二級叉車門架設(shè)計

泰山學院本科畢業(yè)設(shè)計二級叉車門架設(shè)計（5t）所在學院機械與工程學院專業(yè)名稱機械設(shè)計制造及其自動化申請學士學位所屬學科工學年級2011級(3+2)學生姓名、學號劉振2011170219指導教師姓名職稱季紹琨副教授完成日期2013年5月30日摘要PAGEPAGE18摘要叉車主要用于廠礦、倉庫、車站、港口、機場、貨場、流通中心和配送中心等場所，并能進入船艙、車廂和集裝箱內(nèi)、對成件、包裝件、以及托盤、集裝箱等集裝件進行裝卸、堆碼、拆垛、短途搬運等工作，是托盤運輸、集裝箱運輸必不可少的設(shè)備。門架系統(tǒng)是叉車的工作裝置，是進行裝卸作業(yè)的直接工作機構(gòu)，貨物的叉取卸放、升降堆碼都靠它完成。叉車門架是叉車取物裝置的主要承重結(jié)構(gòu)。根據(jù)叉取貨物起升高度的要求，叉車門架可做成兩級或多級，常見的普通叉車多采用兩級門架。兩級門架由內(nèi)門架和外門架組成，懸掛在叉架上的貨叉和叉架一起借助于叉架滾輪沿內(nèi)門架上下移動，帶動貨物起升或下降。內(nèi)門架靠起升油缸驅(qū)動升降，亦由滾輪導向。門架后方的兩側(cè)設(shè)有傾斜油缸，可使門架前傾或后仰(門架最大前傾角約3°-6°，后仰角約為10°～13°)，以利叉取和堆放貨物。關(guān)鍵字：貨叉，叉架，門架ABSTRACTABSTRACTForklifttruckismainlyusedforindustrial,warehouse,station,port,airport,warehouse,distributioncenteranddistributioncentersandotherplaces,andcanenterthecabin,carandcontainer,topieces,packages,andthetray,containerandpackageforloadingandunloading,stackingdestacking,short-distancetransportation,etc.,istheessentialequipmenttraytransport,containertransport.Thedoorframesystemisworkingdeviceofforktruck,isadirectworkingmechanismofloadingandunloading,goodsforkliftunloading,stackingonit.Forkliftisthemainload-bearingstructureoftheforkliftfetchingdevice.Accordingtotheforksgoodsliftingheightrequirements,forkliftcanbemadeintotwoormore,theordinaryforkliftfrequentlyusedtwodoorframe.Twodoorframedoorframeandtheouterframebycomposition,hangingintheforkofaforkandtheforktogetherbymovingtotheforkrolleralongthedoorframe,movegoodsliftingordropping.Thedoorframebyaliftingoilcylindertodrivethelifting,alsobytherollerguide.Doorsonbothsidesoftherearframewithtiltcylinder,canmakethedoorframeforwardandbackward(doorframemaximumanteversionangleabout3°-6°,aftertheelevationisabout10°-13°),inordertofacilitatetheforkandthepilingupofgoods.Keywords:fork,forkframe,doorframe目錄目錄TOC\o"1-3"\h\u引言 11貨叉 21.1貨叉簡介 21.2貨叉的主要參數(shù) 31.3貨叉計算簡圖 31.4貨叉強度計算 41.5貨叉的剛度計算 42叉架 62.1叉架的簡介 62.2叉架的主要參數(shù) 72.3叉架的強度計算 83門架 103.1門架的簡介 103.2門架的主要參數(shù) 113.3門架的高度計算 123.4叉架滾輪壓力計算 133.5門架的計算 133.6門架的剛度計算 15參考文獻 16泰山學院本科畢業(yè)設(shè)計引言社會對叉車的需求不斷加大，使叉車的性能得到了改善，數(shù)日，品種和規(guī)格也不斷增多，使用范圍也不斷增多。例如在森林中木材工業(yè)方面，已在堆場方面使用叉車來裝卸與搬運圓木，方木和板料。在水泥預制品的加工中，過去一直使用塔式起重機進行裝卸和搬運工作，現(xiàn)在國外以大量使用叉車，獲得良好的效益。類似的情況還很多。叉車主要用于廠礦、倉庫、車站、港口、機場、貨場、流通中心和配送中心等場所，并能進入船艙、車廂和集裝箱內(nèi)、對成件、包裝件、以及托盤、集裝箱等集裝件進行裝卸、堆碼、拆垛、短途搬運等工作，是托盤運輸、集裝箱運輸必不可少的設(shè)備。門架系統(tǒng)是叉車的工作裝置，是進行裝卸作業(yè)的直接工作機構(gòu)，貨物的叉取卸放、升降堆碼都靠它完成。因此，門架系統(tǒng)是叉車最重要組成部分之一。1貨叉1.1貨叉簡介貨叉是叉車最基本和最通用的取貨裝置。一般叉車都有兩個相同的貨架，貨架裝在叉架上。貨叉是叉車承載的重要構(gòu)件。制造貨叉的材料其屈服極限不應(yīng)低于3600公斤每平方厘米。最常用的材料是低合金鋼、中碳鋼、彈簧鋼和高強度合金鋼提高材料的屈服極限可以減小貨叉截面。貨叉的水平段用來插入貨物或托盤的底部，插起來后用來承載貨物。因此，貨叉的水平段的上表面必須水平，水平段的下表面略有斜度，以使叉尖處厚度較薄，并且叉尖前端逐漸變窄，叉尖兩側(cè)逐漸帶有圓弧，這樣有利于使貨叉插入貨物底部，叉取貨物。此次設(shè)計我選的是掛鉤型貨叉，其垂直段的背部上、下各有一個鉤，鉤在叉架的上，下水平衡梁上。這種形式貨叉的制造過程是先鍛造成長條坯，在鐓鍛彎成L形，在焊接上，下鉤，之后進行熱處理。我選的材料是40Cr。這種貨叉制造容易也方便安裝，為了使叉架上定位貨叉，在上部掛鉤設(shè)置有定位銷，定位銷插入叉架上橫梁的凹槽中，以防止貨叉任意移動。調(diào)解時，往上提起定位銷，克服彈簧力，銷軸脫離叉架上橫梁凹槽，便可移動貨叉，改變間距。1.2貨叉的主要參數(shù)1.3貨叉計算簡圖由于貨叉和叉架的連接形式不同，其支承載荷類型也不同，按照ISO2328--77標準規(guī)定5噸叉車貨叉和叉架的連接形式為掛鉤型上支承可看做固定支座，下支撐可化簡為活動鉸鏈支座，貨叉可看做超靜定剛架考慮到掛鉤上部掛鉤處有安裝間隙，并非絕對不能轉(zhuǎn)動故而貨叉又可簡化為支撐在兩個鉸接制座上的靜定剛架如下圖：1.4貨叉強度計算1）Q=mg=5x1000x10=50000NK1：動載荷系數(shù)為1.2K2：偏載荷系數(shù)為1.3P=K1K2Q/2=1.2x1.3x50000/2=39000Ｎ（2）40Cr的屈服強度σs為784MPa（3）安全系數(shù)n為：[σ]=σs/n=784/1.25=627.2MPa(4)σmax=σ彎+σ拉=Mmax/W+P/F=P×DH/W+P/FP-貨叉的計算載荷DH--載荷中心距W--抗彎截面模量（d2×b/6）F--貨叉垂直段截面面積(d×b)將數(shù)據(jù)代入得：σmax=14+2.1=16.1MPa＜627MPa因此，貨叉的強度滿足要求。1.5貨叉的剛度計算貨叉剛度計算的目的，是確定貨叉水平段在外載荷作用下的變形，通常都是以叉尖的垂直靜撓度作為計算值。撓度越小，表示貨叉的剛度越大。撓度計算的公式：fE=P1×DH×ｌ×[(DH/ｌ)×(3ｌ-DH)+6e+2h]≤[fE]40Cr鋼的彈性模量E=205.8X109N/mm2I表示貨叉截面慣性矩（d3b/12）P1表示貨叉額定截面載荷力：P1=Q/2=25000NfE叉車的許用撓度為（l/50=16）fE=15.9mm＜16mm因此，貨叉的剛度滿足要求。2叉架2.1叉架的簡介叉架又名滑架，它的作用是安裝貨叉或其他工作屬具，并帶動貨物一起升降。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，當鏈條帶動叉架升降時，叉架要可靠的沿著門架導軌運動。由此，決定了叉架在構(gòu)造上是一個垂直運動的承載小車，一般有兩部分組成。其前部是一個焊接框架結(jié)構(gòu)，主要用于安裝懸掛貨叉及其他屬具；后部是兩列裝有導向滾輪的滾輪架，與前部框架焊接構(gòu)成一體，有鏈條牽引，沿門架導軌垂直升降。我選的叉架類型為板式，材料為Q345。如下圖：2.2叉架的主要參數(shù)叉架簡圖叉架上橫梁截面圖2.3叉架的強度計算叉架的受力比較復雜，受到的力有：貨叉上部的壓力、貨物產(chǎn)生的力偶、滾輪的反力偶、側(cè)向力偶、鏈條的拉力等，而且按照力的作用有垂直于叉架平面和平行于叉架平面兩種情況需要進行計算超靜定框架。簡化方法是把作用在框架平面橫梁的力與橫梁看成簡支懸臂梁，主要計算橫梁。如下圖：1、A點的應(yīng)力最大，其計算公式如下：σA=Mx/Wx+My/Wy=P1×l/(b×h2/6)+F×l/(b2h/6)≤[σ]平面內(nèi)的彎矩：Mx=P1×l=5000000N?mm垂直于平面的彎矩：My=F×l=P1（c+a+b/2）/f=5913299.7N?mmX方向的彎矩截面：Wx=b×h2/6=108000mm3Y方向的彎矩截面：Wy=b2h/6=40500mm3代入公式得：σA=192MPa＜230MPa2、B點扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力最大，公式為：Τmax=MT/αb2h矩形截面高寬比α=2.7B截面的扭矩MT=1773989.899N?mm代入公式得：Τmax=2.7MPaB點的雙向應(yīng)力，其計算公式為：σB=√（（My/Wy）2+3Τmax2）=146MPa＜230MPa因此，滿足設(shè)計要求。3門架3.1門架的簡介內(nèi)、外門架是各自分別由左、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)門架作升降運動的導軌。立柱的截面是C型和J型，材料為Q345。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)門架沿外門架立柱滾動。這種截面優(yōu)點：內(nèi)門架立柱外翼緣均有外伸翼緣插入外門架立柱槽型內(nèi)，這使得有可能在外門架立柱頂端裝設(shè)一個內(nèi)門架的導向滾輪，內(nèi)門架的外伸緣壓在此滾輪上運動。內(nèi)門架的另一個導向滾輪仍裝在內(nèi)門架立柱下端腹板上，此滾輪在外門架立柱的后翼緣內(nèi)壁上。這樣內(nèi)門架受起重載荷的力矩作用后，由于內(nèi)門架上、下支撐滾輪間距大，滾輪上的壓力就小，門架受力情況改善。但隨著內(nèi)門架上升的同時，滾輪的間距逐漸減小，滾輪的壓力也增大，最大起升高度時，滾輪間距最小，壓力最大。如下圖：3.2門架的主要參數(shù)￣外門架截面圖內(nèi)門架截面圖3.3門架的高度計算為了最大可能地降低整車結(jié)構(gòu)高度，必須使內(nèi)、外門架的高度相同。H1=H2=0.5（Hmax-δ）+L2+d+t考慮到叉車滿載時前輪會有一定的變形，影響起升高度,假設(shè)其作用與貨叉厚度δ的作用抵消，并且先不考慮工藝尺寸t，則：H1=0.5（Hmax）+L2+d=2050mm最低的結(jié)構(gòu)要求：Ha=H1+amin=2180mm3.4叉架滾輪壓力計算計算叉架滾輪壓力時，取叉架為自由體，貨物重量和叉架自重是叉架的額外載荷，鏈條拉力和叉架主滾輪壓力時叉架的支反力。在垂直于門架的平面內(nèi)，貨物的重量和叉架的自重對起重鏈條的偏心作用力矩由叉架的上、下主滾輪壓力平衡。貨物重量和叉架自重的鉛垂力由起重鏈條承受。在門架平面內(nèi)，貨物在貨叉上偏置所產(chǎn)生的偏心力矩，以主滾輪摩擦力的形式作用于門架立柱的翼緣。滾輪壓力計算公式：R叉上=R叉下=（Q×ｂ＋Ｇ叉×ｂ１）/2a=34.3KN我選的滾動軸承代號是2311，其外徑是120mm3.5門架的計算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)架。由于壓力不通過立柱截面彎心，必然產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn)。約束扭轉(zhuǎn)的正應(yīng)力與彎曲正應(yīng)力為同一量級，不容忽視。內(nèi)外門架的計算簡圖與橫梁數(shù)目和橫梁剛度有關(guān)。內(nèi)門架按Ⅱ形薄壁剛架和一端鉸支。一端自由的薄壁桿計算，為了減少計算工作量，可按單根薄壁桿計算。立柱截面中的剪切應(yīng)力與正應(yīng)力相比較，數(shù)值較小，約束扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力更可忽略不計?？紤]到滾輪壓力對立柱翼緣還要產(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，翼緣加厚。采用參數(shù)法進行叉車門架的約束扭轉(zhuǎn)強度計算，比較簡單，便于實用。當滾輪間距相等時，內(nèi)外門架立柱中的最大彎矩和雙力矩基本相等，因此要求叉車的內(nèi)外門架應(yīng)具有相同的強度。門架是叉車的重要組成部分。門架受載時的應(yīng)力情況極為復雜，而影響門架應(yīng)力的因素又多種多樣。本文是將立柱看成無限長的板，翼緣和腹板的連接邊看作板的固定邊，在滾輪壓力P的作用下，力作用點附近區(qū)域?qū)a(chǎn)生局部彎曲變形，有雙向局部彎曲應(yīng)力。即沿X軸方向和沿Z軸方向均有應(yīng)力。在P所在的橫截面上，各點的應(yīng)變和應(yīng)力是這樣分布的：在翼緣板內(nèi)表面，靠近腹板處的X向應(yīng)力為拉應(yīng)力，靠近自由邊處的X向應(yīng)力為壓應(yīng)力，自由邊緣處及中間彎曲拐角處，X向的應(yīng)力均為零，而以翼緣和腹板連接處的應(yīng)力為最大；翼緣內(nèi)表面的Z向應(yīng)力均為壓應(yīng)力，而已力P作用點附近的Z向應(yīng)力最大。在翼緣外表面各點應(yīng)力值的分布規(guī)律相似，但應(yīng)力的符號與翼緣內(nèi)表面應(yīng)力的符號相反。翼緣與腹板連接處的應(yīng)力為：δx=0.7P/t2×４√（ｃ／ｂ）３=20MPaδz=1.7P/t2×４√（ｃ／ｂ）３=48.2MPa均勻壓力中心處的應(yīng)力為：δx=2.1P/t2×４√（ｃ／ｂ）３=59MPaδz=0.3P/t2×４√（ｃ／ｂ）３=8.5MPa3）滾輪與立柱翼緣板接觸傳力時，在接觸處產(chǎn)生局部擠壓應(yīng)力。他是立柱翼緣內(nèi)側(cè)表面磨損與剝蝕的原因，因此必須考慮。因產(chǎn)生接觸擠壓應(yīng)力的位置不在翼緣材料表層，而在其下一定深度處，且其破壞作用不同于其他應(yīng)力分量，故只需單獨對他進行校核。計算公式如下：δj=0.418√（PE/br）滾輪壓力P=34.3KN彈性模量E=2.1×105MPa滾輪寬度b=43mm滾輪半徑r=60mm代入公式得：δj=905MPa許用擠壓力可取為材料布氏硬