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1、 叉車液壓系統(tǒng)設(shè)計 . 液壓課程設(shè)計 設(shè)計說明書 設(shè)計題目 : 叉車液壓系統(tǒng)設(shè)計 機械工程學(xué)院 機械維修及檢測技術(shù)教育專業(yè) 機檢 3333班 設(shè)計者 : 指導(dǎo)教師 ：

2、 2013年 12月 27日 V1 ，下降速度最高 課 程 設(shè) 計 任 務(wù)書 機械工程 學(xué)院 機檢 班 學(xué)生 課程設(shè)計課題： 叉車液壓系統(tǒng)設(shè)計 一、課程設(shè)計工作日自 2013 年 12 月 23 日至 2013 年 12 月 27 日 二、同組學(xué)生 三、課程設(shè)計任務(wù)要求（包括課題來源、類型、目的和意義、基本要求、完成 時間、主要參考資料等） ： 1．目的： (1) 鞏固和深化已學(xué)的理論知識，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計計算的一般步驟和方法； (2) 正確合理地確定執(zhí)行機構(gòu)，運用液壓基本回路組合成滿足基本性能要求

3、的、 高效的液壓系統(tǒng)； (3) 熟悉并運用有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計手冊和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。 2．設(shè)計參數(shù)： 叉車是一種起重運輸機械， 它能垂直或水平地搬運貨物。請設(shè)計一臺 X 噸叉車液壓系統(tǒng)的原理圖。該叉車的動作要求是： 貨叉提升抬起重物，放下重物；起重架傾斜、回位，在貨叉有重物的情況下，貨叉能在其行程的任何位置停住， 且不下滑。提升油缸通過鏈條－動滑輪使貨叉起升， 使貨叉下降靠自重回位。 為了使貨物在貨叉上放置角度合適，有一對傾斜缸可以使起重架前后傾 斜。已知條件：貨叉起升速度 不超過 V2 ，加、減速時間為 t ，提升油缸行程 L，額定載荷 G。傾斜缸由兩個單杠

4、液壓缸組成，它們的尺寸已知。液壓缸在停止位置時系統(tǒng)卸荷。 學(xué) 1 3 5 7 9 號尾數(shù) ，2 ，4 ，6 ，8 ，0 設(shè)計參數(shù) 3 4 4 5 額定載荷 300 000 G (Kg) 500 500 000 0 起升速度 4 4 4 V1 (mm/s) 70 60 50 快速下降最 1 2 2 高速度 V2 (mm) 80 00 20 提升油缸行 150 1 1 程 L（mm） 0 500 500 加減速時間 0

5、 0 0 t （s） .2 .2 .2 動摩擦系數(shù) 0 0 0 fd .1 .1 .1 靜摩擦系數(shù) 0 0 0 f s .2 .2 .2 機械效率 m 0.9 0 0 1 .92 .93 3．設(shè)計要求： (1) 對提升液壓缸進行工況分析  4 4 40 30 22 40 60 11 500 500 0 0 .2 .2 0 0 .1 .1 0 0 .2 .2 0 0 .94 .95 , 繪制工況 圖，確定提升尺寸；

6、 (2) 擬定叉車起重系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)原理圖； (3) 計算液壓系統(tǒng)，選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓元件； (4) 對上述液壓系統(tǒng)中的提升液壓缸進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，完成該液壓缸的相關(guān)計算和部件裝配圖設(shè)計，并對其中的 1－2 非標(biāo)零件進行零件圖 的設(shè)計。 4．主要參考資料： [1] 許福玲 . 液壓與氣壓傳動 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2001.08 [2] 陳奎生．液壓與氣壓傳動．武漢：武 漢理工大學(xué)出版社， 2001.8 [3] 朱福元． 液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊． 北京：機械工業(yè)出版社， 2005.10 [4] 張利平．液壓氣動系統(tǒng)設(shè)計手冊

7、． 北京：機械工業(yè)出版社， 1997.9 指導(dǎo)教師簽字： 系主任簽字： 目錄 1.1 概述 ......................................................... 1 叉車的結(jié)構(gòu)及基本技術(shù) . ............

8、....................... 2 1.2 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)確定 ................................... 7 1.2.1 起升液壓系統(tǒng)的參數(shù)確定 ................................. 7 1.2.2 系統(tǒng)工作壓力的確定 .................................... 11 1.2.3 起升液壓系統(tǒng)液壓缸的工況分析.......................... 11 1.3 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 .......

9、............................. 16 1.3.1 起升回路的設(shè)計 ........................................ 16 1.3.2 傾斜回路的設(shè)計 ........................................ 20 1.3.3 方向控制回路的設(shè)計 .................................... 21 1.3.4 供油方式 .............................................. 22 1.4 液壓元

10、件選擇 .............................................. 23 1.4.1 液壓泵的選擇 .......................................... 24 1.4.2 電機的選擇 ............................................ 25 1.4.3 液壓閥的選擇 .......................................... 26 1.4.4 管路的選擇 ...............................

11、............. 27 1.4.5 油箱的設(shè)計 ............................................ 29 1.4.6 其他輔件的選擇 ........................................ 30 1.5 液壓系統(tǒng)的性能驗算 ....................................... 31 1.5.1 壓力損失的驗算 ............................................ 31 1.5.2 系統(tǒng)溫升驗算 .......

12、................................... 33 1.6 設(shè)計經(jīng)驗總結(jié) . ............................................. 34 參考文獻： ..................................................... 35 叉車工作裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計 叉車作為一種流動式裝卸搬運機械， 由于具有很好的機動性和通過性，以及很強的適應(yīng)性，因此適合于貨種多、 貨量大且必須迅速集散和周轉(zhuǎn)的部門使用， 成為港口碼頭、 鐵路車站和倉庫貨場等部門不可缺少的工

13、具。 本章以叉車工作裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計為例， 介紹叉車工作裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計方法及步驟， 包括叉車工作裝置液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定、 原理圖的擬定、 液壓元件的選擇以及液壓系統(tǒng)性能驗算等。 1.1 概述 叉車也叫叉式裝卸機、叉式裝卸車或鏟車，屬于通用的起重運輸機械， 主要用于車站、倉庫、港口和工廠等工作場所， 進行成件包裝貨物的裝卸和搬運。叉車的使用不僅可實現(xiàn)裝卸搬運作業(yè)的機械化，減輕勞動強度，節(jié)約大量勞力，提高勞動生產(chǎn)力，而且能夠縮短裝卸、搬運、堆碼的作業(yè)時間，加速汽車和鐵路車輛的周轉(zhuǎn)， 提高倉庫容積的利用率， 減少貨物破損， 提高作業(yè)的安全程度。

14、 1 叉車的結(jié)構(gòu)及基本技術(shù) 按照動力裝置不同， 叉車可分為內(nèi)燃叉車和電瓶叉車兩大類； 根據(jù)叉車的用途不同， 分為普通叉車和特種叉車兩種； 根據(jù)叉車的構(gòu)造特點不同，叉車又分為直叉平衡重式叉車、 插腿式叉車、前移式叉車、 側(cè)面式叉車等幾種。 其中直叉平衡重式叉車是最常用的一種叉車。 叉車通常由自行的輪式底盤和一套能垂直 升降以及前后傾斜的工作裝置組成。 某型號叉車 的結(jié)構(gòu)組成及外形圖如圖 1 所示，其中貨叉、叉 架、門架、起升液壓缸及傾斜液壓缸組成叉車的 工作裝置。 叉車的基本技術(shù)參數(shù)有起重量、載荷中心矩

15、、起升高度、滿載行駛速度、滿載最大起升速度、滿載爬坡度、 門架的前傾角和后傾角以及最小轉(zhuǎn)彎半徑等。 其中，起重量 (Q) 又稱額定起重量，是指貨 叉上的貨物中心位于規(guī)定的載荷中心距時， 叉車 能夠舉升的最大重量。 我國標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的起重量 系列為： 0.50 ，0.75 ，1.25 ，1.50 ，1.75 ，2.00 ， 2.25 ，2.50 ，2.75 ，3.00 ，3.50 ，4.00 ，4.50 ， 5.00 ，6.00 ，7.00 ，8.00 ，10.00 . 噸。 2 載荷中心距 e，是指貨物重心到貨叉垂直段前表面

16、的距離。標(biāo)準(zhǔn)中所給出的規(guī)定值與起重量有關(guān)，起重量大時，載荷中心距也大。例如平衡重式叉車的載荷中心距如表 3-1 所示。 表 1 平衡重式叉車的載荷中心距 額 定 起 重 Q<1 1≤Q<5 5≤Q≤10 12≤Q≤18 20≤Q≤12 量 Q/t 載荷中心100 500 600 900 1250 距 e/mm 起升高度 hmax，指叉車位于水平堅實地 面上，門架垂直放置且承受額定起重量的貨物 時，貨叉所能升起的最大高度， 即貨叉升至最大 高度時水平段上表面至地面的垂直距離。 現(xiàn)有的 起升高度系列

17、為： 1500，2000，2500，2700，3000， 3300，3600，4000，4500，5000，5500，6000， 7000mm。 滿載行駛速度 vmax，指貨叉上貨物達到額定起重量且變速器在最高檔位時， 叉車在平直干硬的道路上行駛所能達到的最高穩(wěn)定行駛速度。 滿載最大起升速度 vamax，指叉車在停止?fàn)顟B(tài)下，將發(fā)動機油門開到最大時， 起升大小為額定 3 起重量的貨物所能達到的平均起升速度。 滿載爬坡度 a，指貨叉上載有額定起重量的貨物時，叉車以最低穩(wěn)定速度行駛所能爬上的長度為規(guī)定值的最陡坡道的坡度值。 其值以半分

18、數(shù)計。 門架的前傾角 βf 及后傾角 βb，分別指無載的叉車門架能從其垂直位向前和向后傾斜擺動的最大角度。 最小轉(zhuǎn)彎半徑 Rmin ，指將叉車的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)至極限位置并以最低穩(wěn)定速度作轉(zhuǎn)彎運動時， 其瞬時中心距車體最外側(cè)的距離。 在叉車的基本技術(shù)參數(shù)中， 起重量和載荷中心距能體現(xiàn)出叉車的裝載能力， 即叉車能裝卸和搬運的最重貨件。 最大起升高度體現(xiàn)的是叉車利用空間高度的情況， 可估算倉庫空間的利用程度和堆垛高度。速度參數(shù)則體現(xiàn)了叉車作業(yè)循環(huán)所需要的時間，與起重量參數(shù)一起可估算出生產(chǎn)率。 1．目的： (1) 鞏固和深化已學(xué)的理論知識，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計計算的一般步驟和方法；

19、 (2) 正確合理地確定執(zhí)行機構(gòu)，運用液壓基 4 本回路組合成滿足基本性能要求的、 高效的液壓系統(tǒng)； (3) 熟悉并運用有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計手冊和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。 2．設(shè)計參數(shù)： 叉車是一種起重運輸機械， 它能垂直或水平地搬運貨物。請設(shè)計一臺 X 噸叉車液壓系統(tǒng)的原理圖。該叉車的動作要求是： 貨叉提升抬起重物，放下重物；起重架傾斜、回位，在貨叉有重物的情況下，貨叉能在其行程的任何位置停住， 且不下滑。提升油缸通過鏈條－動滑輪使貨叉起升，使貨叉下降靠自重回位。 為了使貨物在貨叉上放置角度合適，有一對傾斜缸可以使起重架前后傾斜。已知條件

20、：貨叉起升速度 V1 ，下降速度最高不超過 V2 ，加、減速時間為 t ，提升油缸行程 L，額定載荷 G。傾斜缸由兩個單杠液壓缸組成，它 們的尺寸已知。液壓缸在停止位置時系統(tǒng)卸荷。 學(xué) 1， 3， 5， 7， 9 號尾數(shù) 2 4 6 8 ，0 設(shè)計參數(shù) 30 35 40 45 500 額定載荷 G (Kg) 00 00 00 00 0 起升速度 47 46 45 44 430 V1 (mm/s) 0 0 0 0 260 快速下降最 18 20 22 24 5 高速

21、度 V2 (mm) 0 0 0 0 提升油缸行 1 15 15 15 150 程 L（mm） 500 00 00 00 0 加減速時間 0. 0. 0. 0. 0.2 t （s） 2 2 2 2 動摩擦系數(shù) 0. 0. 0. 0. 0.1 fd 1 1 1 1 靜摩擦系數(shù) 0. 0. 0. 0. 0.2 f s 2 2 2 2 0.9 機械效率 m 0. 0. 0. 0. 91 92 93 94 5 3．設(shè)計要求： (1) 對提升

22、液壓缸進行工況分析 , 繪制工況圖，確定提升尺寸； (2) 擬定叉車起重系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)原理圖； (3) 計算液壓系統(tǒng)，選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓元件； (4) 對上述液壓系統(tǒng)中的提升液壓缸進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，完成該液壓缸的相關(guān)計算和部件裝配圖設(shè)計，并對其中的 1－2 非標(biāo)零件進行零件圖的設(shè)計。 6 1.2 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)確定 本設(shè)計實例叉車工作裝置液壓系統(tǒng)包括起 升液壓系統(tǒng)和傾斜液壓系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)， 分別由 起升液壓缸和傾斜液壓

23、缸驅(qū)動， 因此首先確定兩 個子系統(tǒng)執(zhí)行元件的設(shè)計參數(shù)和系統(tǒng)的工作壓 力。 起升液壓系統(tǒng)的參數(shù)確定 起升液壓系統(tǒng)的作用是提起和放下貨物， 因此執(zhí)行元件應(yīng)選擇液壓缸。 由于起升液壓缸僅在起升工作階段承受負載， 在下落過程中液壓缸可在負載和液壓缸活塞自重作用下自動縮回， 因此可采用單作用液壓缸。 如果把單作用液壓缸的環(huán)形腔與活塞的另 一側(cè)連通，構(gòu)成差動連接方式， 則能夠在提高起 升速度的情況下減小液壓泵的輸出流量。 如果忽 略管路的損失，單作用液壓缸的無桿腔和有桿腔 的壓力近似相等， 則液壓缸的驅(qū)動力將由活塞桿 的截面積決定。

24、實現(xiàn)單作用液壓缸的差動連接， 可以通過方向控制閥在外部管路上實現(xiàn)， 如 2 圖 （ a）。為減小外部連接管路， 液壓缸的設(shè)計也可采用在活塞上開孔的方式，如 2 圖（ b）所示。 7 這種測試方法有桿腔所需要的流量就可以從無桿腔一側(cè)獲得，液壓缸只需要在無桿腔外部連接一條油路，而有桿腔一側(cè)不需要單獨連接到回路中。 （a）管路連接方式 （ b）活塞上開孔方式 圖 2 差動連接液壓缸

25、 8 V max FL 缸的行程 G L 圖 3 本設(shè)計實例通過增加一個傳動鏈條和動滑輪機 構(gòu)對起升裝置前述設(shè)計方案進行改進，即如圖 3 所示實施方案。 根據(jù)傳動原理， 采用這一液壓缸與鏈條和動滑輪結(jié)合的機構(gòu)可以使液壓缸行程

26、 減小一半，但是需要對輸出力和活塞桿截面積進行校核。由于傳動鏈條固定在叉車門架的一端，液壓缸活塞桿的行程已知， 但同時也要求液壓缸輸出的作用力為原來的兩倍。即液壓缸行程為1500mm，活塞桿直徑變?yōu)?75mm,查液壓工程手冊或參考書 , 此時取活塞桿直徑為 80mm,于是，該起升液壓缸的有效作用面積變?yōu)椋? 9 2 2 Ar 4 d 3.14 4 0.085.02 10 3 ㎡ 按照前面的計算， 由于液壓缸所需輸出的功保持不變，所以液壓缸輸出的作用力變?yōu)椴孳囶~定負載的兩倍，即 F L 2 Gg 2 3500

27、9 .8 68600 N 液壓系統(tǒng)所需的工作壓力變?yōu)椋? F L 68600 MP a PS 13 .66 A r 0 . 00502 取起升液壓缸的工作壓力為 14MPa，該工作壓力對于液壓系統(tǒng)來說屬于合適的工作壓力， 因此起升液壓缸可以采用這一設(shè)計參數(shù)。 起升液壓缸所需的最大流量由起升裝置的最大速度決定。在由動滑輪和鏈條組成的系統(tǒng)中，起升液壓缸的最大運動速度是叉車桿最大運動速度 (0.46m/s) 的一半， Vmax =V1/2=460/2=230mm/s 于是 3 3 qmax Ar vmax 0.00502 0.23

28、 1.15 10 m s 69L min 此時，起升液壓缸活塞桿移動 1.5m，叉車貨叉和門架移動 3m，能夠滿足設(shè)計需求。 10 系統(tǒng)工作壓力的確定 根據(jù)液壓系統(tǒng)工作壓力的確定方法， 在確定液壓系統(tǒng)工作壓力時應(yīng)考慮系統(tǒng)的壓力損失， 包括沿程的和局部的壓力損失， 為簡化計算， 本設(shè)計實例中假設(shè)這一部分壓力損失約為 1.5 ～2.0 MPa，因此液壓系統(tǒng)應(yīng)提供的工作壓力應(yīng)比執(zhí)行元件所需的最大工作壓力高出 1.5~2.0 MPa ，即 起升液壓系統(tǒng) pls =14+

29、1.5=15.5MPa 起升液壓系統(tǒng)液壓缸的工況分析 負載分析： 負載： F=2Gg=2x34300=68600N 最大靜摩擦力： Fs=2f sGg=2x6860=13720N 動摩擦力： Fd=2f dGg=2x3430=6860N, 上 升 啟 動 時 ： F1=F+ Fs=68600+13720=82320N， 上 升 穩(wěn) 定 運 行 時 ： F2=F+ Fd=68600+6860=75460N 下 降 穩(wěn) 定 運 行 時 ： F3=F- 11 Fd

30、=68600-6860=61740N 速度分析： 上升速度 V=0.5V 1=0.5X460=230mm/s, 快 速 下 降 最 高 速 度 V=0.5V2=0.5X200=100mm/s 加減速時間： t=0.2s 上升時加減速時段位移： S1=0.5 V 1t=23mm 下降時加減速時段位移： S2=0.5 V 2t=10mm 位移分析： 提升油缸行程： L=1500mm 工況循環(huán)提升液壓缸負載：

31、 工況 負載組成 負載值（N） 液壓缸加 0 ----(F+ 0----8232 速上升 Fs)----- (F+ 0-----75460 12 F ) d 液壓缸勻 F+ Fd 75460 速上升 液壓缸減 (F+ 75460---- 速上升 Fd)-----F 68600 液壓缸加 F-------- 68600---- 速下降 (F- F d) 61740 液壓缸勻 F- F d 61740 速下降 液壓缸減 (F- 61740--

32、-- 速下降 Fd)---0 0 對應(yīng)曲線如下； F(N) (0,82320) (23,75460) (1477,75460) (10,61740) 13 (1500,68600) (1490,61740) 0 S(mm) 負載 - 位移關(guān)系曲線

33、 提升液壓缸運動參數(shù)： 工況 位 移 時 間 速 度 （mm） (s) (mm/s) 勻 加 23 0.2 速上升 勻 速 1454 6.32 230 上升 勻 減 23 0.2 14 速上升 勻 加 10 0.2 速下降 勻 速 1480 14.8 100 下降 勻 減 10 0.2 速下降

34、 對應(yīng)曲線如下； V(mm/s) (23,230) （ 1477,230 ） 0 15 S(m m) (10,100) (1490,100) 速度 - 位移關(guān)系曲線 1.3 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 在完成裝卸作業(yè)的過程

35、中，叉車液壓系統(tǒng)的工作液壓缸對輸出力、 運動方向以及運動速度等幾個參數(shù)具有一定的要求， 這些要求可分別由液壓系統(tǒng)的幾種基本回路來實現(xiàn)， 這些基本回路包括壓力控制回路、 方向控制回路以及速度控制回路等。所以，擬定一個叉車液壓系統(tǒng)的原理圖，就是靈活運用各種基本回路來滿足貨叉在裝卸作業(yè)時對力和運動等方面要求的過程。 起升回路的設(shè)計 對于起升工作裝置， 舉起貨物時液壓缸需要輸出作用力， 放下貨物時， 貨叉和貨物的重量能 16 使叉車桿自動回落到底部， 因此本設(shè)計實例起升回路采用單作用液壓缸差動連接的方式。 而且為減少管道連接，可以通過

36、在液壓缸活塞上鉆孔來實現(xiàn)液壓缸兩腔的連接，液壓缸不必有低壓出 口，高壓油可同時充滿液壓缸的有桿腔和無桿 腔，由于活塞兩側(cè)的作用面積不同， 因此液壓缸會產(chǎn)生提升力。起升液壓缸活塞運動方向的改變通過多路閥或換向閥來實現(xiàn)即可。 為了防止液壓缸因重物自由下落， 同時起到調(diào)速的目的，起升回路的回油路中必須設(shè)置背壓元件，以防止貨物和貨叉由于自重而超速下落，即形成平衡回路。 為實現(xiàn)上述設(shè)計目的， 起升回路可以有兩種方案， 分別為采用液控單向閥的平衡回路設(shè)計方案以及采用特殊流量調(diào)節(jié)閥的設(shè) 計方案，兩種方案比較如下 4 圖（a）和 4 圖（b）所示。

37、 17 （ a）設(shè)計方案一 （ b） 設(shè)計方案二 圖 4 起升回路兩種設(shè)計方案比較 上 4 圖（ a）中設(shè)計方案之一是采用液控單 向閥來實現(xiàn)平衡控制，

38、該設(shè)計方案能夠保證在叉車的工作間歇，貨物被長時間可靠地平衡和鎖緊在某一位置。但采用液控單向閥的平衡回路都要 18 求液壓缸具有進油和出油兩條油路， 否則貨叉無法在貨物自重作用下實現(xiàn)下落， 而且該設(shè)計方案無法調(diào)節(jié)貨物的下落速度， 因此不能夠滿足本設(shè)計實例的設(shè)計要求。 上 4 圖（ b）中設(shè)計方案是采用一種特殊的流量調(diào)節(jié)閥和在單作用液壓缸活塞上開設(shè)小孔實現(xiàn)差動連接的方式， 該流量調(diào)節(jié)閥可以根據(jù)貨 叉載重的大小自動調(diào)節(jié)起升液壓缸的流量， 使該流量不隨叉車載重量的變化而變化，貨物越重，閥開口越小， 反之閥開口越大， 因此能夠保證起升液壓缸的流量基

39、本不變，起到壓力補償?shù)淖? 用。從而有效的防止因系統(tǒng)故障而出現(xiàn)重物快速下落、造成人身傷亡等事故。 而在重物很輕或無載重時，通過自身調(diào)節(jié)， 該流量調(diào)節(jié)閥口可以開大甚至全開， 從而避免不必要的能量損失。 本設(shè)計實例采用這一設(shè)計方案限定了貨叉的最大下 落速度，保證了貨叉下落的安全。此外，為了防止負載過大而導(dǎo)致油管破裂， 也可在液壓缸的連接管路上設(shè)置一個安全閥 。 19 由于本課題設(shè)計中沒有給定傾斜裝置、方向壓力控制回路等等以下方面設(shè) 計的主要

40、參數(shù)，所以以下環(huán)節(jié)的設(shè)計主要參考叉車液壓系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)資料 傾斜回路的設(shè)計 本設(shè)計實例傾斜裝置采用兩個并聯(lián)的液壓缸作執(zhí)行元件，兩個液壓缸的同步動作是通過兩個活塞桿同時剛性連接在門架上的機械連接方 式來保證的， 以防止叉車桿發(fā)生扭曲變形， 更好地驅(qū)動叉車門架的傾斜或復(fù)位。 為防止貨叉和門架在復(fù)位過程中由于貨物的自重而超速復(fù)位， 從而導(dǎo)致液壓缸的動作失去控制或引起液壓缸進 油腔壓力突然降低， 因此在液壓缸的回油管路中應(yīng)設(shè)置一個背壓閥。 一方面可以保證傾斜液壓缸在負值負載的作用下能夠平穩(wěn)工作， 另一方面也可以防止由于進油腔壓力突然

41、降低到低于油液 的空氣分離壓甚至飽和蒸汽壓而在活塞另一側(cè) 產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象， 其原理圖如下 5 圖所示。傾斜液壓缸的換向也可直接采用多路閥或換向閥來實現(xiàn)。 20 圖 5 傾斜回路原理圖 方向控制回路的設(shè)計 行走機械液壓系統(tǒng)中，如果有多個執(zhí)行元 件，控制多個執(zhí)行元件的動作， 可以采用多個普 通三位四通手動換向閥， 分別對系統(tǒng)的多個工作 裝置進行方向控制。 本設(shè)計實例可

42、以采用兩個普 通的三位四通手動換向閥分別控制起升液壓缸 和傾斜液壓缸的動作， 如圖 6 所示。本設(shè)計實例叉車工作裝置液壓系統(tǒng)擬采用普通的三位四通 手動換向閥控制方式， 用于控制起升和傾斜裝置的兩個方向控制閥均可選用標(biāo)準(zhǔn)的四通滑閥。 另外，還應(yīng)注意采用普通換向閥實現(xiàn)的換向控制方式還與液壓油源的供油方式有關(guān)， 如果采用單泵供油方式， 則無法采用幾個普通換向閥結(jié)合來進行換向控制的方式， 因為只要其中一個換向閥處于中位， 則液壓泵卸荷， 無法驅(qū)動其它工 21 作裝置。

43、 圖 6 普通換向閥控制方式 供油方式 由于起升和傾斜兩個工作裝置的流量差異很大，而且相對都比較小， 因此采用兩個串聯(lián)齒輪泵供油比較合適。 其中大齒輪泵給起升裝置供油，小齒輪泵給傾斜裝置供油。 兩個齒輪泵分別與兩個三位四通手動換向閥相連， 為使液壓泵在工作裝置不工作時處于卸荷狀態(tài)， 兩個換向閥應(yīng)采用 M型中位機能，這樣可以提高系統(tǒng)的效率。 根據(jù)上述起升回路、 傾斜回路、換向控制方式和供油方式的設(shè)計， 本設(shè)計實例初步擬定的液壓系統(tǒng)原理圖如圖 7 所示。

44、 22 1- 大流量泵 2- 小流量泵 3- 起升安全閥 4-傾斜安全閥 5- 起升換向閥 6- 傾斜換向閥 7- 流量控制閥 8- 防氣穴閥 9- 起升液壓缸 10- 傾斜液壓缸 11 、12- 單向閥 圖 7 叉車工作裝置液壓系統(tǒng)原 理圖 1.4 液壓元件選擇

45、 初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖后， 根據(jù)原理圖中 23 液壓元件的種類， 查閱生產(chǎn)廠家各種液壓元件樣本，對液壓元件進行選型。 液壓泵的選擇 圖 7 所示液壓系統(tǒng)原理圖中采用雙泵供油方式，因此在對液壓泵進行選型時考慮采用結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的雙聯(lián)齒輪泵就能夠滿足設(shè)計要求。 假定齒輪泵的容積效率為 90%，電機轉(zhuǎn)速為 1500r/min ，則根據(jù)前述的計算結(jié)果，兩個液壓泵的排量可分別計算為： 69000 51 . 1 cm 3 D 1 r 0 .91500 從表中可查得， C

46、BG系列中與 51.1cm3/r 接 近的齒輪泵排量為 3 3 更 52cm/rev 。而 51.1cm /r 接近于 50.3cm3/rev ，如果選擇排量為 60cm3/r 的液壓泵，則工作過程中會有較大的流量經(jīng)過溢流閥溢流回油箱， 造成能源的浪費， 并有可能產(chǎn)生嚴重的發(fā)熱，因此考慮在 CBG2050系列中選擇排量為 50.3cm3/rev 的齒輪泵。同時考慮到前述計算中假定液壓泵的容積效率為 90%，而實際工作過程中，液壓泵的容積效率可能高于 90%，尤 24 其是在低負載的時候。 在低負荷的時候， 電機轉(zhuǎn)速也有可能會略高于 15

47、00 r/min ，因此液壓泵的實際輸出流量會增大。 例如，滿負載條件下（電機轉(zhuǎn)速 1500r/min ，容積效率 90%）的實際流量為： 50 .3 0 . 9 1500 l/min q 1 1000 67 .9 而半負載條件下（電機轉(zhuǎn)速 1550r/min ，容 積效率 93%）的實際流量為： q 1 50 .3 0 . 931550 72 .5 l/min 1000 大于起升回路所需要的流量 67.8 l/min ， 因此能夠 滿足設(shè)計要求。 電機的選擇 為減小叉車工作裝置液壓系統(tǒng)的尺寸， 簡化

48、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對于內(nèi)燃叉車、 雙聯(lián)液壓泵可以由發(fā)動機直接驅(qū)動。 如果叉車上的空間允許， 也可以采用電動機驅(qū)動雙聯(lián)液壓泵的設(shè)計方式。 在叉車工作過程中， 為保證工作安全， 起升裝置和傾斜裝置通常不會同時工作， 又由于起升裝置的輸出功率要遠大于傾斜裝置的輸出功率，因此雖然叉車工作裝置由雙聯(lián)泵供油， 在選擇驅(qū) 25 動電機時，只要能夠滿足為起升裝置供油的大流量液壓泵的功率要求即可。在最高工作壓力下，大流量液壓泵的實際輸出功率為： P p1 q1 15 .5 10 6 67 .9 17 .5 kW 60 1000

49、 齒輪泵的總效率（包括容積效率和機械效率）通常在 80~85%之間，取齒輪泵的總效率為80%，所需的電機功率為： P 17 .5 21 .5 kW Pt 0 . 8 液壓閥的選擇 圖 7 中叉車工作裝置液壓系統(tǒng)由雙聯(lián)泵供油，因此對于起升回路，流經(jīng)換向閥、單向閥、 溢流閥和平衡閥的最大流量均為 67.8 l/min （半載的工況），各元件的額定壓力應(yīng)大于起升回路的最大工作壓力 17.5MPa。流經(jīng)傾斜回路各液壓閥的流量較小， 因此傾斜回路中使用的液壓閥可選擇比起升回路中液壓閥通徑更小的液壓閥。 在選擇溢流閥時， 由于溢流閥在起

50、升回路和傾斜回路中都是做安全閥， 因此其調(diào)定壓力應(yīng)高于供油壓力 10%左右，起升回路和傾斜回路溢流 26 閥的調(diào)定壓力是不同的， 按照前述計算起升回路溢流閥的調(diào)定壓力設(shè)為 20MPa比較合適，具體調(diào)定數(shù)值將在后續(xù)壓力損失核算部分中做進一步 計算。 查閱相關(guān)液壓閥生產(chǎn)廠家樣本， 確定本設(shè)計實例所設(shè)計叉車工作裝置液壓系統(tǒng)各液壓閥型號及技術(shù)參數(shù)如表 2 所示。 表 2 液壓閥型號及技術(shù)參數(shù) 規(guī)格 序號 元件名稱 額定流量 最高使用壓力 型號 L/min MPa 1 三位四

51、通 100 31.5 4WMM6T50 手動換向閥 5 2 單向閥 11 76 21 DT8P1-06-05-10 3 溢流閥 3 120 31.5 DBDH6P-10/200 4 單向閥 12 10 21 DT8P1-02-05-10 5 流量調(diào)節(jié)閥 7 67 31.5 VCDC-H-MF(G1/2) 6 三位四通 30 25 DMG-02-3C6-W 手動換向閥 6 7 溢流閥 4 12 21 C175-02-F-10 8 背壓閥和防 120 1.5 MH1DBN10 氣

52、穴閥 8 P2-20/050M 管路的選擇 27 本設(shè)計實例液壓管路的直徑可通過與管路 連接的液壓元件進出口直徑來確定， 也可通過管 路中流速的建議值進行計算。 根據(jù)上文中給出的液壓管路流速推薦范圍，假定液壓泵排油管路的速度為 5 m/s ，液壓泵吸油管路的速度為 1 m/s 。在設(shè)計過程中也應(yīng)該注意，液壓系統(tǒng)管路中油液的流動速度也會受到油路和裝置工作條件、 功率損失、熱和噪聲的產(chǎn)生以及振動等各方面因素的影響。 按照半載工況，大流量泵排油管路中流過的最大流量為 q = L

53、/min 則管道的最小橫截面積為： A 72.5 1000/ 60 242mm2 5 A D 2 4 D 2 4242 308 mm 2 D 17 . 6 mm 為減小壓力損失， 管徑應(yīng)盡可能選大些， 所以選用管子通徑為 18mm的油管作排油管即可。 大流量泵吸油管路中流過的最大流量為液 28 壓泵的理論流量，即 的最小橫截面積為：  50.3 1500 75.45L / min ，則

54、管道 1000 A 75.45 1000/ 60 1257.5mm2 1 D 2 4 1257 .5 1602 mm 2 D 40 mm 查液壓管路管徑標(biāo)準(zhǔn)， 與上述計算值最接近的實際值為 40mm，因此可選用通徑為 50mm的油管做大流量泵的吸油管。 油箱的設(shè)計 根據(jù)第 1 章油箱容積估算方法， 按照貯油量的要求，初步確定油箱的有效容積 V有效 aqv 已知雙聯(lián)泵總理論流量為 qv 75.45 6 81.45 L/min ，對于行走工程機械，為減小液壓系統(tǒng)的 體積和重量，在計算油

55、箱的有效容積時取 a = 2。因此 V有效 2 81.45 162.9 L 油箱整體容積為 V = V0有.效8 =203.6L，查液壓泵 29 站油箱公稱容積系列，取油箱整體容積為 250 L。 如果油箱的長寬高比例按照 3：2：1 設(shè)計，則計算得到長、寬、高分別為 a=1.010m、b=0.69m、c=0.35m。 其他輔件的選擇 叉車工作裝置液壓系統(tǒng)中使用的過濾器包括油箱注油過濾器和主回油路上的回油過濾器。查相關(guān)廠家樣本，選擇型號為 EF3-40 的空氣濾清器，其性能參數(shù)為： 加油流量

56、 21 L/min 空氣流量 170 L/min 油過濾面積 180 mm 2 空氣過濾精度 0.279 mm 油過濾精度 125μm 選擇型號為 RF-60×20L-Y 的濾油器作回油 過濾器，其性能參數(shù)為： 額定流量 60 L/min 過濾精度 20 μm 額定壓力 1 MPa 30 1.5 液壓系統(tǒng)的性能驗算 液壓系統(tǒng)原理圖和各液壓元件的型號確定后，可以對所設(shè)計叉車工作裝置 液壓系統(tǒng)進行系統(tǒng)

57、性能的驗算。 壓力損失的驗算 為了能夠更加準(zhǔn)確地計算液壓泵的供油壓力和設(shè)定溢流閥的調(diào)定壓力， 分別驗算由兩個液壓泵到起升液壓缸和傾斜液壓缸進口之間油路的壓力損失。 叉車工作裝置液壓系統(tǒng)的壓力損失包括油 液流過等徑進油管路而產(chǎn)生的沿程壓力損失 p1 ，通過管路中彎管和管接頭等處的管路局部壓力 損失 p2 以及通過各種液壓閥的局部壓力損失 p3 。由于叉車工作裝置液壓系統(tǒng)管路較短， 彎管和管接頭較少，因此沿程壓力損失 p1 和彎管以及管接頭等處的管路局部壓力損失 p2 與經(jīng)過各種液壓閥的局部壓力損失 p3 相比可以忽略不計， 故本設(shè)計實例主要核算經(jīng)過各

58、種液壓閥的局部壓力損 失 p3 。圖 8 原理圖表明， 起升回路起升動作過程中液壓閥產(chǎn)生的局部壓力損失 p3 主要包括由單向閥 11、換向閥 5 和特殊流量調(diào)節(jié)閥 7 閥口產(chǎn)生的局部壓力損失。 31 對于起升回路，根據(jù)產(chǎn)品樣本，單向閥 11 （ DT8P1-06-05-10 ）的開啟壓力為 0.035MPa； 在 流 量 約 為 50L/min 時 ， 手 動 換 向 閥 5 （4WMM6T50 ）的壓力損失約為 0.5MPa；在流量 約 為 50L/min 時 ， 流 量 調(diào) 節(jié) 閥 7 （ VCDC-H-MF(G1/2

59、)）的壓力損失為 0.5MPa。因此起升回路進油管路總的局部壓力損失為 p3 0.035 0.5 0.5 1.035 MPa 所以溢流閥調(diào)定壓力應(yīng)為 p (13 1.035) 1.1 15.4 MPa 取溢流閥的實際調(diào)定壓力為 16MPa是適宜 的。 對于傾斜回路， 使貨叉傾斜過程中， 產(chǎn)生局部壓力損失的液壓閥有單向閥 12，換向閥 6 和防氣穴閥 8。根據(jù)產(chǎn)品樣本，單向閥 12 （ DT8P1-02-05-10 ）的開啟壓力為 0.035MPa； 在流量 約為 5.4 L/min 時， 手動 換向 閥 6 （ DMG-04-3C-W

60、 ）的壓力損失最大約為 0.15MPa；防氣穴閥中單向閥 （MHSV10PB1-1X/M）的開啟壓力為 0.05MPa 則傾斜回路進油管路總的局部壓力損失為 p3 0.035 0.15 0.05 0.235 MPa 32 所以溢流閥實際壓力應(yīng)為 p (14.1 0.235) 1.1 15.8 MPa 取溢流閥的實際調(diào)定壓力為 16MPa是適宜 的。 系統(tǒng)溫升驗算 起升回路消耗的功率遠大于傾斜回路所消耗的功率，因此只驗證起升回路的溫升即可。 對于起升油路，當(dāng)叉車桿處于閑置或負

61、載下降時，換向閥工作在中位，液壓泵在低壓下有 75.45L/min 的流量（理論流量）流回油箱，此時液壓泵處于卸荷狀態(tài)， 因此液壓泵損失的功率較小。當(dāng)負載上升時， 液壓泵的大部分流量將進入液壓缸。當(dāng)負載上升達到頂端時，液壓泵以 67.9 l/min 的額定流量從安全閥溢流回油箱，造成很大的能量損失。 假定液壓泵流量的 90%通過安全閥流失，損失的功率為： 15 10 6 0.9 67 .9 10 3 WRV p rv qrv 60 = 15.5 kW 造成的油液溫度升高可計算為： T WRV

62、 CPqrv 33 式中 ——液壓油液的密度，取 870kg/m3 C p ——液壓油液的比熱，對于普通的石油 型液 壓油液， Cp ≈（ 0.4~0.5） × 4187 J/(kg K)·，取 Cp =2.0 KJ/(kg. K ) 如果液壓系統(tǒng)的溫度單位用攝氏度， 則油液溫升為 WRV 15500 8.75 T 0.9 C P qrv 870 2000 67.9 60 103 上述溫升滿足行走機械溫升范圍要求， 而且由于這一極端功率損失的情況只是偶爾在 貨叉桿上升到行

63、程端點時才出現(xiàn)， 因此該叉車工 作裝置液壓系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻器。 1.6 設(shè)計經(jīng)驗總結(jié) 叉車類工程機械或行走機械對液壓系統(tǒng)的要求是安全可靠、效率高、成本低，通過本設(shè)計實例，對叉車類工程機械或行走機械液壓系統(tǒng)的設(shè)計方法和設(shè)計經(jīng)驗總結(jié)如下： 1 采用低成本的齒輪泵做能源元件，普通的手動換向閥做控制調(diào)節(jié)元件，系統(tǒng)造價低。 2 為保證系統(tǒng)工作安全，對于有垂直下落工 34 況的液壓系統(tǒng)， 應(yīng)采用必要的平衡回路； 對于有超越負載（負值負載）的液壓系統(tǒng)，應(yīng)在回油路上采用必要的增加背壓（防氣穴）措施。 3 為提

64、高系統(tǒng)的工作效率，降低能耗，對于流量差別較大的支回路， 應(yīng)采用不同流量的液壓泵分別供油的方式。 參考文獻： [1] 王積偉 章宏甲 黃易誼 液壓與氣壓傳動 北京 機械工業(yè)出版社 2005 [2] 張利平 液壓傳動系統(tǒng)及設(shè)計 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2005.8 [3] 成大先 機械設(shè)計手冊 單行本 液壓傳動 北京化學(xué)工業(yè)出版社 2004 [4] 劉新德 液壓氣動手冊 北京 機械 工業(yè)出版社 2000 [5] 楊培元 朱福元 液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊 北京 機械工業(yè)出版社 1999.12 [6] 許福玲 . 液壓與氣壓傳動

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