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畢業(yè)設(shè)計中文摘要
室內(nèi)用家具物品搬運車的設(shè)計
摘 要
21世紀(jì)來臨伴隨著社會發(fā)生了翻天覆地的變化，家具種類也在增加，在工廠搬運或者需要搬家時，面對各種大小形狀不一的家具常常費時費力，目前市場上流通的家具搬運車只有用來定點運輸?shù)钠胀üδ埽龅侥承┘揖唧w型較大，重量較高，難以有一個好辦法，工廠和家庭的貨物運輸市場需求越來越多。本文設(shè)計的一個小型家庭用的家具物品搬運車對于清潔工作中需要移動家具的短距離搬運需求來說非常實用。小型搬運車便捷，可以幫助使用者提高勞動效率，有著廣闊的應(yīng)用前景。
針對我國目前市場上家具搬運車存在的不足，本次設(shè)計電動的家具搬運車，主要是
在搬運車的傳動裝置和起降裝置的部分，功能的實用性和操作的便捷方面。具體設(shè)計內(nèi)容為：先確定搬運車機械系統(tǒng)的整體方案，再對托盤、軸、起升機構(gòu)、傳動機構(gòu)等關(guān)鍵零部件進(jìn)行設(shè)計，并根據(jù)使用和工藝的要求確定具體參數(shù)，最后確定各個機構(gòu)部件的尺寸和進(jìn)行校核。該家具搬運車驅(qū)動輪為后輪并通過后輪轉(zhuǎn)向，后輪通過鏈輪和減速器離合器連接控制小車的行走，液壓機構(gòu)主要是用于家具的搬運工作。
本文設(shè)計的室內(nèi)用家具物品搬運車通過電動機的電力驅(qū)動減少了勞動強度，提高了搬運效率。液壓起降裝置對于搬運過程中保護(hù)了使用者的安全，較好實現(xiàn)了家具的定點搬運。
關(guān)鍵詞：搬運車；室內(nèi)；減速器；家具
畢業(yè)設(shè)計英文摘要
Design of indoor furniture goods carrier
Abstract
With the 21st century come, the great changes have taken place in our society, and there are more and more kinds of furniture in the market. When we move in factories or need to move, it often takes time and effort to deal with furniture of different sizes and shapes. At present, the furniture carriers in circulation in the market only have the common function of fixed-point transportation. When we encounter some furniture with larger size and higher weight, the furniture carriers can only be used for fixed-point transportation, It is difficult to have a good way, factories and families of goods transport market demand is increasing. In this paper, a small household furniture goods carrier is designed, which is very practical for the short distance transportation needs of moving furniture in the cleaning work. The small carrier is convenient and can help users improve labor efficiency. It has a wide application foreground.
In view of the shortcomings of furniture carriers in China's current market, the electric furniture carriers are redesigned, mainly as follows In the transmission device and take-off and landing device of the truck, the practicality of functions and the convenience of operation. The specific design method is as follows: first determine the overall scheme of the mechanical system of the truck, then design the key components such as pallet, shaft, lifting mechanism and transmission mechanism, and determine the specific parameters according to the requirements of use and process, and finally determine the size of each mechanism component and check it. The driving wheel of the furniture carrier is the rear wheel, which turns through the rear wheel. The rear wheel is connected with the reducer clutch to control the walking of the car. The hydraulic mechanism is mainly used for carrying furniture.
The indoor furniture truck designed in this paper is driven by electric motor, which reduces intensity of labor and raises transportation influence. The hydraulic take-off and landing device protects the safety of users in the process of transportation, and better realizes the fixed-point transportation of furniture.
Key words: carrier; Indoor; retarder; furniture
目 錄
1 緒論 1
1.1 課題的背景及意義 1
1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r 2
1.2.1 國內(nèi)外的研究狀況 2
1.2.2 搬運車產(chǎn)品的發(fā)展趨勢及尚待研究的問題 3
2 技術(shù)任務(wù)書 (JR) 5
2.1 家具搬運車的整體布局 5
2.2 家具搬運車工作原理 5
2.3家具搬運車主要技術(shù)參數(shù) 6
3 設(shè)計計算說明書(SS) 7
3.1家具搬運車的機架部分零部件的設(shè)計 7
3.1.1 家具搬運車工作機構(gòu)原理的設(shè)計 7
3.1.2 家具搬運車機架的關(guān)鍵零部件的設(shè)計 7
3.1.2.1家具搬運車貨叉的設(shè)計及校核 7
3.1.2.2機構(gòu)桿件鉸接處軸的設(shè)計及校核 9
3.2 起降裝置的液壓系統(tǒng)設(shè)計 11
3.2.1 液壓系統(tǒng)工作原理 11
3.2.2 各液壓元件的設(shè)計、計算與校核 12
3.2.2.1 液壓缸設(shè)計及校核 12
3.2.2.2 油箱的設(shè)計與校核 14
3.2.2.3油路的設(shè)計 14
3.2.2.4截止閥和單向閥的設(shè)計與校核 15
3.2.2.5泵的設(shè)計 18
3.3 傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 19
3.3.1 減速器設(shè)計 19
3.3.1.1 減速比與減速形式設(shè)計 19
3.3.1.2 行星齒輪傳動配齒設(shè)計計算 19
3.2.1.3 行星齒輪傳動和嚙合參數(shù)設(shè)計計算 20
3.3.2減速器效率設(shè)計計算 20
3.3.3 行星齒輪傳動的受力分析及強度設(shè)計計算 21
3.3.3.1齒輪材料選擇設(shè)計 21
3.3.3.2行星齒輪傳動受力分析設(shè)計計算 21
3.3.3.3行星齒輪傳動強度校核 23
3.3.4 離合器設(shè)計 24
3.3.5 鏈傳動和鏈輪的設(shè)計 25
4使用說明書 27
4.1操作說明書 27
4.2注意事項 27
5 標(biāo)準(zhǔn)化審查報告 28
結(jié) 論 29
參 考 文 獻(xiàn) 30
致 謝 31
室內(nèi)用家具物品搬運車的設(shè)計
1 緒論
1.1 課題的背景及意義
21世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)的日新月異的發(fā)展和更新，自動搬運設(shè)備更多應(yīng)用于物流和運輸行列，隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，越來越需要更加智能化和電動的搬運設(shè)備來代替人工，設(shè)計一種新型的室內(nèi)用家具物品搬運車顯得尤為重要。
隨著搬運車需求的不斷提升，搬運車的種類、功能和數(shù)量有了顯著的變化，并且操作規(guī)模也在增多。目前的國內(nèi)市場上存在的家具搬運車大多為手動搬運車，使小車移動通常需要我們?nèi)藖砝瓌踊蛲蟿?。?dāng)在室內(nèi)家具搬運車上有較重的家具時，搬運者通常需要更加費力的推動它移動，勞動強度非常的大。因此顯而易見在家具搬運過程中，一方面造成的人工的浪費，另一方面也造成了寶貴時間的浪費，從而導(dǎo)致了室內(nèi)家具搬運車的工作效率低下。但是即使是這種效率低下的搬運車設(shè)備，在各類家具搬運以及短途的貨物搬運過程中還是被大量的應(yīng)用，還仍然是最普遍的。當(dāng)今時代隨著社會的迅猛發(fā)展，搬運行業(yè)更為發(fā)達(dá)但是人力資源卻更加稀缺，設(shè)計一款更加省時省力的電動搬運車明顯更有實用意義，更高的使用效率已經(jīng)成為炙手可熱的項目。雖然當(dāng)今市場上有了更加新穎的設(shè)計，一些半電動搬運車[1]，搬運方式為電動升降，行走還需要人力推動，只是簡單的將液壓升降裝置改為電動升降裝置，像這樣的改進(jìn)也僅僅是杯水車薪，僅適用于搬運的家具或貨物比較輕便時，當(dāng)有需要搬運較重物體時，小車行走主要依靠人力，鑒于此，開發(fā)設(shè)計一種新式的半電動家具搬運車就顯得更為重要和緊迫，從而能輕松推動搬運車行走，提高工作效率，對于當(dāng)前的家具和貨物搬運行業(yè)有極為深遠(yuǎn)的影響。
1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r
1.2.1 國內(nèi)外的研究狀況
隨著環(huán)保觀念的增強，國內(nèi)的搬運車在產(chǎn)品生產(chǎn)和市場營銷方面呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)調(diào)整，手動搬運車也在向電動方向靠隴。
搬運車歷經(jīng)許多年的不斷發(fā)展進(jìn)步，我國在搬運車的研發(fā)和產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)中發(fā)揮了越來越重要的作用，正在成長為世界上搬運車研發(fā)投入大國。
盡管國內(nèi)搬運車產(chǎn)品的研究和生產(chǎn)晚于國外幾十年，不得不承認(rèn)國外的技術(shù)高于國內(nèi)，但是我們國內(nèi)的產(chǎn)品系列也是比較全面的，其中也包括家具搬運車。國內(nèi)手動搬運車如下圖1所示，國外手動搬運車如下圖2所示，國內(nèi)產(chǎn)品和國外產(chǎn)品同樣受到人們親睞，也正因如此，搬運車市場被巨大的市場潛力激發(fā)。
圖1國內(nèi)手動搬運車 圖2國外手動搬運車
目前世界上各個國家也都在進(jìn)行搬運車的研究發(fā)展歷程如下：
第一代搬運車動力形式為純手動，第一代產(chǎn)品總是具有劃時代意義的，我們經(jīng)歷了從單純的人力搬運轉(zhuǎn)變到機械化搬運的偉大變革，對于這個科技和革新日益迅速的今天，從節(jié)省人力方面而言，在短距離的搬運過程中仍然十分重要，它的省力，經(jīng)濟(jì)實惠特點非常受人們歡迎。
第二代的搬運車動力形式為內(nèi)燃機，可以輸出很強的動力，相應(yīng)的其額定的載重量相比其他動力的搬運車更高。即便這樣，我們不容忽視的是，內(nèi)燃機靠燃燒化石能源工作，它的缺點也是非常明顯的。所以這一代的搬運車產(chǎn)品并沒有得到很好的普及，除了施工單位和一些其他的場所被應(yīng)用，大多數(shù)行業(yè)并不會采用，在食品衛(wèi)生行業(yè)更是明令禁止使用。
第三代搬運車動力形式為電動[1]，它的智能化程度可與第四代產(chǎn)品想媲美，有了上一代的經(jīng)驗，這一代的純電動搬運車是基于環(huán)保理念和節(jié)能減排理念下設(shè)計的一款全新產(chǎn)品，搬運車以電池供電，是在搬運車史上絕無僅有的一次全新的技術(shù)理念革新。純電動搬運車由于其工作過程中不會產(chǎn)生廢氣，而且?guī)缀鯚o噪音，節(jié)省人力，效率高等特點，非常適合當(dāng)今的社會，在一些近距離的搬運過程行業(yè)成為了首選。但是好景不長，純電動搬運車也由于自身特點存在一些固有的缺陷，很明顯的是由于它采用純電動搬運，舉升和行走都是依靠電瓶活著電池供電驅(qū)動的，當(dāng)然由于體積，經(jīng)濟(jì)性的因素電池不可能無限大，電池容量的限制了它的額定載重質(zhì)量，所以其功率小，連續(xù)作業(yè)時常短，相比于手動搬運車，純電動搬運車優(yōu)勢并不明顯，并且由于一些方面的原因，它的設(shè)計更新沒有繼續(xù)下去，導(dǎo)致產(chǎn)品研發(fā)停滯不前，所以它的應(yīng)用也并不普及。
第四代搬運車主要是無人搬運車，AGVS尚處于萌芽狀態(tài)，無人搬運車的工作方式主要通過編入程序來實現(xiàn)搬運工作，在現(xiàn)在看來確實是一種非常智能的產(chǎn)品，但是比較惋惜的是，目前這種搬運車還未實現(xiàn)，需要更進(jìn)一步的技術(shù)推動，有很大的未來發(fā)展?jié)摿Α?
1.2.2 搬運車產(chǎn)品的發(fā)展趨勢及尚待研究的問題
通過對搬運車的研究現(xiàn)狀分析，雖然已經(jīng)發(fā)展到了第四代產(chǎn)品，仍有許多問題：
貨物如何放上搬運車的搬運托盤（即搬運托盤的升降）。目前存在的前三代產(chǎn)品分別采用的升降方式是液壓升降機構(gòu)、內(nèi)燃機動力升降和電力驅(qū)動升降。內(nèi)燃機能源利用效率不高，用內(nèi)燃機工作來作為動力太過于浪費能源，并且對環(huán)境污染很嚴(yán)重，噪音也過大，所以并不適用。電力驅(qū)動升降雖然沒有像內(nèi)燃機那樣浪費資源，排放廢氣污染環(huán)境，但是其動力不足，導(dǎo)致載重量過低，單次搬運貨物較少，并且由于它是純電動搬運車，所以行走也是電力驅(qū)動，導(dǎo)致其太過依賴電池的容量，從而工作時間被大大壓縮，所以電力驅(qū)動升降也并不十分切合實際生產(chǎn)。液壓起升裝置，它的工作原理主要是依靠高壓油的壓力作用實現(xiàn)起升，在上升時，油缸上行主要時是依靠液壓油的輸出來使活塞桿上行，并帶托盤上升，在下降時，葉片泵部件被關(guān)閉，控制閥處于打開狀態(tài)并開始泄油，托盤平臺在重力作用下開始下降，油缸中的高壓油泄出，為了提高托盤工作時的穩(wěn)定性采用交叉式的剛體機械體，并且具有很強的載重能力，使得單次運輸貨物更多，提高了工作效率，液壓系統(tǒng)比較平穩(wěn)，所以會更加安全。所以采用液壓升降系統(tǒng)是目前最完美的一種選擇。
搬運車的移動。目前存在的前三代產(chǎn)品分別采用的是，純?nèi)肆κ止ね疲ɡ﹦?、?nèi)燃機動力驅(qū)動和電力驅(qū)動行走。用人力來拉動或者推動搬運車移動。當(dāng)搬運車托盤上有較重的貨物時，人也需要更加費力的推動它，勞動強度非常大。這就導(dǎo)致了運送貨物時，不但浪費人力資源，也會浪費更多的時間，從而導(dǎo)致搬運車工作效率低下。內(nèi)燃機驅(qū)動則還是與升降有一樣的問題，太過于浪費能源，并且對環(huán)境污染很嚴(yán)重，噪音也過大，并且禁止用于食品行業(yè)，所以內(nèi)燃機搬運車不會得到長久的發(fā)展，理應(yīng)被淘汰。而電力驅(qū)動搬運車移動在相比之下則顯得鶴立雞群，因為絕大多數(shù)工作環(huán)境都是平整的場地，所以并不需要耗費很多電力，對電池容量要求并不十分苛刻。并且電力驅(qū)動不會有尾氣的排放，完全不會對環(huán)境造成污染，并且能解放人力，一定程度上提高了效率。
綜上所述，目前最好的產(chǎn)品應(yīng)該是將第一代搬運車和第三代搬運車二者綜合，采用液壓升降，電力驅(qū)動行走。形成“第五代”全新的產(chǎn)品，同時，這也是本設(shè)計課題的目標(biāo)。
2 技術(shù)任務(wù)書 (JR)
總體方案確定的依據(jù)是完成室內(nèi)家具的搬運，保證車上的家具不受損壞并且平穩(wěn)的搬起和放下。既可以節(jié)約人力，又不會因為搬運失誤而家具掉落造成把人砸傷等生活事故。
當(dāng)前，一些國內(nèi)外知名網(wǎng)站以及市場上已經(jīng)有了類似的該課題的作品，確定家具搬運車的整體結(jié)構(gòu)和布局，以及家具搬運車的工作原理和主要技術(shù)參數(shù)。主要包括各個零部件的設(shè)計和校核以及電動機的選型和一些其它的細(xì)節(jié)的選型、設(shè)計工作。該家具搬運車驅(qū)動輪為后輪并通過后輪轉(zhuǎn)向，后輪通過鏈輪和減速器離合器連接控制小車的行走，液壓機構(gòu)主要是用于家具的搬運工作。從而實現(xiàn)可離合的電力驅(qū)動搬運車的設(shè)計過程，完成本次課題的設(shè)計任務(wù)。
2.1 家具搬運車的整體布局
(1) 機架：機架采用高速鋼[4]焊接而成，剛性和強度均滿足需求。作為家具搬運車的主要承重構(gòu)件保證符合使用要求。
(2) 液壓系統(tǒng)：液壓系統(tǒng)包括手柄、液壓裝置、腳踏板、鏈條、貨叉架和貨叉。液壓裝置通過軸安裝在底座上并于控制桿連接，手柄、腳踏板和鏈條控制液壓裝置，貨叉架和貨叉安裝在底座上，由液壓裝控制升降工作[3]。
(3) 傳動系統(tǒng)：傳動系統(tǒng)包括電動機、減速器-離合器、鏈輪、鏈條、車輪(后輪)幾個部分。為了不影響使用，電動機焊接在機架上部[2]，減速器-離合器也采用焊接的方式安裝在底座上，減速器的輸出軸和搬運車后輪上都安裝有鏈輪用來傳動
2.2 家具搬運車工作原理
室內(nèi)用家具物品搬運車的組成部分和工作原理如下：
室內(nèi)用家具物品搬運車主要包括傳動系統(tǒng)、液壓裝置和機座構(gòu)成，傳動裝置有電動機、減速器-離合器和鏈輪。液壓系統(tǒng)組要由腳手柄、液壓缸和托盤組成。機座部分由控制桿、舵柄和底座組成。
首先，啟動電動機電源，通過減速器-離合器控制小車的行走，到達(dá)工作地后，起升家具時，先將貨叉伸入到家具底部，然后將搬運車后輪制動防止打滑，然后扳動手柄帶動鏈條，壓輪壓迫泵芯，讓泵缸體中的高壓油流進(jìn)活塞液壓缸中，從而使得活塞桿向上運動，帶動托盤平臺和貨叉架、貨叉上移。當(dāng)托盤到達(dá)最高處時，高壓油通過安全閥流回油箱中，手柄處于停止?fàn)顟B(tài)，避免構(gòu)件損壞，下降時踩動腳踏板，打開泄油閥，在托盤和重物的自重做通下活塞桿液壓缸的高壓油流回油箱，活塞桿下降從而托盤回到最低位置，卸下家具，拉出貨叉，從而實現(xiàn)家具的搬運功能。
2.3家具搬運車主要技術(shù)參數(shù)
結(jié)合具體使用要求，擬定室內(nèi)用家具物品搬運車的設(shè)計主要技術(shù)參數(shù)包括最大載荷、最大行駛速度、驅(qū)動輪靜摩擦系數(shù)、驅(qū)動輪直徑、電機型號、電機功率、額定輸出扭矩、限定轉(zhuǎn)速、空載轉(zhuǎn)速。
表1 主要技術(shù)參數(shù)
參數(shù)項目 具體數(shù)據(jù)
最大載荷(kg) 1200
最大行駛速度(km/h) 2.5～3
驅(qū)動輪靜摩擦系數(shù) 0.05
驅(qū)動輪直徑(mm) 180
電機型號 MY1020-700W
電機功率(W) 500
額定輸出扭矩(N·M) 1.9
限定轉(zhuǎn)速(r/min) 2500
空載轉(zhuǎn)速(r/min) 3150
3 設(shè)計計算說明書(SS)
3.1家具搬運車的機架部分零部件的設(shè)計
3.1.1 家具搬運車工作機構(gòu)原理的設(shè)計
家具搬運車的工作原理簡圖[2]如下圖3所示，液壓缸活塞桿2為原動件，液壓缸活塞桿2上升時，帶動旋轉(zhuǎn)架3和支撐板4逆時針轉(zhuǎn)動、支撐板6順時針轉(zhuǎn)動，帶動托盤5上升，兩輪不動，實現(xiàn)家具搬運車的舉升功能。
1.空心軸 2.液壓缸活塞桿 3.旋轉(zhuǎn)架. 4.支撐板 5.托盤 6.支撐板
圖3機構(gòu)工作原理簡圖
上圖中有6個運動機構(gòu)，高副低副數(shù)為1和8，自由度數(shù)是F=3×6-2×8-1=1，原動件為1個，根據(jù)計算結(jié)果可知該機構(gòu)的運動形式唯一。
3.1.2 家具搬運車的關(guān)鍵零部件的設(shè)計
3.1.2.1家具搬運車貨叉的設(shè)計及校核
初選搬運車得貨叉長是1100mm。下圖4是家具搬運車的托盤貨叉示意圖。
圖4家具搬運車貨叉
貨叉使用的是高拉伸槽鋼。通過使貨叉能夠順利插入托盤底部從而把家具抬起。初步選擇Q235槽鋼[2]、型號為16A，其h=160mm，按照使用需求設(shè)計的家具搬運車最大載重為2000kg，設(shè)計要求如下表1所示
表2 家具搬運車設(shè)計參考數(shù)據(jù)
參數(shù)項目 具體參數(shù)
型號 CBY
額定起重量（Kg） 2000
起升高度（mm） 115
貨叉低放高度（mm） 85
貨叉高放高度（mm） 200
貨叉面長度（mm） 1100
外形尺寸（mm） 長 1480
寬 500
高 1120
自重（Kg） 72~100
叉輪尺寸 單輪 Ф74X93/70
雙輪 Ф74X70
大輪尺寸 Ф180X50
單貨叉受1000kg的力作用，所以應(yīng)該選擇雙輪，對承載貨物重量設(shè)計定值，符合設(shè)計范圍。下圖5是雙貨叉的受力和力矩圖。
圖a 重力受力圖
圖b 剪切力受力圖
圖c 力矩圖
圖5 貨叉受力和力矩圖
1. 計算剪切應(yīng)力
由從圖5b中可知剪切力Fs，剪切應(yīng)力為τ
τ= Fs/A (3-1)
Fs =10000N，A槽鋼截面面積，通過查《機械設(shè)計手冊》[5]表2—14選熱軋槽鋼 型號16b，得到A=25.16cm2
τ＝10０００N/25.16×１０-4＝3.975ＭＰａ (3-2)
因為τ<[τ]，則貨叉設(shè)計安全。
2. 計算彎曲應(yīng)力
由圖5c可得彎矩M=2.75X106 N·mm， W 抗彎截面系數(shù)，《查機械設(shè)計手冊》[5]表2—15 熱軋槽鋼 型號16b得W=17.6 cm3
σ＝Ｍ/Ｗ＝2.75Ｘ103N/16.3X10-6m3＝168.71 (3-3)
要求σ<[σ]，[σ]= 170 MPa，則貨叉設(shè)計安全。選擇固定貨叉車輪的部位到或貨叉頂部為332mm。
3.1.2.2鉸接處軸的設(shè)計及校核
1. 家具搬運車的貨叉和升降的支撐部件5和6的鉸接軸d的選擇
搬運車承載的最大搬運重量為2000kg，單貨叉承重為1000kg。所以其鉸接處受力為
G=2/2×1000×9.8=9800N (3-4)
作用力為剪切應(yīng)力，交接軸的選40Gr鋼，調(diào)質(zhì)處理?？刹椤稒C械設(shè)計》[6]表15—1，得硬度為241~286HBS,剪切疲勞極限為 [τ]=200MPa，查《機械設(shè)計》[6]表4—11，得最小安全儲備系數(shù)為n1=1.45，材料安全系數(shù)[7]為n2=1.1，因此安全系數(shù)為
n=n1·n2=1.6 (3-5)
[τ]≥ 4nGπd2 (3-6)
d≥4nGπτ
=4X1.6×9800πτ
=4X1.6×98003.14×200
=9.98mm (3-7)
按工藝要求取d=20mm，取貨叉輪的軸和其他軸均為d=20mm。
2. 搬運車的貨叉的橫梁和升降支撐部件鉸接軸d的選擇
圖6中分析了橫梁和支撐架的受力情況，橫梁受重力和切向作用力的作用。
G
F
21mm
18mm
圖6橫梁和支撐架的受力分析圖
因為F×18=G×21，G=3920N，F(xiàn)=4573N，為剪切應(yīng)力，鉸接軸選40Gr鋼[7]，調(diào)質(zhì)處理。查《機械設(shè)計》[6]表15—1，得硬度為241~286HBS,剪切疲勞極限為 [τ]=200MPa，材料安全系數(shù)為n2=1.1，因此安全系數(shù)為
n=n1·n2=1.6 (3-8)
[τ]≥4nGπd2 (3-9)
所以
d≥4nFπτ = 4X1.6X11433.3πτ =12.26mm (3-10)
按工藝要求取d=14mm，貨叉下部的橫梁不受力。取其另端的鉸連接軸為d=15mm，所以設(shè)計數(shù)據(jù)合理。
3.2 起降裝置的液壓系統(tǒng)設(shè)計
3.2.1 液壓系統(tǒng)工作原理
為了使設(shè)計的液壓缸結(jié)構(gòu)緊湊，下圖7作為設(shè)計原理圖
1/6. 液壓缸 2. 3. 單向閥 4. 油缸 5. 截止閥
圖7 基于千斤頂?shù)脑韴D
圖8是該設(shè)計到最后得到的是搬運車的液壓回路
1/6. 液壓缸 2/5. 單向閥 3. 油箱 4. 截止閥
圖8：液壓搬運車回路原理圖
具體工作原理是杠桿向上做往復(fù)運動，單向閥5打開，液壓缸6中的高壓油進(jìn)入液壓缸1中，截止閥4打開，單向閥2關(guān)閉，平臺上行；在重力作用下，截止閥4打開，單向閥5關(guān)閉，液壓缸1中的高壓油流向油缸3，單向閥2打開高壓油向液壓缸1，平臺下行。
3.2.2 各液壓元件的設(shè)計、計算與校核
為了讓液壓裝置結(jié)構(gòu)緊湊，把整個液壓原件都設(shè)計在液壓缸內(nèi)，并讓液壓缸和油箱的軸線處于同一水平線上，把其余的其他部件安裝在液壓缸底盤上。
3.2.2.1 液壓缸設(shè)計及校核
1. 液壓缸材料選擇
本設(shè)計為了要讓使液壓系統(tǒng)能夠結(jié)構(gòu)簡約，液壓缸為45鋼[7]制造，正火處理。查《機械設(shè)計》[6]表15-1，得硬度162~217HBS，抗拉強度為σb=570MPa，屈服極限為σs=285MPa。
2. 液壓缸的內(nèi)壁直徑的設(shè)計
參考表3是1.5噸的各運動副驅(qū)動力的數(shù)據(jù)。
表3 1.5噸的各運動副驅(qū)動力的數(shù)據(jù)
FXB
FYB
FXD
FYD
FXK
FYK
FXH
FYH
FXG
FYG
FNJ
FMJ
FYM
FC
-0.14
-0.23
-0.14
0.77
-0.73
-0.03
-0.73
0.425
-0.73
-0.03
0.46
0
-1.0
0.17
-0.14
-0.2
-0.13
0.76
-0.60
-0.02
0.60
0.43
-0.60
-0.02
0.47
0
-1.0
0.18
-0.16
-0.09
-0.15
0.66
-0.18
0
-0.18
0.43
-0.18
0.01
0.43
0
-1.0
0.18
-0.24
-0.65
-0.25
1.47
-1.53
0.15
-1.53
0.33
-1.53
0.15
0.17
0
-1.0
0.21
上表的數(shù)據(jù)計算可以得到，該液壓元件[8]的最大載荷是F=45600N，液壓桿最大L=200-85=105mm，選液壓系統(tǒng)的設(shè)計壓力為Pmax=17MPa
Pmax=F/A=4FπD2 (4-1)
(A為液壓缸內(nèi)部總面積，D為液壓缸內(nèi)壁的直徑)
所以
D=4FπPmax
=4X456003.14X17
=40.76mm (4-2)
查《機械電子手冊》[9]液壓缸內(nèi)壁直徑D=50mm，查《液壓與氣壓傳動》[10]表4.2取活塞桿直徑為d=0.7D=35，液壓系統(tǒng)壓力
Pmax=F/A=4FπD2
=4X456003.14X502
=19MPa (4-3)
3. 液壓缸外直徑的計算與確定
查《液壓與氣壓傳動》[10]，為了讓液壓裝置緊湊，液壓缸壁厚必須薄。因為，D/δ≥10時為薄壁。又由于
δ≥PyD2σ (4-4)
(其中Pmax≥16MPa時，1.25Pmax=Py Pmax≤16MPa時，1.5 Pmax=Py)
所以Py=1.5 Pmax=28.5MPa，得安全系數(shù)為n=5。
所以
[σ]= σb/n=120MPa (4-5)
δ≥PyD2σ
= 28.5X502X120
=6.0mm ( 4-6)
所以D/δ=50/6=8.3≤10為厚壁。因此按第四強度理論計算
[σ] ≥σs+σr-σsσr=Dw+D2Dw-D2+Py+Dw+D2Dw-D2Py (4-7)
（其中，Dw為液壓缸外直徑）
取安全系數(shù)為n=5，所以[σ]= σb/n=114MPa
Dw≥D[σ]2+P4σ2-3P2σ2-3P2
=501142+194X1142-3X1921142-3X192
=61.5mm (4-8)
按工藝要求取液壓缸外徑為62mm。
3.2.2.2 油箱的設(shè)計與校核
伸縮臂套材料選工程用鑄造鋼ZG310-570[11]，查《機械設(shè)計》[6]表2-5，得硬度為≥153HBS，抗拉強度為σb=570MPa，油面不能超過油桶高度的80%，估算得最大流量是總油量的90%，但推程S=115mm，液壓缸內(nèi)壁的直D=50mm，因此，液壓缸內(nèi)最大位置油量為
L=14πD2S
=225687.5mm3
≈2.3升 (4-9)
需要的最少油量L需=L/90%=2.5,設(shè)計的供油油箱的最小容積為L筒= L需/80%=2.3/80%=3.13升，又因液壓缸與油箱中心軸線統(tǒng)一，則 14πS(D筒2-Dw2）≥L筒，液壓缸外徑為Dw=62mm，所以，油箱內(nèi)壁的直徑為
D_筒≥√((4L_筒)/πS+D_W )
=4x3.13x1063.14x115+622
=83mm (4-10)
按工藝要求取油箱的上直徑內(nèi)為87mm。
3.2.2.3油路的設(shè)計
要讓液壓裝置更加緊湊，各個液壓元件都設(shè)計在液壓缸內(nèi)，因此油管不能選擇太大，但是也不能選擇太小影響工作壓力，為此取油管內(nèi)徑為d=5mm。
3.2.2.4截止閥和單向閥的設(shè)計與校核
液壓系統(tǒng)設(shè)計的最大壓力是Pmax=19MPa，取截止閥的開啟系數(shù)為n=1.1，則截止閥的開啟壓力為
F=14πd2P
=14×3.14×52×21
=412N (4-11)
截止閥彈簧的設(shè)計
取截止閥的彈簧的最大工作載荷為開啟的1.5倍。所以截止閥的彈簧的最大工作載荷
Fmax=1.5F=1.5×412=618N (4-12)
1. 根據(jù)工作實際情況選擇材料和許用應(yīng)力
初選碳素彈簧鋼絲D級，估算得彈簧鋼絲d為3.0mm，查《機械設(shè)計》[6]表16—3，選σB=1710MPa，根據(jù)《機械設(shè)計》[6]表16—2，可知
τ=0.5σB=0.5×1710=855MPa (4-13)
2. 根據(jù)強度條件計算彈簧鋼絲直徑
取旋轉(zhuǎn)繞比C=5,則有《機械設(shè)計》[6]式（16—4）得曲度系數(shù)
K=4C-14C-4+0.165C
=4X5-14X5-4+0.6155
=1.3 (4-14)
所以根據(jù)《機械設(shè)計》[6]（16—12）得
d ≥8KCFmaxπτ
=8X1.5X5X6.18/3.14X855
=3.4mm
(4-15)
取彈簧鋼絲直徑d=3.5mm，因為D=C×3.5mm=17.5mm，則取標(biāo)準(zhǔn)值D=16mm。
3. 壓縮量的計算
查《機械設(shè)計》[6]表16—2，取切變模量G=80000MPa， 取標(biāo)準(zhǔn)有效工作圈數(shù)n=3，安全閥的開啟力為F=412N，由《機械設(shè)計》[6]式（16—5）得彈簧壓縮量
λ=8FD3nGd4
=8X412X163X380000X3.54
=3.375mm (4-16)
4. 彈簧原長度計算
彈簧原長度
Hο=512Dn+nd
=512X16X3+3X3.5
=30.5mm (4-17)
5. 校核
極限工作載荷
Flim =πτd38KD
=3.14X855X3.538X1.3X16
=1264N (4-18)
彈簧的極限壓縮量
λlim=8F3maxGd4
=8X618X3X16380000X3.54
=10mm (4-19)
6. 結(jié)構(gòu)設(shè)計
選取圓柱螺旋壓縮彈簧，直徑d=3.5mm，中經(jīng)D=16mm， n=3，預(yù)壓縮量λ=3.375mm， H0=30.5mm， Flim=1264N, λlim=10mm。查《機械設(shè)計》[6]表16—7，得導(dǎo)桿與彈簧的間隙為2mm，加入的彈簧能使單向密封性更好。
單向閥彈簧的設(shè)計
1. 材料選擇和許用應(yīng)力的計算
現(xiàn)選用碳素彈簧鋼絲B級，直徑d=0.4mm中徑D=5mm，暫選σB=2060MPa，查《機械設(shè)計》[6]表16—2，可知
[τ]=0.3σB=0.3x2060=618MPa (4-20)
則切變模量G=80000MPa。
2. 根據(jù)強度條件計算彈簧鋼絲直徑[11]
先取旋繞比
C=D/d=5/0.4=12.5 (4-21)
則有《機械設(shè)計》[6]式（16—4）得曲度系數(shù)
K=4C-14C-4+0.165C
=4X5-14X5-4+0.61512.5
=1.1 (4-22)
3. 彈簧的壓縮量的計算
查得切變模量G=80000MPa，為了減小彈簧尺寸，取較小的標(biāo)準(zhǔn)有效工作圈數(shù)n=6，取單向閥的開啟力F=1N。彈簧的壓縮量
λ=8FD3nGd4
=8X1X53X680000X0.44
=2.93mm (4-23)
4. 彈簧原長度計算
彈簧原長度
Hο=5/12 Dn+nd
=512X5X6+6X0.4
=14.9mm (4-24)
5. 校核
極限工作載荷
Flim=πτd38KD
=3.14X618X0.438X1.1X5
=2.82N (4-25)
彈簧的極限壓縮量
λ=8F3maxGd4
=8X2.82X6X5380000X0.44
=8.14mm (4-26)
6. 壓力損失的設(shè)計
彈簧的預(yù)壓力為F=1N,初選單向閥油塞的體積為1300 mm3，鐵的密度ρ鐵為7.9X10^(-3) g/mm^3，單向閥油塞重量為10g，重力是0.1g。單向閥得打開力為
F開=1+0.1=1.1N (4-27)
因為油路直徑d=5mm，所以壓力損
P失=4F開πd2
= 4X1.13.14X52
=0.05MPa (4-28)
吸油壓力比供油壓力小很多，滿足設(shè)計條件，設(shè)計合理。
7. 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計
選取圓柱螺旋壓縮彈簧[12]，直徑d=3.5mm，中經(jīng)D=16mm，λ=3.375mm，F(xiàn)lim=1264N，H0=30.5mm，n=3，λ_lim=10mm。導(dǎo)桿用于定位，查《機械設(shè)計》[6]表16—7，得到導(dǎo)桿和彈簧得間隙是0.6mm
3.2.2.5 泵的設(shè)計
取泵油缸的直徑d= φ16mm，最大壓力Pmax=19MPa，油泵桿的長度是l=24mm，操作桿長L=775mm，泵缸壁厚10mm。最大力
Fmax= 14πPd2lLmax
=14×3.14×19×1622475
=11824N=12.1kgf (4-29)
泵的最大位移S=50mm。因此泵采取單次進(jìn)油。
V= 14πSd2
= 14X3.14X50X162
=10048 mm3 (4-30)
3.3 傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.3.1 減速器設(shè)計
3.3.1.1 減速比與減速形式設(shè)計
由于在冷啟動時機器都需要有大轉(zhuǎn)矩[13]，因此由T=F×r=μmgr，得到T=0.05×2000×10×0.18/2=90，冷啟動時所需的扭矩為27N·M，根據(jù)需求速度2.5～3km/h，計算車輪上的轉(zhuǎn)速為42r/min～50r/min。
減速器最低減速比為18.69，減速器減速比應(yīng)為16～22，搬運車可供安裝減速器空間較小，且電機輸入端與減速器輸出端共軸，宜采用行星齒輪減速器?；谝陨峡紤]，該設(shè)計采用減速比相同的兩級行星齒輪減速器，為5.1～5.8，減速器形式為2Z-X（A）。
3.3.1.2 行星齒輪傳動配齒設(shè)計計算
2Z-X（A）型行星的傳動之中，它的各個輪齒數(shù)目和傳動比的相互關(guān)系是
iaxb=1-iabx=1+zbza (5-1)
角度變位情況下同心條件為
za+zccosαzc'=zb-zccosαbc' (5-2)
鄰接條件為
2rac
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