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叉车 液压 系统 设计 说明书 仿单 cad

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1 3 吨叉车的液压系统设计 学 生：杨 俊 指导老师：杨文敏 （湖南农业大学工学院 ，长沙 410128) 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 10128, he of is of be of a of of of of of is to to of ey 2 1 前言 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，力求设计能够达到技术上的创新同时又能兼顾经济性 1。 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 5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 3 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。 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 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 2 3 45 6 7 8 9 10图 1 工作装置液压系统 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， 4 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 2345678图 2 行走驱动液压系统 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 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 5 动距离与阀芯的移动距离相同时，阀芯复位，转向停止。 1 2 3 4 56 7 8图 3 叉车助力转向液压系统 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 300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，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 6 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 ， 叉车的工作环境温度一般为 5 C。 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 5000重物，最大垂直提升高度为 2m，叉车杆和导轨的重量 约为 200在任意载荷下，叉车杆最大上升（下降）速度不超过 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 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 液压元件 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、 7 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路板边长不宜大于 400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（ 其孔径较小；第二层为压力油孔 通道（ 第三层为回油孔通道（ 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 换向阀等以及其他的阀采用广州机床研究所的 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 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 8 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 2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 液压系统设计计算 9 液压系统设计概述 液压系统除油箱及其管路外，由工作转向油泵和电机作为动力元件，多路换向阀，限速阀等作为控制元 件，油缸作为执行元件。液压系统执行元件主要可分三部分： （ 1）为了升降货物配有起升油缸。 （ 2）转向油缸和全液压转向器。 （ 3）为使装货的框架能前后倾斜，以利于搬运和行走方便使用倾斜油缸。 9 油泵输出的压力油分别进入到工作装置和转向操纵机构，通过前后倾手柄使多路换向阀的滑阀移动以改变液压油的流动方向，从而控制升降油缸与门架倾斜油缸，实现起重货架和门架的前后倾斜。另一个油路是油液经转向油泵与电机到全液压转向器控制转向油缸；最后油液将再度重返油箱如此不断循环，液压系统是叉车工作过程中的重要环节。一套合理的液压系统 方案要求能够实现主机要求的各项功能，并且操纵方便，工作可靠，动作平稳，调整维修方便。完善的液压系统设计主要包括以下部分的设计： （ 1）选执行元件：液压缸。 （ 2）选液压油：普通矿物液压油。 （ 3）确定换向回路：三位六通手动换向阀控制。 （ 4）调速方式：定量泵变转速调速，同时使用换向阀阀口实现微调。 （ 5）液压泵类型：系统压力小于 21用齿轮泵或叶片泵；大于 21柱塞泵。 （ 6）确定回路方式：选开式回路，即执行元件的排油直接回油箱，油液径沉淀、冷却后再进入液压泵的进口。 （ 7）调压方式：溢流阀做 安全阀，限制系统最高压力；执行元件不工作时液压泵在小功率下工作采用卸荷回路。对垂直变负载 (起升缸升降 )采用限速阀，以保证重物平稳下落。 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。 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 （ 3）工作电机： （ 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 10 （ 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 of 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 of 11 起升油缸最大工作压力及流量 压力为 100 / 2；流量为 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， 00 / 2。 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 1P+ 1P (1) 图 8 液压系统工作线路图 12 即 1P+ 1P = / 2 (2) 式中： 1P 为进回油路中总压力损失，其包括局部损失和沿程压力损失。 （ 2）液压泵流量 m a Q (3) 式中： 取 1.1；同时动作的各液压执行器的最大泵工作流量，可由同时动作的各液压执行器最大流量相加。 m a x m a x= = 2 5 . 8 / m i L(4) 1 . 1 2 5 . 8 / m i n 2 8 . 4 / m i L (5) （ 3）选油泵。工作油泵采用 列齿轮泵，型号为 参数如下：流量为定转速为 1800r/定压力为 质量为 积效率大于 90%。转向油泵采用 量为 动功率为 定压力为 定转速 1450r/ 油泵功率及电机选择 （ 1）油泵的驱动功率： 6 1 (6) 式中：值为 140值为510s；v为泵的机械效率，取 此， 661 4 1 0 5 1 0 1 0 8 9 2 5 8 . 9 36 1 . 2 0 . 8P w k w (7) （ 2）选择油泵电机 据油泵额定转速及所需驱动功率，选择 参数如下：额定功率为 定电压为 160v；额定电流为 速 (最高 )3000/4000r/率为 飞轮矩为 量为 60用的油泵电机采用 5作制，故折算成后功率155 . 5 9 . 55P k w，故该电机油泵符合工作需要。 择换向阀 13 查液压控制传动手册表 择关于 多路换向阀性能参数，选择 图 9 多路换向阀性能参数 要参数：工作压力为 14大流量为 30L/算质量为 称直径为 10多路换向阀时手动控制换向阀的组合阀，由 2三位六通手动换向阀、溢流阀、单向阀组成。根据用途的不同，阀在中间位置时，主油路有中间全封闭式、压力口封闭式及中间位置时压力油路短路卸荷 等。主要用于多个工作机构的集中控制。换向阀图示如下： 图 10 换向阀示意图 0 成快进 工进 快退 停止等自动循环，工作台采用平导轨，主要参数见下表。 表 1 自动循环参数 压缸 负载力（ N） 工作台重量（ N） 工作台及夹具重量（ N） 行程 (速度 (m/启动时间(s) 静摩擦系数 摩擦系数 进 工进 快进 工进 快退 4800 900 800 150 40 7 14 （ 1）初选液压缸的工作压力 表 2 工作压力 况 计算公式 液压缸的负载 N 启动 F 启 =F 静 F 密 F 启 =425/速 F 加 =F 动 F 贯 F 密 F 加 =（ 255 F 密 F 快 =255/进 F 工 =F 切 F 动 F 密 F 工 =（ 4800 255） /退 F 快 =F 动 F 密 F 快 =255/以上分析计算可知，该铣床在最大负载约为 =2 （ 2）确定液压缸的内径 d 由液压缸工作负载表可以看出，最大负载为工几年阶段的负载 F=虑两边的差动比为 2，则工作腔的有效工作面积和活塞直径分别为： 62/ 5 6 1 6 . 7 ( 2 1 0 ) 0 . 0 0 2 8 1A F P m (8) 4 4 0 . 0 0 2 8 1 0 . 0 5 9 8 (9) 活塞直径为： 2 0 . 7 0 7 0 . 0 5 9 8 0 . 0 4 2 3 (10) 根据行业标准，选取标准直径： 63D 45d 根据缸径和活塞竿内径，计算出液压缸实际有效工作面积，无竿腔面积 有竿腔面积 2 4 21 / 4 3 . 1 4 0 . 0 6 3 4 3 1 . 1 7 1 0A D m (11) 2 2 4 22 ( ) / 4 3 . 1 4 ( 0 . 0 6 3 0 . 0 4 5 ) 4 1 5 . 2 7 1 0A D d m (12) 则液压缸的实际计算工作压力为： 24 / 4 5 6 1 6 . 7 / ( 0 . 0 6 3 ) 1 . 8 0 2P F D M p a (13) 则实际选取的工作压力 P=2 按最低工作速度验算液压缸的最小稳定速度。若验算后不能获得最小的稳定速度是，还需要响应家大液压缸的直径，直至满足稳定速度为止。 2/ ( 5 0 / 2 5 0 ) 1 0 0 . 0 2 1 0q v m (14) 由于 /A q v ，所以能满足最小稳定速度的要求。 计算 液压缸各运动阶段的压力，流量和功率。根据上述所确定的液压缸的内径 D 15 和活塞竿直 径 d，以及差动快进时的压力损失 P=进时的背压力 P=退是P=可以计算出液压缸各工作阶段 的压力、流量和功率。如下表 ： 表 3 压力、流量和功率参数 况 负载 F（ N） 回 油 腔 压 力105(进油腔压力 105(输 入 流 量q(L/输 出 流 量p(计算公式 快进启动 2 1 2/ ( )P F A P A A 快进加速 化值 变化值 12()q A A v 快快进恒速 P 进 1 2 2( ) /p F A p A11q 1P 退启动 1 1 2 2( ) /p F A p A快退加速 化值 变化值 2q 快快退恒速 P 据上表可 以用坐标法绘制出 “ 液压工况图 ” ，此图可以直观看出液压缸各运动阶段的主要参数变化情况。 （ 3）确定液系统方案和拟订液压系统原理图 1）由于该机床是固定式机械，却不存在外负载对系统作功的工况，并由其工况图可知，这台铣床液压系统的功率小，滑台运动速度不是很高，工作负载变化小。则该液压系统以采用节流式开式循环为宜。现才用进油路节流调速回路。从工况图很清楚地看到，在这个液压系统的工作循环内，液压缸要求油源提供低压大油量和高压小流量的油液。快进加快退的时间和工进的时间分别为 311131 5 0 6 0 1 9 0 6 0 2 . 97 1 0 0 0 7 1 0 0 0 (15) 2226 0 4 0 9 . 60 . 2 5 1 0 0 0 (16) 因此从提高系统效率和节省能量的角度来看，采用单个定量液压泵作为油源显然是不合适的，而宜采用大，小两个液压泵并联供油的油源方案 2）选择基本回路。由于不存在负载对系统作功的工况，也不存在负载制动的过程，故不需要设置平衡及制动回路。但必须具有快速运动，换向，速度换节以及调压，卸 16 荷等回路。系统中采用节流调速回路以后，不论采用何中油源形式都必须有单独的油路直接通向液压缸两腔，以实现快速远东。在本系统中，快进，快退换向回路采用所示形式。由工况图中的可知，当滑台从快进转为工进时，输入液压缸的流量由降至，滑台的速度变化交大，可选用行程阀来控制速度的换接，以减小液压冲击。当滑台由工进转为快退时，回路中通过的流量很大 进油路中通过，回油路中通过。为了保证换向平稳其见，宜采用换向时间可调的电液式换接回路。由于这一回路换要实现液压缸的差动连接，所以换向阀必须是五通的。 3）选择调压和卸荷回路 油源中有逆流阀，调定系统工作压力，因此调压 3 问题在油源中解决，无须另外在设置调 压回路。而且，系统采用进油节流调速，故溢流阀常开，即使滑台被卡住，系统的压力也不会超过溢流阀的调定值，所以又起安全作用。双液压泵自动两级供油的油源中设有卸荷阀，当滑台工进和停止时，低压，大流量液压泵都可以经此阀卸荷。由于工进在整个工作循环周期中占了绝大部分时间，切高压，小流量液压泵的功率较小，故可以认为卸荷问题已基本解决，就不需要在设置卸荷回路。 （ 4）选择液压元件 图 11 液压缸结构示意图 1 2O” 型圈， 34567O”型圈 1）确定液压泵的压力 液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为 取进油路上的压力损失为，为使继电器能可靠的工作，取其调整压力高出系统最大工作压力，则小流量液压泵的最大工作压力为 = 2 . 9 4 0 . 8 2 . 9 9 4p p M p a 泵 额 (17) 17 = 3 p (18) = (19) 2）计算液压泵的流量 两个液压泵的向液压缸提供的最大的流量为 泄漏系数为 两个液压泵的实际流量为 1 . 1 1 4 . 3 1 1 5 . 7 5 1 / m i (20) 3）选择液压泵的型号 由于溢流阀的最小稳定流量为 3L/工进时输入液压缸的流量为 小流量液压泵单独供油，所 以小液压泵的流量规格最少应为 据以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确定选取小泵排量为 6ml/r，大泵排量为 12ml/液压泵的转速为 n=960r/取液压泵的容积效率为 液压泵的实际输出流量为 ( 6 1 2 ) 9 4 0 0 . 9 5 1 0 0 0 5 . 4 7 1 0 . 9 4 1 6 . 4 1 / m i (21) 表 4 液压元件的型号及规格 号 元件名称 估计通过流量（ L/ 额定流量 (L/额定压力(额定压降(型号和规格 1 双联叶片泵 2 三位五通电磁阀 36 80 16 力时，安全系数 n=4；故 =6000/6=10002故选用油壁管厚 =10002 15140 (27) 考虑到与阀等件的联结，取 =3钢管外径 =15+2 3=21用钢管为 20 3。 4）回油管选取 ： 为保证统一性，与压油管选用相同。 （ 2）软管的选择（胶管） 中高压系统选用钢丝编织型和钢丝缠绕型胶管，查液压控制传动手册第 799页表 12用胶管 径为 13径： 作压力为 140小曲率半径为 140 20 （ 3）管接头：详见附录 （ 4）螺纹连接：采用 60 圆锥管螺纹：适用于机器的油管及水管等的连接，内外螺纹配合无间隙。 （ 5）密封件设计与选择。倾斜油缸的密封为例：选用了 液压控制传动手册第 825 页表 13于系统压力小于 25选用 O 型氟化乙丙烯封装的密封圈。 封环、压环三部分成套使用。 液压油选取 查液压控制传动手册第 12 页，表 1于温度和压力较高，选用 46 号普通液压油。 46 号 (通油： 40时运动粘度 /10 26m /s 数值范围为 度指数不小于 90；闪点不低于 170；凝点不高于 无机械杂质；氧化稳定性不小于 1000；最重要的是其具有良好的防锈性和氧化安定性，其空气释放 能力，抗泡性，分水性和对橡胶密封材料的适应性也较好。故选用此种油液满足要求。 滤油器及油箱选取 过滤器的功用是清除液压系统工作介质中固体的污染物，使工作介质保持清洁，延长元器件的使用寿命，保证液压元件性能可靠，液压系统故障的 75%左右是由介质的污染所造成的，因此过滤器对液压系统来说是不可缺少的重要辅件。 （ 1）过滤器主要性能参数是指：过滤精度是指油液通过过滤器时能穿过滤芯的球形污染物的最大直径；过滤能力（通油能力）；纳垢容量，允许压降等。 （ 2）过滤器设计时应注意： 1)据使用目的选择种类，据 安装位置选安装形式 2)过滤器应有足够的通油能力，且压力损失要小。（通油能力大于实际通过流量的两倍）。 3)过滤精度应满足液压系统或元件所要求的清洁度要求。 4)滤芯使用的滤材应满足所用工作介质要求，且有足够的强度。 5)过滤器的强度及压力损失要求在合适范围内。 6)滤芯的更换和清洗要方便。 7)据系统要求考虑选择合适的滤芯保护附件。 8)结构尽量简单紧凑，安装形式合理，价格低廉。 滤油器：常用网式，线隙式，纸芯式，烧结式等网式滤油器，应用广泛且结构简单，通油能力大，压力损失小，清洗方便，主要用于泵的吸油管 路上保护油，故选用网式滤油器。选型号（ 21 图 12 网式过滤器 2 WU 3)油箱的设计： 本课题选开式油箱，设计问题：油箱的容量及液面、隔板高度；滤油器、箱底坡度选择；是否采用加强筋增加刚性以便承载液压泵或其他液压件；密封装置的选取，是否用热交换器及其安装位置的布置等。具体要求如下： 1）油箱一般用 寸高大的油箱要加焊角铁和肋板以增加刚度。叉车要在油箱上放置电动机，液压泵等其他液压件，故其厚度要增加。 2） 油箱应有足够容量，以满足散热要求，同时注意到：在系统工作时油面必须保持足够高度，以防液压泵吸空；系统停止时由于油液全返回油箱，不至于造成油液溢出油箱，通常油箱容量可按照液压泵 2流量估计，油箱液面高度要小于 80%，并用油位计观察。油箱有效容积应为泵每分钟流量的 2上，设泵每分钟流量为，则油箱的有效容量为 V= 3）油箱底设计一定坡度以方便放油，箱底与地面有一定距离，（离安装底面 150最低处 应装放油阀。 4）泵吸油管上安装网式滤油器，滤油器与箱底间的距离不应小于 20其和系统回油管应该插入最低油面以防卷入空气和回油冲溅产生气泡，管口和箱底，箱壁距离要大于管径的三倍。此外管口须斜插成 45，并面向箱壁，泄油管不宜插入油中。回油管隔开，以增加油液循环距离，使油液可以有充分时间沉淀污物，排出气泡和和冷却。隔板高度取油面高度的 1/4。为防止油液被污染，箱盖各盖板、管口都要加密封装置，注油口要装滤油网通气孔要装空气滤清器。 5）安装热交换器时，还要考虑安装位置，还可以装油温计测油温。 6）箱壁要涂 防锈涂料 油箱设计如下图所示： 22 图 13 油箱装配图 3 0 压力损失的计算 管道中的压力损失是指：粘性液体在管道内流动时，都要受到与流动方向相反的流体阻力，消耗的能量将以压力降的形式反映出来，故产生压力损失（或水头损失）。表现为局部压力损失与沿程压力损失之和。又因为柱塞上升时，柱塞与密封环之间的相对滑动也产生摩擦阻力损失： 1 1 2121 . 2 5 1 0 . 9= 1 . 0 9 6864 4 4 4 4l k l k l d d 摩 擦(28) 式中： l 为起升油缸柱塞直径，单位 d 为密封环与柱塞接触器长度； k 为密封填料单位工作表面上摩擦力，常取 k =12 （ 1）沿程压力损失 22 (29) 式中： 为沿程阻力系数； L 为圆管的沿程长度，取管总长 3m； d 为圆管内径 15为管内平均流速，取 3m/s。 行走机械为紊流且光滑，则沿程阻力系数采用公式： = (30) 查机械设计手册中（液压工程手册单行本）第 644页表 物质液压油的密度范围为 850960kg/机械设计课程设 计手册第二页表 1取液压油密度为 920kg/以上公式得： P =2 23 （ 2）局部压力损失 P= 22 (31) 式中： 总的局部阻力系数，考虑起升油缸工作，则有单向阀，溢流阀，换向阀，起升缸的节流阀等均存在局部压力损失。查 5表 8 P=1 1+1 4+1 1=2 (32) 为确保精确在进行公式验算，查 12表 ，其中：局部阻力取 =头处取 =计弯头 20个；入口阻力系数 =口阻力系数 =2；所以 =4+20= (33) P=2 1P =2 (34) （ 3）液压系统调节压力为 100+2故选用1402足要求。 节流阀的设计 节流阀应该满足一下性能要求：流量调节范围大，流量 漏量小，对外的泄漏口也应小；压力损失小；调节力矩小；动作灵敏；流量稳定性。叉车设计时采用 （ 1）节流阀的结构。如下图所示。 主阀座孔 主阀芯 调节阀接起升油缸孔 孔图 14 节流阀 4 2）节流阀能通过的流量 最大起升速度 V=s，即为 1824m/据起升速度的范围计算： 空载下降时，初定 v=24m/= 24= = (35) 满载下降时，初定 v=18m/ 24 = = 24 （ 3）压力 当空载后缸下降时， 24 22 (36) 前缸下降时 P=满载下降（后缸下降）时，假定 P=缸下降时，假定 P= （ 4）节流孔两端的压力差 1）空载下降，孔 A=缸空载下降时压力 = 2）满载下降，孔 B=缸满载下降时压力 = （ 5）节流口通流面积，本节流阀采用薄壁小孔查机械设计手册中（液压工程手册单行本）查得： 0 . 8 8 5Q c f P (37) 式中： c 为流量系数，取值为 f 为节流孔通流面积； P 为节流孔前后压差（即损失）。利用此公式反求通流面积： Q= 24= = (38) Q= 24= = (39) 1）空载下降， = (40) 2）满载下降， = (41) （ 6）节流的直径 查新编液压工程手册设计手册，表中节流阀的通径及流量表 1）空载下降， f4 = =10 (42) 2）满载下降， f4 = =4 (43) （ 7）确定弹簧刚度 1）空载下降，此时调节阀由于左右压力差的作用，把主阀芯压住。只通过 5 流，但主阀芯不动，即弹簧的压紧力与油压差对阀作用的力平衡。 2）满载下降，起升油缸油压增高，调节阀左右压 力差也随之升高，主阀开始克服弹簧力向左移动，关闭主阀座上的下孔，仅由小孔 B 回油，孔 C