摘 要

近年来，物流行业取得了较快的发展。叉车是减轻劳动者工作强度的主要工具之一，发展迅速，其操纵简单灵活、适用面较为广泛而被大量应用于物流运输工作中。叉车的机动灵活性和驾驶员视野的完整性是衡量叉车性能的重要指标。目前国内叉车大多为后轮转向，转弯半径较大，在一些狭窄的空间内难以灵活操作，且工作装置多为门架，起升货物时影响驾驶员的视野。如何提高叉车的机动性，保证驾驶员视野的完整性，是目前国内叉车重要的研究课题。

本文对臂架型叉车进行了研究，该叉车工作装置为安装在叉车侧边的伸缩臂架，能够保证驾驶员具有较好的视野；该叉车为全向行驶叉车，叉车的车轮为驱动全向轮，转向方式为四轮转向，并设置三种运行模式，使叉车能够实现横行、斜行、原地回转等，能够提高叉车的机动灵活性。本文工作的主要内容有：

（1）完成臂架型叉车的总体设计，包括各个构件的选型，叉车牵引性能、制动性能、机动性的计算和稳定性的验算，并完成了总体方案图的绘制。

（2）完成叉车转向系统的设计，包括对驱动全向轮的选择，转向方式和运行方式的确定，实现叉车的全向行驶。

（3）完成叉车的建模、仿真与动力学分析。

关键词：伸缩臂架；叉车；全向行驶；建模；仿真；动力学分析

Abstract

In recent years, the logistics industry has made rapid development. Forklift is one of the main tools to reduce the intensity of the work of workers, which has made rapid development. And it is used widely in logistics and transport work for its simple and flexible operation, the application of a wide range . The flexibility of the forklift and the integrity of the driver's vision are important indicators of forklift performance. At present, most of the domestic forklift is equipped with the rear wheel steering system. The turning radius is long and it is difficult to be operated flexibly in some narrow space. because the work of the device is the mast, it will affect the driver's vision when lifting the goods. How to improve the mobility of forklifts and ensure the integrity of the driver's vision are the current domestic forklift important research topics.

This paper gives a certain study for the forklift . The forklift working device is installed in the forklift side of the telescopic boom, to ensure that the driver has a better vision; and the forklift is the Omni-directional forklift, whose wheels are driving Omni-directional wheel, steering mode is the four-wheel steering. It sets three operating modes, so that the forklift can achieve straight driving 、transverse, oblique, pivot turn in the case of stationary vehicle body, which can improve the flexibility of the forklift. The main contents of this paper are as follows:

(1) completing the overall design of the forklift, including the selection of various components, forklift traction performance, braking performance, stability, maneuverability calculation and drawing of the total map.

(2) completing the forklift steering system design, including the choice of Omni-directional wheel , steering mode and operating modes , so that the implementation of all-round forklift.

(3) completing the forklift modeling, simulation and dynamics analysis.

Key words: Telescopic boom; forklift; Omni-directional driving; modeling; simulation; dynamic analysis

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的目的与意义 1

1.2 叉车技术的国内外发展现状 2

1.2.1 国外叉车技术的发展现状 2

1.2.2 国内叉车技术的发展现状 3

1.3 课题研究的主要内容 4

第二章 电动叉车总体设计计算 6

2.1 设计参数 6

2.2 确定叉车各总成构造形式 6

2.2.1 传动系统 6

2.2.2 制动系统 7

2.2.3 转向系统 8

2.2.4 行走支承系统 9

2.2.5 工作装置 10

2.3 整车自重和重心位置估算及轴压计算 11

2.3.1 计算整车自重及重心位置 11

2.3.2 轴压计算 11

2.4 牵引性能计算 12

2.4.1 行驶功率计算 12

2.4.2 电机选择 12

2.4.3 减速器总传动比的确定 13

2.4.4 爬坡能力验算 13

2.5 制动性能计算 14

2.6 稳定性计算 15

2.6.1 满载堆垛时纵向稳定性 15

2.6.2 满载运行时纵向稳定性 16

2.6.3 满载堆垛时横向稳定性 17

2.6.4 空载运行时横向稳定性 18

2.7 机动性参数确定 18

2.7.1最小转弯半径 19

2.7.2 直角通道最小宽度 19

2.7.3 堆垛通道最小宽度 20

2.8 转向系统计算 20

2.8.1 转向阻力矩计算 20

2.8.2 转向电机的选择 21

2.8.3 传动比的计算 21

2.9 本章小结 22

第三章 臂架型叉车行走转向系统设计 23

3.1 行走支承装置 23

3.2 车轮选择 23

3.2.1 全向轮的种类及选择 24

3.2.2 车轮构造及尺寸 26

3.3 转向系统 27

3.3.1 转向方式 27

3.3.2 运行型式 28

3.4 转向控制系统 34

3.5 本章小结 34

第四章 臂架型叉车的建模、仿真与动力学分析 35

4.1 臂架型叉车的建模与仿真 35

4.1.1 SolidWorks软件介绍 35

4.1.2 臂架型叉车各零件模型的建立与装配 35

4.1.3 臂架型叉车的仿真 37

4.2 臂架型叉车的动力学分析 40

4.2.1 Adams软件介绍 40

4.2.2 基于Adams的臂架型叉车的动力学分析 40

4.3 本章小结 44

第五章 总结及展望 45

5.1 总结 45

5.2 经济性分析 45

5.3 环境影响分析 46

5.4 展望 46

致 谢 47

参考文献 48

第一章 绪论

1.1 课题研究的目的与意义

叉车是一种以货叉作为主要取物工具，依靠液压起升机构带动门架或臂架移动和依靠传动系统与行走支承系统实现叉车移动，从而实现对货物升降和搬运的工业车辆。叉车一般由传动系统、制动系统、转向系统、行走支承系统和工作装置组成。由于叉车类型较多，结构紧凑，体积较小，质量较轻，做业机动灵活性较好等特点，应用场所较多，包括车间、货舱、仓库、港口，主要功能为在工作场地完成物料的装卸、堆垛、拆垛、短距离搬运的任务。叉车在现代物流系统中扮演着十分重要的角色，对实现物流机械化作业、减轻工人搬运劳动强度和提高作业效率起着举足轻重的作用^[1]。随着时代的发展，我们国家的工业化程度也在不断的加快。物流行业作为连接和运送全国各地工业产品的重要产业，其发展速度也日益加快，在国家工业的发展进程和我们的生活中起到了更为重要的作用，在整个国家产业链中所占的位置也更为关键。叉车作为物流行业的主要运送工具之一，其也因为物流行业的迅速发展迎来了新的机遇与挑战。首先就是叉车需求量的大幅上涨，要求厂家提高叉车的生产率；其次为叉车的新型产品不够多，物流行业使叉车新型产品研发得市场空间变得更加广阔，这就要求厂家生产出更多新型创新的产品，以满足市场对叉车的真正要求。整车机动灵活性是评价叉车性能优劣的主要指标之一，但常规叉车通常采用前轮转向，鉴于其转弯半径大，因此只适用于空间足够宽敞的作环境^[2]。本课题的研究对象为四向行走伸缩臂架式电动叉车，目前国内对全回转叉车和伸缩臂架式叉车均有一定研究，但大多只是实现其中一种功能，并未能研发出将这两种功能组合在一起的较为成熟的电动叉车产品，且目前国内的全回转叉车大多使用麦克纳姆轮，其制造较为复杂，加工难度较高。本课题旨在已有的一些研究基础上，进一步进行对叉车的四向行走机构与伸缩臂架的研究与组合，采用一些制造简单、性能较好的全向轮及伸缩臂，使该叉车能够实现四向行走与伸缩臂架功能，以缩短叉车的工作区域距离和所需空间，具有较高的机动性和灵活性，并为驾驶员提供较好的视野。

1.2 叉车技术的国内外发展现状

现代产业发展迅速，竞争也变得更加激烈残酷，降低成本可以使产品具有更强的竞争力，通过物料搬运与仓储设备，可以较大幅度的降低供应链成本，从而使产品具有更好的发展前景。最近几年来，物流行业发展迅速，且势头正猛，发展前景十分乐观。叉车可以较大的降低劳动者的工作强度，取得了较好的发展，相比于搬运车、跨运车、集装箱正面吊运机等，其体积较小，机动灵活，操作简单，适用范围较大，因此在物流运输工作中应用较为广泛。

1.2.1 国外叉车技术的发展现状

随着物流市场的发展，全球叉车市场也随之发生了极大的改变。叉车产品的特点更为朝着市场的实际要求发展：叉车产品种类和规格更加多样齐全、叉车技术发展更为创新、叉车外型更加美观、叉车操纵更为方便、叉车工作效率更高、更为环保节能和安全可靠等特点。国外一些著名叉车企业在不断研发着新型的叉车产品，提高着叉车的发展技术。其发展趋势主要为以下几点：

（1）叉车产品生产专业化、多样化、规格化。在生产专业化方面，叉车行业走汽车工业专业化生产的道路，叉车的得传动系统、转向系统甚至门架货叉逐渐转向专业化生产；在多样化方面，叉车种类更为多样，包括内燃式平衡重式叉车、蓄电池叉车、前移式叉车、插腿式叉车、臂架型叉车等。在规格化方面，同一系列的叉车具有多样的规格，如德国 Linde 公司生产的H系列叉车，该系列包括：H12-H45的小型柴油和液化石油气叉车；H50-H80 内燃叉车和 H100-H160 的柴油叉车等多种规格的叉车产品。