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本科畢業(yè)設計(論文) 開題報告 題目： 手動叉車的設計 學 院： 機 械 學 院 專 業(yè)：機械工程及其自動化 班 級： 2008級01班 學 號： 200802070105 學生姓名： 指導老師： 提交日期： 手動叉車的設計 1 課題的背景及意義 叉車是指對成件托盤貨物進行機械化裝卸、堆垛和短距離運輸作業(yè)的各種輪式搬運車[1]。由于操作方便、輕便靈活，叉車廣泛應用于鐵路、港口、機場、貨場、集裝箱中轉站等倉儲場所[2]，特別是用于在倉庫中的短途負載運輸工作，也用于將貨物裝載到貨車或從貨車卸載貨物[3],在企業(yè)的物流系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色，是物料搬運設備中的主力軍[4]。 手動叉車是一種用于原料和商品的高效流動和組織的設備。它們使一個人能夠高質量高速度提升運輸自己不能獨自運輸?shù)漠a(chǎn)品。此外，手動叉車可以用最大限度地提高空間和時間使用的方式有序、可控地安置和存儲產(chǎn)品[5]。 國內叉車行業(yè)發(fā)展歷史短，但發(fā)展迅速。我國叉車產(chǎn)業(yè)自20世紀50年代末起步，到70年代才初具規(guī)模，到目前已有30多家內燃叉車企業(yè)、約20家電動車輛企業(yè)、30多家倉儲叉車和輕小型搬運車輛企業(yè)和10多家獨、合資企業(yè)[6]。國內叉車行業(yè)具有以下特點：產(chǎn)品系列發(fā)展比較全面；合、獨資企業(yè)大舉進入中國，并形成規(guī)模、站穩(wěn)腳跟；市場需求開始明顯增長，產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速壯大；行業(yè)格局出現(xiàn)分化，并向良性方向發(fā)展。國外叉車行業(yè)具有以下特點：生產(chǎn)企業(yè)多但比較集中，市場多年徘徊不前；產(chǎn)業(yè)規(guī)模在工程機械產(chǎn)品中最大；國際叉車巨頭間整合趨勢明顯。 在全球范圍內看，叉車產(chǎn)品和叉車產(chǎn)業(yè)都處于成熟期；但從國內情況看，叉車產(chǎn)品和叉車產(chǎn)業(yè)尚處于發(fā)展期：產(chǎn)品技術仍需發(fā)展完善、產(chǎn)品使用范圍和使用量尚未得到足夠拓展、市場經(jīng)濟環(huán)境下的產(chǎn)業(yè)自然調整仍處于初級階段、用戶使用意識和企業(yè)研發(fā)意識、能力尚且落后，國外用戶和企業(yè)現(xiàn)在考慮的是如何把叉車用得更好，尋求更好的解決方案，而我國很多用戶因為現(xiàn)實的國情還在人力和叉車間取舍難斷，生產(chǎn)企業(yè)也不能很好的滿足多樣化的需求?？傮w來看，我國叉車產(chǎn)業(yè)仍大有文章可做[7]。 在國際上，生產(chǎn)企業(yè)多但比較集中，市場多年徘徊不前。國際叉車巨頭間整合趨勢明顯。日本的豐田并購了瑞典BT，德國的永恒力并購了英國BOSS,林德參股日本小松的同時收購法國派特，韓國現(xiàn)代收購本國的漢拿。出現(xiàn)這種趨勢的原因是國際叉車市場持續(xù)低迷，多年來一直在50-55萬臺左右的水平徘徊，行業(yè)競爭日益激烈，利潤不斷下降，一些未達到一定規(guī)模的企業(yè)生存出現(xiàn)危機，從而導致國際叉車市場并購行為頻繁[8]。 2009年全年，我國共銷售叉車138908臺，其中國內銷售11l350臺，較2008年的107786臺增長3％，受國際金融危機影響，出口銷售比上年下降17.38％，為27558臺。我國叉車行業(yè)在經(jīng)歷了多年的高速發(fā)展后，產(chǎn)銷增長趨緩，但叉車市場多年的快速發(fā)展所呈現(xiàn)出典型的行業(yè)發(fā)展特征仍比較明顯。與日本歐美等國家和地區(qū)市場相比，目前中國是世界唯一對叉車需求量保持持續(xù)旺盛增長的地區(qū)，因此我國叉車行業(yè)呈現(xiàn)以下發(fā)展特征： （1）產(chǎn)業(yè)集中度高，投資活動活躍。相對于其他大型機械行業(yè)，叉車行業(yè)產(chǎn)業(yè)集中度相對較高，僅安徽叉車與杭州叉車這兩大龍頭企業(yè)就幾乎占據(jù)了市場近60％的份額。與此同時，我國這個現(xiàn)今全球第四大叉車市場，行業(yè)的蓬勃發(fā)展也吸引著更多的投資活動，一方面國內廠家紛紛努力擴大產(chǎn)能以適應快速增長的市場需求，另一方面國外品牌也陸續(xù)加大在國內的投資力度，國外龍頭廠商如豐田、林德都已經(jīng)在國內合資建廠。 （2）產(chǎn)品競爭白熱化，內燃叉車優(yōu)勢明顯。雖然近年來叉車的振動噪聲越來越受到關注，客戶對振動噪聲的要求越來越嚴格[9]。電瓶叉車很符合噪聲要求，電瓶叉車是食品行業(yè)和冷鏈物流的首選，而它卻不暢銷[10]。但是我國對環(huán)保還是要求較低，同時受到作業(yè)環(huán)境較惡劣以及運行成本等因素，我國的叉車需求傾向于使用內燃叉車，它撐起了叉車市場的半壁江山。目前國內幾家知名企業(yè)的主流產(chǎn)品幾乎清一色的是內燃叉車，外資品牌如林德、現(xiàn)代、斗山等也把內燃叉車作為沖擊我國市場的先鋒機種，從而使市場競爭白熱化。電瓶叉車是食品行業(yè)和冷鏈物流的首選，而它卻不暢銷。 （3）整體技術能力提高，出口增長較快。近幾年我國叉車行業(yè)出口業(yè)務快速增長，中國叉車出口流向主要為美國、德國、法國、俄羅斯、意大利等機械制造強國市場?？梢凿N售到這么多機械制造強國，說明國內企業(yè)能在競爭中處于領導者地位，一方面體現(xiàn)了企業(yè)整體研發(fā)能力的提高，叉車質量水平得到提升，已經(jīng)被世界成熟市場用戶所認可，另一方面說明國產(chǎn)叉車以其良好的性價比優(yōu)勢在國際競爭中已具備很高的市場競爭力。 （4）企業(yè)生產(chǎn)能力不同，發(fā)展前景各異。在叉車市場中低端產(chǎn)品上，仍然是國內企業(yè)唱主角，受制于營銷以及售后服務體系建立需要較長時間，并耗費大量人力和物力，國外品牌仍然局限于少而精的高端產(chǎn)品，而新進入的叉車生產(chǎn)企業(yè)和民營企業(yè)受制于技術壁壘等因素，在競爭中更多的扮演追隨者角色[11]。2 課題的主要設計技術參數(shù)或研究工作要達到的目標 2.1課題的主要設計技術參數(shù)[12] 手動叉車主要技術參數(shù)包括額定起重量、載荷中心距、最大起升高度、轉動搖柄所需力等。 額定起重量是貨物重心位于規(guī)定的載荷中心距和最大起升高度時，叉車應能舉升的最大質量。載荷中心距是貨物重心到貨叉垂直段前表面的規(guī)定距離。最大起升高度是叉車處于平實地面，承載額定起重量，門架垂直，貨叉升到最大高度時，貨叉水平段上表面至地面的距離。轉動搖柄所需力為叉車承載額定起重量并上升到最大起升高度所需的轉動搖柄的力。 根據(jù)設計任務書，主要技術指標如下： （1）額定起重量是250kg （2）載荷中心距是300mm （3）最大起升高度是1500mm （4）轉動搖柄所需力是8kgf 2.2課題目標 （1）完成手動叉車的總體方案分析和參數(shù)確定、機構原理分析及相關結構設計、傳動分析及結構強度的計算。 （2）完成合理手動叉車設計，運用三維實體造型軟件進行手動叉車的優(yōu)化設計，實現(xiàn)操作者的使用方便舒適，安全的工作效用。 （3）完成手動叉車的設計總裝圖、相關具體零件圖和三維總裝圖。 3 課題研究的主要內容 3.1課題設計的基本原理及技術方案[13] 手動叉車的設計基本原理是采用手動的提升與傳動原理，貨叉的托舉原理以及機械制動原理。提升方式包括鋼絲繩式提升型式、鏈條式提升型式和液壓式提升型式等提升型式。傳動包括帶傳動、齒輪傳動和鏈傳動等傳動方式。機械制動包括自鎖、摩擦制動及其它制動方式。 此次設計技術方案過程如下： （1） 資料收集及分析：對目前市場所常見手動叉車的資料進行收集、分析和總結； （2） 進行結構分析及計算：對其結構進行初步分析，動手畫出平面機構運動簡圖，檢查該機構運動簡圖是否符合自由度要求根據(jù)給定的設計參數(shù)，運用工程力學的計算分析，對各個桿件進行受力分析； （3） 進行尺寸設計并校核：根據(jù)材料的許用應力和我們所學的專業(yè)知識，在確保安全的前提下，設計各構件的尺寸大小，確定各構件的尺寸大小后，對各構件進行安全校核； （4） 進行三維實體建模并優(yōu)化：根據(jù)計算的尺寸，對其基本機械結構進行設計并三維實體建模，通過三維實體建模，對機械結構進行優(yōu)化設計； （5） 畫出圖紙并完成論文：整理數(shù)據(jù)，完成二維工程圖和三維圖，撰寫論文。 3.2課題的可行性分析 該課題涉及工程分析、機械設計、三維CAD等多種技術和軟件的綜合應用，屬于多種技術的綜合應用，先進性一般。該課題綜合性一般，深度一般、難度一般，屬于機械產(chǎn)品的重新開發(fā)設計，創(chuàng)新性一般。完成課題的硬件和軟件條件都具備。 3.3課題主要解決的技術關鍵問題及創(chuàng)新點[14][15] 手動叉車適用于工廠、車間、倉庫、儲運等部門，更適用于有防火、防爆要求的場合。目前，國內常用的手動叉車以手動液壓叉車為主。而手動液壓叉車經(jīng)常造成液壓漏油，污染了搬運的貨物及環(huán)境。因而有人設計了一種手動機構叉車，它采用了鏈條傳動，卷筒提升滑車裝置，克服了液壓漏油的問題，但它又存在傳動噪聲大，瞬時速度不均勻，不適宜急促反向轉動傳動，制動不易。當貨物停止提升時，最好它需要自動能夠可靠安全地停在空中，而不需要手動地使用制動器。所以手動叉車主要需要解決的技術關鍵問題是傳動和提升方式以及制動問題。我們可以對手動機構叉車進行改進來達到解決這些問題的目的。我們不采用鏈條傳動，而是采用二級齒輪傳動以及鋼絲繩傳動的傳動方式，克服了液壓漏油、傳動噪聲大及瞬時速度不均勻的問題。我們采用棘輪機構來解決手動叉車的制動問題。 當提升貨物時，搖動手柄從而帶動主軸轉動，主軸帶動主動輪轉動，主動輪帶動從動輪轉動，從動輪帶動所在的軸轉動進而帶動同一軸上的主動輪轉動，主動輪帶動從動輪轉動進而帶動所在的軸轉動，軸帶動其上的卷筒轉動進而帶動其上鋼絲繩在卷筒上卷繞帶動滑車上升。當停止上升時，離合器螺母處于擰緊狀態(tài)，彈簧的壓緊使摩擦片和棘輪始終壓緊在一起，棘爪止住棘輪反轉，從而使重物停在高處。當貨物下降時，轉動手柄使離合器螺母處于擰松狀態(tài)從而摩擦片和棘輪松開，在重物自重的作用下下降。離合器螺母的擰緊或擰松是通過與手柄連在一起的法蘭的轉動而實現(xiàn)的。這是此次設計的一大創(chuàng)新點。 3.4課題研究工作的技術路線 課題研究工作的技術路線分為計劃階段、方案設計階段、技術設計階段和技術文件的編制階段四個階段。 計劃階段：提出任務→分析對機器的需求→確定任務要求。計劃階段的目標是設計任務書。 方案設計階段：機器功能分析→提出可能的解決方案→組合幾種可能的方案→評價→決策—選定方案。方案設計階段的目標是提出原理性的設計方案—原理圖或機構運動簡圖。 技術設計階段：明確構形要求→結構化→選擇材料、決定尺寸→評價→決策—確定結構形狀及尺寸→零件設計→部件設計→總體設計。技術設計階段的目標是總體設計草圖及部件裝配草圖并繪制出零件圖、部件圖及總裝圖。 技術文件的編制階段：編制技術文件。技術文件的編制階段的目標是編制設計計算說明書、使用說明書、標準明細表、其他技術文件等。 3.5預期成果 了解手動叉車的功能、結構、性能；設計出機械裝置，給出關鍵件的零件圖及裝配總圖，并對該設計裝置進行分析計算。通過4000字以上的開題報告一份，4000以上的文獻綜述一篇，外文翻譯兩篇，8000字以上的論文，手動叉車的設計總裝圖、相關具體零件圖，三維總裝圖來呈現(xiàn)成果。 4 課題計劃進度 時間 完成的主要工作 2011．11．10—2011．12．15 文獻綜述、譯文、開題報告 2011．12．16—2012．03．01 原理方案設計 2012．03．02—2012．03．25 總裝配草圖繪制 2012．03．26—2012．04．26 零件圖設計 2012．04．27—2012．05．05 總裝配圖設計 2012．05．06—2012．05．31 寫設計說明書 2012．06．01—2012．06．4 畢業(yè)設計答辯準備 參 考 文 獻 【1】胡星曄.基于SolidWorks的叉車裝配設計與負載模擬仿真.科教文匯(上旬刊).2011年06期 【2】陶元芳，衛(wèi)良保.叉車構造與設計.機械工業(yè)出版社 【3】臧傳民，李淼.叉車用玻璃搬運器.工程機械.2010年02期 【4】Jim L.Ladd.manual forklift apparatus and methods.Sep,9,2010 【5】沈寶龍,姚映林.李真健,余躍軍.手動叉車. 1999.8.17 【6】Robert David Hutchinson.a portable hydraulic forklift attachment for a pallet truck.Sep,1,1994 【7】劉鐵兒.一種手動叉車.1989.10.17 【8】機械工業(yè)部起重運輸機械研究所.集裝單元化搬運機具圖冊.機械工業(yè)出版社 【9】姚振綱.國內叉車市場現(xiàn)狀及產(chǎn)品發(fā)展趨勢分析.商業(yè)經(jīng)濟.2010年第6期 【10】劉建國.淺談叉車技術的發(fā)展趨勢.科技信息.2011年第19期 【11】肖永清.叉車技術的發(fā)展趨勢.港口裝卸.2007年第2期 【12】周峻，田紅周，陳先成.某型叉車懸置支架的剛度分析.機械工程師.2011年第08期 【13】羅東海，吳振光.中國叉車行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢（下）.交通世界.2004年1期 【14】劉衛(wèi).叉車在冷鏈企業(yè)的運用.物流技術與應用.2011年09期 【15】西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室.機械設計.高等教育出版社