2噸手動(dòng)叉車的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

緒論1.1叉車使用國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀叉車是一種應(yīng)用十分廣泛的流動(dòng)式裝卸搬運(yùn)機(jī)械。它是物流機(jī)械化作業(yè)中的重要工具，可以減輕工人搬運(yùn)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率。叉車也被稱為鏟車、萬(wàn)能裝卸車或自動(dòng)裝卸車，其主要特點(diǎn)是具有通用性強(qiáng)、機(jī)動(dòng)靈活以及活動(dòng)范圍廣泛[1]，因此被廣泛用于車站、港口碼頭、機(jī)場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)以及工礦企業(yè)等部門(mén)。而叉車又主要分為三類：內(nèi)燃叉車、電力叉車、手動(dòng)叉車。其中內(nèi)燃叉車成本較高對(duì)環(huán)境污染較大，現(xiàn)在逐步被電動(dòng)叉車和小型的手動(dòng)叉車取代，而手動(dòng)叉車更加的小巧輕便，使用范圍更加的廣闊，很多小型生產(chǎn)工廠和超市倉(cāng)庫(kù)等等都有所應(yīng)用，并且隨著人工智能和數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，手動(dòng)叉車也逐步加入電機(jī)變成半人力半電力的混合模式，經(jīng)過(guò)查找相關(guān)資料可考察，我找到了國(guó)內(nèi)外手動(dòng)叉車的發(fā)展應(yīng)用和研究現(xiàn)狀，其主要內(nèi)容如下：（1）國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀：在國(guó)內(nèi)，手動(dòng)叉車液壓系統(tǒng)的研究已經(jīng)有了很大進(jìn)展，液壓系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性得到了較大提升。國(guó)內(nèi)許多大型機(jī)械制造企業(yè)，如中國(guó)重汽、中聯(lián)重科、三一重工等，都已經(jīng)生產(chǎn)了各類液壓手動(dòng)叉車，液壓系統(tǒng)也得到了大力優(yōu)化和改進(jìn)。此外，國(guó)內(nèi)大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)也開(kāi)展了手動(dòng)叉車液壓系統(tǒng)的研究，涉及液壓系統(tǒng)的建模、仿真和優(yōu)化等方面。例如杭叉集團(tuán)生產(chǎn)的CBY23-Ⅱ手動(dòng)液壓搬運(yùn)車。其對(duì)液壓回路和液壓元件材質(zhì)強(qiáng)度進(jìn)行了優(yōu)化與突破，實(shí)現(xiàn)集成化液壓系統(tǒng)，小巧輕便，堅(jiān)固耐用，其可以實(shí)現(xiàn)單叉1500KG的高額負(fù)載，主要體現(xiàn)出了我國(guó)材料學(xué)和液壓與氣壓傳動(dòng)學(xué)的優(yōu)秀進(jìn)展。（2）國(guó)外研究現(xiàn)狀：在國(guó)外，手動(dòng)叉車液壓系統(tǒng)的研究也十分活躍。歐美地區(qū)的一些機(jī)械制造企業(yè)，如Jungheinrich、CrownEquipment、ToyotaMaterialHandling等，都已經(jīng)生產(chǎn)了高性能的液壓手動(dòng)叉車，并在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和控制等方面取得了很多成果。此外，國(guó)外的一些大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)也致力于手動(dòng)叉車液壓系統(tǒng)的研究，涉及液壓系統(tǒng)的建模、仿真和控制等方面。CrownEquipment公司出品的M系列手動(dòng)叉車采用電機(jī)作為動(dòng)力源，取代了傳統(tǒng)的人力操作方式。這一創(chuàng)新使得液壓系統(tǒng)的功率更加穩(wěn)定，同時(shí)大大提高了效率和運(yùn)載重量能力。通過(guò)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，M系列手動(dòng)叉車能夠提供更強(qiáng)大的動(dòng)力輸出，從而增加了其應(yīng)用的靈活性和適用性。除了M系列手動(dòng)叉車，CrownEquipment公司還在進(jìn)行進(jìn)一步的研究，致力于開(kāi)發(fā)無(wú)人化叉車技術(shù)，以滿足無(wú)人工廠的需求。這一研究方向與人工智能時(shí)代的到來(lái)相吻合，通過(guò)無(wú)人化叉車的配備，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的搬運(yùn)和操作任務(wù)，提高生產(chǎn)效率和減少人工成本。CrownEquipment公司的這些創(chuàng)新舉措表明其在手動(dòng)叉車領(lǐng)域的技術(shù)前沿地位。通過(guò)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)和無(wú)人化技術(shù)的應(yīng)用，他們不斷提升液壓系統(tǒng)的性能和操作效率，為行業(yè)帶來(lái)了新的發(fā)展方向。1.2手動(dòng)叉車未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)隨著物流行業(yè)的快速發(fā)展和智能化水平的提高，手動(dòng)叉車作為一種傳統(tǒng)的物流搬運(yùn)設(shè)備，在其功能、效率、安全性等方面也面臨著新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇。以下是手動(dòng)叉車發(fā)展的一些趨勢(shì)：（1）智能化：隨著物流行業(yè)的智能化和自動(dòng)化趨勢(shì)，手動(dòng)叉車也在向智能化方向發(fā)展。例如，采用自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)叉車的自主導(dǎo)航，大幅提高了搬運(yùn)效率和安全性。（2）節(jié)能環(huán)保：手動(dòng)叉車的動(dòng)力來(lái)源一般是人力或者電機(jī)，而內(nèi)燃機(jī)叉車的使用不僅會(huì)造成環(huán)境污染，也會(huì)產(chǎn)生較高的能源消耗。因此，手動(dòng)叉車向電動(dòng)化、太陽(yáng)能等節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展，不僅能減少對(duì)環(huán)境的污染，也能降低使用成本。（3）多功能化：手動(dòng)叉車的使用范圍廣泛，對(duì)于不同的物流搬運(yùn)需求，需要具備不同的功能，例如加裝托盤(pán)或者增加貨叉長(zhǎng)度等。未來(lái)手動(dòng)叉車將更加多功能化，可以通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)滿足不同的搬運(yùn)需求。（4）安全性：手動(dòng)叉車的安全性一直是行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，未來(lái)手動(dòng)叉車將會(huì)更加注重安全性，采用更加智能的技術(shù)，例如預(yù)警系統(tǒng)、傳感器等，以保障操作人員的安全。同時(shí)，手動(dòng)叉車還需要滿足相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)要求，以確保使用安全?？偟膩?lái)說(shuō)，手動(dòng)叉車將會(huì)向著智能化、節(jié)能環(huán)保、多功能化和安全性等方向不斷發(fā)展，以滿足物流行業(yè)的不斷變化和需求。1.3研究手動(dòng)叉車液壓系統(tǒng)的意義（1）提高手動(dòng)叉車的效率：液壓系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)叉車的貨叉升降、前后傾斜等功能，使搬運(yùn)工作更加高效。（2）提高工作安全性：合理設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)能夠減少手動(dòng)叉車在使用過(guò)程中的意外事故，提高工作的安全性。（3）提高設(shè)備的使用壽命：定期維護(hù)和保養(yǎng)手動(dòng)叉車的液壓系統(tǒng)可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，減少故障率。（4）促進(jìn)手動(dòng)叉車的發(fā)展：液壓技術(shù)是現(xiàn)代工程機(jī)械中不可或缺的一部分，研究手動(dòng)叉車的液壓系統(tǒng)可以促進(jìn)手動(dòng)叉車的發(fā)展和創(chuàng)新。（5）推動(dòng)液壓技術(shù)的應(yīng)用：液壓技術(shù)在機(jī)械行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，研究手動(dòng)叉車的液壓系統(tǒng)可以推動(dòng)液壓技術(shù)在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用[2-3]。1.4與其他設(shè)備液壓系統(tǒng)的區(qū)別手動(dòng)叉車的液壓系統(tǒng)是一種驅(qū)動(dòng)手動(dòng)叉車貨叉升降和前后傾斜的動(dòng)力液壓系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是其驅(qū)動(dòng)方式是人力，即手動(dòng)叉車的操作員需要通過(guò)人力推動(dòng)液壓泵來(lái)產(chǎn)生液壓能量，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)液壓缸完成貨叉升降和前后傾斜等操作。與手動(dòng)叉車的液壓系統(tǒng)不同，其他動(dòng)力液壓系統(tǒng)（如挖掘機(jī)、裝載機(jī)、鏟車等）的驅(qū)動(dòng)方式是通過(guò)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力源來(lái)帶動(dòng)液壓泵，產(chǎn)生液壓能量，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)液壓缸完成各種工作。另外，與其他動(dòng)力液壓系統(tǒng)相比，手動(dòng)叉車的液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，體積較小[4]，操作方式也更加便攜簡(jiǎn)單。但同時(shí)，其液壓系統(tǒng)的載荷能力和工作效率相對(duì)較低，適用于一些小規(guī)模、低強(qiáng)度的搬運(yùn)操作。1.5手動(dòng)叉車液壓系統(tǒng)的主要內(nèi)容（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是手動(dòng)叉車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，需要確定系統(tǒng)中各個(gè)元件的種類、數(shù)量、安裝位置和連接方式等，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。（2）參數(shù)計(jì)算：液壓系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算包括液壓元件的選型和系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算，如液壓缸的工作壓力、流量、速度[5]等，需要根據(jù)叉車的工作負(fù)載和運(yùn)行速度等條件進(jìn)行合理的計(jì)算。（3）系統(tǒng)驗(yàn)算：液壓系統(tǒng)的測(cè)試是保證系統(tǒng)性能和可靠性的重要手段，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行壓力損失驗(yàn)算、升溫驗(yàn)算。以檢驗(yàn)系統(tǒng)的工作性能是否符合設(shè)計(jì)要求。1.6研究方法、步驟和措施（1）系統(tǒng)調(diào)研：了解手動(dòng)叉車液壓系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，掌握手動(dòng)叉車液壓系統(tǒng)的技術(shù)和發(fā)展方向。（2）設(shè)計(jì)和模擬：根據(jù)手動(dòng)叉車的使用需求和技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)出符合要求的液壓系統(tǒng)，進(jìn)行元件選擇，繪制液壓系統(tǒng)回路原理圖。（3）參數(shù)計(jì)算和分析：對(duì)設(shè)計(jì)出的液壓系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)計(jì)算和分析，確定液壓元件的規(guī)格、型號(hào)和數(shù)量，保證系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。（4）液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算：計(jì)算液壓系統(tǒng)升溫和壓力損失，檢測(cè)液壓系統(tǒng)是否符合要求。1.7本章小結(jié)本章旨在對(duì)國(guó)內(nèi)外叉車的使用現(xiàn)狀和液壓系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行全面的分析，以幫助我們深入了解當(dāng)前叉車市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)和需求特點(diǎn)。通過(guò)了解叉車的不同類型、用途和特點(diǎn)，我們可以更好地把握手動(dòng)叉車的設(shè)計(jì)需求和技術(shù)難點(diǎn)。同時(shí)，本章還重點(diǎn)研究了液壓系統(tǒng)在叉車中的應(yīng)用，探討了不同液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，為我們后續(xù)的設(shè)計(jì)提供了重要的參考和借鑒。22噸手動(dòng)叉車參考圖例及設(shè)計(jì)參數(shù)2.1參考圖形為了為手動(dòng)叉車的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)和主要參數(shù)，經(jīng)過(guò)篩選，我們確定了以下結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的圖形形式。這些圖形將有助于我們確定手動(dòng)叉車液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并計(jì)算液壓泵、液壓缸、控制閥等關(guān)鍵參數(shù)。通過(guò)這些圖形，我們可以確保手動(dòng)叉車的液壓系統(tǒng)具有高性能和穩(wěn)定性，同時(shí)滿足手動(dòng)叉車的工作需求。如下圖2-1：圖2-1手動(dòng)叉車實(shí)物圖2.2設(shè)計(jì)參考數(shù)據(jù)最終選取關(guān)鍵的數(shù)據(jù)如下表2-1所示：表2-1手動(dòng)叉車基本參數(shù)使用需求單位數(shù)據(jù)額定起重量KG2000最大起升高度mm1600貨叉低放高度mm85貨叉自重KG702.3簡(jiǎn)單模型參考圖例通過(guò)繪圖軟件制作簡(jiǎn)單模型參考如下圖2-2所示：圖2-2手動(dòng)叉車簡(jiǎn)圖2.4本章小結(jié)在本章中，篩選并選定了適合設(shè)計(jì)2噸重手動(dòng)叉車的結(jié)構(gòu)模型。這為液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了重要的參數(shù)需求和基本結(jié)構(gòu)，為我們?cè)O(shè)計(jì)出性能穩(wěn)定、可靠性高的液壓系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。在這個(gè)過(guò)程中，不僅考慮了叉車的載重能力和外形尺寸，還考慮了操作者的人體工程學(xué)和安全性等因素。同時(shí)，我還參考了國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和技術(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)思路和方案進(jìn)行了深入的研究和分析。通過(guò)這些工作，為下面的設(shè)計(jì)做參考。3手動(dòng)叉車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1手動(dòng)叉車液壓回路原理及設(shè)計(jì)思路3.1.1液壓回路原理設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)和基本要求本文采用了與傳統(tǒng)手動(dòng)叉車液壓系統(tǒng)不同的泵缸分離設(shè)計(jì)，并且增加了小型電機(jī)帶動(dòng)的內(nèi)嚙合齒輪泵作為第二動(dòng)力源，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)與自動(dòng)化的相互切換。要完成這一目的，需要保證兩種模式互不干擾，并且整個(gè)液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)必須小巧輕便。通過(guò)此設(shè)計(jì)可以提高系統(tǒng)的效率和可靠性，使工作中的效率大大提高。其執(zhí)行邏輯如下圖3-1所示：圖3-1液壓系統(tǒng)執(zhí)行邏輯經(jīng)過(guò)思考，在該設(shè)計(jì)中，所需的液壓元件的如下表3-1所示：表3-1主要液壓元件的選擇類型名稱功能動(dòng)力元件液壓泵提供液壓系統(tǒng)所需動(dòng)力輔助元件液壓油箱液壓管道裝載液壓油輸送液壓油方向控制閥三位四通換向閥改變液壓油方向執(zhí)行元件升降油缸控制工作件的升降3.1.22噸手動(dòng)叉車液壓回路簡(jiǎn)圖將其組合后，其原理圖如下圖3-2所示：圖3-22噸手動(dòng)叉車液壓系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖1油箱 2截止閥 3三位四通電磁換向閥4三位四通手動(dòng)換向閥 5、6、7、單向閥 8壓力表9手動(dòng)液壓泵 10液壓缸 11電機(jī)12液壓泵3.1.3液壓回路工作過(guò)程該液壓回路有兩種工作模式，分為手動(dòng)與自動(dòng)。（1）手動(dòng)模式手動(dòng)模式時(shí)三位四通電磁換向閥處于中位，截止閥關(guān)閉三位四通手動(dòng)換向閥導(dǎo)通處于左位，上下壓動(dòng)手動(dòng)液壓泵連接手柄，液壓油從油箱流經(jīng)換向閥、單向閥、手動(dòng)液壓泵到液壓缸內(nèi)，實(shí)現(xiàn)貨叉的上升功能。將手動(dòng)換向閥處于右位并打開(kāi)截止閥，液壓缸內(nèi)的液壓油在貨物重力和大氣壓的作用下，通過(guò)截止閥、換向閥流回到油箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)貨叉下降功能。（2）自動(dòng)模式自動(dòng)模式時(shí)三位四通手動(dòng)換向閥處于中位，截止閥關(guān)閉，三位四通電磁換向閥導(dǎo)通處于1YA，內(nèi)嚙合齒輪泵在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，泵油入通過(guò)單向閥、換向閥流入液壓缸內(nèi)實(shí)現(xiàn)貨叉上升。將電磁換向閥處于2YA時(shí)，液壓泵將液壓油泵入液壓缸上部，使下部分液壓油通過(guò)換向閥流回到油箱內(nèi)實(shí)現(xiàn)貨叉下降功能。3.2主要液壓元件的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核（1）為液壓系統(tǒng)中的各個(gè)液壓元件，需要進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和校核以確保其在工作過(guò)程中的安全可靠性，以下是各液壓元件的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核的基本流程：（2）液壓油缸設(shè)計(jì)計(jì)算和校核液壓油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算[6]和校核需要確定其尺寸和負(fù)載能力，計(jì)算包括油缸的面積、推力、壓力、活塞直徑等參數(shù)的計(jì)算，校核則需要考慮油缸的耐久性、疲勞強(qiáng)度、安全系數(shù)等因素。（3）液壓泵設(shè)計(jì)計(jì)算和校核液壓泵的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核需要確定其流量和壓力能力，計(jì)算包括泵的流量、功率、壓力、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的計(jì)算，校核則需要考慮泵的耐久性、疲勞強(qiáng)度、安全系數(shù)等因素。（4）液壓閥門(mén)設(shè)計(jì)計(jì)算和校核液壓閥門(mén)的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核需要確定其工作壓力和流量能力，計(jì)算包括閥門(mén)的流量、壓力、開(kāi)啟和關(guān)閉的力等參數(shù)的計(jì)算，校核則需要考慮閥門(mén)的密封性、耐久性、疲勞強(qiáng)度、安全系數(shù)等因素。（5）液壓管路設(shè)計(jì)計(jì)算和校核液壓管路的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核需要確定其管徑和壁厚，計(jì)算包括管路的流量、壓力、管徑、管壁厚度等參數(shù)的計(jì)算，校核則需要考慮管路的安全承載能力、彎曲半徑、疲勞強(qiáng)度、安全系數(shù)等因素。（6）液壓油箱設(shè)計(jì)計(jì)算和校核液壓油箱的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核需要確定其容積和安全性，計(jì)算包括油箱的容積、尺寸、油面高度等參數(shù)的計(jì)算，校核則需要考慮油箱的耐久性、疲勞強(qiáng)度、安全系數(shù)等因素。3.2.1液壓缸的設(shè)計(jì)及計(jì)算（1）液壓缸材料的確定液壓缸作為液壓系統(tǒng)中重要的執(zhí)行元件，其材料的選擇對(duì)于液壓系統(tǒng)的性能和壽命具有重要影響。一般來(lái)說(shuō)，液壓缸的材料應(yīng)具備以下特點(diǎn)：良好的機(jī)械性能：液壓缸工作時(shí)承受著較大的載荷，材料需要具有足夠的強(qiáng)度、硬度、韌性和耐疲勞性能等機(jī)械性能。良好的耐蝕性：液壓缸的工作環(huán)境多為潮濕、易腐蝕，材料需要具有一定的耐蝕性能，以延長(zhǎng)液壓缸的使用壽命。良好的耐熱性：液壓系統(tǒng)中，由于油液高溫和壓力變化，液壓缸需要具備一定的耐高溫性能以避免材料變形或膨脹等問(wèn)題。低摩擦系數(shù)：液壓缸的密封件和活塞桿表面需要具有良好的低摩擦性能，以降低系統(tǒng)能量損耗，提高效率。常見(jiàn)的液壓缸材料包括：碳鋼：碳鋼材料具有良好的機(jī)械性能和可加工性，是常見(jiàn)的液壓缸的材料之一。不銹鋼：不銹鋼具有優(yōu)良的耐腐蝕性和耐高溫性能，適用于一些特殊工作環(huán)境下的液壓缸。鋁合金：鋁合金材料輕質(zhì)、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好，適用于一些要求液壓缸輕量化的場(chǎng)合。合金鋼：合金鋼材料具有良好的機(jī)械性能、高溫強(qiáng)度和抗疲勞性能，適用于一些高負(fù)荷、高溫度下工作的液壓缸[7]。綜上，選取硬度為：162-217HBS，抗拉強(qiáng)度為：=600MPa屈服極限為：=355MPa的鋁合金作為液壓缸的主要材料。（2）液壓缸內(nèi)腔直徑的計(jì)算與確定根據(jù)上述信息得知，液壓系統(tǒng)的最大負(fù)荷為： （3-1）其中總質(zhì)量為貨叉質(zhì)量加上最大載重量為2070KG，則：根據(jù)液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)規(guī)定表3-2所示：表3-2各種機(jī)械常用系統(tǒng)工作壓力機(jī)械類型工作壓力/MPa小型工程機(jī)械10~18中大型挖掘機(jī)20~32鐵路道路維護(hù)機(jī)等特殊機(jī)械25~100為了使液壓缸結(jié)構(gòu)較小，我們選擇盡量高的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力。因此，初步確定液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力為因?yàn)椋? （3-2）其中A為液壓缸內(nèi)腔的有效面積，D為液壓缸內(nèi)腔的直徑。所以：取液壓缸內(nèi)腔的直徑為:D=50mm。由此可知，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力為:（3）液壓缸外直徑的計(jì)算與確定為使液壓缸結(jié)構(gòu)較小，先把液壓缸按薄壁計(jì)算。因?yàn)椋? （3-3）時(shí)，為薄壁。又因?yàn)椋? （3-4）其中： （3-5）所以：取按全系數(shù)為：n=5，可知：則：所以實(shí)際上是薄壁。由于液壓缸屬于薄壁結(jié)構(gòu)，為了使設(shè)計(jì)更準(zhǔn)確，應(yīng)當(dāng)按照第四強(qiáng)度理論進(jìn)行計(jì)算。這樣可以更精確地評(píng)估液壓缸的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。如下： （3-6）其中，Dw為液壓缸外直徑。所以可得由上可取液壓缸外直徑為：Dw=60mm又因?yàn)樾枨笊e高度為1600mm，則取：則活塞桿內(nèi)徑： （3-7）帶入數(shù)據(jù)可知：則取活塞桿直徑為40mm。3.2.2油箱的設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)中的油箱是存儲(chǔ)液壓油的容器，其設(shè)計(jì)對(duì)于液壓系統(tǒng)的性能和壽命具有重要影響。以下是液壓油箱的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：容積設(shè)計(jì)：油箱容積應(yīng)根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力、油液流量和工作時(shí)間等因素進(jìn)行計(jì)算確定。一般來(lái)說(shuō)，油箱容積應(yīng)該滿足液壓系統(tǒng)運(yùn)行的需要，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔?。尺寸設(shè)計(jì)：油箱的尺寸應(yīng)該根據(jù)容積大小、安裝空間、結(jié)構(gòu)形式等因素進(jìn)行綜合考慮。油箱設(shè)計(jì)中應(yīng)該留有足夠的間隙，方便日常維護(hù)和清潔。位置設(shè)計(jì)：油箱的位置應(yīng)該考慮液壓系統(tǒng)中油液流動(dòng)的方向和距離，一般來(lái)說(shuō)，油箱應(yīng)該放在油液回流的末端，以便于回收和利用油液。材料設(shè)計(jì)：油箱的材料一般使用鋼板焊接而成，焊接部位應(yīng)該進(jìn)行充分的焊接處理，確保油箱的密封性和強(qiáng)度。對(duì)于一些特殊要求的油箱，可以采用鋁合金等材料制作。過(guò)濾設(shè)計(jì)：油箱中的油液需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^(guò)濾，以去除雜質(zhì)和污染物，保證液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行。一般來(lái)說(shuō)，油箱中應(yīng)該設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)或過(guò)濾器等過(guò)濾設(shè)備，過(guò)濾精度應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇[8-9]。選擇伸縮臂套的材料為工程用鑄造鋼ZG310-570。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表12-1，該材料的硬度應(yīng)滿足≥153HBS，其抗拉強(qiáng)度為：=570MPa。為了使液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更緊湊，可以將油筒和液壓缸安裝在同一圓心軸線上。根據(jù)要求，油筒油面的最高高度不應(yīng)超過(guò)油筒高度的80%?？紤]到油路和閥門(mén)中對(duì)油量的損耗，可估算液壓缸到達(dá)最高極限位置所需的油量為總油量的90%。由于推程為S=1000mm，液壓缸內(nèi)腔的直徑為D=50mm，因此液壓缸到達(dá)最高極限位置所需的油量為： （3-8）則帶入數(shù)據(jù)為：所以，所需的最少油量為：所以，油箱的最小容積為：因?yàn)椋拖渑c液壓缸裝配在同一圓心軸線內(nèi)，所以： （3-9）液壓缸外直徑為：Dw=60mm所以，油箱內(nèi)腔的直徑為： （3-10）帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：所以取油箱的內(nèi)直徑為80mm。3.2.3油路的設(shè)計(jì)和液壓油的選擇液壓系統(tǒng)中的油路設(shè)計(jì)是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中重要的一環(huán)，它直接影響著系統(tǒng)的性能和壽命。以下是液壓系統(tǒng)油路設(shè)計(jì)的要點(diǎn)：油路布局設(shè)計(jì)：油路布局的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循油路短、直、少?gòu)澢脑瓌t，盡可能地減少油路的壓降和損失，提高液壓系統(tǒng)的效率。同時(shí)，油路的布局應(yīng)避免不必要的轉(zhuǎn)彎和環(huán)路，以減少系統(tǒng)的工作噪聲和振動(dòng)。油路管徑設(shè)計(jì)：油路管徑的設(shè)計(jì)需要考慮液壓系統(tǒng)的工作壓力、流量和油液的粘度等因素。管徑過(guò)小會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)壓力降低，管路過(guò)長(zhǎng)會(huì)增加系統(tǒng)阻力，降低系統(tǒng)效率。一般來(lái)說(shuō)，油路管徑應(yīng)該按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)中的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。油路閥門(mén)和附件的選擇：油路閥門(mén)和附件的選擇應(yīng)根據(jù)液壓系統(tǒng)的要求進(jìn)行綜合考慮，如工作壓力、流量、動(dòng)作速度、密封性、耐磨性等因素。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)選擇質(zhì)量好、性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)的閥門(mén)和附件[10-12]。油路管件的連接方式：液壓系統(tǒng)中油路管件的連接方式有螺紋連接、法蘭連接、卡套連接等多種方式。連接方式的選擇應(yīng)根據(jù)液壓系統(tǒng)的壓力、流量、工作環(huán)境和安裝方式等因素進(jìn)行綜合考慮[13]。油路液壓油的選擇：油路液壓油的選擇應(yīng)考慮液壓系統(tǒng)的工作溫度、粘度等因素[14]，一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)選擇粘度合適、氧化穩(wěn)定性好、防銹性強(qiáng)的液壓油。在進(jìn)行液壓系統(tǒng)油路設(shè)計(jì)時(shí)，還需要考慮其他因素，如安全性、可靠性、維護(hù)保養(yǎng)等，以確保液壓系統(tǒng)的正常工作。同時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)或相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以確保設(shè)計(jì)的合理性和可靠性。我們采取措施使液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加緊湊和簡(jiǎn)潔。將液壓系統(tǒng)的各個(gè)元件制作成一個(gè)整體模塊，并將各油管路放置在液壓缸的底座內(nèi)。在選擇油管路的管徑時(shí)，需要考慮以下因素：（1）不宜選擇過(guò)大的管徑，以避免液壓裝置變得過(guò)于龐大。（2）不能選擇過(guò)小的管徑，以免系統(tǒng)壓力損失過(guò)大，影響正常工作。經(jīng)過(guò)評(píng)估，我們選擇油道內(nèi)徑為d=5mm作為合適的尺寸。液壓油方面則選擇使用范圍較廣，性能好抗磨損的46號(hào)液壓油。46號(hào)液壓油表現(xiàn)出卓越的抗磨損性能和防銹抗腐蝕性能，有效延長(zhǎng)了泵的使用壽命。此外，它還具備優(yōu)秀的抗氧化性能。這種液壓油的出色特性為系統(tǒng)提供了可靠性和穩(wěn)定性，確保液壓系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行中高效工作。其密度大約在0.7-0.9*103kg/m3，運(yùn)動(dòng)粘度大約為46mm3.2.4截止閥的設(shè)計(jì)為了使液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加緊湊和簡(jiǎn)潔，我們將各液壓元件設(shè)計(jì)成一個(gè)整體模塊，并將各閥等設(shè)備安裝在液壓缸的底座內(nèi)。考慮到設(shè)計(jì)要求，液壓系統(tǒng)的最高設(shè)計(jì)壓力為： 取，截止閥的開(kāi)啟系數(shù)為：n=1.1所以，截止閥的開(kāi)啟壓力為：所以，截止閥的開(kāi)啟力為：截止閥彈簧的設(shè)計(jì)：截止閥彈簧的設(shè)計(jì)中，我們選擇將彈簧的最大工作載荷設(shè)定為開(kāi)啟狀態(tài)下的1.5倍。因此，截止閥彈簧的最大作用載荷為：根據(jù)工作條件選材料并確定其許用應(yīng)力在截止閥彈簧的設(shè)計(jì)中，考慮到彈簧通常在靜態(tài)載荷條件下工作，并且其受變載荷作用的次數(shù)較少（少于1000次），我選擇了第三類彈簧進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)的要求，初步選擇了碳素彈簧鋼絲的D級(jí)，并估算出彈簧鋼絲的直徑為3.0mm。參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》表16-3[15]，我們初步選?。?。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表16-2，可知：3.2.5液壓泵的設(shè)計(jì)由于本文的液壓系統(tǒng)采用手電一體，半自動(dòng)化設(shè)計(jì)，所以液壓泵分為手動(dòng)液壓泵和電動(dòng)液壓泵。（1）手動(dòng)泵的選擇綜合考慮實(shí)際應(yīng)用和已有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，我選擇了泵油缸的直徑為d=16mm，這個(gè)直徑大小可以滿足手動(dòng)叉車的液壓需求，并且在操作過(guò)程中能夠提供足夠的力量。為了滿足操作的需要，我選取了常用的操作牽引桿長(zhǎng)度L=775mm，這個(gè)長(zhǎng)度可以使操作者在操作過(guò)程中更加舒適和便利。油泵桿的長(zhǎng)度選取為l=24mm，這個(gè)長(zhǎng)度確保在操作過(guò)程中能夠順利實(shí)現(xiàn)泵的工作，使液壓系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。為了保證泵的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，我選擇了與液壓缸參數(shù)相同的10mm的泵壁厚度，這樣可以確保泵的耐壓性能和使用壽命。經(jīng)過(guò)對(duì)比各種產(chǎn)品，最終我選擇了諾力手動(dòng)叉車2噸重液壓泵。這個(gè)選擇是基于其性能、可靠性和市場(chǎng)認(rèn)可度等因素進(jìn)行綜合考慮的結(jié)果。該液壓泵的流量為q=4L/min，可以滿足手動(dòng)叉車的液壓需求，并且具有穩(wěn)定的工作性能和良好的用戶評(píng)價(jià)。。圖3-3諾力液壓泵（2）電動(dòng)液壓泵的選擇為了保證液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和對(duì)液壓泵的保護(hù)，參考液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)20-149頁(yè)，正常的液壓系統(tǒng)工作壓力應(yīng)該為泵的額定壓力的80%。則其額定壓力應(yīng)為：結(jié)合實(shí)際工作需要，與市場(chǎng)分析，由于手動(dòng)叉車的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能的小巧輕便，不能過(guò)于復(fù)雜，所以泵要盡量選取結(jié)構(gòu)小。所以選擇齒輪泵來(lái)作為自動(dòng)模式的液壓泵。齒輪泵的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好，體積小，重量輕，維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)。而其中內(nèi)嚙合齒輪泵與外嚙合齒輪泵相比，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)更緊湊、體積小、吸油性能好、流量均勻性較好。最終選擇了上海航發(fā)生產(chǎn)的精益NBX系列的NB5-F160F型號(hào)內(nèi)嚙合齒輪泵來(lái)作為手動(dòng)叉車自動(dòng)化模式的動(dòng)力源。圖3-4NB5-F160F液壓泵其主要參數(shù)如下表3-3所示：表3-3NB5-F160F液壓泵的基本參數(shù)型號(hào)公標(biāo)排量額定壓力MPa最大壓力MPa最高限速r/minNB5-F160F14019.52115003.3三位四通換向閥的選擇在液壓系統(tǒng)中，換向閥是起到控制液壓流向的關(guān)鍵組件之一。選擇合適的換向閥對(duì)于確保系統(tǒng)正常運(yùn)行和提高效率非常重要。以下是選擇換向閥時(shí)應(yīng)考慮的關(guān)鍵要點(diǎn)：（1）流量和壓力要求：首先要確定系統(tǒng)中液壓流體的流量和壓力范圍。根據(jù)這些要求選擇換向閥的額定流量和額定壓力，以確保閥門(mén)能夠滿足系統(tǒng)的需求。（2）操作方式：換向閥可以采用手動(dòng)、機(jī)械或電動(dòng)等不同的操作方式。根據(jù)系統(tǒng)的要求和應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的操作方式。例如，對(duì)于自動(dòng)化系統(tǒng)，電動(dòng)操作可能更為適合。（3）控制方式：換向閥可以采用手動(dòng)控制、液控控制或電控控制等不同的控制方式。根據(jù)系統(tǒng)的要求和自動(dòng)化程度選擇合適的控制方式。（4）密封性能：換向閥在工作中需要具備良好的密封性能，以防止泄漏。選擇具有可靠的密封結(jié)構(gòu)和材料的換向閥，確保系統(tǒng)的安全性和性能穩(wěn)定性。（5）可靠性和耐久性：換向閥應(yīng)具備良好的可靠性和耐久性，能夠在長(zhǎng)時(shí)間、高頻率的工作條件下保持穩(wěn)定性能。選擇經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的品牌和優(yōu)質(zhì)的換向閥產(chǎn)品，以確保系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。（6）價(jià)格和供應(yīng)：最后，根據(jù)預(yù)算和供應(yīng)可行性考慮換向閥的價(jià)格和供應(yīng)情況。確保選擇的換向閥在合理的價(jià)格范圍內(nèi)，并且能夠及時(shí)供應(yīng)和維護(hù)。而本液壓系統(tǒng)的最大壓力為：則選用三位四通換向閥的時(shí)候其額定壓力必須大于這個(gè)數(shù)值，綜合考慮之下我選擇了市面上相對(duì)便宜的OLOEY生產(chǎn)的DSG-02-3C2/AC220V三位四通電磁換向閥。圖3-5DSG-02-3C2/AC220V電磁換向閥3.4本章小結(jié)本章在對(duì)手動(dòng)叉車的液壓系統(tǒng)進(jìn)行深入分析后，結(jié)合手動(dòng)叉車的工作特點(diǎn)和需求，確定了液壓系統(tǒng)的基本參數(shù)，如油路、油箱、液壓缸的直徑等，為后續(xù)設(shè)計(jì)工作提供了依據(jù)。并通過(guò)對(duì)液壓回路基本需求和參數(shù)的計(jì)算分析，設(shè)計(jì)出了符合手動(dòng)叉車需求的液壓回路，包括油路、油箱、液壓缸等組成的完整液壓系統(tǒng)。4手動(dòng)叉車液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算4.1手動(dòng)叉車液壓系統(tǒng)壓力損失的計(jì)算手動(dòng)叉車液壓系統(tǒng)的壓力損失主要有以下幾個(gè)原因：（1）泄漏：液壓系統(tǒng)中的泄漏是最常見(jiàn)的壓力損失原因之一。泄漏可以發(fā)生在管道連接、密封件、閥門(mén)或液壓缸等部位。泄漏會(huì)導(dǎo)致液壓油流失，降低系統(tǒng)的工作壓力。（2）摩擦：液壓系統(tǒng)中的摩擦也會(huì)導(dǎo)致壓力損失。摩擦主要出現(xiàn)在液壓泵、閥門(mén)和活塞等運(yùn)動(dòng)部件的接觸面上。摩擦?xí)D(zhuǎn)化為熱能，使系統(tǒng)的能量損失增加，從而降低系統(tǒng)的工作壓力[16]。（3）流量損失：液壓系統(tǒng)中的流動(dòng)阻力也會(huì)導(dǎo)致壓力損失。流動(dòng)阻力是指液體在管道、管件、閥門(mén)和液壓缸等部件中流動(dòng)時(shí)遇到的阻力。較長(zhǎng)的管道、狹窄的通道和彎曲的管道都會(huì)增加流動(dòng)阻力，降低系統(tǒng)的工作壓力。（4）能量損失：在液壓系統(tǒng)中，能量損失可能發(fā)生在液壓泵、閥門(mén)、液壓缸和其他液壓元件中。能量損失可以是由于內(nèi)部泄漏、摩擦、振動(dòng)或不正確的組裝等引起的。這些能量損失將減少系統(tǒng)的總能量和壓力。壓力損失計(jì)算公式為： （4-1）其中在不考慮液壓系統(tǒng)泄露等因素之下，由于手動(dòng)叉車液壓系統(tǒng)管路較小且回路較短，管路沿程損失和局部損失較小，該液壓系統(tǒng)的主要壓力損失在液壓控制元件損失之上。則其主要壓力損失的計(jì)算如下：（1）沿程壓力損失公PT： （4-2）而在計(jì)算沿程壓力損失時(shí)要先計(jì)算雷諾數(shù)，其公式為： （4-3）其中管內(nèi)流速取3.5m/s，管內(nèi)徑為5mm，粘度為46mm2/s，則雷諾數(shù)為：由于雷諾數(shù)小于2320時(shí)為層流，則：可計(jì)算沿程壓力損失為：（2）局部壓力損失PJ局部壓力損失的計(jì)算公式為： （4-4）由于管路轉(zhuǎn)彎處設(shè)計(jì)為圓角且半徑為0.6毫米，則可由下表4-1查得:表4-1取值r/d00.06所以此處取0.1。則局部壓力損失為：（3）元件壓力損失PV該液壓控制原件主要有單向閥和換向閥。本文的單向閥主要選用市面上常用的直通式單向閥，其閥門(mén)的重量約為10g，則閥門(mén)受到的重力約為：所以先讓單向閥導(dǎo)通的力需要：又因?yàn)樗x取的管路直徑為d=5mm，所以其壓力損失為：而換向閥經(jīng)查詢產(chǎn)品使用說(shuō)明中的詳細(xì)壓力損失數(shù)據(jù)，其值為。則元件壓力損失為：則系統(tǒng)的總壓力損失為：其壓力損失為最大壓力的2.8%，符合標(biāo)準(zhǔn)。為了減少壓力損失，維護(hù)液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要定期檢查和維護(hù)系統(tǒng)的密封件、管道連接，并確保液壓油的正常運(yùn)行。此外，選擇高質(zhì)量的液壓元件、合適的管道尺寸和減少摩擦等方法也可以幫助減少壓力損失。4.2手動(dòng)叉車液壓系統(tǒng)升溫的計(jì)算手動(dòng)叉車液壓系統(tǒng)升溫主要來(lái)自管路功率損失、液壓缸內(nèi)的油液通過(guò)溢流閥回流到油箱內(nèi)的功率損失和液壓泵的功率損失。其中液壓泵的功率損失計(jì)算如下：主要考慮到手動(dòng)叉車液壓泵的功率并不固定，取決于人為下壓行程的長(zhǎng)短，所以在這里以一次最大行程來(lái)計(jì)算液壓泵的功率： （4-5）帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：又因?yàn)楣苈泛?jiǎn)短所以可忽略不計(jì)，則只需計(jì)算自動(dòng)液壓泵功率損失即可。則系統(tǒng)的總功率損失即系統(tǒng)的熱功率H為: 考慮到手動(dòng)叉車主要多用于室內(nèi)倉(cāng)庫(kù)等常溫陰涼的工作環(huán)境，所以取環(huán)境溫度為299.15開(kāi)爾文。則該系統(tǒng)平衡溫度為： （4-6）由于室內(nèi)的倉(cāng)庫(kù)等環(huán)境一般比較封閉有空調(diào)，所以通風(fēng)環(huán)境相對(duì)較干燥通風(fēng)較好，所以油箱傳熱系數(shù)可以取15W/(m2·K)，油箱的有效散熱面積可以近似取油箱的側(cè)面積。則計(jì)算平衡溫度： （4-7）帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：換算回?cái)z氏度為62.55攝氏度，系統(tǒng)平衡溫度處于設(shè)備運(yùn)行的溫度允許范圍內(nèi)，不需要額外增加散熱系統(tǒng)。52噸重手動(dòng)叉車的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)及展望（1）總結(jié)在本文的設(shè)計(jì)中，我參考了以前的手動(dòng)叉車類型，計(jì)算設(shè)計(jì)了液壓泵、液壓缸、油箱等液壓元件，并采用了一種創(chuàng)新的方法，將液壓系統(tǒng)的泵和缸進(jìn)行分離安裝并且可以在手動(dòng)模式與自動(dòng)模式之間相互切換。分離的安裝方式使得在其中任意一個(gè)元件損壞時(shí)，可以單獨(dú)更換受損的部件，而無(wú)需更換整個(gè)液壓系統(tǒng)，從而提高了維修的便利性和經(jīng)濟(jì)性。（2）展望考慮到未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，計(jì)劃在手動(dòng)叉車運(yùn)行方式改為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，遠(yuǎn)程遙控運(yùn)行。這一舉措將使手動(dòng)叉車能夠跟上時(shí)代潮流，實(shí)現(xiàn)半智能化或全智能化的發(fā)展。這樣的創(chuàng)新將使得手動(dòng)叉車具備更強(qiáng)的適應(yīng)性和競(jìng)爭(zhēng)力，在室內(nèi)工作環(huán)境可以滿足不斷變化的市場(chǎng)需求，并填補(bǔ)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的空缺。參考文獻(xiàn)[1]車君華.機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程知識(shí)獲取與處理技術(shù)及其在叉車行業(yè)應(yīng)用研究[D].中