本设计包括“三维模型+二维图+液压原理图+论文+外文翻译+ PPT+仿真动画”

  更多资料， 平衡重式叉车工作装置设计及仿线 张 纸，三维模型，仿真动画，答辩 明书，外文翻译】图 书 分类号： 密 级： 更多资料， 摘要 随着现代物流产业的迅猛发展，叉车作为一种现代化的物流搬运工具慢慢的受到市场的欢迎。平衡重式电动叉车更是凭借其简单易操作，灵活，大幅度的降低了操作人员的劳动强度而饱受消费者的青睐。 平衡重式电动叉车是通过电信号来实现对转向系统，加速系统，液压系统和刹车系统的控制，这种机电一体化的设计降低了操作人员的疲劳强度。此外相比较市场上大多数的内燃式叉车，电动叉车更是凭借其无尾气排放噪音低等优点占据绝对的市场优势，对环境保护和可持续发展有重要意义。 本课题主要对传统叉车的工作装置及其液压系统来进行设计。首先，对液压系统来进行设计，主体问题有防止货叉在重力的作用下自动下滑，使其更安全可靠，降低意外事故的发生。其次，计算货叉的主要尺寸，运用 建立三维模型。通过计算机仿真技术对平衡重式电动叉车的工作装置进行虚拟仿真。最后，根据之前建立的 三维模型进行运动机构的仿真研究，发现设计中的一些不足和缺失并加以改正和完善，提升产品的质量，确保设计出 来的产品能够很好的满足任务需求和市场要求，保证产品的可靠性。 关键词 电动叉车；工作装置；货叉； 三维建模；仿真 更多资料， I of as a by is by of of is to on to of is by of of PS to it E 3D E we of a of to to to 多资料， 目 录 摘要 . I . 1 绪论 . 1 题的背景 . 1 题研究的目的和意义 . 1 题研究的主要内容 . 1 2 总体设计 . 3 车的主要技术参数 . 3 车电机及蓄电池的选择 . 3 走电机的选择 . 3 电池的选择 . 4 车自重估算 . 5 车总体性能计算 . 6 引计算 . 6 定性计算 . 7 3 叉车工作装置液压系统设计 . 10 作装置液压系统 . 10 升装置液压系统 . 10 斜装置液压系统 . 10 压系统主要数据计算 . 11 升液压系统数据计算 . 11 斜液压系统数据计算 . 13 作压力的确定 . 14 压系统原理图的设计 . 14 升液压系统设计 . 15 斜 液压系统设计 . 15 向控制回路设计 . 15 油方式 . 16 压系统原理图 . 16 4 叉车门架系统设计 . 18 车货叉设计 . 18 叉的主要结构参数 . 18 叉的强度校核 . 18 更多资料， I 架的设计计算 . 20 架的设计 . 21 架系统的结构原理 . 21 架强度计算 . 22 轮压力计算 . 23 门架强度计算 . 23 门架强度计算 . 26 5 货叉 三维建模与仿线 架的建模 . 29 门架的建模 . 30 架、内门架等其他零部件的建模 . 31 整机装配及爆炸图 . 32 6 叉车的运动仿线 动机伺服机构的设置 . 36 构分析仿线 更多资料， 1 绪论 题的背景 步入二十一世纪以来，随 着现代物流工业的迅猛发展，叉车作为现代物流搬运必不可少的搬运工具被普遍的运用于机场、车站、口岸、货站、货仓等物流流通交流中心。 2008年之前我国叉车工业更是持续几年以年均百分之二十五的速度迅猛增长。中国叉车消费市场更是一度迅猛发展，成为仅次于美国的全球第二大叉车市场。然而，随着 2008年全球性金融危机的冲击，国内叉车产业遭受到前所未有的打击。受这次全球性的金融危机的影响，叉车产业一度萎靡，产量与销量大幅度下降。 2010年随着国内市场的全面复苏，我国的叉车产业迎来了第二次的发展机遇。 2010年，我国实现叉车销 量（含出口） 232409台，同比增长 正式超越美国变成全球最大的叉车消费市场。随时代的发展，机电一体的优势越来越明显，电动叉车作为凭借其简单易操作，灵活等优点正在迅速的取代内燃式叉车占据市场。尤其近几年国内对环保的重视，电动叉车没有尾气排放，噪音小的特性，更是满足了绿色环保的可持续发展的需求。但由于我国叉车产业起步晚，在全球的叉车格局中仍是国外的丰田和林德遥遥邻先，尤其是电动叉车方便的关键技术仍不够成熟，缺乏竞争优势，需对电动叉车进行进一步的改善与完善。 题研究的目的和意义 近几年全球 市场每年近百万台的叉车需求使得国内外许多公司都加入到瓜分叉车这块肥肉的竞争中。由于我国叉车行业起步晚再加上国内大部分叉车制造工厂都是由上世纪的老的机械厂转行而来，缺乏世界一流的叉车生产技术，没有核心技术上的支持，致使我国叉车在国际市场上缺乏竞争力。步入二十一世纪以来，随人类社会的发展，叉车设计已不仅仅只是满足搬运装卸货物等基础要求，而是对叉车整体的性能，工作的稳定性，安全可靠性以及操作环境等提出了更高的要求。国内叉车缺乏核心技术仅仅凭借较低的价格已经渐渐地失去了竞争能力。 对比内燃式叉车平衡电动叉车凭借其自身 的优势更能满足当今社会市场的需求，国内各大叉车厂家也正在积极研究设计新一代电动叉车来代替原来的内燃式叉车。本课题的意义在于改进与完善现的叉车设计技术，通过不断的创新来提升国内叉车的核心技术打破国外壁垒，获得更大的发展空间 。 题研究的主要内容 叉车工作装置设计； 叉车工作装置液压系统模块设计； 叉车工作装置主要对货叉、门架、叉架等零部件的设计与强度刚度校核； 更多资料， 利用 对叉车的主要零部件进行三维建模； 利用 对叉车进行仿真动画演示。 叉车总体 设计的稳定性校核； 叉车液压系统的优化设计； 叉车货叉、门架等零件的校核与建模； 叉车的三维仿线 总体设计 叉车的总体设计是叉车设计的重要部分，其主要是对叉车的整体外观尺寸的设计及布局。主要内容有对蓄电池，电动机的计算选型以及对叉车整体稳定性的计算校核。 车的主要技术参数 主要技术参数要求见表 2 表 2车技术参数 额定载荷 16t 整车质量 21500大起升速度（满载 /空载） 350/400mm/s 最大（满载 /空载） 400/400mm/s 最大行驶速度（满载 /空载） 28/30km/h 爬坡能力（满载 /空载） 30/40% 总宽 W 2620长 L 6395荷中心距 00高 H 3660悬距 010距 300小离地间隙 50悬距 10转弯半径 60椅高度 910轮距 905转弯半径 850架高度（收缩 H/伸出 3660/5610轮距 120角（前倾 /后倾） 5/10升距离 000节范围 7010寸（长 *宽 *厚） 1200*200*100车电机及蓄电池的选择 走电机的选择 电流形式的不同，可把电动机分为直流与交流两大类。直流串励电动机应为具有软的机械特性切经济实惠广泛适用于车辆运行中，叉车的行走电机也主要是采用直流串励电动机。 行走电动机功率计算见式（ 3 6 0 01 0 0 0 0 更多资料， 式（ 式中 G 电动 叉车自重力（ N）； Q 额定起重量（ t）； f 路面滚动阻尼系数，可取 f = 最大满载行驶速度（ km/h） ； 物理运动部分的效率，可取 = 代入公式求得满载运行功率 电机预选功率计算见式（ 式（ 代入数据求得： 取功率 。 查表得电机规格为： 电池的选择 蓄电 池其实相当于能量的中间介质。蓄电池不工作时插上电源，此时蓄电池吸收能量并以化学能的形式保存；当蓄电池正常工作时，将充电时储存的能量释放开来已提供运动所需的原动力。由于其稳定的能量转化性能被大范围的应用于叉车领域。 蓄电池的化学反应原理： 充放电时的化学方应式： 正极 负极 总反应式 电压和容量是蓄电池的主要参数，电动叉车由于要在较长一段时间内持续稳定的工作所以 一般都会采用蓄电池组作为动力来源。蓄电池组就是由多个蓄电池组合而成的，因此其的额定电压就为各蓄电池的电压之和。为了方便设计使用，我国对蓄电池组的额定电压设定了国标。一般有 24V、 482V。本课题设计的是额定载荷为 162V 的蓄电池组。 电动叉车的所有电机的工作一般都有一个电池组来提供能量，其功率计算见式（ h 1 式 （ 式中 运行电动机功率； 油泵电动机功率； W 运行电动机效率 ； p 油泵电动机效率 ； 油泵电动机的工作持续率 。 代入数据求得： 4 。 放 电2 2 4 4 2充 电2 2 2P b O P b H S O P b S O H O 放 电244充 电 2P b S O P b S O e 放 电22 4 4 2充 电4 2 2P b O H S O e P b S O H O 更多资料， 蓄电池组的容量 计算见式（ 。 （ 式中 T 单个工作循环内叉车的净上班时间； U 蓄电池组的额定电压。 代入数据求得： 375 。 根据上述蓄电池容量的计算结果，查表确定其型号为 车自重估算 叉车是由货叉、货架、门架、底盘即驾驶室等一系列零部件组成的一个整体，进行叉车重力计算时要把各部分的重力一个个相加起来，估算起来挺麻烦。经过研究讨论，本课题选取了两种方法来进行叉车自重的估算，方法如下： 方法一：由平行力系理论得式（ 01 式（ 其中 ， 。 代入上式得式（ L 式（ 式中 G 叉车自身重量； Q 额定起重量； C 载荷中心距 ； B 前悬距 ； L 轴距 。 查表 2。 方法二：通过对已有的成熟的设计成品进行统计，记录它们各自的自重与额定载荷，绘制成表 2通过表 2 与载荷 G 的二维函数曲线图 。通过曲线图找出两者间的函数表达式并进行计算。 表 2重 Q 与载荷 G 的数据统计 1 6 7 8 10 15 16 18 20 23 25 28 32 45 11 5 据上述表格中的数据画出曲线根据函数曲线，取坐标轴中位置较好的点组成坐标点（ Q， G），用一条直线来近似的代替实际曲线 式（ 相比较方案一，方案二更多的是根据已有的设计经验来进行叉车设计，这样的做法计算方便快捷但不够精确，误差较大，因此本课题选择方案一进行更为准确的自重估算。 车总体性能 计算 引计算 叉车在正常工作过程中主要要克服轮胎与地面的滚动摩擦力、上下斜坡时的斜坡阻力以及由叉车自身重力所产生的惯性力。此外由于叉车在工作时所需的工作速度较低因此能忽略叉车的空气风力阻力。 1) 滚动摩擦阻力计算见式（ co s)( f 式（ 其中由于坡度较小 1 ，则有式（ )( f 式（ 式中 f 滚动摩擦系数 ，一般取 f = 代入数据求得： 260。 坡道阻力计算见式（ i 式（ 坡度较小时 ， 令 i ， 则 有式（ ( 式（ 代入数据求得： 2600。 惯性阻力： 更多资料， 由于叉车自身重力大车速却比较低，因此用简单的旋转质量加速度系数来计算见式（ 式（ 式中 旋转质量转换系数 ， 取值为 代入数据求得： 9560。 定性计算 根据平衡重式叉车轴载的基本假设，叉车在满载工作状态下的中心位置大约在前轮中心的 l=图 2 图 2车纵向静稳定性示意简图 满载叉车联合重心高度计算见式（ 1m a x )(式（ 根据纵向静稳定实验的要求有式（ 式（ a x 式（ G (1.0 m a 式（ 代入数据就得： ，所以只需其自身重心高度小于 可满足纵向静稳定性的设计的基本要求。 同理， i=图 2 更多资料， 图 2车纵向动稳定性示意简图 则有式（ 2m a x )(式（ 根据纵向动稳定性实验的要求有式（ G 300(式（ 代入数据求得： ，所以当叉车的重心高度小于 即可满足 叉车纵向动稳定性的设计的基本要求。 当货物运行到最高工作位置时，在倾斜油缸的作用下门架发生倾斜会对叉车的联合重心产生较大影响。为保证叉车的横向静稳定性，在计算设计时必须要考虑门架后倾对联合重心的影响。此时 ，需要利用旋转公式求出 Q 随门架倾斜后的位置。如图 2 s i ss i s 001式（ co ss i ss i n 001式（ 上式中 ),00 示初始位置， ), 11 表示运行结束时的位置， ),( 计算过程中，叉车重心位置较小，可忽略其变化，同理可得式（ 式（ (co 式（ 22)5.0(c 式（ 代入数据求得： 。 根据横向静稳定性要求有式（ G o 式（ 更多资料， 代入数据求得： ，所以只需叉车重心高度小于 即可满 载横向静稳定性的设计需求。 图 2车横向静稳定计算 由平衡重式叉车空载轴载的基本假设可知在计算叉车横向动稳定性时，叉车自重重心位于前轮距 稳定性要求为式（ 式（ 3 5 % v 3 5 co s) 式（ 22)5.0(c 式（ 代入数据求得： 。 o s)式（ 代入数据求得： ， 即只要叉车自重重心高度小于 满足横向动稳定性设计的基本要求。 综上所述，要求叉车能够平稳安全的工作叉车自重重心高度应取上述四个中的最小值，即叉车自重重心高度最高为 730 更多资料， 0 3 叉车工作装置液压系统模块设计 作装置液压系统 升装置液压系统数据参数 依据市场需求，本课题研究设计的平衡重式电动叉车 主要为满足大型集装箱的作业需求。要求叉车的额定载荷为 16t，最大起升高度 4m，初步估算叉车杆与导轨为 600大提升（下降）速度 s。叉车杆可以稳定缓慢的上下移动，能准确的控制移动位置。出于叉车使用安全因素考虑，要就其货车具有自动锁紧功能，防止应为货物过重或液压缸损坏而导致事故发生。 通过一系列分析叉车货车的工作原理即过程，初步设计出叉车起重工作装置的示意图如图3 图 3重工作装置 12345工作原理：通过起升液压缸的上下运动带动门架的上下 移动从而驱动货叉沿门架起升下降的工作循环过程。 斜工作装置液压系统数据 叉车的最大倾斜角为 20 ，最大扭矩约为 通过一系列分析倾斜工作原理，初步建立设计方法，如图 3 工作原理：通过倾斜液压缸的运动来驱动货叉和门架围绕门架上一支点做一定角度的旋转运动，以此来满足叉车运载重物时倾斜角的需求。 综上所述，工作装置主要技术参数如表 3 更多资料， 1 图 3斜工作装置 1234表 3术参数 技术参数 起升工作装置 额定载荷质量 ) 16000 最大提升负载载荷 ) 16600 提升高度 ）（ m 4 最大提升速度 ）（ m/s 斜工作装置 最大倾斜扭矩 ）（ 18000 倾斜角度 ）（ 10 最大倾斜速度 ）（ s/ 12 力臂 ）（ m 1 压系统主要数据计算 起升液压系统与倾斜液压系统一起构成了叉车工作装置的总体液压系统，因此在计算工作装置液压系统时要首先计算确定出这两个子系统的计算参数。 升液压系统数据计算 本课题设计所采用的是液压控制，在起升装置中选取液压缸作为执行元件。当起升装置运 行到最高处时由于货物自身重力的存在，液压活塞可以自动下降，所以最终选择单作用液压缸。 通过研究分析，为了更好的提高液压工作效率，提高起升速度，液压缸连接方式选用差动连接方式。忽略液压传动中压力损失，液压缸中活塞杆的横截面积的大小与所需驱动力的大小成正比。初步设计的差动连接如图 3a）（ b） 所示。 更多资料， 2 （ a） 管路连接方式 （ b） 活塞上开孔方式 图 3动连接液压缸 相比较方案 而不需要外界油路来连接液压 缸有杆腔与无杆腔，从而方便了油路的设计使设计更加的合理。 在起升过程中，受货物重力的影响活塞杆承受一定的液压压力，因此在设计时必须要对活塞杆的长劲比进行计算，一般长劲比不超过 20:1。 叉车额定起升高度为 液压缸活塞杆长度设为 根据长劲比要求， 活塞杆面积 42 式（ 代入数据求得活塞面积为 231085.7 m 。 起升液压缸负载压力 式（ 代入数据求得负载压力为 忽略压力损失与摩擦力，液压系统工作所承受的压力 式（ 代入数据求得工作所承受的压力为 由上述计算结果，查表选取压力值为 21液压缸。 为满足最大起升速需对起升液压缸的最大流量进行计算。叉车最大起升速度为液压缸的工作速度为 最大流量 式（ 代入数据求得最大流量为 。 此时，液压缸上移 2m，货叉上移 4m，满足实际需求。 根据液压手册，倾斜液压缸活塞直径 d 与液压缸直径 D 的关系见下式 （ 更多资料， 3 （ 代入数据求得活塞直径 3根据 液压缸参数标准 ， 取直径 D=80压缸行程为 2m。 斜液压系统数据计算 叉车的倾斜工作装置也采取了液压控制，因此执行元件也选用液压缸。下图 3 图 3斜液压缸的不同安装的步骤 进行倾斜液压缸输出作用力数据计算时，除了要考虑货叉门架和货物重量产生的倾斜力矩外，还要进一步考虑设计液压缸与门架连接方式对其的影响。其所需输出力与液压缸安装的地方成反比，与距离支点的距离也成反比。 本课题液压缸到支点的距离 r=1m，倾 斜力矩 T= 液压缸所需输出力 式（ 代入数据求得输出力矩 传统叉车的门架倾斜系统都是采用一个单作用液压缸来驱动门架倾斜的，这种传统设计虽然能够很好的满足基本的倾斜需求，但其倾斜稳定性并不好，当货物过重时有极大几率会出现侧翻或倾斜现象。本课题研究对传统的倾斜系统来进行优化与改进，不再采用一个液压缸，而是采用两个并联在一起的液压缸来同事驱动完成门架倾斜功能。两个液压缸可以相互约束固定，从而使倾斜工作装置更加的稳定可靠。 上述计算的液压缸输出力为 本课题选择两个液压缸设计，故此液压缸输出作用力 9000 。 倾斜液压缸面积 更多资料， 4 式（ 代入数据求得面积4105.4 m 。 由上述起升液压系统模块设计可知 d 与 D 之间的关系式为 ，有缸腔面积见式（ )(4 22 a 式（ 倾斜液压缸活塞直径 )2 式（ 代入数据求得活塞直径 3 根据液压缸国家标准，取标准值 D=40 d=8 此时有杆腔面积为 )(4 22 a 式（ 代入数据求得有杆腔面积4104.6 。 倾斜液压缸线速度 式（ 代入数据求得线速度 液压缸所需总流量 q 见式（ 代入数据求得总流量 q 为 。 倾斜液压缸行程 S 见式（ 式（ 代入数据求得行程 S 为 作 压力的确定 液压系统在工作过程中的压力损失主要有沿程压力损失和局部压力损失两部分，假设其压力损失约为 起升液压系统： M P 21 倾斜液压系统： M P 压系统原理图的设计 叉车工作装置液压系统主要由起升液压系统和倾斜液压系统构成，在其中加入方向控制液压系统就构成了一个比较完整的叉车工作装置液压系统。 更多资料， 5 升液压系统设计 根据上述设计计算，起升装置采 用单作用液压缸的伸缩来完成货叉的正常上下运动。通过采用在液压活塞上钻小孔的方式来代替传统的差动连接减少油路的连接。 当货物升到最高处时，由于货物自身重力的关系一但液压缸发生故障将导致货叉自由下落，存在严重的安全风险隐患。故此本课题在传统的液压系统基础上进行改进，具体改进设计的具体方案如下，分别采取了调速阀、平衡阀和液压控制阀进行液压回路的控制，设计示意图如图 3a） 和 3c） 所示。 . 图 3升回路设计的具体方案 斜液压系统模块设计 为保证倾斜系统的稳定性与可靠性本课题叉车 设计采用两个单作用液压缸并联来完成倾斜执行功能。为防止货物过重而导致倾斜液压缸失效发生意外危险事故，在液压回路中安装一个背压阀来确保回路的安全可靠。具体液压原理图如图 3 图 3斜回路原理图 向控制回路设计 本课题叉车工作装置有起升液压缸和倾斜液压缸两个执行元件，当有多个执行元件时一般都会采用多路换向阀来控制不同执行元件的工作状况。除此之外也可采用多个功能原理较更多资料， 6 为简单的三位四通换向阀来控制系统回路。两种方法的液压原理图分别如图 73 和 83 所示。本课题研究采用前种设计的具体方案。 图 3路换向阀液压装置 图 3通换向阀控制方式 油方式 由于两个工作系统所需的液压流量与压力相差较大，估采用两个串联齿轮泵分别对连个工作装置供油。 压系统原理图 更多资料， 7 根据上述的起升原理图、倾斜原理图和方向控制及供油方式的拟定，初步设计叉车工作装置液压系统原理图如图 3 图 3体工作装置液压系统原理图 1 2 3平衡重式叉车工作装置的设计及仿真 本科毕业设计（论文）答辩 姓 名： 班 级： 学 号： 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导老师： 电动叉车的 研究背景及意义 1956年丰田的第一款叉车 1987年厦门叉车总厂引进的第一款 1 电动叉车是以电力直流或交流为动力 实施装卸、起重、搬运作业的车辆。八十年以来 , 由于电动叉车具有易操作、作业灵活、安全、动力利用率高、噪声小 , 对环境污染小等优点 , 更适合于工矿企业作搬运机械使用 , 因而倍受人们重视 , 得到了迅速发展。 设计内容与研究方法： 方法：课题调研查阅有关的资料 利用 建立零件三维模型 利用 对工作装置进行运动仿真 内容：叉车工作装置设计 叉车工作液压系统模块设计 重要零部件的三维建模 工作装置运动机构的仿真 电动叉车的总体设计 电机选型 ： 1. 根据稳定运行的要求 2. 根据发热等值条件 3. 举升电机 4. 运行电机 注意： 工作装置液压系统设计 起升液压系统 工作原理： 通过起升液压缸带动 4的伸缩运动推动内门架 3做上下运动，以此来实现货叉对货物的起升工作。 工作装置液压系统模块设计 倾斜液压系统设计 工作原理： 通过倾斜液压缸 4的伸缩运动来带动门架 3的倾斜，以此来实现货架的倾斜要求。 工作装置液压系统原理图 工作装置三维建模 主要零件： 车体 货叉 外 门 架 挡 板 整车 三维 模型 通过销钉、滑轮杆等约束命令对叉车工作的零件进行装配，装配整体效果图如图下。 工作机构运动仿真 仿真动画 谢谢！ 叉车的起重机臂架的设计和优化 ., 本文的目的是提出一个新的应用于起重机臂的有限元法分析计算法。这一方法已经开展了各种强度和刚度，和任何类型的起重机伸缩臂：起重机，起重机，封闭梁起重机等的分析。 已经模拟了该结构一定要承受的不同负载情况和边界条件。这种负载条件可以从起重机正常的和极端的工作条件中获得，并且现行条例和早先经验也在考虑之中。 定义方法学模拟非结构元素、联络、材料等等也是必要的。 有关法律法规，已经有必要作出适应新英格兰大学 - 58536 的规定，因为特定的调控影响这些起重机臂架（新英格兰大学 1726 年），而有关法律法规没有足够的限制性。此外，还有必要估计一些平移和旋转速度，以适应新规定。 此外，一些焊接部分已经被模拟和分析了，并且在一些负载情况下在实验结果和数值结果之间进行了比较分析。一旦获得这个相关性，计算方式和数值结果就被确认了。 关键字：起重臂，有限元法，强度，起重机，叉车 本文运用有限元分析法提出了一种用于设计和优化起重机臂的手动伸缩的方法。为此，这个设计既要照顾到刚度，应变，重量和规定标准，还要考虑到它可能应用到的 各种各样的形式起重机臂架：伸缩的（这里动力影响是相关的），桁架的，封闭箱的等。 分析的起点是新英格兰大学 - 58536 的规定，因为新英格兰大学1726的规定对于计算是不充足的，是有轻微局限的，它有必要估计一些速度。 通过这一些标准和制造商的先前经验已经确定了负载情况和边界条件，既为习惯性的使用也为极端的使用，他们已明确了材料，零件间的连接方式，焊接等。 为了检验这个标准，已经将它应用于了两种类型的起重机臂架了，一种是伸缩式的，一种是封闭箱式的，它们稍后还将运用数字技术进行充分的优化。最后，伸缩式起重机臂架还要运 用 的是检验数值结果和设计方法。 对于某种类型的起重机臂架，它们没有自己的标准，但是有必要使用与叉车臂架相关的标准，特别是标准 “ 自行式的卡车的搬运能力达到 10,000 公斤容量，和工业拖拉机挂钩的牵引力达到 20,000 N” ，在这种状态下，所有的结构和安全计量必须支持自走式的叉车并且它的附件是详细的。 与这个标准相关的是这个段落（ 它表明： “ 叉车的结构部件和辅助部件必须在 15 分钟内能支持 静态负载。 - 指根据铭牌标志，在正常海拔高度和重心归一化距离下的额定载荷。 - 最大海拔高度下的实际载荷能力 作为测试结果，它必须不能有任何损坏，或者永久变形 ” 。 通过观察这一准则，不难发现它只是一个轻微的限制，并且它必须与结构准则 “ 广泛使用的移动式起重机的结构计算规则 ” 以应用于轮式 标准 真实案例中的应用 标准 出了一些负载情况 （标准表 1） 以及荷载与放大系数相结合的计算方式（标准表 5）： 主要载荷： 起重机臂的自重（ G） 工作负载（ F）：有用的高架负载重量加上附件的重量（ 轮块，吊钩，电缆 , ）。运行时起升和下降负载过程中产生的动态效应 (): 这一因素的计算用公式： =Vh(m s) (1) 其中 =其他情况下。 缆，负载， ） 由于起重机运行时惯性作用引起的力：平移（ T），转动（ S）和幅度（ L）：这些力的作用是分开的，自重和工作载荷将稍后解释。 附加载荷： 最不利位置处的风载荷，包括在运行中（ 标准 3们都将稍后解释。 特殊载荷：标准 是一种颠覆性的标准，表示一种 于额定载荷的载荷。所有这一些状况下使用的方法都是 “ 安全性和张力限制的局部系数 ” ，而出现的载荷状况是以下情况，使用标准表 5的放大系数。 正常载荷条件： 情况 1：无风时的正常 载荷 +F+ S L (2) 因此，有必要在转动，平移和增大幅度中间做单独地计算。 情况 2：有风时的正常载荷 +F+ S L+i (3) 特殊载荷条件： 情况 3：有风时的失效 +0+ S L+0 (4) 情况 4：在装配期间有风：这种特殊情况在这种结构从没再次出现过 情况 5：静态载荷情况 +0+F (5) 通过观察这些载荷情况，可以证明它们比标准 且还包含于它们。 另一方面，为了计算，有必要根据标准确立应力准则，确定以下： 结合极限应变（使用 式） V.M,屈服极限 (6) 屈曲微积分 压缩 ,曲极限 / (7) 剪切应变微积分 屈曲极限 / (8) 然后，利用不一样的结构计算方式和材料的材料抵抗力继续对这些原理进行计算是可能的。 由于惯性而产生的力计算起来更困难，而且它们取决于各种各样的车辆所安装的刹车系统，液压系统等 1。 因此，为了正确的量化它们，必须用加速计来测试，但是由于这通常是不可能的，所以它们必须尽可能的适应来自于起重机规范定表 1： 表 1：起重机的最大允许速度 于是，分别观察每个运动，但每个加速度必须用在相对于的方向上： 图片 1：起重机伸缩臂的运动情况 这是由于起重机的平动引起的，在我的情况中是叉车的，特别是在在制动过程中，最大的负加速度就会产生。它的计算通过引入起重机臂轴向上加速度来实现。为了了解这一个加度素，我们该知道减速的最小时间，然而这个是未知的，所以我们估计它近似为一秒。这样，最大负加速度就大约为 是一个合理估计值。 这仅发生在旋转的叉车中，发生在当它趋向于转动时，而且它的最大值发生在起重机臂在最大伸长范围时。在这种情况下，它将引起两种形式的切向加速度，一方面归因于离心力作用，另一方面有必须的加速或者减速以达到转动速度或者停止引起的，在最后一种情况下将产生最大的负加速度。所以： (9) 最不利的情况是 管它估计不一样的区域的距离是能改变的。 (10) 当制动时间是 2 秒时，能够获得转动的最大负加速度是3m/ 这是由于伸缩臂在伸出或者收缩运动中产生的，但是它呈现出非常小的速度，因此它的加速度和负加速度与其他的和重力相比就显得微不足道了。 由于之前提到过它的计算依据标准 3作用于相对于风向的 偶然受力面，在一般的情况下这些载荷的计算使用的公式（ ： (11) ：风压，在这种情况下使用 125N/准 3)。 取决于自然环境中空气的影响形式，在我们的情况中，它会涉及封闭箱式起重机臂架展示出来的所有区域（标准3）。如果是网格结构 以使用，除了如果是管状借结构（标准 3 2）。 为了介绍提到的载荷，它将被附加在起重机上所有易产生区域的横截面方向上。对于暴风雨（ 由于风产生的力，这些起重机臂架不是为了它而设计的，但是，如果这是必须的，那么对于 20m 高度的计算要使用 800N/ 值或者对其他的使用 1100N/。 标准 此它很适合研究它。于是，它的计算和其他的情况很相似，但是唯一改变的是用于这一区域的安全系数，并且有必要用相关的四条标准去核实它们： 复合应力极限（使用 牵引组件 压缩组件 剪应力 表 2：焊缝的安全系数 有限元分析法（ ，在零件的计算和设计方面呈现出巨大的优势，它允许用一种容易的简单的形式去修改厚度和材料以获得应力和位移图 2,3,4。由于在计算桁架和封闭箱式结构方面呈现出的简单性，这里将用这样的解决方法应用于伸缩式起重机臂，它的原理可以直接用在其他的起重机臂上（见图 2）。对这个特例将用商业软件实现它的有限元模拟。 图 2：伸缩式起重机臂的有限元模型 材料模型 为了模拟一种材料， 已经区分了每一种材料的应力 应变曲线，假设我们总是在一个弹性区域内，我们唯一必须了解到的值是弹性极限和杨氏模量。 焊缝模型 有限元分析法允许对焊缝的完美模拟（见图 3 和 4）。因此，如果焊缝被彻底观察的话，能够正常的看到由于焊接过程中一些热影响了焊缝周围的区域。这些区域被命名为热影响区，焊接线之下的区域成为域。在对上面提到的区域进行硬度测试后，能够获得在焊接之后上面提到的区域的性能，通常，它们主要有较高的弹性极限但是有较差的疲劳性能（除了高弹性极限的钢材）。因此，由于它们有较高的弹性极限，弹性的正常极限就适用于它们。 图 3 和 4：对接焊缝区域， 因此模拟焊缝没有必要实现焊缝的疲劳分析，只是有必要应 用体积元素法模拟焊缝线。另一方面，焊缝模型依赖于焊接的形式。假如是对接焊缝，模型设计可以像图 5表现的那样实现，在角和焊接点处连接不同的零件。 图 5：对接焊缝区域 然而，对于搭接焊缝，模拟过程不是那么简单的，因为它的结合发生在搭接区域，但是在它的内部材料如何起作用，它们怎么分配它们之间的应力并不确切的知道。所以对于这种形式的结合，有必要确定一种不同的仿真模型，尽管对于的小的搭接焊缝可以认为零件之间有着坚固的连接。 在这个特例中，焊接区域呈现出一个搭接焊缝，它是个在箱臂和叉车之间的接缝连接，不大可能实现它的简化。 可以从图 4 中看出，在焊接区域的顶部呈现出搭接焊缝和在中间的焊缝环扣。因此，有必要用体积元素法建立这一区域的模型，完美的模拟焊缝线。 在这个区域不同的区域用焊缝线相连接，并且，在搭接区域的别的部分靠不同零件间的摩擦力相接触连接。通过所有这些就可能建立模型，用有限元分析的方法计算所有的焊接。 液压缸模型 伸缩臂式起重机臂架，包含有它内部的液压缸，可以允许臂架伸长和收缩。这一部件在它处于休息位置是，伸长和收缩是一样的，只是在起重机臂不同部件之间传递拉应力 /压应力，因此为 了模拟它，要把它用一根只能传递拉应变 /压应变的刚性棒。 另一方面，这一元件伴随着它的伸长过程，在允许有相对位移的部分之间不一样的区域内传递了一些力。这些力模拟起来很困难，但是是可以建立前臂厢的加速度模型的，而且它们会有一个最大值和幅度增加时产生的加速度相似。它们通常被认为是微不足道的，所以没有必要包括它们。 非结构部件的模拟 起重机臂架有有时候不可以忽视质量的非结构部件：电线，阀门，液压缸和油的自重，等。这些质量有时候没有集中在起重机臂架的轴线上，因此它形成的转矩就一定要包括在内的。因此，为了模拟它，需要放置在这 些部件的联合区域内起重机臂的力和相等的力矩。 摩擦片的模拟 为了允许伸缩臂中臂箱之间的相对位移，为了允许他们之间的应变传递，摩擦片就要应用了。这些部件被固定在两个主体中的一个，并且阻止主体之间的摩擦力过大和可能损坏机器。 于是有必要包括这些零件做一个起重机臂的完美设计，为了模拟结构中出现的应力，应该在应力和位移环境中做一个准确的模型，；因为它们允许主体间的相对转动。 因此我们所做的是把吨作为体积元素加入主体，并且在制作的完整过程中加入装配公差以确定它们。对于另一个主体，一些接触摩擦被确定。 载荷状况 载荷状况将是 那些在表 4 中被确定的，并且对这个特定情况起重机最不利的情形出现在当它完全伸长出现时，因为这时，不同零件的应变都将达到最大。 图 6：伸缩式起重机臂的载荷状况 2 对我们这个特定的起重机臂，由于其使用方式，有三个附加载荷状况适合于分析。这一些状况是： 附加情况 1： 起重机臂在载荷情况 1的载荷下，有一个 30 的倾角并且拖动着最大荷载能力的载荷。 图 7：伸缩式起重机臂附加情况 1 这种载荷状况不应该在起重机臂的使用方式中出现，因为它没有被设计用来像这样工作，但是，它还是要包括在美国标准的额外安全计 算上，因为这种 形式的高级动作会时不时地额出现。为实现这样的一种情况 ,重力方向将被修改成有限元模型和实际受力；工作载荷（ F）将被 T 值取代并且它的是实际方向将会改变。 T 值通过以下公式获得： (12) 这里 是指车辆和地面间的摩擦力系数，而且它被用的值是 是起重机臂和水平面的夹角。 附加情况 2： 起重机臂在载荷状况 1的载荷下，用 30 度角拖拽旁边的最大荷载能力的载荷。 图 8：伸缩式起重机臂的附加情况 2 这种情况的计算和载荷情况 1 的计算相似，但是只是实际角度变成了 F 的，它的值被替换成了从公式（ 12）得到的张力（ T）的值。 附加情况 3： 载荷 1 在中间范围时的情况 图 9：伸缩式起重机臂的附加载荷情况 3 伸缩式起重机臂被设计用来只在两种位置工作：完全张开和完全扩展开，但是这里包括这种形式的安全载荷情况。 有必要强调一下，这些起重机臂架在完全张开时接触区域通常会有局部压条（过厚或者放空）。所以可能在臂箱位移时处于中间载荷状况中，这时这些零件没有开动而且会出现局部应力集中。因此，在这种载荷情况下，它被定义为中间位置 ，但是它更接近最大张开的位置。 取得结果 对已经计算过的伸缩式起重机臂架的张力和位移图进行了分析（见图 10 和 11）。 图 10：附加载荷情况 1 的 力 图 11：附加载荷情况 3 的竖直位移 通过设计和优化过程之后，在保证了标准和公司对应力应变条件的要求下，得到了最优化的伸缩式起重机臂架，最后重量为 对于最初的 味着节省了 12%的重量。 为了做这个优化，对每一个不同的零件用到了从公式（ 6）到（ 8）所确定的范围。因此，在这每一零件都进行过 应力和屈曲的检验。后来根据每一个应力，用以下公式得到了安全系数： 如果 比设计者确定的大（在特例 2 中），可能是零件厚度减小了或者是使用了性能差的材料了。为避免它过低，将优于增加厚度或者提高所使用材料的质量。考虑到公司可用的材料，厚度等，它将通过重要零件来实现。这之后，还将再次计算，观察分析修改后的材料运作状况，并且看看能否满足规定的标准，能否继续以达到完美的材料外形和厚度。 此外，反复迭代是能够找到一个厚度和材料能满足相关标准并且有最小重量的优化方案的。也能用像 样的优 化软件来实现机械式劳动。 析 为了检验机械装置的运作状况，为了验证数值计算方式而且为了检验数值结果和真是值之间的误差，一种 析方法在机械装置中实现了，它用了三个单向性的计量器（见图 12），它的变形已经在起重机臂架之前选定的点处获得。 图 12： （左）和 2（右） 为了明白数值的 实验的相关关系，用到的载荷情况是载荷情况5。其他的载荷状况很难实验，因为很难模拟风载荷。有必要强调利用这个载荷状况，使用 过的方法和数值结果可以被确认，因此没有必要用其他载荷状况做其他的测试。 曲线 受到牵引载荷，计量器 2 受到压缩载荷。 如同在图 13 到 15中观察到的那样，实验性的和数值性的结果呈现出一种高度的相关性，伴随着 12%的最大误差出现在计量器 3 上，并且呈现出最低程度的变形。 图 13：对于计量器 1 的数值 实验分析 图 14：对于计量器 2 的数值 实验分析 图 15：对于计量器 3 的数值 实验分析 图表 1：对于每个计量器在 析中相对于时间的微小变形 结 最重要的结论是获得了这些，建立了一种用于叉车起重机臂架的设计，计算和优化的方法，采用了标准 于起重机的规定，因为标准 此有必要明确载荷状况，边界条件，载荷，材料， 焊接模型，等等。 此外一些附加载荷状况在已经确立的标准中没有估计到，而且它们对于及机械装置的正确设计有着非常大的重要性，还在于要模拟一些高级动作，尽管这些都是被劝阻的或者是禁止的，仍可能在起重机臂架的使用的过程中出现。 同样利用数字技术，一种微积分法已经被确立，特别是有限元分析法（ ， 它可以完美的模拟所有的零件和机械装置的焊接，还能够模拟所有的载荷状况，呈现每个点的应力，应变，位移，等等。 另一方面，利用 法已经检验了数值结果，得到了一个高度的相关性和一个低的误差（小于 12%），用以核实数值结果和微积分法。 参考文献 1 .： “of of 2 .;“de 3 980,3 “of el 2 c 4 .de ,d.

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