伸縮臂叉裝車總體結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計機械CAD圖紙

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1、伸縮臂叉裝車總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 摘要：伸縮臂叉裝車已成為高空作業(yè)設(shè)備的重要門類，是廣泛應(yīng)用于建筑工地、工礦企業(yè)倉庫和其他工地上起升、運輸、堆放磚頭、木材、鋼材和其他物料的一種起重運輸設(shè)備，隨著經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，對其需求越來越大，對其性能的要求也越來越高。本文主要任務(wù)是完成對 伸縮臂叉裝車的總體計算、整體布局、臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計及其有限元分析。 本文主要內(nèi)容： ⑴ 介紹伸縮臂叉裝車的用途、國內(nèi)外伸縮臂叉裝車發(fā)展?fàn)顩r的比較、及其發(fā)展前景。同時對臂架的結(jié)構(gòu)和工作原理做了簡要介紹。 ⑵ 完成對關(guān)鍵鉸點的布置，作業(yè)高度、作業(yè)幅度的計算，及整機穩(wěn)定性的校核計算。并繪制出整機總體布局圖。 ⑶ 臂架的結(jié)構(gòu)設(shè)計，臂

2、架的強度、剛度和穩(wěn)定性計算，并用ANSYS軟件進行臂架有限元分析。同時完成臂架系統(tǒng)裝配圖，一節(jié)臂、二節(jié)臂的裝配圖和相關(guān)零部件的工程圖。 ⑷ 設(shè)計過程采用Pro/E軟件進行三維實體建模，并進行裝配，最后應(yīng)用其工程圖模塊轉(zhuǎn)化為二維工程圖。 本次設(shè)計的 伸縮臂叉裝車參考了JCB公司的JCB530型號伸縮臂叉裝車的外形尺寸，并且嚴格按照《起重機金屬結(jié)構(gòu)》、《BS_EN_1459-1999》和《機械設(shè)計手冊》等相關(guān)設(shè)計規(guī)范進行設(shè)計，其性能和質(zhì)量滿足相關(guān)要求。 關(guān)鍵詞：伸縮臂叉裝車；穩(wěn)定性；臂架；有限元分析 The Frame Structure Design of Telehandler

3、 Abstract： Telehandler is a kind of hoisting equipment which is widely used in building site、storage and other place to lift、transport、stack the tile 、wood 、steel products and other materiel . Along with the development of economic in our country, the requirement of crawler crane is larger and larg

4、er, and the request of the capability is higher and higher.the mission of this paper is to complete the frame structure design of telehandler、the design of boom structure and the finite analysis of boom. The primary contents in this paper can be concluded as follows: The use of the telehandler、t

5、he telehandler’s development comparison domestic with abroad、and the development trend of the telehandler are introduced.At the same time,the paper introduces the structure of boom and how boom works, and gives the principle of how to choose the boom. The pivot points arrangment , the calculation o

6、f lift height and forward reach, and the calculation of the stability are completed.The integral layout drawing is provided. The structure design of the boom, the calculation of the strength and stability of the boom system are accomplished and the finite analys of boom is achieved by ANSYS softwa

7、re. While at the same time planar engineering drawing must be done, such as the assembling of the boom system, the boom one the boom two and the related parts. I use the Pro-E software to design the 3D entity, and make dummy assembly. And then, the 3D entity is transformed to the planar engineerin

8、g drawing with the Pro/E planar engineering drawing module. In the design process, I refer to the JCB530 telehandler of JCB, and accord to the《Crane Metal Stuctrure》、《BS_EN_1459-1999》and the《Machine Design Handbook》strictly. Its capability and quality meet the requirement. Key Words：Telehandler

9、；Stability；Boom；The Finite element analysis 目 錄 摘要 I ABSTRACT II 緒論 1 1 伸縮臂叉裝車概述 1 1.1 伸縮臂叉裝車簡介 1 1.2 國外伸縮臂叉裝車發(fā)展?fàn)顩r 1 1.3 國內(nèi)伸縮臂叉裝車發(fā)展?fàn)顩r 2 1.4 國內(nèi)伸縮臂叉裝車的前景及發(fā)展趨勢 2 1.5 國內(nèi)、外相關(guān)標(biāo)準 3 第一章 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 4 1題目來源：實際應(yīng)用 4 2設(shè)計要求和設(shè)計參數(shù) 4 2.1設(shè)計要求： 4 2.2設(shè)計參數(shù)： 4 3個人重點工作 5 4各階段時間安排 5 5應(yīng)閱讀的資料及主要參考文獻目

10、錄 5 第二章 畢業(yè)設(shè)計計算說明書 5 1 設(shè)計參數(shù)及整機尺寸 5 1.1 設(shè)計參數(shù) 6 1.2 整機尺寸 6 2重要鉸點布置及其計算 7 3 作業(yè)高度h計算 8 4 幅度R計算 9 5 整機穩(wěn)定性計算 9 5.1 整體穩(wěn)定性計算工況和載荷 9 5.2 整體穩(wěn)定性結(jié)果匯總 11 6 臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計及其計算 12 6.1 臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 6.2 臂架理論計算 13 6.2.1 臂架全伸，仰角時剛度、強度計算 13 6.2.2 臂架全伸，仰角0度時剛度、強度、穩(wěn)定性計算 25 6.3 各臂節(jié)支反力計算 27 6.3.1 對臂架整體受

11、力分析 27 6.3.2 伸臂時各臂節(jié)支反力計算 29 6.3.3 縮臂時各臂節(jié)支反力及縮臂鏈拉力 30 第三章：標(biāo)準化審驗報告 31 1 技術(shù)分析 31 2結(jié) 論 32 參 考 文 獻 33 致 謝 34 緒論 1 伸縮臂叉裝車概述 1.1 伸縮臂叉裝車簡介 在高空作業(yè)類小型機械中，主要有高空作業(yè)平臺、伸縮臂叉裝車等種類。 伸縮臂叉裝車按結(jié)構(gòu)型式主要分為回轉(zhuǎn)式和非回轉(zhuǎn)式，本文主要闡述非回轉(zhuǎn)式伸縮臂叉裝車。非回轉(zhuǎn)式伸縮臂叉裝車的結(jié)構(gòu)分為上車和下車。上車主要包括臂架、連接裝置、調(diào)平裝置、附屬裝置等。下車主要包括駕駛室、底盤、發(fā)動機等。傳統(tǒng)叉車的起升

12、部分是立式門架，貨叉主要沿垂直方向完成叉裝、起升作業(yè)。起升高度受門架高度限制，主要用于貨物裝卸與轉(zhuǎn)運作業(yè)。伸縮臂叉裝車在叉裝與起升作業(yè)方面與傳統(tǒng)叉車相類似，其與傳統(tǒng)叉車的不同之處是具有伸縮臂，伸縮臂和駕駛室置于兩側(cè)；伸縮臂可使貨叉在水平方向前后伸縮、上下運動；臂架頭部可配置多種附屬裝置，完成多種作業(yè)。伸縮臂叉裝車主要功能有叉裝運輸、挖掘、抓鏟、起升吊裝、工作平臺、清掃作業(yè)等。 伸縮臂叉裝車具有獨特的優(yōu)點，主要用在建筑工地、工礦企業(yè)倉庫和其他工地上起升、運輸、堆放磚頭、木材、鋼材和其他物料。伸縮臂叉裝車能夠利用多種附屬裝置，有效完成多種不同作業(yè)，真正成為多功能工程機械。伸縮臂叉裝車的特點有[1

13、]： （1）靈活性 伸縮臂叉裝車采用四輪驅(qū)動型式，有三種轉(zhuǎn)向模式（前輪轉(zhuǎn)向、四輪轉(zhuǎn)向、斜行行走），雙速齒輪變速箱，轉(zhuǎn)彎半徑小，能在狹小的空間靈活、快速、準確作業(yè)。 （2）多用性 伸縮臂叉裝車用途廣泛，可長時間連續(xù)作業(yè)。有一系列可快速更換的附屬裝置供選擇，包括貨叉、鏟斗、桁架臂、立式門架等。無需購買其他機型，只需在機器上增加幾個可用附件，就可以提升叉裝車的生產(chǎn)能力、靈活性及工作效率。 （3）穩(wěn)定性及安全性 伸縮臂叉裝車軸距長、重心低、車架前部可安裝穩(wěn)定支腿且臂架具有伸出、降低自動鎖定功能、發(fā)動機置于車架縱向中心，使其在山坡和崎嶇地帶可以保持穩(wěn)定；重量分布均勻，四輪驅(qū)動，改善了在泥濘地

14、、巖石地帶、沙土及雪地上的機動性；視野開闊并。 1.2 國外伸縮臂叉裝車發(fā)展?fàn)顩r 國外伸縮臂叉裝車增長速度非?？欤瑑H在美國，伸縮臂叉裝車市場每年增長25％。在歐洲市場，伸縮臂叉裝車繼2004年需求市場再一次發(fā)展良好之后，2005年的銷售量也顯著提高，達到每年2.1萬臺，市場曾經(jīng)預(yù)測其銷售量只能達到每年2.1萬臺，但2006年銷售量劇增14%，市場的需求量超過2.6萬臺。來自租賃公司特別是英國和法國租賃公司的巨大需求將使該產(chǎn)品有良好的市場前景。預(yù)計未來5年的銷售量每年有可能穩(wěn)定在2.3萬～2.4萬臺的水平。 國外主要生產(chǎn)商絕大部分集中在歐美，如美國的JLG、Genie、Terex、Cas

15、e、Upright、Bobcat，英國的JCB，法國的Haulotte、Manitou，意大利的Faresin、New Holland，德國的Merlo，加拿大的Carelift等生產(chǎn)廠家。 美國JLG有限公司成立于1969年，是全球最大的高空作業(yè)設(shè)備專業(yè)生產(chǎn)廠家。其生產(chǎn)工廠分布在美國和比利時。JLG伸縮臂叉裝機的主要對象不是建筑工程，而是類似化工廠的工廠以及工廠倉庫等[2]。 2005年JLG與Caterpillart(卡特彼勒)簽訂協(xié)議，合作生產(chǎn)伸縮臂叉裝車，并于2007年推出了TH360B系列伸縮臂叉裝車，該系列產(chǎn)品起重量3.5t—5t，起升高度6.1m—17m[3]。 JLG伸縮

16、臂叉裝車家族中分四大類：Skytrack、Gradall、Lall、JLG。 意大利制造商Faresin集團下屬7個子公司，職能包括設(shè)計、生產(chǎn)、銷售等行業(yè)。其中，F(xiàn)aresin Handles Spa是于2006年6月Faresin收購Pingvel Haulotte后組成的新公司，主要生產(chǎn)伸縮臂叉裝車[4]。 法國Manitou公司產(chǎn)品遍布20個國家，有500個銷售網(wǎng)點和23家子公司。其生產(chǎn)基地分別位于法國、意大利、中國、美國。其產(chǎn)品品牌系列化，如伸縮臂叉裝車品牌為Maniscopic 、車載式叉裝車Manitransi。法國的Manitou伸縮臂叉裝車系列分為5大系列：BT系列、MT系

17、列、MRT系列、MHT系列、MLT-MLA系列[5]。 1.3 國內(nèi)伸縮臂叉裝車發(fā)展?fàn)顩r 中國伸縮臂叉裝車制造史要追溯到1989年，是由廈門嘉豐機械廠與同濟大學(xué)聯(lián)合設(shè)計生產(chǎn)出第一臺伸縮臂叉裝車[6]。中國的伸縮臂叉裝車起步晚，但是經(jīng)過這幾年的發(fā)展，其技術(shù)已經(jīng)有了長足的進步。國內(nèi)不少于8家公司已經(jīng)制造出伸縮臂叉裝車或者正在進入該行業(yè)[7]。在2007年CONEXPO亞洲工程機械博覽會上，中國湖南山河智能公司更是展示出高技術(shù)的三節(jié)臂的伸縮臂叉裝車，代表了國內(nèi)的先進水平?，F(xiàn)在主要的生產(chǎn)廠家有湖南的山河智能、山東濱州勝利特種叉車廠、廈門的夏嘉、夏虎和三家樂等公司。 1.4 國內(nèi)伸縮臂叉裝車的

18、前景及發(fā)展趨勢 隨著國內(nèi)物流、安裝等行業(yè)順應(yīng)國際潮流而快速發(fā)展，市場上對高舉升、大卸距裝載機械的需求日趨迫切。由于伸縮臂叉裝車具有超常的大作業(yè)范圍、優(yōu)越的平動升降、大行程的伸展功能以及獨特的小凈空結(jié)構(gòu)，其應(yīng)用范圍主要有： (1)物流行業(yè)貨物流通過程中的倉儲、裝卸、搬運環(huán)節(jié)； (2)工業(yè)垃圾收集、儲運及預(yù)處理行業(yè)； (3)農(nóng)村對農(nóng)作物的晾曬、收集、包裝、儲運及處理作業(yè)； (4)農(nóng)村小型土、石方工程； (5)露天工程、設(shè)施的設(shè)備安裝作業(yè)； (6)道路、市政工程、郵電及電力設(shè)施的設(shè)備安裝作業(yè)； (7)石材流通領(lǐng)域中石板材、石雕產(chǎn)品貨柜的裝卸； (8)工廠企業(yè)中的物資裝卸

19、及設(shè)備維護； (9)船艙物資的裝卸作業(yè)； (10)園林企業(yè)的樹木維護； (11)低層建筑的物料搬運。 國內(nèi)不同行業(yè)對伸縮臂叉裝車的使用要求也不同，具體為： (1)國內(nèi)存在大量的小型煤炭、砂石料、飼料等散狀物料儲運相關(guān)企業(yè)，大都采用中小型裝載機進行物料的搬運和堆積。 (2)隨著鐵路高幫敞車和公路高幫貨車及廂式貨車的普及使用，目前常規(guī)裝載機與叉車的作業(yè)范圍與實際作業(yè)需求不相適應(yīng)。 (3)對于一些常見的非常規(guī)的特殊裝卸、搬運作業(yè)，如在非固定場所進行以下各種散裝作業(yè)：敞開或盛裝液體容器等不可傾斜物料的裝卸、“隔墻”裝卸、越溝作業(yè)、“腹下”小凈空安裝工程、高溫物料的裝卸等等，一直以

20、來，都需要采用特定的配套裝備和操作工藝，耗費人力、物力資源，作業(yè)周期長。而采用伸縮臂叉裝車，可以輕而易舉地實現(xiàn)高效率、低成本。 另外，從INTERMAT 2006國際建筑及土木工程機械博覽會可以看出，參展的小型工程機械種類中，伸縮臂裝載機、伸縮臂叉車等產(chǎn)品明顯增多[8]。其主要原因是由于歐美等發(fā)達國家大規(guī)模的建設(shè)時期已經(jīng)過去，施工建設(shè)以維護為主，因此，對小型機械的需求較大。 未來的中國，一方面大規(guī)模的經(jīng)濟建設(shè)仍將繼續(xù)，另一方面，維護改造的工程會不斷增加，伸縮臂叉裝車的優(yōu)勢可以充分的發(fā)揮出來。未來四年國內(nèi)市場需求高速增長，每年增長將維持在千臺以上。 通過綜上所述，中國的伸縮臂叉裝車未來幾年

21、內(nèi)必然會有良好的市場前景。 1.5 國內(nèi)、外相關(guān)標(biāo)準 國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準為《伸縮臂叉裝車規(guī)范（GJB4555—2003）》，其于2003年12月3日由中國人民解放軍總后勤部公布。該規(guī)范規(guī)定了伸縮臂叉裝車的要求，適用于OCS2002-3伸縮臂叉裝車。該標(biāo)準分為6部分—范圍、引用文件、要求、質(zhì)量保證規(guī)定、交貨準備和說明事項。要求主要包括：基本參數(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量及技術(shù)要求、叉裝車動力性能、穩(wěn)定性、作業(yè)可靠性、行駛可靠性、噪音等。質(zhì)量保證規(guī)定主要包括：檢驗分類、基本參數(shù)測定、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗、動力性能測試、試驗載荷、行駛可靠性等。 在國外，美國伸縮臂叉裝車標(biāo)準為《Rough Terrain Fork Lif

22、ts （ANSI B 56.6）》，澳洲伸縮臂叉裝車標(biāo)準為AS1418-19 for Telehandlers，歐洲伸縮臂叉裝車標(biāo)準為《Safety of industrial trucks - Self-propelled variable reach trucks（EN 1459）》。 第一章 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 題目：伸縮臂叉裝車 Title： Design of Telehandler 1題目來源：實際應(yīng)用 2設(shè)計要求和設(shè)計參數(shù) 2.1設(shè)計要求： 1)整體布局圖、臂架結(jié)構(gòu)圖共兩張零號圖紙； 2)零部件圖2~3張； 3)設(shè)計計算說明書一份； 4)外文資料翻譯2萬字符；

23、5)全部設(shè)計圖紙用Pro/E完成。 2.2設(shè)計參數(shù)： 1)作業(yè)工況： 最大起升載荷：3500kg； 最大起升高度：6988mm； 最大高度下的最大起升載荷：3000kg； 最大幅度：3923mm； 最大幅度時的最大起升載荷：1200kg； 臂架變幅角度：-4~62°； 收藏狀態(tài)下臂架仰角：-3°； 接近角：90° 離去角：65° 軸距：2850mm； 輪距：1845mm； 車架離地間隙：440mm； 整機質(zhì)量：約6.8t； 整機尺寸：4600×2250×2300mm（不帶貨叉）； 2)機構(gòu)參數(shù) 最高時速：24km/h； 爬坡能力： 60%（空載）； 2

24、2%（帶載下行，EN1459 AnnexB）； 50%（空載行走斜側(cè)傾角， EN1459 AnnexB）； 臂架動作時間（空載/滿載）： 向上變幅時間：6.7/7.3s； 向下變幅時間：4.8/4.6s； 臂架伸出時間：7.1/7.3s； 臂架縮回時間：5.7/5.5s； 鏟斗向上/向下動作（空載）：3/2s。 3個人重點工作 總體計算、整機布局、臂架設(shè)計 4各階段時間安排 應(yīng)完成的工作量(按學(xué)期周次排) 第4周～第5周： 查閱收集整理資料，分析研究設(shè)計任務(wù)，熟悉繪圖軟件； 第6周～第7周： 確定整機布局，進行整機布局設(shè)計； 第8周～第9周： 臂架結(jié)構(gòu)草

25、圖繪制； 第10周～第11周： 繪制整機布局圖、臂架結(jié)構(gòu)圖； 第12周～第13周： 繪制零部件圖； 第14周： 整理計算書； 第15周： 完善全部設(shè)計圖紙，整理完成設(shè)計說明書； 第16周： 制作ppt，準備答辯。 5應(yīng)閱讀的資料及主要參考文獻目錄 1）楊長睽主編．起重機械．北京：機械工業(yè)出版社，1987 2）起重機設(shè)計規(guī)范(GB3811-2008)．國家標(biāo)準局，2008 3）成大先主編．機械設(shè)計手冊．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998 4）王金諾主編．起重運輸機金屬結(jié)構(gòu)．北京：中國鐵道出版后送，1983 5）EN1459：

26、1999 Safety of industrial trucks: Selfpropelled variable reach trucks； 6）國外叉裝車樣本資料 第二章 畢業(yè)設(shè)計計算說明書 1 設(shè)計參數(shù)及整機尺寸 1.1 設(shè)計參數(shù) 1）作業(yè)工況： 本次設(shè)計給定的設(shè)計參數(shù)如下： 最大有效載荷：3500kg； 最大提升高度：6988mm； 最大高度下的有效載荷：3000kg； 最大前伸量：3923mm； 最大伸長時的有效載荷：1200kg； 臂架變幅角度：-4~62度； 收藏狀態(tài)下臂架仰角：-3度； 接近角：90度 離去角：65度； 2)機構(gòu)參數(shù)

27、 最高時速：24km/h； 爬坡能力：60%（空載）； 22%（帶載下行，EN1459 AnnexB）； 50%（空載行走斜側(cè)傾角，EN1459 AnnexB）； 臂架動作時間（空載/滿載）： 向上變幅時間：6.7/7.3s; 向下變幅時間：4.8/4.6s; 臂架伸出時間：7.1/7.3s; 臂架縮回時間：5.7/5.5s； 鏟斗向上/先下動作（空載）：3/2s 1.2 整機尺寸 根據(jù)標(biāo)準要求，參照JCB530伸縮臂叉裝車外形尺寸，設(shè)計 伸縮臂叉裝車

28、整機尺寸如下（見圖1）： 總長：4868mm； 總寬：2250mm； 總高：2300mm； 車架離地間隙：440mm； 輪距：1845mm； 軸距：2850mm； 整機質(zhì)量：約6.8t 圖1 整體布局簡圖 2重要鉸點布置及其計算 根據(jù)叉裝車特點，為了方便分析，各個鉸點的坐標(biāo)是以兩軸中心線與變幅平面交點的中點為原點坐標(biāo)建立的。建立數(shù)學(xué)模型如圖2.1所示： 圖2.1 鉸點布置數(shù)學(xué)模型 A：一節(jié)臂質(zhì)心； B：二節(jié)臂質(zhì)心； H：變幅油缸質(zhì)心； P：貨叉質(zhì)心； Mn：為載荷質(zhì)心； Sl－伸縮油缸的伸長量； a-臂架仰角； d－變幅油缸上鉸

29、點到臂架根部鉸點的距離（平行于臂架方向）； d1～d2－全縮時各節(jié)臂質(zhì)心到臂架根部鉸點的距離（平行于臂架方向）； dk－全縮時K點到臂架根部鉸點的距離（平行于臂架方向）； h－變幅油缸上鉸點到到臂架根部鉸點的距離（垂直于臂架方向）； h1～h2－各節(jié)臂質(zhì)心到臂架根部鉸點的距離（垂直于臂架方向）； hk－K點到臂架根部鉸點的距離（垂直于臂架方向）； 已知：O1、H1點的坐標(biāo)如下： O1(-2772, 1565) H1(-1680, 936) 表2-1 其它各點的動態(tài)坐標(biāo)如下： x y H2 O1x+d×cosa＋h×sina O1y+d×sina-h×cosa

30、 A O1x+d1×cosa+h1×sina O1y+d1×sina-h1×cosa B O1x+(d2+sl)×cosa+h2×sina O1y+(d2+sl)×sina-h2×cosa K O1x+(dk+2×sl)×cosa+hk×sina O1y+(dk+2×sl)×sina-hk×cosa 3 作業(yè)高度h計算 根據(jù)《BS_EN_1459-1999》對作業(yè)高度的要求： （3.1） 式中：—臂架后鉸點到地面的高度，； —臂架全縮時臂架后鉸點與貨叉與臂頭連接鉸點的距離，；

31、 —油缸伸長量,； —貨叉與臂頭連接鉸點距貨叉頂面高度，； —臂架仰角，變化范圍為～； 當(dāng)油缸全伸，臂架仰角達最大值時，貨叉達到最大作業(yè)高度時：hmax=7463mm； 當(dāng)考慮臂架下?lián)隙葧r：hmax=7463-198=7265mm。此時的最大作業(yè)高度是貨叉底面到地面的距離。 4 幅度R計算 根據(jù)《BS_EN_1459-1999》對幅度的規(guī)定，按以下公式計算： （4.1） —為臂架仰角, 變化范圍為～； —為油缸伸長量, ； —臂頭鉸點到后鉸點的距離（平行臂架方向），全

32、縮時為4134mm； —為臂頭鉸點到臂架后鉸點垂直臂架方向的距離930mm; —后鉸點到前輪邊緣的距離 ，； —為載荷重心到前鉸點的距離，； 當(dāng)臂架水平全伸時幅度為最大R=3924mm，此時油缸伸長量為2865mm； 5 整機穩(wěn)定性計算 5.1 整體穩(wěn)定性計算工況和載荷 根據(jù)歐洲標(biāo)準《BS_EN_1459-1999》對穩(wěn)定性的規(guī)定，整體穩(wěn)定性計算的載荷和力的方向如表5-1所示。 表5-1 整體穩(wěn)定性計算的載荷和力的方向 工況 額定載荷（Q） 結(jié)構(gòu)載荷(Sn) 風(fēng)力載荷(W) 圖解 ×1.0 ×0.1 ×1.0 ×0.1 ×1.0 ×0.1

33、1）堆垛（打支腿） V A V A H H 圖6-1 2）行走 V S V S H H 圖6-2 3）堆垛（不打支腿） V A V A H H 圖6-3 注： V-垂直，H-水平，A-傾角，S-斜坡上角度 計算的三種工況分別為： （1）堆垛（打支腿），如圖5-1所示； （2）行走，如圖5-2所示； （3）堆垛（不打支腿），如圖5-3所示； 圖5-1 堆垛打支腿時整體穩(wěn)定性計算簡圖 圖5-2 行走時整體穩(wěn)定性計算簡圖 圖5-3 堆垛不打支腿時穩(wěn)定性計算簡圖 圖5-2中的Z為路緣石測試的系數(shù)，取

34、在z＝0.1。計算傾覆和穩(wěn)定力矩時，應(yīng)以最不利的傾覆線來計算，且底盤處于最大允許傾斜狀態(tài)。計算所得的穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩則穩(wěn)定性符合要求。 計算各工況穩(wěn)定性時： （1）確定各載荷作用點在相應(yīng)作業(yè)幅度下的坐標(biāo)，坐標(biāo)系的規(guī)定見本論文第三章“鉸點布置及計算”部分； （2）各作用力對傾覆線與地面交點取矩，將穩(wěn)定力矩（正的力矩）和傾覆力矩（負的力矩）分別求和； （3）由公式安全系數(shù)=穩(wěn)定力矩/傾覆力矩，求安全系數(shù)，然后和最小安全系數(shù)做比較，大于最小安全系數(shù)代表穩(wěn)定性通過。各工作情形最小安全系數(shù)如表5-2所示。 表5-2 各工作情形最小安全系數(shù) 臂架仰角 安全系數(shù) 1）堆垛 2

35、）行走 1.4 1.34 注：詳細的計算過程見 附錄Matlab程序 5.2 整體穩(wěn)定性結(jié)果匯總 以下給出的曲線為臂架從變幅到，且處于各個仰角下最大作業(yè)幅度時的n（n＝穩(wěn)定力矩/傾覆力矩）值。 （1）堆垛(打支腿) 此時臂架全伸，仰角0°載荷為1200kg，由圖5-4可見，穩(wěn)定性系數(shù)最小值大于最小穩(wěn)定性系數(shù)1.4，故穩(wěn)定性合格。 圖5-4 堆垛（打支腿）整體穩(wěn)定性計算結(jié)果 （2）堆垛(不打支腿) 此時臂架全伸，仰角0°，載荷為800kg，由圖5-5可知，穩(wěn)定性系數(shù)最小值大于最小穩(wěn)定性系數(shù)1.4，所以穩(wěn)定性通過。 圖5-5 堆垛（

36、不打支腿）穩(wěn)定性計算結(jié)果 （3）行走 此時臂架全縮，起升高度為300mm，載荷3500kg 此時由程序計算穩(wěn)定性系數(shù)n=1.69,大于最小穩(wěn)定性系數(shù)1.34，所以，穩(wěn)定性通過。 6 臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計及其計算 6.1 臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.2 臂架理論計算 表6-1 臂架截面參數(shù) 一節(jié)臂 二節(jié)臂 慣性矩Iy(mm4) 1.58e+08 7.5

37、5e+07 慣性矩Iz(mm4) 9.20e+07 4.77e+07 抗彎模量Wy（mm3） 1.17E+06 6.56E+05 抗彎模量Wz（mm3） 4.44E+05 3.08E+05 質(zhì)量m(kg) 274 228 截面積（mm2） 5300 7190 對高空作業(yè)車進行整體分析可知：當(dāng)臂架仰角且全伸時，為整機最大作業(yè)高度；當(dāng)臂架仰角且達到最大幅度時，整車穩(wěn)定性最差。所以強度、剛度分析的計算工況如表6-2表所示。 表6-2 強度、剛度分析時計算工況 工況 額定載荷 結(jié)構(gòu)載荷 手工力 風(fēng)載荷 臂架仰角62度，全伸 m×1.33 Q×1.

38、1 M Pw 臂架仰角0度，達到最大幅度 m×1.33 Q×1.1 M Pw 6.2.1 臂架全伸，仰角時剛度、強度計算 臂架的幾何簡圖如圖6-2所示： (1).臂架受力分析 1）變幅平面的強度計算載荷 垂直載荷： 其中：－額定載荷，； (6.1) －平臺自重，； －臂架自重， 由引起的軸向力： (6.2) 由引起的橫向力 (6.3) 由引起的臂頭力矩：

39、 (6.4) 2）旋轉(zhuǎn)平面的強度計算載荷 臂端的側(cè)向力： (6.5) 由引起的軸向力： 3）變幅平面剛度的計算載荷 剛度計算載荷只考慮有效載荷的靜力作用，即不考慮平臺自重和動載系數(shù)。 垂直載荷： (6.6) 其中：－額定載荷，； 由引起的軸向力： (6.7) 由引起的橫向力 (6.8) 由引起的臂

40、頭力矩： (6.9) 4）旋轉(zhuǎn)平面的剛度計算載荷 臂端的側(cè)向力： (6.10) 由引起的軸向力： 5）使吊臂扭轉(zhuǎn)的扭矩 側(cè)向力偏心和平臺偏轉(zhuǎn)引起的扭矩： (2).臂架的臨界力 (6.1

41、1) 1）變幅平面的臨界力 ①臂架在變幅平面內(nèi)為簡支外伸梁，由支承形式?jīng)Q定的長度系數(shù) 由按插值法查表得。 ②由變截面決定的長度系數(shù) 臂架為兩節(jié)伸縮臂，） (6.12) 查表得。 2）旋轉(zhuǎn)平面的臨界力 ①臂架在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)為懸臂梁，由支承形式?jīng)Q定的長度系數(shù)。 ②由變截面決定的長度系數(shù) 臂架為二節(jié)伸縮臂， (6.13) 查表得。 ③旋轉(zhuǎn)平面的臨界力 (6.14) （3）臂架的強度計算

42、 圖6-5 臂架強度計算簡圖 1）各節(jié)臂危險截面A、B的彎矩如下: (6.15) 2）臂架非重疊部分強度校核 軸向力由伸縮油缸承受，臂架結(jié)構(gòu)只承受雙向彎曲。吊臂截面角點處正應(yīng)力按下式計算 (6.16) 臂架材料采用60鋼， (6.17) (6.18)

43、 (6.19) (6.20) (6.21) 翼緣板和腹板上的剪應(yīng)力： (6.22) 其中 －側(cè)向力偏心引起的扭矩； －截面輪廓中線所圍成面積的兩倍； －截面中的最小壁厚； B－翼緣板最小寬度； H－腹板高。 表6-3 危險截面剪力計算參數(shù)表 一節(jié)臂 二節(jié)臂 206152 139192

44、6 6 B 300 260 H 360 280 計算表明危險截面上的剪應(yīng)力都很小，遠小于許用剪應(yīng)力，因此在后面的工況中可略而不計 3）臂架重疊部分強度校核： ①局部彎曲問題： 二節(jié)臂下翼緣板角點A,只有總體彎曲應(yīng)力按下式計算 (6.23) 此處應(yīng)局部加強下翼緣板滑塊支承力作用點B附近的應(yīng)力 （下翼緣板滑塊支承力Nh作用點B附近處應(yīng)力按整體彎曲和局部彎曲聯(lián)合作用進行強度校核：） 局部彎曲應(yīng)力

45、 (6.24) Nh=0.5N11 N11滑塊支反力（見臂架受力分析） 根據(jù) 查表有： 局部彎曲應(yīng)力系數(shù)K=0.0333 整體彎曲應(yīng)力 (6.25) bA為臂架下角點A到臂架縱向中心線距離即0.5H bB為臂架滑塊作用點B到臂架縱向中心線距離 復(fù)合應(yīng)力:

46、 (6.26) 此處需局部加強 所以臂架的強度符合要求。 （4）.臂架的剛度校核 1）側(cè)向載荷引起的臂端撓度 圖6-3 變幅平面臂架計算簡圖 ①變幅平面 各節(jié)臂端的側(cè)向載荷 (6.27) 臂端撓度 (6.28) 式中 (6.29) (6.30) 因此， ②旋轉(zhuǎn)平面 圖6-4 旋轉(zhuǎn)平面臂

47、架計算簡圖 各節(jié)臂端的側(cè)向載荷 (6.31) 臂端撓度 (6.32) 式中 (6.33) (6.34) 因此， 2）軸向力和橫向載荷引起的臂端撓度及其剛度校核 變幅平面： (6.35) 可認為該工況下臂架的剛度滿足要求。 （5）.臂架整體穩(wěn)定性校核 進行臂架的穩(wěn)定性校核時，按雙

48、向受壓桿計算，公式中的均取為1。 取臂架根部最大應(yīng)力計算： (6.36) (6.37) 所以臂架的整體穩(wěn)定性符合要求。 6.2.2 臂架全伸，仰角0度時剛度、強度、穩(wěn)定性計算 （該工況下計算步驟和方法同臂架全伸，仰角62度的工況，故不再詳細的列出計算過程，僅給出計算結(jié)果） 表6-4 計算載荷 變幅平面 強度計算載荷 剛度計算載荷 垂直載荷Q(N) 45110.3 26575.3 由Q引起的軸向力N(N) 21178 12476.4 由Q引起的橫向力Tz(

49、N) 39830 23464.6 臂頭力矩Mly(N·mm) 41782085 22195125 臨界力Ncry(N) 2.43E+06 旋轉(zhuǎn)平面 臂端側(cè)向力Ty(N) 3800 2452.5 由Q引起的軸向力N(N) 21178 12476.4 Mlz(N·mm) 0 0 臨界力Ncrz(N) 1.25E+06 扭矩Mn(N·mm) 4.48E+07 1.96E+06 表6-5 臂架剛度校核 H2(mm) 3260 側(cè)向載荷引起的臂端撓度fw 變幅平面 旋轉(zhuǎn)平面 M1(N·mm) 9.87E+07 8.00E+0

50、6 M2(N·mm) 2.22E+07 0.00E+00 M3(N·mm) 　 　 T1(N) 23464.6 2452.5 T2(N) 23464.6 2452.5 T3(N) 　 　 f1(mm) 8.66 0.9656 f2(mm) 20.5 2.004 轉(zhuǎn)角(rad) 0.0073 0.0007 撓度 fwz=52.86 fwy=5.2 由軸向力和橫向載荷引起的臂端撓度 fz=53.17 fy=8.25 許用撓度[f] 49mm 34mm 表6-6 臂架非重疊部分強度校核 危險截面距臂頭的距離

51、 (mm) 4800 (mm) 3260 各危險截面彎矩(N·mm) 變幅平面 旋轉(zhuǎn)平面 截面A 1.91E+08 1.82E+07 截面B 1.30E+08 1.24E+07 各危險截面應(yīng)力(MPa) 截面A 198.1 255.7 臂架材料采用60鋼， 所以該工況下臂架的強度滿足要求。 表6-7 臂架整體穩(wěn)定性校核 foz(mm) 11.76 foy(mm) 7.84 Moz(N·mm) 9.78E+04 Moy(N·mm) 2.23E+07 Mhz (N·mm) 1.18E+07 M

52、hy (N·mm) 1.13E+08 (MPa) 139.05 (MPa) 300.75 所以整體穩(wěn)定性符合要求 6.3 各臂節(jié)支反力計算 6.3.1 對臂架整體受力分析 圖6-6 臂架整體受力分析圖 臂架整體受力分析如圖6-6所示，所受力為臂架自重G。額定載荷Q，Q對臂頭產(chǎn)生的彎矩M。變幅油缸力F1，F(xiàn)1與x方向的夾角為b。變幅油缸自重Gbf。臂架根部鉸點支反力Nx、Ny。臂架仰角a。臂架總長l，一節(jié)臂橫截面高H1。變幅油缸鉸點到臂架根部鉸點A沿x方向的距離為L，沿y方向的距離為H。Gbf到A點距離Lbf。 額定載荷Q作用點K距A點沿y方向的距離Hk

53、。 (1) 對于圖示坐標(biāo)系的x軸方向的力平衡： 即: -Nx+F1*cos(b)-Gx-Qx=0 （6.37） (2) 對于圖示坐標(biāo)系的y軸方向的力平衡： 即： -Ny+F1*sin(b)-Gy-Qy=0 （6.38） (3)對于圖中坐標(biāo)系的A點列力矩平衡方程 即：F1*cos(b)*H+F1*sin(b)*L-Gx*H1/2-Gy*l/2-Qx*Hk-Qy*l-M=0 （6.39） 已

54、知：Q，M，G，Gbf 求：F1，Nx，Ny 解得： F1=1/2*(Gx*H1+Gy*l+2*Qx*Hk+2*Qy*l+2*M)/(cos(b)*H+sin(b)*L); （6.40） Nx=1/2*(cos(b)*Gx*H1+cos(b)*Gy*l+2*cos(b)*Qx*Hk+2*cos(b)*Qy*l+2*cos(b)*M-2*Gx*cos(b)*H-2*Gx*sin(b)*L-2*Qx*cos(b)*H-2*Qx*sin(b)*L)/(cos(b)*H+sin(b)*L);

55、 （6.41） Ny=1/2*(sin(b)*Gx*H1+sin(b)*Gy*l+2*sin(b)*Qx*Hk+2*sin(b)*Qy*l+2*sin(b)*M-2*Gy*cos(b)*H-2*Gy*sin(b)*L-2*Qy*cos(b)*H-2*Qy*sin(b)*L)/(cos(b)*H+sin(b)*L); （6.42） 6.3.2 伸臂時各臂節(jié)支反力計算 二節(jié)臂 圖6-7 二節(jié)臂受力分析 二節(jié)臂受力分析如

56、圖6-7所示，所受力為額定載荷Q，二節(jié)臂自重G2，伸臂鏈拉力，滑塊支反力N21,N22，滑塊摩擦力f21,f22。 二節(jié)臂總長為L2，二節(jié)臂橫截面高為H2，二節(jié)臂搭接長度l2。 對A點力矩平衡 即： T*H2+N21*l2-f21*H2-G2x*H2/2-G2y*L2/2-Qy*L2-M=0 （6.43） 對于圖示坐標(biāo)系的x軸方向的力平衡： 即: T-f22-f21-G2x-Qx=0 對于圖示坐標(biāo)系的y軸方向的力平衡：

57、 （6.44） 即： -N22+N21-G2y-Qy=0 （6.45） 另外： （6.46） （6.47） －摩擦系數(shù)，取為0.1 已知：Q，M，G2 求：N21，N22，T 解得： T=((G2y*H2+Qy*H2)*u^2+(-H2*Qx+2*Qy*L2-l2*G2y-l2*Qy+2*M+G2y*L2)*u

58、+G2x*l2+Qx*l2)/(u*H2+l2); （6.48） N21=1/2*((2*G2y*H2+2*Qy*H2)*u-G2x*H2-2*H2*Qx+2*Qy*L2+G2y*L2+2*M)/(u*H2+l2); （6.49） N22=1/2*(-G2x*H2-2*l2*Qy-2*H2*Qx+2*Qy*L2-2*l2*G2y+G2y*L2+2*M)/(u*H2+l2);

59、 （6.50） 6.3.3 縮臂時各臂節(jié)支反力及縮臂鏈拉力 二節(jié)臂 圖6-8 二節(jié)臂受力分析 二節(jié)臂受力分析如圖6-8所示，所受力為額定載荷Q，二節(jié)臂自重G2，縮臂鏈拉力Ts，滑塊支反力N21,N22，滑塊摩擦力f21,f22。 二節(jié)臂總長為L2，二節(jié)臂橫截面高為H2，二節(jié)臂搭接長度l2。 對A點力矩平衡 即： Ts*H2+N21*l2+f21*H2-G2x*H2/2-G2y*L2/2-Qy*L2-M=0 （6.51） 對于圖示坐標(biāo)系的x軸方向的

60、力平衡： 即: Ts+f22+f21-G2x-Qx=0 （6.52） 對于圖示坐標(biāo)系的y軸方向的力平衡： 即： -N22+N21-G2y-Qy=0 （6.53） 另外： （6.54） （6.55） －摩擦系數(shù)，取為0.1 已知：Q，M，G

61、2 求：N21，N22，Ts 解得： Ts=-((G2y*H2+Qy*H2)*u^2+(-2*Qy*L2-2*M+l2*G2y+H2*Qx+l2*Qy-G2y*L2)*u+G2x*l2+Qx*l2)/(u*H2-l2); （6.56） N21=(1/2*G2x*H2+H2*Qx-Qy*L2-M-1/2*G2y*L2+u*H2*G2y+u*H2*Qy)/(u*H2-l2);

62、 （6.57） N22=(2*l2*G2y+G2x*H2+2*H2*Qx-2*Qy*L2-2*M+2*l2*Qy-G2y*L2)/(2*u*H2-2*l2); （6.58） 第三章：標(biāo)準化審驗報告 1 技術(shù)分析 設(shè)計過程采用Pro/E軟件進行三維實體建模，并進行裝配，最后應(yīng)用其工程圖模塊轉(zhuǎn)化為二維工程圖。 本次設(shè)計的 伸縮臂叉裝車參考了JCB公司的JCB530型號伸縮臂叉裝車的外形尺寸，并且嚴格按照《起重機金屬結(jié)構(gòu)》、《BS_EN_

63、1459-1999》和《機械設(shè)計手冊》等相關(guān)設(shè)計規(guī)范進行設(shè)計，其性能和質(zhì)量滿足相關(guān)要求。 2結(jié) 論 伸縮臂叉裝車是當(dāng)今各種大型工程建設(shè)中不可缺少的起重設(shè)備，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，對其需求量越來越大，對其性能要求也越來越高。 總體布局是整車設(shè)計的第一步，也是一個重要的環(huán)節(jié)，布局是否合理，將會影響整車的各種性能，同時臂架是伸縮臂叉裝車的重要構(gòu)件之一，對于伸縮臂叉裝車，臂架設(shè)計得是否合理，直接影響著起重機的起升能力、整機穩(wěn)定性。本次設(shè)計任務(wù)主要是整車的整體布局以及臂架結(jié)構(gòu)設(shè)計及其有限元分析計算。 通過對《起重運輸機金屬結(jié)構(gòu)》及《BS_EN_1459-1999》的學(xué)習(xí)，本文給出了 伸縮

64、臂叉裝車的總體布局圖，以及整體穩(wěn)定性的計算，并設(shè)計出了一個較為合理的臂架結(jié)構(gòu)，并對其進行了強度、剛度的校核和ansys有限元分析。 在總體設(shè)計設(shè)計過程中主要遵循國家標(biāo)準局批準的《BS_EN_1459-1999》，臂架設(shè)計與校核計算主要參考西南交通大學(xué)王金諾教授所著的《起重運輸機金屬結(jié)構(gòu)》一書。三維圖應(yīng)用Pro/E軟件，二維工程圖應(yīng)用AutoCAD軟件進行繪制。 由于時間有限，在某些計算上還有不足的地方，比如臂架校核計算中旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的計算，另外圖紙里對某些結(jié)構(gòu)表達不夠完全，這些都需要在以后的設(shè)計過程中加以完善的地方。 。 參 考 文 獻 [1] 王金諾，于蘭峰. 起重運輸機金屬結(jié)構(gòu)

65、.北京: 中國鐵道出版社,2002. [2] 楊長骙. 起重機械. 北京:機械工業(yè)出版社,1987. [3] 起重機設(shè)計規(guī)范（GB3811-83）. 國家標(biāo)準局,1983. [4] 張質(zhì)文. 起重機設(shè)計手冊.北京：中國鐵道出版社，1997. [5] 王守新. 材料力學(xué).大連： 出版社，2005. [6] 陳德隆，趙福令. 機械精度設(shè)計與檢測技術(shù). 北京：機械工業(yè)出版社，2000. [7] 成大先.機械設(shè)計手冊. 北京,化學(xué)工業(yè)出版社，1998. [8] 張選民. Pro/ENGINEER Wildfire3.0實例教程. 北京大學(xué)出版社，2008. [9] 叉車

66、網(wǎng)伸縮臂叉車制造商紛紛亮相爭奪中國特種叉車市場. 中國叉車網(wǎng) [10] 王鳳萍，程磊，孫影.國內(nèi)外伸縮臂叉裝車的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.工程機械.2006年第4期：39-43. [11] BS_EN_1459-1999 safety of industrial trucks:Selfpropelled variable reach trucks. [12] 國內(nèi)外伸縮臂叉裝車樣本資料. [13] 起重運輸機金屬結(jié)構(gòu)，王金諾.西南交通大學(xué)1984年06月第1版 致 謝 從設(shè)計選題到搜集資料，從寫稿到反復(fù)修改，期間經(jīng)歷了喜悅、聒噪、痛苦和彷徨，在寫作論文的過程中心情是如此復(fù)雜。如今，伴隨著這篇畢業(yè)設(shè)計的最終成稿，復(fù)雜的心情煙消云散，自己甚至還有一點成就感。那種感覺就宛如在一場盛大的頒獎晚會上，我在晚會現(xiàn)場看著其他人一個接著一個上臺領(lǐng)獎，自己卻始終未能被念到名字，經(jīng)過了很長很長的時間后，終于有位嘉賓高喊我的大名，這時我忘記了先前漫長的無聊的等待時間，欣喜萬分地走向舞臺，然后迫不及待地開始抒發(fā)自己的心情，發(fā)表自己的感想。這篇畢業(yè)論文的就是我的舞臺，以下的言語便是有點成就感后在