第3章_叉车工作装置液压系统设计(液压系统经典设计实例)

1、液压系统传动设计第第3 3章章 叉车工作装置液压系统叉车工作装置液压系统设计设计 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 根据叉车动力装置不同，叉车可分为内燃叉车和电根据叉车动力装置不同，叉车可分为内燃叉车和电瓶叉车两类。瓶叉车两类。 内燃叉车是指使用柴油、汽油或者液化石油气为燃内燃叉车是指使用柴油、汽油或者液化石油气为燃料，由发动机提供动力的叉车。载重量为料，由发动机提供动力的叉车。载重量为0.50.5吨吨4545吨。吨。(5T(5T带驾驶室内燃叉车带驾驶室内燃叉车_ _标清标清.avi).avi) 电瓶叉车是指以电瓶为动力的叉车。电瓶叉车多使电瓶叉车是指以电瓶为动力的叉车。电瓶叉

2、车多使用直流（用直流（DCDC）串激电动机，其机械特性能满足叉车所需）串激电动机，其机械特性能满足叉车所需要的低速大扭矩的工作要求。随着交流（要的低速大扭矩的工作要求。随着交流（ACAC）技术的发）技术的发展，以及控制器的配套完善后，交流电机的使用逐渐增展，以及控制器的配套完善后，交流电机的使用逐渐增多，交流电机相对于直流电机来说，使用维护更加方便，多，交流电机相对于直流电机来说，使用维护更加方便，缺点是成本相对直流电机要高。缺点是成本相对直流电机要高。( (前移式电瓶叉车前移式电瓶叉车_ _标标清清.avi).avi) 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 根据叉车用途不同，根据

3、叉车用途不同，叉车可分为普通叉车和叉车可分为普通叉车和特种叉车两类。特种叉车两类。 普通叉车如下图所普通叉车如下图所示。示。 几种典型的特种叉几种典型的特种叉车如右侧图所示，分别车如右侧图所示，分别是集装箱堆高车、伸缩是集装箱堆高车、伸缩臂叉车、高速越野叉车。臂叉车、高速越野叉车。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 根据叉车的结构特点，可分为平衡重式叉车、叉腿式叉车、根据叉车的结构特点，可分为平衡重式叉车、叉腿式叉车、前移式叉车、侧面式叉车，其中，平衡重式叉车最常用。前移式叉车、侧面式叉车，其中，平衡重式叉车最常用。 1.1.平衡重式叉车平衡重式叉车 车体前方装有升降货叉、车体

4、尾部装有平衡重块自行式叉车车体前方装有升降货叉、车体尾部装有平衡重块自行式叉车出现于出现于19171917年。第二次世界大战期间叉车得到发展。中国从年。第二次世界大战期间叉车得到发展。中国从5050年年代初期开始制造叉车。可采用柴油、汽油、液化石油气等燃料，代初期开始制造叉车。可采用柴油、汽油、液化石油气等燃料，也可用电瓶，载荷能力也可用电瓶，载荷能力 0.50.5吨吨4545吨，吨，1010吨以上多为柴油叉车。吨以上多为柴油叉车。一般来说，电瓶叉车基本上都是平衡重式叉车。一般来说，电瓶叉车基本上都是平衡重式叉车。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 2. 2. 叉腿式叉车叉腿式

5、叉车 两腿前支分叉，防止翻倒。两腿前支分叉，防止翻倒。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 3 3。前移式叉车。前移式叉车 前移式叉车分门架前移式和货叉前移式。前移式叉车分门架前移式和货叉前移式。 门架前移式叉车是指作业时门架带动货叉前移，伸出到前轮门架前移式叉车是指作业时门架带动货叉前移，伸出到前轮之外叉取或放下货物，行走时货叉带货物收回，使货物重心在支之外叉取或放下货物，行走时货叉带货物收回，使货物重心在支撑面内；撑面内； 而货叉前移式叉车是指货架带动货叉前移至前轮之外进行作而货叉前移式叉车是指货架带动货叉前移至前轮之外进行作业，行走时叉架带动货叉缩回到支撑平面内。业，行走时

6、叉架带动货叉缩回到支撑平面内。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 4. 4.侧面叉车侧面叉车 货叉安装在叉车侧面，具有直接从侧面叉取货物的能力，因货叉安装在叉车侧面，具有直接从侧面叉取货物的能力，因此主要用来叉取长条型的货物，如木条、钢筋等。此主要用来叉取长条型的货物，如木条、钢筋等。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 叉车通常由叉车通常由自行的轮式底盘自行的轮式底盘和一套能垂直升和一套能垂直升降以及前后倾斜降以及前后倾斜的工作装置组成。的工作装置组成。其中，货叉、叉其中，货叉、叉架、门架、起升架、门架、起升液压缸、倾斜液液压缸、倾斜液压缸组成叉车的压缸组成叉车

7、的工作装置。工作装置。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 叉车的基本参数：叉车的基本参数： (1) (1) 起重量，又称额定起重量，指货叉上的货物中心位于规起重量，又称额定起重量，指货叉上的货物中心位于规定的载荷中心距时，叉车能够举升的最大重量。定的载荷中心距时，叉车能够举升的最大重量。 载荷中心距：货物重心到货叉垂直段前表面距离。起重量越载荷中心距：货物重心到货叉垂直段前表面距离。起重量越大，载荷中心距也越大。平衡重式叉车载荷中心距如图大，载荷中心距也越大。平衡重式叉车载荷中心距如图3-13-1所示。所示。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 (2) (2) 起

8、升高度，起升高度，是指叉车位于水平坚是指叉车位于水平坚实地面上，门架垂直实地面上，门架垂直放置且承受额定起重放置且承受额定起重量的货物时，货叉所量的货物时，货叉所能升起的最大高度，能升起的最大高度，即货叉升至最大高度即货叉升至最大高度时水平段上表面至地时水平段上表面至地面的垂直高度。面的垂直高度。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 (3) (3) 满载行驶速满载行驶速度，是指货叉上货物度，是指货叉上货物达到额定起重量且变达到额定起重量且变速器在最高档位时，速器在最高档位时，叉车在平直干硬地面叉车在平直干硬地面的道路上行驶所能达的道路上行驶所能达到的最高稳定行驶速到的最高稳定行驶

9、速度。度。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 (4) (4) 满载最大起满载最大起升速度，是指叉车在升速度，是指叉车在停止状态下，将发动停止状态下，将发动机油门开到最大时，机油门开到最大时，起升大小为额定起重起升大小为额定起重量的货物所能达到的量的货物所能达到的平均起升速度。平均起升速度。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 (5) (5) 满载爬坡度，是满载爬坡度，是指货叉上载有额定起重量指货叉上载有额定起重量的货物时，叉车以最低稳的货物时，叉车以最低稳定速度行驶所能爬上的长定速度行驶所能爬上的长度为规定值的最陡坡道的度为规定值的最陡坡道的坡度值。坡度值。 爬坡

10、度用坡度的角度爬坡度用坡度的角度值（以度数表示）或以坡值（以度数表示）或以坡度起止点的高度差与其水度起止点的高度差与其水平距离的比值（正切值）平距离的比值（正切值）的百分数来表示。的百分数来表示。( (书上书上印错了印错了) ) 由于叉车一般在比较由于叉车一般在比较平坦的场地上作业，所以平坦的场地上作业，所以对最大爬坡度的要求不高对最大爬坡度的要求不高. .一般情况下，内燃叉车的一般情况下，内燃叉车的最大爬坡度为最大爬坡度为20%-30%.20%-30%. 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 (6) (6) 门架前倾角和后倾角，分别指无载的叉车门架能从其门架前倾角和后倾角，分别指

11、无载的叉车门架能从其垂直位向前和向后倾斜摆动的最大角度。垂直位向前和向后倾斜摆动的最大角度。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 (7) (7) 最小转弯半径，是指将叉车的转向轮转至极限位置最小转弯半径，是指将叉车的转向轮转至极限位置并以最低稳定速度做转弯运动时，其瞬时中心距车体最外侧并以最低稳定速度做转弯运动时，其瞬时中心距车体最外侧的距离。的距离。( (书上定义书上定义) ) 通常当叉车在无载低速行驶、打满方向盘转弯时，车体通常当叉车在无载低速行驶、打满方向盘转弯时，车体最外侧和最内侧至转弯中心的最小距离，分别称为最小外侧最外侧和最内侧至转弯中心的最小距离，分别称为最小外侧转

12、弯半径转弯半径RminRmin和最小内侧转弯半径和最小内侧转弯半径RminRmin。最小外侧转弯半。最小外侧转弯半径愈小，则叉车转弯时需要的地面面积愈小，机动性愈好。径愈小，则叉车转弯时需要的地面面积愈小，机动性愈好。( (网上叉车厂家定义网上叉车厂家定义) ) 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 叉车工作装叉车工作装置主要由货叉、置主要由货叉、叉架、门架、链叉架、门架、链条和链轮、起升条和链轮、起升液压缸、倾斜液液压缸、倾斜液压缸组成，如图压缸组成，如图3-23-2所示。所示。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 起升液压缸驱动起升液压缸驱动货叉升降，倾斜液压货叉

13、升降，倾斜液压缸驱动门架前后倾斜。缸驱动门架前后倾斜。起升液压缸通过滑轮起升液压缸通过滑轮和链条，使叉架沿着和链条，使叉架沿着内门架升降，内门架内门架升降，内门架又以外门架为导轨上又以外门架为导轨上下伸缩。外门架的下下伸缩。外门架的下部铰接在叉架上，借部铰接在叉架上，借助于倾斜液压缸的作助于倾斜液压缸的作用，门架可以再前后用，门架可以再前后方向倾斜一定角度。方向倾斜一定角度。前倾目的是为了装卸前倾目的是为了装卸货物方便，后倾目的货物方便，后倾目的是当叉车行驶时，保是当叉车行驶时，保证货叉上的货物稳定。证货叉上的货物稳定。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 叉车液压系统的工作装置

14、、助力转向系统甚至行走叉车液压系统的工作装置、助力转向系统甚至行走传动系统等都有液压系统驱动完成，因此，叉车液压系传动系统等都有液压系统驱动完成，因此，叉车液压系统的质量直接影响着叉车的性能。统的质量直接影响着叉车的性能。 下面分别就工作装置、行走驱动、助力转向的液压下面分别就工作装置、行走驱动、助力转向的液压系统逐一说明。系统逐一说明。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 某型号叉车液某型号叉车液压系统原理如图压系统原理如图3-3-3 3所示。该液压系所示。该液压系统有统有起升液压缸起升液压缸8 8、倾斜液压缸倾斜液压缸6 6和和属属具液压缸具液压缸7 7三个执三个执行元件，由

15、行元件，由定量泵定量泵1010供油，供油，多路换向多路换向阀阀( (属具滑阀属具滑阀1 1、起、起升液压缸滑阀升液压缸滑阀3 3、倾斜液压缸滑阀倾斜液压缸滑阀4)4)控制各执行元件的控制各执行元件的动作，动作，单向节流阀单向节流阀调节起升和属具动调节起升和属具动作速度，从而驱动作速度，从而驱动工作装置完成相应工作装置完成相应的工作任务。的工作任务。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统

16、 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 某型号叉车行走驱动液压系统原理如图某型号叉车行走驱动液压系统原理如图3-43-4所示。该液压系统由变所示。该液压系统由变量量主液压泵主液压泵1 1供油，执行元件为供油，执行元件为液压马达液压马达5 5，主液压泵的吸油和供油路与，主液压泵的吸油和供油路与液压马达的排油路和进油路相连，形成闭式回路。液压马达的排油路和进油路相连，形成闭式回路。梭阀梭阀4 4和和换油溢流换油溢流阀阀6 6使低压的热油使低压的热油排回油箱，排回油箱，辅助液辅助液压泵压泵

17、7 7把油箱中经把油箱中经过冷却的液压油补过冷却的液压油补充到系统中，起到充到系统中，起到补充系统泄漏和换补充系统泄漏和换油的作用，油的作用，溢流阀溢流阀8 8限定补油压力，限定补油压力，单向阀单向阀2 2保证补油保证补油到低压油路中。到低压油路中。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 双向安全阀双向安全阀3 3保证液压回路双向工作的安全。保证液压回路双向工作的安全。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 叉车转向频繁，为减轻驾驶员劳动强度，现在起重量叉车转向频繁，为减轻驾驶员劳动强度，现在起重量2t2t以上的叉车以上

18、的叉车多采用助力转向多采用助力转向- -液压助力转向或全液压转向。某型号叉车液压助力转液压助力转向或全液压转向。某型号叉车液压助力转向系统原理如图向系统原理如图3-53-5所示。所示。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统该转向液压系统和叉车工作装置液压系统分属独立的液压系统，分别由单独的该转向液压系统和叉车工作装置液压系统分属独立的液压系统，分别由单独的液压泵供油液压泵供油。系统中流量调节阀。系统中流量调节阀2 2可保证转向助力器稳定供油，并使系统流量可保证转向助力器稳定供油，并使系统流量限制在发动机怠速运转时液压泵流量的限制在发动机怠速运转时液压泵流量的1.51.5倍。倍。随动

19、阀随动阀3 3与普通三位四通换向阀与普通三位四通换向阀基本相同，但基本相同，但该阀的阀体与转向液压缸缸筒连为一体该阀的阀体与转向液压缸缸筒连为一体，随液压缸缸筒的动作而，随液压缸缸筒的动作而动作。动作。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统叉车直线行驶时，方向盘位于中间位置，随动阀叉车直线行驶时，方向盘位于中间位置，随动阀3 3的阀芯也处于中间位置，转的阀芯也处于中间位置，转向液压缸向液压缸4 4不动作，叉车直线行驶。不动作，叉车直线行驶。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统当叉车转弯时，驾驶员转动方向盘，当叉车转弯时，驾驶员转动方向盘，联动机构带动随动阀联动机构带动

20、随动阀3 3的阀芯运动的阀芯运动，使转，使转向液压缸的两腔分别与液压泵或油箱相通，液压缸动作，驱动转向轮旋转，叉向液压缸的两腔分别与液压泵或油箱相通，液压缸动作，驱动转向轮旋转，叉车转向，直到液压缸缸筒的移动距离与阀芯的移动距离相同时，阀芯复位，转车转向，直到液压缸缸筒的移动距离与阀芯的移动距离相同时，阀芯复位，转向停止。向停止。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 (1) (1) 超载保护，超载保护，多路换向阀多路换向阀壳体无裂纹、渗漏；工壳体无裂纹、渗漏；工作性能应良好可靠；作性能应良好可靠；安全阀安全阀动作灵敏，在负载动作灵敏，在负载25%25%时应时应能全开，调整螺栓的螺

21、母应齐全坚固。操作手柄定位准能全开，调整螺栓的螺母应齐全坚固。操作手柄定位准确、可靠，不得因震动而变位。确、可靠，不得因震动而变位。 (2) (2) 最大下降速度控制。为了提高装卸效率，如果最大下降速度控制。为了提高装卸效率，如果叉车起升速度增大，满载下降速度也增大，下降速度过叉车起升速度增大，满载下降速度也增大，下降速度过大是危险的，因此叉车液压系统中应设置大是危险的，因此叉车液压系统中应设置下降限速阀下降限速阀，既要控制货叉的下降速度不超过限定的速度值，又要防既要控制货叉的下降速度不超过限定的速度值，又要防止起升液压缸的高压橡胶软管突然爆破时，起升在一定止起升液压缸的高压橡胶软管突然爆破时

22、，起升在一定高度的载荷会从货叉上突然落下，损伤货物或伤人。高度的载荷会从货叉上突然落下，损伤货物或伤人。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 (3) (3) 液压系统液压系统管路接头牢靠管路接头牢靠、无渗漏，与其他机件、无渗漏，与其他机件不磨碰，不磨碰，橡胶软管不得有老化、变质现象橡胶软管不得有老化、变质现象。 (4) (4) 液压系统中的传动部件在额定载荷、额定速度液压系统中的传动部件在额定载荷、额定速度范围内不应出现范围内不应出现爬行爬行、停滞停滞和明显的和明显的冲动冲动现象。现象。 (5) (5) 为方便叉车携带电动机，减少叉车附属设备，为方便叉车携带电动机，减少叉车附属设

23、备，从而减小液压系统的整体尺寸，从而减小液压系统的整体尺寸，叉车工作装置液压系统叉车工作装置液压系统可以由叉车发动机直接驱动液压泵来提供油源可以由叉车发动机直接驱动液压泵来提供油源。为适应。为适应叉车在具有粉尘和沙粒的厂房环境中工作，因此应考虑叉车在具有粉尘和沙粒的厂房环境中工作，因此应考虑为液压系统设置合适的过滤器。液压油的工作温度应限为液压系统设置合适的过滤器。液压油的工作温度应限定在合适的范围内，叉车的工作环境温度一般为定在合适的范围内，叉车的工作环境温度一般为- -10104545。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统3.1.5.1 3.1.5.1 起升装置液压系统设计参

24、数及技术要求起升装置液压系统设计参数及技术要求 技术要求：技术要求：(1) (1) 叉车杆上升叉车杆上升( (下降下降) )速度可调速度可调；(2) (2) 叉车杆有叉车杆有良好的良好的位置控制功能位置控制功能；(3) (3) 叉车杆有叉车杆有自锁功能自锁功能，无论在多大负载，无论在多大负载作用下，或者甚至在液压油源无法供油，油源到液压缸之间的液作用下，或者甚至在液压油源无法供油，油源到液压缸之间的液压管路出现故障等情况下，要求叉车杆能够被锁紧在最后设定的压管路出现故障等情况下，要求叉车杆能够被锁紧在最后设定的位置；位置；(4) (4) 叉车杆在上升过程中，当液压系统出现故障时，要求叉车杆在上

25、升过程中，当液压系统出现故障时，要求安全保护装置能够安全保护装置能够使负载安全下降使负载安全下降。 已知条件：叉车杆和导轨的质量约为已知条件：叉车杆和导轨的质量约为200kg200kg。 参数如表参数如表3-23-2所示。所示。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统本设计中所设计叉本设计中所设计叉车工作装置中叉车车工作装置中叉车杆起升装置示意图杆起升装置示意图如图如图3-63-6所示，由起所示，由起升液压缸驱动货叉升液压缸驱动货叉沿支架上下运动以沿支架上下运动以提升或放下货物。提升或放下货物。导轨导轨叉架叉架重物重物链轮链轮升 降升 降液 压液 压缸缸链条链条 组合机床动力滑台液压

26、系统组合机床动力滑台液压系统3.1.5.2 3.1.5.2 倾斜装置液压系倾斜装置液压系统设计参数及技术要求统设计参数及技术要求 倾斜装置示意图如图倾斜装置示意图如图3-73-7所示，该装置由所示，该装置由倾斜倾斜液压缸液压缸驱动驱动门架门架绕一绕一铰接铰接点点做摆动式旋转。技术参做摆动式旋转。技术参数如下表所示。数如下表所示。叉架叉架重物重物倾斜液压缸倾斜液压缸导轨导轨( (门架门架) )铰接点铰接点 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 本设计实例中叉车工作装置液压系统包括起升液压本设计实例中叉车工作装置液压系统包括起升液压系统和倾斜液压系统两个子系统系统和倾斜液压系统两个子系

27、统，分别确定两个子系统，分别确定两个子系统的设计方案和主要技术参数。的设计方案和主要技术参数。3.2.1 3.2.1 确定起升液压系统的设计方案和技术参数确定起升液压系统的设计方案和技术参数 起升液压系统起升液压系统作用是提起和放下重物，执行直线运作用是提起和放下重物，执行直线运动，因此执行元件选用动，因此执行元件选用液压缸液压缸。 由于液压缸仅在起升工作阶段承受负载，在下落过由于液压缸仅在起升工作阶段承受负载，在下落过程中可在负载和活塞自重下自动缩回，因此可采用程中可在负载和活塞自重下自动缩回，因此可采用单作单作用缸用缸。 如果把如果把单作用液压缸的环形腔与活塞的另一侧连通，单作用液压缸的环

28、形腔与活塞的另一侧连通，构成差动连接方式构成差动连接方式。如果忽略管路损失，单作用液压缸。如果忽略管路损失，单作用液压缸的无杆腔和有杆腔的压力近似相等，则液压缸的驱动力的无杆腔和有杆腔的压力近似相等，则液压缸的驱动力将有活塞杆的截面积决定。将有活塞杆的截面积决定。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 实现但作用液压缸的差动连接，可以通过实现但作用液压缸的差动连接，可以通过方向控制方向控制阀在外部管路上实现阀在外部管路上实现，如图，如图3-8(a)3-8(a)所示。为减小外部连所示。为减小外部连接管路，液压缸的设计也可采用在接管路，液压缸的设计也可采用在活塞上开孔活塞上开孔的方式，

29、的方式，如图如图3-8(b)3-8(b)所示。所示。pA1A2p 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 起升液压缸在驱动货叉和叉架上升时，活塞杆处于起升液压缸在驱动货叉和叉架上升时，活塞杆处于受压状态，为保证受压状态下的受压状态，为保证受压状态下的压杆稳定压杆稳定，活塞杆的长活塞杆的长径比不超过径比不超过20:120:1。F 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 起升液压缸在驱动货叉和叉架上升起升液压缸在驱动货叉和叉架上升时，活塞杆处于受压状态，为保证受压时，活塞杆处于受压状态，为保证受压状态下的压杆稳定，活塞杆的长径比不状态下的压杆稳定，活塞杆的长径比不超过超过20:

30、120:1。如果直接用液压缸实现升降，。如果直接用液压缸实现升降，根据表根据表3-23-2，活塞杆长度应大于，活塞杆长度应大于2m2m，则，则活塞杆直径至少活塞杆直径至少0.1m0.1m。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 如果活塞杆直径如果活塞杆直径0.1m0.1m，即，即100mm100mm，根据差，根据差动液压缸输出力计算方法，此时液压缸提升负动液压缸输出力计算方法，此时液压缸提升负载的有效面积为活塞杆面积，即：载的有效面积为活塞杆面积，即： 根据表根据表3-23-2，起升液压缸需承受的负载力为，起升液压缸需承受的负载力为忽略压损和摩擦力，液压系统应提供忽略压损和摩擦力，

31、液压系统应提供工作压力为工作压力为 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统工作压力为工作压力为6.5MPa6.5MPa对于液压系对于液压系统较低统较低，应采用更高的工作压，应采用更高的工作压力。但工作压力高，根据公式力。但工作压力高，根据公式则活塞杆面积则活塞杆面积ArAr需要减小。需要减小。ArAr变小，根据公式：变小，根据公式：活塞杆直径也要变小。活塞杆直径也要变小。 但活塞杆直径如果变小，为保证压杆稳定，但活塞杆直径如果变小，为保证压杆稳定，在活塞杆长径比保持为在活塞杆长径比保持为20:120:1的时候，活塞杆长度的时候，活塞杆长度会小于会小于2m2m，则重物提升高度将达不到，

32、则重物提升高度将达不到2m2m。 因此，如果压力变大，则不能使用液压缸直因此，如果压力变大，则不能使用液压缸直接提升重物。接提升重物。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统改进方案如图改进方案如图3-63-6所示。根据改图可知，液压缸所示。根据改图可知，液压缸的行程可以减小一半，即活塞杆长度可由的行程可以减小一半，即活塞杆长度可由2m2m变变为为1m1m，但输出力为原来的，但输出力为原来的2 2倍倍( (根据高中物理可根据高中物理可以得到该结论以得到该结论) ) 。液压缸输出力为原来。液压缸输出力为原来2 2倍，即倍，即 液压系统所需的工作压力为液压系统所需的工作压力为 取起升液压

33、缸的工作压力为取起升液压缸的工作压力为13MPa13MPa，对于，对于液压系统而言，该工作压力比较合适。液压系统而言，该工作压力比较合适。 起升液压缸的最大流量由起升装置的最大起升液压缸的最大流量由起升装置的最大速度决定，在该方案中，速度决定，在该方案中，起升液压缸的最大速起升液压缸的最大速度是叉车杆最大速度度是叉车杆最大速度(0.2m/s)(0.2m/s)的一半的一半，即，即 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 对于对于差动连差动连接液压缸而言，接液压缸而言，其无杆腔面积和其无杆腔面积和有杆腔面积之比有杆腔面积之比应取为应取为2:12:1，则，则起升液压缸活塞起升液压缸活塞杆直

34、径杆直径d d和活塞和活塞直径直径D D之间关系之间关系为为D=0.707dD=0.707d，得，得活塞直径为：活塞直径为： 根 据 液 压根 据 液 压缸参数标准，缸参数标准，取取液压缸活塞液压缸活塞直径为直径为160mm160mm，行程为行程为1m1m。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统3.2.2 3.2.2 确定倾斜液压系统的设计方案和技术参数确定倾斜液压系统的设计方案和技术参数 倾斜液压缸与货叉门架的连接方式主要有三种，如倾斜液压缸与货叉门架的连接方式主要有三种，如图所示。这三种连接方式表明，图所示。这三种连接方式表明，叉车倾斜液压缸应输出叉车倾斜液压缸应输出的作用力不

35、仅取决于叉车货叉门架及负载产生的倾斜力的作用力不仅取决于叉车货叉门架及负载产生的倾斜力矩，而且取决于液压缸和门架的连接位置到叉车货叉门矩，而且取决于液压缸和门架的连接位置到叉车货叉门架倾斜支点的距离，架倾斜支点的距离，因此叉车倾斜液压缸的尺寸也取决因此叉车倾斜液压缸的尺寸也取决于倾斜液压缸的安装位置。液压缸安装位置越高，距离于倾斜液压缸的安装位置。液压缸安装位置越高，距离倾斜支点越远，液压缸所需的输出力越小。倾斜支点越远，液压缸所需的输出力越小。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 已知已知倾斜液压缸连接位置到叉架倾斜倾斜液压缸连接位置到叉架倾斜支 点 的 距 离 为支 点 的

36、距 离 为 1 m1 m ， 倾 斜 力 矩 给 定 为， 倾 斜 力 矩 给 定 为18000Nm18000Nm，则倾斜液压缸所需输出力为，则倾斜液压缸所需输出力为 在叉车工作过程中，货叉叉起货物在叉车工作过程中，货叉叉起货物后，货叉和门架在倾斜液压缸作用下向后，货叉和门架在倾斜液压缸作用下向里倾斜；放下货物后，货叉和门架复位，里倾斜；放下货物后，货叉和门架复位，门架回复垂直位置。因此，倾斜液压缸门架回复垂直位置。因此，倾斜液压缸的作用是单方向的。此外，基于减小占的作用是单方向的。此外，基于减小占用空间和尺寸的考虑，倾斜液压缸应采用空间和尺寸的考虑，倾斜液压缸应采用单作用液压缸。用单作用液压

37、缸。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 门架的倾斜可由一个液压缸驱动，也可用两个并联门架的倾斜可由一个液压缸驱动，也可用两个并联液压缸同时驱动，用两个缸时货叉和门架受力更合理，液压缸同时驱动，用两个缸时货叉和门架受力更合理，货叉不容易在货物作用下侧翻或倾斜，工作更平稳，因货叉不容易在货物作用下侧翻或倾斜，工作更平稳，因此，本实例中采用此，本实例中采用两个单作用液压缸并联驱动门架两个单作用液压缸并联驱动门架。 两个缸时，每个缸的作用力为两个缸时，每个缸的作用力为9000N9000N。 由于起升液压缸的工作压力为由于起升液压缸的工作压力为12.98MPa12.98MPa，假定倾斜，

38、假定倾斜液压缸的工作压力为液压缸的工作压力为12MPa12MPa。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 门架和货叉向后倾斜时，倾斜液压缸门架和货叉向后倾斜时，倾斜液压缸有杆腔一侧为工作腔，作用面积为有杆腔一侧为工作腔，作用面积为 由于负载力矩的方向总是使叉车杆回由于负载力矩的方向总是使叉车杆回到垂直位置，所以倾斜装置一直处于拉伸到垂直位置，所以倾斜装置一直处于拉伸状态，活塞杆不会弯曲状态，活塞杆不会弯曲( (拉杆拉杆) )。 取取d=0.7Dd=0.7D，有杆腔面积为，有杆腔面积为 则活塞直径为则活塞直径为将将D D根据国标圆整为根据国标圆整为40mm40mm，则，则d=0.7D

39、=28mmd=0.7D=28mm。则有杆腔作用面积为。则有杆腔作用面积为 可见，按照上述确定的活塞和活塞杆尺寸，重新计算得到的可见，按照上述确定的活塞和活塞杆尺寸，重新计算得到的有杆腔有效作用面积有杆腔有效作用面积(6.4)(6.4)小于前述按照假定工作压力计算得到的小于前述按照假定工作压力计算得到的有杆腔有效作用面积有杆腔有效作用面积(7.5)(7.5)，因此应减小活塞杆直径或提高倾斜液，因此应减小活塞杆直径或提高倾斜液压系统的工作压力。压系统的工作压力。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统如果如果取倾斜液压缸活塞杆直径取倾斜液压缸活塞杆直径d d为为25mm25mm，则有杆腔

40、作用面积为，则有杆腔作用面积为 此时倾斜液压缸有杆腔作用面积大于此时倾斜液压缸有杆腔作用面积大于原估算面积，因此能够满足设计要求。原估算面积，因此能够满足设计要求。 如果提高倾斜液压缸的工作压力，则如果提高倾斜液压缸的工作压力，则倾斜液压缸所需的最大工作压力为倾斜液压缸所需的最大工作压力为 倾斜液压缸无杆腔的有效作用面积为倾斜液压缸无杆腔的有效作用面积为 本设计实例采用提高工作压力的设计方案进行设计。本设计实例采用提高工作压力的设计方案进行设计。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 倾斜液压缸的最大运动速度给定为倾斜液压缸的最大运动速度给定为2 20 0/s/s，转换成线速度为，

41、转换成线速度为 因此，在货叉恢复垂直位置，两个倾因此，在货叉恢复垂直位置，两个倾斜液压缸处于活塞杆伸出的工作状态时，斜液压缸处于活塞杆伸出的工作状态时，液压缸所需的总流量为液压缸所需的总流量为 倾斜液压缸需要走过的行程为倾斜液压缸需要走过的行程为3.2.3 3.2.3 系统工作压力的确定系统工作压力的确定 假设沿程和局部的压力损失为假设沿程和局部的压力损失为1.51.52.0MPa2.0MPa，则工作压力应比，则工作压力应比执行元件需要的最大工作压力高执行元件需要的最大工作压力高1.51.52.0MPa2.0MPa，即，即( (起升液压缸起升液压缸12.98MPa12.98MPa，倾斜液压缸，

42、倾斜液压缸12MPa12MPa) ) 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统3.3.1 3.3.1 起升系统的设计起升系统的设计 起升装置在举起货物时需要液压缸输出作用力，起升装置在举起货物时需要液压缸输出作用力，放下货物时放下货物时货叉和货物的重量能使叉车杆自动回落到底部货叉和货物的重量能使叉车杆自动回落到底部，因此起升系统采，因此起升系统采用单作用缸用单作用缸差动连接差动连接。 为减少管道连接，可以通过在液压缸活塞上钻孔来实现液压为减少管道连接，可以通过在液压缸活塞上钻孔来实现液压缸两腔的连接，液压缸不必有低压出口，高压油可同时充满液压缸两腔的连接，液压缸不必有低压出口，高压油可

43、同时充满液压缸的有杆腔和无杆腔，由于活塞两侧的作用面积不同，因此液压缸的有杆腔和无杆腔，由于活塞两侧的作用面积不同，因此液压缸会产生提升力。缸会产生提升力。 起升液压缸活塞运动方向的改变通过多路阀或换向阀实现。起升液压缸活塞运动方向的改变通过多路阀或换向阀实现。 为防止液压缸因重物自由下落，同时起到调速目的，为防止液压缸因重物自由下落，同时起到调速目的，起升系起升系统的回油路中必须设置背压元件统的回油路中必须设置背压元件，防止货物和货叉由于自重而超，防止货物和货叉由于自重而超速下落，形成平衡回路。速下落，形成平衡回路。 为实现上述目的，起升系统可采用三种方案。为实现上述目的，起升系统可采用三种

44、方案。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 图图3-10(a)3-10(a)设计方案采用调速阀对液压缸的下落速度进行控制。设计方案采用调速阀对液压缸的下落速度进行控制。该系统不要求液压缸必须连接进油和出油两条油路，该系统不要求液压缸必须连接进油和出油两条油路，只连接一条只连接一条油路的单作用缸也可采用该方案油路的单作用缸也可采用该方案。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统无论货物重量大无论货物重量大小，下落速度在小，下落速度在调速阀调节下基调速阀调节下基本恒定，无法进本恒定，无法进行实时的调节。行实时的调节。工作间歇时，与工作间歇时，与换向阀相配合，换向阀相配合，能

45、够将重物平衡能够将重物平衡或锁紧在某一位或锁紧在某一位置，但不能长时置，但不能长时间锁紧间锁紧( (换向阀换向阀不要承担负载平不要承担负载平衡功能衡功能) )。在重。在重物很轻或无负载物很轻或无负载时，调速阀的节时，调速阀的节流作用仍会使系流作用仍会使系统产生很大的统产生很大的能能量损失量损失。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 图图3-10(b) 3-10(b) 设计方设计方案是采用平衡阀或液控案是采用平衡阀或液控单向阀实现平衡。单向阀实现平衡。 该系设计方案能够该系设计方案能够保证在叉车的工作间隙，保证在叉车的工作间隙，货物被长时间可靠地平货物被长时间可靠地平衡和锁紧在某一

46、位置。衡和锁紧在某一位置。 但采用平衡阀或液但采用平衡阀或液控单向阀的平衡回路都控单向阀的平衡回路都要求液压缸具有进油和要求液压缸具有进油和回油两条油路，否则货回油两条油路，否则货叉无法在货物自重作用叉无法在货物自重作用下实现下落，而且该设下实现下落，而且该设计方案无法调节货物的计方案无法调节货物的下落速度，因此不能满下落速度，因此不能满足设计要求。足设计要求。 下落速度的调节靠外控顺下落速度的调节靠外控顺序阀的流量控制，而外控阀的序阀的流量控制，而外控阀的流量是无法实时调节的。流量是无法实时调节的。低压低压( (外控顺序阀未外控顺序阀未被打开被打开) )高压高压( (外控顺序阀被外控顺序阀被

47、打开打开) ) 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 该系设计方案能够该系设计方案能够保证在叉车的工作间隙，保证在叉车的工作间隙，货物被长时间可靠地平货物被长时间可靠地平衡和锁紧在某一位置。衡和锁紧在某一位置。 但采用平衡阀或液但采用平衡阀或液控单向阀的平衡回路都控单向阀的平衡回路都要求液压缸具有进油和要求液压缸具有进油和回油两条油路，否则货回油两条油路，否则货叉无法在货物自重作用叉无法在货物自重作用下实现下落，而且该设下实现下落，而且该设计方案无法调节货物的计方案无法调节货物的下落速度，因此不能满下落速度，因此不能满足设计要求。足设计要求。低压低压( (液控单向阀未液控单向阀未被

48、打开被打开) )高压高压( (液控单向阀被液控单向阀被打开打开) ) 下落速度的调节靠调节节下落速度的调节靠调节节流阀的流量控制，而流阀的流量控制，而节流阀的节流阀的流量是可以实时调节的流量是可以实时调节的。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 图图3-10(c) 3-10(c) 设计方案是采用一种特殊的设计方案是采用一种特殊的流量调节阀和在单作用液压缸活塞上开设小流量调节阀和在单作用液压缸活塞上开设小孔实现差动连接的方式。孔实现差动连接的方式。 该流量阀可以根据货叉载重大小自动调该流量阀可以根据货叉载重大小自动调节起升液压缸的流量，使该流量不随叉车载节起升液压缸的流量，使该流量

49、不随叉车载重量的变化而变化，货物越重，阀开口越小，重量的变化而变化，货物越重，阀开口越小，反之阀开口越大，因此能够保证起升液压缸反之阀开口越大，因此能够保证起升液压缸的流量基本不变，起到压力补偿的作用。在的流量基本不变，起到压力补偿的作用。在重物很轻或无载重时，通过自身调节，该流重物很轻或无载重时，通过自身调节，该流量调节阀口可以开大甚至全开，从而避免不量调节阀口可以开大甚至全开，从而避免不必要的能量损失。必要的能量损失。 本设计实例采用该方案。本设计实例采用该方案。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统3.3.2 3.3.2 倾斜系统的设计倾斜系统的设计 倾斜系统采用倾斜系统采用

50、两个并联液压缸两个并联液压缸做执行元件，两个液压缸的同做执行元件，两个液压缸的同步动作是通过两个活塞杆同时刚性连接在门架上的机械连接方式步动作是通过两个活塞杆同时刚性连接在门架上的机械连接方式来保证，以防止叉车杆发生扭曲变形。来保证，以防止叉车杆发生扭曲变形。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 为防止货叉和门架在复为防止货叉和门架在复位过程中由于货物的自重而位过程中由于货物的自重而超速复位，从而导致液压缸超速复位，从而导致液压缸的动作失去控制或引起液压的动作失去控制或引起液压缸进油腔压力突然降低，因缸进油腔压力突然降低，因此在液压缸的回路中应设置此在液压缸的回路中应设置一个背压

51、阀。采用背压阀一个背压阀。采用背压阀( (溢流阀做背压阀溢流阀做背压阀) )，一方面，一方面可以保证倾斜液压缸在负值可以保证倾斜液压缸在负值负载的作用下能够平稳工作，负载的作用下能够平稳工作，另一方面也可以防止由于进另一方面也可以防止由于进油腔压力突然降低到低于油油腔压力突然降低到低于油液的液的空气分离压空气分离压甚至甚至饱和蒸饱和蒸汽压汽压而在活塞另一侧产生气而在活塞另一侧产生气穴现象。穴现象。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统3.3.3 3.3.3 方向控方向控制回路的设计制回路的设计 可以采用可以采用两个多路阀加两个多路阀加旁通阀的控制旁通阀的控制方式分别控制方式分别控制

52、起升液压缸和起升液压缸和倾斜液压缸的倾斜液压缸的动作，如图动作，如图3-3-1212所示。所示。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统倾斜液压缸倾斜液压缸活塞杆伸出：活塞杆伸出： 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统倾斜液压缸倾斜液压缸活塞杆收回：活塞杆收回： 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统起升液压缸起升液压缸活塞杆伸出：活塞杆伸出： 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统起升液压缸起升液压缸活塞杆收回：活塞杆收回： 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 可以采用可以采用两个普通的三两个普通的三位四通手动换位四通手动换向阀分别控制

53、向阀分别控制起升液压缸和起升液压缸和倾斜液压缸的倾斜液压缸的动作，如图动作，如图3-3-1313所示。所示。 本设计采本设计采用该方案。用该方案。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统倾斜液压缸倾斜液压缸活塞杆伸出：活塞杆伸出： 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统倾斜液压缸倾斜液压缸活塞杆收回：活塞杆收回： 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统起升液压缸起升液压缸活塞杆伸出：活塞杆伸出： 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统起升液压缸起升液压缸活塞杆收回：活塞杆收回： 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统3.3.4 3.3.4 供油

54、方式供油方式 由于起升和倾斜两个由于起升和倾斜两个工作装置的工作装置的流量差异很大流量差异很大( (起升起升47.147.1，倾斜，倾斜5.3)5.3)，而且相对都较小，因此采而且相对都较小，因此采用两个串联齿轮泵供油比用两个串联齿轮泵供油比较合适。其中较合适。其中大齿轮泵给大齿轮泵给起升装置供油，小齿轮泵起升装置供油，小齿轮泵给倾斜装置供油给倾斜装置供油。两个齿。两个齿轮泵分别与两个三位四通轮泵分别与两个三位四通手动换向阀相连，为使液手动换向阀相连，为使液压泵在工作装置不工作时压泵在工作装置不工作时处于卸荷状态，两个换向处于卸荷状态，两个换向阀应采用阀应采用M M型中位机能，型中位机能，这样

55、可以提高系统效率。这样可以提高系统效率。 根据以上讨论，液压根据以上讨论，液压系统原理如图系统原理如图3-143-14所示。所示。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统起升液压起升液压缸活塞杆缸活塞杆伸出：伸出： 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统起升液压起升液压缸活塞杆缸活塞杆缩回：缩回： 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统倾斜液压倾斜液压缸活塞杆缸活塞杆伸出：伸出： 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统倾斜液压倾斜液压缸活塞杆缸活塞杆缩回：缩回： 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统3.4.1 3.4.1 液压泵的选择液压泵的

56、选择 液压泵采用结构简单、价格低廉的液压泵采用结构简单、价格低廉的双联齿轮泵双联齿轮泵。 假定齿轮泵的容积效率为假定齿轮泵的容积效率为90%90%，电机转速为，电机转速为1500r/min1500r/min，在，在3.2.13.2.1中，计算出起升液压缸的最大流量为中，计算出起升液压缸的最大流量为47.1L/min47.1L/min，在，在3.2.13.2.1中，中，计算出倾斜液压缸的最大流量为计算出倾斜液压缸的最大流量为5.3L/min5.3L/min，则两个液压泵的排量，则两个液压泵的排量可以计算出来可以计算出来 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统 查询查询Sauer-Dan

57、fossSauer-Danfoss公司齿轮泵样公司齿轮泵样本，本，SNP2SNP2系列系列中与中与3.93cm3.93cm3 3/r/r接近的齿接近的齿轮泵排量为轮泵排量为3.9cm3.9cm3 3/r/r，SNP3SNP3系列系列中与中与3 4 . 9 c m3 4 . 9 c m3 3/ r/ r 接 近 的 齿 轮 泵 排 量 为接 近 的 齿 轮 泵 排 量 为33.1cm33.1cm3 3/r/r和和37.9cm37.9cm3 3/r/r，而，而33.133.1更接近更接近于于34.934.9，如果选用排量，如果选用排量37.9cm37.9cm3 3/r/r的液的液压泵，工作过程中会

58、有较大的流量经过压泵，工作过程中会有较大的流量经过溢流阀溢流回油箱，造成浪费，并有可溢流阀溢流回油箱，造成浪费，并有可能产生严重的发热。考虑到前述计算中能产生严重的发热。考虑到前述计算中假定液压泵容积效率为假定液压泵容积效率为90%90%，在实际工，在实际工作过程中，液压泵的容积效率可能高于作过程中，液压泵的容积效率可能高于90%90%，尤其在低负载时。在，尤其在低负载时。在低负荷时，低负荷时，电机转速也可能会略高于电机转速也可能会略高于1500r/min1500r/min，因此液压泵的实际输出流量会增大。因此液压泵的实际输出流量会增大。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统满 载

59、满 载 条 件 下 ， 电 机 转 速条 件 下 ， 电 机 转 速1500r/min1500r/min，容积效率容积效率90%90%，则实际流量为：则实际流量为：半负载半负载条件下，电机转速条件下，电机转速1550r/min1550r/min，容积效率容积效率93%93%，则实际流量为则实际流量为半负载条件下，实际流量大于系统所需流量半负载条件下，实际流量大于系统所需流量47.1L/min47.1L/min，能够满足，能够满足设计要求。如果选择设计要求。如果选择排量为排量为37.9cm37.9cm3 3/r/r的液压泵，在的液压泵，在满负载满负载条件下，条件下，电机转速为电机转速为1500r

60、/min1500r/min，容积效率为容积效率为90%90%，此时实际流量为，此时实际流量为在在半负载半负载条件下，电机转条件下，电机转速为速为1550r/min1550r/min，容积效率容积效率为为93%93%，此时实际流量为，此时实际流量为 即如果叉车大多数时间都不工作在满负载的情况下，选用排即如果叉车大多数时间都不工作在满负载的情况下，选用排量为量为37.9cm37.9cm3 3/r/r的较大液压泵会造成较大的溢流损失。的较大液压泵会造成较大的溢流损失。 组合机床动力滑台液压系统组合机床动力滑台液压系统倾斜系统的小流量液压泵，在满倾斜系统的小流量液压泵，在满载条件下，电机转速载条件下，