叉車(chē)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

#/24圖1提升裝置示意圖靜摩擦力Fs=G=O.2X4OOOX9.8=784ON動(dòng)摩擦力Fd=G=O.1X4OOOX9.8=392ON由于下降的受力小于上升的，所以慣性力Fa=ma==9OOON提升的最大負(fù)載F=Fs+Fd+Fa+G=59960N根據(jù)設(shè)計(jì)條件，提升裝置需承受的最大負(fù)載力為：59960N由于鏈條固定在框架的一端，活塞桿的行程是叉車(chē)桿提升高度的一半，但同時(shí)，所需的力變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍（由于所需做的功保持常值，但是位移減半，于是負(fù)載變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍）。即提升液壓缸的負(fù)載力為Ft=mg=392OON所以2Ft=784OON如果系統(tǒng)工作壓力為160bar,則對(duì)于差動(dòng)連接的單作用液壓缸,提升液壓缸的活塞桿有效作用面積為Ar==所以活塞桿直徑為d=0.079m,查標(biāo)準(zhǔn)（56、63、70、80系列），取d=0.080m。根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)選用HSG型工程液壓缸，可選液壓缸的型號(hào)有：（1）HSG01-110/dE活塞桿和活塞直徑為80/110mm/mm（速比2），活塞桿最大行成行程1600mm；（2）HSG01-140/dE活塞桿和活塞直徑為80/140mm/mm（速比1.46），活塞桿最大行成行程2000mm；（3）HSG01-160/dE活塞桿和活塞直徑為80/160mm/mm（速比1.33），活塞桿最大行成行程2000mm。選用⑴HSG01-140/dE，各參數(shù)為：液壓缸內(nèi)經(jīng)140mm，液壓桿直徑80mm，最大工作壓力為160bar，行程為1.5m。因此活塞桿的有效作用面積為Ar===50.24XPs===156bar當(dāng)工作壓力在允許范圍內(nèi)時(shí)，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(dòng)滑輪和鏈條組成的系統(tǒng)中，起升液壓缸的最大運(yùn)動(dòng)速度是叉車(chē)桿最大運(yùn)動(dòng)速度的一半，于是提升過(guò)程中液壓缸所需最大流量為：==50.24x/s=67.8L/min==50.24X=5.523/s=33.138L/min1.2.2系統(tǒng)工作壓力的確定系統(tǒng)最大壓力可以確定為大約在160bar左右，如果考慮壓力損失的話，可以再稍高一些。1.2.3液壓系統(tǒng)原理圖的擬定在完成裝卸作業(yè)的過(guò)程中，叉車(chē)液壓系統(tǒng)的工作液壓缸對(duì)輸出力運(yùn)動(dòng)方向以及運(yùn)動(dòng)速度等幾個(gè)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(lái)實(shí)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(gè)叉車(chē)液壓系統(tǒng)的原理圖，就是靈活運(yùn)用各種基本回路來(lái)滿足貨叉在裝卸作業(yè)時(shí)對(duì)力和運(yùn)動(dòng)等方面要求的過(guò)程。1.2.3.1起升回路的設(shè)計(jì)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(fù)載，在下落過(guò)程中液壓缸可在負(fù)載和液壓缸活塞自重作用下自動(dòng)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)形腔及活塞的另一側(cè)連通，構(gòu)成差動(dòng)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(wú)桿腔和有桿腔的壓力近似相等則液壓缸的驅(qū)動(dòng)力將由活塞桿的截面積決定。實(shí)現(xiàn)單作用液壓缸的差動(dòng)連接，可以通過(guò)方向控制閥在外部管路上實(shí)現(xiàn)，如圖1-2(a)。為減小外部連接管路，液壓缸的設(shè)計(jì)也可采用在活塞上開(kāi)孔的方式，如圖1-2(b)所示。這種測(cè)試方法有桿腔所需要的流量就可以從無(wú)桿腔一側(cè)獲得，液壓缸只需要在無(wú)桿腔外部連接一條油路，而有桿腔一側(cè)不需要單獨(dú)連接到回路中。(a)管路連接方式(b)活塞上開(kāi)孔方式圖1-差動(dòng)連接液壓缸對(duì)于起升工作裝置，舉起貨物時(shí)液壓缸需要輸出作用力，放下貨物時(shí)，貨叉和貨物的重量能使叉車(chē)桿自動(dòng)回落到底部，因此本設(shè)計(jì)實(shí)例起升回路采用單作用液壓缸差動(dòng)連接的方式。而且為減少管道連接可以通過(guò)在液壓缸活塞上鉆孔來(lái)實(shí)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(shí)充滿液壓缸的有桿腔和無(wú)桿腔，由于活塞兩側(cè)的作用面積不同，因此液壓缸會(huì)產(chǎn)生提升力。起升液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)方向的改變通過(guò)多路閥或換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)即可。為了防止液壓缸因重物自由下落，同時(shí)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(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)目的，起升回路可以有三種

方案，分別為采用調(diào)速閥的設(shè)計(jì)方案、采用平衡閥或液控單向閥的平衡回路設(shè)計(jì)方案以及采用特殊流量調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)方案，三種方案比較如圖1-3(a)、圖1-3(b)和圖1-3(c)所示。(a)設(shè)計(jì)方案一(b)設(shè)計(jì)方案二(c)設(shè)計(jì)方案三圖1-3起升回路三種設(shè)計(jì)方案比較圖1-3(a)中設(shè)計(jì)方案之一是采用調(diào)速閥對(duì)液壓缸的下落速度進(jìn)行控制，該設(shè)計(jì)方案不要求液壓缸外部必須連接進(jìn)油和出油兩條油路，只連接一條油路的單作用液壓缸也可以采用這一方案。無(wú)論貨物重量大小，貨物下落速度在調(diào)速閥調(diào)節(jié)下基本恒定，在工作過(guò)程中無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)。工作間歇時(shí)，及換向閥相配合，能夠?qū)⒅匚锲胶饣蜴i緊在某一位置，但不能長(zhǎng)時(shí)間鎖緊。在重物很輕甚至無(wú)載重時(shí)，調(diào)速閥的節(jié)流作用仍然會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生很大的能量損失。圖1-3(b)中設(shè)計(jì)方案之二是采用平衡閥或液控單向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡控制，該設(shè)計(jì)方案能夠保證在叉車(chē)的工作間歇，貨物被長(zhǎng)時(shí)間可靠地平衡和鎖緊在某一位置。但采用平衡閥或液控單向閥的平衡回路都要求液壓缸具有進(jìn)油和出油兩條油路，否則貨叉無(wú)法在貨物自重作用下實(shí)現(xiàn)下落，而且該設(shè)計(jì)方案無(wú)法調(diào)節(jié)貨物的下落速度，因此不能夠滿足本設(shè)計(jì)實(shí)例的設(shè)計(jì)要求。圖1-3(c)中設(shè)計(jì)方案之三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(kāi)設(shè)小孔實(shí)現(xiàn)差動(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)起升液壓缸的流量，使該流量不隨叉車(chē)載重量的變化而變化，貨物越重，閥開(kāi)口越小，反之閥開(kāi)口越大，因此能夠保證起升液壓缸的流量基本不變，起到壓力補(bǔ)償?shù)淖饔?。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(wú)載重時(shí)，通過(guò)自身調(diào)節(jié)，該流量調(diào)節(jié)閥口可以開(kāi)大甚至全開(kāi)，從而避免不必要的能量損失。本設(shè)計(jì)實(shí)例采用這一設(shè)計(jì)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(fù)載過(guò)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(gè)安全閥。1.2.3.2傾斜裝置的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)實(shí)例傾斜裝置采用兩個(gè)并聯(lián)的液壓缸作執(zhí)行元件，兩個(gè)液壓缸的同步動(dòng)作是通過(guò)兩個(gè)活塞桿同時(shí)剛性連接在門(mén)架上的機(jī)械連接方式來(lái)保證的，以防止叉車(chē)桿發(fā)生扭曲變形，更好地驅(qū)動(dòng)叉車(chē)門(mén)架的傾斜或復(fù)位。為防止貨叉和門(mén)架在復(fù)位過(guò)程中由于貨物的自重而超速?gòu)?fù)位，從而導(dǎo)致液壓缸的動(dòng)作失去控制或引起液壓缸進(jìn)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(gè)背壓閥。一方面可以保證傾斜液壓缸在負(fù)值負(fù)載的作用下能夠平穩(wěn)工作，另一方面也可以防止由于進(jìn)油腔壓力突然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，其原理圖如圖3-4所示。傾斜液壓缸的換向也可直接采用多路閥或換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖1-4傾斜回路原理圖傾斜裝置所需的力取決于它到支點(diǎn)的距離，活塞桿及叉車(chē)體相連。因此傾斜液壓缸的尺寸取決于它的安裝位置。安裝位置越高，即距離支點(diǎn)越遠(yuǎn)，所需的力越小。該作用力由兩個(gè)雙作用液壓缸提供，則每個(gè)液壓缸所需提供的力為59960N。如果工作壓力為160bar，則傾斜液壓缸環(huán)形面積Aa為：Aa==XX假設(shè)活塞直徑D=80mm，環(huán)形面積給定，則活塞桿直徑可以用如下方法求出。Aa=)d=0.040m所以活塞桿直徑取d=0.040m,則環(huán)形面積為：Aa=)=37.68X傾斜機(jī)構(gòu)所需最大壓力為：p=bar而液壓缸工作壓力為160bar,因此有足夠的余量。綜上，兩個(gè)傾斜液缸選用HSG型工程液壓缸，選用型號(hào)為HSG01-80/dE，參數(shù)為：液壓缸徑80mm，液壓桿直徑40mm，速比1.33,行程為1000mm。提升液壓缸的工況分析：根據(jù)前邊的設(shè)計(jì)參數(shù)知：加減速時(shí)間t都為0.2s;起升速度v1=0.45m/s;快速下降最高速度v2=0.22m/s;提升油缸行程：L=1.5m;上升時(shí)：力口速度：a1=v1/t=0.45/0.2=2.25m/s2力口速行程：L1=%at2=%X2.25x0.22=0.045m下降時(shí)：加速度：a2=v2/t=0.22/0.2=1.1m/s2減速行程：L4=%at2=%Xl.1X0.22=0.022m工況計(jì)算式工作行程/m工進(jìn)加速L=%at20.045工進(jìn)勻速L=L-L211.455工進(jìn)減速L=%at230.045快退勻速L=L-L451.478快退減速L%at25=0.022工況負(fù)載組成負(fù)載力加速上升F=Fs+Fd+Fa+G59960N勻速上升F=Fs+Fd+G50960N減速上升F=G-Fs-Fd-Fa18440N勻速下降F=G-Fs-Fd27440N方向控制回路的設(shè)計(jì)行走機(jī)械液壓系統(tǒng)中，如果有多個(gè)執(zhí)行元件，通常采用中位卸荷的多路換向閥（中路通）控制多個(gè)執(zhí)行元件的動(dòng)作，也可以采用多個(gè)普通三位四通手動(dòng)換向閥，分別對(duì)系統(tǒng)的多個(gè)工作裝置進(jìn)行方向控制本設(shè)計(jì)實(shí)例可以采用兩個(gè)多路閥加旁通閥的控制方式分別控制起升液壓缸和傾斜液壓缸的動(dòng)作，其原理圖如圖1-5所示，也可以采用兩個(gè)普通的三位四通手動(dòng)換向閥分別控制起升液壓缸和傾斜液壓缸的動(dòng)作，如圖1-6所示。本設(shè)計(jì)實(shí)例叉車(chē)工作裝置液壓系統(tǒng)擬采用普通的三位四通手動(dòng)換向閥控制方式，用于控制起升和傾斜裝置的兩個(gè)方向控制閥均可選用標(biāo)準(zhǔn)的四通滑閥。應(yīng)注意的是，如果起升回路中平衡回路采用前述設(shè)計(jì)方案三流量調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)方案，則起升液壓缸只需要一條連接管路，換向閥兩個(gè)連接執(zhí)行元件的油口A口和B口只需要用到其中一個(gè)即可。如果用到A口，則應(yīng)注意B口應(yīng)該及油箱相連，而不應(yīng)堵塞。這樣，當(dāng)叉車(chē)桿處于下降工作狀態(tài)時(shí)，可以令液壓泵卸荷，而單作用起升液壓缸下腔的液壓油可通過(guò)手動(dòng)換向閥直接流回油箱，有利于系統(tǒng)效率的提高同時(shí)為了防止油液倒流或避免各個(gè)回路之間流量相互影響，應(yīng)在每個(gè)進(jìn)油路上增加一個(gè)單向閥。另外，還應(yīng)注意采用普通換向閥實(shí)現(xiàn)的換向控制方式還及液壓油源的供油方式有關(guān)，如果采用單泵供油方式，則無(wú)法采用幾個(gè)普通換向閥結(jié)合來(lái)進(jìn)行換向控制的方式，因?yàn)橹灰渲幸粋€(gè)換向閥處于中位則液壓泵卸荷，無(wú)法驅(qū)動(dòng)其它工作裝置。多路換向閥控制方式51±多路換向閥控制方式51±圖圖1-6普通換向閥控制方式油路設(shè)計(jì)對(duì)于提升工作裝置，單作用液壓缸就能夠滿足工作要求，因?yàn)椴孳?chē)體的重量能使叉車(chē)桿自動(dòng)回到底部。液壓缸不必有低壓出口，高壓油可同時(shí)充滿活塞環(huán)形面和另一面（構(gòu)成差動(dòng)缸），由于活塞兩側(cè)面積的不同而產(chǎn)生提升力。為減少管道連接，可以通過(guò)在活塞上面鉆孔實(shí)現(xiàn)液壓缸兩側(cè)的連接。傾斜裝置通常采用兩個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)，以防止叉車(chē)桿發(fā)生扭曲變形。行走機(jī)械液壓系統(tǒng)中通常采用中位卸荷的多路換向閥（中路通）控制多個(gè)液壓缸的動(dòng)作，如圖3所示。

Wj陽(yáng)厘屮位沖荷的豁廝換向閥（屮路逋）撈制的液壓桌統(tǒng)1.2.7液壓閥的選擇提升系統(tǒng)中，所有液壓閥通過(guò)的流量至多為67.8L/min，所以閥的尺寸很小。為考慮系統(tǒng)的壓力損失（管路和各方向閥造成的），液壓系統(tǒng)提供的壓力應(yīng)比負(fù)載所需壓力高15~20bar：=159+20=179bar溢流閥的調(diào)定壓力應(yīng)高于供油壓力10%左右，即設(shè)成180bar比較合適。溢流閥的最大壓力值可能比180bar還高，甚至超過(guò)200bar。查閱相關(guān)液壓閥生產(chǎn)廠家樣本，確定本設(shè)計(jì)實(shí)例所設(shè)計(jì)叉車(chē)工作裝置液壓系統(tǒng)各液壓閥型號(hào)及技術(shù)參數(shù)如表1-3所示。表1-3液壓閥型號(hào)及技術(shù)參數(shù)序號(hào)元件名稱規(guī)格額定流量L/min最高使用壓力MPa型號(hào)1三位四通手動(dòng)換向閥510031.54WMM6T502單向閥117621DT8P1-06-05-103溢流閥312031.5DBDH6P-10/2004單向閥121021DT8P1-02-05-105流量調(diào)節(jié)閥76731.5VCDC-H-MF(G1/2)6三位四通手動(dòng)換向閥63025DMG-02-3C6-W7溢流閥41221C175-02-F-108背壓閥和防12031.5MH1DBN10氣穴閥8P2-20/050M1.2.8液壓泵的設(shè)計(jì)及選擇齒輪泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在叉車(chē)上。一般采用高壓齒輪泵。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求選擇壓力，根據(jù)起升速度選擇流量。當(dāng)電動(dòng)機(jī)直接帶泵時(shí)，應(yīng)選用高速齒輪泵。齒輪泵屬于容積式液壓泵，輸出壓力隨負(fù)載變化，在系統(tǒng)中必須設(shè)置安全閥。（齒輪泵的容積效率為90％）取，液壓泵缸的壁厚取及液壓缸相約。假定齒輪泵的容積效率為90%,電機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/m,則泵的排量為：滿負(fù)載條件下（1500rpm，容積效率90%）的實(shí)際流量為：半負(fù)載條件下（1550rpm，容積效率93%）的實(shí)際流量為：大于所需值,滿足設(shè)計(jì)要求。1.2.9管路的尺寸本設(shè)計(jì)實(shí)例液壓管路的直徑可通過(guò)及管路連接的液壓元件進(jìn)出口直徑來(lái)確定,也可通過(guò)管路中流速的建議值進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)液壓手冊(cè)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10m/s,液壓泵吸油管路的速度為2m/s。在設(shè)計(jì)過(guò)程中也應(yīng)該注意,液壓系統(tǒng)管路中油液的流動(dòng)速度也會(huì)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(dòng)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(guò)的最大流量為q=72.5L/min則管道的最小橫截面積為：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15mm的油管作排油管即可。大流量泵吸油管路中流過(guò)的最大流量為液壓泵的理論流量,即L/min，貝憎道的最小橫截面積為：查液壓管路管徑標(biāo)準(zhǔn)，及上述計(jì)算值最接近的實(shí)際值為30mm,因此可選用通徑為40mm的油管做大流量泵的吸油管。1.3油箱的設(shè)計(jì)（1）根據(jù)液壓油箱容積估算方法，按照貯油量的要求，初步確定油箱的有效容積已知雙聯(lián)泵總理論流量為，對(duì)于行走工程機(jī)械，為減小液壓系統(tǒng)的體積和重量，在計(jì)算油箱的有效容積時(shí)取a=2。因此油箱整體容積為V==203.625L,查液壓泵站油箱公稱容積系列,取油箱整體容積為240L。如果油箱的長(zhǎng)寬高比例按照3：2：1設(shè)計(jì)，則計(jì)算得到長(zhǎng)、寬、高分別為a=1.20m、b=0.80m、c=0.40m。（2）安裝熱交換器時(shí)，還要考慮安裝位置，還可以裝油溫計(jì)測(cè)油溫。（3）箱壁要涂防銹涂料系統(tǒng)溫升驗(yàn)算起升回路消耗的功率遠(yuǎn)大于傾斜回路所消耗的功率，因此只驗(yàn)證起升回路的溫升即可。對(duì)于起升油路，當(dāng)叉車(chē)桿處于閑置或負(fù)載下降時(shí)，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(shí)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(fù)載上升時(shí)，液壓泵的大部分流量將進(jìn)入液壓缸。當(dāng)負(fù)載上升達(dá)到頂端時(shí)，液壓泵以50.2l/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(guò)安全閥流失，損失的功率為：造成的油液溫度升高可計(jì)算為：式中——液壓油液的密度，取870kg/m3——液壓油液的比熱，對(duì)于普通的石油型液壓油液，?(0.4~0.5)X4187J/(kg?K)，取=2.0KJ/(kg.K)如果液壓系統(tǒng)的溫度單位用攝