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1、浙江工業(yè)大學藝術學院畢業(yè)設計（論文） 1.0-3.0噸平衡重式電瓶叉車 外觀造型設計 學生姓名：王全林 指導教師：盧純福 朱意灝 （浙江工業(yè)大學 藝術學院，浙江杭州 310014） 摘要：叉車是物流系統(tǒng)中最常用的裝卸、搬運設備。本文介紹了世界范圍內叉車的市場，叉車發(fā)展趨勢以及叉車的結構特點，總結對比國內叉車在造型設計上的不足。為了提高產品的節(jié)能效果和滿足日益苛刻的環(huán)保要求，排放少、噪聲小的電瓶叉車必然受到歡迎。作者從能源環(huán)保、造型美觀的角度出發(fā)，從提高操縱舒適性的人機工程學出發(fā)，設計出一款應用于室內搬運的電瓶叉車，外觀上融入圓弧元素，簡潔，圓潤、動感、時尚。 關鍵詞：叉

2、車，造型設計，人機工程 1.0-3.0Tonne Forklift truck Form Design Student: Quanlin Wang Advisor: Chunfu Lu, Yihao Zhu (COLLEGE OF ART,ZHEJIANG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Hang Zhou 310014, China) Abstract: Forklift truck is the most common in handling equipment. This article introduced the forklift

3、market in the world scope, the forklift development tendency as well as the forklift unique feature , summarizes the contrast domestic forklift in modelling design insufficiency. In order to enhance the energy conservation effect and satisfies day by day the harsh environmental protection request, f

4、ew discharges, the noise small storage battery forklift inevitably receives the welcome. The author from the energy environmental protection, the modelling artistic angle embarks, embarks from the enhancement operation comfortable man-machine engineering, designs a forklift to apply the storage batt

5、ery which transports in the room, seemingly melts into big arc element, succinct, full, dynamic, fashion. Key words: Forklift truck；form design；ergonomics 引言：叉車是物流行業(yè)的重要設備，是門架和貨叉為工作裝置的自行式裝卸搬運機械，可用于裝卸﹑堆放成件貨物。它體積小、重量輕、結構緊湊、噪音低、污染小、造價低、操作靈活，可以在工作場地狹小的空間作業(yè)。隨著科技的發(fā)展和工業(yè)設計的發(fā)展，人們在對叉車的功能上提出更高的要

6、求的同時，對其外觀造型也有了更高的要求。這樣，運用工業(yè)設計的方法和人機工程學，研究叉車的造型，就顯得十分重要。 1， 叉車概述 1.1 簡述 叉車是以門架和貨叉為工作裝置的自行式裝卸搬運機械。可用于裝卸﹑堆放成件貨物。更換工作裝置后﹐也能用于特種物品和散料的裝卸搬運作業(yè)。叉車由動力裝置﹑輪式底盤和工作裝置三個主要部分組成﹐工作裝置包括門架﹑鏈條﹑叉架﹑貨叉和液壓缸等。門架為伸縮結構,鉸接在車軸或車架上,通過傾斜液壓缸可前后傾斜﹐以便于裝卸貨物和帶貨行駛。起升液壓缸通過鏈條傳動使裝有貨叉的叉架沿內門架升降﹐內門架叉以外門架為導軌上下伸縮﹐使叉車能以較低的門架高度﹐把貨物舉升到較高的高度

7、。 2.2 世界范圍內叉車發(fā)展簡述 叉車的發(fā)展，從美國克拉克公司于１９３２年向市場提供第一臺叉車起，至今已有７０年歷史。進入９０年代以來，全世界大約有２５０多家叉車生產企業(yè)，主要的國家有德國、日本、美國、保加利亞和瑞典。亞洲主要有日本、韓國和中國。 １９９０年世界叉車產量達到５５．８萬臺，創(chuàng)歷史最高紀錄。其中德國１９萬臺、保加利亞５．８萬臺、美國３．４萬臺、瑞典１．１萬臺、波蘭８０００臺、捷克７０００臺；在亞洲日本１６萬臺、韓國２．７萬臺、中國１．６萬臺。從１９９０—２００１年全球叉車的年總規(guī)模在５５—６０萬臺。 世界叉車市場上電動叉車呈上升趨勢，內燃叉車略有下降，這與全球重視

8、環(huán)保的因素有關。目前，國外對內燃叉車正在推行環(huán)保治理，如采用歐Ｉ、歐ＩＩ標準。近幾年日本叉車市場上電動叉車、汽油叉車、柴油叉車的銷售量大約各占三分之一，歐洲國家電動叉車所占比例達到５０％左右。由于競爭的加劇，同８０年代相比，９０年代以來世界叉車工業(yè)出現了銷售額增長、盈利減少的反?，F象，為了改變這種狀況，叉車巨頭紛紛在發(fā)展中國家建廠，以便降低成本，維持盈利。 3.3 國內叉車發(fā)展簡述 我國的叉車自５０年代面世以來，到７０年代才初具規(guī)模，到９０年代末有２８家內燃叉車企業(yè)、２４家電動叉車企業(yè)、３０余家倉儲叉車和輕小型搬運車輛企業(yè)、１０多家外資、合資企業(yè)。已形成０．５－４５噸內燃叉車系列、０．５

9、－３噸電瓶叉車系列的生產能力。 目前，國內叉車市場的需求量（包括進口）３萬臺左右，其中２－４噸級的叉車占全部的８０％，３噸叉車又占２－４噸級的６０％以上。大噸位叉車、倉儲叉車（堆垛機、前移式叉車、插腿式叉車）是我國叉車的弱項。大噸位叉車的８０％－９０％依賴進口。 專家學者預計：我國叉車的需求量將以１０％以上的速度增長。對于未來叉車行業(yè)的發(fā)展前景，專家分析我國叉車產量在２—５年內可能突破５萬臺，最高可達７—８萬臺左右。另外，與國外發(fā)達國家相比，目前我國叉車市場還有著很大的潛力，以日本為例，在其最輝煌的時期，其年產量超過１６萬臺，在經濟不景氣的年份里銷量也達到７萬臺左右。 4.4 前景

10、廣闊 預測全球約有250家叉車生產企業(yè)，年生產量保持在50萬臺左右。由于競爭的加劇，同20世紀80年代比，世界叉車工業(yè)出現了銷售額增長而利潤減少的反?，F象。一方面，為降低成本，叉車巨頭紛紛在發(fā)展中國家建廠。例如，在中國建有廈門林德、安徽TCM、北京漢拿、湖南德士達、煙臺大宇重工、上海海斯特等。這些公司把具有世界20世紀90年代中期先進的產品和技術帶到國內，促進了我國叉車技術的快速發(fā)展，同時對國內市場也造成了很大的沖擊。另一方面，隨著市場經濟的發(fā)展，物流技術在經濟發(fā)展中的地位與作用越來越明顯，叉車普及率越來越高，已從過去單一的港口碼頭進入到國民經濟的各行各業(yè)。目前我國叉車的保有量約18萬臺，實

11、際年潛在需求量約10萬臺，而實際年銷售量僅3萬臺左右，可見中國的叉車市場是巨大的。 2，叉車的發(fā)展趨勢 叉車市場競爭日趨加劇，外資企業(yè)已占據了高端市場，并開始轉攻中低端市場。面對發(fā)展的機遇和激烈的競爭，叉車產品未來的發(fā)展趨勢應引起業(yè)內的高度關注。 趨勢之一：系列化、大型化 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其產品系列化，形成了從微型到特大型不同規(guī)格的產品。與此同時，產品更新?lián)Q代的周期明顯縮短。大型叉車產品特點是科技含量高、研制與生產周期較長、投資大、市場容量有限、市場競爭主要集中在少數幾家公司，因此我國必須加大研發(fā)力度才不至于受制于人。 趨勢之

12、二：專業(yè)化、多品種 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，提高生產效率，適應城市狹窄施工場所以及在貨棧、碼頭、倉庫、艙位、農舍、建筑物層內和地下工程作業(yè)環(huán)境的使用要求，小型及微型叉車有了用武之地，并得到了較快的發(fā)展。 趨勢之三：電子化、智能化 高可靠性、性能優(yōu)越的產品，以及裝備先進電子技術的機電一體化叉車市場前景看好。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。無人駕駛叉車將

13、適用于有毒或特殊環(huán)境的需要，具有較大發(fā)展空間。 趨勢之四：安全性、舒適性 隨著國際化進程的加快，產品的安全性已經成為中國企業(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，以提高叉車橫向穩(wěn)定性，從而達到安全作業(yè)的目的。 新型叉車將更加注重人類功效學，提高操縱舒適性。研究表明：駕駛室內壁的精巧布置，有利于提高生產率。如果所有的控制都能按人機工程學進行布置，司機操縱就更

14、加舒適，更能集中精力工作。德國JUNGHEIRICH集團公司等都在探索進一步提高叉車的舒適度。 趨勢之五：節(jié)能化、環(huán)保化 一般來講，叉車按動力分為內燃叉車和電動叉車。內燃叉車以內燃機為動力，其功率強勁、適用范圍廣，缺點是排放和噪聲污染較大，對人類健康危害較大。為提高產品的節(jié)能效果和滿足日益苛刻的環(huán)保要求，主要考慮從降低發(fā)動機排放、提高液壓系統(tǒng)效率和減振、降噪等方面入手?？梢钥隙?，排放少、噪聲小的叉車必然受到歡迎。電瓶叉車、天然氣、液化石油氣等燃料叉車必將會得到更進一步的發(fā)展。目前國際電瓶叉車的產量已占叉車總量的40％(國內則為10％～15％)，在德國、意大利等一些西歐國家電瓶叉車的比

15、例則高達65％，且有不斷上升的趨勢。采用交流電機、變頻調速使電瓶叉車有了質的飛躍。交流電機的電壓有越來越高的發(fā)展趨勢，使叉車在工作中發(fā)熱更少、效率更高，完全克服了直流電機產生熱量多、效率低下、維護頻繁的缺點。 3， 叉車的結構特點 電動平衡叉車是以直流電源（電瓶）為動力的裝卸及搬運車輛。據國外資料統(tǒng)計，日本1992年電動叉車產量就已經超過了叉車總量的1/3。在德國、意大利等一些西歐國家，電動叉車所占的比例達到50%左右。下面主要評述市場上銷量較大的四支點電動平衡叉車的結構特點及發(fā)展。 3.1車體 車體是叉車的主體結構，一般都是由5mm以上鋼板制成，其特點是無大梁，車體強度高，可承受

16、重載。就電瓶在叉車車體上的放置位置而言，有兩種不同的制造技術。即電瓶安置于前后橋之間或后橋之上。這兩種技術代表了叉車設計的兩種最優(yōu)選擇，且各有優(yōu)缺點，穩(wěn)定性好，但是車體內的可利用空間較小，因此限制了電瓶的容量，這對于載重量不超過3t的叉車并不突出，但對于那些運動情況復雜，8h工作時間內電瓶容量要求高的大噸位叉車就變得嚴重了。采用大容量電瓶，以延長電動叉車的持續(xù)工作時間，從而擴大電動叉車的使用范圍，這是各叉車制造商共同追求的目標。 3.2門架 目前，國內外電動叉車大部分已經采用寬視野門架，起升液壓缸由中間放置改為兩側放置。液壓缸的放置位置有兩種：一種是液壓缸位于門架后面，如撫順叉車廠

17、和TOYOTA的電動叉車；另一種是液壓缸位于門架外測，如南京華瑞電動叉車和保加利亞巴爾干叉車集團公司(BALKANCAR)叉車。 門架一般分為標準型、兩節(jié)型或三節(jié)型。國內叉車的起升高度一般在2~5m之間，且以3m及3m以下的居多，而國外電動叉車的起升高度一般在2~6m之間，由于倉庫的立體化程度高，因此起升高度3m以上，電動叉車的需求量比國內高得多。 3.3駕駛室 由于多數電動叉車用于室內搬運，因此一般沒有封閉的駕駛室，只安裝起防護作用的護頂架。世界上比較先進的電動叉車，如：LINDE的E20新型叉車駕駛室，按先進的人機工程學原理開發(fā)研制，采用舒適的液壓減振懸掛式座椅，能夠根據駕駛員的身高

18、和體重進行調整。雙踏板加速系統(tǒng)在叉車改變行駛方向時無需轉向，方向盤立柱的傾角可根據駕駛員的要求進行調節(jié)。中心液壓操縱桿集門架的升降和前后于一體。所以這些新設計都大大地減輕了駕駛員的勞動強度。 3.4驅動系統(tǒng) 驅動系統(tǒng)是電動叉車的關鍵部件之一。各種叉車在驅動系統(tǒng)的結構上存在很大的差別，有單電機布置形式上也存在差別，如國內撫順產的叉車，其電機軸與驅動橋為丁字型結構，而國外TOYOTA和保加利亞巴爾干叉車集團公司(BALKANCAR)叉車的驅動電機軸與驅動橋卻是布置的，結構緊湊。 3.5液壓系統(tǒng) 　　電動叉車一般都采用單獨的電機，帶動齒輪泵，從而為其門架工作系統(tǒng)的提升和傾斜提供液壓動力。目

19、前國產叉車，由于沒有實現液壓電機的調速，液壓電機在啟動后，只能高速轉動，不會隨著功能和壓力的改變而自動調節(jié)，多余的流量只能通過溢流閥流回油箱，造成能量浪費 3.6制動系統(tǒng) 一般的電動叉車主要采用機械式停車制動和液壓式行車制動。停車采用手制動，行車采用腳制動。NISSAN公司BX系列電動叉車制動系統(tǒng)裝有一個主導真空增壓器，可保證任何時候都有足夠的主動壓力，既增加了制動的安全性，又減輕了駕駛員的勞動強度。意大利佳力（CARER）電動叉車采用液壓制動系統(tǒng)。膨脹型制動有外部控制，并采用動力輔助制動（與動力轉向系統(tǒng)的動力形式相同）。 3.7轉向系統(tǒng) 平衡叉車都采用后輪轉向，且工作范圍小，轉

20、向運動頻繁。如果采用機械轉向，則駕駛員的工作強度會很高。如果采用液壓動力轉向，則勞動強度會大大降低。因此，現在市場上銷售的叉車基本上實現了動力轉向。國內電瓶叉車的液壓轉向一般是轉向電機在叉車工作過程中不停地滿負荷運轉，因此造成了不必要的能量浪費，以及電機和液壓減的磨損。但是，LINDE 和NISSAN等公司的電瓶叉車，其動力轉向則更進了一步，即通過方向盤不動時，則轉向電機不工作。此功能不但節(jié)約能量，還延長了再次充電后的可工作時間，縮短了轉向電機的空轉時間，因此也減少了電機和液壓泵的磨損。 3.8電控及其自我診斷和液晶顯示系統(tǒng) 電氣控制是顯示電動叉車技術水平的一個重要因素。因此，隨著

21、電子技術的發(fā)展，電瓶叉車的電控也日趨完善。晶體管斬波器在叉車上的成功應用，除了實現無級調速和再生性制動外，還增加了自我故障診斷和液晶數字顯示功能。 4，叉車的人機工程學 隨著國際化進程的加快，產品的安全性已經成為中國企業(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，以提高叉車橫向穩(wěn)定性，從而達到安全作業(yè)的目的。 新型叉車將更加注重人類功效學，提高操縱舒適性。研究表明：駕

22、駛室內壁的精巧布置，有利于提高生產率。如果所有的控制都能按人機工程學進行布置，司機操縱就更加舒適，更能集中精力工作。德國JUNGHEIRICH集團公司等都在探索進一步提高叉車的舒適度。在安全架內部，在保證安全的前提下盡量擴大了視野，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肌肉的疲勞，操作起來較方便。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，而且要求柔軟舒適、富有彈性，并配有減震裝置。由于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

23、結構上的這一先天缺陷，在座椅上裝設有減震裝置。 總結： 目前國內叉車產品均以引進技術為主，合力叉車的綜合技術水平在國內處于領先水平，杭叉處于第二位。國產叉車與國外叉車相比，品種少、技術含量低、沒有自己的專有技術；國內以生產內燃叉車為主，電瓶叉車沒有優(yōu)越性。國產叉車近幾年來在外觀造型上有所突破，但沒有自己的特色。 據統(tǒng)計，日本1992年電動叉車產量就已經超過了叉車總量的1/3。在德國、意大利等一些西歐國家，電動叉車所占的比例達到50%左右。電動叉車的迅速發(fā)展主要得益于各生產廠家的不斷進步。產品外形大多采用了流線型設計，造型更加美觀。主要生產廠家實現了規(guī)模生產和零

24、部件專業(yè)化生產和裝配流水線作業(yè)。加工精度、自動化程度都提高了。在新材料、新工藝方面，有了更廣泛的應用。 5，設計定位： 5.1應用于室內搬運的電瓶叉車 隨著人們對環(huán)境污染危害的深刻認識，環(huán)保已成為世界共同關注的焦點，電動叉車以蓄電池或燃料電池作為驅動方式，潔凈、高效和安靜，不排出CO有害氣體，可以在其他叉車不能工作的領域工作。本次設計定位于以蓄電池為驅動形式、四輪平衡重式叉車。 其次，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，電動叉車能在食品和飲料區(qū)域工作，并且也能在危險易燃的環(huán)境內工作，高性能電動叉車將被廣泛運用。 5.2叉車造型定位

25、整體 采用圓弧曲線，使線形流暢統(tǒng)一，整體造型力求簡潔明快。 部件 就外觀而言,叉車能體現出造型魅力的地方并不多,其結構決定了叉車不能像汽車一樣以車頭為造型考慮的重點,車尾的配重塊在保證起重量的情況下,可以做造型的改變。在保證平衡重一定重量的情況下平衡重愈短愈好，采用圓弧形，造型圓滑美觀，使其在裝卸搬運中更靈巧。 為配合整體和諧統(tǒng)一，圓弧曲線設計的安全架才能與圓滑的平衡重相呼應。 色彩 為減輕工作壓力和視覺疲勞，主色調選用活潑的顏色，純度較高，明度適中，具有一定的耐臟性。主要分布于車身、平衡重等。 叉車的輔助色采用于主色反差明顯的顏色，兩種顏色的交線顯得分明，有種明快感

26、。如黑色，表現其牢固堅實，輔助色可分布于駕駛室門架。 6，方案確定 右圖為本次設計第一方案輕型電瓶叉車，融入大圓弧元素，造型簡潔。 外觀部分——圓潤、動感、時尚。 較低的車身，由菱形演變而成的圓弧頂棚，整體感強。流暢的線條，極具動感的尾部設計使得整車看起來動感十足，尾燈、蓄電池蓋板、散熱孔，都進行了全新的設計. 空間部分——座椅的設計極具包裹感的同時，有極具舒適型。按人機工程學布置操縱儀器，形態(tài)設計語義敏感，操縱更舒適。液晶顯示儀表，能隨時顯示叉車的運行狀況、故障、電瓶、電量和運行時間等。 6.1 色彩方案： 色彩是造型的重要因素之一，叉車設計時,色彩甚至比形體更能吸引人

27、的注意，首先必須確定主色調（藍色），才能使配色顯得統(tǒng)一。輔以灰黑色，凝重中不失活潑，能舒緩駕駛者的壓力,改善視覺。視覺沖擊力強,和諧醒目,整體感強。另外,為配合不同用戶的需要,或不同使用環(huán)境，或不同的企業(yè)標準色，還有多種豐富的配色方案。 6.2 人機工程 6.2.1 門架 起升液壓缸兩側放置，采用寬視野門架，保證了行車和裝卸作業(yè)時的開闊視野。 6.2.2 駕駛室 按人機工程學布置操縱儀器，形態(tài)設計語義敏感，操縱更舒適。液晶顯示儀表，能隨時顯示叉車的運行狀況、故障、電瓶、電量和運行時間等。指示儀表布置在司機的正前方，操縱桿、開關及各種控制元件布置在駕駛室的其他相應部

28、位，便于司機觀看和操作車輛。這些裝置的固定位置是由標準的司機人體尺寸參數決定的，其具體參考位置根據人的生理心理特征為依據，力求使司機行車和裝卸貨物時操動方向盤和操縱桿、開關等都能方便自如、省力和安全，使司機在生理和心理，動作和感受上都處于最佳狀態(tài)。具體參考位置見下圖： 6.2.3 坐椅 與司機緊密相關的部件還有坐椅，坐椅的人機工程學到今天已經發(fā)展到新的高度。坐椅不但要求柔軟，并配有減震裝置。借鑒林德叉車優(yōu)化的駕駛室，坐椅下有彈簧液壓減震油缸，可根據駕駛員身高和體重進行調整，使司機獲得舒適狀態(tài)。 6.2.4 便于上下車，底板距離地面高度348-

29、400mm。頭頂護欄在事故下的變形量距操作者不少于150mm。叉車護頂架高度應低于門架高度，通過倉庫門時只要門架通過駕駛室就不會碰到門梁。 6.2.5 材料說明： 座椅：銀灰色皮質座椅，造型寬廣舒適，坐墊透氣性纖維制成，柔軟透氣性佳且吸汗防塵。 車體：由5mm以上鋼板制成，強度高，可承受重載。 操縱臺儀表架：ABS塑料，由于其具有耐沖擊及耐熱性能，以及韌、剛、硬等優(yōu)點。表面處理：電鍍。 安全架：骨架采用鋁合金鑄造而成，抗沖擊性能好，造型美觀，質量輕，。 車輪：輪胎采用高級橡膠，耐磨且硬度大。輪輞鋼制。 主要參考文獻目錄 1．劉志峰、劉光復，《綠色設計》[J]機械工

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