毕业设计（论文）-堆高机液压系统设计（含全套CAD图纸）.doc

华中科大论文摘要3Abstract3第一章绪论411课题研究的背景及意义4111课题研究的背景4112课题研究的意义512堆高机国内外研究现状及发展趋势5121国外集装箱堆高机的研究现状5122国内集装箱堆高机的研究现状6123堆高机制动系统的研究现状713本文研究的主要内容7131项目课题简介7132主要研究工作8第二章 堆高机整体结构分析921堆高机的组成及功用9211机械系统9第三章 液压系统的组成173.1门架升降、摇摆系统液压回路183.2吊具系统液压回路193.3转向系统液压回路203.4制动系统液压回路213.5 堆高机制动工况对液压系统的要求223.6本章小结23第四章 堆高机制动液压系统设计244.1堆高机制动液压系统原理244.1.1制动液压系统介绍24412充液过程26413制动过程28414液压制动系统的特点294.2 本章小结30第五章 基本液压元件的选择与计算315.1油泵和电机选择315.1.1泵的额定流量和额定压力315.1.2 电机功率的确定325.1.3 连轴器的选用345.2 控制阀的选用355.2.1 压力控制阀355.2.2 流量控制阀365.2.3 方向控制阀365.3 管路，过滤器，其他辅助元件的选择计算375.3.1 管路375.3.2 过滤器的选择385.3.3 辅件的选择395.3.3.1 温度计的选择395.4 液压元件的连接405.4.1 液压装置的总体布置405.4.2液压元件的连接40结论41致谢42参考文献43全套CAD图纸设计，联系 153893706摘要集装箱空箱堆高机是港口、堆场常用的一种物流搬运设备，其工作时空间狭窄，需要频繁的起动、转向、制动，因此整车需要具备安全有效的制动系统。目前全液压制动系统代表着堆高机制动系统研究和应用的方向。液压制动系统是影响堆高机整机性能的关键技术之一，本文对集装箱空箱堆高机制动系统的性能进行了理论分析和实验研究。首先介绍了堆高机的机械机构、液压原理及电气控制。接着对比分析了国内外知名品牌堆高机SDCY90与DCESJJ动系统异同，并重点分析了两者的性价比。关键词：堆高机，液压系统AbstractEmpty Container Handler is a logistics handling equipment used in harbor and storage yardBecause of the narrow work space，frequently starting，steering，braking，the vehicle need to equip a safe and effective braking systemHydraulic brake system currently represents the Empty Container Handler brake system research and application directionHydraulic brake system is one of the key technologies affect the whole Empty Container Handler performanceTheoretical analysis and experimental study of the Empty Container Handler hydraulic brake system performance is made in this paperFirst introduced Empty Container Handler of mechanical machines，hydraulic pressure principle，electrical control；then compared the SDCY90 and DCE Empty Container Handler on brake system similaritiesand differences，and focused analysis of both costeffective.Key Words：Empty Container Handler hydraulic第一章绪论11课题研究的背景及意义111课题研究的背景集装箱空箱堆高机，英文名Empty container handling trucks或Empty container handler，有人直译为集装箱空箱作业叉车。目前叉车按动力方式分为内燃叉车和电动叉车，按叉车类型可分为通用叉车系列、集装箱叉车系列、蓄电池叉车系列和特种叉车系列等，而集装箱叉车系列分为集装箱空箱作业叉车、集装箱重箱作业叉车和进箱作业叉车，集装箱空箱堆高机是在通用叉车的基础上逐步发展起来的。国外叉车发展较早，从美国克拉克公司于1932年向市场提供第一台叉车起，至今已有70年历史。进入上世纪90年代以来，全世界大约有250多家叉车生产企业，主要的国家有德国、日本、美国、保加利亚和瑞典。亚洲则主要有日本、韩国和中国。1990年世界叉车产量达N558万台、美国34万台、瑞典11万台、波兰8000台、捷克7000台；在亚洲日本16万台、韩国27万台、中国16万台。从1990-2001年全球叉车的年总规模在55-60万台。世界叉车市场上电动叉车呈上升趋势，内燃叉车略有下降，这与全球重视环保的因素有关。目前，国内外对内燃叉车正在推行环境治理，如采用欧I、欧II标准。近几年日本叉车市场上电动叉车、汽油叉车的销售量大约各占三分之一，欧洲国家电动叉车所占比例达到50左右。由于竞争的加剧，同20世纪80年代相比，上世纪90年代以来世界叉车工业出现了销售额增长、盈利减少的反常现象，为了改变这种状况，叉车巨头纷纷在中国建厂，以便降低成本，维持盈利。国际上专业化生产集装箱叉车的厂家主要有瑞典的卡尔玛(Kalmar)、意大利的范特斯(Fantuzzi)、德国的林德(Linde)、瑞典的SMV、意大利的CVS、芬兰的SISU和美国的海斯特(Hyster)等。我国叉车工业起步于20世纪50年代末，自1985年大连叉车总厂生产了第一台仿苏叉车后，从7年代后期到80年代中期，全行业组织了二次联合设计，各叉车生产厂纷纷引进国外先进技术。目前国内全行业生产叉车产品的主要企业57家(包括独资、合资的10家企业)，他们是：林德厦门叉车有限公司、安徽TCM叉车有限公司、大宇重工烟台有限公司、上海海斯特叉车制造有限公司、上海力至优叉车制造有限公司和衡阳大杨叉车制造有限公司等，按照小行业分，属于内燃叉车的主要生产企业32家；属于电动车辆的主要生产企业12家；属于轻小型搬运车辆主要生产企业13家。近年来，原制造内燃叉车的生产企业同时生产电动车辆和轻小搬运车辆，原电动车辆生产企业也生产内燃叉车和轻小搬运车辆，因此，小行业的划分也是相对的。现国内专业化生产集装箱堆高机的厂家主要有三一重工股份有限公司、大连叉车总厂、安徽合力股份有限公司和衡阳三创工程机械有限公司。三一重工自主研制了全液压的SDC90K8、SDC90K7和液力SDCY90K8、SDCY90K7两类品种多种系列堆高机。-112课题研究的意义集装箱空箱堆高机是港口、堆场常用的一种物流搬运设备，其工作时空间狭窄，需频繁的起动、转向、制动，因此整车需要具备安全有效的制动系统，而且堆高机的制动性能直接影响到其堆箱的效率。目前全液压制动系统代表着堆高机制动系统研究和应用的方向，液压制动系统也是影响堆高机整机性能的关键技术之一，因此对集装箱空箱堆高机制动系统的性能进行了理论分析和实验研究具有积极的意义。12堆高机国内外研究现状及发展趋势121国外集装箱堆高机的研究现状1产品的系列化与多样化系列化是叉车发展的重要趋势。国外著名大公司逐步实现其产品系列化，形成了微型到特大型不同规格的产品。与此同时，产品更新换代的周期明显缩短。各叉车公司皆以产品种类、系列的多样化去充分适应不同用户、不同工作对象和不同工作环境的需要。并不断推出新结构新车型，以多品种小批量满足用户的个性要求。内燃叉车以柴油发动机为动力，功率强劲，使用范围广，缺点是排气和噪声污染环境，有害人类健康；电动叉车具有能量转换效率高、无废气排放、噪声小等突出优点，是室内物料搬运的首选工具，但其受蓄电池容量限制，功率小，作，业时间短。未来叉车将广泛采用电子燃烧喷射和共轨技术。发动机尾气催化、净化技术的发展将有害气体和微粒的排放。LPG、CNG等燃料叉车及混合动力叉车将进一步发展。2节能和机电液一体化高新技术应用微电子技术、传感技术、信息处理技术的发展和应用，对提高叉车作业整体水平，实现复合功能，以及保证整机及系统的安全性、控制性和自动化水平的作用将更加明显，使电子与机械、电子与液压的结合更加密切。未来叉车的发展在于电子技术的应用水平3运用人机工程学原理，追求操纵舒适性各叉车公司不断优化改进叉车人机界面，使操纵简便省力、迅速准确，充分发挥人机效能。例如，配备醒目的数字化仪表、报警装置，实现工况的在线监控；采用浮动驾驶室(可移动、升降)，使操作者获得全方位视野，以集中手柄控制替代多个手柄控制，电控替代手控；以及逐渐将电子监测器和高度显示器作为高升程叉车的标准配置。4工业造型设计近年来各大企业皆推出了外观造型令人瞩目的新车型，体现了叉车造型轿车化的发展趋势。流线型、大圆弧过渡加之明快的色彩搭配。随之计算机技术的发展，虚拟样机设计、三维实体造型、快速成型等先进设计手段和先进制造技术的运用，叉车造型将越来越具有新意和特色。122国内集装箱堆高机的研究现状国内生产叉车厂家的技术来源最初是由北京起重运输机械研究所提供的统一图纸，包括合力叉车、大连叉车和杭州叉车等。从上世纪90年代起一些骨干企业开始引进国外先进的产品技术和制造技术，大大提高了产品技术水平和产品质量。本世纪初，三一重工在广泛研究国内外同类产品先进技术及发展趋势的基础上，应市场和用户需求，自主创新、自主研制的SDC90系列集装箱空箱堆高机全面推向市场。SDC90系列集装箱空箱堆高机博采众长，吸收国内外先进技术，应用科学设计手段，整机优化设计。具有卓越的整机性能，高可靠性，高档配置，先进的电液控制系统，完备的安全保护系统，舒适的驾驶环境及方便的操作系统；且具有多项专利技术，整机性能达到和超越先进产品技术水平。综上所述，目前国内叉车产品多以引进技术为主，三一重工和合力叉车的综合技术水平在国内处于领先地位，杭州叉车其次。123堆高机制动系统的研究现状集装箱堆高机整车行走一般为前桥驱动，后桥转向。堆高机门架重心较高，尤其是满载行驶时，对制动提出了更高的要求，通常用纵向稳定性这一指标来评价。堆高机满载行驶时的纵向稳定性工况是指堆高机门架后倾，满载并使集装箱底面高出地面45m，在平道上以全速行驶突然制动，堆高机受到惯性力和重力作用的工况。这是一个动态稳定性问题，一般的研究方法因在平台上只能进行静态试验，所以采用增大平台倾角的办法把一个惯性力作用问题，简化为重力问题处理。为保证制动的可靠性，堆高机的行车制动一般具有独立的制动系统，因此行走制动十分可靠，并且使用寿命长。13本文研究的主要内容131项目课题简介三一重工自主研发的SDC90系列堆高机是目前国内技术水平最先进、市场占有率第一位的高性能品牌堆高机。自2007年在产品研发的早期就如何改善堆高机的制动系统冲击问题，经过辛勤工作努力探索，也极大的提升了堆高机制动性能。本项目的研究方向就是对制动系统的性能作进一步深入的研究和探讨。132主要研究工作本文主要研究的是集装箱空箱堆高机液压制动系统制动的数学模型，以及依据数学模型和制动原理的仿真分析，最后根据实验结果对制动性能做进一步分析和验证。在液压传递过程中，当有动作启动、停止时系统或多或少都有一定的液压冲击，这主要产生于油泵液压油的突然输出、终止；控制阀的突然中断；油缸的到位和启动等因素。产生的冲击不但对整机的结构件造成损害，还将影响整机的性能，严重时还将产生事故，因此研究相关液压制动系统性能对提升产品品质是一件非常有意义的事。现在对相关液压冲击的研究方法很多，通过搭建系统模型进行仿真研究目前是一种很流行也很有效的方法。通过仿真研究能快速的搭建研究模型，既减少成本也节约时间，并且能完成很多在现实中无法现场进行的实验研究，而其实验结果也往往是真实现场研究的客观反映，具有很强的设计参考价值。第二章 堆高机整体结构分析21堆高机的组成及功用211机械系统堆高机是通过吊具旋锁锁住集装箱；举升油缸的活塞杆的伸缩带动链条使集装箱沿着门架上下移动；摇摆油缸的伸缩，实现门架前倾后仰；通过柴油发动机输出动力，使整车行驶，从而实现集装箱空箱堆垛作业或场内运输的工业搬运功能。堆高机工作原理如图21所示。图2.11堆高机工作原理图堆高机以柴油发动机作为动力装置通过变速箱和驱动桥的动力传递、电气系统的控制实现车辆的行驶和吊具、门架等的工作，通过操作手的控制从而实现集装箱空箱的堆垛和搬运作业。堆高机的主要运行动作有吊具升降、门架摇摆、吊具伸缩、吊具侧移、后桥转向和整车行驶。主要由动力传动系统、转向系统、车架系统、门架系统、吊具系统、驾驶室及操纵系统、空调系统、润滑系统、电气系统及液压系统等组成。1动力系统动力传动系统是堆高机动力来源，其主要功能是为整车驱动、制动及为其它工作系统的提供动力来源。堆高机动力传动系统由发动机、动力换档变速箱(包括液力变矩器)、传动轴、驱动桥、轮胎等几部分组成，如图22所示。发动机通过液力变矩器驱动三档变速箱。变速箱除了提供行驶档位控制功能外还能为液压系统提供取力口，变速箱的离合、换档功能主要通过控制多个电磁阀实现。变速箱的动力通过传动轴传到驱动桥，驱动桥采用双减速差速式重载型，带行星式轮边减速器和多片湿式制动器，多片湿式制动器用于行车制动。差速器输入端装有盘式制动器，用于驻车制动和紧急制动。堆高机采用液力传动技术，其动力传动路线是：发动机一变矩器变速箱一传动轴一驱动桥一轮胎。1发动机 2变矩器一变速箱 3传动轴 4驱动桥 5轮胎图22动力传动系统图(1)发动机发动机是整个设备动力源，因此配备一台功率强大、技术先进、质量可靠、匹配合理的发动机对整台设备至关重要。三一堆高机动力装置采用柴油发动机，主要给液压系统和行走系统提供动力。该装置由进气系统、排气系统、燃油系统、冷却系统、电气系统、发动机本体和发动机支撑等部分组成。(2)变矩器一变速箱变矩器起柔性传递力矩，并增加力矩的作用，位于发动机和变速箱之间。变速箱的作用是传递行车驱动力矩，并提供档位控制以变换行车速度和方向。SDCY系列堆高机变速箱采用美国DANA Clark带液力变矩器的动力换档变速箱，由液力变矩器和变速箱组成。变矩器由泵轮、导轮和涡轮组成，泵轮通过变矩器输入轴上的柔性盘与发动机相连，输入动力，泵轮是变矩器的主动部件，驱动传动液运动；涡轮在传动液的驱动下转动，涡轮安装在变矩器的输出轴上，将动力输入到变速箱中；导轮的作用是改变变矩器中传动液运动方向，增大输出力矩。变速箱有两个取力口，给液压系统提供动力。变速箱具有三个前进档和三个后退档，有自动手动两种换档方式，并装有前进倒退防逆转装置并可根据设备行驶状况自动调整档位。(3)传动轴传动轴在变速箱和驱动桥之间，采用万向传动轴相连，变速箱输出轴输出功率通过传动轴传递给驱动桥，以便使整机前进和后退。(4)驱动桥驱动桥用于前轮驱动，空载时，驱动桥约承受整机重量的50，吊重时，驱动桥必须承受整机重量(包括吊重)的85-90，极限情况可达100，因此驱动桥需要有足够大的动载、静载承受能力。如图24所示是一种采用了德国生产的Kessler重型驱动桥的堆高机。它由主减速器、差速器、半轴、轮边减速器、盘式行车制动器、驻车制动器和壳体等组成。其详细技术参数如表21。1、2主减速器和差速器 3驻车制动器 4半轴(壳体内) 5行车制动器6轮边减速器图23驱动桥表21驱动桥相关参数a主减速器主减速器位于驱动桥的输入端，由一对轴线垂直的伞齿轮组成，它的作用是将输入动力传递给半轴(右半轴)并降低转速增大驱动力矩。b差速器位于驱动桥中部，由四个差速伞齿轮和两个装在左右半轴上的伞齿轮组成，差速齿轮装在两个半轴上伞齿轮中间，当差速齿轮在半轴上伞齿轮滚动时，左右半轴的转速不同，产生差速运动。差速器作用保证变速箱传递来的力矩传给两根半轴，同时保证左右两侧驱动轮由不同的转速转动，使驱动轮相对地面的运动接近于纯滚动。C半轴半轴是差速器与轮边减速器之间的传动部件，其作用是将差速器传递的动力传递给轮边减速器。d轮边减速器轮边减速器为行星减速器，由中间齿轮，齿圈以及齿轮、齿圈间的行星齿轮组成，其作用是降低转速，增大驱动力矩。e驻车制动器驻车制动器位于驱动桥轴的输入端，为弹簧制动液压释放浮动卡钳盘式制动器，由制动盘和制动卡钳组成。当制动释放油路无压力时，制动卡钳在制动弹簧的作用下抱死制动盘，此时制动器制动，当制动释放油路有压力时，制动油通过制动卡钳内的活塞推动制动弹簧，制动卡钳松开，此时制动器不制动。此制动器用于驻车制动和紧急制动。f.行车制动器行车制动器为多片湿式制动器，由制动片和摩擦片组成。行车制动器由液压油进行控制操作，制动冷却油进行冷却。当制动油路有压力时，压力油推动活塞压紧制动片和摩擦片，此时行车制动器制动。堆高机通常整车行走为前桥驱动，且因为门架重心较高，因此需要良好的制动安全性来保证。堆高机通常带有可靠的毂式制动器，能调节制动问隙，因此行走制动十分可靠，并且使用寿命长。(5)轮胎轮辋堆高机轮胎通常采用港口专用重吊用内胎充气轮胎，其采用加厚花纹E4J，以增加耐磨性：轮辋分别为无轮辐重载轮辋，前桥4个，后桥2个，单个轮胎可承受最大静载24t，承载能力大，耐磨性好。2转向系统转向系统主要功能是实现整车行驶、工作时的方向控制。转向系统的工作原理是：当双作用油缸活塞杆向左伸出时，就会通过双向转向油缸和四连杆机构推动左后轮连杆和拉动右后轮连杆同时向左摆动，两个后轮就会同时向右转向；反之，当双作用油缸活塞杆向右伸出时，就会推动右后轮连杆和拉动左后轮连杆同时向右摆动，两个后轮就会同时向左转向。3车架系统车架系统是堆高机各部件的安装基础件，它主要起到支撑各部件的作用。堆高机车架系统由低合金钢板焊接而成，采用气体保护焊焊接，很好的保证了焊接质量。头部、尾部进行焊后机加工，保证各安装尺寸，其结构如图24所示。车架体除承受静载荷外，还要承受整车行驶时产生的动载荷，因此车架体必须满足下列要求：a满足总布置的要求；b强度高；C刚性好；d结构简单；e重心低。1车架总成 2左挡泥板 3右挡泥板 4盖板总成 5左后挡泥板总成 6右后挡泥板总成7上配重8下配重图24车架总成4门架系统门架系统主要功能是承载堆高机吊具，使之通过门架系统上升或下降，实现集装箱吊装的功能。堆高机门架系统的基本动作有升降和摇摆两种，门架系统分为两种运动形式，即一级链条式和二级链条式，两者都为内外门架结构。其基本工作原理是通过外门架与车架连接，靠油缸作用使内门架上下运动，从而带动吊具上下运动，如图25所示为门架运动简图。1内门架滑轮(内门架) 2举升油缸滑轮(外门架) 3吊具与集装箱Fl、F2举升油缸推力G1内门架重量图25门架运动简图一级链条式门架系统实现油缸、吊具的移动速度比是l：2，所费力约是2：1。通过外门架的举升油缸动作，可实现内门架的上下移动；内门架通过链轮对二级链条起作用，实现吊具的上下移动，如图25左图所示。优点：整体重量轻、机构少、结构简单；缺点：油缸细长，稳定性差。二级链条式门架系统实现油缸、内门架、吊具的移动速度比是1：2：4，所费力约是4：2：1。外门架的举升油缸通过链轮对一级链条起作用，可实现内门架的上下移动；内门架通过链轮对二级链条起作用，实现吊具的上下移动，如图25右图所示。优点：油缸短粗，稳定性好；缺点：整体重量较重、机构较多、结构较复杂。除K8型堆高机采用二级链条门架系统外，其它型号均采用一级链条门架系统，其整体重量轻，结构简单。5吊具系统吊具系统是堆高机的主要工作机构，具有取吊集装箱的作用。如图26所示。1横梁总成 2滑移架图26吊具结构简图堆高机吊具系统是通过伸缩油缸的伸缩来适应20-40英尺集装箱；通过转锁装置来完成旋锁抓取和放开集装箱的功能；通过侧移油缸促使吊具和集装箱左右移动来方便对箱和堆码。6驾驶室及操作系统驾驶室及操纵系统是操作手的工作空间及对操纵系统的操作控制。第三章 液压系统的组成堆高机液压系统分为两大部分：行走驱动液压系统和工作装置液压系统，主要功能为整车行走、转向和制动，门架、吊具等工作机构的运动传递动力来源。如图3.1所示。齿轮泵安装在液力变矩器取力口上，由发动机驱动，实现以下功能：a整车行走时的转向和制动；b吊具的侧移、伸缩、旋锁；c控制门架的上升、下降、前倾、后倾。图3.1堆商机液压系统原理图堆高机液压系统包括门架升降和摇摆系统液压回路、吊具系统液压回路、转向系统液压回路、制动系统液压回路等组成。3.1门架升降、摇摆系统液压回路门架升降、摇摆系统液压原理图如图3.2所示：由油泵1向多路阀供油，通过操作手柄，可实现门架的升降、摇摆动作，还可对吊具液压系统回路供油。(1)门架升降液压回路当往前推动手柄时，来自供油系统的压力油经换向阀后至液控手柄的Pi口，再经液控手柄的口至换向阀的P口，在电磁换向阀3和4得电的情况下，压力油进入多路阀的换向油腔，推动阀芯运动实现多路阀换向功能，此时油泵所供压力油通过多路阀、单向节流阀、单向阀至升降油缸两油腔，实现差动快速上升。图3.2门架举升，摇摆系统当往后来自供油系统的压力油经液控手柄的Pi和出口，压力油进入多路阀向油腔，推动阀芯运动实现多路阀换向功能，在电磁换向阀得电的情况下时升降油缸中的油通过单向节流阀、多路阀回到油箱， 实现门架快速下 (2)门架摇摆回路当左右来自供油系统的压力油经手柄的Pi，压力油进入多路阀的油腔，推动阀芯运动实现多路阀换向功能，此时油泵所供压力油通过多路、双平衡阀至摇摆油缸无杆腔或有杆腔，实现门架前、后倾。3.2吊具系统液压回路吊具系统液压原理图如图3.3所示：3.3吊具液压系统原理图吊具液压系统所需油源由齿轮泵提供，流量通过多路阀调节。通过操作手柄上的按钮，从而控制吊具上的电磁阀实现吊具的左右侧移、20英尺与40英尺之间转换、旋锁的开、闭。溢流阀起安全阀的作用，液压锁的作用是保证吊具在锁具关闭的位置不会打开，避免发生意外事故。3.3转向系统液压回路转向系统液压原理图如图3.4所示：液压油经齿轮泵l和优先阀6后到转向器2，提供实现转向功能的油源。转向器在转动过程中，油从其R口到转向油缸3的左腔，实现右转向；反之，实现左转向。图3.4转向系统液压原理图3.4制动系统液压回路制动回路齿轮泵的输出油液经冷却系统后连通充液阀，经单向阀后向蓄能器充油，当压力达到充液阀设定的压力后，齿轮泵将卸荷。单向阀防止蓄能器中储备的压力油在齿轮泵待速或停止运行时泄回油箱。蓄能器充有一定压力的氮气，供应急刹车用。制动液压回路包括驻车制动液压回路和行车制动液压回路，如图3.5所示。(1)驻车制动回路驻车制动电磁阀控制驻车制动器，驻车制动器为液压释放、弹簧制动式。操作驻车制动时，驻车制动电磁阀通电，蓄能器中的压力油通过电磁阀进入驻车制动器，克服弹簧作用力，将驻车制动器打开。同时，压力继电器SWl动作，发出电信号，驻车制动器指示灯熄灭，并解除电器连锁，使动力换档变速箱可挂档行车。(2)行车制动回路行车制动器为液压制动、弹簧释放式。行车制动时，脚踩行车制动阀，齿轮泵油经行车制动阀的进入行车制动器，克服弹簧力，实现行车制动，压力继电器SW3动作，发出电信号，接通行车制动指示灯。行车制动器的压力反馈给行车制动阀，操作者可以通过脚踏板直观感觉和调节行车制动力的大小。图3.5制动液压系统原理图3.5 堆高机制动工况对液压系统的要求根据以上分析可知，为了保证堆高机制动时制动系统的稳定可靠，制动液压系统需具备如下性能：1任何情况下安全制动的需要。这需要在行车时或发动机突然熄火后液压制动系统仍然具备良好的连续制动性能。在液压制动系统中蓄能器的设计需满足：发动机在停止充液时，连续踩踏制动踏板，蓄能器的刹车油仍能满足78次制动的要求，这主要涉及到蓄能器的容积和充氮压力，另外对整个回路的泄漏也提出了很高的要求2制动时液压系统快速响应的要求。在目前工程机械上制动主要存在着气体制动、气液混合制动、液压制动这三种制动形式，响应最快的是全液压制动，根据堆高机制动时的要求在lOkmh时制动距离不能大于12m，这需要液压制动系统的响应时间不能大于06s。3刹车稳定性的要求，由于整车在吊载制动时整车质量较大，巨大的惯性往往会导致刹车稳定性的减弱，也就是在刹车时整车产生晃动，这在液压系统上表现为刹车压力突变往往产生压力峰值。一旦出现这些情况极易导致整车倾翻，故在制动时液压制动系统需要制动压力平稳没有剧烈波动。3.6本章小结本章首先对集装箱空箱堆高机的机电液各系统进行了详细的分析，包括机械系统的整机功能概述、动力行驶系统、转向系统、车架系统、车架系统、吊具系统、驾驶室与操纵系统；液压系统的系统原理图、门架举升摇摆液压系统、吊具液压系统、转向液压系统、行车制动液压系统、冷却液压系统；以及对电气系统的详细研究。如此对理解和分析整车制动性能能起到辅助作用。随后两节根据前述分析提出了堆高机制动系统的工况和制动时对液压的要求，由于集装箱空箱堆高机自身的结构和功能复杂、工况的多样性，较大的质量和倾翻力矩需要制动时满足下面三个要求：a在任何情况下蓄能器的刹车油仍能满足连续78次制动的要求；b制动时液压系统快速响应的时问不能大于06s；C在制动时液压制动系统需要制动压力平稳没有剧烈波动。第四章 堆高机制动液压系统设计上一章对堆高机各系统各工况进行了分析与研究，并提出了制动工况对液压系统的要求，本章将重点分析堆高机的制动液压系统及设计要求。4.1堆高机制动液压系统原理4.1.1制动液压系统介绍目前国内一些工程机械的制动系统多采用气顶液的结构形式，以实现整机的高压制动效能。但是这也存在一些问题，首先对于集装箱空箱堆高机这种制动力矩要求很大，且在堆场频繁制动的场合，气液制动无法保证很好的制动效果。此外气液制动系统需要单独的压缩气源，元件数量多，且尺寸较大，给整机布置带来了不便。而且排出的油气污染环境，它需要气液两套管路，排气时噪声较大，液压管路易混入空气而造成制动失灵等故障。随之液压制动技术的不断完善和湿式制动器制造技术改进，可靠性更高的液压制动系统在工业发达国家已普遍采用。近年来，国外主要堆高机制造商(如Kalmar、Fantuzzi、Linde、SMV、cvs)大部分都采用全液压制动系统，它是性能良好的制动系统，与气液制动系统一样，也属于动力制动系统，其主要优点是系统制动压力高，产生的制动力矩大，液压管路为全封闭的回路，污染性很小，工作效率高。本章将以三一重工自行研制生产的SDCY90K7堆高机制动系统为例，全面论述全液压制动系统。SDCY90K7堆高机的制动液压系统如图4.1所示，该制动液压为双回路全液压制动系统。该系统主要由刹车油泵、蓄能器、充液阀、平衡阀、驻车电磁阀、球阀、压力传感器、蓄能器、脚踏制动阀、制动器等部分组成。制动器为湿式盘式制动器，蓄能器充液阀和脚踏制动阀为该系统关键元件。充液阀的外观如图4.2所示，原理示意图如图4.3所示，它由滑阀式主阀芯、滤芯、单向阀、节流孔、梭阀、球阀、弹簧、阀体等组成，是一个集成度较高、比较复杂的阀，它负责给蓄能器充液。图4.1 SDcY90堆高机制动系统原理图脚踏制动阀(外形如图4.2所示)由踏板、顶杆上阀芯、下阀芯、阀体、弹簧等组成，它在制动系统中的作用是根据操作者施加在其上的力来控制后面制动缸，进而间接控制制动力矩。前桥制动缸中的压力均由它来控制，进油口与蓄能器相连接，出油口与制动缸相连，阀芯控制流往前桥的油。下面将结合充液阀和脚踏调节制动阀的结构来说明全液压制动系统的工作原理。4.2制动阀外形图系统的工作过程分为两个：一是对蓄能器的充液过程，二是制动过程。412充液过程对蓄能器的充液由蓄能器充液阀负责。结合蓄能器充液阀的原理示意图34对充液过程详细叙述如下：A口通往蓄能器，P口与液压泵相连，T回油箱。梭阀为低压优先阀，保持对蓄能器的充液压力。当蓄能器压力低于下限压力(约1 10bar)时，此时P3压力较低，球阀7在左边弹簧的作用下关闭，通过推杆8顶开球阀6，此时P4与P3相通，在P4压力、弹簧力以及左边油压力共同作用下，主阀芯推至左边，关闭P口至驱动桥冷却系统的油路，泵的出口油通过滤芯3、阻尼孔4、单向阀5、及梭阀10进入蓄能器，给蓄能器充液；蓄能器压力逐渐升高，P3压力也随着升高，当蓄能器压力升至平衡阀设定最高压力(约140bar)时，在P3压力作用下，球阀6关闭，通过推杆顶开球阀7，此时P4与油箱口相通，主阀芯右边反馈压力立即卸掉，在左边油箱压力及右边弹簧力作用下，主阀芯1移至右位，打开P口至前桥的冲洗冷却油路，由于限位杆2的存在，P口至O口不会完全打开始终都有一个节流作用，防止主阀芯左边油压力过低，不足以克服右边弹簧力的作用。球阀6、7与推杆8及阀套等组成一先导级，用于控制P4的压力。由于实施制动或者泄露等原因而引起蓄能器油压力下降至下限压力时，球阀7重新关闭，球阀6打开，进而P4压力又与P3压力相通，主阀芯1又移至左位，P口至O口油路重新关闭，恢复对蓄能器充液，由此往复循环。其中充液过程相当短从下限压力充液至上限压力只需l2s。1主阀芯 2限位杆 3滤芯 4阻尼孔 5单向阀6、7球阀 8推杆 9压力传感器图4.3充液阀原理示意图因此，充液阀的主要作用是控制蓄能器的充液压力和速度，并根据蓄能器充液阀预置的上下限压力(下限压力一般为上限压力的82)切换回路，使蓄能器里的油液压力保持在下限压力与上限压力之间，充液阀的另一个作用是使泵优先给蓄能器充液。为防止因充液压阀故障，使蓄能器压力不足而造成危险，系统内设置了一个低压报警开关，当蓄能器压力下降至下限以下某一个值而充液阀仍不能对其充液时(一般为充液阀故障)，低压报警开关就接通报警电路，驾驶室内的报警蜂鸣器就会发出声音提醒驾驶员立即停车检查。413制动过程制动过程主要由脚踏制动阀来控制，下面结合该制动阀结构图4.4来详细叙述制动过程。脚踏制动阀是一个两位三通滑阀式结构。初始位置时，制动n(A口)与油箱EI(T口)有一个正开口量，而制动n(A口)与压力油口(P口)有一个正遮盖量。施加在踏板上的力通过上面的顶杆以及弹簧传递到阀芯上，当未在踏板上加力时，脚踏调节制动阀在下端弹簧作用下处于上位，和制动缸相连的A口与T口相通，制动缸中油压力为零，制动器释放。当踩下踏板时，阀芯下移，逐渐关闭A口至T口的油路，处于中位时，P口与A口、T口三口互不相通，继续踩下踏板使阀芯继续下移时，P口至A口的油路打开，两个蓄能器里的压力油通过脚调节制动阀分别进入前桥制动缸，制动缸中的压力逐渐上升，推动摩擦盘压紧制动盘，产生制动动作。每个A口的压力油引到各自阀芯下端，及引一个反馈压力(等于制动缸的压力)至阀芯下端，压缩上面的弹簧，使阀芯往上移，反馈力与加在踏板上的力相比较，达到平衡时，阀芯重新回到中位，P、A、T三口又不相通，加大脚踏力，阀芯从平衡位置又开始往下移，P、A两口重新打开，制动缸中压力进一步上升，反馈压力也随着上升，三口重新关闭，这样就使得制动缸中的压力与加在踏板上的力成比例，使驾驶员产生良好的制动感觉，能够很好的掌握制动力度；平衡位置时，P口与A口始终是关闭的，逐渐松开踏板时在下端弹簧力与阀芯下端油压力作用下A口至T口油路逐渐打开，使制动器逐渐释放，完成一次与释放过程。重复上述过程，可使制动器重复的制动与释放，每实施一次完整的制动过程，蓄能器中的压力均下降一点，当实施多次制动后，蓄能器里的压力下降至下限压力时，充液阀便对蓄能器充液。因此通过制动阀调节制动阀，可对前桥制动压力连续调节。在全液压制动系统中，将制动阀踩到底时，制动阀的出口油压(A口油压)仍小于进口油压(P口油压)。图4.4制动阀结构图蓄能器的容量和压力选择，以及蓄能器上下压力的选择，应根据制动器每制动一次的用油量及发动机熄火后保证正常制动的次数以及最高制动压力来计算确定。414液压制动系统的特点全液压制动有以下特点：1它主要优点是不需要气路，简化了管路，去掉了空气压缩机。液压油为单一介质。2系统的制动压力高，产生的制动力矩大，且更便于实现电子自动化控制。3由于液压管路为全封闭的回路，无油气排入大气，其污染性要比其它种类(如气液混合)系统小。4由于液压油压缩比远比气体小，充满油的液压系统可以瞬间传递压力，其制动响应速度比气动系统提高3倍以上。5使用蓄能器存储能量，可以实现动力切断后的应急制动。6制动元件数量少、尺寸小、重量轻，便于空间布置。7脚踏力与制动力成正比，踏板感觉自然。8低压报警，实时监控蓄能器压力，为整车安全提供保障。9当充液阀设定的充液上下限之间的压力范围较大时，可以减少泵的循环工作时间。此外全液压制动系统除具有一般液压制动系统的优点外，还具有操作轻便、制动反应快、制动能力强、受气阻影响较小、易于采用制动力调节装置和防滑装置，且制动油泵独立，不受其它系统的影响，这样就保证了系统的稳定和提高了制动的抗干扰能力。但其结构复杂、精密件多，价格比较高，且对系统的密封性要求较高。4.2 本章小结本章重点分析了液压制动的原理，对全液压制动系统的主要组成部分、充液过程、制动过程及制动特点详细进行了研究。第五章 基本液压元件的选择与计算5.1油泵和电机选择5.1.1泵的额定流量和额定压力5.1.1.1泵的额定流量泵的流量应满足执行元件最高速度要求，所以泵的输出流量应根据系统所需要的最大流量和泄漏量来确定： 式中： 泵的输出流量 K 系统泄漏系数 一般取K= 1.1-1.3 液压缸实际需要的最大流量 n 执行元件个数代入数据： 对于工作过程中始终用节流阀调速的系统，在确定泵的流量时，应再加上溢流阀的最小溢流量，一般取： 5.1.1.2 泵的最高工作压力泵的工作压力应该根据液压缸的工作压力来确定，即 式中： 泵的工作压力 Pa 执行元件的最高工作压力 Pa 进油路和回油路总的压力损失。初算时，节流调速和比较简单的油路可以取 ,对于进油路有调速阀和管路比较复杂的系统可以取。代入数据： 考虑到液压系统的动态压力及油泵的使用寿命，通常在选择油泵时，其额定压力比工作压力大25%-60% ，即泵的额定压力为3.125-4.0，取其额定压力为4。5.1.2 电机功率的确定（1） 液压系统实际需要的输入功率是选择电机的主要依据，由于液压泵存在容积损失和机械损失，为满足液压泵向系统输出所需要的的压力和流量，液压泵的输入功率必须大于它的输出功率，液压泵实际需要的输入功率为： 式中： P 液压泵的实际最高工作压力 Pa q 液压泵的实际流量 液压泵的输入功率 液压泵向系统输出的理论流量 液压泵的总效率 见下表 液压泵的机械效率 换算系数代入数据： 表8.1 （2）电机的功率也可以根据技术手册找，根据机械设计手册第三版，第五卷，可以查得电机的驱动功率为4，本设计以技术手册的数据为标准 ，取电机的功率为4。根据上述计算过程，现在可以进行电机的选取，本液压系统为一般液压系统，通常选取三相异步电动机就能够满足要求，初步确定电机的功率和相关参数如下： 型号：额定功率：4满载时转速： 电流： 效率： 85.5% 净重： 45Kg 额定转矩：电机的安装形式为 型，其参数为：基座号：112M 极数：4 国际标准基座号：液压泵为三螺杆泵，其参数如下：规格： 标定粘度： 10转速： 2900压力： 4 流量： 26.6功率： 4吸入口直径： mm 25排出口直径： mm 20重量： Kg 11允许吸上真空高度： m() 5 制造厂： 北京第二机床厂说明： 三螺杆泵的使用、安装、维护要求。使用要求：一般用于液压传动系统中的三螺杆泵多采用20号液压油或40号液压油，其粘度范围为之间。安装要求：电机与泵的连接应用弹性连轴器，以保证两者之间的同轴度要求，（用千分表检查连轴器的一个端面，其跳动量不得大于0.03mm，径向跳动不得大于0.05mm.）,当每隔转动连轴器时，将一个联轴节作径向移动时应感觉轻快。泵的进油管道不得过长，弯头不宜过多，进油口管道应接有过滤器，其滤孔一般可用40目到60目过滤网，过滤器不允许露出油面，当泵正常运转后，其油面离过滤器顶面至少有100mm,以免吸入空气，甭的吸油高度应小于500mm.维护要求：为保护泵的安全，必须在泵的压油管道上装安全阀（溢流阀）和压力表。5.1.3 连轴器的选用连轴器的选择应根据负载情况，计算转矩，轴端直径和工作转速来选择。计算转矩由下式求出： 式中： 需用转矩，见各连轴器标准 驱动功率 工作转速 工况系数 取为1.5 代入数据： 据此可以选择连轴器的型号如下： 名称： 挠性连轴器弹性套柱销连轴器 许用转矩： 许用转速： 4700r/min 轴孔直径： 轴孔长度： Y型： L=42mm , D=95mm 重 量： 1.9Kg 5.2 控制阀的选用液压系统应尽可能多的由标准液压控制元件组成，液压控制元件的主要选择依据是阀所在的油路的最大工作压力和通过该阀的最大实际流量，下面根据该原则依次进行压力控制阀，流量控制阀和换向阀的选择。5.2.1 压力控制阀压力控制阀的选用原则压力：压力控制阀的额定压力应大于液压系统可能出现的最高压力，以保证压力控制阀正常工作。压力调节范围：系统调节压力应在法的压力调节范围之内。流量：通过压力控制阀的实际流量应小于压力控制阀的额定流量。结构类型：根据结构类性及工作原理，压力控制阀可以分为直动型和先导型两种，直动型压力控制阀结构简单，灵敏度高，但压力受流量的变化影响大，调压偏差大，不适用在高压大流量下工作。但在缓冲制动装置中要求压力控制阀的灵敏度高，应采用直动型溢流阀，先导型压力控制阀的灵敏度和响应速度比直动阀低一些，调压精度比直动阀高，广泛应用于高压，大流量和调压精度要求较高的场合。此外，还应考虑阀的安装及连接形式，尺寸重量，价格，使用寿命，维护方便性，货源情况等。根据上述选用原则，可以选择直动型压力阀，再根据发的调定压力及流量和相关参数，可以选择DBD式直动式溢流阀，相关参数如下：型号：DBDS6G10 最低调节压力：5MPa 流量： 40L/min 介质温度： 5.2.2 流量控制阀流量控制阀的选用原则如下： 压力：系统压力的变化必须在阀的额定压力之内。流量：通过流量控制阀的流量应小于该阀的额定流量。测量范围：流量控制阀的流量调节范围应大于系统要求的流量范围，特别注意，在选择节流阀和调速阀时，所选阀的最小稳定流量应满足执行元件的最低稳定速度要求。该升降机液压系统中所使用的流