基于roE的叉车纸箱夹仿真与研究机械工程学院.doc

1、 目录1概况及现状分析41.1叉车简介41.2叉车纸箱夹简介41.3设计目标42总体设计思路52.1液压油缸设计62.1.1主要设计参数：62.1.2主液压缸额定压力计算62.1.3主液压缸缸筒内径（缸径）计算62.1.4缸壁壁厚的计算62.1.5流量的计算72.1.6最小导向长度的确定72.2主要零部件设计与校核82.2.1缸筒的设计82.2.2缸筒材料82.2.3活塞设计82.2.4活塞的密封92.2.5活塞杆杆体的选择92.2.6活塞杆材料92.2.7活塞杆强度的校核92.2.8液压缸稳定性校核102.2.9活塞杆的导向、密封和防尘102.3液压油路设计113夹臂设计113.1滑动杆设计

2、113.2夹臂设计123.2.1夹臂板外形尺寸设计123.2.2夹臂板分析校核133.3夹板设计143.4底座设计143.5润滑方式选择15结 论17致谢18参 考 文 献19Simulation and Research on Forklift Carton Folder20Abstract20Keywords: Forklift,Carton Folder,PROE20附件：总体装配图基于PROE的叉车纸箱夹仿真与研究摘 要：近年来，叉车行业有着突飞猛进的发展，从工程机械行业的新宠发展成为中国工程机械市场中举足轻重的机型。随着我国经济建设的发展，对其需求量越来越大，对其性能的要求也越来越高

3、。由于一般平衡重叉车的基本型工作装置均固定货叉，提升门架组成，主要是完成对托盘货物装卸作业，不能对没有托盘的方形货物快速抓夹装卸等工况进行有效作业，本纸箱夹能有效的减轻人力装卸车的劳动强度、人身的安全隐患和增加效率5-10倍。本次设计主要通过PROE进行建模设计。关键词：叉车属具 纸箱夹 夹臂 PROE 引言纸箱夹是一种常见的叉车属具，具有结构简单搬运方便等特点。在如今物流业快速发展的时代发挥了重要作用。PROE因其功能强大且操作简便而广泛应用于机械设计中，PROE第一个提出参数化设计的概念参数化设计是Revit Building的一个重要思想，它分为两个部分：参数化图元和参数化修改引擎。Re

4、vit Building中的图元都是以构件的形式出现，这些构件之间的不同，是通过参数的调整反映出来的，参数保存了图元作为数字化建筑构件的所有信息。1概况及现状分析 从第二次世界大战美国克拉克公司制造出第一台用于搬运军火的叉车以来，叉车行业得到迅速发展，为适应更多的工作要求，各种叉车属具也相应的得到重视。纸箱夹作为一种搬运纸箱类包装货物的叉车属具，广泛地应用于各大工厂。随着经济的发展，人们对物流的要求越来越高，对纸箱夹的需求量也越来越大。1.1叉车简介叉车是指对成件托盘货物进行装卸、堆垛和短距离运输、重物搬运作业的各种轮式搬运车辆，国际标准化组织ISO/TC110称为工业车辆，属于物料搬运机械，

5、广泛应用于车站、港口、机场、工厂、仓库等各国民经济部门，是机械化装卸、堆垛和短距离运输的高效设备。自行式叉车出现于1917年。第二次世界大战期间，叉车得到发展。中国从20世纪50年代初开始制造叉车。大连叉车总厂于1958年生产制造了中国第一台5T内燃叉车，命名“W5-卫星号” 。一九五九年十月一日，为庆祝建国十周年，中国第一台5吨内燃叉车作为中国机械工业的新产品，随国庆游行队伍通过天安门广场，向国庆十周年献礼，向党和国家领导人报捷。中国第一台内燃叉车的诞生，在中国叉车制造史这张白纸上画下了重重的一笔，大连叉车成为中国叉车的鼻祖并由此开创了中国叉车制造业史。1.2叉车纸箱夹简介为了让叉车适应多种

6、工况的需要，提高叉车工作效率及其安全性能，同时又能大大降低其破损的一个重要手段，就是叉车配装属具。例如：使用纸卷夹搬运纸卷，可以大大降低、避免纸卷的破损，如果使用不带纸卷夹的叉车，纸卷的破损率为15%,对于用纸量大、纸质量高的包装企业，只需在较短时间内就可以收回属具投资，此后所避免的15%破损率可大大降低企业生产成本;调节叉的使用，使司机在座位上就可按需要通过操纵手柄来调节叉距，即提高工作效率，降低劳动强度，又避免了调节时托盘的破损和手指的损伤;用推拉器进行物料的搬运，用一张滑板替代托盘，成本低廉，又节省了托盘的维修、堆垛的费用，特别是再集装箱和车厢内堆放货物，更有效地节省了堆垛空间，由此可见

7、叉车属具对于充分发挥叉车功能所起的重要作用。叉车纸箱夹是叉车属具的一种，其对纸箱包装类产品的搬运有方便快捷的优势，主要用于通过液压油缸控制左右夹板对纸箱进行持夹搬运操作，其主要零部件有底座、夹臂、液压油缸及夹板等组成。可以根据不同的工作需求调整油压及更换夹板。1.3设计目标工作对象：海尔包装箱尺寸：重量： 包装纸箱侧面抗压强度：叉车型号：额定载荷：门架类型：二级宽视野门架一次搬运数量：4个即总重量：单面接触面积：2总体设计思路根据工作对象的大小制定适合的夹板，设计合适的液压油缸以及夹臂跟底座。由于叉车本身带有液压齿轮泵，所以只需在其基础上多加一片控制纸箱夹夹臂运动的多路阀及压力调节装置即可。纸

8、箱夹整体模型如图2.1图 2.1 纸箱夹整体设计图夹板安装在夹臂上，夹臂跟底座通过滑动槽连接，可以水平移动，油缸的活塞杆通过销连接在夹臂上，为夹臂的工作提供动力。作为持夹的面板使用橡胶夹板，纸箱外侧为复合膜，与橡胶夹板摩擦系数， 设所需持夹压力为； 为保证持夹稳定，取 纸箱侧面承压为所以不会压溃纸箱.2.1液压油缸设计由于液压油缸需要提供夹臂往复运动的力，我们采用双作用单杆活塞式液压缸。2.1.1主要设计参数：驱动的外负载：F=350（N)液压缸最大伸出速度：=4 (m/min)液压缸最大行程：L =500 (mm)2.1.2主液压缸额定压力计算 根据液压缸的负载，额定压力可按下列公式初步计算

9、：液压缸额定压力： (2-1) 最高允许压力Pmax：也是动态实验压力，是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。 (2-2)2.1.3主液压缸缸筒内径（缸径）计算 根据液压缸的供油压力和负载，缸筒内径D可按下列公式初步计算：液压缸负载为推力： (2-3) 式中：F为液压缸实际使用推力，单位为N P为液压缸的供油压力，一般为系统压力。根据题目要求，取F为350N，为0.65，为0.8，P为16Mpa并代入公式 则又依据手册（GB2348-80)对其进行圆整，取D=40mm2.1.4缸壁壁厚的计算 先暂取/D=0.08-0.3,即则可按下列公式计算 (2-4)式中：D为缸筒内径（m） 为缸筒的最高允许压

10、力（MPa）为缸筒材料的许用应力（MPa）由于采用无缝钢管做缸筒（见结构设计部分），查手册有=100-110MPa,取=110MPa，代入上面公式则 由结果可知在所假设的范围内圆整，取为2mm。活塞杆直径的计算 (2-5)根据GB/T2346-1993，取标准d顶=30mm2.1.5流量的计算液压缸流量根据下式计算：设计初定活塞的平均速度：当活塞杆外推时V=2.4m/min而活塞的面积： 容积效率：取=1 根据公式得到活塞杆外推时的流量： =L/min (2-6) 2.1.6最小导向长度的确定 当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离 H称为最小导向长度。 如果导向长度过

11、小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。 对一般的液压缸，最小导向长度 H应满足以下要求 式中L 液压缸的最大行程； D 液压缸的内径。 故确定液压缸的导向长度 活塞的宽度B一般取 故确定活塞宽度 缸盖滑动支承面的长度 当D80 mm时，取。 故确定缸盖滑动支承面的长度 为保证最小导向长度 H，若过分增大和B都是不适宜的，在缸盖与活塞之间增加一隔套 K来增加H的值。隔套的长度 C由最小导向长度H决定，即 (2-7)2.2主要零部件设计与校核2.2.1缸筒的设计 缸筒的结构与端盖的连接形式、液压缸的用途、工作压力、使用环境以及安

12、装要求等因素有关。端盖分为前端盖和后端盖。前端盖将液压缸的活塞杠（柱塞）腔封闭，并起这位活塞杆导向、防尘和密封的作用。后端盖将缸筒内腔一端封闭，并常常起着将液压缸与其他机构件连接的作用。 缸筒与端盖的连接选用内螺纹形式，该形式体积小，重量轻，结构紧凑。2.2.2缸筒材料缸筒的材料，一般要求有足够的强度和冲击韧性。目前，普遍采用的缸筒的材料是热轧或冷拔无缝钢管。由于缸壁较薄，钢筒直径较小，故采用冷拔无缝钢管，采用通用材料为45钢。 查表可以得到： 缸筒材料的屈服强度=484MP； 缸筒材料的抗拉强度=610MP； 现在利用屈服强度来引申出： 选取安全系数n=3.6，则缸筒材料的许用应力=/n=4

13、84/4=121MPa。 缸筒壁厚验算 液压缸的额定压力 (2-8)式中：D1为缸筒外径且： D为缸筒内径（mm）D为40mm，D1为45mm，将数值代入公式可得 符合要求。2.2.3活塞设计活塞的材料由于缸径较小，故选用45钢。活塞结构的设计 活塞根据压力、速度、温度等工作条件来选用密封件的型式，而选定的密封件型式决定了活塞的结构型式。常见的活塞结构型式分活塞分为整体式和组合式，组合式制作和使用比较复杂，又因密封件的安装要求不是很高，而且缸径较小，故采用整体式活塞的结构型式，其密封件和导向环分槽安装。形式如图2.2 图2.2 活塞密封环安装图 活塞的宽度一般由密封件、导向环的安装沟槽尺寸来决

14、定，本课题，依据结构要求与密封件与导向件的结构，取活塞宽度B为40mm2.2.4活塞的密封活塞的密封选用准则取决于压力、速度、温度和工作介质等因素。选用应用广泛的O型密封圈，由于工作压力大于10MPa，为防止密封圈被挤入间隙而损坏，故选用为副密封件为聚四氟乙烯（PTFE）的挡圈与主密封件组合在一起使用。这种组合式密封圈显著地提高了密封性能，降低了摩擦阻力，无爬行现象，具有良好的动态及静态密封性，耐磨损，使用寿命长、安装沟槽简单、装坼方便。2.2.5活塞杆杆体的选择活塞杆的杆体分为实心杆和空心杆。空心杆多用于d/D比值较大或杆体内有位置传感器等场合。而实心杆加工简单，采用较多， 故选用实心杆。活

15、塞杆的外端是液压缸用以与负载连接的部位，可根据液压缸的安装连接形式有多种结构形式。本课题因液压缸垂直安装且活塞杆下端要装压板，为方便连接，活塞杆外端采用外螺纹（带肩）形式。其外螺纹根据国家标准GB2350-80可选取M451.5。2.2.6活塞杆材料 因为没有特殊要求，所以选用45号钢作为活塞杆的材料，本次设计中活塞杆只承受压应力，所以不用调制处理，但进行淬火处理是必要的，淬火深度可以在0.51mm左右。 安装活塞的轴颈和外圆的同轴度公差不大于0.01mm，保证活塞杆外圆和活塞外圆的同轴度，避免活塞与缸筒、活塞杆和导向的卡滞现象。安装活塞的轴间端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于0.04mm/1

16、00mm，保证活塞安装不产生歪斜。活塞杆外圆粗糙度选择为0.3因为是运行在低载荷情况下，所以省去了表面处理。2.2.7活塞杆强度的校核 由设计要求有液压缸最大行程L=500mm 已设计活塞杆直径为d=50mm查手册有校核公式为 (2-8)则而活塞杆的最小直径为45mm所以活塞杆满足强度要求2.2.8液压缸稳定性校核 假设液压缸只承受轴向载荷，则它所承受的力F不能超过使它保持稳定工作所允许的临界负载,以免发生纵向弯曲，破坏液压缸正常工作。的值与活塞杆的材料性质、截面形状、直径和长度以及液压缸的安装方式等因素有关。校核公式为： (2-9) （式中为安全系数，取3）查相关手册别结合以设计数据，取=则

17、所以液压缸的稳定性满足要求。2.2.9活塞杆的导向、密封和防尘导向环：在液压缸的前端盖内，有对活塞杆导向的内孔,在这对内孔中装导向环。本设计选择非金属导向环，用高强度塑料制成，这种导向环的优点是摩擦阻力小、耐磨、使用寿命长、装导向环的沟槽加工简单，并且磨损后导向环易于更换。 防尘：使用DH防尘圈，材料是聚氨酯，既有防尘作用，又有润滑作用。 缓冲装置 由设计要求选择的缓冲装置为杆头缓冲，缓冲由杆头和缸底部端盖共同作用。 排气装置 液压缸为双作用，故需要两个排气孔，分别设置在缸的两端。均取M16的排气阀，具体尺寸见装配图。 液压缸的安装 由设计要求有安装方式为底座安装，查相关手册，选具体安装方式为

18、底面脚架安装，安装图形如图2.3 图2.3液压油缸安装底座图2.3液压油路设计 根据设计需要，我们要设计一个可以同时控制两个液压油缸同步运动的液压油路 由于叉车本身具有液压油泵，只需在其基础上多加一片多路阀即可提供所需的供油需求。 采用限压阀控制油压，两个油缸并联工作，如图2.4图 2.4 液压油路简图 图中采用调压阀控制油路油压，确保夹臂获得足够的压紧力，同时又不至于过大而夹坏产品，采用三位四通阀控制油路，左边为夹紧油路，右边为松开油路，中间是保持油路。3夹臂设计3.1滑动杆设计滑动杆采用如图3.1所示的H型钢图3.1滑动杆 H型钢是由工字型钢优化发展而成的一种断面力学性能更为优良的经济型断

19、面钢材，尤其断面与英文字母“H”相同而得名。其特点如下： 翼缘宽，侧向刚度大。 抗弯能力强，比工字钢大约5%-10%。 翼缘两表面相互平行使得连接、加工、安装简便。 与焊接工字钢相比，成本低，精度高，残余应力小，无需昂贵的焊接材料和焊缝检测，节约钢结构制作成本30%左右。 相同截面负荷下热轧H钢结构比传统钢结构重量减轻15%-20%。 与砼结构相比，热轧H钢结构可增大6%的使用面积，而结构自重减轻20%一30%，减少结构设计内力。 HW3503501219型钢的抗弯模量W=2265cm，截面面积A=171.89 cm，惯性矩I=39637 cm4，E=210109。H型钢所有截面所受剪切力均为

20、G/8=4.65t，故所受切应力为：H型钢的最大弯曲应力发生在两支墩中间处，为: 将数据代入得 故满足强度要求。3.2夹臂设计3.2.1夹臂板外形尺寸设计 根据工作对象的尺寸，设计如图3.2a的夹臂板，用焊接的方法把滑杆跟油缸活塞连接部件。图3.2a 夹臂外形图3.2.2夹臂板分析校核夹臂板的主要受力有如图3.2b的板面压力以及受油缸活塞杆的拉力图3.2b 夹臂受力图 据分析，其应力集中主要在滑杆与板面焊接处和活塞杆连接部件焊接处，且为弯折应力。 夹臂采用45钢调质，性能为 其横截面惯矩；截面抵抗矩；故最大应力为： (3-1) 由于 181MPa307MPa，所以合格。 各折点处的折点力将面板

21、上的粘着力简化为作用于各折点处的折点力，计算如下： 在活塞连接处弯折应力为0.04kN/m,在材料许可范围内。 刚度验算： 符合要求。3.3夹板设计 夹板选择如图3.3方形夹板，内表面粘上橡胶摩擦片图3.3 纸箱夹夹板及摩擦橡胶 摩擦材料选择橡胶是一种弹性模量很低、粘弹性很高的材料，因此橡胶的摩擦具有不同于金属和一般聚合物的特征。橡胶与刚性表面在滑动接触界面上的相互作用力包括粘着和滞后两项，而其摩擦力也正是由这两部分组成：F = Fa+ Fh 式中Fa粘着摩擦力，Fh滞后摩擦力。选择普通氯丁橡胶其与纸箱综合摩擦系数为6.4，能满足工作需求。3.4底座设计根据夹臂跟油缸安装需求设计底座，如图3.

22、4图3.4 纸箱夹底座 上部分为安全护栏，防止纸箱往后倒压到驾驶员；板背部焊接安装耳，用于挂接在叉车上；两边各两个滑动槽，用于安装夹臂；中间安装液压缸。3.5润滑方式选择 滑动杆与槽之间是表面接触，且与空气直接接触，可以采用润滑脂润滑 润滑脂是用稠化剂稠化润滑油而制成，可以根据使用的需要，添加一种或多种添加剂，以改善润滑脂的极压抗磨性、抗氧化安定性、润滑性、抗水性等性能。 与润滑油相比，润滑脂有以下优点： a.与可比粘度的润滑油相比，润滑脂具有更高的承载能力和更好的阻尼减震能力； b.由于稠化剂结构体系的吸收作用，润滑脂具有较低的蒸发速度，因此在缺油润滑状态下，特别是在高温和长周期运行中，润滑

23、脂有更好的特性；c.由于稠化剂结构的毛细管作用下，与可比粘度的润滑油相比，润滑脂的基础油爬行倾向小； d.润滑脂能形成具有一定密封作用的脂圈，可防止固体或流体污染物的侵入，有利于在潮湿和多尘环境中使用； e.润滑脂能牢固地粘附在润滑表面上，即使在倾斜甚至垂直表面上也不流失。在外力作用下，它能发生形变，象油一样流动； f.用脂润滑可简化设备的设计与维护； g.由于润滑脂粘附性好，不易流失，所以在停机后再启动仍可保持满意的润滑状态； h.用脂润滑通常只需将少量润滑脂涂于润滑表面，因而可大大节约油品的需求量。表1 润滑脂特性及应用范围品种特性适用范围钙基润滑脂抗水性能好，耐热性能差，使用寿命短适用于

24、汽车轮毂轴承、底盘拉杆球节、水泵轴承、分电器凸轮等部位。钠基润滑脂耐热性能好，抗水性差，有较好的极压减磨性能，使用温度可达120适用于高速低负载轴承，不能再、在潮湿或者接触水部位使用。钙钠基润滑脂耐热性和抗水性介于钙基润滑脂和钠基润滑脂之间使用温度不高于100不宜低温环境使用，适用于不大潮湿环境下滚动轴承，如底盘、轮毂处的轴承。复合钙基润滑脂较好的机械安定性和胶体安定性，耐热性好。适用于较高温度及潮湿条件下润滑高负荷部件，如汽车轮毂轴承等处润滑，最高温度可达150左右。通用锂基润滑脂具有良好的抗水性，机械安定性，防锈性和氧化安定性。适用于-20至120范围下各机械设备滚动和滑动轴承的润滑。极压

25、锂基润滑脂具有极高极压抗磨性。适用于-30至120下高负荷机械设备的齿轮和轴承的润滑。石墨钙基润滑脂具有良好的抗水性和抗碾压性能。适用于重载荷，低转速和粗糙机械润滑汽车通用锂基润滑脂具有良好的机械安定性，胶体安定性防锈性、氧化安定性和抗水性。适用于-30至120下汽车发电机、轮毂等处的润滑极压复合锂基润滑脂良好的机械安定性及胶体安定性，极高极压抗磨性适用于冶金行业印染机、连铸机、烧结机等高温重载荷不见得润滑根据底座与夹臂滑杆的工作环境，我们选择石墨钙基润滑脂。结 论 本次设计分析了叉车纸箱夹的工作原理，通过工作对象选取并设计合适的油缸、夹臂等。在设计过程中分析并计算了大量数据，并利用PROE成

26、功绘制出叉车纸箱夹的模型及图纸。从叉车属具发展及现状分析，确定工作对象及工作方式，初步确定叉车纸箱夹的尺寸及结构形式，选取了双面夹抱式纸箱夹设计，为后面的计算及部件选取提供了理论基础。在计算中，首先确定工作压力以及工作范围，确定液压油缸的类型及尺寸，并进行计算、校核，再根据工作对象确定夹臂和夹板等其他部件的尺寸，并进行校核，看其是否满足要求。设计包括对液压油缸活塞及缸筒的设计校核，对夹臂的设计校核。具体计算了液压油缸活塞及缸筒、夹臂、底座等多个部件，完成了叉车纸箱夹的整体设计。致谢毕业设计作为大学四年里的最后一门课程，我在苑风霞老师的指导和帮助下完成了基于PEOE的叉车纸箱夹仿真与研究，通过本

27、次设计的锻炼，使我从中受益匪浅。了解到作为一名合格的设计人员实属不易。不仅需要具备较为全面的专业素质，还要具备吃苦耐劳，敢于创新等优秀品质。 在近四年的学习中，我们系统的学习了很多基础课，专业课和一些实践课程，而这次的毕业设计是一个必不可少的一个环节。它需要我们把四年的所学的知识回顾再加以综合运用，在认真学习和总结他人经验的基础上，充分发挥我们的创造力和动手能力。在本次设计的过程中，我得到了很大提升。在设计能力上有了很大提高。借助老师和图书馆的帮助，我的设计比较顺利的完成，由于缺乏经验，设计并不是很完善。在设计过程中也反映出很多问题，首先是设计经验十分不足，对于实际零件的要求和性能不甚了解，对

28、于设计流程也不熟悉。另外本次设计的图纸绘制主要基于PROE，在此过程中也多次遇到技术难题，使用制图软件不够熟练，日后我一定会好好学习，加强个人能力的培养。通过这次设计，自己平日的理论知识虽然仍没有真正应用于实际生产中，但利用毕业设计这个平台，使我充分认识到自己理论学习中的不足，熟悉了一些设计方法。这次毕业设计加强了我的绘图基本功的锻炼，很多知识重新学习和巩固，为我不久后走上工作岗位打下了基础。参 考 文 献1 陈奎生，液压与气压传动传动，武汉理工大学出版社，20012 成大先.机械设计手册（单行本.液压传动）.北京：化学工业出版社, 19983 宋学义.袖珍液压气动手册.北京：机械工业出版社，

29、19954 雷天觉.新编液压工程手册.北京：北京理工大学出版社19965 成大先. 机械设计手册(第三版). 北京: 化学工业出版社. 1997 6 机械设计手册M. 化学工业出版社. 1982 7 申永胜，机械原理教程，北京：清华大学出版社，2004 8 濮良贵、纪名刚，机械设计，北京: 高等教育出版社, 2001 Simulation and Research on Forklift Carton FolderAbstract In recent years, the forklift industry has developed by leaps and bounds, from the

30、 new darling of the development of construction machinery industry in Chinas construction machinery market pivotal models. With the development of Chinas economic construction, its demand is growing, its performance requirements are increasingly high. As the general counterbalanced forklift basic wo

31、rk units are fixed forks, masts, which mainly is to complete the loading and unloading pallets of goods, not the absence of a square tray loading and unloading cargo quickly gripper conditions for effective operation of the carton clip can effectively reduce the labor intensity of manpower loading and unloading trucks, personal security risks and increase the efficiency of 5-10 times. The design is modeled primarily through PROE design. Keywords: Forklift,Carton Folder,PROE