1 引言1.1 研究背景传统意义上的叉车，由于其结构形式的限制，在很多情况下不能满足货物装卸、堆垛等工序。

叉车必须靠近物资对象才能进行装卸作业，在遇有障碍或者其他情况不能接近货物时(如前面有河流、障碍)，将无法完成作业任务；而且对集装箱内、汽车车箱内的物资，叉车根本无法接近箱底的货物[1]。

叉车的装卸高度也是其不可忽视的缺点。

因此，扩大传统叉车的作业范围，设计出能适应以上各种作业场所的新型叉车，对提高作业性能和装卸效率，改变包装、堆垛、运输方式，将产生重大影响[2]。

伸缩臂叉车是将汽车起重机的伸缩臂结构与传统叉车的装卸功能有机结合，通过不断地改变其伸缩臂的长度，来达到要求的作业高度和距离[3]。

伸缩臂叉车同其他工程机械一样，也是一机多用，可以配属多种快换装置，实现叉装、装载、举升等作业[4]。

伸缩臂叉车的特点：a) 有效作业距离大作业高度高伸缩臂叉车通过伸缩臂结构达到较远距离，通过臂的变幅达到较高的作业高度，是传统叉车不能比拟的。

因此，可以在底盘不动的情况下，对离前轮较远的货物进行作业，如集装箱内货物的装卸、从卡车后部将货物一次装卸到集装箱底部等，从而拓展了伸缩臂叉车的适应范围[5]。

b) 能越过部分障碍直接装卸货物伸缩臂叉车可以跨越小沟、台阶、门窗孔进行装卸作业，由于具有负的变幅角度，也可以对低于轮胎平面的货物进行作业，因而更加适合在越野条件下使用[6]。

c) 具有宽广的视野伸缩臂叉车没有门架结构，且驾驶室侧向布置，大大改善了司机的前方视野（如图1.1所示），为货物搬运提供了安全良好的作业条件，减轻了疲劳，提高了作业效率。

图1.1 伸缩臂叉车外形图d) 具有较好的作业安全性能伸缩臂叉车具有负载伸缩功能，在不平路面进行堆高作业时，可在远离堆垛点的位置停车，打开稳定支腿，运用伸臂、变幅动作完成对货物的装卸作业。

e) 易更换多种属具增加作业范围伸缩臂叉车工作装置在伸缩臂的前端，可方便地对工作属具进行更换，以增加伸缩臂叉车对各种作业对象的适应性，如可以作为起吊设备、高空车等使用[7]。

伸缩臂叉车是将汽车起重机的伸缩臂结构与传统叉车的装卸功能有机结合,用伸缩臂代替门架，通过改变其伸缩臂的长度,来达到要求的作业高度和距离,扩大了传统叉车的作业范围（如图1.2所示）,对提高作业性能和装卸效率,改变包装、堆垛、运输方式,将产生重大影响[8]。

伸缩臂叉车同其他工程机械一样,也是一机多用,可以配属多种快换装置,实现叉装、装载、举升等作业。

因此，对于伸缩式叉车行程放大机构的研究与设计具有实际意义[9]。

图1.2 叉车的伸缩臂伸缩式叉车在许多工农业生产中都有应用，叉车通过可伸缩的行程放大机构实现物料的搬运和安装。

本课题即通过对伸缩式叉车行程放大机构的设计与研究来实现物料在传送过程中运行平稳，并且能够获得较大的伸缩行程，行程放大倍数不小于3倍。

1.2 研究现状和发展趋势1.2.1 国外伸缩臂叉车的发展伸缩臂叉车诞生不久，便广受市场欢迎。

尤其在欧美国家，其销售数量增长很快。

据统计。

2005年伸缩臂叉车在欧洲的拥有量已超过39 000台，成为欧洲产量最大的工程机械产品。

2004—2005年，在其他工程机械增长低迷的情况下，伸缩臂叉车仍然有15％的增长率。

2005年和20O6年伸缩臂叉车在欧洲和北美的销售量分别达到55000台和42000台。

美军在海湾战争中一次性订购了400台伸缩臂叉车用于集装箱物资的作业，取得了非常显著的军事效益[10]。

世界上生产伸缩臂叉车的公司很多，在搬运行业赫赫有名的如英国的JCB公司、法国的MANITOU公司等均生产伸缩臂叉车。

另外，还有一些专门生产伸缩臂叉车的公司，规模较大的有美国的OMNIQUIP 公司、GRADALL．公司等[11]。

伸缩臂叉车在国外已形成产品的系列化，最大起升高度已达到24.6m，最大起重量达到42.5t。

1.2.2 国内伸缩臂叉车的发展国内工程机械市场发展很快，叉车行业也随之迅速发展。

2007年我国已经有4家企业跻身叉车行业20强，同时世界著名的叉车企业在中国都有合作生产和产品销售。

但是伸缩臂叉车的发展在中国还非常滞后，2O世纪90年代初，厦门嘉丰机械厂曾研制过简易的伸缩臂叉车，但由于当时配套件不够成熟，还存在一些缺陷，还不是真正意义上的伸缩臂叉车。

2001年由总后和四川长江起重机厂联合生产了CZS3伸缩臂叉车，该车伸缩臂可进行8°～45°变幅，变幅过程中货叉自动保持水平状态，并可左右侧移以提高对位精度。

底盘为四轮驱动，越野性能好，具有两轮转向、四轮转向和蟹行三种转向方式，转弯半径小，通过性好，整体性能达到了一定的水平[12]。

现在国内研发伸缩臂叉车的企业仅有8家，具备批量生产能力的更少，如图1.3所示为国内生产叉车。

2006年国内伸缩臂叉车的销量仅l5台，因此伸缩臂叉车的市场潜力非常大。

国内企业也开始注重对伸缩臂叉车的研发，在2007年CONEXPO亚洲工程机械博览会上山河智能、厦门夏嘉、厦门3家公司都展出了新型伸缩臂叉车[13]。

国外伸缩臂叉车企业不断进军中国市场，继2006年全球最大的伸缩臂叉车制造商法国曼尼托进入中国并建设独资工厂以来，西班牙奥萨公司也加速其进入中国市场的步伐。

欧美著名工程机械制造商包括英国JCB、美国凯斯、意大利默罗等伸缩臂叉车制造商均在国内有在建的工厂或者代理机构[14]。

图1.3 国内生产的伸缩臂叉车1.2.3 伸缩臂叉车的发展趋势注重伸缩臂叉车的系列化、车体零件通用性国外伸缩臂叉车经过几十年的发展,各大型生产基地都形成系列化、专业化的产品。

国外工程机械的研发,不仅注重一机多功能,而且注重车体零件的标准互配,以促进其他机械的研发进度,节约研发成本,增强工程机械的可维修性[15]。

提高伸缩臂叉车的行驶速度和高速驾驶的稳定性高速伸缩臂叉车在军队的使用市场很大,各国军队都追求后勤保障的快速、可靠。

实现伸缩臂叉车的高速性主要解决高速行驶悬挂系统设计（如图1.4所示）、高速行驶整机稳定性、操纵舒适性问题,以及弹性悬挂系统与刚性连接自动互换问题。

上述问题的解决将使高速多功能伸缩臂叉车在民用市场上大有作为[16]。

注重绿色设计和造型设计是未来伸缩臂叉车发展的方向环境污染、资源短缺已成为人类发展的全球性问题。

伸缩臂叉车的绿色设计包括控制废气的排放,研发清洁能源减振降噪,提高作业环境的舒适性提高密封技术,减少泄露等。

同时还应注重功能和外观造型的协调,营造绿色的视觉环境[17]。

国内的工程机械生产企业已经开始注重这些方面的研究。

伸缩臂叉车的绿色设计和造型设计是相辅相成的。

只有把两者相结合,才能够彻底将人从粗糙的工作环境中解放出来。

图1.4 伸缩臂叉车的悬挂系统设计1.3 主要研究目标与内容本课题首先要求了解和掌握平面机构的基本类型和设计方法，探讨符合设计要求的伸缩式叉车行程放大机构的设计方案。

要求能够利用计算机辅助设计工具，对伸缩式叉车行程放大机构进行机构设计，基于ADAMS软件对各种方案进行运动仿真，得到优化的行程放大机构，利用CAD设计软件对该机构进行三维结构设计，并绘制零件图和装配图，利用实验室的创新组合模型搭建伸缩式叉车行程放大机构，并进行相关实验。

设计技术要求：a) 可用多个平行四边形伸缩架来获得较大的伸缩行程，也可用多杆机构来实现行程放大。

b) 行程放大倍数不小于3倍。

c) 结构设计要求符合伸缩式叉车的使用要求。

d) 要求所设计的伸缩式叉车行程放大机构工作准确、可靠。

2 叉车行程放大机构的方案设计2.1 多杆放大行程机构如图2.1所示，由曲柄摇杆机构1-2-3-7与导杆滑块机构4-5-6-7组成。

导杆4与摇杆3固接，曲柄1为主动件，从动件6往复移动。

主动件1的回转运动转换为从动件6的往复移动。

如果采用曲柄滑块机构来实现，则滑块的行程受到曲柄长度的限制。

而该机构在同样曲柄长度条件下能实现滑块的大行程。

该机构中有5个活动构件，有7个低副，0个高副，其自由度为3×5-2×7=1，起始构件数与机构的自由度数相等，所以该机构有完全确定的运动[18]。

1 曲柄2 连杆 3-4 摇杆 5 滑块 6 输出杆 7导轨图2.1 多杆放大行程机构2.2 铰链平行四边形放大行程机构如图2.2所示，构件1上端铰接与固定铰链A，杆2下端与滚子B铰接组成剪式伸缩架。

该机构的右上端C与托叉3铰接，而右下端铰接滚子D且仅贴托叉3的铅垂面，并可沿该面上下滑动。

当主动件1摆动时通过多个平行四边形伸缩架可获得较大的伸缩行程。

该机构中有11个活动构件，有15个低副，2个高副，自由度为3×11-2×15-2=1，起始构件数与机构的自由度数相等，所以该机构有完全确定的运动。

图2.2 铰链平行四边形放大行程机构2.3 方案说明上述两种机构均可应用于伸缩式叉车，能够实现行程放大至少3倍的要求，多杆放大行程机构结构简单，具有急回特性。

铰链平行四边形放大行程机构传动平稳，使得叉车工作准确、可靠，从两种机构中选择一种作为伸缩式叉车的行程放大机构。

具体比较分析见第三章的3.3节。

3 叉车行程放大机构的运动学仿真3.1 ADAMS软件介绍ADAMSA(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)软件是美国MDI(Mechanical Dynamics Inc.)公司开发的机械系统动力学仿真分析软件，它使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学、和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线，ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等[19]。

ADAMS软件包括核心模块ADAMS/View和ADAMS/Solver,以及其他扩展模块。

本课题采用ADAMS/View模块进行仿真。

ADAMS/View（界面模块）是以用户为中心的交互式图形环境，它提供丰富的零件几何图形库、约束库和力库，将便捷的图标操作、菜单操作、鼠标点取操作与交互式图形建模、仿真计算、动画显示、优化设计、X-Y曲线图处理、结果分析和数据打印等功能集成在一起。

如图3.1所示为ADAMS/View的界面[20]。

3.2 多杆放大行程机构的仿真3.2.1 创建模型a) 创建新模型双击桌面上ADAMS/View的快捷图标，打开ADAMS/View，在欢迎对话窗中选择“Create a new model”，按“OK”，如图3.2所示。

b) 修改背景色在“Settings”工具条下选择“View Background Colour”，如图3.3所示。