叉车工作装置液压系统设计-毕业论文.doc

1、 1 叉车液压系统设计 班级：机设 1302 班 姓名：姜进安 学号： 201303564 2 目录 1.1 概述 . 3 1.1.1 叉车的结构及基本技术 . 3 1.2 液压系统的主要参数 . 3 1.2.1 提升缸的设计： . 3 1.2.2 系统工作压力的确定 . 4 1.2.3 液压系统原理图的拟定 . 5 1.2.3.1 起升回路的设计 . 5 1.2.3.2 倾斜装置的设计 . 7 1.2.4 提升液压缸的工况分析： . 8 1.2.5 方向控制回路的设计 . 9 1.2.6 油路设计 . 10 1.2.7 液压阀的选择 . 11 1.2.8 液压泵的设计与选择 . 12 1.2

2、.9 管路的尺寸 . 12 1.3 油箱的设计 . 13 1.3.1 系统温升验算 . 13 1.3.2 其他辅件的选择 . 13 1.4 设计经验总结 . 14 参考文献 . 14 3 叉车 液压系统设计 叉车作为一种流动式装卸搬运机械，由于具有很好的机动性和通过性，以及很强的适应性，因此适合于货种多、货量大且 必须迅速集散和周转的部门使用，成为港口码头、铁路车站和仓库货场等部门不可缺少的工具。本章以叉车工作装置液压系统设计为例，介绍叉车工作装置液压系统的设计方法及步骤，包括叉车工作装置液压系统主要参数的确定、原理图的拟定、液压元件的选择以及液压系 1.1 概述 叉车也叫叉式装卸机、叉式装卸

3、车或铲车，属于通用的起重运输机械，主要用于车站、仓库、港口和工厂等工作场所，进行成件包装货物的装卸和搬运。叉车的使用不仅可实现装卸搬运作业的机械化，减轻劳动强度，节约大量劳力，提高劳动生产力，而且能够缩短装卸、搬运、堆码的作业时间 ，加速汽车和铁路车辆的周转，提高仓库容积的利用率，减少货物破损，提高作业的安全程度。 1.1.1 叉车的结构及基本技术 按照动力装置不同，叉车可分为内燃叉车和电瓶叉车两大类；根据叉车的用途不同，分为普通叉车和特种叉车两种；根据叉车的构造特点不同，叉车又分为直叉平衡重式叉车、插腿式叉车、前移式叉车、侧面式叉车等几种。其中直叉平衡重式叉车是最常用的一种叉车。 叉车通常由

4、自行的轮式底盘和一套能垂直升降以及前后倾斜的工作装置组成。某型号叉车的结构组成及外形图如图 3-1 所示，其中货叉、叉架、门架、起升液压缸及倾斜液压缸 组成叉车的工作装置。 1.2 液压系统的主要参数 1.2.1 提升缸的设计： 为减小提升装置的液压缸行程，通过加一个动滑轮和链条（绳），对装置进行改进，如图 1 所示。 图 1 提升装置示意图 静摩擦力 Fs= G=0.2 4000 9.8=7840N 动摩擦力 Fd= G=0.1 4000 9.8=3920N 由于下降的受力小于上升的，所以惯性力 Fa=ma= =9000N 提升的最大负载 F=Fs+ Fd+ Fa+G=59960N 4 根据

5、设计条件，提升装置需承受的最大负载力为： 59960N 由于 链条固定在框架的一端，活塞杆的行程是叉车杆提升高度的一半，但同 时，所需的力变为原来的两倍 （由于所需做的功保持常值，但是位移减半，于是 负载变为原来的两倍） 。即提升液压缸的负载力为 Ft=mg=39200N 所以 2 Ft=78400 N 如果系统工作压力为 160bar，则对于差动连接的单作用液压缸，提升液压缸 的活塞杆有效作用面积为 Ar Ar= = 所以活塞杆直径为 d = 0.079 m，查标准（ 56、 63、 70、 80 系列），取 d = 0.080m。 根据液压设计手册选用 HSG 型工程液压缸，可选液压缸的型

6、号有： （ 1） HSG01-110/dE 活塞杆和活塞直径为 80/110mm/mm（速比 2），活塞 杆最大行成行程 1600mm ； （ 2） HSG01-140/dE 活塞杆和活塞直径为 80/140 mm/mm（速比 1.46），活 塞杆最大行成行程 2000mm ； （ 3） HSG01-160/dE 活塞杆和活塞直径为 80/160 mm/mm（速比 1.33），活 塞杆最大行成行程 2000mm 。 选用 (1)HSG01-140/dE，各参数为：液压缸 内经 140mm，液压杆直径 80mm， 最大工作压力为 160bar，行程为 1.5m。 因此活塞杆的有效作用面积为 Ar

7、= = =50.24 Ps= = =156bar 当工作压力在允许范围内时， 起升液压缸所需的最大流量由起升装置的最大速度决定，在由动滑轮和链条组成的系统中，起升液压缸的最大运动速度是叉车杆最大运动速度的一半， 于是提升过程中液压缸所需最大流量为： = =50.24/s=67.8L/min = =50.24=5.523/s=33.138 L/min 1.2.2 系统工作压力的 确定 系统最大压力可以确定为大约在 160bar 左右，如果考虑压力损失的话，可以再稍高一些。 5 1.2.3 液压系统原理图的拟定 在完成装卸作业的过程中，叉车液压系统的工作液压缸对输出力、运动方向以及运动速度等几个参

8、数具有一定的要求，这些要求可分别由液压系统的几种基本回路来实现，这些基本回路包括压力控制回路、方向控制回路以及速度控制回路等。所以，拟定一个叉车液压系统的原理图，就是灵活运用各种基本回路来满足货叉在装卸作业时对力和运动等方面要求的过程。 1.2.3.1 起升回路的设计 起升液压系统的作用是提起和放下 货物，因此执行元件应选择液压缸。由于起升液压缸仅在起升工作阶段承受负载，在下落过程中液压缸可在负载和液压缸活塞自重作用下自动缩回，因此可采用单作用液压缸。 如果把单作用液压缸的环形腔与活塞的另一侧连通，构成差动连接方式，则能够在提高起升速度的情况下减小液压泵的输出流量。如果忽略管路的损失，单作用液

9、压缸的无杆腔和有杆腔的压力近似相等，则液压缸的驱动力将由活塞杆的截面积决定。实现单作用液压缸的差动连接，可以通过方向控制阀在外部管路上实现，如图 1-2（ a）。为减小外部连接管路，液压缸的设计也可采用在活塞上开孔的方 式，如图 1-2（ b）所示。这种测试方法有杆腔所需要的流量就可以从无杆腔一侧获得，液压缸只需要在无杆腔外部连接一条油路，而有杆腔一侧不需要单独连接到回路中。 对于起升工作装置，举起货物时液压缸需要输出作用力，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，因此本设计实例起升回路采用单作用液压缸差动连接的方式。而且为减少管道连接，可以通过在液压缸活塞上钻孔来实现液压缸两腔

10、的连接，液压缸不必有低压出口，高压油可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来实现即可。 为了防止液压缸因重物自由下落，同时起到调速的目的，起升回路的回油路中必须设置背压元件，以防止货物和货叉由于自重而超速下落，即形成平衡回路。为实现上述设计目的，起升回路可以有三种方案，分别为采用调速阀的设计方案、采用平衡阀或液控单向阀的平衡回路设计方案以及采用特殊流量调节阀的设计方案，三种方案比较如图 1-3（ a）、图 1-3（ b）和图 1-3（ c）所示。 （ a ）管路连接方式 （ b ） 活塞上开孔方式

11、图 1 - 差动连接液压缸 6 （ a）设计方案一 （ b）设计方案二 7 （ c） 设计方案三 图 1-3 起升回路三种设计方案比较 图 1-3（ a）中设计方案之一是采用调速阀对液压缸的下落速度进行控制，该设计方案不要求液压缸外部必须连接进油和出油两条油路，只连接一条油路的单作用液压缸也可以采用这一方案。无论货物重量大小，货物下落速度在调速阀调节下基本恒定，在工作过程中无法进行实时的调节。工作间歇时，与换向阀相配合，能够将重物平衡或锁紧在某一位置，但不能长时间锁紧。在重物很轻甚至无载重时，调速阀的节流作用仍然会使系统产生很大的能量损失。 图 1-3（ b）中设计方案之二是采用平衡阀或液控单

12、向阀来 实现平衡控制，该设计方案能够保证在叉车的工作间歇，货物被长时间可靠地平衡和锁紧在某一位置。但采用平衡阀或液控单向阀的平衡回路都要求液压缸具有进油和出油两条油路，否则货叉无法在货物自重作用下实现下落，而且该设计方案无法调节货物的下落速度，因此不能够满足本设计实例的设计要求。 图 1-3（ c）中设计方案之三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孔实现差动连接的方式，该流量调节阀可以根据货 叉载重的大小自动调节起升液压缸的流量，使该流量不随叉车载重量的变化而变化，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的流量基本不变，起到压力补偿的作用。从而有效的防止因

13、系统故障而出现重物快速下落、造成人身伤亡等事故。而在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，从而避免不必要的能量损失。本设计实例采用这一设计方案限定了货叉的最大下落速度，保证了货叉下落的安全。此外，为了防止负载过大而导致油管破裂，也可在液压缸的连接管路上设置一个安全阀。 1.2.3.2 倾斜装置的设计 本设计实例倾斜装置采用两个并联的液压缸作执行元件，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来保证的，以防止叉车杆发生扭曲变形，更好地驱动叉车门架的倾斜或复位。为防止货叉和门架在复位过程中由于货物的自重而超速复位，从而导致液压缸的动作失去控制

14、或引起液压缸进油腔压力突然降低，因此在液压缸的回油管路中应设置一个背压阀。一方面可以保证倾斜液压缸在负值负载的作用下能够平稳工作，另一方面也可以防止由于进油腔压力突然降低到低于油液的空气分离压甚至饱和蒸汽压而在活塞另一侧产生气穴现象，其原理 图如图 3-4 所示。倾斜液压缸的换向也可直接采用多路阀或换向阀来实现。 8 图 1-4 倾斜回路原理图 倾斜装置所需的力取决于它到支点的距离，活塞杆与叉车体相连。因此倾斜 液压缸的尺寸取决于它的安装位置。安装位置越高，即距离支点越远，所需的力越小。 该作用力由两个双作用液压缸提供，则每个液压缸所需提供的力为 59960N。 如果工作压力为 160bar，

15、则倾斜液压缸环形面积 Aa 为： Aa= = 假设活塞直径 D=80mm，环形面积给定，则活塞杆直径可以用如下方法求出。 Aa= ) d=0.040 m 所以 活塞杆直径取 d=0.040m， 则环形面积为： 倾斜机构所需最大压力为： p= bar 而液压缸工作压力为 160bar，因此有足够的余量。 综上，两个倾斜液缸选用 HSG 型工程液压缸，选用型号为 HSG01-80/dE， 参数为：液压缸径 80mm，液压杆直径 40mm，速比 1.33，行程为 1000mm。 1.2.4 提升液压缸的工况分析： 根据前边的设计参数知： 加减速时间 t 都为 0.2s；起升速度 v1=0.45m/s

16、； 快速下降最高速度 v2=0.22m/s; 提升油缸行程： L=1.5m; 上升时： 加速度： a1=v1/t=0.45/0.2=2.25m/s2 加速行程： L1= at2= 2.25 0.22=0.045m 下降时： 加速度： a2=v2/t=0.22/0.2=1.1m/s2 减速行程： L4 = at2= 1.1 0.22=0.022m 9 工况 计算式 工作行程 /m 工进加速 L 1 = at20 . 0 4 5 工进匀速 L 2 =L - L 1 1 . 4 5 5 工进减速 L 3 = at20 . 0 4 5 快退匀速 L 4 =L - L 5 1 . 4 7 8 快退减速

17、L 5= at20 . 0 2 2 工况 负载组成 负载力 加速上升 F = F s + F d + F a + G 5 9 9 6 0 N 匀速上升 F = F s + F d + G 5 0 9 6 0 N 减速上升 F= G - Fs - Fd - F a 1 8 4 4 0 N 匀速下降 F= G - Fs - Fd 2 7 4 4 0 N 1.2.5 方向控制回路的设计 行走机械液压系统中，如果有多个执行元件，通常采用中位卸荷的多路换向阀（中路通）控制多个执行元件的动 作，也可以采用多个普通三位四通手动换向阀，分别对系统的多个工作装置进行方向控制。本设计实例可以采用两个多路阀加旁通阀

18、的控制方式分别控制起升液压缸和倾斜液压缸的动作，其原理图如图1-5 所示，也可以采用两个普通的三位四通手动换向阀分别控制起升液压缸和倾斜液压缸的动作，如图 1-6 所示。本设计实例叉车工作装置液压系统拟采用普通的三位四通手动换向阀控制方式，用于控制起升和倾斜装置的两个方向控制阀均可选用标准的四通滑阀。 应注意的是，如果起升回路中平衡回路采用前述设计方案三流量调节阀设计方案，则起升液压缸只需要一条连接 管路，换向阀两个连接执行元件的油口 A口和 B 口只需要用到其中一个即可。如果用到 A 口，则应注意 B 口应该与油箱相连，而不应堵塞。这样，当叉车杆处于下降工作状态时，可以令液压泵卸荷，而单作用

19、起升液压缸下腔的液压油可通过手动换向阀直接流回油箱，有利于系统效率的提高。同时为了防止油液倒流或避免各个回路之间流量相互影响，应在每个进油路上增加一个单向阀。 另外，还应注意采用普通换向阀实现的换向控制方式还与液压油源的供油方式有关，如果采用单泵供油方式，则无法采用几个普通换向阀结合来进行换向控制的方式，因为只要其中一个换向阀处 于中位，则液压泵卸荷，无法驱动其它工作装置。 10 图 1-5 多路换向阀控制方式 图 1-6 普通换向阀控制方式 1.2.6 油路设计 对于提升工作装置，单作用液压缸就能够满足工作要求，因为叉车体的重量能使叉车杆自动回到底部。液压缸不必有低压出口，高压油可同时充满活塞环形面和另一面（构成差动缸），由于活塞两侧面积的不同而产生提升力。为减少管道连接，可以通过在活塞上面钻孔实现液压缸两侧的连接。倾斜装置通常采用两个液压缸驱动，以防止叉车杆发生扭曲变形。