【叉车工作装置液压系统设计12000字】

第[2]。2.1.2液压系统的组成液压系统由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件、工作介质5部分组成。2.1.3叉车对液压系统的工作要求（1）要求液压系统拥有超载保护功能，换向阀壳体完好，工作平稳可靠。（2）货叉的下落速度必须可以控制且最大速度不能够大于设定的速度。（3）液压系统的管路接口处必须牢固可靠、不能发生渗漏现象，且不能够与其他机械构件发生摩擦碰撞，油管不能出现老化、变质。（4）叉车发动机应该直接驱动液压泵来为叉车工作装置液压系统供油，从而减少叉车的附属设备和减小液压系统的整体尺寸，使叉车携带电动机更加便捷。（5）液压系统中的传动部分在额定载荷、额定速度范围内不应该出现爬行、停滞和明显的冲击现象。2.2确定系统类型选择开式系统，即动力元件直接从油箱吸油，液压油通过油管经过各种液压控制元件，驱动液压执行元件动作，然后油液经过过滤器过滤掉杂质后回到油箱，再由油箱冷却和沉淀后进入液压泵[3]。2.3设计参数及技术要求2.3.1起升装置液压系统设计参数及技术要求设计用于工厂作业的叉车工作装置液压系统。主要的设计要求有：（1）要求能够提升3500kg的负重；（2）要求能够将负载垂直提升至2700mm处；（3）要求叉车杆提升和下降的速度可以调节；（4）要求叉车在任意负载时，叉车杆必须以不超过0.2m/s的速度缓慢上升或者下降；（5）要求叉车任意载荷下，甚至当叉车的液压系统出现问题故障时，叉车杆能够稳稳地停留在最后设置的位置，即拥有锁紧功能。（6）要求叉车在提升负载的过程中，液压系统发生故障时叉车杆能够缓慢的下降。本设计所设计的叉车起升装置示意图如图2.1所示，由起升液压缸驱动叉车杆沿支架上下移动，实现负载的升降。图2.1起升装置2.3.2倾斜装置液压系统设计参数及技术要求叉车工作装置中的倾斜装置如图2.2所示，该装置由倾斜液压缸驱动货叉和门架绕门架上的某一点做摆动式旋转运动，使得叉车在搬运货物的时候货叉能够向后倾斜一定角度，防止出现货物从货叉上滑落[4]。倾斜装置的最大扭矩T=17000N·m，最大倾斜角度为α=20°，力臂r=1.1m。图2.2倾斜装置综上所述，叉车工作装置液压系统的设计要求及技术参数由表2.1所示。表2.1技术参数工作装置技术参数起升装置额定载荷质量,m/kg3500最大提升负载质量，m/kg3700最大提升速度，v/(m/s)0.2提升高度，h/m2.7倾斜装置力臂，r/m17000倾斜角度，α/（°）20最大倾斜扭矩，T/(N·m)1.1由于本设计中已经给出所设计的起升装置液压系统和倾斜装置液压系统的最大速度和最大速度，所以无需对液压系统进行工况分析。2.4液压系统的主要参数确定2.4.1起升液压系统参数确定起升液压系统主要的功能是将负载提升和放下，因此执行元件选择液压缸。如图2.3。图2.3管路连接方式当叉车提升负载时，起升液压缸的活塞杆受到负载的压力，起着支撑的作用，所以活塞杆的长度和直径的比值不应该大于20:1[5]，以保证活塞杆能够在提升负载时能够保持工作稳定。本设计通过增加一个传动链条和动滑轮机构对起升装置行改进，采用这个液压缸与链条和动滑轮结合的机构可以使液压缸行程减小一半，因此活塞杆的长度也可以相应地减半，但同时也要求液压缸输出的作用力为原来的两倍。即起升液压缸的负载力为:F=2×3700×9.8=72520（N）如果系统的工作压力为15MPa，那么对于差动连接的单作用缸来说，起升液压缸活塞杆的有效作用面积为:A==4.83×活塞杆的直径：d=0.078式中：Ar—为液压缸作用面积,m2FL—为最大负载，Nd—为活塞杆的直径,mmP—为工作压力,Mpa。表2.2工作压力D/dP≤5.0Mpa0.5～0.555.0MPa≤P<7.0MPa0.6～0.7P>7.0Mpa0.7查表（2.2）取得起升液压缸活塞的直径(液压缸内径)D比活塞杆的直径d为D/d=0.7.则起升液压缸的活塞直径为:D=根据液压缸的参数标准，取液压缸活塞直径为125mm。于是该起升液压缸的有效作用面积为A==6.01×液压系统需要的工作压力为：P=≈12.1因为起升液压缸的工作压力Ps=12MPa对于液压系统来说这个工作压力是合适的，所以这一设计参数可以被起升液压缸所采用。因为本设计采用传动链条和动滑轮机构对起升装置行改进，所以起升液压缸的速度等于叉车提升负载速度（0.2m/s）的一半则，起升液压缸所需要的最大流量为[6]：=4.83×=4.83×=28.982.4.2倾斜液压系统参数确定倾斜液压缸采用单作用液压缸。门架实现倾斜动作可以由一个单作用液压缸控制，也可以用两个单作用液压缸控制[7]。本设计倾斜装置采用两个并联的单作用液压缸作为执行元件驱动门架动作，以防止货叉在负载的作用下发生侧翻和倾斜的现象，使得货叉和门架的受力更加合理，工作更加的平稳。已知倾斜液压缸的力臂为1.1m，最大倾斜扭矩为T=17000N·m，因此每个倾斜液压缸所需输出力FtF=7727假设，初选倾斜液压系统的工作压力为与起升液压系统的工作压力相接近的12Mpa，当倾斜液压缸有倾斜动作时，工作腔为有活塞杆的一侧，则倾斜液压缸的有效作用面积为：A==6.44×查参考书，取的倾斜液压缸活塞杆直径d和活塞直径（液压缸内径）D之间的关系为d=0.7D,倾斜液压缸的活塞直径为：A即，D==≈0.0401(根据液压缸国家标准，活塞直径取整后的标准参数为40mm，则活塞杆直径为：d取倾斜液压缸活塞杆直径为圆取整后的尺寸d=25mm，此时倾斜液压缸有杆腔的作用面积为：A==7.65此时倾斜液压缸的有杆腔作用面积大于原估算面积，所以D=40mm,d=25mm这组尺寸满足设计需求。此时倾斜液压缸的工作压力为：P===10.1倾斜液压缸的无杆腔有效作用面积为：A==1.26×查询资料得到，倾斜角速度因限制在1～2（°）之间。本设计给定倾斜液压缸的最大运动速度ω=2（°）/s。倾斜液压缸的线速度为：v=2×=0.035所以当两个倾斜液压缸处于活塞杆伸出的工作状态时，液压缸所需要的总流量为：q=2=2×0.035×1.26×=8.8×=5.3倾斜液压缸所需的行程为：S=2.5液压系统原理图的拟定2.5.1起升系统的设计对于起升液压装置来说，液压缸需要输出作用力来驱动货叉提升和放下负载。可以在回油路中装背压阀形成平衡回路，保证放下负载时货叉不会高速下落。本设计拟定了三种方案实现上述设计要求，分别为采用调速阀的方案（图2.4）、采用液控单向阀的方案（图2.5）以及采用特殊的流量调节阀和液控单向阀的方案（图2.6）[8]。图2.4方案一图2.5方案二图2.6方案三图2.4是采用调速阀的方式，这个方案可以在负载下降时控制速度，但是不能够将负载较久的稳定锁死在某一位置，且当负载很小或者空载时，还会由于调速阀的节流作用才是巨大的功率损耗。所以此方案不适合本设计[9]。图2.5是采用液控单向阀来实现平衡控制，这个方案可以将负载在某一位置较久时间的稳定锁死在某一位置，但是却不能够控制放下负载时的速度，因此不能满足本设计的设计要求。图2.6中是采用特殊的流量调节阀和液控单向阀的方式。该流量调节阀的作用是根据叉车负载大小的变化来自动调节液压缸的流量大小，使得起升液压缸的流量更加平稳，不会因负载的变化而变化。载重越大，该流量调节阀的阀口越小，载重越小，该流量调节阀的阀口就越大，这样就能够起到了压力补偿的作用。在当叉车的负载非常小或者是叉车没有负载的时候，流量调节阀的阀口开口量会增大或者阀口处于全开状态，可以避免不必要的能量损耗。液控单向阀的作用是实现叉车的自锁功能，使负载能够长久的锁死在某一位置，不发生加速下落的现象。本设计采用图2.6的设计方案，此方案能够限制叉车起升液压缸的最大下落速度，保证了起升液压系统的工作安全。2.5.2倾斜系统的设计本设计倾斜液压系统的执行元件采用两个同步动作的单作用液压缸。因为液压油中总是含有一定的气体，当进油腔的压力突然低于液压油的空气分离压或者低于液压油的饱和蒸气压时，在液压缸的另一腔会产生气穴现象，需要安装一个背压阀来防止此现象的发生。安装背压阀还可以防止液压缸在复位过程中由于负载过重而产生超速复位的现象，使液压系统在工作时更加平稳安全。倾斜液压系统的控制采用三位四通手动换向阀来实现[10]。图2.7倾斜液压系统原理图2.5.3方向控制回路的设计本设计采用两个不同中位机能的三位四通手动换向阀来控制起升液压缸和倾斜液压缸，液压阀都选用标准的四通滑阀。起升装置的三位四通手动换向阀采用Y型中位机能，采用两个液控单向阀实现锁紧回路，以实现货叉在任意位置的停车要求，防止了叉架因负载过大而快速下滑而产生的意外事故[11]。倾斜装置的三位四通手动换向阀采用M型中位机能，可以在倾斜装置在不工作时使液压泵处于卸荷状态，还可以提高系统的效率。需要各进油路上面加装一个单向阀，以避免油液出现倒流现象或者各个回路之间流量的相互影响，如图2.8。图2.8普通手动换向阀的控制方式2.5.4液压系统的供油方式由于起升液压系统回路的流量远远大于倾斜液压系统回路的流量，所以采用两个齿轮泵分别为起升装置和倾斜装置供油，其中起升装置采用大齿轮泵，倾斜装置采用小齿轮泵。为了避免过滤器因为被堵住而导致被油压压变形，应该在回路中安装一个带旁路单向阀的过滤器[12]。当过滤器被堵住时，过滤器进出口之间的压差大于额定值，此时单向阀工作，过滤器被单向阀短路，确保了液压系统的正常运行。如图2.9。图2.9液压系统的供油方式2.5.5液压系统原理图的拟定根据上述的设计，初步拟定了叉车工作装置的液压系统的原理图如图2.10。图2.10液压系统原理图1—大齿轮泵；2—小齿轮泵；3，4—单向阀；5—倾斜手动换向阀；6—起升手动换向阀；7—流量调节阀；8—液控单向阀（液压锁）；9—起升液压缸；10，12—倾斜液压缸；13—倾斜安全阀；14—起升安全阀；15—带旁路单向阀的过滤器；16—空气过滤器；17—油缸。工作原理：由两个齿轮泵单独为起升系统和倾斜系统供油，手动换向阀6控制起升装置，手动换向阀处于右位时，起升液压缸活塞杆伸出，叉车货叉上升；处于左位时，起升液压缸活塞杆缩回，叉车货叉下降；处于中位时，通过Y型中位机能和液控单向阀实现叉车杆的锁死。手动换向阀5控制倾斜系统，手动换向阀处于右位时，倾斜液压缸活塞杆伸出，叉车叉架向前倾斜；处于左位时，倾斜液压缸活塞杆缩回，叉车叉架向后倾斜；处于中位时，叉车杆保持原有状态。3.液压元件的选择3.1液压系统动力元件的选择本设计液压系统原理图中采用两个外啮合齿轮泵串联作为液压系统的动力元件。选取外啮合齿轮泵的原因是因为其工作可靠、结构简单、制造方便和价格便宜。则液压泵的最大工作压力为：Pp其中P1∆P1根据表3.1中可取得∆P1的值为1.5MP表3.1液压回路压力损失系统结构情况总压力损失采用节流阀调速及管路简单的系统0.2~0.5MPa进油路有调速阀及管路复杂的系统0.5~1.5MPa即:大泵：P小泵：P假设电动机的转速为n为1500r/min，液压泵的容积效率η为90%。则可以根据2.4.1和2.4.2的计算结果求出液压泵的排量为：VV根据以上计算结果，上网或者查询有关样本，大泵选用CBN-E320型号齿轮泵，小泵选用CBN-E304型号齿轮泵。若取液压泵的容积效率η为90%,额定转速2000r/min.大泵的输出流量为：P大于液压系统起升装置所需的流量28.98L/min，所以满足液压系统的设计需求。小泵的输出流量：P大于液压系统倾斜装置所需的流量5.3L/min，所以满足液压系统的设计需求。液压泵参数如下表所示：表3.2液压泵参数元件名称额定流量（公称排量(额定压力（MPa）额定转速(r/min)型号外啮合齿轮泵（大泵）3620162000CBN-E320外啮合齿轮泵（小泵）7.24162000CBN-E304为了减少叉车工作装置的液压系统所占空间，把复杂的液压系统结构简化，对于内燃叉车，液压泵可以由发动机直接驱动。3.2液压阀的选择图2.10中叉车工作装置的液压系统原理图中由两个齿轮泵串联供油，所以对于起升液压系统，最大流量为28.98L/min，最大工作压力13.6Mpa。则各个液压阀的额度流量需大于28.98L/min，各个元件的额定压力需大于13.6MPa；对于倾斜液压系统，最大流量为5.3L/min，最大工作压力11.6Mpa，则各个液压阀的额定压力要大于11.6Mpa，各个液压阀的额度流量要大于5.3L/min。溢流阀作为安全阀来使用的时候，他的调定压力值一般都是供油的压力的1.1倍左右，据上述计算结果可以知道，起升液压系统中的溢流阀的调定压力应设为15MPa，倾斜液压系统中的溢流阀的调定压力应设13Mpa[13]。查阅相关液压阀的生产厂家元件样本，确定本设计所设计的叉车的工作装置液压系统的各个液压阀元件的型号及技术参数如表3.3所示。表3.3液压阀型号及技术参数序号元件名称规格额定流量（L/min）最高使用压力(MPa)型号1三位四通手动换向阀66031.54WMM6H502单向阀36021CIT-04-A13溢流阀1412031.5DBDH6P-10/2004单向阀41021DT8P1-02-05-105流量调节阀76731.5VCDC-H-MF/(G1/2)6三位四通手动换向阀53025DMG-02-3C6-W7溢流阀131221C17-02-F-108背压阀和防气穴阀1112031.5MH1DBN10P2-20/050M9液控单向阀810031.5A1Y-Ha10B3.3液压管路的选择因为本设计液压系统的工作压力较大，所以采用价格便宜的钢管连接油路。由于钢管在装配时不能弯曲，所以可以采用卡套式管接头来实现弯曲。要求使用冷拔钢管。3.3.1液压泵的吸油管道内径的计算管道内径的计算：d式中q——管道内液压油通过的流量，L/min;V——管道内液压油允许的流量流速，m/s；通过查询表3.4，取得v=1m/s。大齿轮泵的吸油管道内径：d为了减少系统中的压力损失，管径应该选大一些，查询《机械设计手册》，大齿轮泵的吸油管道内径d大泵=25mm，外径D大泵=小齿轮泵的吸油管路道内径：d查询《机械设计手册》，小齿轮泵的吸油管道内径d小泵=12mm，外径D小泵=表3.4允许流速推荐值流液经过的管道推荐流速（m/s）液压泵吸油管道0.5~1.5液压系统压油管道3~6，压力高，管道短粘度小取大值液压系统回油管道1.5~2.63.3.2液压泵压油管路内径的计算：根据表3.4取v=3m/s,起升系统的压油管路内径：d查询《机械设计手册》，起升系统的吸油管道内径d起升=15mm，外径D起升=倾斜系统的压油管路内径：

d查询《机械设计手册》，倾斜系统的吸油管道内径d倾斜=8mm，外径D倾斜=3.3.3回油管路内径的计算：根据表3.4取v=2m/s。起升系统的回油管道内径：d查询《机械设计手册》，倾斜系统的吸油管道内径d起升回=20mm，外径D起升回=倾斜系统的回油管道内径：d查询《机械设计手册》，倾斜系统的吸油管道内径d倾斜回=8mm，外径D倾斜回=3.4油箱的设计本设计采用开式油箱，油箱的主要作用是储存液压系统循环所需要的的油液，此外还可以散发液压系统工作时所产生的热量、分离油液中的气泡、沉淀油液中的污染物等[14]。油箱的有效容积：V式中：qv—为液压泵的最大流量，L/min；a—为经验系数，推荐值如表3.5。表3.5经验系数a的推荐值系统类型行走机械低压系统中压系统锻压机械冶金机械a1~22~45~76~1210已知液压泵的总最大流量：q为减少液压系统的体积和质量，a取2。即：V油箱的整体体积：V=查《机械设计手册》中油箱的公称容量系列，取油箱的体积为160L。3.5单向阀的设计单向阀的结构简图和职能符号如图3.1所示，单向阀主要由阀芯、阀体和弹簧三部分组成。（a）单向阀的结构（b）单向阀的职能符号图3.11—阀芯；2—弹簧；3—阀体。3.5.1单向阀的工作原理液压油从P1口流入时，液压油克服弹簧的阻力，推动单向阀阀芯往右运动，阀口打开，液压油从P2口流出;液压油从P2端口流入时，液压油不能够推动阀芯往右方向运动，阀口不能打开，单向阀不能流通。3.5.2单向阀的设计计算3.5.2.1几何尺寸的计算由上述计算选择单向阀的最大压力为P=16MPa,最大流量为Q=36L/min，开启压力为0.05MPa。（1）进出油口直径的计算：d≥0.463式中:Q—为单向阀的公称流量,L/min；V—单向阀为进出口直径d处的油液流速，一般可取V=6m/s则单向阀进出油口的直径为：d≥0.463=1.13取单向阀进出油口的直径为12mm。（2）阀座内孔的直径DzD式子为经验公式，式中d为单向阀进出油口的直径即：D（3）阀芯锥角的半角az和阀座锥角的半角a阀芯的锥角的半角az查询资料得知，对于单向阀来说一般取：a阀座锥角的半角：a即a（4）锥阀阀口最大开口量δ根据《液压阀的设计与计算》中锥阀阀口的最大开口量公式，结合单向阀的情况得：δ式中：Q—公称流量，L/min;C—锥阀流体系数，可取C=0.77,；Dz—阀座的内孔直径，cmaz—阀芯锥角的半角，°g—重力加速度，m/s;γ—油液重度，N/m³,γ=ρg,这里油液密度取ρ=900[∆ps]s1—低开启压力时当锥阀通过公称流量时阀口压力损失的设定值（MPa），可以取[∆ps]s1=[∆则

=≈0.27(5)最大通流面积在4bar的压差时，流量为36L/min,阀口的最大通流为：A式中：Q—为公称流量,L/min；αD—为流量系数，一般取0ρ—为油液密度，取密度为900kg/m³∆P—为阀口的压力差，MPa即：A(6)阀芯的径向孔的直径根据油液的流速的要求，阀芯的径向孔的直径为：d式中：Q—为公称流量，L/min；Vaj—为阀芯径向孔处油液的流速，可以取VajZ即：d≈0.83.5.2.2单向阀的受力计算和性能计算（1）阀芯即将开始移动时所受的液压作用力FF式中：Dz—为阀座内孔的直径,mm[PKq]∗即：F（2）弹簧的刚度在高开启压力下，阀芯所受到的液压作用力：F===所以弹簧的刚度：K===0.23（N/mm）式中：∆F—为弹簧力的变化差，N；∆X—为弹簧的最大工作行程，在设计单向阀的时候，一般将锥阀阀口最大开口量δmax作为弹簧的最大工作行程，mm（3）锥阀的稳态液动力查询资料得，上流式锥阀的稳态液动力的计算公式为F式中：C—为锥阀流量系数，可以去C=0.77；Dz—为阀座的内孔直径，cmδ—为锥阀阀口通过公称流量时的阀口开口量，cm;∆p—为当锥阀阀口通过公称流量时的压力损失设定值,Mpa；α—为阀芯锥角的半角，°。对于单向阀而言，不要考虑方向性。即：F=0.77×9×0.27×0.09×sin90=1.684.液压系统的性能验算4.1压力损失的验算4.1.1起升液压系统的压力损失的验算对于起升液压系统，在驱动货叉提升负载的动作过程中，根据相关生产厂家的产品样本，起升液压系统的主要压力损失如下表4.1所示：表4.1液压元件压力损失/MPa单向阀3（CIT-04-A1）0.04液控单向阀8（A1Y-Ha10B）0.4手动换向阀6（4WMM6H50）0.05特殊流量调节阀7（VCDC-H-MF/(G1/2)）0.4即起升液压系统的进油管路的全部压力损失为：∆P=0.04+0.4+0.05+0.4=0.89即溢流阀14的调定压力为：P=所以溢流阀14的实际调定压力取为15Mpa是合适的。4.1.2倾斜液压系统的压力损失的验算对于倾斜液压系统，在驱动货叉做倾斜动作的过程中，根据相关生产厂家的产品样本，倾斜液压系统的压力损失如表4.2所示：表4.2液压元件压力损失/MPa单向阀4（DT8P1-02-05-10）0.035手动换向阀5（DMG-02-3C6-W）0.15背压阀和防气穴阀11（MH1DBN10P2-20/050M）0.05即倾斜液压系统的进油管路的全部压力损失为：∆P=0.035+0.15+0.05=0.235即溢流阀13的调定压力为P=所以溢流阀13的实际调定压力为13Mpa是合适的。4.2液压系统效率的计算液压系统的效率指的是液压执行元件的输出功率和液压动力元件的输出功率之比，即：η式中：η—液压系统的效率；pA—液压执行元件的工作压力，MPaqA—液压执行元件的最大流量,L/minpP—液压泵的输出压力,MPaqVP—液压泵的输出流量,L/即η4.3液压系统发热的计算叉车的液压系统工作时，驱动货叉动作才输出有效功率，其余功率损失全部转化为热能，从而使得油液的温度升高。查询机械设计手册的液压系统的发热功率计算公式为：P式中：Pℎr—为液压系统的发热功率，WPt—为液压系统的总输入功率，Pc—为液压系统输出的有效功率，W由上述计算得PP即P油液的温差可计算为∆T=式中：ρ—为油液的密度，取ρ=900Cp—为液压油液的比定压热容，对于普通的石油型液压油，Cp=qrv—为液压泵流失的流量，qrv=qVP−即液压系统造成的油液的温度升高可计算为：∆T==10.46(对于起升液压系统，当手动换向阀位于中位的工作状态时，货叉正在放下负载或者没有工作，这时液压泵在卸荷状态，损失的功率较小；当货叉处于提升负载的工作状态时，液压泵的流量大部分都流进液压缸，所损失的功率较小；当货叉将负载提升到顶端时，液压泵以额定流量36L/min将油液从安全阀流回油箱，造成了很大的功率损失。假设液压泵的流量90%通过安全阀流回油箱，则损失的功率：W==8100即起升液压系统造成的油液温度的升高可以计算为：∆T=上述的温度升高满足行走机械的温升范围，由于上述情况只在货叉将负载提升到顶端时才出现，所以叉车工作装置的液压系统不用设置冷却器。结论毕业设计是对大学四年里所学知识的综合运用和检验。随着毕业设计工作的进行，开始发现了许多自己以前没有掌握或不熟悉的知识点，如液压