1、-_3 吨叉车的液压系统设计摘 要：随着工业的发展，叉车的使用越来越普遍。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。本课题主要是介绍叉车液压系统设计。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统性能验算等。关键词：叉车；电液控制；液压元件3 Ton Forklift Truck Hydraulic System Des
2、ignAbstract：With he development of industry, forklift is used more and more widely. The use of forklift trucks can be realized not only the mechanization of loading and unloading operations, reduce labor intensity, save a lot of labor, improve labor productivity, and can shorten the operating time o
3、f loading and unloading, handling, stacking, and accelerate the turnover of the automotive and railway vehicles, improve the utilization of warehouse volumerate and reduce the damaged goods, improve the degree of job security.The main subject is to introduce the forklift hydraulic system design. Thi
4、s chapter, for example, describes the forklift hydraulic system design methods and procedures, including the forklift hydraulic system to determine the parameters forklift hydraulic system design, the formulation of the schematic, select hydraulic components and hydraulic system performance checking
5、Key words: Forklift; Electro-hydraulic control; Hydraulic components1 前言1.1 课题背景叉车最先出现在上世纪 20 年代，由工作装置完成垂直方向作业，由车轮行驶系-_统完成水平方向作业，是室内搬运的首选工具。目前欧美发达国家和日本的电动叉车的产量已经占有了国际上 80%以上的市场。目前，科技先进的国家已经广泛采用负荷传感，变量系统，并利用先导控制技术实现了液压系统的高效节能和远程控制等。但传统叉车的液压系统仍采用定量泵，使得整机流量大、压力高，引起了系统油温过高，液压元件泄露，所以可靠性差。与此同时其制动节能，转向动力提高
6、等方面也都已经不能满足要求，所以叉车行业也正面临着改革与创新。我国的机械制造行业起步较晚，原有的基础比较薄弱，与工业先进国家相比，差距不小。国内生产叉车的技术更是比国外落后很多，如何提高叉车技术是我们大家共同努力的目标。为此，本文主要进行叉车的设计计算，重点在于液压系统设计计算，已经完成了油箱、动力元件、控制元件、执行元件以及各种液压元器件的选型和设计、校核等，将液压系统各部分组成按流程逐步设计后，以此为依据，设计了液压系统布置图。本设计还将论述设计方案的合理性，以合力叉车为原型集中研究现今国内叉车技术发展的实际情况，学习叉车总体设计结合所学汽车、机械和液压知识，将其融会贯通，力求设计能够达到
7、技术上的创新同时又能兼顾经济性 1。1.2 叉车发展概况随着社会化生产的发展与进步，劳动力与机械的专业分工也越来越细，各种专业设备的配套与衔接，使得整个物流系统运作井然有序，效率得到成倍提高。而叉车作为装卸搬运车辆的一种，因为具有能量转换效率高、噪声小、无废气排放、控制方便等优点而成为室内搬运的首选工具。为了作业方便，通常工作装置放在叉车的前方，其主要工作属具是货叉，叉车由此得名。叉车主要用于成件货物的装卸，实现了装卸作业的机械化。现阶段电动叉车在车体、门架、液压系统以及底盘技术方面与传统叉车相比均取得了一定成就。车体一般 5mm 以上钢板制成，无大梁车体强度高，可承受重载此外流线型设计也将叉
8、车的护顶架，车身，配重及其各种装饰融为一体。宽视野的两节或三节型门架，起升高度在 2-6m。目前门架下降还采用负载势能回收的原理，实现门架下降的无级调速。将势能转化为电能对蓄电池充电，从而达到节能的目的。新型液压系统采用了负荷传感、变量系统、先导控制技术等实现了液压系统的高效节能和远程控制，系统油温显著降低，整机性能先进，操作舒适，安全可靠。由单独电机驱动的油泵又能为门架工作系统的提升和倾斜机构提供液压动力。同时在工作装置回路上增设了单向阀，作用是当油泵侧压力比工作油缸侧压力低的情况下换向时油液不会倒流。目前国外品牌叉车还采用液压脉冲控制技术，可自动平衡电机速度与-_用油量，电源利用率高，无电
9、压峰值，噪声低，液压元件磨损低，大大提高了整车的可靠性，节能性和使用寿命。随着电子技术渐渐融入机械制造技术，电动叉车要求能够实现高效、节能、环保、安全及智能化。各种新方案的推出让电动叉车在性能、结构方面取得了长足进步，配置也变得更优化 3。1.3 叉车的液压系统叉车液压系统是叉车的重要组成部分，其工作装置、助力转向系统甚至行走传动系统等都需要由液压系统驱动完成。因此，叉车液压系统的质量优劣直接影响着叉车的性能。某型号叉车工作装置的液压系统原理图如图 1 所示，该液压系统有起升液压缸4、倾斜液压缸 9 和属具液压缸 10 三个执行元件，由定量泵 6 供油，多路换向阀（属具滑阀 1、起升液压缸滑阀
10、 7、倾斜液压缸滑阀 8）控制各执行元件的动作，单向节流阀 3 调节起升和属具动作速度，从而驱动工作装置完成相应的工作任务。1-属具滑阀 2-分配阀 3-单向节流阀 4-起升液压缸 5-安全阀 6-液压泵 7-起升液压缸滑阀 8-倾斜液压缸滑阀 9-倾斜液压缸 10-属具液压缸图 1 工作装置液压系统Fig 1 Implement hydraulic system由于叉车原动机（内燃机和电动机）的转速高，扭矩小，而叉车的行驶速度较低，驱动轮的扭矩较大，因此在原动机和驱动轮之间必须有起减速增矩作用的传动装置，当叉车在不同载荷和不同作业条件下工作时，传动装置必须要保证叉车具有良好的牵引性能。对于内
11、燃叉车，由于内燃机不能反转，叉车要想倒退行驶，必须依靠传动装-_置来实现。叉车的传动装置有机械式、液力式、液压式和电动机械式几种。机械式传动只能具有有限数目的传动比，因此只能实现有级变速。液力传动效率较机械式低，液压传动能够使传动系大大简化，取消机械式和液力式传动中的传动轴和差速器。某型号叉车行走驱动液压系统的原理图如图 2 所示，该液压系统由变量主液压泵1 供油，执行元件为液压马达 7，主液压泵的吸油和供油路与液压马达的排油和进油路相连，形成闭式回路。双向安全阀 5 保证液压回路双向工作的安全，梭阀 6 和换油溢流阀 8 使低压的热油排回油箱，辅助液压泵 2 把油箱中经过冷却的液压油补充到系
12、统中，起到补充系统泄漏和换油的作用，溢流阀 4 限定补油压力，单向阀 3 保证补油到低压油路中。1- 主泵 2-辅助液压泵 3-补换油溢流阀 4-单向阀 5-双向安全阀 6-梭阀 7-液压马达 8-换油溢流图 2 行走驱动液压系统Fig 2 Travel drive hydraulic system叉车作业时转向频繁，转弯半径小，有时需要原地转向。叉车空载时，转向桥负荷约占车重的 60%。为了减轻驾驶员的劳动强度，现在起重量 2 吨以上的叉车多采用助力转向液压助力转向或全液压转向。液压助力转向操作轻便，动作迅速，有利于提高叉车的作业效率，油液还可以缓冲地面对转向的冲击。某叉车液压助力转向系统原
13、理图如图 3 所示，该转向液压系统和叉车工作装置液压系统属各自独立的液压系统，分别由单独的液压泵供油。系统中流量调节阀 2 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 1.5 倍。随动阀 3 与普通的三位四通换向阀基本相同，只不过该阀的阀体与转向液压缸缸筒连接为一体，随液压缸缸筒的动作而动作。叉车直线行驶时，方向盘处于中间位置，随动阀 3 的阀芯也处于中间位置，转向液压缸 4 不动作，叉车直线行驶。当叉车转弯时，驾驶员转动方向盘，联动机构带动随动阀 4 的阀芯动作，使转向液压缸的两腔分别与液压泵或油箱连通，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
14、距离与阀芯的移动距离相同时，阀芯复位，转向停止。-_1-液压泵 2-调速阀 3-随动阀 4-转向液压缸 5-滤油器6-单向阀 7-安全阀 8-油箱图 3 叉车助力转向液压系统Fig 3 Forklift hydraulic power steering system叉车液压系统的设计要能够保证叉车正常安全地完成工作任务，对液压系统的工作要求包括：（1）超载保护，多路换向阀壳体无裂纹、渗漏；工作性能应良好可靠；安全阀动作灵敏，在超载 25%时应能全开，调整螺栓的螺帽应齐全坚固。操作手柄定位准确、可靠，不得因震动而变位。叉车在装卸运输作业时不允许货物的重量大于叉车本身的重量。在叉车试验项目中，有一
15、项是允许叉车以 110%的起重量载荷进行联合操作，即一边起升载荷一边向前运行，以检验叉车各部件的协调性和动作的可能性，此时发动机的功率、转速应达到额定的参数，液压系统应能够承压、无渗油。对超载起升保护的性能检验是以 125%的起重量载荷进行起升动作。此时，液压系统中应设置相应的超载保护装置，例如多路换向阀中安全阀。超载时，虽然多路换向阀阀杆动作，但货叉和 125%起重量载荷不得离开地面或离开地面不超过 300mm，即叉车应呈现出起升速度下降或起升动作失灵。（2）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，下降速度过大是危险的，因此叉车液压系统中应设置下降限速阀
16、，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，起升在一定高度的载荷不会和货叉一起突然落下，损伤货物或伤人。（3）液压系统管路接头牢靠、无渗漏，与其它机件不磨碰，橡胶软管不得有老化、变质、腐蚀等现象。（4）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爬行、停滞和明显的冲动现象。-_（5）其它为节省叉车携带电动机，减少叉车附属设备，从而减小液压系统的整体尺寸，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。为适应叉车有可能工作在具有粉尘和沙粒的厂房环境中，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定在合适的范围内，叉车的
17、工作环境温度一般为-1045C。1.3.1 本设计要求及技术参数（1）起升装置液压系统技术参数本设计实例所设计的叉车主要用于工厂中作业，要求能够提升 5000kg 的重物，最大垂直提升高度为 2m，叉车杆和导轨的重量约为 200kg，在任意载荷下，叉车杆最大上升（下降）速度不超过 0.2m/s，要求叉车杆上升（下降）速度可调，以实现叉车杆的缓慢移动，并且具有良好的位置控制功能。要求对叉车杆具有锁紧功能，无论在多大载荷作用下，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位置。叉车杆在上升过程中，当液压系统出现故障时，要求安全保护装置能够
18、使负载安全下降。本设计实例所设计叉车工作装置中叉车杆起升装置示意图如图 4 所示，由起升液压缸驱动货叉沿支架上下运动，从而提升和放下货物 4。图 4 起升装置Fig 4 Lifting device2 液压元件2.1 液压阀块简介油路块的结构油路块是一块较厚的液压元件安装板，用螺钉将板式液压元件安装在油路板的正面或者各个侧面（保持底面或某一个面为安装固定面） ，在正面对应的孔与液压阀的各孔相通，各孔间按照液压系统原理图的通路要求，在油路板内部钻纵、-_横孔道，在孔口开有螺纹，安装管接头用以接管。为避免孔道过长、过多而不便于加工，在一块油路板上安装元件的数量一般不超过 10-12 个。油路板边长
19、不宜大于400mm。油路板内部孔道数量较多且又互相交叉时，为了便于设计和制造，减少工艺孔，可将油 路板的厚度分为三层，第一层为泄露油和控制油孔的通道（ L 层） ，其孔径较小；第二层为压力油孔通道（ P 层） ；第三层为回油孔通道（ O 层） 。如果元件数量并不多，尽可能将压力油孔通道和回油孔通道布置在同一层内，以减小油路板的厚度。把液压元件分别固定在几块集成块上，再把各集成块按设计规律装配成一个液压集成回路，这种方式与油路板比较，标准化、系列化程度高，互换性能好，维修、拆装方便，元件更换容易；集成块可进行专业化生产，其质量好、性能可靠而且设计生产周期短。使用近年来在液压油路板和集成块基础上发
20、展起来的新型液压元件叠加阀组成回路也有其独特的优点，它不需要另外的连接件，由叠加阀直接叠加而成。其结构更为紧凑，体积更小，重量更轻，无管件连接，从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪声。本次设计采用系统由集成块组成，由于本液压系统的压力比较大，所以调压阀选择 DB/DBW 型直动溢流阀，而换向阀等以及其他的阀采用广州机床研究所的 GE 系列阀。2.2 集成块的设计步骤（1）制作液压元件样板。根据产品样本，对照实物绘制液压元件顶视图轮廓尺寸，虚线绘出液压元件底面各油口位置的尺寸，按照轮廓线剪下来，便是液压元件样板。若产品样本与实物有出入，则以实物为准。若产品样本中的液压元件配有底板，则样板可
21、按底板提供的尺寸来制作。若没有底板，则要注意，有的样本提供的是元件的俯视图，做样板时应把产品样本中的图翻成 180。（2）决定通道的孔径。集成块上的公用通道，即压力油孔 P回油孔 T泄露孔L 及四个安装孔。压力油孔由液压泵流量决定，回油孔一般不小于压力油孔。直接与液压元件连接的液压油孔由选定的液压元件规格确定。孔与孔之间的连接孔用螺塞在集成块表面堵死。与液压油管连接的液压油孔可采用米制细牙螺纹或英制管螺纹。（3）集成块上液压元件的布置。把制做好的液压元件样板放在集成块各视图上进行布局，有的液压元件需要连接板，则样板应以连接板为准。电磁阀应布置在集成块的前后面上，要避免电磁阀两端的电磁铁与其它部
22、分进行相碰。液压元件的布置应以在集成块上加工的孔最少为好。孔道相通的液压元件尽可能布置在同一水平面，或在直径 d 的范围内，否则要钻垂直中间油孔，不通孔之间的最小壁厚 h 必须进行强-_度校核。液压元件在水平面上的孔道若与公共孔道相通，则应尽可能地布置在同一垂直位置或在直径 d 范围内，否则要钻中间孔道，集成块前后与左右连接的孔道应互相垂直，不然也要钻中间孔道。设计专用集成块时，要注意其高度应比装在其上的液压元件的最大横向尺寸大 2mm，以避免上下集成块上的液压元件相碰，影响集成块紧固。（4）集成块上液压元件布置程序。电磁换向阀布置在集成块的前面和后面，先布置垂直位置后布置水平位置，要避免电磁
23、换向阀的固定螺孔与阀口通道集成块固定螺孔相通。液压元件泄露孔可考虑与回油孔合并。水平位置孔道可分三层进行布置。根据水平孔道布置的需要，液压元件可以上下左右移动一段距离。溢流阀的先导部分可伸出集成块外，有的元件如单向阀，可以横向布置。（5）集成块零件图的绘制。集成块的六个面都是加工面，其中有三个面要装液压元件，一个侧面引出管道。块内孔道纵横交错，层次多，需要由多个视图和 2-3 个剖视图才能表达清楚。孔系的位置精度要求较高，因此尺寸公差及表面粗糙度应标注清楚，技术要求也应予说明。集成块的视图比较复杂，视图应尽可能少用虚线表达。为了便于检查和装配集成块，应把单向集成回路图和集成块上液压元件布置图绘
24、在旁边。而且应将各孔道编上号，列表说明各个孔的尺寸深度以及与哪些孔相交等情况。图5 油路块Fig 5 Manifold3 液压系统设计计算 93.1 液压系统设计概述-_此处省略 NNNNNNNNNNNN 字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩3.2 液压系统设计前文已经对液压系统设计进行了概述，为了更进一步学习和研究，本节将直观讲述液压原理图、工作线路图、零部件图等相关图示并进行相关计算。主要任务包括：负载分析；系统参数分析（包括泵和电机参数的选取和设计计算） ；元件选择；以及验算液压系统性能， （压力损失验算）等。
25、3.2.1 原理图液压系统设计说明：（1）油箱：选择开式油箱。（2）液压泵：工作油泵采用齿轮泵，型号分别为 CB-F18C-FL。（3）工作电机： Z4-112-4。（4）起升油缸：选择单作用柱塞式液压缸。（5）倾斜油缸：选择双作用活塞式液压缸。（6）液压控制阀：选用多路换向阀 ZFS-L10C-YT-O。（7）流量控制：设计单向限速阀。（8）液压辅件设计：过滤器设计，空气滤清器设计，各种仪表选择密封件的选型等，液压油及压力损失计算。液压系统回路的工作线路主要分两路进行，详见框图：图 6 液压系统回路的工作线路Figure 6 Circuit of hydraulic system lines
26、为了说明液压系统回路，下面插图表示加深对液压系统的认识， （液压系统原图、液-_压系统工作线路图）图 7 液压系统示意简图Figure 7 Hydraulic system of schematic diagram3.2.2 起升油缸最大工作压力及流量压力为 100/ 2；流量为 25.8L/min3.2.3 求液压系统最大压力换向阀要求最大压力 100/ 2，参照同类同规格产品，P 1选 100/ 2。3.2.4 液压泵站及液压泵的规格及选用液压泵站是液压系统的重要组成部分，它向液压系统提供一定的压力和流量的工作介质。在液压泵站上安装必须的液压阀可以直接控制液压执行元件工作，本课题布置采用非上置卧式，即油泵及电机单独安装在专用平台上，即采用机座带底脚、端盖上无凸缘结构，电动机水平放置，安装处可加弹性防振垫。（1）液压泵的最大工作压力据公式+ (1)pP1
