叉車設(shè)計論文

（屆本科）題目：某型號叉車的設(shè)計學(xué)院：工程學(xué)院專業(yè)：班級：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：年月目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 1ABSTRACT11緒論 21.1叉車概述 21.1.1叉車的發(fā)展 21.1.2叉車的類型 21.2叉車設(shè)計的研究 31.2.1叉車構(gòu)造和工作原理 31.2.2叉車設(shè)計的一些研究方向 51.3本課題的研究 71.3.1設(shè)計目的 71.3.2設(shè)計意義 71.3.3設(shè)計內(nèi)容 71.3.4完成本設(shè)計需解決的問題 72手動液壓叉車介紹 82.1手動液壓叉車的應(yīng)用環(huán)境 82.2手動液壓叉車的結(jié)構(gòu)和工作原理 82.3手動液壓叉車的技術(shù)參數(shù) 93人機工程學(xué)在叉車設(shè)計中的應(yīng)用 103.1叉車設(shè)計中的人機工程學(xué)介紹 103.2叉車操縱桿的設(shè)計 103.2.1叉車操縱桿設(shè)計分析 103.2.2叉車操縱桿設(shè)計過程 103.3叉車操縱桿的模型設(shè)計 133.3.1設(shè)計軟件的平臺介紹 133.3.2模型及其繪制過程 143.4叉車色彩設(shè)計 173.4.1叉車色彩設(shè)計分析 173.4.2色彩的設(shè)計 174叉車起升系統(tǒng)某重要部件的設(shè)計 21214.2貨叉設(shè)計214.2.1貨叉的結(jié)構(gòu) 214.2.2貨叉的設(shè)計過程 224.3.2貨叉模型分析 275結(jié)論 305.1結(jié)論 305.2展望 30謝辭 31參考文獻： 32附件 33某型號叉車設(shè)計摘要：叉車是指對成件托盤貨物進行裝卸、堆垛和短距離運輸、重物搬運作業(yè)的各種輪式搬運車輛。它廣泛應(yīng)用于車站、港口、機場、工廠、倉庫等國民經(jīng)濟各部門，是機械化裝卸、堆垛和短距離運輸?shù)母咝гO(shè)備。隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，叉車的廣泛應(yīng)用極大地提高了貨物的搬運效率。叉車的主要參數(shù)首先由使用單位根據(jù)生產(chǎn)需要提出，具體數(shù)字應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)或工廠標(biāo)準(zhǔn)來確定，同時也要考慮到制造廠的實現(xiàn)生產(chǎn)條件。因此，在確定參數(shù)時應(yīng)當(dāng)進行調(diào)查研究，充分協(xié)商和慎重確定。本文講述了叉車的發(fā)展歷程及概況、叉車的一般類型、叉車結(jié)構(gòu)與工作原理。通過對叉車的研究，結(jié)合物流工程專業(yè)所學(xué)，利用機械、人因工程、工程力學(xué)等知識，實現(xiàn)對叉車的設(shè)計，充分利用SOLIDWROSK的放樣、抽殼等功能，并結(jié)合基本的三維制作功能完成模型設(shè)計。關(guān)鍵詞：叉車設(shè)計人因工程叉車設(shè)計AforklifttruckdesignABSTRACT:Forkliftisawheeledtransportvehicleforloading,unloading,stacking,handlingheavyoperationsandshortdistancetransportation.Itiswidelyusedinthestation,port,airport,factory,warehouseandotherdepartmentsofthenationaleconomy,istheefficientequipmentmechanicalloadingandunloading,stackingandshortdistancetransportation.WiththerapiddevelopmentofChineseeconomy,widelyusedforkliftgreatlyimprovestheefficiencyofcargohandling.Themainparameterofforkliftfirstlybyusingunitsaccordingtoproductionneeds,thespecificnumbershouldbeinaccordancewithnationalstandardsorfactorystandardstodetermine,whilealsotakingintoaccounttheimplementationconditionsofproductionfactory.Therefore,indeterminingtheparametersshouldbeinvestigated,infullconsultationandcautious.Thispaperdescribesthedevelopmentandsituationofforklift,thegeneraltypeofforklift,structureandworkingprincipleofforklift.Throughthestudyofforklift,combinedwiththelogisticsengineeringstudies,theuseofmachinery,humanfactorsengineering,engineeringmechanics,designofforklift.MakefulluseofSOLIDWROSKlayout,shellandotherfunctions,andcombinethebasic3Dproductionfunctionmodeldesign.Keywords:Forklift；Design；Humanfactorsengineering；Forklifttruckdesign1緒論隨著物流倉庫儲蓄業(yè)得飛快發(fā)展，工業(yè)車輛產(chǎn)品要進入車間、庫房、超市等，這不僅要求車輛機構(gòu)輕巧，同時提出無污染、低噪音，還有通道的寬窄、門限、屋頂貨架的高度、進入電梯、地面樓板的承載能力、耐低溫、防爆等技術(shù)，這些要求只有輕小型搬運車輛比較容易做到。近幾年來在物流技術(shù)的推動下，企業(yè)的技術(shù)改造投入加大，老庫房的改造和新庫房的大量增加，各城市超市數(shù)量的增加，都為輕小型搬運車輛產(chǎn)量增大和品種增多提供了很好的條件，所以說輕小型搬運車輛是物流技術(shù)重要裝備之一。輕小型搬運車輛行業(yè)應(yīng)盡快抓住“物流熱”的機遇，努力提高產(chǎn)品技術(shù)含量，增加品種規(guī)格，為各行業(yè)的物流提供商務(wù)服務(wù)。本文主要介紹了叉車的發(fā)展歷程，叉車類型與構(gòu)成、叉車的設(shè)計的研究，并以手動液壓叉車為例，結(jié)合人機工程和三維建模相關(guān)知識，完成手動液壓叉車的色彩，操縱桿和貨叉部分的設(shè)計。1.1叉車概述1.1.1叉車的發(fā)展叉車是指對成件托盤貨物進行裝卸、堆垛和短距離運輸、重物搬運作業(yè)的各種輪式搬運車輛[1]。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/TC110稱為工業(yè)車輛，屬于物料搬運機械。廣泛應(yīng)用于車站、港口、機場、工廠、倉庫等各國民經(jīng)濟部門，是機械化裝卸、堆垛和短距離運輸?shù)母咝гO(shè)備。自行式叉車出現(xiàn)于1917年，第二次世界大戰(zhàn)期間，叉車得到發(fā)展。中國從20世紀(jì)50年代初開始制造叉車。大連叉車總廠于1958年生產(chǎn)制造了中國第一臺5T內(nèi)燃叉車，命名“W5-衛(wèi)星號”。一九五九年十月一日，為慶祝建國十周年，中國第一臺5噸內(nèi)燃叉車作為中國機械工業(yè)的新產(chǎn)品，隨國慶游行隊伍通過天安門廣場，向國慶十周年獻禮，向黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人報捷。中國第一臺內(nèi)燃叉車的誕生，在中國叉車制造史這張白紙上畫下了重重的一筆，大連叉車成為中國叉車的鼻祖并由此開創(chuàng)了中國叉車制造業(yè)史。在國際市場上，生產(chǎn)、銷售、使用和出口工業(yè)搬運車輛的主要國家有日本、保加利亞、美國、德國、瑞典、意大利、法國、芬蘭等[2]。各公司在國際叉車經(jīng)營與市場競爭中越來越重視產(chǎn)品技術(shù)的先進性，結(jié)構(gòu)的新穎，尤其是隨著大規(guī)模集成電路、微電子技術(shù)、傳感技術(shù)、信息自理技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展，機電一體化技術(shù)等也被普遍應(yīng)用于工業(yè)搬運車輛的設(shè)計和研究中，未來叉車的發(fā)展趨勢應(yīng)該是：①產(chǎn)品的系列化與多樣化，②綠色化推動叉車動力技術(shù)的發(fā)展，③節(jié)能和機電液一體化高新技術(shù)的應(yīng)用，④運用人類功效學(xué)原理，追求操縱舒適性[3]。1.1.2叉車的類型(1)托盤式叉車：可分為手動托盤式叉車和電動托盤式叉車兩種。電動托盤式叉車又可分為自走式、站駕式和坐駕式三種。托盤式叉車主要用于平面點到點的貨物搬運。托盤式叉車由于小巧靈活，幾乎適用于任何場合，且裝卸作業(yè)快捷方便[4]。(2)平衡重式叉車：是使用最廣泛、用量最大的一種叉車。平衡重式叉車的貨叉位于駕駛室正前方，貨叉直接從前進方向叉取貨物，因此對容器沒有任何要求，使用橡膠輪胎或充氣輪胎，使其具有很強的爬坡能力與地面適應(yīng)能力。貨物重心位于叉車行走輪支承面以外，由于沒有支撐臂，需要較長的軸距與較大的配重來平衡載荷，所以無論是電動叉車還是內(nèi)燃驅(qū)動叉車，其車身尺寸均較大，需要較大的作業(yè)空間[3]。(3)前移式叉車：前移式叉車的貨架可沿叉車縱向前后移動。前移式叉車分門架前移式和貨叉前移式兩種。前者郎貨叉與門架一起移動，叉車駛近貨垛時，門架可能前伸的距離要受外界空間對門架高度的限制，因此能對貨垛的前排貨物進行作業(yè)。貨叉前移式叉車的門架則不動，貨叉借助于伸縮機構(gòu)單獨前移。前移式叉車結(jié)合了有支撐臂的電動堆垛機與無支撐臂的平衡重式叉車的優(yōu)點，當(dāng)取卸貨時，門架或貨叉伸出至頂端，貨載重心落在叉車支點外側(cè)，此時相當(dāng)于平衡重式叉車，當(dāng)叉卸貨物或帶貨移動，門架完全收取后，貨載重心落在支點內(nèi)側(cè)，此時即相當(dāng)于電動堆垛機。這兩種性能的結(jié)合，使得前移式叉車在保證操作靈活性、高貨載性及高穩(wěn)定性的同時，能最大限度的節(jié)省作業(yè)空間[4]。(4)側(cè)叉式叉車：門架和貨叉位于車體的一側(cè)，不僅可以上下運動，還可前后伸縮。叉取貨物時，先將液壓支腿著地，門架向外推出，叉取貨物后，貨叉起升，門架縮回，然后下降貨叉，貨物即可自動放置在叉車一側(cè)的前后(貨叉兩側(cè))車臺上[3]。(5)電動堆垛機：電動堆垛機為一種輕型的室內(nèi)用提升堆跺設(shè)備，車身比較輕巧，通過車身前部的支撐臂加長配重的力臂，以平衡貨載。配重力臂遠(yuǎn)大于荷載力臂，所以較小的配重即可提升較大的荷載[4]。(6)高架堆垛機：其主要的特點是貨叉可作三向旋轉(zhuǎn)，或直接從兩側(cè)叉取貨物，且在巷道中無需轉(zhuǎn)彎，因此所需的巷道空間是最小的。為了使高架堆垛機在通道內(nèi)始終保持直線行駛，有磁導(dǎo)及機械式引導(dǎo)兩種方式。目前使用最多的是機械式導(dǎo)引。采用機械式導(dǎo)引需與貨架配合，在巷道的兩側(cè)安裝鋼軌，通過車身導(dǎo)輪及其他輔助裝置導(dǎo)入巷道并沿直線行駛[4]。1.2叉車設(shè)計的研究.1叉車構(gòu)造和工作原理叉車種類繁多，但不論那種類型的叉車，基本上都由以動力部分、底盤、工作部分和電氣設(shè)備四大部分構(gòu)成。由于這四大部分的結(jié)構(gòu)和安裝位置的差異，形成了不同種類的叉車[5]。(1)動力部分

叉車動力裝置的作用是供給叉車工作裝置裝卸貨物和輪胎底盤運行所需的動力，一般裝于叉車的后部兼起平衡配重作用。電動叉車的動力裝置是蓄電池和直流串激電動機，它的驅(qū)動特性最接近恒功率軟特性的要求，其牽引性能優(yōu)于內(nèi)燃機。此外，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)無噪聲，不排廢氣，檢修容易，操縱簡單；營運費用較低，整車的使用年限較長。缺點是：需要充電設(shè)備，基本投資高，充電時間較長（一般7~8h，快速充電2~3h），一次充電后的連續(xù)工作時間短，蓄電池怕沖擊振動，對路面要求高。由于蓄電池容量的限制，電動機功率小，車速和爬坡能力較低。內(nèi)燃機的機械特性不符合對叉車原動機恒功率軟特性的要求，它的輸出功率隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大。因此，內(nèi)燃機必須配裝增大輸出轉(zhuǎn)矩的機械變速器、液力變矩器或液壓傳動裝置等以后才能使用。內(nèi)燃叉車和蓄電池叉車相反，它的主優(yōu)點是：不需要充電設(shè)備，作業(yè)持續(xù)時間長，功率大，爬坡能力強，對路面要求低，基本投資少。如果采用合適的傳動方式，能獲得理想的牽動性能。缺點是：運轉(zhuǎn)時有噪聲和振動，排廢氣，檢修次數(shù)多，營運費用較高，整車的使用年限較短[6]。

(2)底盤

底盤接受動力裝置的動力，使叉車動力，并保證其正常行走。它由傳動系、行駛系、轉(zhuǎn)向系、制動系組成。傳動系是接受動力并把動力傳遞給行駛系的裝置。機械式傳動系由摩擦式離合器、齒輪變速器、萬向傳動裝置及裝在驅(qū)動橋內(nèi)的主傳動裝置和差速組成；液力機械式傳動系以液力變矩器取代摩擦式離合器，其余部分與前者相同。行駛系是保證叉車滾動運行并支撐整個叉車的裝置。它由支架、車橋、車輪以及懸架裝置等組成；叉車的前橋為驅(qū)動橋，這是為了增大有載搬運時的前橋軸荷，以提高驅(qū)動輪上的附著質(zhì)量，使地面附著力增加，以確保發(fā)動機的驅(qū)動力得以充分發(fā)揮。其后橋為轉(zhuǎn)向橋。轉(zhuǎn)向裝置位于駕駛員前方，變速桿等操縱桿件置于駕駛員坐位的右側(cè)。轉(zhuǎn)向系是用來使叉車按著駕駛員的意愿所決定的方向行走的系統(tǒng)，叉車轉(zhuǎn)向系按轉(zhuǎn)向所需的能源的不同，可分為機械轉(zhuǎn)向系和動力轉(zhuǎn)向系兩種。前者以駕駛員的體能為轉(zhuǎn)向能源，由轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)和操縱機構(gòu)3部分組成：后者是兼用駕駛員的體能和發(fā)動機動力為轉(zhuǎn)向能源的轉(zhuǎn)向裝置。在正常情況下，叉車轉(zhuǎn)向所需能量，只有很小一部分由駕駛員提供，大部分是由發(fā)動機通過轉(zhuǎn)向加力裝置提供。但在轉(zhuǎn)向加力裝置失效時，一般還應(yīng)當(dāng)能由駕駛員獨立承擔(dān)轉(zhuǎn)向任務(wù)。叉車作業(yè)時，轉(zhuǎn)向行走多變，為減輕駕駛員操縱負(fù)擔(dān)，內(nèi)燃叉車多采用動力轉(zhuǎn)向裝置。常使用的動力轉(zhuǎn)身裝置有整體式動力轉(zhuǎn)向器、半整體式動力轉(zhuǎn)身器和轉(zhuǎn)向加力器3種。制動系是使叉車減速或停車的系統(tǒng)。它由制動器和制動傳動機構(gòu)組成。制動系按制動能源可分類人力制動系、動力制動系和伺服制動系3種。前者以駕駛員體能為制動能源，動力制動系完全依靠發(fā)動機的動力轉(zhuǎn)化而成的氣壓或液壓形式的勢能為制動能源，后者則是前兩者的組合[6]。工作部分叉車工作部分是直接承受全部貨重，完成貨物的叉取、升降、堆垛等工序的直接工作機構(gòu)，由直接進行裝卸作業(yè)的工作裝置及操縱工作裝置動作的液壓傳動系統(tǒng)組成。

貨叉是直接承載貨物的叉形構(gòu)件，它通過掛鉤裝在叉架上，兩貨叉間的距離可以根據(jù)作業(yè)的需要進行調(diào)整，由定位裝置鎖定。叉架是由鋼板焊接而成的結(jié)構(gòu)件，具有滾輪組，內(nèi)門架內(nèi)側(cè)具有上下方向的槽形軌道，叉架與內(nèi)門架的聯(lián)接方式一樣，同樣也只能沿外門架的軌道作上下運動。內(nèi)門架是由兩個槽形型作為立柱和棟梁組焊的框架結(jié)構(gòu)。它的下部鉸接在叉車的驅(qū)動橋（前橋）上，借助于傾斜液壓缸的作用，門架可以在前后方向傾斜一定角度。門架前傾是為了裝卸貨物方便，后傾的目的是當(dāng)叉車行駛時，使貨叉上的貨物不至于滑落。起升液壓缸下端在外門架橫梁上，上端與內(nèi)門架橫梁和鏈輪聯(lián)接。起升鏈條的一端與外門架下部聯(lián)接，另一端繞過鏈輪與叉架相連，向液壓缸通入壓力油時，活塞桿以速度v向上運動并帶動鏈輪、內(nèi)門架以同樣的速度v起升，由于動滑輪原理，鏈條牽動叉架以2v速度起升。當(dāng)液壓缸全行程終了時，內(nèi)門架處于外門架上方極端位置，叉架處于內(nèi)門架上方極端位置。當(dāng)泄掉油壓時，貨物或貨叉等構(gòu)件靠自身重力下降[6]。(4)電氣設(shè)備電氣設(shè)備包括電源和用電兩部分，包括蓄電池、發(fā)電機、起動電動機、點火裝置、照明裝置、各種警告、警報信號裝置以及其他電氣元件和線路。電瓶叉車有串激直流電機；內(nèi)燃叉車有電動起動機；汽油機叉車還有高壓電火花點火裝置等[5]。.2叉車設(shè)計的一些研究方向東風(fēng)精密鑄造有限公司的郝良果馬波研究了拓?fù)鋬?yōu)化及仿真技術(shù)在叉車后橋輕量化設(shè)計中的應(yīng)用。研究者以叉車后橋零件為例，本著產(chǎn)品輕量化的目的，應(yīng)用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)及鑄造工藝仿真技術(shù)進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和工藝方案設(shè)計。在保證零件剛度最大化的前提下，對叉車后橋進行優(yōu)化減重方案設(shè)計，經(jīng)過兩次拓?fù)鋬?yōu)化和強度驗證，零件質(zhì)量減至21．77kg，減輕率為38．97％。同時運用鑄造CAE技術(shù)對零件的鑄造工藝方案進行設(shè)計，實現(xiàn)了澆注工藝缺陷的最小化。結(jié)果表明，CAE技術(shù)在精鑄件的輕量化開發(fā)過程中起著縮短周期、降低開發(fā)成本的作用[7]。安徽叉車集團公司李道亮姚玉萍等人，運用SOLIDWORKS三維平臺進行轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計，模擬轉(zhuǎn)向動作，并進行干涉檢查，獲得了滿意的效果。橫置液壓缸式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是近幾年在叉車上廣泛采用的新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它引用了曲柄滑塊機構(gòu)，壓力由活塞、活塞桿通過連桿推動轉(zhuǎn)向節(jié)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)整車轉(zhuǎn)向。此種結(jié)構(gòu)具有內(nèi)轉(zhuǎn)向角度大、左右轉(zhuǎn)向一致性好、結(jié)構(gòu)緊湊、布置方便、造價低等優(yōu)點，不足之處是在轉(zhuǎn)向過程中液壓缸要承受一定的徑向力。為盡可能減小此徑向力，并且在滿足銷軸最大內(nèi)轉(zhuǎn)角的要求下保證輪胎轉(zhuǎn)向過程中不出現(xiàn)滑動現(xiàn)象，要求在選取桿系參數(shù)時采用梯形優(yōu)化設(shè)計，確保機構(gòu)各參數(shù)精確、科學(xué)。在實際尺寸確定以后，須檢驗各運動部件間(如活塞桿與轉(zhuǎn)向節(jié)、連桿與轉(zhuǎn)向節(jié)、輪胎與橋體等)是否干涉。傳統(tǒng)的校驗方法是在各參數(shù)確定以后，通過繪圖的方法驗證幾個極限位置，但這不能完全排除轉(zhuǎn)向過程中干涉現(xiàn)象的發(fā)生，因此只有在零件加工裝配后通過實際運動來判斷，若有干涉則須重新設(shè)計，這勢必造成不必要的浪費，增加產(chǎn)品開發(fā)成本。在SOLIDWORKS零件模板下通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、切除、掃描、放樣、扳金、抽殼等方法完成各零件的建模，通過計算機在三維空間模擬出各零部件的實體模型，清晰體現(xiàn)設(shè)計者的設(shè)計思路，給制造者提供了感觀認(rèn)識。完成零件建模以后在SOLIDWORKS的裝配模板下實現(xiàn)各零部件之間的裝配關(guān)系，保留相對運動方向的自由度，真實、直觀地顯現(xiàn)整個橋體的結(jié)構(gòu)特征，并且可以實現(xiàn)其自由度方向上的運動。通過自由度方向的拖動或定義相互之間的配合關(guān)系可以實現(xiàn)液壓缸在其行程范圍內(nèi)的任何位置上的仿真。同時可以通過軟件的質(zhì)量特性、干涉檢查等功能實現(xiàn)轉(zhuǎn)向橋質(zhì)量、體積、表面積、重心、慣性矩的自動計算，以及檢查各零部件在液壓缸行程范圍內(nèi)任何位置時相互之間的干涉狀況，顯示出干涉的體積，為設(shè)計提供有力的支持和幫助，也為整車重心的確定和穩(wěn)定性提供可靠的數(shù)據(jù)[8]。浙江大學(xué)機械與能源學(xué)院的屠立、張有樹，浙江杭叉工程機械股份有限公司的王阜西研究了基于功能結(jié)構(gòu)分解的配置設(shè)計方法及在叉車產(chǎn)品中的應(yīng)用。配置設(shè)計可以快速開發(fā)產(chǎn)品、降低設(shè)計成本、快速響應(yīng)市場，是一種適應(yīng)于大規(guī)模客戶化定制生產(chǎn)模式的現(xiàn)代設(shè)計方法．通過零部件之間功能需求的相關(guān)性分析，提出了一種基于功能結(jié)構(gòu)分解的零部件劃分方法，并以又車產(chǎn)品為研究對象，通過功能分解實現(xiàn)了復(fù)雜產(chǎn)品塊的快速檢索和修改設(shè)計。叉車產(chǎn)品配置設(shè)計過程中分解了相應(yīng)零部件功能并形成相應(yīng)實例庫。包括叉車起升組件實例、叉車門架實例等，在系統(tǒng)巾構(gòu)成結(jié)構(gòu)樹表現(xiàn)形式，并可實現(xiàn)所需實例的相應(yīng)檢索。功能分解所形成實例有時并不能直接滿足產(chǎn)品的設(shè)計要求，還需要按照新的設(shè)計要求對它進行一定的修正。根據(jù)叉車產(chǎn)品功能分解實例的特性，采用修改和替換舊實例中那些和目前的問題需求不相符合的部分來實現(xiàn)。研究者提出的配置設(shè)計將零部件按功能接口進行分解，使相關(guān)零部件具有很強的互換性，從而通過零部件的選擇和組合可以配置出不同的產(chǎn)品，生產(chǎn)出不同種類的產(chǎn)品以滿足不同用戶的要求[9]。浙江工業(yè)大學(xué)陳帥研究了基于設(shè)計意圖捕捉的叉車參數(shù)化設(shè)計方法及應(yīng)用。研究者開展基于設(shè)計意圖捕捉的叉車參數(shù)化研究，提出一種設(shè)計意圖捕捉方法，并和現(xiàn)有的參數(shù)化技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用到叉車設(shè)計中。主要研究內(nèi)容有：一、設(shè)計意圖捕捉包括利用已有設(shè)計資源、輔助設(shè)計決策和快速生成實體模型。二、意圖域，載體域的映射是捕捉方法中的關(guān)鍵問題。三、優(yōu)化方法用于求解設(shè)計意圖模型，同時用來集成設(shè)計意圖捕捉系統(tǒng)和參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)。四、在上述研究的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于設(shè)計意圖捕捉的叉車參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)，以叉車設(shè)計為實例，驗證了提出方法的可行性和有效性[10]。合肥工業(yè)大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院工業(yè)設(shè)計系謝永當(dāng)、韓善明進行了叉車駕駛室的人機工程學(xué)研究。研究者歸納叉車駕駛艙設(shè)計的三要素：一、駕駛室內(nèi)空間尺寸協(xié)調(diào)，達到高效利用。二、人機信息傳達順暢．為高效操作提供保障。三、操縱件布置合理，提高工作效率。基于人機工程學(xué)科理論研究，結(jié)合人體的人體尺寸、人體生理結(jié)構(gòu)、人的視覺特性等因素，分析了叉車駕駛室的整體空間布局、人機信息界面設(shè)計、操控裝置的排列等方面的人機因素。從以為本的設(shè)計思想出發(fā)，闡明人機工程學(xué)在叉車設(shè)計方面的理論指導(dǎo)[11]。本課題的研究1.3.1設(shè)計目的叉車的機動靈活強，能適應(yīng)多變的裝卸搬運要求，手動液壓叉車主要用在倉庫內(nèi)中等高度的堆垛、取貨作業(yè)，專門滿足了額定起重量小、起身高度低的特別需求，在室內(nèi)作業(yè)非常方便。1.3.2設(shè)計意義叉車是應(yīng)用十分廣泛的流動式裝卸搬運機械，廣泛應(yīng)用于公路運輸、鐵路運輸、水路運輸各部門。多年來，由于成件貨物的品種多、規(guī)格雜、外形不一、包裝各異，所以對這些貨種很難實現(xiàn)裝卸作業(yè)機械化。叉車的問世，使得這一難題得到解決，這不但保證了安全生產(chǎn)，而且暫用的勞動力大大減少，勞動強度大大降低。作業(yè)效率大大提高經(jīng)濟效益十分顯著。1.3.3設(shè)計內(nèi)容本課題的設(shè)計內(nèi)容為某型號叉車的設(shè)計，我選擇的是設(shè)計手動液壓叉車。由于叉車本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各系統(tǒng)和零部件眾多，結(jié)合本專業(yè)所學(xué)，并在閱覽大量人因工程相關(guān)書籍之后，將人因工程的技術(shù)應(yīng)用于叉車設(shè)計中。結(jié)合相關(guān)資料對叉車貨叉進行設(shè)計，并運用Solidworks完成對貨叉的建模設(shè)計，然后用ansys進行有限元分析，并在最后使用Solidworks完成叉車的總體建模設(shè)計。1.3.4完成本設(shè)計需解決的問題收集叉車設(shè)計相關(guān)資料運用人因工程對叉車進行相關(guān)設(shè)計對貨叉進行設(shè)計并進行Solidworks建模和有限元分析用Solidworks完成叉車整體和部分部件的模型設(shè)計使用CAD畫出相關(guān)部件的三視圖2手動液壓叉車介紹手動液壓叉車的應(yīng)用環(huán)境手動液壓叉車也被稱為手動堆高車是一種高起升裝卸和短距離運輸兩用車，由于不產(chǎn)生火花和電磁場。特別適用于汽車裝卸及車間、倉庫、碼頭、車站、貨場等地的易燃、易爆和禁火物品的裝卸運輸。由于其滿足額定起重小、起身高度低的特別需求，在室內(nèi)作業(yè)非常方便。手動液壓叉車的結(jié)構(gòu)和工作原理手動液壓叉車的構(gòu)造如圖2-1：圖2-1手動液壓叉車構(gòu)造圖1鏈輪2壓力筒3貨叉4前輪5門架6操縱柄7叉架8后輪手動液壓叉車的工作原理：結(jié)合圖2-2說明叉車的工作原理，大油缸9和大活塞8組成舉升液壓缸。杠桿手柄1、小油缸2、小活塞3、單向閥4和7組成手動液壓泵。如提起手柄使小活塞向上移動，小活塞下端油腔容積增大，形成局部真空，這時單向閥4打開，通過吸油管5從油箱12中吸油；用力壓下手柄，小活塞下移，小活塞下腔壓力升高，單向閥4關(guān)閉，單向閥7打開，下腔的油液經(jīng)管道6輸入舉升油缸9的下腔，迫使大活塞8向上移動，頂起鏈輪上升。鏈輪自由端鏈條兩倍于大活塞上升距離上升，拉動叉架上升。兩根鏈條（只敘述一根）一端錨固，另一端（自由端）繞過大活塞桿頂端的鏈輪連接在可以上下滑動的叉架上，叉架以門架為“活動導(dǎo)軌”作升降運動，貨叉掛在叉架橫梁上，隨之做升降運動。再次提起手柄吸油時，單向閥7自動關(guān)閉，使油液不能倒流，從而保證了重物不會自行下落。不斷地往復(fù)扳動手柄，就能不斷地把油液壓入舉升缸下腔，使重物逐漸地升起。如果打開截止閥11，舉升缸下腔的油液通過管道10、截止閥11流回油箱，重物就向下移動。圖2-2基于千斤頂原理的液壓裝置簡圖杠桿手柄2.小油缸3.小活塞4，7.單向閥5.吸油管手動液壓叉車的技術(shù)參數(shù)手動液壓叉車的設(shè)計參數(shù)列表，如表1：表1手動液壓叉車技術(shù)參數(shù)表額定起重質(zhì)量Kg1800最大起升高度mm1600叉車放低高度mm≤100貨叉調(diào)節(jié)寬度mm240～550貨叉長度mm800～1000載荷中心距mm400～500起升速度mm/次13下降速度可控cancontrol轉(zhuǎn)彎半徑mm≤1500外形尺寸A×B×F全長Amm1400全寬Bmm750全高Fmm2000自重Kg1803人機工程學(xué)在叉車設(shè)計中的應(yīng)用叉車設(shè)計中的人機工程學(xué)介紹人機工程學(xué)是基于對人和機器、技術(shù)的深入研究，發(fā)現(xiàn)并利用人的行為方式、工作能力、作業(yè)限制等特點，通過對機器、工具、系統(tǒng)、環(huán)境進行合理設(shè)計，以提高生產(chǎn)率、安全性、舒適性和有效性的一門綜合性學(xué)科。在本課題叉車設(shè)計上，人機工程學(xué)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下2個方面：1.舒適性：人性化的設(shè)計能夠使操作員保持良好的心情，降低駕駛員操作時的疲勞度。2.安全性：通過對叉車色彩的設(shè)計，為行人提供良好的視野，改善叉車操作員的操作環(huán)境，減少叉車事故，提高叉車作業(yè)的安全性。叉車操縱桿的設(shè)計.1叉車操縱桿設(shè)計分析操縱桿一端與機器的受控部件聯(lián)結(jié)，手執(zhí)操作的另一端有一個端頭（也可稱為手柄）。它的優(yōu)點是可取得較大的杠桿比，主要用于需要克服大阻力的操縱。對于操縱桿的設(shè)計分析，根據(jù)人機工程理論，主要從它的長度、手握部分的形狀以及操縱角度等方面進行。3.2.2叉車操縱桿設(shè)計過程雖然叉車操作桿的種類比較多，但都是通過操作員進行控制。操縱桿相對于操作者的位置是設(shè)計操縱桿的主要依據(jù)之一。當(dāng)操縱力較大和采用站姿工作時，操縱桿手柄的位置應(yīng)與人的肩高或低于肩的位置；坐姿工作時，操縱桿的手柄應(yīng)設(shè)在與人肘部趨近等高的位置。在操作過程中，盡量減少身體的扭轉(zhuǎn)，從而減小操作員的操縱疲勞度。由于手動液壓叉車的操作屬于站姿近身作業(yè)，一般允許作業(yè)者自由的移動身體，但作業(yè)空間仍然受到一定的限制。例如，應(yīng)避免伸臂過長的抓握、蹲身或屈曲、身體扭轉(zhuǎn)及頭部處于不自然的位置等。圖3-1左為站姿單臂作業(yè)的近身作業(yè)空間，以第5百分位的男性為基準(zhǔn)，當(dāng)物體處于地面以上110cm-165cm高度，并且在身體左右46cm范圍內(nèi)時，大部分人可以在直立狀態(tài)下達到身體前側(cè)46cm的舒適范圍（手臂處于身體中心線處操作），最大可及區(qū)弧半徑為54cm；對于雙手操作的情形，由于身體各部位相互約束，其舒適作業(yè)范圍有所減少，見圖3-1右，這時的伸展空間為：在距身體中線左右各15cm的區(qū)域內(nèi)，最大操作弧半徑為51cm，液壓叉車的操作通常為雙手操作，結(jié)合圖3-1，估算操縱桿的長度為115cm。圖3-1站姿近身單臂作業(yè)空間和站姿雙臂作業(yè)空間由于操作員在對操縱桿進行控制時，是通過手握來進行操作。所以操縱桿手柄的形狀必須依據(jù)手的生理特點來設(shè)計和選擇。從手掌的生理結(jié)構(gòu)來看，掌心部位的肌肉最少，指骨間肌和手指部分是神經(jīng)末梢滿布的部位，指球肌、大魚際肌和小魚際肌是肌肉豐富的部位，是手部的天然減震器。在設(shè)計這類手柄時，手柄的著力方向和振動方向不能集中于掌心和指骨間肌，如果掌心長期受壓受振，可能會引起難以治愈的痙攣，至少易引起疲勞和操作不準(zhǔn)確。因此，操作者握住手柄時最好使掌心處略有空隙，使受力減少[15]。圖3-2中(a)為手的生理結(jié)構(gòu)，(b)中1、2、3三種手柄形式較好，4、5、6這幾種形式與掌心貼合面大，只宜作為瞬間和受力不大的操縱手柄。圖3-2手的生理結(jié)構(gòu)與手柄形狀設(shè)計對于叉車的操縱桿，操作員一般采用手抓握的方式。根據(jù)它的特點并結(jié)合手掌的生理結(jié)構(gòu)，可以將它的端部設(shè)計成平面或弧面，這樣能使它與掌心留有一定的間隙，因而減少對肌肉較少的掌心部位的壓迫。考慮到操縱桿在操縱過程中，其運動多是上下進行，手握部分可以設(shè)計成端部部徑圍稍大于內(nèi)部徑圍，這樣可以防止操作過程中操作員手的滑脫。除此之外，要設(shè)計一種合理的手柄，必須考慮手幅長度、手握粗度、握持狀態(tài)和觸覺的舒適性。通常手柄的長度必須接近和超過手幅手握的長度，使手在握柄上有一個活動和選擇的范圍，本次設(shè)計選擇手柄的設(shè)計長度為160mm。手柄的徑向尺寸必須與正常的手握尺寸相符或者小與手握尺度。如果太粗，手就握不住手柄，如果太細(xì)，手部肌肉就會過度緊張而疲勞，操縱桿的粗細(xì)一般為22-32mm，手柄的設(shè)計一般為32mm。另外，手柄的外表面應(yīng)該平整光滑，以保證操作者的觸覺舒適性。在操縱桿的設(shè)計中，除了要考慮它的長度、形狀外，還要考慮它的操縱角度和位移量。操縱桿的操縱角度和位移量不宜太大，如果太大的話，不僅占用較大的操作空間，而且在進行操作時由于運動消耗量大會使操作者加快疲勞感。所以，操縱桿的操縱角度和位移量應(yīng)在一個適宜的范圍內(nèi)。操縱桿的操縱角度以30°～60°為宜，一般不超過90°。操縱桿的位移量隨操縱桿的運動方向不同而不同。當(dāng)操縱桿上下運動時，最大為536mm，角度和位移大小如圖3-3所示。圖3-3操縱桿的角度和位移量叉車操縱桿的模型設(shè)計3.3.1設(shè)計軟件的平臺介紹SolidWorks為達索系統(tǒng)（DassaultSystemesS.A）下的子公司，專門負(fù)責(zé)研發(fā)與銷售機械設(shè)計軟件的視窗產(chǎn)品，其軟件產(chǎn)品Solidworks提供一系列的三維（3D）設(shè)計產(chǎn)品，幫助設(shè)計師減少設(shè)計時間，增加精確性，提高設(shè)計的創(chuàng)新性，并將產(chǎn)品更快推向市場[17]。Solidworks軟件組成：2D到3D轉(zhuǎn)換工具將2D工程圖拖到Solidworks工程圖中的功能；支持包括外部參考的可重復(fù)使用2D幾何；視圖折疊工具，可以從DWG資料產(chǎn)生3D模型。內(nèi)置零件分析測試零件設(shè)計，分析設(shè)計的完整性。機器設(shè)計工具具有整套熔接結(jié)構(gòu)設(shè)計和文件工具，以及完全關(guān)聯(lián)的鈑金功能。模具設(shè)計工具測試塑料射出制模零件的可制造性。消費產(chǎn)品設(shè)計工具保持設(shè)計中曲率的連續(xù)性，以及產(chǎn)品薄壁的內(nèi)凹零件，可加速消費性產(chǎn)品的設(shè)計。對現(xiàn)成零組件的線上存取讓3DCAD系統(tǒng)使用者透過市場上領(lǐng)先的線上目錄使用現(xiàn)在的零組件。模型組態(tài)管理在一個文件中產(chǎn)生零件或零組件模型的多個設(shè)計變化，簡化設(shè)計的重復(fù)使用。零件模型建構(gòu)利用伸長、旋轉(zhuǎn)、薄件特征、進階薄殼、特征復(fù)制排列和鉆孔來產(chǎn)生設(shè)計。曲面設(shè)計使用有導(dǎo)引曲線的疊層拉伸和掃出產(chǎn)生復(fù)雜曲面、填空鉆孔，拖曳控制點以進行簡單的相切控制。直觀地修剪、延伸、圖化、縫織曲面、縮放和復(fù)制排列曲面。3.3.2模型及其繪制過程A模型：圖3-4操縱桿模型B設(shè)計過程：選擇前視基準(zhǔn)面為草圖繪制基準(zhǔn)面，進入草圖繪制環(huán)境，繪制下圖所示的草圖，得到草圖1。圖3-5草圖1退出草圖繪制，選擇【特征】-【拉伸凸臺/基體】，進行特征編輯。得到實體。圖3-6SOLIDWORKS拉伸功能框選擇上視基準(zhǔn)面為草圖繪制基準(zhǔn)面，進入草圖繪制環(huán)境，選擇圓，直徑為29mm，得到草圖2。退出草圖繪制，選擇【特征】-【拉伸凸臺/基體】，進行特征編輯。得到實體。選擇【特征】-【參考幾何體】-【基準(zhǔn)面】，選擇面1為參考基準(zhǔn)面，距離為50mm，反轉(zhuǎn)，確定。得到基準(zhǔn)面1。圖3-7SOLIDWORKS基準(zhǔn)面功能框選擇面1為草圖繪制基準(zhǔn)面，進入草圖繪制環(huán)境，選擇圓，直徑為32mm，得到草圖3。選擇基準(zhǔn)面1為草圖繪制基準(zhǔn)面，進入草圖繪制環(huán)境，選擇圓，直徑為30mm，得到草圖5。退出草圖繪制，選擇【特征】-【放樣凸臺/基體】，進行特征編輯。得到實體。圖3-8SOLIDWORKS放樣功能框選擇【特征】-【鏡像】，進行特征編輯。得到實體。圖3-9SOLIDWORKS鏡像功能框叉車色彩設(shè)計據(jù)美國OSHA估計:每年約680,400次叉車事故發(fā)生，大約有90,000員工深受其痛苦，這些事故中有18.8%是被叉車撞傷。手動液壓叉車經(jīng)常用于工作在倉庫，貨架之間，行人經(jīng)常由于未發(fā)現(xiàn)叉車而被撞傷，提高叉車的安全性就顯得尤為重要。通過對叉車色彩的設(shè)計，使行人能及早發(fā)現(xiàn)叉車，避免事故發(fā)生，是一個經(jīng)濟有效的辦法。對于手動液壓叉車來說，其作色部分主要在門架、叉架和壓力筒等部位，因此，對它的色彩設(shè)計主要集中在門架色彩和叉架色彩的設(shè)計上，設(shè)計過程可從人的視野，顏色的辨識度，對比度和色彩對人的影響幾個角度分析合適的色彩。3.4.2色彩的設(shè)計人眼的視野是人看到色彩以及叉車的基礎(chǔ)，因此需要對視野進行分析。所謂視野即眼球向正前方注視時，所能看到的空間范圍。視野按眼球的工作狀態(tài)，可分為靜視野、注視野和動視野3類。靜視野是指頭部固定、眼球靜止不動的狀態(tài)下自然可見的范圍，注視視野是指頭部固定轉(zhuǎn)動眼球注視某一中心點時所見的范圍，動視野是指頭部固定而自由轉(zhuǎn)動眼球時可見范圍。在人的三中視野中，注視視野范圍最小，動視野范圍最大。人機工程中一般以靜視野為依據(jù)設(shè)計視覺顯示器等有關(guān)部件，以減少人眼的疲勞[16]。在垂直平面的視野是：假定標(biāo)準(zhǔn)視線是水平的，定為0°，則最大視區(qū)為視平線上50°和視平線以下70°。顏色的識別界限為視平線以上30°，視平線以下40°。實際人的自然視線是低標(biāo)準(zhǔn)線的，在一般狀態(tài)下，站立時自然視線低于水平線10°，坐著時低于水平線15°，在很松弛的狀態(tài)中，站著和坐著的自然視線偏離標(biāo)準(zhǔn)視線分別為30°和38°。觀看展示物的最佳視區(qū)在低于標(biāo)準(zhǔn)視線30°的區(qū)域里[16]。人的垂直視野如圖3-10上圖。在水平面內(nèi)的視野是：雙眼視區(qū)大約在左右60°以內(nèi)的區(qū)域，在這個區(qū)域里還包括字、字母和顏色的辨別范圍，辨別字的視線角度為10-20°，辨別字母的視線角度為5-30°，在各自的視線范圍以外，字和字母趨于消失。對于特定的顏色辨別，視線角度為30-60°，人最敏銳的視力是在標(biāo)準(zhǔn)視線每側(cè)15°的范圍內(nèi)，單視野界限為標(biāo)準(zhǔn)視線每側(cè)94-104°[16]。人的水平視野，如圖3-10下圖。圖3-10人的垂直視野和水平視野不同顏色對眼的刺激能引起感覺的范圍也不同，稱為顏色視野，如圖3-11所示。圖3-11人的顏色視野由圖可知，各種顏色中白色視野最大，其次是黃、藍、紅、綠等。在視野范圍內(nèi)，人眼對色彩的感覺有色調(diào)、亮度、色彩度（飽和度）3種性質(zhì)。色調(diào)又稱色澤、色相，是色光光譜上各種不同波長的可見光在視覺上的表現(xiàn)，是區(qū)別色彩種類的名稱。一個顏色的名稱就代表了這種顏色的相貌。如紅、紅橙、黃、青藍、紫等，每種顏色都有與其他顏色有不同的特征相貌和名稱。如圖3-12。紅橙黃綠藍綠藍藍紫紫圖3-12不同顏色的特征相貌和名稱明度是指色彩的明暗程度，又稱光亮度、鮮明度，是全部色彩都具有的屬性，與物體表面色彩的反射率有關(guān)。當(dāng)照度一定時，反射率的大小與表面色彩的明度大小成正比。對顏料來說，在色相和純度相同的顏料中，白顏料反射率最高，在其他顏料中混入白色，可以提高混合色的反射率，也就是提高了混合色的明度，混入白色越多，明度越高；而黑顏料卻恰恰相反，混入黑色越多，明度越低，如下圖3-13。圖3-13色調(diào)相同，明度不同的紅色在純度相同而色調(diào)不同的顏色之間，其明度不同，如黃色明度高，看起來很亮；紫色明度低，看起來很暗；橙、紅、綠、藍等介于之間，如表2所示。表2純度相同色調(diào)不同顏色的明度顏色白色黃色黃橙色棕色黃綠色綠色紅橙色明度顏色青綠色純紅色青色暗紅色青紫色紫色黑色明度研究表明，在明視條件下，人眼最敏感的波長是555nm（黃色），在暗視條件下，人眼最敏感的波長是507nm（綠色）。綜合上述分析，為保證叉車在運行中的安全性，需要保證叉車的色彩提供足夠的視野，因而選擇白色和黃色作為優(yōu)先色，在保證視野的之后，需要考慮人眼對該顏色的辨識度，因為叉車通常在明視環(huán)境下工作，因此選擇黃色作為叉車門架的顏色。物體與背景的顏色或亮度之間有一定的對比度時，人眼才能分辨其形狀。為使叉車能更好的被識別，有必要再根據(jù)色彩對比設(shè)計其他部位的顏色，安全色與對比色的搭配如表3。表3安全色與對比色搭配表安全色對比色紅色白色藍色白色黃色黑色綠色白色注：黑色與白色互為對比色另外，物體色與人的視覺經(jīng)驗共同形成的重量感作用于人的心理結(jié)果。深淺不同的色彩會使人聯(lián)想起輕重不同的物體。通常，淺色會使人聯(lián)想到白云、棉花等輕質(zhì)物體，深色則會使人聯(lián)想到煤塊、鋼鐵等重質(zhì)的東西。因此，決定色彩輕重感的主要因素是明度，明度越高顯得越輕，明度越低顯得越重。在叉車在使用中，經(jīng)常要舉升重物，下部多采用深色，上部多采用亮色，還給人以穩(wěn)定安全感，不會使人感到有倒下來的危險或不平衡的感覺。綜合對比色和色彩的對人的心理用可以得出，黑色是壓力筒、手柄、叉架等顏色的理想色，既可以和門架的黃色形成對比色，便于行人及早發(fā)現(xiàn)叉車，又利于調(diào)節(jié)叉車駕駛員的心理，從而為減少叉車事故，為促進叉車安全提供幫助。4叉車起升系統(tǒng)某重要部件的設(shè)計叉車起升系統(tǒng)的構(gòu)造與工作原理叉車起升系統(tǒng)的構(gòu)造如圖4-1。圖4-1叉車起升系統(tǒng)構(gòu)造叉車起升系統(tǒng)工作原理：由人施加外力，使起升液壓缸向上推頂，鏈輪則受起升液壓缸的推頂，帶動鏈條，起升鏈條的一端固定在相當(dāng)于固定在門架上，中部繞過固定在浮動橫梁上的鏈輪后，另一端掛住叉架，叉架受起升鏈條的牽引，并以其縱向滾輪為“車輪”，以門架為“活動導(dǎo)軌”作升降運動，貨叉掛在叉架橫梁上，隨之做升降運動，當(dāng)貨叉上裝載貨物時，即可完成對貨物的裝卸工作。4.2貨叉設(shè)計貨叉是叉車的重要構(gòu)件，是叉車中最基本和最通用的取物裝置。一般叉車都裝有兩個同樣的貨叉，貨叉裝在叉架上，它的外形是L形桿件，分為水平段和垂直段兩個部分。水平段和垂直段做成整體的稱為整體式貨叉。水平段和垂直段分別制成，用銷軸連接起來，水平段既可平置，又可以向上折疊起來，與垂直段靠攏稱為折疊式貨叉。在叉車取物時，貨叉水平段用來插入貨物或者托盤的底部，插起之后，用來承載貨物。因此，貨叉水平段的上表面必須水平，水平段前端的下表面略有傾斜，以使叉尖處厚度較薄，這樣有利于使貨叉插入貨物底部，叉取貨物。貨叉的垂直段用來與叉架連接，根據(jù)連接的形式的不同，分為掛鉤型和鉸接型兩種。掛鉤型貨叉垂直段的背部上下各有一個鉤，鉤在叉架的上下水平橫梁上。這種形式的貨叉方便安裝和拆卸，適用于中小噸位的叉車。為在叉架上定位貨叉，在上部掛鉤上設(shè)置有定位銷，定位銷插在叉架橫梁的凹槽中，防止貨叉任意移動，調(diào)節(jié)時，往上提起定位銷，銷軸脫離叉架上橫梁凹槽，便可移動貨叉，改變距離。4.2.2貨叉的設(shè)計過程貨叉的主要尺寸有貨叉水平段長度L；貨叉垂直段高度h；貨叉斷面尺寸a×b(a為貨叉厚度，b為貨叉寬度等)（如圖4-2）。圖4-2貨叉尺寸貨叉尺寸主要取決于起重量Q、載荷中心距c，所設(shè)計叉車的額定起重量噸，按ISO/DIS1214-79標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，載荷中心距離為c=500mm,再由ISO/DIS2326-81和ISO2382-77標(biāo)準(zhǔn)，查出貨叉的基本參數(shù)和尺寸為貨叉長度：L=1000mm；貨叉垂直高度：h=520mm；貨叉斷面尺寸：a×b=40×120；貨叉兩鉸支點中心距：d=409mm2；貨叉外伸距：e=76mm；據(jù)《機械設(shè)計手冊》選擇材料為40Cr鋼，熱處理工藝選用調(diào)質(zhì)處理40Cr鋼屈服強度σs≥539Mpa.（1）貨叉的計算貨叉和叉架的聯(lián)接形式不同，其支承類型有所不同，按照ISO2328-77標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，1.8噸叉車貨叉和叉架的聯(lián)接形式為掛鉤型。掛鉤型聯(lián)接，上支承可簡化為活動鉸支座。按照這種簡化，貨叉可看作一次超靜定剛架。與此同時慮到掛鉤型貨叉上部的掛鉤處有安裝間隙，并非絕對不能轉(zhuǎn)動，照此分析，貨叉又可簡化為支承在兩個鉸接支座上的靜定剛架。這兩種情況下的計算，在集中載荷P力作用下，貨叉的危險截面均在支座A以下的垂直段，其應(yīng)力狀態(tài)相同，強度相等。但貨叉垂直段的受力情況不同，導(dǎo)致變形不同。由于靜定剛架水平段的變形量大于超靜定剛架水平段的變形量。為偏于安全起見，貨叉的強度和剛度均按靜定剛架進行計算。（2）貨叉強度驗算從貨叉所受的集中載荷P作用的內(nèi)力來看,水平段受彎矩和剪力,垂直段受彎矩和拉力,危險截面支座A以下垂直段的最大正應(yīng)力為（式4-1）式中P——貨叉的計算載荷，N；C——標(biāo)準(zhǔn)載荷中心距，mm；a——貨叉厚度；mm；b——貨叉截面寬度，mm。計算載荷P的確定：（式4-2）式中Q——起重量，Q=1.8t=17640NK1——動載荷系數(shù)，由文獻[12]推薦，取K1=1.2；K2——偏載荷系數(shù)，由文獻[12]推薦，取K2=1.3.由此得出安全系數(shù)n的確定：安全系數(shù)的選取,與貨叉的計算載荷大小、動載荷系數(shù)和偏載荷系數(shù)的選取密切相關(guān)。如果計算載荷比較準(zhǔn)確,安全系數(shù)可以取較小數(shù)值。否則，安全系數(shù)應(yīng)取較大數(shù)值。強度計算時，安全系數(shù)應(yīng)滿足以下條件

其中n——強度安全系數(shù)；σs——材料屈服極限；σ——危險截面處應(yīng)力（即最大正應(yīng)力）；注：σs與σ單位相同。此次設(shè)計選擇安全系數(shù)為n=3。計算最大正應(yīng)力（式4-3）強度驗算把數(shù)據(jù)代入式4-1,得出因為,所以貨叉滿足強度條件。（3）貨叉剛度校核貨叉的剛度通常校核叉尖處的靜撓度，即以額定載荷之半作為計算載荷（P1=Q/2）,按等截面靜定剛架來計算又尖處的撓度，由此可得叉尖的撓度。（式4-4）式中——貨叉的截面慣性矩，cm4；——貨叉的彈性模量，N/cm2；——貨叉的額定截荷，N；代人數(shù)據(jù),得出叉尖的許用撓度為（式4-5）由于,所以貨叉滿足剛度條件。（4）掛鉤形式與尺寸的確定叉車貨叉上的掛鉤與貨叉的聯(lián)接形式,通常有整體式和非整體式兩種。非整體形式的聯(lián)接方法,又有焊接和螺栓聯(lián)接等形式。由于焊接形式貨叉制造容易,安裝拆卸方便,所以,貨叉與掛鉤的聯(lián)接多采用非整體的焊接形式。掛鉤尺寸根據(jù)ISO2328-77標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，z=17.5mm，M=31mm，s=50mm，K=H=5mm，b=120mm，G=36mm（圖4-3）。圖4-3掛鉤尺寸與焊接強度驗算掛鉤的水平段受彎矩和拉力,垂直段受彎矩。根據(jù)起重機焊接強度的計算規(guī)范,由拉伸應(yīng)力σ1和剪切應(yīng)力τ1所組成的復(fù)合應(yīng)力,按等效應(yīng)力σcp來進行計算,其計算公式為（式4-6）式中——掛鉤所受的水平力,N；——焊縫總長度，cm；——所受垂直力，N。代入數(shù)據(jù),得出則貨叉與掛鉤焊接的焊條選用TB13-2,焊條的抗拉強度,焊條的許用應(yīng)力由于所以，貨叉與掛鉤滿足焊接強度條件。（5）貨叉建模，貨叉模型和建模過程如下A模型：圖4-4貨叉模型B設(shè)計過程：選擇前視基準(zhǔn)面為草圖繪制基準(zhǔn)面，進入草圖繪制環(huán)境，繪制下圖所示的草圖，得到草圖1。圖4-5草圖1退出草圖繪制，選擇【特征】-【拉伸凸臺/基體】，進行特征編輯。得到實體。圖4-6SOLIDWORKS拉伸功能框4.3.2貨叉模型分析（1）模型分析軟件介紹ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)。它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I－DEAS,AutoCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級CAE工具之一[19]。Ansys軟件組成：1）前期處理模塊前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型。2）分析計算模塊分析計算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；3）后期處理模塊后處理模塊可將計算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了100種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。該軟件有多種不同版本，可以運行在從個人機到大型機的多種計算機設(shè)備上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY