小型工程车摆臂叉式起重装置机构分析及方案设计开题报告

1. 研究目的与意义

1、背景：带摆动臂叉式起重装置的小型工程车，应用极其广泛。它是市政府水、电、气的施工现场必不可少的一种车用机械。其行走部分可采用电驱动或小型柴油机驱动，驾驶员的正前方设置有液压驱动的工作装置。该机构为液压驱动单个金属箱式钢结构臂架，它可上下摆动，扩大了置于其前方的取物装置工作范围。取物装置即可是叉架也可随时更换液压抓取夹具。

2、意义:工程车是一个建筑工程的主要力量，由于它们的出现才使建筑工程的进度倍增，大大减少了人力。带摆动臂叉式起重装置的小型工程车在对路面的抢修，地下线路的维修起到重要的作用。近几年，近几年来我国的公路交通不断发展，由此带来的对地下线路管道作业的工作量大大加重。但是我国在带摆臂式起重装置的小型工程车这方面的研究并不显著，大多都是借鉴的国外的设计，起重以德国的最为突出。

因此，对带摆动臂叉式起重装置的小型工程车的设计就显得非常有必要，既能通过此次课题提升我们的专业知识，又能让我们以自己的微薄之力为国家工程车的发展献上一份力量。

2. 课题关键问题和重难点

1.关键问题：

1).带摆动臂叉式起重装置的小型工程车的工作机构是怎样联动的，工作机构与车身的支撑是怎样连接的。

2).带摆动臂叉式起重装置的小型工程车的工作机构的主力臂的强度是否符合载荷要求，怎么校核各节点之间的强度。

3. 国内外研究现状（文献综述）

工程机械车辆的发展与国民经济建设有着密切的关系。随着现代社会文明的发展，企业厂内工程机械车辆的使用越来越多，它已经从过去的港口码头和结合基建工地，进入了整个社会，成为当今社会生产和人们生活中不可缺少的工具。

工程机械车在工程道路建设领域代替了认得体力劳动，扩展了人的手脚功能。尤其现代化工程机械车辆，更是被赋予了灵性，新的工程机械车辆在工作效率，作业质量，环境保护，操作性能及自动化程度多方面都是以往的工程机械车辆所不可比拟的，并且在想着进一步的智能化方向迈进。

带摆动臂叉式起重装置的小型工程车在国内并没有出现。国内的一般小型工程车都是叉车或者挖土机，前面为工作机构，与工作机构相连接的是驱动车。

目前，叉式起重车主要分为带摆臂跟不带摆臂的的。如图1、图2所示。

图1大型摆臂叉式工程车

图2普通小型叉车

1.带摆动臂叉式起重装置的小型工程车主要是由主动臂控制抬升高度以及载荷；

2.普通的叉式起重工程车主要是通过叉架的抬升来抬高外物，叉架的运动一般是由液压油缸或者齿轮链条传递的。

我的这一课题主要偏向于对带摆动臂叉式起重装置的小型工程车的研究，如图3所示。

图3 摆动臂叉式起重车

（一）该工程车的基本参数：

1).额定起重量Ｑ

货物重心位于规定的载荷中心距和最大起升高度时，叉车能举升的最大质量（ｔ）为额定起重量。

表1 传统吨位级别与常见主导产品吨位见

2）.载荷中心距C

载荷中心距是货物重心到货叉垂直段前表面的规定距离。

当实际的载荷中心距大于标准值时，叉车将不能处理额定载荷，这时的起重量必须折减。而当实际的载荷中心距小鱼标准值时，叉车仍只能处理额定载荷，不能增大起重量。

3）.最大起升高度H

最大起升高度是叉车处于平实地面，承载额定起重量，门架垂直，货叉升到最大高度时，货叉水平段上表面至地面的距离。

4）.满载最大起升速度

满载最大起升速度为叉车停止，节气门开度最大（及油门最大），额定起重量，货物所能达到的最大平地起升速度。典型值:300-500mm/s。

5).满载行驶速度

额定起重量，最高档，在平直干硬的道路上所能叨叨的最高稳定行驶速度为满载行驶速度。典型值:20km/h。【备注:由于工程车采用的是刚性悬架，因此行驶速度不宜过高。】

6）.叉架前、后倾角

通常为前倾6，后倾12。

（二）工作装置布置

工作装置主要是由固定的三角支架、主力臂、叉架以及各连接销轴组成。通过主液压缸驱动臂的抬升控制主力臂的抬升，在主力臂的设计过程中一定要对其的刚度和强度进行校核，将其看作外伸梁，要校核它的弯曲强度，使其不会发生弯曲变形跟断裂现象。

主力臂的结构简图如图4所示。

图4 主力臂结构简图

(三) 货叉的结构与标准

1).货叉构造

货叉装在叉架上。它的外形是一个L形杆件，分为水平段和垂直段两个部分。一般货叉的水平段跟垂直段做成整体的，称为整体式货叉。有的小吨位叉车货叉的水平段和垂直段分别制成，用销轴连接起来，水平段既可平置，又可以向上折叠起来，与垂直段靠拢，称为折叠时货叉。

在叉车叉取货物时，货叉的水平段用来插入货物或托盘的底部，叉起后，用来承载货物。因此，货叉水平段的上表面必须水平，水平段前端的下表面略有斜度，以使叉尖处厚度较薄，并且前端逐渐变窄，叉尖两侧带有圆弧，这样有利于使货叉插入货物底部，叉取货物。货叉的垂直段用来与叉架连接，根据连接的形式不同，分为挂钩型和铰接型两种。挂钩型货叉垂直段的背部上、下各有一个沟，沟在叉架的上下水平横梁上。这种货叉的制造过程是先锻造成长条状，然后在镦锻弯成L形，再焊接上、下两个钩，之后再进行热处理。这种货叉制造较为容易，也方便安装跟拆卸，适用于中、下吨位的叉车。为了在叉架上定位，在上部挂钩上设置有定位销。定位销插入叉架上横梁的凹槽中，以防止货叉任意移动。调节时，往上提起定位销，客服弹簧力，销轴脱离叉架上横梁凹槽，便可移动货叉，以改变间距。

货叉是叉车的重要构件，受力大，要求截面小，重量轻，因此需要抵用低合金钢、中碳钢等材料制造（如40Cr)，还需经过适当的热处理（如调质），以增加水平段的表面硬度，提高耐磨性能。

货叉的主要尺寸有货差水平段长度L，货叉垂直段高度，货叉断面尺寸，挂钩尺寸或轴孔尺寸等。

每个货叉在垂直段侧面，应打印表明该货叉的额定起重重量跟载荷中心距，以便于更换取物装置时不致混乱。

2）.货叉的标准化

货叉应该实现标准化生产，尤其是与挂钩有关的尺寸和叉架的安装尺寸等，这样才便于使各种取货装置的互换。我国根据国际标准化组织（ISO)的相关标准，制定了挂钩型货叉尺寸，挂钩型货叉和叉架的安装尺寸等国家标准。

表2 货叉水平段长度系列

(四)叉架的类型和构造

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。

当货叉为挂钩型时，采用板式叉架。板式叉架的框架有多种形式(图5)，但不管哪种一般都是钢板焊接而成，或由整块钢板按照所需结构进行切割，挖去多余部分以减轻重量。货叉的上钩挂在框架的上横梁上，货叉的下沟钩住框架的下横梁。由于挂钩和叉架间的安装尺寸已经标注化。板式叉架能方便地更换属具，因此焊接板式结构应用广泛。

图5 板式叉架的结构

a)封闭框架结构 b）开口框架结构

c）封闭板式结构 d）开口板式结构

图6是目前广泛应用的典型焊接叉架结构。货叉1对称地装在叉架的上横梁2上，横梁上开有定位槽，货叉上的定位销7由弹簧压入槽内起定位作用。上横梁2和下横梁3通过两块竖板跟滚动轮焊接一体，滚动轮的两个外侧装着纵向滚轮5和侧向滚轮6，是叉架沿内门立柱翼缘运动的导向轮。叉架的上、下横梁两端装有挡货架8，因此为装拆货叉，在下横梁3的中部下缘开有缺口。

图6 叉架的构造

1-货叉 2-上横梁 3-下横梁 4-滚轮架

5-纵向滚轮 6-侧向滚轮 7-定位销 8-挡货架

参考文献

[1]机械工程手册编辑委员会.机械工程手册物料搬运设备卷 13[M].2版.北京：机械工业出版社，1997.

[2]胡宗武.非标准机械设备手册[M].北京：机械工业出版社，2003.

[3]陶元芳，卫良宝.叉车构造与设计[M].北京:机械工业出版社，2010.2

[4]连晋毅.铲土运输机械设计[M].北京：机械工业出版，2012.8.

[5]周伟兴.装卸搬运车辆[M].北京：人民交通出版社，2001.

[6]朱则刚，陆刚.工程机械车辆的使用与维修[M].北京：中国电力出版社，2007.

[7]成大先等.机械设计手册.第一卷[M].5版.北京：化学工业出版社2004.

4. 研究方案

1.总体设计方案：

首先先确定三角支架的大小、车体的固定方式、与主力臂的连接位置以及连接方式。由货叉所能承受的载荷大小进行校核主力臂的强度是否符合要求，由主力臂所需达到的抬升高度(正常按照工程车所需要去叉取货物的高度来限定)来计算液压主油缸的活塞杆的行程、活塞杆的运动速度，进而计算出液压主油缸的缸径流速等。对货叉的转动角来计算小油缸的行程。

进行总体设计时应计算重心位置、桥负荷、稳定性、牵引性、机动性等。整体结构如图7所示。

图7带摆臂叉式起重装置的小型工程车的工作机

该机构的运动原理图类似于曲柄连杆机构，由液压缸的轴进行伸缩进而推动主力臂的抬升跟下降，再由小油缸的伸缩控制叉架的摆动角度，确保载荷在货叉上不会出现晃动。原理简图如图8，图9，图10所示。

图8 带摆臂叉式起重装置的起始位置

图9 带摆臂叉式起重装置的货叉摆动极点位置

图10 带摆臂叉式起重装置的主力臂摆动到最高点

2.液压系统设计方案:

1).压力：一般根据液压泵说明书中提供的额定压力和最大工作压力这两个参数。液压泵的压力可以根据载荷的大小来进行预计算，从而确定液压泵的额定压力跟最大工作压力。

2）.流量：理论流量等于排量与转速的乘积。实际流量等于理论流量与容积效率（不低于90%）的乘积。根据主力臂的抬升速度可以来计算液压缸的流速。

3）转速：一般转速为1000~3000r/min。

转矩与功率

泵的输入转矩等于压力乘排量除以2π再除以机械效率。

泵的输入功率正比于压力、排量、转速的乘积。

液压系统采用的执行元件的形式，根据主机所要实现的运动种类和性质来决定。本次设计选择单活塞杆液压缸。

5. 工作计划

第1 周 提交英文翻译；收集、查阅文献资料，完成开题报告初稿。

第2 周 整理写出设计过程（步骤），写出必要的计算项目，修改、完善开题报告

第3 周 完成开题报告，经老师批阅合格并确认后，上传至毕业设计管理系统。