7吨叉车液压系统设计

Harbin Institute of Technology 综合课程设计（二）设计题目：7吨叉车双缸倾斜液压系统设计院 系： 机械设计制造及其自动化 班 级： 班 设 计 者： 张谦 学 号： 指导教师： 张辉 设计时间： 2015.11.30-2015.12.18 哈尔滨工业大学目录1提升装置的设计12系统工作压力的确定23倾斜装置的设计24油路设计45液压阀的选择55.1提升系统液压阀选择65.2倾斜系统液压阀选择66液压泵的参数确定67输入功率计算78管路的尺寸78.1排油管路计算88.2吸油孔计算89油箱设计810系统温升验算911参考文献107.0吨叉车工作装置液压系统设计1提升装置的设计根据设计条件，要提升的负载为7200kg，因此提升装置需承受的负载力为： 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如果系统工作压力为210bar，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所以活塞杆直径为，查标准，取 d = 0.10m。根据液压缸的最大长径比20：1，液压缸的最大行程可达到2.0 m，即叉车杆的最大提升高度为4.0m，能够满足设计要求的2 m提升高度。因此，提升液压缸行程为1m，活塞杆和活塞直径为100/140mm（速比2）、100/180mm（速比1.46），或100/200mm(速比1.33)。选择100/200mm(速比1.33)型的液压缸。因此活塞杆的有效作用面积为当工作压力在允许范围内时，提升装置最大流量由装置的最大速度决定。在该动滑轮系统中，提升液压缸的活塞杆速度是叉车杆速度(已知为0.3m/s)的一半，于是提升过程中液压缸所需最大流量为：2系统工作压力的确定系统最大压力可以确定为大约在175bar左右，如果考虑压力损失的话，可以再稍高一些。3倾斜装置的设计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。图2 倾斜装置示意图假设载荷中心500mm，倾斜角度：前倾5后倾10。故最大倾斜力矩为因此倾斜装置所需的作用力F为：如果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46127N。如果工作压力为210bar，则倾斜液压缸环形面积Aa为：由于负载力矩的方向总是使叉车杆回到垂直位置，所以倾斜装置一直处于拉伸状态，不会弯曲。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。为了保证环形面积大于所需值，活塞杆直径必须小于该计算值，取，（速比2）则环形面积为：倾斜机构所需最大压力为：而液压缸工作压力为210bar，因此有足够的余量。倾斜系统所需的最大流量出现在倾斜液压缸的伸出过程中，此时液压缸无杆腔充满液压油，因此应按照活塞端部一侧计算，活塞面积用如下公式计算： 倾斜装置所需最大速度给定为2/s，先转换成弧度制，然后再转换成线速度：因此，两个液压缸在伸出过程中所需的流量为：倾斜装置需要走过的行程为：综上，两个倾斜液压缸的可选尺寸为63/28mm/mm，行程为160mm。4油路设计对于提升工作装置，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。行走机械液压系统中通常采用中位卸荷的多路换向阀（中路通）控制多个液压缸的动作。采用双泵供油方案，先确定基本油路组成，然后再加入安全装置，如图3所示。注意前述大部分计算过程对所有油路设计方案都适用，包括引入中通多路换向阀的设计。提升和倾斜两个装置都需要通过比例控制阀来控制，比例阀由手动操纵杆和对中弹簧来操纵。液压系统原理图中还应增加液压泵，油箱和两个溢流阀以保证安全，溢流阀可以用于调节供油压力的大小。由于提升和倾斜两个工作装置的流量差异很大但相对都比较小，因此采用两个串联齿轮泵比较合适。大齿轮泵给提升装置供油，小齿轮泵给倾斜装置供油。齿轮泵与中通比例换向阀相连，当系统不工作时，两个泵处于卸荷状态，这样可以提高系统的效率。图3 双泵供油方案的液压系统另外，用于提升装置的方向控制阀可选用标准的四通阀，其B口应该与油箱相连不应堵塞。这样，当叉车杆处于下降状态，泵卸荷时，液压油可以直接流回油箱，有利于提高系统效率。基本油路确定后，油路还不能正常工作，因为没有安全保护装置，也没有调节流量（为限制负载下降速度而流出液压缸的流量）的装置。可以通过引入一个安全阀，从而在负载下落时限制负载下落速度来解决这个问题，也可以在每个进油路上加一个单向阀，防止油液倒流。 因为存在负值负载（与活塞运动方向相同的负载），所以倾斜系统的回路设计稍微有所不同。上述回路设计过程中，应对如下两个问题加以注意：1环形面一侧一直处于增压状态，有可能通过方向阀产生泄漏；2防止在活塞另一侧产生气穴现象（设置防气穴阀）。5液压阀的选择提升系统中，所有液压阀通过的流量至多为70.65L/min，所以阀的尺寸很小。如果采用的是串联泵，则倾斜装置子系统流过的流量至多为10.56L/min。为考虑系统的压力损失（管路和各方向阀造成的），液压系统提供的压力应比负载所需压力高1520bar：溢流阀的调定压力应高于供油压力10%左右，即设成224.4bar比较合适。溢流阀的最大压力值可能比224bar还高，甚至超过225bar。注意与使用中通旁路式多路换向阀相比，使用标准方向阀可以节省成本。但是，使用标准方向阀需要多增加一个溢流阀和一个泵，即使用两个溢流阀和一个串联泵。5.1提升系统液压阀选择由以上计算可知：提升子系统最大流量为70.65L/min。选择直动式溢流阀的型号为DBDS10P10，带保护罩的调节螺栓，通径10mm,板式阀，进油口最大压力63MPa，出油口最大压力31.5MPa。选择单向阀的型号为RVP-20-10，通径20mm,最大工作压力31.5MPa，最大流量200L/min。选择二通流量控制阀的型号为MSA30EP-10；选择手动换向阀的型号为4WMM10，通径为10mm,最高工作压力：油口A、B、P为31.5MPa,油口T为15MPa，最大流量100L/min。5.2倾斜系统液压阀选择由以上计算可知：倾斜子系统最大流量为10.56L/min。选择直动式溢流阀的型号为DBDS6P10，调节手柄，通径6mm,板式阀，进油口最大压力40MPa，出油口最大压力31.5MPa。选择单向阀的型号为RVP-8-1-0，通径8mm,最大工作压力31.5MPa，最大流量36L/min。选择手动换向阀的型号为4WMM6，通径为6mm,最高工作压力：油口A、B、P为31.5MPa,油口T为15MPa，最大流量60L/min。6液压泵的参数确定由于提升系统与倾斜系统的流量相差很大，并且都很小，所以本设计采用结构简单、价格低廉的齿轮泵串联满足设计要求。（1）提升假定齿轮泵的容积效率为90%，电机转速为1500r/m，则泵的排量为：从Sauer-Danfoss目录中可查出，选择SNP3系列排量为55.1cm3/rev的泵。液压泵SNP3/055满负载条件下（1500rpm，容积效率90%）的实际流量为： l/min大于所需值70.65 L/min，满足设计要求。（2）倾斜第二个泵的排量为7.8 cm3/rev，可选择SNP2/6.0，选择的时候只需要检验其是否与SNP3/055型号的泵配对，以构成串联泵。在Sauer-Danfoss目录中，有一张表格显示了哪些泵可以用来构成串联泵，最后选定合适的组合为：SNP3/055+SNP2/6.07输入功率计算提升系统与倾斜系统同时工作时，所需要的输入功率为：8管路的尺寸通常的流体速度：排油管路：3m/s5m/s吸油管路：0.5m/s1.5m/s这些速度受油路和装置工作条件，功率损失，热和噪声的产生以及振动的影响，会发生变化。假定吸油管路的速度为1m/s，排油管路的速度为5m/s。8.1排油管路计算最大流量为，则管道的最小横截面积为：（管道直径）与计算数值最接近的实际管子直径为18mm，所以：当选用18mm的管径时，流速为v=5.93m/s推荐选用管径为18mm的管子8.2吸油孔计算孔的横截面积：（孔径）与之最近的实际值为40mm9油箱设计根据贮油量的要求，初步确定油箱的有效容积已知串联泵的总流量为，对于行走工程机械，为减小液压系统的体积和重量，在计算油箱的有效容积时取a = 1.5。因此 选择力士乐AB40-01型油箱，规格120，工作容量141L。10系统温升验算起升回路消耗的功率远大于倾斜回路所消耗的功率，因此只验证起升回路的温升即可。对于起升油路，当叉车杆处于闲置或负载下降时，换向阀工作在中位，液压泵在低压下有70.65L/min的流量（理论流量）流回油箱，此时液压泵处于卸荷状态，因此液压泵损失的功率较小。当负载上升时，液压泵的大部分流量将进入液压缸。当负载上升达到顶端时，液压泵以120L/min的额定流量从安全阀溢流回油箱，造成很大的能量损失。假定液压泵流量的90%通过安全阀流失，损失的功率为： 造成的油液温度升高可计算为： 式中 液压油液的密度，取870kg/m3 液压油液的比热，对于普通的石油型液压油液，（0.40.5）4187 J/(kgK)，取=2.0 KJ/(kg. K)如果液压系统的温度单位用摄氏度，则油液温升为 上述温升满足行走机械温升范围要求，而且由于这一极端功率损失的情况只是偶尔在货叉杆