7噸叉車液壓系統(tǒng)設(shè)計

1、Harbin Institute of Technology 綜合課程設(shè)計（二）設(shè)計題目：7噸叉車雙缸傾斜液壓系統(tǒng)設(shè)計院 系： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 1208103班 設(shè) 計 者： 張謙 學 號： 1120810333 指導教師： 張輝 設(shè)計時間： 哈爾濱工業(yè)大學目錄1提升裝置的設(shè)計12系統(tǒng)工作壓力的確定23傾斜裝置的設(shè)計24油路設(shè)計45液壓閥的選擇55.1提升系統(tǒng)液壓閥選擇65.2傾斜系統(tǒng)液壓閥選擇66液壓泵的參數(shù)確定67輸入功率計算78管路的尺寸78.1排油管路計算88.2吸油孔計算89油箱設(shè)計810系統(tǒng)溫升驗算911參考文獻107.0噸叉車工作裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計1提升裝置的設(shè)計

2、根據(jù)設(shè)計條件，要提升的負載為7200kg，因此提升裝置需承受的負載力為： 為減小提升裝置的液壓缸行程，通過加一個動滑輪和鏈條（繩），對裝置進行改進，如圖1所示。圖1 提升裝置示意圖由于鏈條固定在框架的一端，活塞桿的行程是叉車桿提升高度的一半，但同時，所需的力變?yōu)樵瓉淼膬杀叮ㄓ捎谒璧墓Ρ３殖Ｖ?，但是位移減半，于是負載變?yōu)樵瓉淼膬杀叮?。即提升液壓缸的負載力為如果系統(tǒng)工作壓力為210bar，則對于差動連接的單作用液壓缸，提升液壓缸的活塞桿有效作用面積為所以活塞桿直徑為，查標準，取 d = 0.10m。根據(jù)液壓缸的最大長徑比20：1，液壓缸的最大行程可達到2.0 m，即叉車桿的最大提升高度為4.0m

3、，能夠滿足設(shè)計要求的2 m提升高度。因此，提升液壓缸行程為1m，活塞桿和活塞直徑為100/140mm（速比2）、100/180mm（速比1.46），或100/200mm(速比1.33)。選擇100/200mm(速比1.33)型的液壓缸。因此活塞桿的有效作用面積為當工作壓力在允許范圍內(nèi)時，提升裝置最大流量由裝置的最大速度決定。在該動滑輪系統(tǒng)中，提升液壓缸的活塞桿速度是叉車桿速度(已知為0.3m/s)的一半，于是提升過程中液壓缸所需最大流量為：2系統(tǒng)工作壓力的確定系統(tǒng)最大壓力可以確定為大約在175bar左右，如果考慮壓力損失的話，可以再稍高一些。3傾斜裝置的設(shè)計傾斜裝置所需的力取決于它到支點的距離

4、，活塞桿與叉車體相連。因此傾斜液壓缸的尺寸取決于它的安裝位置。安裝位置越高，即距離支點越遠，所需的力越小。圖2 傾斜裝置示意圖假設(shè)載荷中心500mm，傾斜角度：前傾5°后傾10°。故最大傾斜力矩為因此傾斜裝置所需的作用力F為：如果該作用力由兩個雙作用液壓缸提供，則每個液壓缸所需提供的力為46127N。如果工作壓力為210bar，則傾斜液壓缸環(huán)形面積Aa為：由于負載力矩的方向總是使叉車桿回到垂直位置，所以傾斜裝置一直處于拉伸狀態(tài)，不會彎曲。假設(shè)活塞直徑D=80mm，環(huán)形面積給定，則活塞桿直徑可以用如下方法求出。為了保證環(huán)形面積大于所需值，活塞桿直徑必須小于該計算值，取，（速比

5、2）則環(huán)形面積為：傾斜機構(gòu)所需最大壓力為：而液壓缸工作壓力為210bar，因此有足夠的余量。傾斜系統(tǒng)所需的最大流量出現(xiàn)在傾斜液壓缸的伸出過程中，此時液壓缸無桿腔充滿液壓油，因此應按照活塞端部一側(cè)計算，活塞面積用如下公式計算： 傾斜裝置所需最大速度給定為2º/s，先轉(zhuǎn)換成弧度制，然后再轉(zhuǎn)換成線速度：因此，兩個液壓缸在伸出過程中所需的流量為：傾斜裝置需要走過的行程為：綜上，兩個傾斜液壓缸的可選尺寸為63/28mm/mm，行程為160mm。4油路設(shè)計對于提升工作裝置，因為叉車體的重量能使叉車桿自動回到底部，液壓缸不必有低壓出口，高壓油可同時充滿活塞環(huán)形面和另一面（構(gòu)成差動缸），由于活塞兩側(cè)

6、面積的不同而產(chǎn)生提升力。為減少管道連接，可以通過在活塞上面鉆孔實現(xiàn)液壓缸兩側(cè)的連接。傾斜裝置通常采用兩個液壓缸驅(qū)動，以防止叉車桿發(fā)生扭曲變形。行走機械液壓系統(tǒng)中通常采用中位卸荷的多路換向閥（中路通）控制多個液壓缸的動作。采用雙泵供油方案，先確定基本油路組成，然后再加入安全裝置，如圖3所示。注意前述大部分計算過程對所有油路設(shè)計方案都適用，包括引入中通多路換向閥的設(shè)計。提升和傾斜兩個裝置都需要通過比例控制閥來控制，比例閥由手動操縱桿和對中彈簧來操縱。液壓系統(tǒng)原理圖中還應增加液壓泵，油箱和兩個溢流閥以保證安全，溢流閥可以用于調(diào)節(jié)供油壓力的大小。由于提升和傾斜兩個工作裝置的流量差異很大但相對都比較小，

7、因此采用兩個串聯(lián)齒輪泵比較合適。大齒輪泵給提升裝置供油，小齒輪泵給傾斜裝置供油。齒輪泵與中通比例換向閥相連，當系統(tǒng)不工作時，兩個泵處于卸荷狀態(tài)，這樣可以提高系統(tǒng)的效率。圖3 雙泵供油方案的液壓系統(tǒng)另外，用于提升裝置的方向控制閥可選用標準的四通閥，其B口應該與油箱相連不應堵塞。這樣，當叉車桿處于下降狀態(tài)，泵卸荷時，液壓油可以直接流回油箱，有利于提高系統(tǒng)效率?；居吐反_定后，油路還不能正常工作，因為沒有安全保護裝置，也沒有調(diào)節(jié)流量（為限制負載下降速度而流出液壓缸的流量）的裝置?？梢酝ㄟ^引入一個安全閥，從而在負載下落時限制負載下落速度來解決這個問題，也可以在每個進油路上加一個單向閥，防止油液倒流。

8、因為存在負值負載（與活塞運動方向相同的負載），所以傾斜系統(tǒng)的回路設(shè)計稍微有所不同。上述回路設(shè)計過程中，應對如下兩個問題加以注意：1環(huán)形面一側(cè)一直處于增壓狀態(tài)，有可能通過方向閥產(chǎn)生泄漏；2防止在活塞另一側(cè)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象（設(shè)置防氣穴閥）。5液壓閥的選擇提升系統(tǒng)中，所有液壓閥通過的流量至多為70.65L/min，所以閥的尺寸很小。如果采用的是串聯(lián)泵，則傾斜裝置子系統(tǒng)流過的流量至多為10.56L/min。為考慮系統(tǒng)的壓力損失（管路和各方向閥造成的），液壓系統(tǒng)提供的壓力應比負載所需壓力高1520bar：溢流閥的調(diào)定壓力應高于供油壓力10%左右，即設(shè)成224.4bar比較合適。溢流閥的最大壓力值可能比224

9、bar還高，甚至超過225bar。注意與使用中通旁路式多路換向閥相比，使用標準方向閥可以節(jié)省成本。但是，使用標準方向閥需要多增加一個溢流閥和一個泵，即使用兩個溢流閥和一個串聯(lián)泵。5.1提升系統(tǒng)液壓閥選擇由以上計算可知：提升子系統(tǒng)最大流量為70.65L/min。選擇直動式溢流閥的型號為DBDS10P10，帶保護罩的調(diào)節(jié)螺栓，通徑10mm,板式閥，進油口最大壓力63MPa，出油口最大壓力31.5MPa。選擇單向閥的型號為RVP-20-10，通徑20mm,最大工作壓力31.5MPa，最大流量200L/min。選擇二通流量控制閥的型號為MSA30EP-10；選擇手動換向閥的型號為4WMM10，通徑為1

10、0mm,最高工作壓力：油口A、B、P為31.5MPa,油口T為15MPa，最大流量100L/min。5.2傾斜系統(tǒng)液壓閥選擇由以上計算可知：傾斜子系統(tǒng)最大流量為10.56L/min。選擇直動式溢流閥的型號為DBDS6P10，調(diào)節(jié)手柄，通徑6mm,板式閥，進油口最大壓力40MPa，出油口最大壓力31.5MPa。選擇單向閥的型號為RVP-8-1-0，通徑8mm,最大工作壓力31.5MPa，最大流量36L/min。選擇手動換向閥的型號為4WMM6，通徑為6mm,最高工作壓力：油口A、B、P為31.5MPa,油口T為15MPa，最大流量60L/min。6液壓泵的參數(shù)確定由于提升系統(tǒng)與傾斜系統(tǒng)的流量相差

11、很大，并且都很小，所以本設(shè)計采用結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的齒輪泵串聯(lián)滿足設(shè)計要求。（1）提升假定齒輪泵的容積效率為90%，電機轉(zhuǎn)速為1500r/m，則泵的排量為：從Sauer-Danfoss目錄中可查出，選擇SNP3系列排量為55.1cm3/rev的泵。液壓泵SNP3/055滿負載條件下（1500rpm，容積效率90%）的實際流量為： l/min大于所需值70.65 L/min，滿足設(shè)計要求。（2）傾斜第二個泵的排量為7.8 cm3/rev，可選擇SNP2/6.0，選擇的時候只需要檢驗其是否與SNP3/055型號的泵配對，以構(gòu)成串聯(lián)泵。在Sauer-Danfoss目錄中，有一張表格顯示了哪些泵可以用

12、來構(gòu)成串聯(lián)泵，最后選定合適的組合為：SNP3/055+SNP2/6.07輸入功率計算提升系統(tǒng)與傾斜系統(tǒng)同時工作時，所需要的輸入功率為：8管路的尺寸通常的流體速度：排油管路：3m/s5m/s吸油管路：0.5m/s1.5m/s這些速度受油路和裝置工作條件，功率損失，熱和噪聲的產(chǎn)生以及振動的影響，會發(fā)生變化。假定吸油管路的速度為1m/s，排油管路的速度為5m/s。8.1排油管路計算最大流量為，則管道的最小橫截面積為：（管道直徑）與計算數(shù)值最接近的實際管子直徑為18mm，所以：當選用18mm的管徑時，流速為v=5.93m/s推薦選用管徑為18mm的管子8.2吸油孔計算孔的橫截面積：（孔徑）與之最近的實

13、際值為40mm9油箱設(shè)計根據(jù)貯油量的要求，初步確定油箱的有效容積已知串聯(lián)泵的總流量為，對于行走工程機械，為減小液壓系統(tǒng)的體積和重量，在計算油箱的有效容積時取a = 1.5。因此 選擇力士樂AB40-01型油箱，規(guī)格120，工作容量141L。10系統(tǒng)溫升驗算起升回路消耗的功率遠大于傾斜回路所消耗的功率，因此只驗證起升回路的溫升即可。對于起升油路，當叉車桿處于閑置或負載下降時，換向閥工作在中位，液壓泵在低壓下有70.65L/min的流量（理論流量）流回油箱，此時液壓泵處于卸荷狀態(tài)，因此液壓泵損失的功率較小。當負載上升時，液壓泵的大部分流量將進入液壓缸。當負載上升達到頂端時，液壓泵以120L/min的額定流量從安全閥溢流回油箱，造成很大的能量損失。假定液壓泵流量的90%通過安全閥流失，損失的功率為： 造成的油液溫度升高可計算為： 式中 液壓油液的密度，取870kg/m3 液壓油液的比熱，對于普通的石油型液壓油液，（0.40.5）×4187 J/(kg·K)，取=2.0 KJ/(kg. K)如果液壓系統(tǒng)的溫度單位用攝氏度，則油液溫升為 上述溫升滿足行走機械溫升范圍要求，而且由于這一極端功率損失的情況只是偶爾在