二級(jí)叉車門架設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　叉車主要用于廠礦、倉庫、車站、港口、機(jī)場(chǎng)、貨場(chǎng)、流通中心和配送中心等場(chǎng)所，并能進(jìn)入船艙、車廂和集裝箱內(nèi)、對(duì)成件、包裝件、以及托盤、集裝箱等集裝件進(jìn)行裝卸、堆碼、拆垛、短途搬運(yùn)等工作，是托盤運(yùn)輸、集裝箱運(yùn)輸必不可少的設(shè)備。門架系統(tǒng)是叉車的工作裝置，是進(jìn)行裝卸作業(yè)的直接工作機(jī)構(gòu)，貨物的叉取卸放、升降堆碼都靠它完成。</p>

2、;<p>　　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(jí)或多級(jí)，常見的普通叉車多采用兩級(jí)門架。兩級(jí)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(dòng)，帶動(dòng)貨物起升或下降。內(nèi)門架靠起升油缸驅(qū)動(dòng)升降，亦由滾輪導(dǎo)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°

3、)，以利叉取和堆放貨物。</p><p>　　關(guān)鍵字：貨叉，叉架，門架</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Forklift truck is mainly used for industrial, warehouse, station, port, airport, warehouse, distribu

4、tion 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 t

5、ransportation, 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 </p><p>　　Forklift is the m

6、ain 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 fr

7、ame 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 cyl

8、inder to drive the lifting, also by the rol</p><p>　　Keywords: fork, fork frame, door frame</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p><b

9、>　　1 貨叉2</b></p><p><b>　　1.1貨叉簡(jiǎn)介2</b></p><p>　　1.2貨叉的主要參數(shù)3</p><p>　　1.3 貨叉計(jì)算簡(jiǎn)圖3</p><p>　　1.4貨叉強(qiáng)度計(jì)算4</p><p>　　1.5貨叉的剛度計(jì)算4</p&g

10、t;<p><b>　　2 叉架6</b></p><p>　　2.1叉架的簡(jiǎn)介6</p><p>　　2.2叉架的主要參數(shù)7</p><p>　　2.3叉架的強(qiáng)度計(jì)算8</p><p><b>　　3 門架10</b></p><p>　　3.1門架

11、的簡(jiǎn)介10</p><p>　　3.2門架的主要參數(shù)11</p><p>　　3.3門架的高度計(jì)算12</p><p>　　3.4叉架滾輪壓力計(jì)算13</p><p>　　3.5門架的計(jì)算13</p><p>　　3.6門架的剛度計(jì)算15</p><p><b>　　參考文

12、獻(xiàn)16</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　社會(huì)對(duì)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(chǎng)方面使用叉車來裝卸與搬運(yùn)圓木，方木和板料。在水泥預(yù)制品的加工中，過去一直使用塔式起重機(jī)進(jìn)行裝卸和搬運(yùn)工作，現(xiàn)在國外以大量使用叉車，獲得良好的效益。

13、類似的情況還很多。</p><p>　　叉車主要用于廠礦、倉庫、車站、港口、機(jī)場(chǎng)、貨場(chǎng)、流通中心和配送中心等場(chǎng)所，并能進(jìn)入船艙、車廂和集裝箱內(nèi)、對(duì)成件、包裝件、以及托盤、集裝箱等集裝件進(jìn)行裝卸、堆碼、拆垛、短途搬運(yùn)等工作，是托盤運(yùn)輸、集裝箱運(yùn)輸必不可少的設(shè)備。 </p><p>　　門架系統(tǒng)是叉車的工作裝置，是進(jìn)行裝卸作業(yè)的直接工作機(jī)構(gòu)，貨物的叉取卸放、升降堆碼都靠它完成。因此，門架

14、系統(tǒng)是叉車最重要組成部分之一。</p><p><b>　　1 貨叉</b></p><p><b>　　1.1貨叉簡(jiǎn)介</b></p><p>　　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(gè)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

15、料是低合金鋼、中碳鋼、彈簧鋼和高強(qiáng)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。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)我選的是掛鉤型貨叉，其垂直段的背部上、下各有一個(gè)鉤，鉤在叉架的上，下水平衡梁上。這種

16、形式貨叉的制造過程是先鍛造成長(zhǎng)條坯，在鐓鍛彎成L形，在焊接上，下鉤，之后進(jìn)行熱處理。我選的材料是40Cr。</p><p>　　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(dòng)。調(diào)解時(shí)，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(dòng)貨叉，改變間距。</p><p>　　1.2貨叉的主要參數(shù)</p&

17、gt;<p>　　1.3 貨叉計(jì)算簡(jiǎn)圖</p><p>　　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(biāo)準(zhǔn)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(jiǎn)為活動(dòng)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(duì)不能轉(zhuǎn)動(dòng)故而貨叉又可簡(jiǎn)化為支撐在兩個(gè)鉸接制座上的靜定剛架如下圖：</p><p>&l

18、t;b>　　1.4貨叉強(qiáng)度計(jì)算</b></p><p>　　1）Q=mg=5x1000x10=50000N</p><p>　　K1：動(dòng)載荷系數(shù)為1.2</p><p>　　K2：偏載荷系數(shù)為 1.3</p><p>　　P=K1K2Q/2=1.2x1.3x50000/2=39000Ｎ</p><p>

19、;　　（2）40Cr的屈服強(qiáng)度σs為784MPa</p><p>　?。?）安全系數(shù)n為：</p><p>　　[σ]=σs/n=784/1.25=627.2MPa</p><p>　　(4)σmax=σ彎+σ拉=Mmax/W+P/F=P×DH/W+P/F</p><p><b>　　P-貨叉的計(jì)算載荷</b>

20、</p><p><b>　　DH--載荷中心距</b></p><p>　　W--抗彎截面模量（d2×b/6）</p><p>　　F--貨叉垂直段截面面積(d×b)</p><p><b>　　將數(shù)據(jù)代入得：</b></p><p>　　σmax=14

21、+2.1=16.1MPa＜627MPa</p><p>　　因此，貨叉的強(qiáng)度滿足要求。</p><p>　　1.5貨叉的剛度計(jì)算</p><p>　　貨叉剛度計(jì)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(jì)算值。撓度越小，表示貨叉的剛度越大。</p><p><b>　　撓度計(jì)算的公式：</b

22、></p><p>　　fE=P1×DH×ｌ×[(DH/ｌ)×(3ｌ-DH)+6e+2h]≤[fE]</p><p>　　40Cr鋼的彈性模量 E=205.8X109 N/mm2</p><p>　　I 表示貨叉截面慣性矩（d3b/12）</p><p>　　P1 表示貨叉額定截面載荷力：P1=

23、Q/2=25000N</p><p>　　fE叉車的許用撓度為（l/50=16）</p><p>　　fE=15.9mm＜16mm</p><p>　　因此，貨叉的剛度滿足要求。</p><p><b>　　2 叉架</b></p><p><b>　　2.1叉架的簡(jiǎn)介</b>

24、;</p><p>　　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(dòng)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(dāng)鏈條帶動(dòng)叉架升降時(shí)，叉架要可靠的沿著門架導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。由此，決定了叉架在構(gòu)造上是一個(gè)垂直運(yùn)動(dòng)的承載小車，一般有兩部分組成。其前部是一個(gè)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(dǎo)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(dǎo)軌垂

25、直升降。我選的叉架類型為板式，材料為Q345。如下圖：</p><p>　　2.2叉架的主要參數(shù)</p><p><b>　　叉架簡(jiǎn)圖</b></p><p><b>　　叉架上橫梁截面圖</b></p><p>　　2.3叉架的強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　叉架的受力比較復(fù)

26、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(jìn)行計(jì)算超靜定框架。簡(jiǎn)化方法是把作用在框架平面橫梁的力與橫梁看成簡(jiǎn)支懸臂梁，主要計(jì)算橫梁。如下圖：</p><p>　　1、A點(diǎn)的應(yīng)力最大，其計(jì)算公式如下：</p><p>　　σA=Mx/Wx+My/Wy=P1×l/(b×h

27、2/6)+F×l/(b2h/6)≤[σ]</p><p><b>　　平面內(nèi)的彎矩：</b></p><p>　　Mx=P1×l=5000000N?mm</p><p><b>　　垂直于平面的彎矩：</b></p><p>　　My=F×l=P1（c+a+b/2）/f

28、=5913299.7N?mm</p><p><b>　　X方向的彎矩截面：</b></p><p>　　Wx=b×h2/6=108000mm3</p><p><b>　　Y方向的彎矩截面：</b></p><p>　　Wy=b2h/6=40500mm3</p><p

29、><b>　　代入公式得：</b></p><p>　　σA=192MPa＜230MPa</p><p>　　2、B點(diǎn)扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力最大，公式為：</p><p>　　Τmax=MT/αb2h</p><p>　　矩形截面高寬比α=2.7</p><p>　　B截面的扭矩MT=1773989.8

30、99N?mm</p><p><b>　　代入公式得：</b></p><p>　　Τmax=2.7MPa</p><p>　　B點(diǎn)的雙向應(yīng)力，其計(jì)算公式為：</p><p>　　σB=√（（My/Wy）2+3Τmax2）=146MPa＜230MPa</p><p>　　因此，滿足設(shè)計(jì)要求。<

31、;/p><p><b>　　3 門架</b></p><p><b>　　3.1門架的簡(jiǎn)介</b></p><p>　　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(yùn)動(dòng)的導(dǎo)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

32、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(dòng)。</p><p>　　這種截面優(yōu)點(diǎn)：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(gè)內(nèi)門架的導(dǎo)向滾輪，內(nèi)門架的外伸緣壓在此滾輪上運(yùn)動(dòng)。內(nèi)門架的另一個(gè)導(dǎo)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

33、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(shí)，滾輪的間距逐漸減小，滾輪的壓力也增大，最大起升高度時(shí)，滾輪間距最小，壓力最大。如下圖：</p><p>　　3.2門架的主要參數(shù)</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　外門架截面圖</b></p><p>

34、<b>　　內(nèi)門架截面圖</b></p><p>　　3.3門架的高度計(jì)算</p><p>　　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。</p><p>　　H1=H2=0.5（Hmax-δ）+L2+d+t</p><p>　　考慮到叉車滿載時(shí)前輪會(huì)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

35、作用抵消，并且先不考慮工藝尺寸t，則：</p><p>　　H1=0.5（Hmax）+L2+d=2050mm</p><p><b>　　最低的結(jié)構(gòu)要求：</b></p><p>　　Ha=H1+amin=2180mm</p><p>　　3.4叉架滾輪壓力計(jì)算</p><p>　　計(jì)算叉架滾輪壓

36、力時(shí)，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(shí)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(duì)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。</p><p><b>　　滾輪壓力計(jì)算公式：</b></

37、p><p>　　R叉上=R叉下=（Q×ｂ＋Ｇ叉×ｂ１）/2a=34.3KN</p><p>　　我選的滾動(dòng)軸承代號(hào)是2311，其外徑是120mm</p><p><b>　　3.5門架的計(jì)算</b></p><p>　　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

38、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(jí)，不容忽視。</p><p>　　內(nèi)外門架的計(jì)算簡(jiǎn)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(jì)算，為了減少計(jì)算工作量，可按單根薄壁桿計(jì)算。</p><p>　　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(jì)。考慮到滾輪壓力對(duì)立柱翼緣還要產(chǎn)生局部彎曲作用，

39、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。</p><p>　　采用參數(shù)法進(jìn)行叉車門架的約束扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，比較簡(jiǎn)單，便于實(shí)用。</p><p>　　當(dāng)滾輪間距相等時(shí)，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(qiáng)度。</p><p>　　門架是叉車的重要組成部分。門架受載時(shí)的應(yīng)力情況極為復(fù)雜，而影響門架應(yīng)力的

40、因素又多種多樣。本文是將立柱看成無限長(zhǎng)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(diǎn)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(diǎn)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

41、用點(diǎn)附近的Z向應(yīng)力最大。在翼緣外表面各點(diǎn)應(yīng)力值的分布規(guī)律相似，但應(yīng)力的符號(hào)與翼緣內(nèi)表面應(yīng)力的符號(hào)相反。</p><p>　　翼緣與腹板連接處的應(yīng)力為：</p><p>　　δx =0.7P/t2×４√（ｃ／ｂ）３=20MPa</p><p>　　δz =1.7P/t2×４√（ｃ／ｂ）３=48.2MPa</p><p>　　

42、均勻壓力中心處的應(yīng)力為：</p><p>　　δx =2.1P/t2×４√（ｃ／ｂ）３=59MPa</p><p>　　δz =0.3P/t2×４√（ｃ／ｂ）３=8.5MPa</p><p>　　3）滾輪與立柱翼緣板接觸傳力時(shí)，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，

43、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(dú)對(duì)他進(jìn)行校核。計(jì)算公式如下：</p><p>　　δj=0.418√（PE/br）</p><p>　　滾輪壓力P=34.3KN 彈性模量E=2.1×105MPa</p><p>　　滾輪寬度b=43mm 滾輪半徑r=60mm<

44、/p><p><b>　　代入公式得：</b></p><p><b>　　δj=905MPa</b></p><p>　　許用擠壓力可取為材料布氏硬度值的5倍</p><p>　　δj=905MPa＜1150MPa</p><p>　　因此，內(nèi)門架的尺寸符合要求。</p&

45、gt;<p>　　3.6門架的剛度計(jì)算</p><p>　　門架的剛度計(jì)算主要是計(jì)算門架的整體變形量。門架在載荷作用下將向前彎曲傾斜，并使貨叉及載荷中心前移，傾覆力矩增加。如果前移量較大，將影響叉車的穩(wěn)定性，尤其在起升高度大的情況下更是如此。</p><p>　　門架剛度的計(jì)算工況和門架強(qiáng)度的工況相同，即門架垂直，額定起重量的重心位于載荷中心，起升到最大高度。</p&g

46、t;<p>　　內(nèi)門架頂端的水平前移及轉(zhuǎn)角由內(nèi)、外門架的彎曲變形及門架滾輪與導(dǎo)滾間隙構(gòu)成內(nèi)門架頂端的水平前移量。</p><p>　　內(nèi)門架的頂端對(duì)垂直線的轉(zhuǎn)角為：θ=θ1+△/Ag+θ2=0.0205rad<2°</p><p>　　θ為1.177° 在允許轉(zhuǎn)角[θ]≤2°范圍內(nèi)，所以合格</p><p><

47、b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 陶元方,衛(wèi)良保.叉車構(gòu)造與設(shè)計(jì)[M].太原：太原科技大學(xué)教材料，2007:43</p><p>　　[2] 劉鴻文.材料力學(xué)（I）.4版.北京：高等教育出版社，2004（2005重?。?101</p><p>　　[3] 李廉錕.結(jié)構(gòu)力學(xué)（I）.4版.北京：高等教育出版社，2004（2006重印

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