架,2）浮动横梁部分自由提升 方法之二是利用门架结构高度与油缸安装高度之差，通过浮动横梁来实现。可获得浮动横梁行程二倍的自由提升。,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 45,自由提升,门架,浮动横梁部分自由提升 由于 增加了复 杂性，现 在不常用。,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 46,自由提升,门架,3）全自由提升

10、当自由提升高度达Hmax/2时为全自由提升。（即叉架升到内门架顶端) 需要采用特殊油缸，或增加一个中间半高油缸来实现。,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 47,自由提升,门架,4）全自由提升的用途 在特殊环境下作业,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 48,13 门架视野,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 49,14 三级门架,门架,叉车,内门架由一个半高油缸起升,第3讲 门架,第3讲 P 50,三级门架,门架,叉车,用途： 高起升：4.5m或6m； 降低叉车高度 内门架由一个半高油缸起升,第3讲 门架,第3讲 P 51,15 低起升门架,门架,叉车,用途：（起升高度2m） 进入火车车厢工作；

11、进入集装箱内部工作。,第3讲 门架,第3讲 P 52,3.3 门架设计,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 53,门架设计（P202）,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 54,1 门架理论高度尺寸设计 公式：H1=H2=AB/2+L1/2+d/2 =(Hmax-a-+a+d/2+L1+d/2)/2 +L1/2+d/2 =(Hmax-+d+L1)/2+L1/2+d/2 =(Hmax-)/2+L1+d 其中L1为滚轮间距 d为滚轮直径,门架立柱理论高度,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 55,分析：滚轮间距L1越小门架可以越低，但滚轮的受力会加大；滚轮直径d越小门架也可以越低，但滚轮的承

12、载能力会降低。 门架立柱的实际高度还要考虑下列因素： 叉车前轮在承载后会变形； 要防止滚轮脱出门架槽钢； 横梁有一定的厚度。,门架结构高度,门架,叉车,门架结构高度： 一般也就是叉车的最低结构高度。 H0=H1+a =(Hmax-)/2+L1+d+a 其中a是离地间隙。 由于吨位越大，滚轮受力也越大，L1和d都增大，因此相同起升高度的大吨位叉车的门架较高。,第3讲 门架,第3讲 P 56,门架结构高度(P204),门架,叉车,门架结构高度的用途： 进出低矮的仓库大门； 进入火车车厢工作； 进入集装箱内部工作。,第3讲 门架,第3讲 P 57,门架宽度,门架,叉车,2 门架宽度尺寸设计 宽度受轮

13、距限制，前悬受车轮直径限制，主要由布置决定。,第3讲 门架,第3讲 P 58,门架立柱截面,门架,叉车,3 立柱截面尺寸设计 门架立柱为特种型钢，一般为轧制。截面尺寸由强度决定，可根据吨位系列选用。,第3讲 门架,第3讲 P 59,门架立柱截面,门架,叉车,外门架立柱多为C型截面。,第3讲 门架,第3讲 P 60,门架立柱截面,门架,叉车,内门架立柱多为J型截面。,第3讲 门架,第3讲 P 61,4 设计实例,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 62,例：2吨叉车起升高度3m，滚轮间距420mm，直径110mm ，横梁附加高度40mm，离地间隙130mm，求立柱高度和叉车最低结构高度。 解：

14、H1=H2=(Hmax-)/2+L1+d 3000/2+420+110=2030(mm) H0=H1+a=2030+130=2160 答：实际立柱高度2070mm；叉车最低结构高度2200mm。,5 三级门架,门架,叉车,H1=H2=H3=(AB+2L1+2d)/3 =(Hmax-a-+a+d/2+L1+d/2 +2L1+2d)/3 =(Hmax-+3L1+3d)/3 = (Hmax-)/3+L1+d H0=H1+a 可见三级门架矮或起升高度大。,第3讲 门架,第3讲 P 63,三级门架,门架,叉车,运动关系 方案一：全自由提升(P208) 三级门架的内门架取代原二级门架中叉架的地位，三级门架

15、的叉架由一个短油缸驱动，同时实现全自由提升。,第3讲 门架,第3讲 P 64,三级门架,门架,叉车,方案二：链条牵引(P207) 三级门架的内门架取代原二级门架中叉架的地位，三级门架的叉架由另一组链条驱动。,第3讲 门架,第3讲 P 65,门架,门架,叉车,叉架装配,门架总装配,第3讲 门架,第3讲 P 66,门架装配2,3.4 门架验算,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P67,1 受力分析,门架,叉车,1）计算工况（P97） 实际受力最大工况简化的计算工况,为简化计算，通常用门架直立，额定载荷作用在标准载荷中心距处，起升到最大高度作为标准计算工况，其他如前倾、偏载、动载等用安全系数考虑。,

16、第3讲 门架,第3讲 P 68,受力分析,门架,叉车,分析,第3讲 门架,第3讲 P 69,受力分析,门架,叉车,2）叉架受力(P97) 起升链条拉力和2S=Q+Gh 单个纵向滚轮力F1=F2 =Q(c+a)+Gh*b/2/Ag 式中c为载荷中心距；Ag为纵向滚轮间距。 (忽略链条拉力的减载作用),b,第3讲 门架,第3讲 P 70,受力分析,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 71,3）内门架受力 纵向滚轮力 F1=F2=F3=F4,受力分析,门架,叉车,4）外门架受力,第3讲 门架,第3讲 P 72,受力分析,门架,叉车,5）油缸受力 宽视野门架每个油缸受力 Fc=(Q+Gh) / q

17、+Gm / 2 其中Gh为叉架和货叉重量； q 为起升机构效率(0.8-0.85)； Gm为内门架重量。,第3讲 门架,第3讲 P 73,2 强度计算,门架,叉车,1）货叉强度计算（p211）,第3讲 门架,第3讲 P 74,强度计算,门架,叉车,2）叉架强度计算 计算叉架上横梁悬臂端根部即可。,第3讲 门架,第3讲 P 75,强度计算,门架,叉车,叉架强度计算 计算叉架上横梁悬臂端根部即可。,第3讲 门架,第3讲 P 76,强度计算,门架,叉车,3）门架立柱强度计算 包括整体弯曲应力、局部弯曲应力、约束弯曲与约束扭转附加正应力、滚轮压力产生的接触应力。,第3讲 门架,第3讲 P 77,3 刚

18、度计算,门架,叉车,3）门架变形计算 整体弯曲引起内门架和外门架自身的挠度与转角，由于外门架转角引起内门架的运动，由于内外门架间隙引起内门架的运动。,第3讲 门架,第3讲 P 78,示意图,门架,叉车,第3讲 门架,第3讲 P 79,第5讲 总体设计1,第5讲 总体1,第5讲 P 1,总体,叉车,总体设计,总体,5.1 总体设计概述 1 总体设计内容 1）方案选型：发动机、传动型式、转向型式、制动型式、门架型式等； 2）总体参数：吨位、起升高度、自由提升高度、转弯半径、轴距、运行速度等； 3）总体计算：自重与轴载计算，牵引计算，机动性能计算，制动性能计算，稳定性计算； 4）总体布置（总图）：安

19、装、外形、限制尺寸等；,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 2,2 总体设计步骤,总体,1）下达整机设计任务书：技术型式、总体参数、完成日期等（方案设计）； 2）进行总体计算：总体参数总体性能； 3）进行总体布置：排尺寸链、画总图、定限制尺寸； 4）下达各部件设计任务书：传动、制动、转向、门架等； 5）进行部件设计与协调：冲突、协调、修改； 6）总体性能验算：修改后重新计算，出计算书 7）出全套图纸：技术与工艺设计,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 3,3 产品的技术特点,总体,1）门架：高起升（4.5m，6m）、低起升（2m，铁路或进集装箱用）、三级门架、全自由提升、特殊属具、综合滚轮； 2）

20、转向：中、小吨位动力转向、曲柄滑块横置油缸式转向桥、最大转角接近90度； 3）制动：大吨位助力制动、大吨位盘式制动器； 4）传动：中、小吨位液力传动、传动部件专业化生产（变速器、驱动桥）、机械传动同步器换档、采用宽基轮胎或高弹性实心轮胎；,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 4,技术特点,总体,5）技术参数：不求高，求合理，如速度、轴距； 6）可靠性：发动机、传动系统、液压系统、操纵系统 7）舒适性：司机座椅，发动机噪音，符合人机工程学的仪表盘、操作杆 8）计算机辅助设计：转向机构优化设计、门架验算、电瓶叉车传动系统、计算机绘图 9）品种规格：全吨位系列、电瓶叉车、静压传动、集装箱叉车,叉车,第

21、5讲 总体1,第5讲 P 5,5.2 重心与轴载,总体,1 叉车自重实例（相当准确！） 起重量1t2t3t5t6t 叉车自重2t3.4t4.5t7.5t8.5t,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 6,重心与轴载,总体,2 静轴载（基本假设、规定）： 满载：前桥桥载为满载叉车总重量的90%，后桥10% （保证转向所需要的附着力） 空载：前桥桥载为空载叉车自重的45%，后桥55%； （保证横向稳定性） 叉车的前悬距大约是前轮半径的1.4倍。（构造所决定的） （前悬距前轮中心到货叉垂直段前表面）,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 7,3 自重重心,总体,横向：对称（司机的左右方向） 纵向：距前轮中心

22、的距离为轴距L的55%(前后方向) 高度：越低越好，由整机稳定性控制,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 8,4 自重估算,总体,L0=0.55L（基本假设） L1=0.1L（基本假设） 而L1=GL0/(G+Q) Q(C+B)/(G+Q) 解出G来：L1(G+Q)=GL0Q(C+B) G=L1Q+(C+B)Q/(L0-L1) 代入基本假设 G=0.1L+C+1.4RQ/(0.55-0.1)L =(C+1.4R)/(0.45L)+0.22Q,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 9,5 重心实算,总体,L0=（Gi Li/G） H0= （Gi Hi/G） 6重心实测 水平：测桥载G1，G2后 G=G

23、1+G2 L0=（G2/G）L 垂直：吊称法、垫称法,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 10,5.3 总体参数,总体,1 轴距 轴距大：自重轻，平顺性好 轴距小：转弯半径小 发展过程：大小大（靠增大转角维持转弯半径）,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 11,总体参数轴距,总体,轴距大：平顺性好,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 12,总体参数轴距,总体,轴距大：转弯半径大,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 13,总体参数,总体,2 轮距 轮距大：横向稳定性好，布置容易，维修空间大 轮距小：通过性好，转弯半径小 发展过程：稍大一些,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 14,3 轮胎,总体,轮胎小：

24、前悬距小，自重小，重心高度低，传动比小 轮胎大：平顺性好，寿命长 发展过程：一直都用得很小，使得叉车轮胎很特殊，要用高压胎，寿命短，平顺性差。近来使用宽基轮胎和高弹性实心轮胎增多，大吨位则采用双胎。,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 15,轮胎,总体,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 16,轮胎,总体,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 17,4 其他,总体,1）起重量：全系列，向大吨位发展 2）载荷中心距：标准 3）起升高度：根据用户需要 4）行驶速度：20km/h，合理化，不追求高指标 5）起升速度：300500mm/s，大吨位可小一些 6）最小离地间隙：大一些好，但很难实现 7）满载爬坡度

25、：20%，再大没意义 8）门架倾角：6/12,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 18,其他,总体,9）最小转弯半径：越来越小，使转向机构的最大转角越来越大：72 80 82 85 ,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 19,5.4 牵引计算,总体,1 牵引阻力 1）滚动摩擦阻力Ff =f(Q+G)cos 2）坡道阻力Fi=(Q+G)sin 3）惯性阻力（一般不考虑）Fj=(Q+G)a/g 2 牵引特性 1）牵引力Ft=Me i0 ig /rg 2）牵引平衡Ft=Ff+Fi+Fj 3）牵引平衡图,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 20,牵引计算,总体,叉车,3）牵引平衡图,第5讲 总体1,第5讲

26、P 21,4）动力因素,总体,4）动力因素 D=Ft/(Q+G0)， 即单位车重的牵引力 5）动力因素曲线 D=f+a+a/g 6）影响因素 发动机外特性 主传动速比 档位数与速比分配,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 22,3 牵引计算,总体,1）发动机功率Pej=Pn（净功率）+Pf（附件功率） =DvmaxVmax(G+Q)/(36000)+Pf (kw) 2）主传动速比：一级6-7，二级 10-12 3）变速器速比 最低档速比：i总max = i变低 i主 i轮 =(G+Q)(max+f) r / (Memax t) 最高档速比： i总min= i变高 i主 i轮 =0.377 ne

27、r / ( Vmax) 中间各档速比分配：按等比级数分配,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 23,牵引计算,总体,叉车,注意： 传动系统总速比i总 =变速箱速比i变主传动速比i主轮边减速器速比i轮 最小总速比i总min由最大车速计算 最大总速比i总max由最大爬坡度计算 即： i总min= i变高 i主 i轮 i总max = i变低 i主 i轮 各速比由设计者来分配，这就是设计（安排，试凑）,第5讲 总体1,第5讲 P 24,4 算例,叉车,5吨机械传动叉车，自重7.5吨，起重量5吨，要求最大爬坡度20，最高行驶速度20公里/小时，道路阻力系数0.02，驱动车轮直径600mm，请设计变速箱头档

28、速比和最高档速比。 注：条件不够自行解决 提示：先选发动机，再计算两个总速比，再分配,第5讲 P 25,总体,第5讲 总体1,算例,总体,叉车,解： 1）发动机功率 Pej=Pn（净功率）+Pf（附件功率） =DvmaxVmax(G+Q)/(36000)+Pf (kw) =1.1*0.08*20(75000+50000)/(3600*0.85)+Pf =71.9+Pf (kw)，取附件功率10%，考虑行驶时液压转向等损耗，增大15%20% Pemax=1.2（Pej+Pf)=1.2(71.9*1.1)=94.9 (kw),第5讲 总体1,第5讲 P 26,算例,叉车,选90kw发动机，设发动机

29、的额定转速为3000rpm，取最大扭矩约等于额定扭矩： MemaxMn=9550Ne/ne=9550*90/3000=286.5 （N.m），设车轮半径为0.3m，则： i总max=i变低i主i轮=(G+Q)(max+f) r/(Memax t)， =(75000+50000)(0.2+0.02)*0.3/(286.5*0.85) =33.87,第5讲 P 27,总体,第5讲 总体1,算例,叉车,i总min= i变高i主i轮=0.377 ne r / (Vmax) =0.377*3000*0.3/(1.1*20)=15.42 取轮边减速器的速比为2，主传动的速比为4.833，则： i变低=i总

30、max/（i主i轮）=33.87/（4.833*2.0）=3.604 i变高=i总min/（i主 i轮）=15.42/（4.833*2.0）=1.595,第5讲 P 28,总体,第5讲 总体1,5 公式推导,叉车,1）扭矩（9550） Ne(kw)=F(N)*V(m/s)/1000 =Mn(N.m)*ne(r.p.m) *2/60/1000 Mn(N.m)=Ne(kw)*1000*60/(2)/ne(r.p.m) =9550 Ne(kw)/ne(r.p.m),第5讲 P 29,总体,第5讲 总体1,公式推导,总体,叉车,2）车速（0.377） Vmax(km/h)=nw(r.p.m)*60*2

31、 r(m)/1000 车轮转速 nw(r.p.m)=Vmax(km/h)*1000/(60*2 r(m) 发动机转速ne/ 总速比i总min=(ne/)/nw =ne*60*2 r(m)/(Vmax(km/h)*1000) = 0.377 ner/(Vmax),第5讲 总体1,第5讲 P 30,5.5 制动性能计算,总体,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 31,制动性能计算,总体,1 选型 1）操纵机构 机械式 人力液压式 助力式 2）制动器 双向自动增力式，双向双紧蹄式，盘式。,叉车,第5讲 总体1,第5讲 P 32,2 需要的制动力矩,总体,叉车,1）法规（标准）：空载，车速20km/h ，制动距离6m （满载，车速10km/h ，制动距离3m） 2）制动减速度：Vt2-V02=2as，可求出a 3）制动力：F=M * a，由前面估算的叉车自重可求出 4）制动力矩：T=F * r，由确定的车轮半径可求出T 5）其他因素： 司机反应时间，制动产生时间，摩擦片的磨损，温度变化，异物进入等。,第5讲 总体1,第5讲 P 33,需要的制动力矩,总体,叉车,6）算例：2吨叉车，自重