二級叉車門架設計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　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、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，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構。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門架上下移動，帶動貨物起升或下降。內門架靠起升油缸驅動升降，亦由滾輪導向。門架后方的兩側設有傾斜油缸，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貨叉簡介2</b></p><p>　　1.2貨叉的主要參數(shù)3</p><p>　　1.3 貨叉計算簡圖3</p><p>　　1.4貨叉強度計算4</p><p>　　1.5貨叉的剛度計算4</p&g

10、t;<p><b>　　2 叉架6</b></p><p>　　2.1叉架的簡介6</p><p>　　2.2叉架的主要參數(shù)7</p><p>　　2.3叉架的強度計算8</p><p><b>　　3 門架10</b></p><p>　　3.1門架

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

12、獻16</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　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。

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、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備。 </p><p>　　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，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。一般叉車都有兩個相同的貨架，貨架裝在叉架上。貨叉是叉車承載的重要構件。 制造貨叉的材料其屈服極限不應低于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

16、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。</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。</p><p>　　1.2貨叉的主要參數(shù)</p&

17、gt;<p>　　1.3 貨叉計算簡圖</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：</p><p>&l

18、t;b>　　1.4貨叉強度計算</b></p><p>　　1）Q=mg=5x1000x10=50000N</p><p>　　K1：動載荷系數(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、;　?。?）40Cr的屈服強度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，貨叉的強度滿足要求。</p><p>　　1.5貨叉的剛度計算</p><p>　　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。</p><p><b>　　撓度計算的公式：</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構，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，與前部框架焊接構成一體，有鏈條牽引，沿門架導軌垂

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>　　叉架簡圖</b></p><p><b>　　叉架上橫梁截面圖</b></p><p>　　2.3叉架的強度計算</p><p>　　叉架的受力比較復

26、雜，受到的力有：貨叉上部的壓力、貨物產生的力偶、滾輪的反力偶、側向力偶、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：</p><p>　　1、A點的應力最大，其計算公式如下：</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點扭轉剪應力最大，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點的雙向應力，其計算公式為：</p><p>　　σB=√（（My/Wy）2+3Τmax2）=146MPa＜230MPa</p><p>　　因此，滿足設計要求。<

31、;/p><p><b>　　3 門架</b></p><p><b>　　3.1門架的簡介</b></p><p>　　內、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件，又是叉架或內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

32、三根橫梁連接，構成框架結構，然后嵌套在一起，依靠裝在內、外門架上的滾輪，使內門架沿外門架立柱滾動。</p><p>　　這種截面優(yōu)點：內門架立柱外翼緣均有外伸翼緣插入外門架立柱槽型內，這使得有可能在外門架立柱頂端裝設一個內門架的導向滾輪，內門架的外伸緣壓在此滾輪上運動。內門架的另一個導向滾輪仍裝在內門架立柱下端腹板上，此滾輪在外門架立柱的后翼緣內壁上。這樣內門架受起重載荷的力矩作用后，由于內門架上、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：</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>　　內門架截面圖</b></p><p>　　3.3門架的高度計算</p><p>　　為了最大可能地降低整車結構高度，必須使內、外門架的高度相同。</p><p>　　H1=H2=0.5（Hmax-δ）+L2+d+t</p><p>　　考慮到叉車滿載時前輪會有一定的變形，影響起升高度,假設其作用與貨叉厚度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>　　最低的結構要求：</b></p><p>　　Ha=H1+amin=2180mm</p><p>　　3.4叉架滾輪壓力計算</p><p>　　計算叉架滾輪壓

36、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，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，貨物在貨叉上偏置所產生的偏心力矩，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>　　我選的滾動軸承代號是2311，其外徑是120mm</p><p><b>　　3.5門架的計算</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架。由于壓

38、力不通過立柱截面彎心，必然產生約束扭轉。約束扭轉的正應力與彎曲正應力為同一量級，不容忽視。</p><p>　　內外門架的計算簡圖與橫梁數(shù)目和橫梁剛度有關。內門架按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。</p><p>　　立柱截面中的剪切應力與正應力相比較，數(shù)值較小，約束扭轉剪應力更可忽略不計?？紤]到滾輪壓力對立柱翼緣還要產生局部彎曲作用，

39、因此門架立柱截面應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)法進行叉車門架的約束扭轉強度計算，比較簡單，便于實用。</p><p>　　當滾輪間距相等時，內外門架立柱中的最大彎矩和雙力矩基本相等，因此要求叉車的內外門架應具有相同的強度。</p><p>　　門架是叉車的重要組成部分。門架受載時的應力情況極為復雜，而影響門架應力的

40、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)域將產生局部彎曲變形，有雙向局部彎曲應力。即沿X軸方向和沿Z軸方向均有應力。在P所在的橫截面上，各點的應變和應力是這樣分布的：在翼緣板內表面，靠近腹板處的X向應力為拉應力，靠近自由邊處的X向應力為壓應力，自由邊緣處及中間彎曲拐角處，X向的應力均為零，而以翼緣和腹板連接處的應力為最大；翼緣內表面的Z向應力均為壓應力，而已力P作

41、用點附近的Z向應力最大。在翼緣外表面各點應力值的分布規(guī)律相似，但應力的符號與翼緣內表面應力的符號相反。</p><p>　　翼緣與腹板連接處的應力為：</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，在接觸處產生局部擠壓應力。他是立柱翼緣內側表面磨損與剝蝕的原因，因此必須考慮。因產生接觸擠壓應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力分量，故只需單獨對他進行校核。計算公式如下：</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，內門架的尺寸符合要求。</p&

45、gt;<p>　　3.6門架的剛度計算</p><p>　　門架的剛度計算主要是計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>　　門架剛度的計算工況和門架強度的工況相同，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>　　內門架頂端的水平前移及轉角由內、外門架的彎曲變形及門架滾輪與導滾間隙構成內門架頂端的水平前移量。</p><p>　　內門架的頂端對垂直線的轉角為：θ=θ1+△/Ag+θ2=0.0205rad<2°</p><p>　　θ為1.177° 在允許轉角[θ]≤2°范圍內，所以合格</p><p><

47、b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 陶元方,衛(wèi)良保.叉車構造與設計[M].太原：太原科技大學教材料，2007:43</p><p>　　[2] 劉鴻文.材料力學（I）.4版.北京：高等教育出版社，2004（2005重印）:101</p><p>　　[3] 李廉錕.結構力學（I）.4版.北京：高等教育出版社，2004（2006重印

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49、<p>　　[7] 濮良貴,紀名剛.機械設計[M].北京：高等教育出版社, 2001：205 </p><p>　　[8] 楊長揆,傅東明.起重機械[M].北京：機械工業(yè)出版社, 1985 ：300</p><p>　　[9] 唐增寶.機械設計課程設計[M].山西：華中科技大學出版社, 1999：50 </p><p>　　[10] 倪慶興.起重輸送機