1、 CPD50AC 蓄电池平衡重叉车 设计计算书 编制：审核：批准：第一章 总体计算 1.1 主要性能和尺寸参数 额定起重量 Kg 5000 载荷中心距 mm 500 门架倾角（前/后）5/10 最大起升高度 mm 3000 自由提升高度 mm 155 整车长度 mm 3863 整车宽度 mm 1495 整车高度 mm 2265 最小离地间隙 mm 154 转弯半径 mm 2557 轴距 mm 1800 轮距 前/后 mm 1240/1050 满载 280 起升速度 mm/s 空载 420 满载 13.5 行走速度 Km/h 空载 14.5 满载 20 最大爬坡度%空载 20 自重 Kg 721
2、2 前轮 250-15 轮胎 后轮 21*8-9 1.2 稳定性计算 1.2.1 叉车自重估算 在初步设计阶段，为了计算电机功率，校核稳定性，选择轮胎，必须对叉车的自重进行估算。据叉车推荐公式 G=Q（1.4R+C）/L（XX）+X/（XX）式中 G叉车自重 Q额定起重量，Q=5000kg C载荷中心距，C=500mm L轴距，L=1800mm R前轮自由半径 R=367.5mm X满载后桥轴荷系数 X=0.12 X空载后桥轴荷系数 X=0.58 代入上式 得到 G=1.5Q=7500kg 参照国内外同类产品参数，初定自重为 7600 kg 1.2.2 部件重量、重心及平衡力矩估算 说明：A门
3、架垂直最大起升 B门架后倾，货叉离地 300mm C后倾最大起升 1.2.2.1 满载堆垛时的纵向稳定性计算 工况：叉车在水平路面上，门架垂直，额定起重量位于规定的荷载中心，起升到最大起升高度（见图 1）e1=(G0*x0-Q*a1)/(G0+Q)h g1=(G0*y0+Q*H1)/(G0+Q)i=e1/hg10.04 计算结果如下 结论：本工况下,叉车纵向稳定性满足要求,能保持稳定 1.2.2.2 叉车满载运行时的纵向稳定性 工况：满载货叉起升 300mm,门架后倾最大,在水平路面上以最高速度行驶,进行紧急制动 (见图 2)图 2 G0(kg)Q(kg)x0（m）y0（m）a1（m）H1（m
4、）e1（m）h g1（m）i 7600 5000 0.871 0.61 0.96 3.5 0.182 1.7 0.107 e2=(G0*x0-Q*a2)/(G0+Q)h g2=(G0*y0+Q*h2)/(G0+Q)i2=e2/hg20.18 计算结果如下 G0(kg)Q(kg)x0（m）y0（m）a2（m）H2（m）e2（m）h g2（m）i2 760 5000 0.871 0.61 0.96 0.8 0.182 0.49 0.37 结论：本工况下，叉车纵向稳定性满足要求，能保持稳定。1.2.2.3 满载堆垛时的横向稳定性计算 工况：叉车货叉最大起升高度，门架后倾最大，叉车在水平路面上低速转弯
5、，接近货垛（见图 3）ex1=(L-e3)cosr e3=(G0*x0-Q*a3)/(G0+Q)hg3=(G0*yo+Q*H3)/(G0+Q)i3=ex1/hg30.06 计算结果如下 G0 Q x0 y0 a3 h3 ex1 r h g3 e3 i3 7600 5000 0.871 0.61 0.447 2.867 0.367 72.85 1.458 0.375 0.25 结论：本工况下，叉车横向稳定性满足要求，能保持稳定 1.2.2.4 叉车空载运行时的横向稳定性 工况：空载货叉起升至 300，门架最大后倾，在水平路面以上最大速度行驶，急转弯 e4=(Lx0)cosr h g4=y0 i4
6、=e4/hg4(15+1.1V)%=31.5%计算结果如下 x0（m）y0（m）L（m）V(Km/h)r（）e4（m）hg4（m）i4 0.871 0.61 1.62 12 72.85 0.22 0.61 0.36 结论：本工况下，叉车横向稳定性满足要求，能保持稳定 1.2.2.5 轴荷分配计算 A 空载 T1=G（L-L0）/L =7600*（1.62-0.871）/1.62 =3513.8 T2=7600-3513.8=3076.2kg B 满载 T1=5000*（0.871+1.6）+12600*（1.6-0.871）/1.6 =10899 T2=12600-10899=1701 轴荷分
7、配系数计算 空载&1=3813.8/7600=50.2%&2=3076.2/7600=49.8%满载&1=10899/12600=86.5%&2=1078/12600=13.5%1.2.3 轮胎选择 估算前后轮最大静负荷 N1和 N2 前轮 N1=0.865（G+Q）/n=0.865(7600+5000)/2=5450 后轮 N2=0.538G/2=6778 根据 GB29822001工业轮胎系列初选前轮为 250-15 后轮为 21*8-9 1.2.4 电机选择 G=7600 Q=5000 最大行驶速度为 12km/h 机械传动效率=0.9 1.2.4.1 该车辆行驶速度最大为 12KM/H
8、,所以只考虑道路阻力即可，所需电机净功率 1.2.4.1.1 空载平路行驶 A，在良好的沥青，水泥路面上行驶 取滚动阻力系数 f=0.02,则道路阻力为 F1=G*f*9.8=1489.6N B,在碎石或硬土路面上行驶 取 f=0.03 F2=2234.5N 1.2.4.1.2 满载平路上行驶 F3=（G+Q）f*9.8=2469.6N 1.2.4.1.3 坡道阻力 取 f=0.02 F4=（G+Q）*Sin*9.8=24216.5N 考虑到叉车坡道满载行驶，则总阻力为 F=F1+F4=25706.2N 叉车坡道行驶速度按 2.5Km/h,传动比为 26.05，传动效率 0.9 则功率要求为
9、P=n*TM/9550=(512*282)/9550/0.9=21.6kw 由以上三种情况计算得知,满载爬坡时消耗功率最大,故以此作为选择电机的依据。根据国内电机配套情况及该叉车结构选用常州华盛电机 XYDB(F)-11-1H。其参数为 标定功率 11Kw 标定转速为 2200 rpm 额定扭矩为 38.5 Nm 1.3 液压系统工作油泵驱动功率计算 该叉车液压系统采用油泵低速运转.油泵选用DSG05A18F9H-R270T，其参数为 排量 25ml/rpm 最高转速 3000 rpm 最低转速 500 rpm 额定压力 20 Mp 容积效率 0.9 校核流量要求,起升速度 280mm/min
10、,油缸直径 56 Q=（28*3.14）*(280*60)=41.3L/min 工作压力 16.9MPa，计算见门架及液压系统 泵的输入功率 P=Q*P/612*t=42*169/612*0.8=14.5kw 选用辽源汇丰 XQD-10-3H-1 电机，其参数为 标定功率 13.5Kw 标定转速为 2000 rpm 额定扭矩为 64 Nm 1.4 叉车传动系速比的确定 1.4.1 电机和轮胎已选定，可按标定的最高车速，确定减速箱的传动比。i=2731/113=24.17 根据国内配套情况现初步选定为 26.05 第二章 门架及液压系统计算 2.1 门架系统的强度和钢度计算 2.1.1 货叉计算
11、 货叉参数为 载荷中心距 c=500mm 货叉长度 L=1070 mm 截面为 a*b=125 mm*50 mm 支点中心距 d=409 mm 外延伸 e=74 mm 材料为 40Cr(Cs=5500kg/cm2)A，强度计算 载荷 P=K1*K2*Q/2 其中 K1=1.2 动载荷系数 K2=1.3 货叉偏载系数 P=1.2*1.3*5000/2=2340Kg=22932N =w+1=Mmax/W+P/F =Pc/W+P/F =Pc/（1/6）*a*a*b+p/a*b =28736N/2 安全系数 n=CS/=5500*9.8/28736=1.91.6 结论：强度条件满足 其中 E=2.1*
12、106 Kg/2 f=1.7f=L/50=105/50=2.1 结论：刚度条件满足 2.1.2 链条选用 链条承受的最大静载荷 S=Q/2=2500 链条破断载荷 P=S*n n安全系数，叉车规定 n5 P=2500*5=12500 选用 ISO 链条 LH1623 片式链P=845000N PP 结论：满足使用条件 =37776N P2=P1-（Q+G）*Sin6=37006 N B，叉车满载，门架垂直，最远一对滚轮接触偏载荷，动载荷 链条拉力 F=（P+G）*K1 =（2500+240）*1.2 =2088 Kg P1=（2500*1.2*1.3*65.1+240*1.2*12.5+240
13、*1.2*8）*9.8/48 =32306N P2=P1=32306N 2.1.3.2 滑架侧向滚轮计算 G=（P1P2）*45.9/47.6 P1=2500*1.2*1.3=2340 Kg P2=（5000-2500*1.3）*1.2*9.8=12348N G=（2340*9.8-12348）*45.9/47.6 =10206N轴承静载荷 17738N 结论：满足要求 2.1.3.3 内门架强度校核 计算工况：最大起升高度，前倾 5，满载计算滚轮压力 P1=（2500*Cos5*65.1+2500*Sin5*41.3+240*Cos5*12.5+2134.4*8）9.8/35 =34621N
14、 P2=34621-（2500+240）*Sin5 =34439N P4=（3462.1+2134.4）*155.3-3443.9*120.3/48 2.1.3.3 内门架强度校核 计算工况：最大起升高度，前倾 6，满载计算滚轮压力 P1=（2500*Cos6*65.1+2500*Sin6*41.3+240*Cos6*12.5+2134.4*8）9.8/35 =34621N P2=34621-（2500+240）*Sin6 =9476 P3=9476+3462.1-3443.9 =2570 2.2 油缸计算 2.2.1 提升缸计算 A，油缸载荷计算 作用在油缸上的力 P=S1+S2+P n 其
15、中：S1 链条活动分支拉力 S2链条固定分支拉力 P n内门架重及门架滚轮摩擦力 f=0.002（滚轮与内门架的摩擦系数 S1=2500+240+3462.1*0.002+3443.9*0.002+1191*0.002 =1756 Kg S2=S1/0.95=2002 Kg P n=80+0.002*（2570+9476+1591）=107 Kg P=1756+2002+107 =3865 Kg 初选油缸 缸径 D=56 活塞杆 d=40 油缸外径=70 则面积 S=D2/4=24.63 2 考虑联合操作超载 10%P=1.1P=4252 Kg 压力损失 10 kg/2 P=4252/24.6
16、3+10=183 kg/2 S1=Q+GX+P1*f+P2*f+Pf*f 其中 P1=34621N P2=34439N P3=2570 Kg P4=9476 Kg Pf=1591 Kg （侧向滚轮正压力）B，油缸稳定性计算 最大挠度 x 确定 x=E*J/(P/2)=2280*0.049*4/3865 =130 安全系数 n=2-4 2.2.2 倾斜油缸的计算 2.2.2.1 倾斜油缸的行程计算 tgEBC=EC/BE=219/570 EBC=21 BC=219/Sin21=611mm CAG=53.3 AC=535 BAF=68.9 AB=694.5 mm BAC=57.7 结论：稳定性通过
17、 C，活塞杆强度计算 因油缸中部有支撑，按 xL 计算 初始挠度=（1+2）L1*L2/2a*L =(0.015+0.018)*149.5*164.5/2*15*314 =0.086=P/S+P*+F(L1-a/2)W 按等截面杆计算稳定临界力 计算柔度：=149.5/1.002=1491=105 油缸主要受纵向稳定控制 稳定临界力 Pk=2*E*J1/(u*L)=11644Kg Pk/P=11644/4252=2.74 =4252/12.566+4252*0.086+50(149.5-15/2)/6.285 =1526 Kg/2=3600/1.4=2571 结论：强度满足要求 油缸的确定：D
18、=56mm d=40mm 行程为 1495 mm BAC=63.7 BAC=45.7 a=66.3 a=49.98 a-a=16.3 确定行程为 167 mm 2.2.2.2 倾斜油缸的计算 计算工况：额定起重量，最大起升高度位置门架前倾 6 初选杆径 d=40(D2-d2)*/(4*K)=F/P K=1.2(动载系数)P=175Kg/cm2(系统工作压力)F=3576 Kg D=64.4 mm 取 D=70 mm 活塞杆校核 d=40 mm =1200 Kg/cm2 d=4K*F/=21.3 mmd 符合要求 结论：强度满足要求 油缸的确定：D=70 mm d=40 mm 行程为 167 m
19、m 确定为：缸径 D=70 mm 杆径 d=50 mm 行程 160 mm 2.4 液压元件的计算 2.4.1 流量 2.3 转向油缸的计算 转向油缸的工作压力为 9 MPa，受力状况较好，不作详细计算 2.4.1.1 升降油缸 Q 根据油缸系列标准，确定为 D=56 Q=2400*2*3.14*5.6*5.6/2*4 =59.1 1/min 2.4.1.2 转向油缸流量 Q 转向时间为 3 秒 V=3.14*D2*L/4=0.314 升 Q=0.314*60/3*0.8 =7.85 1/min F=P/2=4073 kg P=F/S=157 MPa 2.4.2.3 转向油缸 转向额定压力很小
20、，这里不作计算。2.4.2 工作压力 P 2.4.2.1 升降油缸 以超载 25%计算 F=3000*125%*2/0.9=8333 P=F/2S=169MPa 符合要求 2.4.2.2 倾斜油缸 F*65=3000*125%*Sin6*316+3000*125%*Cos6*97.5+860*Sin6*230+860*Cos6*25 F=8146kg 第三章 传动系统计算 3.1 驱动桥桥壳与半轴计算 依据厂家提供的图纸，危险断面在制动鼓两支承轴承处和与门架固定点 3.1.1 计算危险断面的抗弯模量 W1=3.14*（D4-d4）/（32*D）=33.2106 W2=83.6106 3.2 按
21、四种工况进行强度校核 A，叉车满载状态以最大牵引力倒退起步，此时桥体受到垂直和水平两个方向的弯矩 满载时前轮 G1=（L-L1）*G*9.8/L =（1700-200）*（5000+4358）*9.8/1700 =63615N 垂直弯矩 M1=63615*1.22*0.073/2 =3344Nm M2=63615*1.22*0.18/2 =8244 Nm 水平弯矩 M1=0.7*14*9.8*6.182*2.1*3.253*0.9*0.073/0.335 =795 Nm M2=0.7*14*9.8*6.182*2.1*3.253*0.9*0.18/0.335 =1961 Nm 断面的弯矩 M1
22、=G1（*r-b）=63615(0.335-0.073)=16666 Nm=M1/W1 =502N/mm2 应力 =M/W 断面的剪切应力=S2/F=216524/F =88.3N/mm2 合成应力=517.3N/mm2 合成弯矩 M1=3374 Nm M2=8340 Nm 1=101.6 N/mm2 2=100.2 N/mm2 B，叉车满载紧急制动 从桥体结构形式所知，其制动力矩将通过支承板传给车架，桥壳本身不受扭 垂直弯矩和第一种工况一样。M1=3288 Nm M2=8107 Nm 水平弯矩 M1=G1*b/2=63615*0.7*0.073/2 =1625 Nm M2=4007 Nm 合
23、成弯矩 M1=3660 Nm S1=152909N S2=216524N D，在不平路面上行驶 M2=9040 Nm 应力 1=112 N/mm2 2=110N/mm2 C，叉车满载转弯处侧滑的临界状态，此时全部前轮压由外侧车轮支承，横向力最大，危险断 面在轮毂内轴承一侧。车轮轴承受到的径向力为 M1=63615*1.2*2.5*0.073/2 =6965N M2=17175N 应力 1=209 N/mm2 2=206 N/mm2 以上四种工况，已满载侧滑时达到最大 =516.4 N/mm2 驱动桥材料采用球墨铸铁 =588 N/mm2 结论：通过计算，符合强度要求 3.3 半轴强度计算 半轴
24、结构采用全浮式，故只考虑受扭状态 根据叉车提供的公式，只按两种情况进行计算，并以较小者为计算依据。3.3.1 半轴扭转应力计算 按电机最大扭矩进行计算 M=0.6*Me*i*i*=0.6*14.5*6.182*3.253*2.1*0.9 =3240.6Nm 按最大附着力计算 M=62561*0.335*0.7/2 =7335 Nm 取两者较小者为计算依据，则=3240.6/（3.14*0.042*0.042*0.042/16）=223 N/mm2 半轴采用 40Cr(35CrMnSi)据汽车设计推荐=500600 N/mm2故可通过 3.3.2 半轴花键挤压应力计算=M/（*Z*F*Rm）=3
25、240.6/(0.8*16*0.0001612*0.04185)=37 N/mm2 据汽车设计推荐,=200 N/mm2 因而可通过 3.3.3 半轴花键剪切应力计算=3240.6/（16*0.62*0.0432*0.04185）=54 N/mm2=72.5 N/mm2 可通过 3.3.4 半轴刚度计算=M/E*F 其中 E=80*109 N/m2（剪切弹性模量）J=3.14 d4/32（惯性矩）=7.6 度/m 3.3.5 半轴连接螺栓计算 螺栓为 M12，分布园直径 D=158 mm，材料 35 调质=（3240.6*2/0.158）/10*0.81=50.6 N/mm2 35 钢经调质处
26、理后=300 N/mm2，当安全系数 2 时，=150 N/mm2，而=0.50.6，故螺栓强度可通过。3.3.6 轴承寿命计算 驱动桥采用两个相同的轴承 轴承型号为 7815 C=15000Kg e=0.33 Y=2 计算径向负荷 S1=63615*43/70*2 =19539N 轴向负荷 S1=19539/2*2 =4885N S1/S1=4885/19539 =0.25e=0.33 P=S1=19539N ff=1.8 ft=1 根据公式 c=P*fh*ff/fn*ft fh=2.64 查表得轴承寿命为 Ln=12000 小时 3.4 制动器计算 3.4.1 叉车所需制动力矩计算 根据叉
27、车标准，进行制动距离修正 S=4*92/102=3.24 m S=8*18.52/202=6.8 m 3.4.1.1 正常制动力矩 满载 M=（3000+4358）*92*0.335/2*3.24*3.62 =2377 Nm 空载 M=2835 Nm 3.4.1.2 紧急制动力矩 叉车满载状态，速度为 8Km/h 时，制动距离为 1.42m 时不应向前倾翻，称为紧急制动。S=1.42*92/82 =1.8m M=7358*92*0.335/2*1.8*3.62=4280Nm 3.4.1.3 最大制动力矩 M=0.9*7358*1.2*0.7*0.335*9.8 =18261Nm 3.4.1.4
28、 制动器所能产生的力矩 根据叉车标准和叉车稳定性试验规定，制动器蹄端推力只要能满足空载和紧急制动状况即可 选用国内成熟的配套，这里不作详细的计算 3.4.2 制动性能计算 3.4.2.1 制动器产生的力矩 d=22mm（初选总泵活塞直径）d=28mm（初选分泵活塞直径）P=290N（初选制动踏板力）i=6.5（初选制动操纵杠杆比）M=290*6.5*0.85*282*1.166/222 =3026Nm2835 Nm空载正常制动力矩 满足要求 3.4.2.2 制动距离验算 S=4358*18.52*0.335/2*3.62*2960 =6.48m6.8 m 结论：符合要求 3.5 手制动计算 3
29、.5.1 手制动操纵杠杆比 i 选用闸把部分 i1=200/45=4.4 制动器部分 i2=178/36=4.9 i=21.56 3.5.2 蹄端力推 P F=295N（初定闸把力）满载=8.53 空载 P=295*21.56*0.9 =5724N P=5724*（60+118）/（90+118）=4898N 3.5.3 手制动产生的力矩 M=0.583*4898 =2855.8 Nm 3.5.4 手制动性能验算 叉车标准规定，叉车手制动应符合叉车满载时在 15%坡道上驻车，空载在 20%坡道上驻车。3.5.4.1 求坡道角=11.31 3.5.4.2 计算坡道停车时所需制动力矩 满载 M=7
30、358*（0.335*Sin8.53-0.02*Cos8.53）=2156 Nm2855.8 Nm（手制动产生的力矩）空载 M=1240.9 Nm 2855.8 Nm（手制动产生的力矩）结论：计算结果表明，手制动系统能够满足叉车标准规定的坡道停车要求 第四章第四章 转向系统的计算转向系统的计算 4.1 转向系统计算 采用横置油缸全液压系统，其参数为 轮距 L=1050 mm 主销距 M=808 mm 空载桥荷 G=2678kg 后桥轮轴离地高度 K=281 mm 转向轮胎 21*8-9 转向轮轮缘宽度 b=203mm 转向轮滚动半径 r=220 mm 的 4.2 转向梯形机构校核 4.2.1 理论转角关系 叉车转向时，内外轮转角间的理论关系是 Ctg-Ctg=M/L 内外轮转角定为 54、78 额定压力 p=9 MPa 4.3 转向油缸选用双作用活塞式横置油缸，参数定为 缸径 D=70mm 杆径 d=50mm 行程 L=160mm 4.4 转向器采用摆线式全液压型转向器，型号定为 BZZ5100（锥口密封）第五章 电气部分 编制：审核：
