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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
開題報(bào)告
題目： 手動(dòng)叉車的設(shè)計(jì)
學(xué) 院： 機(jī) 械 學(xué) 院
專 業(yè)：機(jī)械工程及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 2008級(jí)01班
學(xué) 號(hào)： 200802070105
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)老師：
提交日期：
手動(dòng)叉車的設(shè)計(jì)
1 課題的背景及意義
叉車是指對(duì)成件托盤貨物進(jìn)行機(jī)械化裝卸、堆垛和短距離運(yùn)輸作業(yè)的各種輪式搬運(yùn)車[1]。由于操作方便、輕便靈活，叉車廣泛應(yīng)用于鐵路、港口、機(jī)場、貨場、集裝箱中轉(zhuǎn)站等倉儲(chǔ)場所[2]，特別是用于在倉庫中的短途負(fù)載運(yùn)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(yùn)設(shè)備中的主力軍[4]。
手動(dòng)叉車是一種用于原料和商品的高效流動(dòng)和組織的設(shè)備。它們使一個(gè)人能夠高質(zhì)量高速度提升運(yùn)輸自己不能獨(dú)自運(yùn)輸?shù)漠a(chǎn)品。此外，手動(dòng)叉車可以用最大限度地提高空間和時(shí)間使用的方式有序、可控地安置和存儲(chǔ)產(chǎn)品[5]。
國內(nèi)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(jì)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(nèi)燃叉車企業(yè)、約20家電動(dòng)車輛企業(yè)、30多家倉儲(chǔ)叉車和輕小型搬運(yùn)車輛企業(yè)和10多家獨(dú)、合資企業(yè)[6]。國內(nèi)叉車行業(yè)具有以下特點(diǎn)：產(chǎn)品系列發(fā)展比較全面；合、獨(dú)資企業(yè)大舉進(jìn)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(diǎn)：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(jī)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(nèi)看，叉車產(chǎn)品和叉車產(chǎn)業(yè)都處于成熟期；但從國內(nèi)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(shù)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(jì)環(huán)境下的產(chǎn)業(yè)自然調(diào)整仍處于初級(jí)階段、用戶使用意識(shí)和企業(yè)研發(fā)意識(shí)、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?yàn)楝F(xiàn)實(shí)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(shí)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(tái)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(dá)到一定規(guī)模的企業(yè)生存出現(xiàn)危機(jī)，從而導(dǎo)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(tái)，其中國內(nèi)銷售11l350臺(tái)，較2008年的107786臺(tái)增長3％，受國際金融危機(jī)影響，出口銷售比上年下降17.38％，為27558臺(tái)。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(duì)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(dòng)活躍。相對(duì)于其他大型機(jī)械行業(yè)，叉車行業(yè)產(chǎn)業(yè)集中度相對(duì)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(shí)，我國這個(gè)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(dòng)，一方面國內(nèi)廠家紛紛努力擴(kuò)大產(chǎn)能以適應(yīng)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(nèi)的投資力度，國外龍頭廠商如豐田、林德都已經(jīng)在國內(nèi)合資建廠。
（2）產(chǎn)品競爭白熱化，內(nèi)燃叉車優(yōu)勢明顯。雖然近年來叉車的振動(dòng)噪聲越來越受到關(guān)注，客戶對(duì)振動(dòng)噪聲的要求越來越嚴(yán)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(duì)環(huán)保還是要求較低，同時(shí)受到作業(yè)環(huán)境較惡劣以及運(yùn)行成本等因素，我國的叉車需求傾向于使用內(nèi)燃叉車，它撐起了叉車市場的半壁江山。目前國內(nèi)幾家知名企業(yè)的主流產(chǎn)品幾乎清一色的是內(nèi)燃叉車，外資品牌如林德、現(xiàn)代、斗山等也把內(nèi)燃叉車作為沖擊我國市場的先鋒機(jī)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(shù)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(wù)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(jī)械制造強(qiáng)國市場?？梢凿N售到這么多機(jī)械制造強(qiáng)國，說明國內(nèi)企業(yè)能在競爭中處于領(lǐng)導(dǎo)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(zhì)量水平得到提升，已經(jīng)被世界成熟市場用戶所認(rèn)可，另一方面說明國產(chǎn)叉車以其良好的性價(jià)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(nèi)企業(yè)唱主角，受制于營銷以及售后服務(wù)體系建立需要較長時(shí)間，并耗費(fèi)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(jìn)入的叉車生產(chǎn)企業(yè)和民營企業(yè)受制于技術(shù)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(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)或研究工作要達(dá)到的目標(biāo)
2.1課題的主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)[12]
手動(dòng)叉車主要技術(shù)參數(shù)包括額定起重量、載荷中心距、最大起升高度、轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，叉車應(yīng)能舉升的最大質(zhì)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(shí)地面，承載額定起重量，門架垂直，貨叉升到最大高度時(shí)，貨叉水平段上表面至地面的距離。轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)搖柄的力。
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，主要技術(shù)指標(biāo)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(zhuǎn)動(dòng)搖柄所需力是8kgf
2.2課題目標(biāo)
（1）完成手動(dòng)叉車的總體方案分析和參數(shù)確定、機(jī)構(gòu)原理分析及相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)分析及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的計(jì)算。
（2）完成合理手動(dòng)叉車設(shè)計(jì)，運(yùn)用三維實(shí)體造型軟件進(jìn)行手動(dòng)叉車的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)操作者的使用方便舒適，安全的工作效用。
（3）完成手動(dòng)叉車的設(shè)計(jì)總裝圖、相關(guān)具體零件圖和三維總裝圖。
3 課題研究的主要內(nèi)容
3.1課題設(shè)計(jì)的基本原理及技術(shù)方案[13]
手動(dòng)叉車的設(shè)計(jì)基本原理是采用手動(dòng)的提升與傳動(dòng)原理，貨叉的托舉原理以及機(jī)械制動(dòng)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(dòng)包括帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)等傳動(dòng)方式。機(jī)械制動(dòng)包括自鎖、摩擦制動(dòng)及其它制動(dòng)方式。
此次設(shè)計(jì)技術(shù)方案過程如下：
（1） 資料收集及分析：對(duì)目前市場所常見手動(dòng)叉車的資料進(jìn)行收集、分析和總結(jié)；
（2） 進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析及計(jì)算：對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步分析，動(dòng)手畫出平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，檢查該機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖是否符合自由度要求根據(jù)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)，運(yùn)用工程力學(xué)的計(jì)算分析，對(duì)各個(gè)桿件進(jìn)行受力分析；
（3） 進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)并校核：根據(jù)材料的許用應(yīng)力和我們所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，在確保安全的前提下，設(shè)計(jì)各構(gòu)件的尺寸大小，確定各構(gòu)件的尺寸大小后，對(duì)各構(gòu)件進(jìn)行安全校核；
（4） 進(jìn)行三維實(shí)體建模并優(yōu)化：根據(jù)計(jì)算的尺寸，對(duì)其基本機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)并三維實(shí)體建模，通過三維實(shí)體建模，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；
（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(jī)械設(shè)計(jì)、三維CAD等多種技術(shù)和軟件的綜合應(yīng)用，屬于多種技術(shù)的綜合應(yīng)用，先進(jìn)性一般。該課題綜合性一般，深度一般、難度一般，屬于機(jī)械產(chǎn)品的重新開發(fā)設(shè)計(jì)，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(shù)關(guān)鍵問題及創(chuàng)新點(diǎn)[14][15]
手動(dòng)叉車適用于工廠、車間、倉庫、儲(chǔ)運(yùn)等部門，更適用于有防火、防爆要求的場合。目前，國內(nèi)常用的手動(dòng)叉車以手動(dòng)液壓叉車為主。而手動(dòng)液壓叉車經(jīng)常造成液壓漏油，污染了搬運(yùn)的貨物及環(huán)境。因而有人設(shè)計(jì)了一種手動(dòng)機(jī)構(gòu)叉車，它采用了鏈條傳動(dòng)，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(dòng)噪聲大，瞬時(shí)速度不均勻，不適宜急促反向轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)，制動(dòng)不易。當(dāng)貨物停止提升時(shí)，最好它需要自動(dòng)能夠可靠安全地停在空中，而不需要手動(dòng)地使用制動(dòng)器。所以手動(dòng)叉車主要需要解決的技術(shù)關(guān)鍵問題是傳動(dòng)和提升方式以及制動(dòng)問題。我們可以對(duì)手動(dòng)機(jī)構(gòu)叉車進(jìn)行改進(jìn)來達(dá)到解決這些問題的目的。我們不采用鏈條傳動(dòng)，而是采用二級(jí)齒輪傳動(dòng)以及鋼絲繩傳動(dòng)的傳動(dòng)方式，克服了液壓漏油、傳動(dòng)噪聲大及瞬時(shí)速度不均勻的問題。我們采用棘輪機(jī)構(gòu)來解決手動(dòng)叉車的制動(dòng)問題。
當(dāng)提升貨物時(shí)，搖動(dòng)手柄從而帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸帶動(dòng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)輪帶動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)輪帶動(dòng)所在的軸轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)同一軸上的主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)輪帶動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)所在的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸帶動(dòng)其上的卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)其上鋼絲繩在卷筒上卷繞帶動(dòng)滑車上升。當(dāng)停止上升時(shí)，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(zhuǎn)，從而使重物停在高處。當(dāng)貨物下降時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。這是此次設(shè)計(jì)的一大創(chuàng)新點(diǎn)。
3.4課題研究工作的技術(shù)路線
課題研究工作的技術(shù)路線分為計(jì)劃階段、方案設(shè)計(jì)階段、技術(shù)設(shè)計(jì)階段和技術(shù)文件的編制階段四個(gè)階段。
計(jì)劃階段：提出任務(wù)→分析對(duì)機(jī)器的需求→確定任務(wù)要求。計(jì)劃階段的目標(biāo)是設(shè)計(jì)任務(wù)書。
方案設(shè)計(jì)階段：機(jī)器功能分析→提出可能的解決方案→組合幾種可能的方案→評(píng)價(jià)→決策—選定方案。方案設(shè)計(jì)階段的目標(biāo)是提出原理性的設(shè)計(jì)方案—原理圖或機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。
技術(shù)設(shè)計(jì)階段：明確構(gòu)形要求→結(jié)構(gòu)化→選擇材料、決定尺寸→評(píng)價(jià)→決策—確定結(jié)構(gòu)形狀及尺寸→零件設(shè)計(jì)→部件設(shè)計(jì)→總體設(shè)計(jì)。技術(shù)設(shè)計(jì)階段的目標(biāo)是總體設(shè)計(jì)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(shù)文件的編制階段：編制技術(shù)文件。技術(shù)文件的編制階段的目標(biāo)是編制設(shè)計(jì)計(jì)算說明書、使用說明書、標(biāo)準(zhǔn)明細(xì)表、其他技術(shù)文件等。
3.5預(yù)期成果
了解手動(dòng)叉車的功能、結(jié)構(gòu)、性能；設(shè)計(jì)出機(jī)械裝置，給出關(guān)鍵件的零件圖及裝配總圖，并對(duì)該設(shè)計(jì)裝置進(jìn)行分析計(jì)算。通過4000字以上的開題報(bào)告一份，4000以上的文獻(xiàn)綜述一篇，外文翻譯兩篇，8000字以上的論文，手動(dòng)叉車的設(shè)計(jì)總裝圖、相關(guān)具體零件圖，三維總裝圖來呈現(xiàn)成果。
4 課題計(jì)劃進(jìn)度
時(shí)間
完成的主要工作
2011．11．10—2011．12．15
文獻(xiàn)綜述、譯文、開題報(bào)告
2011．12．16—2012．03．01
原理方案設(shè)計(jì)
2012．03．02—2012．03．25
總裝配草圖繪制
2012．03．26—2012．04．26
零件圖設(shè)計(jì)
2012．04．27—2012．05．05
總裝配圖設(shè)計(jì)
2012．05．06—2012．05．31
寫設(shè)計(jì)說明書
2012．06．01—2012．06．4
畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備
參 考 文 獻(xiàn)
【1】胡星曄.基于SolidWorks的叉車裝配設(shè)計(jì)與負(fù)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(gòu)造與設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社
【3】臧傳民，李淼.叉車用玻璃搬運(yùn)器.工程機(jī)械.2010年02期
【4】Jim L.Ladd.manual forklift apparatus and methods.Sep,9,2010
【5】沈?qū)汖?姚映林.李真健,余躍軍.手動(dòng)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(dòng)叉車.1989.10.17
【8】機(jī)械工業(yè)部起重運(yùn)輸機(jī)械研究所.集裝單元化搬運(yùn)機(jī)具圖冊.機(jī)械工業(yè)出版社
【9】姚振綱.國內(nèi)叉車市場現(xiàn)狀及產(chǎn)品發(fā)展趨勢分析.商業(yè)經(jīng)濟(jì).2010年第6期
【10】劉建國.淺談叉車技術(shù)的發(fā)展趨勢.科技信息.2011年第19期
【11】肖永清.叉車技術(shù)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(jī)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(yùn)用.物流技術(shù)與應(yīng)用.2011年09期
【15】西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室.機(jī)械設(shè)計(jì).高等教育出版社