伸缩臂叉车工作装置设计（可编辑）

伸缩臂叉车工作装置设计（可编辑） 伸 缩臂叉 车工作 装置设 计 The Working Device Design of Telehandler工程领域 机械 工程 研究生 殷春 明 指导教师 张世 昌 企业导师 季明 天津大学 机械工 程学院 2013 年 05 月 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果, 除了文 中特别 加以标 注和致 谢之处 外, 论 文中不 包含其他 人 已经发表 或撰写过 的研究 成果, 也 不包含 为获得 天津大学 或 其他教 育机构的 学 位或证书 而使用过 的材质。 与我一 同工作 的同 志 对本研 究所做 的任何 贡献均已 在 论文中作 了明确的 说明并 表示了 谢意。学位论文 作者签 名: 签字 日期: 年 月 日 学位论文版权使用本学位论 文作者 完全了 解 天津大学 有关保留 、 使 用学位 论文的 规定 。特授 权天津大学 可以将学 位论文的 全部或 部分内 容编入 有关数 据库进 行检 索, 并采 用影印、 缩印或 扫描等复 制手段 保存、 汇编以 供查阅 和借阅 。 同意学 校 向国家有 关部门或 机构送 交论文 的复印 件和磁 盘。 (保密的 学位论 文在解 密后适 用本授 权说明 ) 学位论文 作者签 名: 导师 签名: 签字日期 :年 月 日 签字日 期: 年 月 日 摘 要 本课题是 企业根 据市场 对于对 高举升 、大卸 距、 一机多 能的装 载机械 日趋 迫切的需 求而进 行的产 品研发 项目。 要求产 品达 到国外 同类产 品的性 能水平。 考虑到伸 缩臂叉 车 须达 到额定 的载荷 、较大 的变 幅角度 、较大 的作业 幅度、各 种复杂的 作业环 境以及 伸缩臂 叉车所 必须满 足的 安全性 能, 需 在设计 中对伸缩 臂叉车作 业装置 进行严 谨的设 计计算 以满足 产品的 使用性 能 。 论文主要 内容如 下: 1. 简要 介绍 伸 缩臂叉 车的用 途、 国 内外伸 缩臂叉 车发展 状况、 及其发 展前 景, 同时 对臂架 结构和工 作原理 进行说 明, 为 伸缩臂 叉车工 作装置 设计 做铺垫 。 2. 应用 质量屋 工具将 用户的 需求转 换为产 品技术 需求, 得到零 部件的 技术 性能指标 ,并以 此为参 照进行 总体设 计 ,包 括 整 体布局 规划、 作业范 围计算、 核心零部 件选型 ,以及 确定电气 、液 压 、传 动系统 的设计 思路 。 3. 伸缩 臂叉车 工作装 置 详细 设计 , 包括 货 叉和臂 架结构 设计、 臂架强 度、 刚度和稳 定性计 算、货 叉平动 功能设 计、整 机稳定 性校核 计算等 。 4. 采用Pro/E 软件 中的TOP-DOWN 设计 方法 ,实 现 伸 缩臂 叉车 的 三维 实体 造 型 设 计 、 虚 拟 装 配 和 干 涉 检 验 , 并 将 三 维 模 型 转 换 为 二 维 工 程 图 。 使用 Mechanica 模块 ,对 伸缩臂 进行 有 限元分 析 ,找 出薄弱 环节, 做出改 进 设计。 通过产品 试制后 ,该产 品完全 达到了 预期目 标, 性能完 善且工 作可靠 , 具 有良好的 市场潜 力和推 广应 用 价值。 关 键词 : 伸缩臂叉车;臂架 ;铰点 布置; 稳定性 ;质量 屋 IAbstract This topic deals mainly with the enterprise product development project, which aim is to research and develop a new telescopic boom forklift truck with high rise, large discharge distance, and multi-functions characters. In order to fit the continuous increasing market demand, the product must be met the performance level of similar foreign products The main contents of this paper are as follows:1. The purpose, status of development at home and abroad, and the growing trend of the telescopic boom forklift truck are introduced briefly ,the structure and working principle of the arm frame are illustrated, to prepare for design of the working device of telescopic boom forklift truck2. The house of quality tools is used to convert user demand to the product technical requirements, from which we can acquire components and parts technical performance indicators, which as a reference the overall design is implemented, including general layout, work scope calculation, core parts model selection etc3. The detailed design for telescopic boom forklift truck working device, including the structure design of fork and arm frame, the arm frame strength, stiffness and stability calculation, the function design of cargo fork translation, and overall stability checking computation, etc4. By using TOP-DOWN design method in Pro/E software, three dimensional entity modeling of telescopic boom forklift truck is performed, the virtual assembly and interference checking are fulfilled, and the transformation from entity modeling to engineering drawing is realized. The finite element analysis for telescopic boom is carried out with Mechanica module of Pro/E, the weak links are located, the structure is improvedThrough the trial production, the anticipated target is achieved, the product is perfect in performance and working reliably, and has good market potential and application value Keywords: telescopic boom truck, Arm frame, Hinged point arrangement, stability, house of quality II目录 第一章 绪论1 1.1 伸缩臂 叉装车 简介. 1 1.1.1 伸缩臂 叉装车1 1.1.2 伸缩臂 叉装机 专用术 语 2 1.1.3 国内、 外相关 3 1.2 国内外 伸缩臂 叉装车 发展简 介. 3 1.2.1 国外伸 缩臂叉 装车发 展简介. 3 1.2.2 国内伸 缩臂叉 装车发 展简介. 4 1.3 课题研究 内容. 5 第二章 需求 分析与 总体设 计 6 2.1 伸缩臂 叉装车 需求分 析. 6 2.2 产品可行 性分析 7 2.3 伸缩臂叉 装车产 品的总 体设计 11 2.3.1 伸缩臂 叉装机 系统分 类. 11 2.3.2 技术方 案及特 点. 12 2.3.3 设计参 数14 2.3.4 伸缩臂 叉装车 电控系 统. 15 2.3.5 伸缩臂 叉装车 液压系 统. 15 2.3.6 整机尺 寸及布 局. 16 2.3.7 作业高度 及其幅 度计算17 2.4 本章小 结19 第三章 伸缩 臂叉装 车关键 部件设 计 20 3.1 货叉平 动机构 的设计 20 3.2 翻转油缸 及其铰 点的设 计及计 算21 3.2.1 翻转油 缸的设 计要求21 3.2.2 翻转油 缸力的 确定 22 3.2.3 翻转油 缸行程 的确定23 3.2.4 翻转油 缸举 升 和下降 的时间23 3.3 变幅油 缸及其 铰点的 设计及 计算. 24 3.3.1 变幅油 缸的设 计要求24 3.3.2 变幅油 缸力的 确定 25 3.3.3 变幅油 缸行程 的确定25 III3.3.4 变幅油 缸举升 和下降 的时间26 3.4 随动油缸 及其铰 点的设 计及计 算26 3.4.1 随动油 缸的缸 径杆径27 3.4.2 随动油 缸的行 程与铰 接点确 定 28 3.5 货叉的 设计36 3.6 伸缩臂 的结构 设计及 其计算 37 3.6.1 伸缩臂的 机构设 计. 37 3.6.2 伸缩臂 的理论 计算 39 3.7 伸缩臂 的有限 元分析 45 3.7.1 建立三 维几何 模型 45 3.7.2 有限元 网格划 分. 45 3.7.3 载荷及 施加约 束. 46 3.7.4 分析结 果47 3.7.5 结构改 进47 3.8 本章小 结 48 第四章 整机 稳定性 计算与 三维设 计 49 4.1 整机稳 定性计 算45 4.2 伸缩臂 叉装车 三维设 计. 52 4.3 本章小 结56 第五章 伸缩 臂叉装 车试制 58 第六章 结论 与展望61 6.1 结论. 61 6.2 展望. 62 参考文献 63 参加科研 情况. 66 致 谢. 67IV 第一章 绪论 第一章 绪 论 1.1 伸缩臂叉 装车简 介 1.1.1 伸缩臂叉装车 伸缩臂叉 装车也 被称为 伸缩臂 叉车, 是一种 具有 越野性 能带伸 缩 臂的 多用 途叉车。1981 年,由法 国Manitou 公司 推向市 场。 伸缩臂叉 装车既 具有普 通叉车 搬运物 料的功 能, 又有 臂架式 起重 机 的特 征, 可配备多 种作 业 属具, 更有野 外作业 的能力 。伸 缩臂叉 装车具 有可伸 缩的臂式 工作装置 ,是自 行式作 业机械 ,它将 叉车、 装载 机、高 空作业 平台、 小型起重 机乃至农 用拖拉 机的功 能集于 一身, 是一种 多功 能搬运 、举升 设备, 是现在建 筑业、工 业、农 牧业理 想的多 功能装 卸搬运 机具。 伸缩臂叉 装车按 结构型 式主要 分为回 转式和 非回 转式。 伸缩臂 装置是 伸缩 臂叉装车 的核心 ,按着 伸缩臂 布置的 方式不 同, 可以分 为伸缩 臂中置 、伸缩臂 侧置和伸 缩臂前 置。本 文主要 阐述非 回转伸 缩臂 中置式 伸缩臂 叉装车 。非回转 式伸缩臂 叉装车 的结构 分为上 车和下 车。上 车主 要包括 臂架、 连接装 置、调平 装置、 附 属装置 等。下 车主要 包括驾 驶室、 底盘、 发动机 等。 伸缩臂叉 装车具 有独特 的优点 ,主要 用在建 筑工地 、工矿 企业仓 库和 其他 工地上起 升、运 输、堆 放砖头 、木材 、钢材 和其 他物料 。伸缩 臂叉装 车能够利 用多种附 属装置 ,有效 完成多 种不同 作业, 真正 成为多 功能工 程机械 。伸缩臂 [1] 叉装车的 特点有 : 1. 灵活性 伸缩臂叉 装车采 用四轮 驱动型 式, 有三种 转向模 式 (前轮 转向、 四 轮转 向、 斜行行走 ),双 速齿轮 变速箱 ,转弯 半径小 ,能 在狭小 的空间 灵活、 快速、准 确作业。 2. 多用性 伸缩臂叉 装车用 途广泛 ,可长 时间连 续作业 。有 一系列 可快速 更换的 附属 装置供选 择,包 括货叉 、铲斗 、桁架 臂、立 式门 架等。 无需购 买其他 机型,只 需在机器 上增加 几个可 用附件 ,就可 以提升 叉装 车的生 产能力 、灵活 性及工作 效率。 3. 稳定性及 安全性 1 第一章 绪论 伸缩臂叉 装车轴 距长、 重 心低、 车架前 部可安 装稳定 支腿且 臂架具 有伸 出、 降低自动 锁定功 能、发 动机置 于车架 纵向中 心, 使其在 山坡和 崎岖地 带可以保 持稳定; 重量分 布均匀 ,四轮 驱动, 改善了 在泥 泞地、 岩石地 带、沙 土及雪地 上的机动 性;视 野开阔 。 1.1.2 伸缩臂叉装机 专用术语 额定载重 量:指 货叉上 的货物 重心位 于规定 的载荷 中心距 上时 , 伸缩 臂叉 装机应能 举升的 最大重 量,单 位 kg 。 最大外 伸 距时举 升重量 :伸缩 臂外伸 至最大 位置 时,伸 缩臂叉 装机应 能举 升的最大 重量, 单位 kg 。 操作质量 :指装 载机装 备应有 的工作 装置和 随机 工具, 加足燃 油,润 滑系 统、液压 系统和 冷却系 统亦加 足液体 ,并且 带有 规定形 式和尺 寸的空 载铲斗和 司机标定 质量(75kg?3kg )时 的主机 质量。它 关系到 装载机 使用的 经 济性、可 靠性和附 着性能 ,单位 为 kg 。 载荷中心 距:指 货物重 心到货 叉垂直 段前端 面的规 定距离 。 国家规定 : Q ( 代表载 重量 ) <1t 时为 400mm ;1 ? Q < 5 时为 500mm ; 5 ? Q ? 10 时为 600mm ; 12 ? Q ?18 时为 900mm ; 20 ? Q ?42 时为 1250mm 最大外伸 距离: 指伸缩 臂外伸 至最大 所能伸 长的距 离,单 位 为 mm 。 最大举升 高度: 指伸缩 臂叉装 机位于 水平坚 实地 面,门 架垂直 放置且 承受 有额定起 重量货 物时, 货叉所 能起升 的最大 高度 ?? 货 叉上平 面至地 面的垂直 距离。 最小转弯 半径: 指将伸 缩臂叉 装机的 转向轮 转至 极限位 置 ,并 以最低 稳定 速度做转 弯运动 时, 其 瞬时中 心距车 体最外 侧的距 离。 平动性偏 差角( 不往前 倾): 指伸缩 臂叉装 机货 叉从其 底面位 置向上 举升 至最大高 度时, 货叉相 对于水 平所出 现的角 度偏 差,此 偏差不 允许向 前倾斜, 防止货物 掉落。 轴距:前 桥中心 到后桥 中心的 垂直距 离。 轮距:同 轴心两 轮中心 的垂直 距离。 桥载:驱 动桥和 转向桥 各自所 承受的 整车重 量, 它有满 载桥负 荷和空 载桥 负荷之分 。 最小离地 间隙: 指伸缩 臂叉装 机在无 载或满 载情 况下 , 除直接 与车轮 相连 接的零件 外 ,车 体上最 低点距 地面的 最小垂 直间隙 。 2 第一章 绪论 最大行驶 速度: 指变速 器在最 高档位 时 , 伸 缩臂 叉装机 在平直 干硬道 路上 行驶能达 到的最 高行驶 速度。 最大制动 距离: 伸缩臂 叉装机 在无载 状态下 ,以 最大速 度行驶 时的制 动距 离,国家 标准规 定,伸 缩臂叉 装机的 最大制 动距离 不得大 于 6m 。 1.1.3 国内、外相关 标准 国内相关 标准为 《伸缩 臂叉装 车规范 (GJB4555?2003 ) 》 , 其于 2003 年 12 月 3 日由中国人民 解放军 总后勤 部公布 。 该 规范规 定了伸 缩臂叉 装车 的要求 , 适用于 OCS2002-3 伸 缩臂叉 装车 。 该标 准分 为 6 部分?范围 、 引 用文 件、 要 求、 质量保证 规定、 交货准 备和说 明事项 。要求 主要 包括: 基本参 数、产 品质量及 技术要求 、叉装 车动力 性能、 稳定性 、作业 可靠 性、行 驶可靠 性、噪 音等。质 量保证规 定主要 包括: 检验分 类、基 本参数 测定 、产品 质量检 验、动 力性能测 试、试验 载荷、 行驶可 靠性等 。 在国 外, 美国 伸缩 臂叉 装车 标准 为《Rough Terrain Fork Lifts (ANSI B 56.6 ) 》 ,澳洲伸 缩臂叉 装车标 准为 AS1418-19for Telehandlers , 欧洲 伸缩臂叉 装车标准 为《Safety of industrial trucks - Self-propelled variable reachtrucks (EN 1459 )》。 1.2 国 内外伸 缩臂叉 装车发 展简介 1.2.1 国外伸缩臂叉装车发展 简介 伸缩臂叉 装车在 欧美发 达国家 经过几 十年的 发展 ,产品 技术成 熟、生 产配 套体系完 善,并 有成熟 的使用 群体和 市场。 伸缩 臂叉装 车的发 展 受制 于基础元 器件的水 平,发 动机、 传动装 置、液 压元件 等均 为外购 产品。 所以伸 缩臂叉装 车产品的 性能、 质量、 价格等 因素, 不但取 决于 主机生 产厂的 设计水 平,而且 更取决于 基础工 业和配 套件的 水平。 欧美国 家基 础工业 水平高 ,为伸 缩臂叉装 车的技术 发展提 供了广 阔的空 间。由 于这些 国家 农牧业 的发展 而产生 了对伸缩 臂叉装车 的需求 , 使得群 体的自 然存在 促进其 产品化 的进程 ; 而 产 品的 多行业 、 [17] 多领域使 用,又 进一步 拓宽了 应用范 围,刺 激其像 更高层 次发展 。 国外伸缩 臂叉装 车增长 速度非 常快, 仅在美 国, 伸缩臂 叉装车 市场每 年增 长 25 %。 在欧 洲市场 , 伸缩 臂叉装 车继 2004 年需求 市场再 一次发 展良 好之后 , 2005 年的销售量也显 著提高 ,达到 每 年 2.1 万台 ,市场 曾经预 测其销 售量只能 达到每 年 2.1 万台 ,但 2006 年销售 量剧 增 14% ,市 场的需 求量超 过 2.6 万台。 3 第一章 绪论 来自租赁 公司特 别是英 国和法 国租赁 公司的 巨大 需求将 使该产 品有良 好的市场 [44] 前景。预 计未 来 5 年的 销售量 每年有 可能稳 定在 2.3 万~2.4 万 台的水 平 。 国 外 主 要 生 产 商 绝 大 部 分 集 中 在 欧 美 , 如 美 国 的 JLG 、Genie 、Terex 、 Case 、Upright 、Bobcat , 英 国 的 JCB , 法 国 的 Haulotte 、Manitou , 意 大 利 的 Faresin 、NewHolland ,德 国的 Merlo ,加 拿大 的 Carelift 等 生产厂 家。 美国 JLG 有限 公司成 立于 1969 年,是全球最大 的高空 作业设 备专业 生产 厂家。其 生产工 厂分布 在美国 和比利 时。JLG 伸 缩臂叉 装机的 主要对 象不是建 [12] 筑工程, 而是类 似化工 厂的工 厂以及 工厂仓 库等 。 2005 年 JLG 与 Caterpillart (卡特 彼勒 ) 签订 , 合 作生产 伸缩臂 叉装 车, 并于 2007 年推出 了 TH360B 系列伸缩臂 叉装车 ,该系 列产品 起重 量 3.5t?5t , [44] 起升高 度 6.1m?17m 。 JLG 伸缩 臂叉装 车家族 中分四 大类:Skytrack 、Gradall 、Lall 、JLG 。 意大利制 造商Faresin 集 团下属7 个 子公司 , 职 能包括 设计、 生产 、 销售 等行 业。 其 中 ,Faresin Handles Spa 是于2006 年6 月Faresin 收购PingvelHaulotte 后组 成 [44] 的新公司 ,主要 生产伸 缩臂叉 装车 。 法国 Manitou 公司产 品遍 布 20 个国家 , 有 500 个销售网 点和 23 家 子公 司。 其生产基 地分别 位于法 国、意 大利、 中国、 美国 。其产 品品牌 系列化 ,如伸缩 臂叉装车 品牌 为 Maniscopic 、 车载式 叉装 车 Manitransi 。 法 国的 Manitou 伸缩臂 叉装车系 列分为 5 大系列 : BT 系列、 MT 系列、 MRT 系列、 MHT 系列、 MLT-MLA [44] 系列 。 1.2.2 国内伸缩臂叉 装车发展 简介 虽然近年 来我国 工程机 械行业 发展迅 速,尤 其是 叉车等 产品的 产需水 平不 断提高, 但作为 一种小 型机械 ,伸缩 臂叉装 机在 我国的 发展非 常缓慢 ,甚至可 以说市场 基本还 处于空 白状态 。 中国伸缩 臂叉装 机市场 需求是 决定行 业发展 的关 键因素 。在我 国乃至 整个 亚洲对于 中国伸 缩臂叉 装机的 认可都 还处于 萌芽 阶段。 造成这 一局面 的主要原 因在于适 合中国 伸缩臂 叉装机 生存的 中国伸 缩 臂 叉装机 市场环 境还有 待进一步 改善。作 为一种 小型工 程机械 ,中国 伸缩臂 叉装 机的价 格相对 昂贵, 国内中国 伸缩臂叉 装机市 场消费 能力有 限。虽 然也有 一些 企业看 好中国 伸缩臂 叉装机的 中国伸缩 臂叉装 机市场 ,但都 不愿成 为试验 者进 行初期 的中国 伸缩臂 叉装机市 场开拓, 从而导 致中国 伸缩臂 叉装机 行业整 体中 国伸缩 臂叉装 机市场 开拓力度 不够的现 状。 4 第一章 绪论 中国伸缩 臂叉装 车制造 史要追 溯到 1989 年, 是由 厦门嘉 丰机械 厂与同 济大 [12] 学联合设 计生产 出第一 台伸缩 臂叉装 车 。 中国的 伸缩臂 叉装车 起步 晚, 但 是 经过这几 年的发 展,其 技术已 经有了 长足的 进步。 国内不 少于 8 家公司已经制 [17] 造出伸缩 臂叉装 车或者 正在进 入该行 业 。在 2007 年 CONEXPO 亚 洲工程机 械博览会 上,中 国湖南 山河智 能公司 更是展 示出 高技术 的三节 臂的伸 缩臂叉装 车,代表 了国内 的先进 水平。 现在主 要的生 产厂 家有湖 南的山 河智能 、山东滨 [17] 州胜利特 种叉车 厂、厦 门的夏 嘉、夏 虎和三 家乐等 公 司 。 1.3 课 题研究 内容 通过对国 内外研 究现状 的了解 ,设计 研制我 国高 性能的 伸缩臂 叉装车 对于 满足国内 的市场 需求是 非常必 要的。 为此, 本文 通过分 析 市场 上对高 举升、大 卸距、 一 机多能 的装载 机械 的 特定性 能的需 求, 结合汽 车起重 机和叉 车技术, 对伸缩臂 叉装车 关键部 件设计 技术进 行研究 ,在 此基础 上设计 与开发 我国高性 能的伸缩 臂叉装 车产品 。 本文主要 研究内 容如下 :1 ) 对 伸 缩臂 叉 车进行 需 求分 析 ,应 用 质 量屋 (HOQ ) 工 具将 用 户的 需求 转换为产 品技术 需求, 从而得 到零部 件的技 术性 能指标 ,并以 此为参 照进行总 体设计。 2 ) 对伸缩臂 叉车 主要 部件的 功能进行研究 , 介绍 了 核心 零部件 的 选型 及其 功能特点 ,讲解 了 电气 、 液压 、传动 系统的 设计思 路。 3 ) 借鉴国外先 进样机, 并 结合企 业实际 情况, 对 伸缩臂 叉车 整 车及关键 零 部件进行 了 详细 设计, 包括 伸 缩臂叉 车工作 装置 的整体 布局 , 作业范 围计 算 , 货叉和臂 架结构 设计 , 臂架强 度、刚 度和稳 定性计 算 等。 4 ) 采用 Pro/E 软件 TOP-DOWN 设计方 法、Mechanica 模块 的有限 元分 析功 能、实体 造型功 能完成 了 伸缩 臂叉车 的三维 设计 ,并最 终将其 转换为 二维工程 图。 5 第二章 需求分析与总体设 计 第二章 需求 分析 与总 体设计 2.1 伸缩 臂叉装 车需求 分析 随着国内 物流、 安装等 行业顺 应国际 潮流而 快速 发展, 市场上 对高举 升、 大卸距装 载机械 的需求 日趋迫 切。由 于伸缩 臂叉 装车具 有超常 的大作 业范围、 优越的平 动升降 、大行 程的伸 展功能 以及独 特的 小净空 结构, 其应用 范围主要 有: 1 ) 物流行业 货物流 通过程 中的仓 储、装 卸、 搬 运环节 ; 2 ) 工业垃圾 收集、 储运及 预处理 行业; 3 ) 农村对农 作物的 晾晒、 收集、 包装、 储运及 处理作 业; 4 ) 农村小型 土、石 方工程 ; 5 ) 露天工程 、设施 的设备 安装作 业; 6 ) 道路、市 政工程 、邮电 及电力 设施的 设备安 装作业 ; 7 ) 石材流通 领域中 石板材 、石雕 产品货 柜的装 卸; 8 ) 工厂企业 中的物 资装卸 及设备 维护; 9 ) 船舱物资 的装卸 作业; 10 ) 园林企业 的树木 维护; 11 ) 低层建筑 的物料 搬运。 国内不同 行业对 伸缩臂 叉装车 的使用 要求也 不同, 具体为 : 1 ) 国 内存 在 大 量 的小 型 煤 炭、 砂 石 料 、饲 料 等 散 状物 料 储 运相 关 企 业, 大都采用 中小型 装载机 进行物 料的搬 运和堆 积。 2 ) 随 着铁 路 高 帮 敞车 和 公 路高 帮 货 车 及厢 式 货 车 的普 及 使 用, 目 前 常规 装载机与 叉车的 作业范 围与实 际作业 需求不 相适应 。 3 ) 对 于一 些 常 见 的非 常 规 的特 殊 装 卸 、搬 运 作 业 ,如 在 非 固定 场 所 进行 以下各种 散装作 业:敞 开或盛 装液体 容器等 不可 倾斜物 料的装 卸、 “ 隔墙” 装 卸、越沟 作业、 “腹下 ” 小净 空安装 工程、 高温 物料的 装卸等 等,一 直以来, 都需要采 用特定 的配套 装备和 操作工 艺,耗 费人 力、物 力资源 ,作业 周期长。 而采用伸 缩臂叉 装车, 可以轻 而易举 地实现 高效率 、低成 本。 另外, 从 INTERMAT 2006 国际建 筑及土 木工程 机械博 览会可 以看出 ,参 [44] 展的小型 工程机 械种类 中, 伸 缩臂装载 机、 伸 缩臂叉 车等产 品明显 增 多 。其 6 第二章 需求分析与总体设 计 主要原因 是由于 欧美等 发达国 家大规 模的建 设时 期已经 过去, 施工建 设以维护 为主,因 此,对 小型机 械的需 求较大 。 未来的中 国,一 方面大 规模的 经济建 设仍将 继续 ,另一 方面, 维护改 造的 工程会不 断增加 ,伸缩 臂叉装 车的优 势可以 充分 的发挥 出来。 未来四 年国内市 场需求高 速增长 ,每年 增长将 维持在 千台以 上。 通过综上 所述, 中 国的伸 缩臂叉 装车未 来几年 内必然 会有良 好的市 场前 景。 2.2 产品 可行性 分析 伸缩臂叉 装机作 为往高 空输送 物料的 复合型 多功 能机械 设备, 用途十 分广 泛。国内市场 正处于 发展初 期阶段。 开发 DT9A30 伸 缩臂叉 装车,为 我公司增 添一种新 型产品 ,以大 大低于 进口相 同机型 的价格 占领市 场。 在当今社 会市场 竞争日 趋激烈 。以产 品为主 导的 卖方市 场正逐 渐被以 顾客 为中心的 买方市 场所取 代。产 品的质 量能否 满足 客户的 需求, 以及是 否具有快 速的市场 反应速 度,决 定了产 品的市 场竞争 能力 。质量 屋正是 一种将 顾客的需 求信息合 理有效 的转换 为产品 设计开 发等阶 段的 技术目 标的方 法。它 综合考虑 客户要求 、技术 指标、 市场状 况及其 相互间 的作 用关系 对产品 的质量 功能的影 响。根据 质量屋 的分析 结果 , 设计开 发人员 可以 看出初 始 中各要 求之间的 优先次序 。 找出 不足, 从而对 初始方 案进行 取舍、 调整、 修改和 优化 。 使设计出 的产品更 能在质 量功能 上同时 兼顾客 户、生 产商和 社会三 者之间 的要 求。 质量屋通 常以形 似房屋 的图形 构成, 其各要 素由 以下几 个广义 矩阵组 成。 如图 2-1 所示 。 图2-1 质量 屋结 构图 7 第二章 需求分析与总体设 计 左墙:客 户的质 量要求 ,表示 需求什 么, 即 WHATS 矩阵; 天花板: 技术指 标,表 示针对 客户的 需求怎 么样去 做, 即 HOWS 矩阵; 房间:关 系矩阵 ,表 示 WHATS 项与 HOWS 项 之间的 相互关 系; 屋顶:HOWS 之间的 相互关 系矩阵 , 表 示 HOWS 矩 阵内各 项的相 互关 系; 地板:表 示 HOWS 项的组 织度, 又称为 评价矩 阵; 右墙:竞 争性或 竞争力 分析比 较,从 顾客的 角度 评估产 品在市 场上的 竞争 力; 地下室: 竞争的 技术能 力评估 。 质量屋的 生成过 程如下 : 1 ) 通 过对 客 户 反 馈的 使 用 信息 进 行 分 析, 得 到 用 户对 产 品 的主 要 质 量要 i 求, 列于 质量屋 的左墙。 按用户 对质量 要求的 重要度 打分, 经统计 处理 后第 项 用户要求 质量的 平均值 为 x i ?1,2,3,,n ,第 i 项用户要求 质量的 权数为: i i n? x / x (2-1 ) i ii i ?1 把客户对 质量要 求以及 对应权 数列在 图的左 墙。 2 ) 根据对用 户的要 求质量 进行分 析, 列出 满足用 户要求 质量的 技术指 标, 并将各技 术指标 要素列 在质量 屋的天 花板上 3 ) 确定质量 屋的关 系矩阵 。 根据用户 的质量 要求与 对应的 技术指 标之间 的关 系以及 强弱的 程度, 用下 列符号列 于质量 屋的房 间内: @ ?? 强相关 # ?? 相关 &?? 弱相 关 空白?? 不相关 在第 i 项用户要求质量所在 行与第 j 项 技 术 指 标 所 在 列 的 交 会 格 中, 填 上表示两 者关系 强弱的 符号, 就 形成质 量屋的 关系矩 阵。 4 ) 进一步确 定 质量 要素的 重要程 度。 QFD 方法 通过 加权 评 分把 质量 要 素的 重要 度 予以 量化 。其 方 法为: 对 关系 符号按强 弱给分 。 一般要 根据实 践情况 结合经 验给出 分数 。 例如此 处给 分如下 : @ ??5 分 # ??3 分 &??1 分 空白 ??0 分 8 第二章 需求分析与总体设 计 这 样关 系 矩 阵就 化 为 配分 矩 阵 ?R, R 是第 i 项 用户 要 求 质 量 与 第 j 项质 ij ij j m R 量要 素的 关 系分 配。 于 是第 项质 量 要素 的重 要 度 为各 的加 权之和, j ij i 即: n m R (2-2 )j i iji ?1 把它们规 范化为 质量要 素的权 数,第 j 项质量 要素的 权数 为: j n? m / m (2-3 )j j jj ?1 把质量 要 素的各 权数记于质量 屋的地 面上, 据这些 质量要 素的各 权数 就 i 可以定出 哪些是 关键、 重要的 质量要 素。 5 ) 确定质量 计划。 确定质量 计划的 第一步 是进行 比较分 析。 对于新产 品来说 ,要把 企业当 前的产 品与市 场竞 争对手 的同类 产品的 质量 进行比较 ,从用 户的角 度来比 较优劣 。作为 新产品 质量计 划的依 据。 确定质量 计划的 第二步 是制定 新产品 的质量 计划。 通过本企 业产品 的要求 质量与 其它同 类产品 的要 求质量 达到的 水平。 确定 本企业新 产品要 达到的 质量水 平,即 新产品 的计划 质量。 6 ) 各质量要 素的相 关矩阵 。 三角形的 相关矩 阵构成 “屋顶 ”此三 角形矩 阵描 述各质 量要素 之间的 相关 性,相关 程度由 有经验 的专家 组予以 评定。 7 ) 确定设计 质量。 质量要素 只说要 做某件 设计工 作,需 要明确 做到 什么程 度,应 该有一 个量 化的目标。 对每一 项质量 要素, 有一 个具体 的设计 质量。 各 设计质 量构 成地板 。 8 ) 技术竞争 能力评 估。 设计质量 反映新 产品技 术措施 达到的 水平。 它们 还需要 与其它 企业的 同类 产品的设 计质量 相比较 ,分析 新产品 在市场 上的 技术竞 争能力 。一般 把某些设 计质量达 到的水 平分为 五级, 最低为 一级, 最高 为五级 。技术 竞争能 力本来就 是一个相 对量, 所以不 予规范 化。 本 文 将 采 用 质 量 屋 的 图 解 法 建 立 顾 客 需 求 和 技 术 设 计 需 求 之 间 的 相 互 联 系。如 图 2-2 所示 。 该质量屋 由以下 几要素 组成: 左墙:顾 客需求 ,表示 客户需 求什么 ,例如 :性 能优良 、价格 合理、 使用 安全等各 种客户 在选择 产品时 需要考 虑的因 素, 并且以 权重的 形式给 出了客户 对各种需 求的关 注程度 。 9 第二章 需求分析与总体设 计 天花板: 技 术指标, 表示针 对需求 怎么去 做, 例如 : 传动 系统、 平 衡系 统、 操纵系统 等各种 技术措 施以满 足客户 需求。 房间:相 关关系 矩阵, 表示技 术指标 与顾客 需求 之间的 关系。 分别有 四种 关系:& ?? 弱相关、# ??相关、@?? 强相 关 、空白 ?? 不 相关。并分别给 出其分值 。 地板 : 技 术指标 评价, 表 示各项 技术指 标相对 于顾客 需求所 占的重 要程 度。 通过公式 (2-2 ) 可以计 算得到 各项技 术指标 所 得绝 对重要 性数值 , 然 后 再通过 公式(2-3 )可以 计算得 到各项 各项技 术指标 得相对 重要性 数值。 图 2-2 质 量屋 结构 图 10 第二章 需求分析与总体设 计 右墙:竞 争性分 析,表 示现在 市场上 国产伸 缩臂叉 装车产 品的竞 争力 。 地下 室 :竞 争技 术 指标 , 列举 了 三种 国 产伸 缩臂 叉 装车 产 品:A?? 山河 智能、B ?? 胜利、C ?? 夏嘉 , 在各 项技术 指标设 计质量 达到的 水平 。 共分 为 五级,最 低为一 级,最 高为五 级。 屋顶:各 技术指 标之间 的相互 关系。 通过技术 指标评 价的分 析 可以 知道各 项技术 指标需 要明确 做到什 么程 度。 以满足客 户的需 求。 从图 2-2 质量 屋结构 图分析 结果确 定公司 开发的 DT9A30 伸缩臂 叉 装 车 主 要目标: 1 ) 强劲有力 的传动 系统 。 采 用性能 卓越的 康明斯 发动机 ,DANA 车 桥和变 速箱,动 力强劲 ,传动 高效, 性能可 靠,节 能环保 。 2 ) 性 能优 良 的 悬 挂系 统 。 前桥 调 平 , 后桥 浮 动 , 后桥 的 刚 性锁 死 以 及前 桥的车架 调平功 能,极 大提高 越野性 能和驾 驶舒适 性。 3 ) 轻 便灵 活 的 转 向系 统 。 具有 可 任 意 切换 的 三 种 转向 模 式 ,能 满 足 各种 作业工况 需求。 4 ) 整 机左 右 偏 摆 ?10 ? 的 功 能 。 通过 操 控 偏 摆功 能 调 校 角 度, 使 上 机体 处于水平 位置。 5 ) 低动臂设 计可增 强稳定 性扩大 视野。 6 ) 单 柄先 导 控 制 装置 可 最 有效 地 控 制 动臂 和 附 件 。使 各 种 动作 具 有 良好 的微动性 、平稳 性,极 大的降 低了操 作者的 操作难 度。 7 ) 行车湿式 制动系 统,使 制动更 加可靠 安全。 8 ) 配置前部 稳定器 ,使作 业更加 安全可 靠。 9 ) 工 作属 具 具 有 自动 放 平 功能 , 避 免 了操 纵 人 员 的误 操 作 带来 的 危 险和 损失。 2.3 伸 缩臂叉 装车产 品的总 体设 计 2.3.1 伸缩臂叉装机 系统分类 伸缩臂 叉 装车 系 统一般 分为: 发动机 系统; 变速 箱系统 ;操纵 系统; 转向 液压系统 ;手制 动系统 ;变矩 器系统 ;驱动 桥系 统;工 作液压 系统; 脚制动系 统;车架 系统 ; 工作装 置系统 ;驾驶 室系统 ;覆 盖件系 统;标 识系统 ;电气系 统; 发动 机系 统的 作 用是 给车 辆 提供 用以 行走 和 工作 的动 力 ,包 括: 发 动 机、 发动机附 件、冷 却系统 、进、 排气系 统、加 速及熄 火系统 。 11 第二章 需求分析与总体设 计 变速箱系 统作用 是将变 矩器输 出的动 力传递 给驱 动车轮 ,并根 据车辆 行驶 条件的变 化, 相 应的改变 驱动车 轮旋转 方向, 主要由 变速箱 及其安 装支 架组成 。 操纵系统 的作用 是操纵 装载机 进行前 进后退 行驶 和完成 各种作 业动作 ,由 变速操纵 和工作 操纵两 部分组 成。 转向液压 系统的 作用是 驱动整 机进行 左右转 向, 主要由 转向器 和 转向 油缸 及连接液 压管路 组成。 手制动系 统作 用 是保证 整机在 停止作 业时处 于相 对静止 状态, 一般是 由变 速箱自带 的手刹 盘通过 操纵手 柄来实 现。 变矩器系 统作用 是将发 动机系 统提供 的动力 传递 给变速 箱,并 根据车 辆行 驶条件的 变化, 相应的 改变驱 动车轮 的扭矩 和转速, 包括: 变矩器 、 安 装支架 、 连接管路 。 驱动桥系 统作用 是将变 速箱传 递过来 的动力 进行 减速, 驱动整 机前进 或后 退,包括 前驱桥 、后驱 动桥、 传动轴 。 工作液压 系统的 机械能 转化为 油液的 压力能 ,再 将压力 能通过 油缸转 化为 机械能 , 它是 一种能 量转换 装置 , 它包括 : 液 压泵 ; 多路 阀; 转向器 ; 下降阀 ; 液压管路 系统。 车架系统 的作用 是给发 动机系 统、 变速箱 系统、 变 矩器系 统、 驱动 桥系 统、 工作装置 系统等 以可靠 的载体 ,并将 这些系 统合 理的分 布固定 ,以发 挥其最大 效用。 工作装置 系统的 作用是 直接承 受货物 的重量 ,完 成货物 的叉取 卸放, 升降 堆码等装 卸作业 ,它包 括:基 本臂、 伸缩臂 ,框 架总成 ,货叉 总成, 倾翻油缸 等组成。 驾驶室系 统的作 作用是 在保障 人身安 全的前 提下 ,辅助 驾驶员 舒适的 驾驭 车辆,包 括驾驶 室、仪 表盘、 座椅等 。 覆盖件系 统的作 用是用 保护各 内部部 件,对 个旋 转部件 进行防 护,并 使车 辆拥有靓 丽的外 观,它 包括: 机罩; 挡泥板 ;液压 油箱、 燃油箱 、平 衡重等。 标识系统 主要是 辅助驾 驶员对 整机操 作和保 养进 行了解 ,警告 人员可 能出 现的危险 ,产品 的标示 。 电气系统 的作用 是给动 力系统 和照明、 提醒等 辅助设 备提供 电力, 它包 括: 蓄电池; 线束; 辅助照 明设备 等等。 2.3.2 技术方案及特 点 借鉴国内 外伸缩 臂叉装 车的先 进技术 ,并 通 过质 量屋的 分析 , 我公司 的伸 缩臂叉装 车 采用 东风康 明斯发 动机,DANA 湿式制 动车桥、DANA 全自 动电控 12 第二章 需求分析与总体设 计 变速箱; 双泵合 分流液 压系统 ,转向 优先, 先导 操纵; 货叉自 动调平 装置,前 桥调平, 后桥浮 动及后 桥的刚 性轴锁 功能。 从而 开发研 制出价 格适中 ,技术先 进,结构 可靠, 满足市 场 要求 的 DT9A30 伸缩 臂叉装 车。 借鉴 国 内外 伸 缩 臂叉 装 车的 先 进技 术 和 质量 屋 的分 析 ,设 计 开发 DT9A30 伸缩臂叉 装车。 主要采 用以下 方案: 1 ) 强劲有力 的传动 系统 采用 性 能卓越 的东 风康明 斯发动 机,DANA 车 桥、DANA 变速箱 ,动力 强劲, 传动高 效,性 能可靠, 节能环 保。 图 2-3 所示 为 DANA 公司伸 缩臂叉 车驱动 桥(212 ),其特 点是: ? 前 后桥可 转向摆 动驱动 车桥; ? 行 车制动 采用前 后桥湿 式制动 ; ? 驻 车制动 采用后 桥湿式 制动 。 图 2-3 DANA 驱动 桥 DANA 公司 伸缩臂 自动换 档变速 箱 (1104FVDT12465S , 见图 2-4 ) 具 有如 下特点: ? 自 动电控 换档功 能 ? 换 档缓 冲 功能, 消除换 档冲击 。 ? 配 有微动 阀, 主要 是实现 对离合器 的降压, 随着微 动阀的 逐步打 开 , 离 合器压力 持续下 降,摩 擦片开 始打滑 ,实现 微动效 果。 图 2-4 DANA 变 速箱 13 第二章 需求分析与总体设 计 2 ) 性能优良 的悬挂 系统 3 ) 前 桥调 平 , 后 桥浮 动 , 使得 该 机 具 有极 佳 的 缓 冲和 吸 振 效果 , 后 桥的 刚性“轴锁”以 及前桥 的车架 调平功 能,极 大提高 越野性 能和驾 驶舒 适性。 4 ) 采 用双 泵 合 流 ,转 向 优 先的 液 压 系 统, 主 要 液 压元 件 采 用国 际 成 熟的 伸缩臂叉 装车配 置产品 。 5 ) 轻 便灵 活 的 转 向系 统 。 具有 可 任 意 切换 的 三 种 转向 模 式 (前轮转 向、 四轮转向 和蟹行 转向 ) ,能满 足各种 作业工 况需 求;再 加上轻 便灵巧 的液压油 缸助力转 向功能 ,大大 提升了 该机的 机动性 和灵活 性。 6 ) 整机左右偏摆?10? 的功能。通过操控偏摆功能调校角度,使上机体处 于水平位 置。 7 ) 低动臂设 计可增 强稳定 性扩大 视野。 8 ) 单