哈工大液壓大作業(yè)叉車解析

2本例所設(shè)計叉車主要用于工廠中作業(yè)，要求能夠提升5000kg的重物，最大垂直提升高度為2m，叉車桿和導(dǎo)軌的重量約為，在任意載荷下，叉車桿最大上升（下降）速度不超過0.2m/s，要求速度可調(diào)以實現(xiàn)緩慢移動，并且具有所設(shè)計叉車提升裝置示意圖如圖1-7所示。圖垂直位置20o18000N·m1~2o/s矩總是使支架回復(fù)到垂直位置。傾斜裝置示意圖如圖1-8所示。圖壓油的工作溫度應(yīng)限定在合適的范圍內(nèi)。叉車的工作環(huán)境溫度一般為-10~45℃，可以工作在具有粉塵和沙粒的環(huán)境中，表1-1是某型叉車的技術(shù)參數(shù)。表）2）1負載和最大速度來確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)，無須再對液壓系統(tǒng)進行工況分析。和系統(tǒng)的工作壓力。2.1.1起升裝置的參數(shù)確定減小外部連接管路，液壓缸的設(shè)計可采用在活塞上開孔的方式，如圖2-1所示。路，環(huán)形腔一側(cè)不需要單獨連接到回路中。圖因為起升液壓缸在驅(qū)動貨叉和叉架起升時，活塞桿處于受壓狀態(tài)，起支撐桿下的穩(wěn)定工作，應(yīng)考慮活塞桿的長徑比不超過20:1。假設(shè)活塞桿長度為，則根據(jù)上述設(shè)計規(guī)則，其直徑至少為0.1m。在計算液壓缸受力的時候，活塞上的孔可以忽略。當起升液壓缸使用的活塞桿直徑為100mm時，提升負載的有效面積為活塞桿面積：3.140.12d2Arod44rA7.85103m2r起升液壓缸需承受的負載力為：F9.8N因此，如果忽略壓力損失和摩擦力，液壓系統(tǒng)所需提供的工作壓力應(yīng)為：FA51000Ps6500000Pa=6.5MPa0.00785r這個壓力值比較低，應(yīng)考慮能夠提高液壓系統(tǒng)工作壓力的設(shè)計方案。但提高長度不足以把負載提升2m高，應(yīng)考慮其他設(shè)計方案。1m，活塞桿直徑變?yōu)?0mm。于是，該起升液壓缸的有效作用面積變?yōu)椋?.140.052d2Arod44rA1.96103m2r移減半，所以液壓缸輸出的作用力變?yōu)樵瓉淼膬杀叮碏2mg252009.8102000NL液壓系統(tǒng)所需的工作壓力變?yōu)椋篎102000PS12.994MPaA0.00785r取起升液壓缸的工作壓力為13MPa，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)。0.2m/s）的一半，于是QAv7.85104m/s=47.1l/minr1m2m根據(jù)差動液壓缸活塞桿和活塞直徑的比例關(guān)系d=0.707，起升液壓缸活塞直徑=70.7mm。根據(jù)液壓缸參數(shù)標準，取液壓缸活塞直徑為70mm，液壓缸的行程為1m。2.1.2傾斜裝置的參數(shù)確定圖2-2所示的叉車傾斜液壓缸與門架的三種連接方式表明，叉車傾斜液壓缸應(yīng)輸出的作用力不僅取決于叉車門架及負載產(chǎn)生的傾斜力矩，而且也取決于液壓缸和門架的連接位置到叉車門架傾斜支點的距離，因此叉車傾斜液壓缸的尺寸也取決于傾斜液壓缸的安裝位置。液壓缸安裝位置越高，即距離支點越遠，液壓缸所需的輸出力越小。已知傾斜液壓缸連接位置到門架傾斜支點的距離為r=1m，傾斜力矩給定為T=18000N·m，因此傾斜液壓缸所需輸出力F為：FN1傾斜，放下貨物時，叉架和門架復(fù)位，門架恢復(fù)豎直位置。因此傾斜液壓缸的作個單作用液壓缸同時驅(qū)動。力為9000N。12.9MPa缸的工作壓力為12MPa，門架和貨叉傾斜時，如圖2-2所示.圖傾斜液壓缸環(huán)形腔一側(cè)為工作腔，則傾斜液壓缸的環(huán)形腔作用面積為：A4m25a伸狀態(tài)，活塞桿不會發(fā)生彎曲。查相關(guān)的液壓系統(tǒng)設(shè)計手冊或參考書d和活塞直D之間的關(guān)系為()，dDAD2d24a則傾斜液壓缸活塞直徑可以用如下方法求出。4A4104D0.043m43mma22根據(jù)液壓缸國家標準，活塞直徑D取圓整后的標準參數(shù)mm，則活塞D桿直徑為0.70.74028mm。dD此時環(huán)形腔作用面積為A(Dd)(0.040.028)6.4102222444a的工作壓力。如果取液壓缸活塞桿直徑為圓整后的尺寸d=25mm，則環(huán)形腔作用面積Aa為A(Dd)(0.040.025)7.6510m24222244a此時環(huán)形腔作用面積大于原估算面積，因此能夠滿足設(shè)計要求。如果提高傾斜液壓缸的工作壓力，則傾斜液壓缸所需的最大工作壓力為：FPMPaA6.44a傾斜液壓缸活塞有效作用面積用如下公式計算：AD23m24P所需最大速度給定為2o/s，轉(zhuǎn)換成線速度：210.035vrm/s360液壓缸所需的總流量為：QVA21.2610105m/s=5.3L/min33P傾斜液壓缸需要走過的行程為：2010.35mSr180根據(jù)相關(guān)手冊或樣本，選擇液壓缸型號為DG-J40E-E1E。2.1.3系統(tǒng)工作壓力的確定根據(jù)第1假設(shè)這一部分壓力損失約為1.5~2.0MPa，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1.5~2.0MPa，即起升回路Ps=13+1.5=14.5MPa傾斜回路Ps=14+1.5=15.5MPa滿足貨叉在裝卸作業(yè)時對力和運動等方面的要求。2.2.1起升回路的設(shè)計鉆孔實現(xiàn)液壓缸兩側(cè)的連接。免不必要的能量損失。三種回路設(shè)計方案比較如圖2-3所示。設(shè)計方案一設(shè)計方案二設(shè)計方案三圖2.2.2傾斜回路的設(shè)計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。傾斜回路的原理圖如圖2-4所示。圖2.2.3控制裝置的設(shè)計起升液壓缸和傾斜液壓缸的動作，如圖2-5所示；也可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2-5（bB口在每個進油路上增加一個單向閥。圖2.2.4供油方式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。步擬定的液壓系統(tǒng)原理圖如圖2-6所示。圖初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖后，根據(jù)原理圖中液壓元件的種類，查閱生產(chǎn)廠家各種液壓元件樣本，對液壓元件進行選型。2.3.1液壓泵的選擇圖2-6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：Dcm/rev31D'cm/rev32查閱Sauer-Danfoss公司齒輪泵樣本，如表2-2所示。樣本中可查得，SNP2系列中與3.93cm/rev接近的齒輪泵排量為4cm/rev，SNP3系列中與34.933cm/rev接近的齒輪泵排量有33.1cm/rev和37.9cm/rev。而33.1cm/rev更接3333近于34.9cm/rev，如果選擇排量為37.9cm/rev的液壓泵，則工作過程中會有33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SNP3系列中選擇排量為33.1cm/rev的齒輪泵。同時考慮到前3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%，尤其是在低負載的時候。在低載荷的時候，電機轉(zhuǎn)速也有可能會略高于1500r/min，因此液壓泵的實際輸出流量會增大。1500r/min90%Q33.10.9l/min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：Q33.10.9347.7l/min大于所需流量47.1l/min。對于小流量液壓泵，滿載荷條件下（電機轉(zhuǎn)速1500r/min，容積效率90%）的實際流量為Q40.9150010=5.4l/min表s2.3.2電動機的選擇=pq=14.51044.68/0.9/601063=14.5108.2710=11.99kW64上面的數(shù)值假定的是效率為100%時得到的理論輸出功率，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，所以所需的電機功率為：=/=11.99/0.8=14.99kW查閱電機樣本，對于行走工程機械，驅(qū)動電機應(yīng)選擇直流電機。2.3.3液壓閥的選擇在圖26中由雙聯(lián)泵供油，因此對于起升回路，流經(jīng)換向閥、單向閥、溢流閥和單向順序閥的最大流量均為47.7L/min；對于傾斜回路，流經(jīng)各個液壓閥的最大流量為5.4L/min的液壓閥可選擇比起升回路中液壓閥通徑更小的液壓閥。大工作壓力高1.5~2.0MPa，因此p=13+1.5=14.5MPamax10%傾斜回路溢流閥的調(diào)定壓力不同，起升回路溢流閥的調(diào)定壓力設(shè)為16MPa比較17MPa失核算部分中做進一步計算。用的液壓閥型號及技術(shù)參數(shù)如表2-3所示。表型號12345675-20，可以選擇型號為YF3-E10BC，數(shù)量2個。15-34，可以選擇型號為AF3-，數(shù)量2個。手動換向閥向閥樣本，可以選擇型號為H-4WM16TB，數(shù)量2個2）平衡閥5-30，可以選擇型號。3）順序背壓閥順序背壓閥根據(jù)產(chǎn)品樣本可以選擇型號為BXY-Fg6/10D2.3.4管路的選擇根據(jù)經(jīng)驗，排油管路中油液的流動速度最好在3~5m/s，吸油管路中油液的流動速度建議為0.5m/s~1.5m/s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。假定排油管路的速度為5m/s，吸油管路的速度為1m/s。排油管路管徑的計算：排油管路中流過的最大流量為兩個齒輪泵最大流量之和，即（47.1+5.3）52.4L/min，則管道的最小橫截面積為：A175mm25D2A44D2223mm2D15mm16mm的油管作排油管即可。吸油管路管徑的計算：吸油管路中流過的最大流量也是兩個齒輪泵最大流量之和，即（47.1+5.3）52.4l/min，則管道的最小橫截面積為：Amm214D2mm2Dmm查液壓管路管徑標準，與上述計算值最接近的實際值為34mm。2.3.5油箱的設(shè)計根據(jù)貯油量的要求，初步確定油箱的有效容積Vaqv已知雙聯(lián)泵的總流量為q47.75.453.1v減小液壓系統(tǒng)的體積和重量，在計算油箱的有效容積時取a=。因此V353.1159.3LV油箱整體容積為V==199.125，查液壓泵站油箱公稱容積系列，取油0.8箱整體容積為250。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1.04m、0.694m、0.347m，取為1m、0.7m、0.35m。2.3.6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TFB01-45×10的濾油器作注油過濾器，選擇型號為RF-60×10L的濾油器作回油過濾器。作裝置液壓系統(tǒng)進行系統(tǒng)性能的驗算。2.4.1壓力損失的驗算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。（1）沿程壓力損失沿程壓力損失主要是液壓缸工作時油液流過等徑進油管路而產(chǎn)生的壓力損P失。1（2）局部壓力損失局部壓力損失包括通過管路中彎管和管接頭等處的管路局部壓力損失P，2PP和相比可以忽略不以及通過各種液壓閥的局部壓力損失。由于與P1P233PP失。。33AF3-Ea10B的壓力損失為0.05MPa，換向閥H-4WM16TB的壓力損失為0.1MPa，平衡閥AXF3-E10BC的壓力損失為0.05MPa，則起升回路進油管路總的局部壓力損失為PMPa3所以溢流閥實際調(diào)定壓力應(yīng)為PMPa取溢流閥的實際調(diào)定壓力為16MPa是適宜的。AF3-Ea10B的壓力損失為0.05MPa，換向閥H-4WM16TB的壓力損失為0.1MPa，平衡閥AXF3-E10BC的壓力損失為0.05MPa，則起升回路進油管路總的局部壓力損失為P