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中國礦業(yè)大學2008屆本科生畢業(yè)設計 第114頁
1 緒論
叉車是在工廠、倉庫、港口碼頭、機場或工地完成叉取、搬 、堆垛等作業(yè)的一種工程車輛。它體積小、重量輕、結構緊 、噪音低、污染小、造價低、操作靈活，可以在工作場地狹小的 間作業(yè)。隨著科技水平和文化意識的提升，現(xiàn)在的產(chǎn)品設計已經(jīng)從 能主義(形式追隨功能)轉向情感主義(形式追隨情感) ]。 件設計好的產(chǎn)品不僅要滿足用戶的生理需求，還要滿足心理的需求。隨著工業(yè)設計的不斷發(fā)展，曾經(jīng)以技術為主體的設計轉向以技術為客體，以用戶為中心的設計，運用工業(yè)設計的方法和技術成了人類專門研究的主題。對于叉車設計而言，在考慮各項功能、技術水平指標之外，車身的形態(tài)也越來越引起用戶和行業(yè)的注意。除了可靠、優(yōu)越的性能，舒適的人機操作界面，用以普遍對叉車的車身造型、線型風格、色彩觀感等視覺效果等都有更高的要求。如何使叉車生產(chǎn)企業(yè)跳出原有的重功能、輕形 設計的固有模式，適應用戶不同的產(chǎn)品需求；如何迎接加入WTO后外來產(chǎn)品對我國叉車生產(chǎn)企業(yè)的沖擊和影響；如何建立一個整合考慮功能技術、人機關系、形態(tài)的現(xiàn)代設計方法，是我造型設計新穎、色彩處理得當、人機關系協(xié)調、安能給人良好的視覺效果和宜人的生產(chǎn)條件，對美化環(huán)境、提高工效大有好處。
1.1 我國叉車外觀造型設計的現(xiàn)狀
我國叉車工業(yè)起步于 20世紀五、六十年代。在原機械工業(yè)部的領導下，挑選國內幾家企業(yè)的技術人員進行共同開發(fā)、聯(lián)合設計，然后以當時計劃經(jīng)濟的模式，根據(jù)叉車的不同型號(噸位)分配給各家企業(yè)進行制造生產(chǎn)。進入 20世紀 80年代后，計劃經(jīng)濟的束縛逐漸減輕，各家企業(yè)根據(jù)自身的技術、資源力量，在原來的型號基礎上向上、向下延伸，普遍建立起一套不同型號的產(chǎn)品系列，技術上主要以動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)作為核心。20世紀90年代中后期，隨著國際上 Linder、Toyota等大公司產(chǎn)品的進入，對我國的叉車制造行業(yè)形成了極大的沖擊。為了迎接挑戰(zhàn)，國內企業(yè)在車身的鈑金工藝、動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、裝配加工工藝等領域投入了很大的技改力度，引進了大批數(shù)控加工設備和流水線，在技術、工藝上有了很大的提高。但是國內企業(yè)在設計上相對滯后 ，主要以模仿日本企業(yè)的設計為主。在模仿過程中，由于受到加工工藝的制約，總體效果差強人意 ，特別是在車身形態(tài)方面存在很多不足，主要表現(xiàn)在：
(1)外觀形態(tài)仍采用呆板的直線，整體形式陳舊、臃腫，不符合現(xiàn)代的審美情趣；
(2)結構線型混亂，形體比例不協(xié)調，機構外露多，布局零亂，松散 ，視覺穩(wěn)定性差；
(3)極少考慮人機工程操作的舒適性和合理性；
(4)色彩單一、陳舊，色調灰暗，缺少變化和統(tǒng)一 ，商標、標牌等附件的布局與整體不協(xié)調。
1.2 國際叉車外觀造型設計的現(xiàn)狀
20世紀 80年代，以林德(LINDER)叉車為代表的叉車生產(chǎn)企業(yè)在外形設計上大膽突破，追求流線型，講究藝術性，開始導入汽車的造型設計元素。在亞洲，日本各大公司在外形設計中也逐漸以圓弧曲線代替直線，注意造型的美觀流暢。同時，隨著工業(yè)的發(fā)展，部件的可靠性有了很大的提高，不用再過多地考慮維修的方便性，這樣就為將它們遮蓋起來創(chuàng)造了條件。叉車的部件除了必須布置在外面的操作系統(tǒng)、各種儀表、警告裝置外，其余部件均被車身包裹起來，給人—種整潔美觀的感覺。步入21世紀，國際叉車制造企業(yè)對形態(tài)更加重視，受汽車形態(tài)設計 新鋒銳 (New Edge)風格的影響，叉車形態(tài)在原流 線型的基礎上增加了一些堅挺的塊狀輪廓明顯的線條，流暢中彰顯力量、圓潤中蘊涵挺拔，叉車形態(tài)隨社會審美情趣的演變不斷地發(fā)展變化并成為叉車更新?lián)Q代的主要手段之一。2003年世界叉車展覽會的4款叉車?？傮w而言，當今世界叉車形態(tài)設計的趨勢可以用8個字概括：流線、遮蓋、高效、舒適。主要有以下特點：
(1)采用系統(tǒng)設計的觀念，從 人 一機 一環(huán)境 整體來考慮叉車的設計；
(2)全懸浮安全架，軸線上減輕振動，線型上使形態(tài)豐富；
(3)弧線和直線相結合，線條流暢、簡練，極富動感活力；
(4)人機界面設計合理，操作舒適、簡單；
(5)采用鮮艷的顏色，色彩計劃豐富、大膽，視覺沖擊力。
1.3 叉車造型設計的幾個方面 ：
叉車車身造型設計
現(xiàn)代叉車車身造型要求簡潔明快、線條流暢，以塊感的造型手法體現(xiàn)車身的力度感與堅實穩(wěn)重的量感。因此，設計時要注意整體性，避免使零件過分凌亂和松散；要精心規(guī)劃，將有關部件集中在一定的較規(guī)整的空間范圍內，分塊明確，簡潔完 。這樣可以增強叉車的整體感，使形體輪廓更加鮮明，更富于個性特色。
叉車造型色彩計劃
色彩是造型的重要因素 ，好的產(chǎn)品色彩設計能更美化產(chǎn)品，提高外觀質量。叉車的色彩雖然依附于形體，但色彩比形 更具有感染力，能先于形體影響人的情感。設計叉車時，首先需要確定主色調，才能使機具顯得統(tǒng)一。即應以一色為主，其它色彩為輔。主色調占大部分面積，其位置也多在注目之處，如門架、車身、平衡重等。叉車主色調的確定應考慮有效地發(fā)揮產(chǎn)品的功能，同時為操作者創(chuàng)造協(xié)調的人機關系，給人以親切、舒適、輕松、愉悅的感覺，從中得到美的享 。
叉車車身緊湊，運轉靈活迅速，司機操縱動作頻繁而緊張。為了安全和引人注目，一般來說，主色調以明度較高的黃色、橙色為宜。黃色、橙色是目前國際工程機械的流行色。從國際發(fā)展趨勢來看，紅色、綠色最近也是被運用較多的顏色。叉車的色彩力求單純，一般2—3色為宜，色彩越簡潔越醒目，整體感越強。主色調確定之后，一般可施輔助色彩的部分有駕駛室安全框架、門架、貨叉和平衡重等。對于叉車來講，只能選定幾處，切不可面面俱到，用色過多，反而顯得雜亂。童雪駛室門架雖然著色面積不大，但位于機具中部特別醒目。設計者如為表現(xiàn)其牢固、堅實安全，可采用深鐵藍或黑色。對于中、小型叉車，為表現(xiàn)機具靈活機動，可采用明度較高的灰白、米黃、淺藍色等。
人機關系的協(xié)調
現(xiàn)代產(chǎn)品造型設計要求在滿足功能結構要求和遵循造型形式美規(guī)律的同時必須符合人機工程學原則，滿足宜人性，才能高效、可靠、安全和舒適地操作【5]。過去人們總是關心技術的先進性，而較少關心人機工程因素，或者在設計完產(chǎn)品之后才對產(chǎn)品進行人機工程分析，滯后性強，最終的產(chǎn)品操作起來很不舒服，甚至帶來誤操作而引起事故。因此，在設計產(chǎn)品之前進行人機工程分析十分必要。叉車設計在考慮人機工程因素時，一般有以下幾個方面。
（1）駕駛空間
駕駛員的活動空間主要在司機室內部，寬敞明亮的司機室擴大了駕駛員的視野，前后左右及司機室頂部都有寬大的玻璃，駕駛員可以方便地觀察到機器周圍的情況；較大的下部空間可以使駕駛員不至于因為空間的狹小導致腿部的疲勞，操作起來比較方便。為了適應不同身高的駕駛員來操縱叉車，同一型號的叉車針對不同的駕駛員其主要部分都可以。因人而易 ，根據(jù)可調性原則采用不同配置尺寸。例如：從司機座椅到前方的制動踏板、油門踏板之間的距離；從座椅靠背到操縱桿之間的距離；從方向盤到駕駛員之間的距離，方向盤的高度等。這樣就可以使那些身高1．60—1．90m之間的駕駛員在操縱叉車時都能感到非常舒適。
（2） 駕駛舒適性
駕駛員的駕駛舒適性除了與駕駛空間有關，還與座椅的設計密不可分。座椅的設計應盡可能使乘客脊柱處于生理體位，保持正常的生理彎曲。駕駛環(huán)境不僅要求對座椅能進行前后調整、對靠背能進行角度調整，而且要求座持柔軟舒適、富有彈性，并配有減震裝置。因為叉車的前后懸掛都是剛性的結構， 在整機上無減震裝置，易使駕駛員疲勞。為了彌補叉車結構上的這一先天缺陷，必須在座椅上裝設減展裝置。據(jù)國外資料介紹 ，目前國外的有些叉車的座椅下面裝有減震油缸。
（3） 人機界面設計
此外，儀表板人機界面的設計也必須認真考究。造型漂亮的硬塑料面板的組合儀表，在國外叉車上已成發(fā)展趨勢。人機界面設計得好 ，可使人機之間傳遞交換信息暢通無阻，使人能迅速、正確識別并獲取機內信息，人腦中樞處理后作出的操作能容易準確地發(fā)送給機具。因此，各種儀表很講究可讀性，有的用數(shù)字顯示，有的用指針或信號指示，在新近生產(chǎn)的叉車上，甚至設置了通訊聯(lián)絡裝宜，供駕駛員在叉車操作現(xiàn)場與計算機管理中心進行信息聯(lián)絡，以加強叉車的運行營理，提高作業(yè)效率。
另外，功能集成的操作區(qū)不僅縮短了手臂移動的距離，減少了操作力，而且還實現(xiàn)了精確的組合控制。駕駛員可以同時對叉車進行聯(lián)合操作(例如門架的起升和屬具的伸縮等)，這些組合控制是由電控和液控來完成的。
2l世紀企業(yè)競爭的焦點是創(chuàng)新產(chǎn)品的競爭。對于產(chǎn)品生命周期來說，產(chǎn)品的外觀造型日益顯得重要。用工業(yè)設計的理論方法和技術來設計叉車，提高叉車使用的可靠性，駕駛的舒適性，造型的美觀性，正在成為我國叉車企業(yè)競爭的一大機遇。
1.4 叉車技術的發(fā)展趨勢
叉車市場的激烈競爭促進了叉車技術的發(fā)展 ,現(xiàn)代叉車設計中正在大量地、不斷地應用各種新技術 ,提高產(chǎn)品的性能和品質 ,以滿足市場的需要。
叉車設計人性化
人性化的概念在當今的叉車設計中無處不在 ,尤其是在歐洲車型上得到了最充分的體現(xiàn)。
a.充分考慮舒適性
經(jīng)驗表明 ,疲勞駕駛是最容易造成事故的 ,而舒適寬松的駕駛環(huán)境 ,則能有效提高叉車的作業(yè)效率。大多數(shù)歐洲廠商對此投入了大量的研究 ,并且不斷改進。叉車設計者對人的關懷滲透到各個細節(jié)。外觀簡潔而駕駛空間寬敞 ,懸浮式座椅的高度、前后位置、靠背角度都可以調節(jié) ,還可以根據(jù)駕駛員體重設定緩沖 ,長時間操作也不會疲勞。方向盤直徑經(jīng)過嚴格的計算與測試 ,其角度與高度也可根據(jù)駕駛員的身材不同而自由調整。
研究表明 ,駕駛室內壁的精巧布置有利于提高生產(chǎn)率。如果所有的控制都能按人機工程學進行布置 ,駕駛員操縱就更加舒適 ,更能集中精力工作?，F(xiàn)代叉車駕駛室的每一個設計細節(jié)都充分考慮了工作效率和安全性 ,更符合人機工程學原理。操作空間加大 ,使操作者的手、腳、腿、頭、背部有更大的活動空間 ,如 Crown的 FC4000系列相對于 FC3000系列而言 ,頭部空間增加 61 mm,肩部間隙加大 240 mm,膝蓋空間加大 90 mm。座椅和方向盤均可在 3個自由度范圍內根據(jù)司機身高、體重和習慣任意調節(jié)。座椅為全懸浮式和司機約束座椅 (OSR) ,座椅右側有帶襯墊的可調手臂托架 ,托架前端布置有電氣控制式集成液壓操作桿或指尖操作桿。儀表盤置于方向盤下方 ,隨方向盤擺動。喇叭、燈開關、緊急斷電開關等操作手柄和按鈕集中置于托架或儀表盤上,操作和控制更加方便。Linde、Still等公司的駕駛室可根據(jù)用戶要求向左或向右轉動 45°,便于短距離倒車。這一系列措施可確保每一位司機工作在最佳位置。
德國 Jungheirich集團公司展示的概念叉車 ,駕駛室可轉動 180°,可避免司機在運載較為龐大的貨物及倒車時扭轉身體而導致背部和頸部疲勞。駕駛室內各種控制手柄皆布置在座椅扶手上 ,很容易操控 ,大大提高了司機作業(yè)的舒適程度。ManuelAydt公司的概念叉車 ,門架位于駕駛室后面,行駛時司機可相對于所搬運的貨物轉動 180°,以獲得最佳視野。Flerian Coenen’s公司的剪叉式叉車 ,司機始終與貨物保持在一個水平線上 ,這樣在堆放或取回貨物時 ,始終保持良好的視野。Still公司的 Rxx概念叉車 ,采用航天升降液壓缸 ,取消了型鋼門架 ,給司機提供了良好的前方視野 ,可避免司機工作時因扭轉身體而產(chǎn)生的疲勞現(xiàn)象 ,提高了作業(yè)舒適性 ,安全性也得到了改善。
各叉車公司不斷優(yōu)化改進叉車人機界面 ,使操縱簡便省力、迅速準確 ,充分發(fā)揮人機效能。例如,配備醒目的數(shù)字化儀表、報警裝置 ,實現(xiàn)工況的在線監(jiān)控;采用浮動駕駛室(可移動、升降) ,使操縱者獲得全方位視野;以集中手柄控制替代多個手柄控制 ,電控替代手控;逐漸將電子監(jiān)測器和高度顯示器作為高升程叉車的標準配置等。
b.允許個性化設置性能參數(shù)
不同的駕駛員有不同的操作習慣 ,不同的場地環(huán)境也有不同的要求 ,叉車設計允許駕駛員根據(jù)自己的駕駛習慣或者場地條件設定個性化的運行參數(shù) ,如最大行駛速度、加速度、制動靈敏度等 ,如果駕駛員是一個有活力的年輕人 ,他可以設置高加速、快剎車 ,體驗動感十足的工作;如果駕駛員是個沉穩(wěn)的中年人 ,他可以設置慢加速 ,緩剎車 ,那么在整個駕駛過程中 ,都會感覺十分舒適 ,不會有急起動、急剎車的振動。符合每一個叉車駕駛者的駕駛習慣的叉車 ,就像一件量身定制的衣服 ,能夠適合每個駕駛員的具體情況。
c.充分考慮安全可靠性與可維護性
保證叉車駕駛員的安全一直是設計人員重點考慮的問題。除停車、行車制動等基本安全措施外 ,通過配備功能齊全的監(jiān)控系統(tǒng)、動力制動系統(tǒng)、防側翻系統(tǒng) ,以及采用電控、液壓、機械 3套獨立制動系統(tǒng) ,可大大提高叉車整車的安全可靠性。同時 ,電子技術的發(fā)展與運用 ,使對叉車安全性研究向智能化方向發(fā)展。
現(xiàn)代叉車車身普遍采用流線型設計 ,外形柔美和諧;轉向輪采用高承載能力的小直徑寬基輪胎 ,重心低 ,穩(wěn)定性好;無級變速運行平穩(wěn)、起升調速使操作更平穩(wěn)、安全;可調節(jié)的座椅、全液壓動力轉向、萬向節(jié)連接不僅可以使方向盤根據(jù)操作者的需求前后調節(jié) ,而且可避免因路面不平通過車體震動操作者手臂 ,降低疲勞 ,操作更安全、舒適。
采用先進的液晶信息管理系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的儀表盤 ,最新的巡航控制技術與彎道控制技術 ,在斜坡上自動感應剎車 ,防止重力下滑 ,在轉彎時也會根據(jù)彎角與速度自動計算并減速 ,極好地保證了側向平衡 ,防止側翻。
隨著國際化進程的進一步加快 ,工業(yè)企業(yè)除了不斷改進產(chǎn)品質量、提高產(chǎn)品的舒適性等性能外 ,對產(chǎn)品的安全性也越來越重視 ,產(chǎn)品的安全性已經(jīng)成為企業(yè)邁向國際市場的一道門檻。叉車方、尖外表正被流線圓弧形外觀所取代 ,改善了司機的視野 ,提高了操作安全性。如豐田 7系列叉車裝有主動穩(wěn)定系統(tǒng) (SAS) , SAS采用一系列電子傳感器對叉車負荷、運行速度、轉向角等參數(shù)進行測量 ,當測得潛在危險狀態(tài)時 , SAS即開始工作 ,以提高叉車的橫向穩(wěn)定性 ,從而達到安全作業(yè)的目的。
外觀造型轎車化
近年來 ,無論是國內廠商還是國外公司 ,皆推出了外觀造型令人注目的新車型 ,體現(xiàn)了叉車造型轎車化的發(fā)展趨勢 ,即流線型、大圓弧過渡加之明快協(xié)調的色彩搭配 ,叉車的護頂架、車身、配重及各種裝飾件融為一體 ,考慮美學效果 ,制作精良 ,更容易受到客戶的青睞。一般來說 ,國際著名的叉車公司在推出新一代叉車之前 ,都會根據(jù)自己產(chǎn)品的一貫風格和顏色 ,經(jīng)過模型制作、外觀工業(yè)造型、油漆顏色選取等過程 ,才會進入產(chǎn)品功能設計。在表面質量上 ,對黑色金屬進行侵蝕處理后噴漆 ,更容易獲得高的表面質量。如意大利 Cesab公司采用了高壓靜電噴涂工藝 ,將自動控制的噴槍噴出的粉末 ,以 10kV靜電的形式噴向部件表面 ,再經(jīng)過干燥爐干燥處理 ,最后形成了比濕法噴涂高得多的表面質量 ,有類似于桔皮樣的顆粒效果 ,形成了自己的特色。隨著計算機技術的發(fā)展 ,虛擬樣機設計、三維實體造型成形等先進設計手段和先進制造技術的運用使叉車造型越來越具有新意和特色。
產(chǎn)品專業(yè)化、系列化、多樣化
系列化是叉車發(fā)展的重要趨勢。國外著名大公司逐步實現(xiàn)其產(chǎn)品專業(yè)化、系列化。與此同時 ,叉車產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期明顯縮短。叉車產(chǎn)品的特點是科技含量高、研制與生產(chǎn)周期較長、投資大、市場容量有限、市場競爭主要集中在少數(shù)幾家公司。各廠家皆以產(chǎn)品種類、系列的多樣化去充分適應不同用戶、不同工作對象和不同工作環(huán)境的需要 ,并不斷推出新結構、新車型 ,以多品種、小批量滿足用戶的個性化要求。
自動倉儲系統(tǒng)、大型超市的紛紛建立 ,刺激了對室內搬運機械需求的增長。高性能電動叉車、前移式叉車、窄巷道叉車等各類倉儲叉車得到迅速發(fā)展為了盡可能地用機器作業(yè)替代人力勞動 ,提高生產(chǎn)效率 ,適應城市狹窄施工場所以及在貨棧、碼頭、倉庫、艙位、農(nóng)舍、建筑物層內和地下工程作業(yè)環(huán)境的使用要求 ,小型叉車及微型叉車得到了較快的發(fā)展還出現(xiàn)了一種鉸接式叉車 ,它主要用于窄巷道內物料的搬運。另一方面 ,叉車通用性也在提高 ,這樣可使用戶在不增加投資的前提下充分發(fā)揮設備的效能 ,完成更多的工作。
集裝箱叉車也得到了發(fā)展。目前 ,集裝箱搬運與堆垛設備的主要生產(chǎn)商集中在歐洲 ,如瑞典的Kalmar、SMV,意大利的 Belotti、CVS、Fantuzzi,法國的 PPM,芬蘭的 SISU Valmet,德國的 Linde等。國內生產(chǎn)集裝箱叉車的僅有 1家 ,主要依賴進口。集裝箱叉車仍是所有集裝箱港口、碼頭、中轉站搬運與堆垛空箱必不可少的設備 ,且堆垛層數(shù)有不斷增加的趨勢。
節(jié)能和環(huán)保化
環(huán)保要求推動了動力技術的發(fā)展。電動叉車具有能量轉換效率高、無廢氣排放、噪聲小等突出優(yōu)點 ,是室內物料搬運的首選工具 ,但其受蓄電池容量限制 ,功率小 ,作業(yè)時間短。目前國內外均在不斷改進鉛酸蓄電池技術 ,通過提高材料純度等使其在復充電次數(shù)、容量和電效率方面有了很大提高。由于技術的進步 ,電動叉車現(xiàn)已突破只能用于小噸位作業(yè)的局限性。目前國際上電動叉車的產(chǎn)量已占叉車總量的40%( 國內為 10%～15% ),在德國、意大利等一些西歐國家 ,電動叉車比例高達 65%。
近年來 ,隨著企業(yè)廠內物流叉車應用范圍的擴大和環(huán)境保護、勞動安全衛(wèi)生要求的提高 ,對廢氣凈化、作業(yè)視野、車輛的振動與噪聲以及易燃易爆場所的防爆等問題日益受到重視 ,相應的技術規(guī)范亦日益完善?，F(xiàn)代叉車車身系統(tǒng)采用懸浮裝置 ,先進的雙懸浮系統(tǒng)使整車的振動、噪聲都減小到最低水平 ,符合國家優(yōu)等產(chǎn)品標準 ,未來叉車將廣泛采用電子燃燒噴射和共軌技術。發(fā)動機尾氣催化、凈化技術的發(fā)展 ,將有效降低有害氣體和微粒的排放。液化石油氣( LPG) 、壓縮天然氣 (CNG) 等燃料叉車及混合動力叉車將進一步發(fā)展。新型蓄電池燃料電池在各大公司的共同努力下 ,克服價格方面的劣勢 ,已批量進入市場。據(jù)報載 ,目前全球汽車巨人正聯(lián)合致力于電動叉車的研究 ,電動汽車的動力、傳動、控制、安全等技術在叉車上的應用 ,將會使電動叉車整機性能有一個質的飛躍。
機電液一體化
高可靠性、性能優(yōu)越的產(chǎn)品 ,以及裝備先進電子技術的機電一體化產(chǎn)品的市場前景看好。以倉儲發(fā)展為依托 ,發(fā)展新品種 ,特別是前移式叉車和堆垛車產(chǎn)品。計算機技術在電動叉車上逐步得到推廣應用 ,并納入信息化控制。無人駕駛叉車適用于有毒或特殊環(huán)境的需要 ,具有較大的發(fā)展空間。
a.節(jié)能和機電液一體化高新技術的應用
微電子技術、傳感技術、信息技術的發(fā)展和應用 ,對提高叉車業(yè)整體水平 ,實現(xiàn)復合功能 ,以及保證整機及系統(tǒng)的安全性和自動化水平的作用將更加明顯 ,使電子與機械、電子與液壓的結合更加密切實現(xiàn)以微處理器為核心的機電液一體化是未來叉車控制系統(tǒng)發(fā)展的主方向 ,即以微處理器為核心 ,控制由局部控制向網(wǎng)絡化方向發(fā)展 ,使整車保持最佳工作狀態(tài) ,實現(xiàn)叉車的智能化作業(yè)。對于電動車輛 ,傳統(tǒng)的電阻調速控制器已被淘汰 ,而新型 Mosfet晶體管因其門極驅動電流小 ,并聯(lián)控制特性好 ,且有軟硬件自動保護和硬件自診斷功能等優(yōu)點 ,得到廣泛應用。串勵控制器和他勵控制器仍是市場的主導產(chǎn)品。交流控制技術將進一步發(fā)展。隨著交流調速控制系統(tǒng)成本的降低與閉式交流電機技術的成熟 ,交流電機叉車將會因其功率大、維護性能好而取代直流電機叉車。采用電子轉向系統(tǒng)與動力轉向系統(tǒng)相比可節(jié)能 25%,它可根據(jù)叉車的使用工況 ,適時控制電機轉速 ,是叉車節(jié)能降噪的有效措施。
b.制動系統(tǒng)向電子化方向發(fā)展
現(xiàn)代叉車一般配有 3套獨立的制動系統(tǒng):作用于驅動輪和承載輪的踏板液壓制動;電子或機械式駐車制動;再生制動。再生制動的原理是 ,叉車在下坡、停車、前進 /后退轉換過程中的動能不是僅僅消耗在機械制動器上 ,而是通過控制器將電動機變成發(fā)電機 ,給蓄電池再充電。這種制動系統(tǒng)延長了每次充電后的工作時間 ,一般可延長 5%～10%,同時減少了機械制動器的磨損 ,降低了使用成本 ,對于頻繁起制動的叉車來說尤為重要。為了減少制動沖擊 ,增強適用性 ,要求傳動系統(tǒng)的制動力矩可調 ,從而促進了可調力矩電磁制動器的發(fā)展?？烧{力矩制動器由 1個彈簧加壓制動器和電子控制裝置———力矩控制器組成 ,這種機電一體化的制動系統(tǒng)在實現(xiàn)制動力矩可調功能的同時 ,還可以通過力矩控制器對制動器的磨損進行監(jiān)測 ,使系統(tǒng)的可靠性提高 ,降低運行維護成本。此外 ,這種可調力矩制動器還可以設置 CAN總線接口 ,以實現(xiàn)對制動器的遠程診斷、控制和對制動控制的網(wǎng)絡化操作。
轉向系統(tǒng)向電子化邁進。傳統(tǒng)的蓄電池叉車轉向系統(tǒng)采用機械轉向或液壓助力轉向。機械轉向的缺點是操縱力大 ,操作者易疲勞;液壓助力轉向的缺點是浪費能量。采用電子轉向不僅操縱力小 ,而且比液壓助力轉向節(jié)能約 25%。目前 ,電子動力轉向系統(tǒng)主要有 2種:一種為位置反饋電子動力轉向系統(tǒng) (Jungheinrich公司、安徽叉車集團公司的產(chǎn)品);另一種為扭矩反饋電子動力轉向系統(tǒng) Linde公司(TCM公司的產(chǎn)品) 。
c.先進完善的電氣系統(tǒng)
現(xiàn)代電動叉車均配有先進完善的電氣系統(tǒng) ,包括行走、起升、轉向控制器、DC - DC變換器和車載充電器等。行走電機從 DC串勵向 DC他勵并進一步向 AC交流方向發(fā)展。加速器從碳膜電阻型有磨損式向霍爾型無磨損式發(fā)展。儀表盤上配置有各具特色的組合儀表面板 ,它采用大屏幕點陣式液晶顯示和 LED管 ,實時顯示叉車狀況 ,包括放電顯示、工作計時、電機溫度、故障診斷等多種信息。隨著電子技術的發(fā)展 ,電動叉車的控制器日趨完善。
DC他勵控制器的特點是 ,可實現(xiàn)傳統(tǒng)串勵電控無法實現(xiàn)的坡道防下滑功能 ,電瓶、電機工作電流的脈動大大減少 ,空載和滿載均能實現(xiàn)最大車速。他勵電控取消了 3個接觸器 (換向、旁路、再生) ,從根本上解決了接觸器易拉弧、故障多的問題 ,大大減少了維護工作量 ,降低了使用維修費用。
AC交流控制器的特點是 ,低速時恒轉矩控制 ,高速時恒功率控制 ,在低速段有電壓補償功能 ,使得爬坡和起動性能更好 ,加之 AC電機有速度反饋功能 ,因此操作靈敏度高 ,動力控制精確。同時 AC電機不使用觸點和碳刷 ,維修更簡易。
上述先進的控制器都可以通過 CAN總線和其它元件通信。CAN總線技術的應用 ,使得叉車電氣系統(tǒng)所有元件的通訊變得方便、快捷、可靠 ,故障診斷可由電腦檢測記錄 ,電氣連接線少。
新型電氣元件的裝備提升了電動叉車的整車性能 ,使得電動叉車朝著高起升、高速度、高爬坡性能高安全性方向發(fā)展。特別是最近幾年 ,國際大公司競相推出高性能的全 AC驅動叉車 ,行駛速度可達到 17 km /h,爬坡度可達到 20%,達到同噸位內燃車的水平。預計在未來 3～5年內 ,AC叉車將會超過DC叉車而占據(jù)電動叉車的主流市場。
d.電瓶叉車采用交流電機、變頻調速
近來交流電機已引起叉車界極大的興趣。交流電機運用于叉車具有以下顯著特點:一是叉車運行速度高 ,工作裝置起升速度高;二是由于它采用高效控制器及具有再生制動功能 ,因此 ,比傳統(tǒng)叉車節(jié)能30%以上;三是全封閉電機、軸承及多盤制動器免維護(無接觸器或碳刷) 。交流電機的電壓有越來越高的發(fā)展趨勢 ,高電壓 (72～80 V) 已在歐洲開始使用。在高電壓下工作時 ,實際工作的電流很小 ,叉車在工作中發(fā)熱更少、效率更高 ,完全克服了直流電機產(chǎn)生熱量多、效率低下、維護頻繁的缺點。
快速充電技術的發(fā)展日趨成熟 ,車載充電機將更多地運用于叉車 ,使充電更方便 ,充電電流可達到傳統(tǒng)充電電流的 4倍以上 ,充電時間更短 ,效率更高。采用交流電控可以提高生產(chǎn)率 ,加速快 ,可提高車輛行駛速度和門架起升速度 ,且高速行駛時輸出轉矩大。在同樣工況下能耗小 ,可以延長蓄電池組單班使用時間。
國外知名叉車公司均已推出了交流蓄電池叉車產(chǎn)品。采用交流電機、變頻調速使電瓶叉車的性能有了質的飛躍。杭州叉車有限公司采用 DC他勵、AC交流控制器、EHPS動力轉向等先進技術 ,外觀造型與轎車相媲美的新一代電動叉車 ,已經(jīng)陸續(xù)投放市場 ,深受國內外用戶青睞。
智能化和集成化
a.電腦控制動力轉向
現(xiàn)代叉車普遍采用電氣動力轉向(EPS )和電氣液壓動力轉向(EHPS) 。這 2種轉向均由電腦控制。Linde、Jungheinrich、BT、Still公司的前移式叉車裝備了 EPS,由輸入軸、輸出軸、轉向輪、轉向電機和傳感器等組成。在方向柱下裝有 1個固態(tài)邏輯單元 (電子傳感器) ,它可以檢測轉向角的差值 ,并將其輸入到電氣控制系統(tǒng)中來控制轉向電機 ,使其與轉向力成正比。當方向盤不轉動時 ,轉向電機不工作 ,而傳統(tǒng)的轉向電機一直旋轉 ,噪聲和能耗較大 ,容易造成電機和齒輪泵的磨損。方向盤轉動時 ,車輪的轉向角度通過轉向傳感器同步反饋給控制器 ,自動補償并修正定位 ,使叉車的轉向操作更為精確 ,實現(xiàn)了方向盤的自動精確定位。
b.液壓泵電機控制器的應用
液壓泵電機控制器可以控制電機實現(xiàn)門架起升 /前進 /后退等動作的無級調速 ,還可以設定電機轉速 ,以控制貨叉傾斜 /側移速度。采用液壓泵電機控制器可以節(jié)約 25%的能量 ,延長蓄電池組單班使用時間 ,降低液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量。TCM、安徽叉車集團公司等的蓄電池叉車均采用了液壓泵電機控制器。
c.門架下降采用負載勢能回收技術
門架下降采用負載勢能回收技術可實現(xiàn)門架下降的無級調速 ,還可節(jié)約 5%的能量。負載勢能回收的原理是 ,門架下降時 ,液壓泵變成液壓馬達 ,電動機變?yōu)榘l(fā)電機 ,將負載的勢能轉化為電能對蓄電池進行充電 ,以達到節(jié)能的目的。
d.操縱系統(tǒng)向集成化方向發(fā)展
隨著操作人員對操縱舒適性的要求越來越高,集成化操縱成為發(fā)展趨勢。所謂集成化操縱 ,就是用一個操縱手柄完成蓄電池叉車的所有控制動作:叉車前進 /后退、門架前移 /后退、門架上升 /下降、貨叉前傾 /后傾、貨叉左側移 /右側移。
1.5叉車在特殊條件下的應用
叉車是重要的物料搬運設備，其工作狀態(tài)的安全性也是非常重要的。在一些特殊條件下，叉車的使用應注意如下幾個方面。
新車走合期的使用
新車或大修后叉車的使用壽命及其工作 的可靠性，除與制造及修理質量有關外 ，還與 走合期的正確使用和保養(yǎng)有著密切關系。因此，叉車的操作必須按照走合期的規(guī)定執(zhí)行。還應根據(jù)季節(jié)、環(huán)境、車型的不同，正確選用燃油和機油。
a.新叉車使用注意事項
出廠的新叉車，均經(jīng)過嚴格的出廠檢驗。 但在儲運過程中，叉車的各零部件可能發(fā)生 松動與損傷，因此在使用前，先對叉車內外清潔，再進行下列項目的檢查。
①叉車各機械聯(lián)接件的緊固情況，特別是轉向系統(tǒng)、車輪及輪胎、起升機構等聯(lián)接螺栓及鎖緊裝置是否緊固與正確。
②叉車各部件管路和接頭，特別是液壓系統(tǒng)和行車制動器的總泵、輪缸有無滲漏現(xiàn)象。
③叉車及發(fā)動機或電機的潤滑狀況。
④各電氣件的接頭、線路及電氣儀表等是否完好，能否正常工作，蓄電池電解液的液面高度和相對密度是否符合規(guī)定。
⑤檢查輪胎氣壓是否合乎規(guī)定要求。
b.新叉車走合期的要求
①新叉車的走合期為行駛里程 500kin，若無里程表顯示，走合期也可定為 4個月或使 用時間 500h。
②發(fā)動機的運動零部件因配合較緊，在走合期內怠速可調整得略高些，可為 500～600r／rain。汽油機可調整化油器怠速調整螺釘；柴油叉車應避免在抖振較大時運轉。
③內燃叉車應檢查發(fā)動機和噴油泵內機油的質和量。在走合期后可更換一次機油。
④新叉車工作 30小時后，應檢查變矩器、變速箱、動力換擋變速箱、驅動橋、制動鼓、直流電機等是否產(chǎn)生高熱和雜音。
⑤新叉車在工作250小時后，應將汽缸蓋螺栓及前后車輪輪轂螺母按規(guī)定力矩和順序旋緊一次。
走合期滿，要認真清洗發(fā)動機、驅動橋、變速箱、轉向器和油箱，重新更換潤滑脂，嚴格按換油工藝更換液壓系統(tǒng)液壓油。此外，還要檢查各部件緊固情況、皮帶松緊度、蓄電池電解液液面高度和密度、制動總泵液面高度、離合器踏板和制動踏板的自由行程等。檢查確認各部位良好后，方可投入正常使用。
嚴寒地區(qū)叉車的使用
嚴寒地區(qū)氣溫低，潤滑油粘度較大，燃油氣化性能差，發(fā)動機啟動困難。進入嚴寒季節(jié)前，做好叉車的換季保養(yǎng)工作，重點是要更換發(fā)動機和液壓系統(tǒng)的油液，調整電解液密 度，放凈冷卻水，加注防凍液等。改善發(fā)動機的低溫啟動性能，常用的方法是用熱水預熱發(fā)動機；柴油發(fā)動機還可加裝啟動預熱裝置。經(jīng)常清洗油箱、濾清器和油管，防止有水結冰 。
當叉車停機時間較長時，應間斷地啟動發(fā)動機，使冷卻水保持一定溫度。停車時，應選擇干燥、朝陽、避風的地點，以防發(fā)動機溫度下降過快。
炎熱地區(qū)叉車的使用
酷暑季節(jié)，天氣炎熱，容易產(chǎn)生水箱“開鍋”、燃油系統(tǒng)“氣阻”、蓄電池電解液消耗過快、液壓制動因皮腕膨脹變形而失靈、輪胎氣壓升高等問題。
駕駛員在夏季作業(yè)時要注意：進入夏季前，并按規(guī)定加注夏季用的潤滑油。清洗水道，清除冷卻系統(tǒng)中的水垢，檢查散熱器工作狀況及風扇皮帶的松緊度。作業(yè)中，隨時注意發(fā)動機溫度，經(jīng)常檢查和補充冷卻水。停車休息時，盡量靠近陰涼處，并打開發(fā)動機蓋通風散熱，如冷卻水沸騰時，不宜立即熄火和急于添加冷水。應使發(fā)動機怠速運轉，待溫度稍下降后，再熄火補充冷水。適當降低限額電壓，以減小充電電流。經(jīng)常檢查電解液液面高度，使之保持高出極板 l0～l5mmo
在危險環(huán)境叉車的使用
在有易燃氣體和粉塵的危險區(qū)域內作業(yè),一旦出現(xiàn)火源，其后果不堪設想?！稒C動工業(yè)車輛安全規(guī)范》明確規(guī)定，在易燃、易爆環(huán)境中作業(yè)的車輛必須獲得在此環(huán)境中作業(yè)的許可證方可進行作業(yè)。目前國內還沒有為在潛在的可燃性氣體環(huán)境中使用機動車輛而專門制定安全標準及法規(guī)。但在危險環(huán)境中使用的叉車必須遵守我國有關的防爆安全法規(guī)。
叉車安全設施
叉車基本安全設施包括超載起升保護、最大下降速度控制、護頂架、制動與坡道停車以及零部件的安全要求。
1、零部件的安全要求。使用貨叉進行裝卸作業(yè)時，在額定起重量時應保證貨物或托盤中心至叉面的距離不超過載荷中心距值，在貨物或托盤中心至叉面的距離大于載荷中心時，應按叉車載荷曲線降低起重量。貨又是專用工具，應檢查叉與叉面的變形角度，防止貨叉直角誤差超過 l。或者貨叉端部變形超過 10～20珊n，以免達到一定起升高度時貨物會從貨叉上滑出，損傷貨物或誤傷人員。使用中應經(jīng)常檢查兩鏈條松緊的一致性與鏈片有無損壞、開裂。
2、超載起升保護。當起重量超載 25％時，多路換向閥中的安全閥發(fā)揮作用，顯示起升速度下降或起升動作失靈，發(fā)給操作員超載的信號。
3、最大下降速度控制。為了提高裝卸效率 ，叉車起升速度增大，但滿載下降速度也增大，下降速度過大是危險的。一般下降速度不應超過 30m／~ 。叉車液壓系統(tǒng)都裝有下 降限速閥，既控制滿載下降速度不超過 30rdmiIl，又防止起升油缸的高壓橡膠軟管突然爆破時，起升在一定高度的載荷不會連同貨叉一起突然落下。
4、制動和坡道停車按叉車的運行速度在滿載和無載狀態(tài)分為兩種制動距離。檢查叉車制動距離的同時，也要查看左右兩輪胎制動的一致性，以防輪胎單邊制動。坡道停車檢查多以停車制動器(手制動器)的靈敏性來表示，通常規(guī)定以坡道的坡度值為停車要求來檢驗手制動器，以表示叉車的停車安全性。
5、護頂架。叉車護頂架是防止貨物突然落下砸傷司機的一種保護設施。對護頂架的具體要求是，在制造廠中，叉車必須按起重量分級進行規(guī)定的靜態(tài)和動態(tài)試驗，不允許有 lOmm的永久變形，護頂架上部的開 口尺寸(寬度與長度)都應小于 160mm。叉車在日常使用過程中，護頂架縱橫梁的永久變形不應大于 lOmm，不允許有裂縫存在，這樣才能保證司機的操作安全。
2 叉車設計的總體方案
畢業(yè)設計是本科教學的一個重要教學環(huán)節(jié)，是學完技術基礎課及有關專業(yè)課以后的一個專業(yè)課程內容的綜合設計。叉車的設計正是通過具體設計來提高學生的機構分析與綜合能力、機械結構設計的能力、機電液一體化系統(tǒng)設計能力，掌握實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的設計方法有效途徑。通過這一教學環(huán)節(jié)要求達到：
（1）通過設計，把有關課程（機構分析與綜合、機械原理、機械設計、液壓與氣動技術等）中所獲得的理論知識在實際中綜合地加以運用，使這些知識得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識和生產(chǎn)密切的結合起來。因此，叉車設計是有關專業(yè)基礎課和專業(yè)課以后的綜合性的專業(yè)課程設計。
（2）叉車設計是機械工程及自動化專業(yè)的學生一次比較完整的機電一體化整機設計。通過設計，培養(yǎng)學生獨立的機械整機設計的能力，樹立正確的設計思想，掌握機電一體化機械產(chǎn)品設計的基本方法和步驟,為自動化機械設計打下良好的基礎。
（3）通過設計，使學生能熟練的應用有關參考資料、計算圖表、手冊、圖冊和規(guī)范；熟悉有關國家標準和部頒標準，以完成一個工程技術人員在機械整體設計方面所必須具備的基本技能訓練。
（4）煤礦生產(chǎn)的需要。
2.1設計總體方案確定
2.1.1方案的制定原則
此次畢業(yè)設計的題目是叉車的設計。作為一次整機的設計，對各方面都有明確的原則要求。
(1) 設計出的整機叉車要能夠在控制系統(tǒng)的控制驅動下，準確實現(xiàn)預定動作，完成設計任務；
(2) 設計出的整機叉車結構尺寸要合理，要具有良好的工藝性，方便制造，方便安裝。要留有合理的空間，以便各種控制線路或是液壓油路的鋪設；
(3) 設計出的整機叉車在最大負載情況下要能夠符合強度要求。并且，為了提高其抗瞬間振蕩沖擊的能力，應留有一定的強度和功率余度。
原則是固定的大框架，在設計過程中，還應在遵循大框架的前提下，做一些靈活的變動，以達到設計的良好工藝性、高效性，積極應用各種優(yōu)化設計方法。
2.1.2 設計方案的規(guī)劃
一、叉車運動方式的選擇
叉車，不僅要求能夠順利的實現(xiàn)動作，而且還要求這種有目的的動作能夠有耗時短、動作迅速，效率高，能耗小的特點。所以，在設計叉車的時候，我們就要根據(jù)現(xiàn)場的實際使用需求來最優(yōu)化的選擇它的動作實現(xiàn)方案。
本設計中的叉車，在實際生產(chǎn)中主要要求實現(xiàn)的任務是：在工廠、倉庫、港口碼頭、機場或工地完成叉取、搬 、堆垛等作業(yè)的一種工程車輛。在綜合考慮了各種方案后，我選擇了以下方案：
(1) 貨叉實現(xiàn)叉取、搬 、堆垛等工作；
(2) 起升液壓缸實現(xiàn)貨叉的上升 /下降；
(3) 傾斜液壓缸實現(xiàn)貨叉前傾 /后傾；
(4) 控制部分實現(xiàn)整機的操作控制；
(5) 液壓傳動系統(tǒng)實現(xiàn)動力的傳遞和轉換。
二、叉車驅動方式的選擇
設計叉車時，選擇哪一類驅動系統(tǒng)，要根據(jù)叉車的作業(yè)要求、叉車的性能規(guī)范、控制功能、維護的復雜程度、運動的功耗、性能與價格比以及現(xiàn)有條件等綜合因素加以考慮。在注意各類驅動系統(tǒng)特點的基礎上，綜合上述各因素，充分論證其合理性、可行性、經(jīng)濟性以及可靠性后進行最終的選擇。
工業(yè)機械較之其他如教育、醫(yī)療或科研等其他用處機械，顯示出的主要特點就是輸出功率大，需承受載荷重。因此，在本次設計如此定位的情況下，選擇了液壓傳動方式。相比較其他的傳動方式，如電動、氣動、機械傳動等方式，液壓傳動方式有著自己獨有的優(yōu)點：
(1) 液壓傳動能在運行中實線無級調速，調速方便且調速范圍比較大，可達100：1～2000：1。
(2) 在同等功率的情況下，液壓傳動方式裝置的體積小，重量輕，慣性小，結構緊湊（如液壓馬達的重量只有同功率奠基重量的10～20％），而且能傳遞較大的力或轉矩；
(3) 液壓傳動工作比較平穩(wěn)，反映快沖擊小，能高速啟動、制動和換向。液壓傳動裝置的換向頻率，回轉運動每分鐘可達500次，往復直線運動可達400～1000次；
(4) 液壓傳動裝置的控制、調節(jié)比較簡單，操縱比較方便、省力，易于實現(xiàn)自動化，與電氣控制配合使用，能實現(xiàn)復雜的順序動作和遠程控制；
(5) 液壓傳動裝置易于實現(xiàn)過載保護，系統(tǒng)超負載，油液經(jīng)溢流閥回油箱。由于采用油液做工作介質，能自行潤滑，所以壽命長；
(6) 液壓傳動易于實現(xiàn)系列化、標準化、通用化，易于設計，制造和推廣使用；
(7) 液壓傳動易于實現(xiàn)回轉、直線運動，且元件排列布置靈活。制約因素較少；
(8) 液壓傳動中，由于功率損失所產(chǎn)生的熱量可由流動著的由帶走，所以可避免在系統(tǒng)某些局部位置產(chǎn)生過度的溫升。
當然，相比其他傳動方式，液壓傳動由于其工作方式的特殊性，也存在一些缺點：
(1) 液體為工作介質，易泄漏，油液可壓縮，故不能用于傳動比要求很高的場合。
(2) 液壓傳動中有機械損失、壓力損失、泄漏損失，效率較低，所以不宜作遠距離傳動。
(3) 液壓傳動對油溫和負載變化比較敏感，不宜在底、高溫度條件下使用，對污染也很敏感。
(4) 液壓傳動需要有單獨的能源（例如液壓泵站），液壓能不能像電能那樣從遠處傳來。
(5) 液壓元件制造精度高，造假高，所以需要組織專業(yè)生產(chǎn)。
(6) 液壓傳動裝置出現(xiàn)故障時不易追查原因，不易迅速排除。
2.1.3 方案設計內容總結
本次設計要求，能夠鮮明地體現(xiàn)機電一體化的設計構思。所謂機電一體化技術，是機械工程技術吸收微電子技術、信息處理技術、傳感技術等形成的一種新的綜合集成技術。盡管機電一體化的產(chǎn)品名目繁多，并由于它們的功能不同而有不同的型式和復雜程度，但做功的機械本體部分（包括動力部分）和微電子控制部分（包括信息處理）是其基本的、必不可少的要素。我們選擇叉車作為設計題目，無論從內容的深度、分量以及覆蓋各科知識面的程度來衡量都是適當?shù)摹?
設計時的主要流程如下：
(1) 擬定整體方案，特別是機電液的有機結合的設計方案；
(2) 根據(jù)給定的參數(shù)選擇合適的控制機構；
(3) 各部件的設計計算；
(4) 叉車工作裝配圖的設計和繪制；
(5) 液壓系統(tǒng)圖的設計和繪制；
(6) 編寫叉車設計計算說明書。
2.2叉車發(fā)動機的選型
2.2.1發(fā)動機基本型式的選擇
至今世界上絕大多數(shù)的汽車都是采用往復活塞式內燃機，其中絕大多數(shù)的轎車采用汽油機，而幾乎全部的重型貨車、絕大多數(shù)的重型貨車和相當一部分輕型貨車則采用柴油機。近二三十年來在極少數(shù)汽車上采用了轉子發(fā)動機、燃氣輪機、高能蓄電池和電動機等動力裝置。為消除污染以蓄電池為能源的電動汽車受到各國的重視，列為發(fā)展方向并在加緊研制中。但從目前的情況來看，在相當長的時期內，往復式內燃機仍將是汽車發(fā)動機的主要型式。因此，這里僅就汽車內燃機的選型問題進行討論。
在汽車發(fā)動機基本型式的選擇中首先應確定的是采用汽油機還是柴油機，其次是氣缸的排列型式和發(fā)動機的冷卻方式。
就世界范圍而然，大型汽車的發(fā)動機已經(jīng)柴油化，中型汽車也多采用柴油機，輕型載貨汽車采用柴油機的也不少，甚至歐洲已將小型高速柴油機用到某些轎車上。與汽油機相比，柴油機具有油耗低、燃料經(jīng)濟性好、無點火系統(tǒng)，故障少、工作更可靠，耐久性好、壽命長，排氣污染較低和防火安全性好等優(yōu)點。但一般柴油機的振動及噪聲較大，輪廓尺寸及質量較大，造價較高，起動較困難并易黑煙。近年來，由于柴油機在產(chǎn)品設計和制造工藝方面的不斷完善，其上述缺點已得到較好的克服。較大馬力、高轉速、低噪聲、小型化且運轉平穩(wěn)的柴油機的研制開發(fā)成功，使裝柴油機的輕型汽車日益增多，在轎車上的裝用也取得成功。但預計在今后相當長的一段時期內，考慮到燃料使用的平衡及汽油機的轉速高、升功率高、轉矩適應性較好、輪廓尺寸及質量較小、便于布置、振動及噪聲較低和適于高速車輛等特點，絕大多數(shù)的轎車和小型車輛仍將采用汽油機，而裝載量6t以上的汽車將全部裝用柴油機，裝載量2～5t的部分輕型和中型汽車則采用兩種發(fā)動機均可安裝而由用戶選擇的方式為宜。
按氣缸排列型式，發(fā)動機又有直列、水平對置和V型等區(qū)別。直列式的結構簡單、維修方便、造價低廉、工作可靠、寬度小、易布置，因而在中型及以下的貨車上和排量不大的轎車上得到了廣泛應用。4L以下的汽油機多采用直列式，但對大排量的直列發(fā)動機而言，不是缸徑過大，就是缸數(shù)過多，使發(fā)動機過長和過高，質量也過大。因此，在中高級以上的轎車、重型載貨汽車和重型越野汽車上，采用V型發(fā)動機的日益增多。V型發(fā)動機相對于直列式有許多優(yōu)點，其長度顯著縮短（約25%～30%），高度降低，質量減少約20%～30%；曲軸箱及曲軸的剛度增大；易于設計尺寸緊湊的高轉速、大功率發(fā)動機且易于系列化，如V6、V8、V10及V12等，而直列式通常到6缸，最多8缸。對于長度受到限制的車輛來說，由于V型發(fā)動機的長度短，適宜于這類車輛的總體布置，但由于其寬度大，故在平頭車上布置困難。V型發(fā)動機的造價高，故在應用中受到限制，多用于排量在6L以上和缸徑大于150mm的汽油機和12L以上的柴油機。水平對置式發(fā)動機的高度低且易于平衡，水平對置雙缸發(fā)動機在微型汽車上得到應用。
按冷卻方式，發(fā)動機又有水冷式和風冷式之分。水冷發(fā)動機冷卻均勻可靠，散熱好，氣缸變形小，缸蓋、活塞等主要零件的熱負荷較低，可靠性高；能很好地適應大功率發(fā)動機的冷卻要求；發(fā)動機增壓后也易于采取措施（加大水箱、增加泵量）加強散熱；噪聲小；車內供暖易解決。因此，絕大多數(shù)的汽車都采用了水冷發(fā)動機。但其冷性能受氣溫影響顯著，設計時應考慮避免高溫天氣出現(xiàn)發(fā)動機過熱的問題。風冷發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)簡單，維修簡便；對于在沙漠和缺水地區(qū)及炎熱、酷寒地區(qū)使用的適應性好，不會產(chǎn)生發(fā)動機過熱和凍結等故障；還可省去消耗銅材的水箱。但大缸徑的風冷發(fā)動機的冷卻不夠均勻；缸蓋等有關零件的熱負荷高，可靠性不及水冷式的；噪聲大；油耗較高，故僅在安裝小排量發(fā)動機的微型汽車上得到應用，在其他類型的汽車上應用不多。大型風冷發(fā)動機雖也能達到較高的性能指標，但需采用較多的結構、工藝措施，造價較高。
2.2.2發(fā)動機主要性能指標的選擇
1.發(fā)動機最大功率及其相應轉速
發(fā)動機功率愈大則汽車的動力性愈好，但功率過大會使發(fā)動機功率利用率降低，燃料經(jīng)濟性下降，動力傳動系的質量也要加大。因此，應合理地選擇發(fā)動機功率。
設計初可參考同類型、同級別且動力性相近的汽車的比功率進行的估算，比功率值可由表選取。亦可根據(jù)所要求的最高速按下式計算出：
(1-4-1)
式中 ——發(fā)動機最大功率，kw;
——傳動系的傳動功率，對單級主減速器驅動橋的式汽車??；
——汽車總質量,kg;
——重力加速度，m/s2 ;
——滾動阻力系數(shù)，對載貨汽車取0.02，對礦用自卸汽車取0.03，對轎車等高速車輛需考慮車速影響并?。?
——最高車速，km/h;
——空氣阻力系數(shù)，轎車取0.4～0.6，客車取0.6～0.7，貨車取0.8～1.0；
——汽車正面投影面積，m2,若無測量數(shù)據(jù)，可按前輪距B1、汽車總高H、汽車總寬B等尺寸近似計算：
對轎車
對載貨汽車
按式（1-4-1）求出的應為發(fā)動機在裝有全部附件下測定時得到的最大有效功率或凈輸出功率，它比一般發(fā)動機特性的最大功率值低12%～20%。
在整車選型階段還應對發(fā)動機最大功率時的轉速提出要求，因為它不僅影響發(fā)動機本身的技術指標和使用性能及壽命，而且影響整車的性能（例如）、傳動系的壽命以及對主減速比的選擇。
近年來，隨著車速的提高，發(fā)動機轉速也在不斷地提高。同時，提高發(fā)動機轉速也是提高其功率、減小其質量的有效措施。但提高轉速會使活塞的平均速度加快及熱負荷增高、曲柄連桿機構的慣性力增大而加劇磨損，導致壽命下降，并加大振動和噪聲。因此，發(fā)動機轉速的提高也有一定的限度。當前，轎車汽油機的大多為4000～6000r/min;輕型貨車汽油機的大多為3800～5000r/min；中型貨車汽油機的多為3200～4400r/min，某柴油機的多為2200～3400r/min；重型貨車柴油機的多為1800～2600r/min；轎車和輕型客車、輕型貨車用的小型高速柴油機的多為3200～4200r/min；應根據(jù)汽車與發(fā)動機的類型、最高車速、最大功率、選用的活塞平均速度、活塞沖程、缸徑、缸數(shù)、工藝水平因素來合理的確定。
2.發(fā)動機最大轉矩及其相應轉速
發(fā)動機的最大轉矩及其相應轉速對汽車的動力因數(shù)、加速性能及爬坡性能等動力特性都有直接影響，而其轉矩適應系數(shù)，即最大轉矩與最大功率下的轉矩之比值，則標志著汽車行駛阻力增加時發(fā)動機沿著外特性曲線自動增加轉矩的能力。顯然，值大則換檔次數(shù)可減少，從而油耗也可降低。這對經(jīng)常行駛在山區(qū)道路的汽車來說是很適宜的。但對高速車，在發(fā)動機最大轉矩值相同的情況下，轉矩曲線平一些（即值小一些），汽車的高速動力性就要好一些。因此，在汽車的選型階段，就應針對所設計汽車的類型、用途、道路條件等情況合理地選擇發(fā)動機的，，。
汽油機的值多為1.2～1.35，但近年來汽油機高速化結果使其轉矩適應系數(shù)值也有所下降，有的低至1.1左右。車用柴油機的值多在1.1～1.25（帶校正器時）和1.05～1.10（不帶校正器時）。
當發(fā)動機的最大功率及相應轉速確定后，可按下式求發(fā)動機的最大轉矩（單位為）：
（1-4-2）
式中 ——發(fā)動機的轉速適應系數(shù)；
——最大功率時的轉矩，；
——最大功率，kw；
——最大功率的相應速度，r/min。
發(fā)動機最大轉矩的相應轉速的選擇原則，是使與保持適當關系。因為過于接近，則會使直接檔最低穩(wěn)定車速偏高，導致在通過繁忙的交叉路口時換檔次數(shù)變多，甚至需要增多變速器的檔位數(shù)。因此，稱為轉速適應系數(shù)的與之比不宜小于1.4，通常/=1.4～2.0，并由發(fā)動機設計保證。
發(fā)動機適應性系數(shù)
上述的轉矩適應系數(shù)與轉速適應系數(shù)/之乘積，能表明發(fā)動機適應汽車行駛工況的程度，稱為發(fā)動機適應性系數(shù)，并表達為
(1-4-3)
值愈大，則發(fā)動機的適應性愈好。采用值大的發(fā)動機可減少換檔次數(shù)、減輕司機的疲勞、減小傳動系的磨損和降低油耗?，F(xiàn)代發(fā)動機的適應性系數(shù)值對汽油機=1.4～2.4；對柴油機=1.6～2.6°
本設計選用的發(fā)動機型號：大連6113BG
額定功率：112/2200kw/rpm
最大扭矩：500/1600Nm/rpm
輪胎：前輪：4X10.00-20-16PR
后輪：2X10.00-20-16PR
傳動形式：液力傳動
額定起重量（kg）：10000
最大起升高度（mm）：4000
載荷中心距（mm）：600
最大起升速度（滿載）（mm/s）：320
門架傾角 前/后（deg）：6/12
行駛速度（空載）（km/h）：前進：26
后退：26
最小轉彎半徑（mm）：4000
爬坡度（%）：20
全長（G）（mm）：5775
全寬（H）（mm）：2280
全高（J）（mm）：3515
護頂架高度（mm）：2830
軸距（L）（mm）：2800
輪距（L）（mm）：前：1700
后：1800
輪胎：
產(chǎn)品名稱： 10.00-20-16PR (Q-9C)
規(guī) 格： 10.00-20
品 牌： 風神
標準輪輞： 7.5
外直徑(mm)： 1055
單胎最大負荷（kg） ： 3000
單胎充氣壓力（KPa） ： 810
所屬類別： 新品推薦
層 級： 16
花紋代碼： Q-9C
斷面寬(mm)： 278
氣門嘴型號： Z1-01-7
雙胎最大負荷（kg） ： 2630
雙胎充氣壓力（KPa） ： 740
用途： 較差路面和山區(qū)公路行駛。
特點： 牢固的胎面及花紋設計，抓著力強，優(yōu)良的胎面配方使輪胎具有極佳的抗磨耗性能。
適用： 全輪位。
3變速箱設計
3.1變速箱的構造和原理
變速箱功用
（1）改變傳動比，滿足不同行駛條件對牽引力的需要，使發(fā)動機盡量工作在有利的工況下，滿足可能的行駛速度要求。
（2）實現(xiàn)倒車行駛，用來滿足汽車倒退行駛的需要。
（3）中斷動力傳遞，在發(fā)動機起動，怠速運轉，汽車換檔或需