二级叉车门架设计.doc

泰 山 学 院
本科毕业设计

二级叉车门架设计（5t）

所 在 学 院 机械与工程学院
专 业 名 称 机械设计制造及其自动化
申请学士学位所属学科 工 学
年 级 2011级(3+2)
学生姓名、学号 刘振2011170219
指导教师姓名、职称 季绍琨 副教授
完 成 日 期 2013年 5月 30日

摘要

摘要

叉车主要用于厂矿、仓库、车站、港口、机场、货场、流通中心和配送中心等场所，并能进入船舱、车厢和集装箱内、对成件、包装件、以及托盘、集装箱等集装件进行装卸、堆码、拆垛、短途搬运等工作，是托盘运输、集装箱运输必不可少的设备。门架系统是叉车的工作装置，是进行装卸作业的直接工作机构，货物的叉取卸放、升降堆码都靠它完成。
叉车门架是叉车取物装置的主要承重结构。根据叉取货物起升高度的要求，叉车门架可做成两级或多级，常见的普通叉车多采用两级门架。两级门架由内门架和外门架组成，悬挂在叉架上的货叉和叉架一起借助于叉架滚轮沿内门架上下移动，带动货物起升或下降。内门架靠起升油缸驱动升降，亦由滚轮导向。门架后方的两侧设有倾斜油缸，可使门架前倾或后仰(门架最大前倾角约3°-6°，后仰角约为10°～13°)，以利叉取和堆放货物。
关键字：货叉，叉架，门架

18

ABSTRACT

ABSTRACT

Forklift truck is mainly used for industrial, warehouse, station, port, airport, warehouse, distribution center and distribution centers and other places, and can enter the cabin, car and container, to pieces, packages, and the tray, container and package for loading and unloading, stacking destacking, short-distance transportation, etc., is the essential equipment tray transport, container transport.The door frame system is working device of fork truck, is a direct working mechanism of loading and unloading, goods fork lift unloading, stacking on it.
Forklift is the main load-bearing structure of the forklift fetching device.According to the forks goods lifting height requirements, forklift can be made into two or more, the ordinary forklift frequently used two door frame.Two door frame door frame and the outer frame by composition, hanging in the fork of a fork and the fork together by moving to the fork roller along the door frame, move goods lifting or dropping.The door frame by a lifting oil cylinder to drive the lifting, also by the roller guide.Doors on both sides of the rear frame with tilt cylinder, can make the door frame forward and backward (door frame maximum anteversion angle about 3 °-6°, after the elevation is about 10°-13°), in order to facilitate the fork and the piling up of goods.
Keywords: fork, fork frame, door frame

目录

目录

引言 1
1 货叉 2
1.1货叉简介 2
1.2货叉的主要参数 3
1.3 货叉计算简图 3
1.4货叉强度计算 4
1.5货叉的刚度计算 4
2 叉架 6
2.1叉架的简介 6
2.2叉架的主要参数 7
2.3叉架的强度计算 8
3 门架 10
3.1门架的简介 10
3.2门架的主要参数 11
3.3门架的高度计算 12
3.4叉架滚轮压力计算 13
3.5门架的计算 13
3.6门架的刚度计算 15
参考文献 16

泰山学院本科毕业设计

引言
社会对叉车的需求不断加大，使叉车的性能得到了改善，数日，品种和规格也不断增多，使用范围也不断增多。例如在森林中木材工业方面，已在堆场方面使用叉车来装卸与搬运圆木，方木和板料。在水泥预制品的加工中，过去一直使用塔式起重机进行装卸和搬运工作，现在国外以大量使用叉车，获得良好的效益。类似的情况还很多。
叉车主要用于厂矿、仓库、车站、港口、机场、货场、流通中心和配送中心等场所，并能进入船舱、车厢和集装箱内、对成件、包装件、以及托盘、集装箱等集装件进行装卸、堆码、拆垛、短途搬运等工作，是托盘运输、集装箱运输必不可少的设备。
门架系统是叉车的工作装置，是进行装卸作业的直接工作机构，货物的叉取卸放、升降堆码都靠它完成。因此，门架系统是叉车最重要组成部分之一。

1 货叉
1.1货叉简介
货叉是叉车最基本和最通用的取货装置。一般叉车都有两个相同的货架，货架装在叉架上。货叉是叉车承载的重要构件。 制造货叉的材料其屈服极限不应低于3600公斤每平方厘米。最常用的材料是低合金钢、中碳钢、弹簧钢和高强度合金钢提高材料的屈服极限可以减小货叉截面。货叉的水平段用来插入货物或托盘的底部，插起来后用来承载货物。因此，货叉的水平段的上表面必须水平，水平段的下表面略有斜度，以使叉尖处厚度较薄，并且叉尖前端逐渐变窄，叉尖两侧逐渐带有圆弧，这样有利于使货叉插入货物底部，叉取货物。
此次设计我选的是挂钩型货叉，其垂直段的背部上、下各有一个钩，钩在叉架的上，下水平衡梁上。这种形式货叉的制造过程是先锻造成长条坯，在镦锻弯成L形，在焊接上，下钩，之后进行热处理。我选的材料是40Cr。
这种货叉制造容易也方便安装，为了使叉架上定位货叉，在上部挂钩设置有定位销，定位销插入叉架上横梁的凹槽中，以防止货叉任意移动。调解时，往上提起定位销，克服弹簧力，销轴脱离叉架上横梁凹槽，便可移动货叉，改变间距。
1.2货叉的主要参数

1.3 货叉计算简图
由于货叉和叉架的连接形式不同，其支承载荷类型也不同，按照ISO2328--77标准规定5吨叉车货叉和叉架的连接形式为挂钩型上支承可看做固定支座，下支撑可化简为活动铰链支座，货叉可看做超静定刚架考虑到挂钩上部挂钩处有安装间隙，并非绝对不能转动故而货叉又可简化为支撑在两个铰接制座上的静定刚架如下图：

1.4货叉强度计算
1）Q=mg=5x1000x10=50000N
K1：动载荷系数为1.2
K2：偏载荷系数为 1.3
P=K1K2Q/2=1.2x1.3x50000/2=39000Ｎ
（2）40Cr的屈服强度σs为784MPa
（3）安全系数n为：
[σ]=σs/n=784/1.25=627.2MPa
(4)σmax=σ弯+σ拉=Mmax/W+P/F=P×DH/W+P/F
P-货叉的计算载荷
DH--载荷中心距
W--抗弯截面模量（d2×b/6）
F--货叉垂直段截面面积(d×b)
将数据代入得：
σmax=14+2.1=16.1MPa＜627MPa
因此，货叉的强度满足要求。
1.5货叉的刚度计算
货叉刚度计算的目的，是确定货叉水平段在外载荷作用下的变形，通常都是以叉尖的垂直静挠度作为计算值。挠度越小，表示货叉的刚度越大。
挠度计算的公式：
fE=P1×DH×ｌ×[(DH/ｌ)×(3ｌ-DH)+6e+2h]≤[fE]
40Cr钢的弹性模量 E=205.8X109 N/mm2
I 表示货叉截面惯性矩（d3b/12）
P1 表示货叉额定截面载荷力：P1=Q/2=25000N
fE叉车的许用挠度为（l/50=16）
fE=15.9mm＜16mm
因此，货叉的刚度满足要求。

2 叉架
2.1叉架的简介
叉架又名滑架，它的作用是安装货叉或其他工作属具，并带动货物一起升降。货物的重量靠叉架传给起重链条，货物重量产生的力矩通过叉架传给门架，当链条带动叉架升降时，叉架要可靠的沿着门架导轨运动。由此，决定了叉架在构造上是一个垂直运动的承载小车，一般有两部分组成。其前部是一个焊接框架结构，主要用于安装悬挂货叉及其他属具；后部是两列装有导向滚轮的滚轮架，与前部框架焊接构成一体，有链条牵引，沿门架导轨垂直升降。我选的叉架类型为板式，材料为Q345。如下图：

2.2叉架的主要参数

叉架简图

叉架上横梁截面图
2.3叉架的强度计算
叉架的受力比较复杂，受到的力有：货叉上部的压力、货物产生的力偶、滚轮的反力偶、侧向力偶、链条的拉力等，而且按照力的作用有垂直于叉架平面和平行于叉架平面两种情况需要进行计算超静定框架。简化方法是把作用在框架平面横梁的力与横梁看成简支悬臂梁，主要计算横梁。如下图：

1、A点的应力最大，其计算公式如下：
σA=Mx/Wx+My/Wy=P1×l/(b×h2/6)+F×l/(b2h/6)≤[σ]
平面内的弯矩：
Mx=P1×l=5000000N•mm
垂直于平面的弯矩：
My=F×l=P1（c+a+b/2）/f=5913299.7N•mm
X方向的弯矩截面：
Wx=b×h2/6=108000mm3
Y方向的弯矩截面：
Wy=b2h/6=40500mm3
代入公式得：
σA=192MPa＜230MPa
2、B点扭转剪应力最大，公式为：
Τmax=MT/αb2h
矩形截面高宽比α=2.7
B截面的扭矩MT=1773989.899N•mm
代入公式得：
Τmax=2.7MPa
3、 B点的双向应力，其计算公式为：
σB=√（（My/Wy）2+3Τmax2）=146MPa＜230MPa
因此，满足设计要求。

3 门架
3.1门架的简介
内、外门架是各自分别由左、右两根立柱，通过上、中、下不同数量的横梁连接而成的门式框架。立柱既是门架承载的主要构件，又是叉架或内门架作升降运动的导轨。立柱的截面是C型和J型，材料为Q345。左、右两立柱通过二到三根横梁连接，构成框架结构，然后嵌套在一起，依靠装在内、外门架上的滚轮，使内门架沿外门架立柱滚动。
这种截面优点：内门架立柱外翼缘均有外伸翼缘插入外门架立柱槽型内，这使得有可能在外门架立柱顶端装设一个内门架的导向滚轮，内门架的外伸缘压在此滚轮上运动。内门架的另一个导向滚轮仍装在内门架立柱下端腹板上，此滚轮在外门架立柱的后翼缘内壁上。这样内门架受起重载荷的力矩作用后，由于内门架上、下支撑滚轮间距大，滚轮上的压力就小，门架受力情况改善。但随着内门架上升的同时，滚轮的间距逐渐减小，滚轮的压力也增大，最大起升高度时，滚轮间距最小，压力最大。如下图：

3.2门架的主要参数
￣
外门架截面图

内门架截面图
3.3门架的高度计算

为了最大可能地降低整车结构高度，必须使内、外门架的高度相同。
H1=H2=0.5（Hmax-δ）+L2+d+t
考虑到叉车满载时前轮会有一定的变形，影响起升高度,假设其作用与货叉厚度δ的作用抵消，并且先不考虑工艺尺寸t，则：
H1=0.5（Hmax）+L2+d=2050mm
最低的结构要求：
Ha=H1+amin=2180mm
3.4叉架滚轮压力计算
计算叉架滚轮压力时，取叉架为自由体，货物重量和叉架自重是叉架的额外载荷，链条拉力和叉架主滚轮压力时叉架的支反力。在垂直于门架的平面内，货物的重量和叉架的自重对起重链条的偏心作用力矩由叉架的上、下主滚轮压力平衡。货物重量和叉架自重的铅垂力由起重链条承受。在门架平面内，货物在货叉上偏置所产生的偏心力矩，以主滚轮摩擦力的形式作用于门架立柱的翼缘。

滚轮压力计算公式：
R叉上=R叉下=（Q×ｂ＋Ｇ叉×ｂ１）/2a=34.3KN
我选的滚动轴承代号是2311，其外径是120mm
3.5门架的计算
1） 叉车门架是由开口薄壁杆组成的薄壁刚架。立柱是叉车门架直接承受滚轮压力作用的构架。由于压力不通过立柱截面弯心，必然产生约束扭转。约束扭转的正应力与弯曲正应力为同一量级，不容忽视。
2） 内外门架的计算简图与横梁数目和横梁刚度有关。内门架按Ⅱ形薄壁刚架和一端铰支。一端自由的薄壁杆计算，为了减少计算工作量，可按单根薄壁杆计算。
3） 立柱截面中的剪切应力与正应力相比较，数值较小，约束扭转剪应力更可忽略不计。考虑到滚轮压力对立柱翼缘还要产生局部弯曲作用，因此门架立柱截面应在满足制造工艺要求的条件下，使腹板减薄，翼缘加厚。
4） 采用参数法进行叉车门架的约束扭转强度计算，比较简单，便于实用。
5） 当滚轮间距相等时，内外门架立柱中的最大弯矩和双力矩基本相等，因此要求叉车的内外门架应具有相同的强度。
6） 门架是叉车的重要组成部分。门架受载时的应力情况极为复杂，而影响门架应力的因素又多种多样。本文是将立柱看成无限长的板，翼缘和腹板的连接边看作板的固定边，在滚轮压力P的作用下，力作用点附近区域将产生局部弯曲变形，有双向局部弯曲应力。即沿X轴方向和沿Z轴方向均有应力。在P所在的横截面上，各点的应变和应力是这样分布的：在翼缘板内表面，靠近腹板处的X向应力为拉应力，靠近自由边处的X向应力为压应力，自由边缘处及中间弯曲拐角处，X向的应力均为零，而以翼缘和腹板连接处的应力为最大；翼缘内表面的Z向应力均为压应力，而已力P作用点附近的Z向应力最大。在翼缘外表面各点应力值的分布规律相似，但应力的符号与翼缘内表面应力的符号相反。

1) 翼缘与腹板连接处的应力为：
δx =0.7P/t2×４√（ｃ／ｂ）３=20MPa
δz =1.7P/t2×４√（ｃ／ｂ）３=48.2MPa
2） 均匀压力中心处的应力为：
δx =2.1P/t2×４√（ｃ／ｂ）３=59MPa
δz =0.3P/t2×４√（ｃ／ｂ）３=8.5MPa
3）滚轮与立柱翼缘板接触传力时，在接触处产生局部挤压应力。他是立柱翼缘内侧表面磨损与剥蚀的原因，因此必须考虑。因产生接触挤压应力的位置不在翼缘材料表层，而在其下一定深度处，且其破坏作用不同于其他应力分量，故只需单独对他进行校核。计算公式如下：
δj=0.418√（PE/br）
滚轮压力P=34.3KN 弹性模量E=2.1×105MPa
滚轮宽度b=43mm 滚轮半径r=60mm
代入公式得：
δj=905MPa
许用挤压力可取为材料布氏硬度值的5倍
δj=905MPa＜1150MPa
因此，内门架的尺寸符合要求。
3.6门架的刚度计算
门架的刚度计算主要是计算门架的整体变形量。门架在载荷作用下将向前弯曲倾斜，并使货叉及载荷中心前移，倾覆力矩增加。如果前移量较大，将影响叉车的稳定性，尤其在起升高度大的情况下更是如此。
门架刚度的计算工况和门架强度的工况相同，即门架垂直，额定起重量的重心位于载荷中心，起升到最大高度。
内门架顶端的水平前移及转角由内、外门架的弯曲变形及门架滚轮与导滚间隙构成内门架顶端的水平前移量。
内门架的顶端对垂直线的转角为：θ=θ1+△/Ag+θ2=0.0205rad<2°
θ为1.177° 在允许转角[θ]≤2°范围内，所以合格

参考文献

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致 谢

在做毕业设计的这几个月时间是我大学生涯中最有价值的一段时光。这里有治学严谨而不失亲切的季老师，有互相帮助的同学，更有向上、融洽的学习生活氛围。借此论文之际，我向所有人表示我的谢意。

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