叉車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

液壓課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目:叉車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械維修及檢測技術(shù)教育專業(yè)機(jī)檢3333班設(shè)計(jì)者: 指導(dǎo)教師：2013年12月27日 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 機(jī)械工程 學(xué)院 機(jī)檢 班 學(xué)生 課程設(shè)計(jì)課題： 叉車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、課程設(shè)計(jì)工作日自 2013 年 12 月 23 日至 2013 年 12 月 27 日二、同組學(xué)生 三、課程設(shè)計(jì)任務(wù)要求（包括課題來源、類型、目的和意義、基本要求、完成時(shí)間、主要參考資料等）：1目的：(1)鞏固和深化已學(xué)的理論知識(shí)，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的一般步驟和方法；(2)正確合理地確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)，運(yùn)用液壓基本回路組合成滿足基本性能要求的、高效的液壓系統(tǒng)；(3)熟悉并運(yùn)用有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。2設(shè)計(jì)參數(shù)：叉車是一種起重運(yùn)輸機(jī)械，它能垂直或水平地搬運(yùn)貨物。請?jiān)O(shè)計(jì)一臺(tái)X噸叉車液壓系統(tǒng)的原理圖。該叉車的動(dòng)作要求是：貨叉提升抬起重物，放下重物；起重架傾斜、回位，在貨叉有重物的情況下，貨叉能在其行程的任何位置停住，且不下滑。提升油缸通過鏈條動(dòng)滑輪使貨叉起升，使貨叉下降靠自重回位。為了使貨物在貨叉上放置角度合適，有一對傾斜缸可以使起重架前后傾斜。已知條件：貨叉起升速度，下降速度最高不超過，加、減速時(shí)間為t，提升油缸行程L，額定載荷G。傾斜缸由兩個(gè)單杠液壓缸組成，它們的尺寸已知。液壓缸在停止位置時(shí)系統(tǒng)卸荷。 學(xué)號(hào)尾數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)1，23，45，67，89，0額定載荷(Kg) 30003500400045005000起升速度(mm/s)470460450440430快速下降最高速度(mm)180200220240260提升油缸行程L（mm） 15001500150015001500加減速時(shí)間t（s）0.20.20.20.20.2動(dòng)摩擦系數(shù)0.10.10.10.10.1靜摩擦系數(shù)0.20.20.20.20.2機(jī)械效率0.910.920.930.940.953設(shè)計(jì)要求：(1) 對提升液壓缸進(jìn)行工況分析,繪制工況圖，確定提升尺寸；(2) 擬定叉車起重系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)原理圖；(3) 計(jì)算液壓系統(tǒng)，選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓元件；(4) 對上述液壓系統(tǒng)中的提升液壓缸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成該液壓缸的相關(guān)計(jì)算和部件裝配圖設(shè)計(jì)，并對其中的12非標(biāo)零件進(jìn)行零件圖的設(shè)計(jì)。4主要參考資料：1 許福玲.液壓與氣壓傳動(dòng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.082 陳奎生液壓與氣壓傳動(dòng)武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001.83 朱福元液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.104 張利平液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.9指導(dǎo)教師簽字： 系主任簽字：目錄 1.1概述11.1.1叉車的結(jié)構(gòu)及基本技術(shù)11.2液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)確定51.2.1 起升液壓系統(tǒng)的參數(shù)確定51.2.2系統(tǒng)工作壓力的確定71.2.3 起升液壓系統(tǒng)液壓缸的工況分析71.3液壓系統(tǒng)原理圖的擬定101.3.1起升回路的設(shè)計(jì)101.3.2 傾斜回路的設(shè)計(jì)131.3.3 方向控制回路的設(shè)計(jì)141.3.4 供油方式151.4液壓元件選擇161.4.1 液壓泵的選擇171.4.2 電機(jī)的選擇171.4.3液壓閥的選擇181.4.4 管路的選擇191.4.5 油箱的設(shè)計(jì)201.4.6其他輔件的選擇201.5液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算21 1.5.1壓力損失的驗(yàn)算211.5.2 系統(tǒng)溫升驗(yàn)算221.6 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)23參考文獻(xiàn)：23 叉車工作裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)叉車作為一種流動(dòng)式裝卸搬運(yùn)機(jī)械，由于具有很好的機(jī)動(dòng)性和通過性，以及很強(qiáng)的適應(yīng)性，因此適合于貨種多、貨量大且必須迅速集散和周轉(zhuǎn)的部門使用，成為港口碼頭、鐵路車站和倉庫貨場等部門不可缺少的工具。本章以叉車工作裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，介紹叉車工作裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及步驟，包括叉車工作裝置液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定、原理圖的擬定、液壓元件的選擇以及液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算等。1.1概述叉車也叫叉式裝卸機(jī)、叉式裝卸車或鏟車，屬于通用的起重運(yùn)輸機(jī)械，主要用于車站、倉庫、港口和工廠等工作場所，進(jìn)行成件包裝貨物的裝卸和搬運(yùn)。叉車的使用不僅可實(shí)現(xiàn)裝卸搬運(yùn)作業(yè)的機(jī)械化，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約大量勞力，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力，而且能夠縮短裝卸、搬運(yùn)、堆碼的作業(yè)時(shí)間，加速汽車和鐵路車輛的周轉(zhuǎn)，提高倉庫容積的利用率，減少貨物破損，提高作業(yè)的安全程度。1.1.1叉車的結(jié)構(gòu)及基本技術(shù)按照動(dòng)力裝置不同，叉車可分為內(nèi)燃叉車和電瓶叉車兩大類；根據(jù)叉車的用途不同，分為普通叉車和特種叉車兩種；根據(jù)叉車的構(gòu)造特點(diǎn)不同，叉車又分為直叉平衡重式叉車、插腿式叉車、前移式叉車、側(cè)面式叉車等幾種。其中直叉平衡重式叉車是最常用的一種叉車。叉車通常由自行的輪式底盤和一套能垂直升降以及前后傾斜的工作裝置組成。某型號(hào)叉車的結(jié)構(gòu)組成及外形圖如圖1所示，其中貨叉、叉架、門架、起升液壓缸及傾斜液壓缸組成叉車的工作裝置。叉車的基本技術(shù)參數(shù)有起重量、載荷中心矩、起升高度、滿載行駛速度、滿載最大起升速度、滿載爬坡度、門架的前傾角和后傾角以及最小轉(zhuǎn)彎半徑等。其中，起重量(Q)又稱額定起重量，是指貨叉上的貨物中心位于規(guī)定的載荷中心距時(shí)，叉車能夠舉升的最大重量。我國標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的起重量系列為：0.50，0.75，1.25，1.50，1.75，2.00，2.25，2.50，2.75，3.00，3.50，4.00，4.50，5.00，6.00，7.00，8.00，10.00.噸。載荷中心距e，是指貨物重心到貨叉垂直段前表面的距離。標(biāo)準(zhǔn)中所給出的規(guī)定值與起重量有關(guān)，起重量大時(shí)，載荷中心距也大。例如平衡重式叉車的載荷中心距如表3-1所示。 表1 平衡重式叉車的載荷中心距額定起重量Q/tQ11Q5 5 Q 1012 Q 1820 Q 12載荷中心距e/mm1005006009001250 起升高度hmax，指叉車位于水平堅(jiān)實(shí)地面上，門架垂直放置且承受額定起重量的貨物時(shí)，貨叉所能升起的最大高度，即貨叉升至最大高度時(shí)水平段上表面至地面的垂直距離。現(xiàn)有的起升高度系列為：1500，2000，2500，2700，3000，3300，3600，4000，4500，5000，5500，6000，7000mm。滿載行駛速度vmax，指貨叉上貨物達(dá)到額定起重量且變速器在最高檔位時(shí)，叉車在平直干硬的道路上行駛所能達(dá)到的最高穩(wěn)定行駛速度。滿載最大起升速度vamax，指叉車在停止?fàn)顟B(tài)下，將發(fā)動(dòng)機(jī)油門開到最大時(shí)，起升大小為額定起重量的貨物所能達(dá)到的平均起升速度。滿載爬坡度a，指貨叉上載有額定起重量的貨物時(shí)，叉車以最低穩(wěn)定速度行駛所能爬上的長度為規(guī)定值的最陡坡道的坡度值。其值以半分?jǐn)?shù)計(jì)。門架的前傾角f及后傾角b，分別指無載的叉車門架能從其垂直位向前和向后傾斜擺動(dòng)的最大角度。最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin，指將叉車的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)至極限位置并以最低穩(wěn)定速度作轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)時(shí)，其瞬時(shí)中心距車體最外側(cè)的距離。在叉車的基本技術(shù)參數(shù)中，起重量和載荷中心距能體現(xiàn)出叉車的裝載能力，即叉車能裝卸和搬運(yùn)的最重貨件。最大起升高度體現(xiàn)的是叉車?yán)每臻g高度的情況，可估算倉庫空間的利用程度和堆垛高度。速度參數(shù)則體現(xiàn)了叉車作業(yè)循環(huán)所需要的時(shí)間，與起重量參數(shù)一起可估算出生產(chǎn)率。1目的：(1)鞏固和深化已學(xué)的理論知識(shí)，掌握液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的一般步驟和方法；(2)正確合理地確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)，運(yùn)用液壓基本回路組合成滿足基本性能要求的、高效的液壓系統(tǒng)；(3)熟悉并運(yùn)用有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料。2設(shè)計(jì)參數(shù)：叉車是一種起重運(yùn)輸機(jī)械，它能垂直或水平地搬運(yùn)貨物。請?jiān)O(shè)計(jì)一臺(tái)X噸叉車液壓系統(tǒng)的原理圖。該叉車的動(dòng)作要求是：貨叉提升抬起重物，放下重物；起重架傾斜、回位，在貨叉有重物的情況下，貨叉能在其行程的任何位置停住，且不下滑。提升油缸通過鏈條動(dòng)滑輪使貨叉起升，使貨叉下降靠自重回位。為了使貨物在貨叉上放置角度合適，有一對傾斜缸可以使起重架前后傾斜。已知條件：貨叉起升速度，下降速度最高不超過，加、減速時(shí)間為t，提升油缸行程L，額定載荷G。傾斜缸由兩個(gè)單杠液壓缸組成，它們的尺寸已知。液壓缸在停止位置時(shí)系統(tǒng)卸荷。 學(xué)號(hào)尾數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)1，23，45，67，89，0額定載荷(Kg)30003500400045005000起升速度(mm/s)470460450440430快速下降最高速度(mm)180200220240260提升油缸行程L（mm）15001500150015001500加減速時(shí)間t（s）0.20.20.20.20.2動(dòng)摩擦系數(shù)0.10.10.10.10.1靜摩擦系數(shù)0.20.20.20.20.2機(jī)械效率0.910.920.930.940.953設(shè)計(jì)要求：(1) 對提升液壓缸進(jìn)行工況分析,繪制工況圖，確定提升尺寸；(2) 擬定叉車起重系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)原理圖；(3) 計(jì)算液壓系統(tǒng)，選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓元件；(4) 對上述液壓系統(tǒng)中的提升液壓缸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成該液壓缸的相關(guān)計(jì)算和部件裝配圖設(shè)計(jì)，并對其中的12非標(biāo)零件進(jìn)行零件圖的設(shè)計(jì)。1.2液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)確定本設(shè)計(jì)實(shí)例叉車工作裝置液壓系統(tǒng)包括起升液壓系統(tǒng)和傾斜液壓系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)，分別由起升液壓缸和傾斜液壓缸驅(qū)動(dòng)，因此首先確定兩個(gè)子系統(tǒng)執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)參數(shù)和系統(tǒng)的工作壓力。1.2.1 起升液壓系統(tǒng)的參數(shù)確定起升液壓系統(tǒng)的作用是提起和放下貨物，因此執(zhí)行元件應(yīng)選擇液壓缸。由于起升液壓缸僅在起升工作階段承受負(fù)載，在下落過程中液壓缸可在負(fù)載和液壓缸活塞自重作用下自動(dòng)縮回，因此可采用單作用液壓缸。如果把單作用液壓缸的環(huán)形腔與活塞的另一側(cè)連通，構(gòu)成差動(dòng)連接方式，則能夠在提高起升速度的情況下減小液壓泵的輸出流量。如果忽略管路的損失，單作用液壓缸的無桿腔和有桿腔的壓力近似相等，則液壓缸的驅(qū)動(dòng)力將由活塞桿的截面積決定。實(shí)現(xiàn)單作用液壓缸的差動(dòng)連接，可以通過方向控制閥在外部管路上實(shí)現(xiàn)，如2圖（a）。為減小外部連接管路，液壓缸的設(shè)計(jì)也可采用在活塞上開孔的方式，如2圖（b）所示。這種測試方法有桿腔所需要的流量就可以從無桿腔一側(cè)獲得，液壓缸只需要在無桿腔外部連接一條油路，而有桿腔一側(cè)不需要單獨(dú)連接到回路中。 （a）管路連接方式 （b）活塞上開孔方式圖 2 差動(dòng)連接液壓缸 Vmax FL 缸的行程 GL 圖3本設(shè)計(jì)實(shí)例通過增加一個(gè)傳動(dòng)鏈條和動(dòng)滑輪機(jī)構(gòu)對起升裝置前述設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)，即如圖3所示實(shí)施方案。根據(jù)傳動(dòng)原理，采用這一液壓缸與鏈條和動(dòng)滑輪結(jié)合的機(jī)構(gòu)可以使液壓缸行程減小一半，但是需要對輸出力和活塞桿截面積進(jìn)行校核。由于傳動(dòng)鏈條固定在叉車門架的一端，液壓缸活塞桿的行程已知，但同時(shí)也要求液壓缸輸出的作用力為原來的兩倍。即液壓缸行程為1500mm，活塞桿直徑變?yōu)?5mm,查液壓工程手冊或參考書,此時(shí)取活塞桿直徑為80mm,于是，該起升液壓缸的有效作用面積變?yōu)椋喊凑涨懊娴挠?jì)算，由于液壓缸所需輸出的功保持不變，所以液壓缸輸出的作用力變?yōu)椴孳囶~定負(fù)載的兩倍，即 液壓系統(tǒng)所需的工作壓力變?yōu)椋喝∑鹕簤焊椎墓ぷ鲏毫?4MPa，該工作壓力對于液壓系統(tǒng)來說屬于合適的工作壓力，因此起升液壓缸可以采用這一設(shè)計(jì)參數(shù)。起升液壓缸所需的最大流量由起升裝置的最大速度決定。在由動(dòng)滑輪和鏈條組成的系統(tǒng)中，起升液壓缸的最大運(yùn)動(dòng)速度是叉車桿最大運(yùn)動(dòng)速度(0.46m/s)的一半，Vmax =V1/2=460/2=230mm/s于是此時(shí)，起升液壓缸活塞桿移動(dòng)1.5m，叉車貨叉和門架移動(dòng)3m，能夠滿足設(shè)計(jì)需求。1.2.2系統(tǒng)工作壓力的確定根據(jù)液壓系統(tǒng)工作壓力的確定方法，在確定液壓系統(tǒng)工作壓力時(shí)應(yīng)考慮系統(tǒng)的壓力損失，包括沿程的和局部的壓力損失，為簡化計(jì)算，本設(shè)計(jì)實(shí)例中假設(shè)這一部分壓力損失約為1.52.0 MPa，因此液壓系統(tǒng)應(yīng)提供的工作壓力應(yīng)比執(zhí)行元件所需的最大工作壓力高出1.52.0 MPa，即起升液壓系統(tǒng) =14+1.5=15.5MPa1.2.3 起升液壓系統(tǒng)液壓缸的工況分析負(fù)載分析：負(fù)載：F=2Gg=2x34300=68600N最大靜摩擦力：Fs=2fsGg=2x6860=13720N動(dòng)摩擦力：Fd=2fdGg=2x3430=6860N,上升啟動(dòng)時(shí)：F1=F+ Fs=68600+13720=82320N，上升穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)：F2=F+ Fd=68600+6860=75460N下降穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)：F3=F- Fd=68600-6860=61740N速度分析：上升速度V=0.5V 1=0.5X460=230mm/s,快速下降最高速度V=0.5V2=0.5X200=100mm/s加減速時(shí)間：t=0.2s上升時(shí)加減速時(shí)段位移：S1=0.5 V 1t=23mm下降時(shí)加減速時(shí)段位移：S2=0.5 V 2t=10mm位移分析：提升油缸行程：L=1500mm工況循環(huán)提升液壓缸負(fù)載：工況負(fù)載組成負(fù)載值（N）液壓缸加速上升0-(F+ Fs)-(F+ Fd)0-82320-75460液壓缸勻速上升F+ Fd75460液壓缸減速上升(F+ Fd)-F75460-68600液壓缸加速下降F-(F- Fd)68600-61740液壓缸勻速下降F- Fd61740液壓缸減速下降(F- Fd)-061740-0對應(yīng)曲線如下；F(N) (0,82320) (23,75460) (1477,75460) (10,61740) (1500,68600) (1490,61740)0S(mm)負(fù)載-位移關(guān)系曲線提升液壓缸運(yùn)動(dòng)參數(shù)：工況位移（mm）時(shí)間(s)速度(mm/s)勻加速上升 230.2勻速上升14546.32230勻減速上升230.2勻加速下降100.2勻速下降148014.8100勻減速下降100.2對應(yīng)曲線如下；V(mm/s)(23,230) （1477,230） 0S(mm)(10,100)(1490,100)速度-位移關(guān)系曲線 1.3液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 在完成裝卸作業(yè)的過程中，叉車液壓系統(tǒng)的工作液壓缸對輸出力、運(yùn)動(dòng)方向以及運(yùn)動(dòng)速度等幾個(gè)參數(shù)具有一定的要求，這些要求可分別由液壓系統(tǒng)的幾種基本回路來實(shí)現(xiàn)，這些基本回路包括壓力控制回路、方向控制回路以及速度控制回路等。所以，擬定一個(gè)叉車液壓系統(tǒng)的原理圖，就是靈活運(yùn)用各種基本回路來滿足貨叉在裝卸作業(yè)時(shí)對力和運(yùn)動(dòng)等方面要求的過程。1.3.1起升回路的設(shè)計(jì)對于起升工作裝置，舉起貨物時(shí)液壓缸需要輸出作用力，放下貨物時(shí)，貨叉和貨物的重量能使叉車桿自動(dòng)回落到底部，因此本設(shè)計(jì)實(shí)例起升回路采用單作用液壓缸差動(dòng)連接的方式。而且為減少管道連接，可以通過在液壓缸活塞上鉆孔來實(shí)現(xiàn)液壓缸兩腔的連接，液壓缸不必有低壓出口，高壓油可同時(shí)充滿液壓缸的有桿腔和無桿腔，由于活塞兩側(cè)的作用面積不同，因此液壓缸會(huì)產(chǎn)生提升力。起升液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)方向的改變通過多路閥或換向閥來實(shí)現(xiàn)即可。為了防止液壓缸因重物自由下落，同時(shí)起到調(diào)速的目的，起升回路的回油路中必須設(shè)置背壓元件，以防止貨物和貨叉由于自重而超速下落，即形成平衡回路。為實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)目的，起升回路可以有兩種方案，分別為采用液控單向閥的平衡回路設(shè)計(jì)方案以及采用特殊流量調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)方案，兩種方案比較如下4圖（a）和4圖（b）所示。 （a）設(shè)計(jì)方案一 （b） 設(shè)計(jì)方案二 圖 4 起升回路兩種設(shè)計(jì)方案比較 上4圖（a）中設(shè)計(jì)方案之一是采用液控單向閥來實(shí)現(xiàn)平衡控制，該設(shè)計(jì)方案能夠保證在叉車的工作間歇，貨物被長時(shí)間可靠地平衡和鎖緊在某一位置。但采用液控單向閥的平衡回路都要求液壓缸具有進(jìn)油和出油兩條油路，否則貨叉無法在貨物自重作用下實(shí)現(xiàn)下落，而且該設(shè)計(jì)方案無法調(diào)節(jié)貨物的下落速度，因此不能夠滿足本設(shè)計(jì)實(shí)例的設(shè)計(jì)要求。上4圖（b）中設(shè)計(jì)方案是采用一種特殊的流量調(diào)節(jié)閥和在單作用液壓缸活塞上開設(shè)小孔實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接的方式，該流量調(diào)節(jié)閥可以根據(jù)貨叉載重的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)起升液壓缸的流量，使該流量不隨叉車載重量的變化而變化，貨物越重，閥開口越小，反之閥開口越大，因此能夠保證起升液壓缸的流量基本不變，起到壓力補(bǔ)償?shù)淖饔?。從而有效的防止因系統(tǒng)故障而出現(xiàn)重物快速下落、造成人身傷亡等事故。而在重物很輕或無載重時(shí)，通過自身調(diào)節(jié)，該流量調(diào)節(jié)閥口可以開大甚至全開，從而避免不必要的能量損失。本設(shè)計(jì)實(shí)例采用這一設(shè)計(jì)方案限定了貨叉的最大下落速度，保證了貨叉下落的安全。此外，為了防止負(fù)載過大而導(dǎo)致油管破裂，也可在液壓缸的連接管路上設(shè)置一個(gè)安全閥。 由于本課題設(shè)計(jì)中沒有給定傾斜裝置、方向壓力控制回路等等以下方面設(shè)計(jì)的主要參數(shù)，所以以下環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)主要參考叉車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)資料1.3.2 傾斜回路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)實(shí)例傾斜裝置采用兩個(gè)并聯(lián)的液壓缸作執(zhí)行元件，兩個(gè)液壓缸的同步動(dòng)作是通過兩個(gè)活塞桿同時(shí)剛性連接在門架上的機(jī)械連接方式來保證的，以防止叉車桿發(fā)生扭曲變形，更好地驅(qū)動(dòng)叉車門架的傾斜或復(fù)位。為防止貨叉和門架在復(fù)位過程中由于貨物的自重而超速復(fù)位，從而導(dǎo)致液壓缸的動(dòng)作失去控制或引起液壓缸進(jìn)油腔壓力突然降低，因此在液壓缸的回油管路中應(yīng)設(shè)置一個(gè)背壓閥。一方面可以保證傾斜液壓缸在負(fù)值負(fù)載的作用下能夠平穩(wěn)工作，另一方面也可以防止由于進(jìn)油腔壓力突然降低到低于油液的空氣分離壓甚至飽和蒸汽壓而在活塞另一側(cè)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，其原理圖如下5圖所示。傾斜液壓缸的換向也可直接采用多路閥或換向閥來實(shí)現(xiàn)。圖5 傾斜回路原理圖1.3.3 方向控制回路的設(shè)計(jì)行走機(jī)械液壓系統(tǒng)中，如果有多個(gè)執(zhí)行元件，控制多個(gè)執(zhí)行元件的動(dòng)作，可以采用多個(gè)普通三位四通手動(dòng)換向閥，分別對系統(tǒng)的多個(gè)工作裝置進(jìn)行方向控制。本設(shè)計(jì)實(shí)例可以采用兩個(gè)普通的三位四通手動(dòng)換向閥分別控制起升液壓缸和傾斜液壓缸的動(dòng)作，如圖6所示。本設(shè)計(jì)實(shí)例叉車工作裝置液壓系統(tǒng)擬采用普通的三位四通手動(dòng)換向閥控制方式，用于控制起升和傾斜裝置的兩個(gè)方向控制閥均可選用標(biāo)準(zhǔn)的四通滑閥。另外，還應(yīng)注意采用普通換向閥實(shí)現(xiàn)的換向控制方式還與液壓油源的供油方式有關(guān)，如果采用單泵供油方式，則無法采用幾個(gè)普通換向閥結(jié)合來進(jìn)行換向控制的方式，因?yàn)橹灰渲幸粋€(gè)換向閥處于中位，則液壓泵卸荷，無法驅(qū)動(dòng)其它工作裝置。 圖6 普通換向閥控制方式1.3.4 供油方式由于起升和傾斜兩個(gè)工作裝置的流量差異很大，而且相對都比較小，因此采用兩個(gè)串聯(lián)齒輪泵供油比較合適。其中大齒輪泵給起升裝置供油，小齒輪泵給傾斜裝置供油。兩個(gè)齒輪泵分別與兩個(gè)三位四通手動(dòng)換向閥相連，為使液壓泵在工作裝置不工作時(shí)處于卸荷狀態(tài)，兩個(gè)換向閥應(yīng)采用M型中位機(jī)能，這樣可以提高系統(tǒng)的效率。根據(jù)上述起升回路、傾斜回路、換向控制方式和供油方式的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)實(shí)例初步擬定的液壓系統(tǒng)原理圖如圖7所示。1-大流量泵 2-小流量泵 3-起升安全閥 4-傾斜安全閥 5-起升換向閥 6-傾斜換向閥 7-流量控制閥 8-防氣穴閥 9-起升液壓缸 10-傾斜液壓缸 11、12-單向閥 圖7叉車工作裝置液壓系統(tǒng)原理圖1.4液壓元件選擇初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖后，根據(jù)原理圖中液壓元件的種類，查閱生產(chǎn)廠家各種液壓元件樣本，對液壓元件進(jìn)行選型。1.4.1 液壓泵的選擇圖7所示液壓系統(tǒng)原理圖中采用雙泵供油方式，因此在對液壓泵進(jìn)行選型時(shí)考慮采用結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉的雙聯(lián)齒輪泵就能夠滿足設(shè)計(jì)要求。假定齒輪泵的容積效率為90%，電機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min，則根據(jù)前述3.3.1的計(jì)算結(jié)果，兩個(gè)液壓泵的排量可分別計(jì)算為：從表中可查得，CBG系列中與51.1cm3/r接近的齒輪泵排量為52cm3/rev。而51.1cm3/r更接近于50.3cm3/rev，如果選擇排量為60cm3/r的液壓泵，則工作過程中會(huì)有較大的流量經(jīng)過溢流閥溢流回油箱，造成能源的浪費(fèi)，并有可能產(chǎn)生嚴(yán)重的發(fā)熱，因此考慮在CBG2050系列中選擇排量為50.3cm3/rev的齒輪泵。同時(shí)考慮到前述計(jì)算中假定液壓泵的容積效率為90%，而實(shí)際工作過程中，液壓泵的容積效率可能高于90%，尤其是在低負(fù)載的時(shí)候。在低負(fù)荷的時(shí)候，電機(jī)轉(zhuǎn)速也有可能會(huì)略高于1500 r/min，因此液壓泵的實(shí)際輸出流量會(huì)增大。例如，滿負(fù)載條件下（電機(jī)轉(zhuǎn)速1500r/min，容積效率90%）的實(shí)際流量為：l/min而半負(fù)載條件下（電機(jī)轉(zhuǎn)速1550r/min，容積效率93%）的實(shí)際流量為： l/min大于起升回路所需要的流量67.8 l/min，因此能夠 滿足設(shè)計(jì)要求。1.4.2 電機(jī)的選擇為減小叉車工作裝置液壓系統(tǒng)的尺寸，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對于內(nèi)燃叉車、雙聯(lián)液壓泵可以由發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。如果叉車上的空間允許，也可以采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)液壓泵的設(shè)計(jì)方式。在叉車工作過程中，為保證工作安全，起升裝置和傾斜裝置通常不會(huì)同時(shí)工作，又由于起升裝置的輸出功率要遠(yuǎn)大于傾斜裝置的輸出功率，因此雖然叉車工作裝置由雙聯(lián)泵供油，在選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，只要能夠滿足為起升裝置供油的大流量液壓泵的功率要求即可。在最高工作壓力下，大流量液壓泵的實(shí)際輸出功率為： kW齒輪泵的總效率（包括容積效率和機(jī)械效率）通常在8085%之間，取齒輪泵的總效率為80%，所需的電機(jī)功率為： kW1.4.3液壓閥的選擇圖7中叉車工作裝置液壓系統(tǒng)由雙聯(lián)泵供油，因此對于起升回路，流經(jīng)換向閥、單向閥、溢流閥和平衡閥的最大流量均為67.8 l/min （半載的工況），各元件的額定壓力應(yīng)大于起升回路的最大工作壓力17.5MPa。流經(jīng)傾斜回路各液壓閥的流量較小，因此傾斜回路中使用的液壓閥可選擇比起升回路中液壓閥通徑更小的液壓閥。在選擇溢流閥時(shí)，由于溢流閥在起升回路和傾斜回路中都是做安全閥，因此其調(diào)定壓力應(yīng)高于供油壓力10%左右，起升回路和傾斜回路溢流閥的調(diào)定壓力是不同的，按照前述計(jì)算起升回路溢流閥的調(diào)定壓力設(shè)為20MPa比較合適，具體調(diào)定數(shù)值將在后續(xù)壓力損失核算部分中做進(jìn)一步計(jì)算。查閱相關(guān)液壓閥生產(chǎn)廠家樣本，確定本設(shè)計(jì)實(shí)例所設(shè)計(jì)叉車工作裝置液壓系統(tǒng)各液壓閥型號(hào)及技術(shù)參數(shù)如表2所示。表2 液壓閥型號(hào)及技術(shù)參數(shù)序號(hào)元件名稱規(guī)格額定流量L/min最高使用壓力 MPa型號(hào)1三位四通手動(dòng)換向閥510031.54WMM6T502單向閥117621DT8P1-06-05-103溢流閥312031.5DBDH6P-10/2004單向閥121021DT8P1-02-05-105流量調(diào)節(jié)閥76731.5 VCDC-H-MF(G1/2)6三位四通手動(dòng)換向閥63025 DMG-02-3C6-W7溢流閥41221C175-02-F-108背壓閥和防氣穴閥81201.5 MH1DBN10 P2-20/050M1.4.4 管路的選擇本設(shè)計(jì)實(shí)例液壓管路的直徑可通過與管路連接的液壓元件進(jìn)出口直徑來確定，也可通過管路中流速的建議值進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)上文中給出的液壓管路流速推薦范圍，假定液壓泵排油管路的速度為5 m/s，液壓泵吸油管路的速度為1 m/s。在設(shè)計(jì)過程中也應(yīng)該注意，液壓系統(tǒng)管路中油液的流動(dòng)速度也會(huì)受到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(dòng)等各方面因素的影響。按照半載工況，大流量泵排油管路中流過的最大流量為 q = L/min則管道的最小橫截面積為： 為減小壓力損失，管徑應(yīng)盡可能選大些，所以選用管子通徑為18mm的油管作排油管即可。大流量泵吸油管路中流過的最大流量為液壓泵的理論流量，即，則管道的最小橫截面積為：mm查液壓管路管徑標(biāo)準(zhǔn)，與上述計(jì)算值最接近的實(shí)際值為40mm，因此可選用通徑為50mm的油管做大流量泵的吸油管。1.4.5 油箱的設(shè)計(jì)根據(jù)第1章油箱容積估算方法，按照貯油量的要求，初步確定油箱的有效容積 已知雙聯(lián)泵總理論流量為 L/min，對于行走工程機(jī)械，為減小液壓系統(tǒng)的體積和重量，在計(jì)算油箱的有效容積時(shí)取a = 2。因此 L油箱整體容積為V =203.6L，查液壓泵站油箱公稱容積系列，取油箱整體容積為250 L。如果油箱的長寬高比例按照3：2：1設(shè)計(jì)，則計(jì)算得到長、寬、高分別為a=1.010m、b=0.69m、c=0.35m。1.4.6其他輔件的選擇叉車工作裝置液壓系統(tǒng)中使用的過濾器包括油箱注油過濾器和主回油路上的回油過濾器。查相關(guān)廠家樣本，選擇型號(hào)為EF3-40的空氣濾清器，其性能參數(shù)為：加油流量 21 L/min空氣流量 170 L/min油過濾面積 180 mm2空氣過濾精度 0.279 mm油過濾精度 125 m選擇型號(hào)為RF-6020L-Y的濾油器作回油過濾器，其性能參數(shù)為：額定流量 60 L/min過濾精度 20m額定壓力 1 MPa1.5液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算液壓系統(tǒng)原理圖和各液壓元件的型號(hào)確定后，可以對所設(shè)計(jì)叉車工作裝置液壓系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)性能的驗(yàn)算。1.5.1壓力損失的驗(yàn)算為了能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算液壓泵的供油壓力和設(shè)定溢流閥的調(diào)定壓力，分別驗(yàn)算由兩個(gè)液壓泵到起升液壓缸和傾斜液壓缸進(jìn)口之間油路的壓力損失。叉車工作裝置液壓系統(tǒng)的壓力損失包括油液流過等徑進(jìn)油管路而產(chǎn)生的沿程壓力損失，通過管路中彎管和管接頭等處的管路局部壓力損失以及通過各種液壓閥的局部壓力損失。由于叉車工作裝置液壓系統(tǒng)管路較短，彎管和管接頭較少，因此沿程壓力損失和彎管以及管接頭等處的管路局部壓力損失與經(jīng)過各種液壓閥的局部壓力損失相比可以忽略不計(jì)，故本設(shè)計(jì)實(shí)例主要核算經(jīng)過各種液壓閥的局部壓力損失。圖8原理圖表明，起升回路起升動(dòng)作過程中液壓閥產(chǎn)生的局部壓力損失主要包括由單向閥11、換向閥5和特殊流量調(diào)節(jié)閥7閥口產(chǎn)生的局部壓力損失。對于起升回路，根據(jù)產(chǎn)品樣本，單向閥11（DT8P1-06-05-10）的開啟壓力為0.035MPa；在流量約為50L/min時(shí)，手動(dòng)換向閥5（4WMM6T50）的壓力損失約為0.5MPa；在流量約為50L/min時(shí)，流量調(diào)節(jié)閥7（VCDC-H-MF(G1/2)）的壓力損失為0.5MPa。因此起升回路進(jìn)油管路總的局部壓力損失為1.035 MPa所以溢流閥調(diào)定壓力應(yīng)為15.4 MPa取溢流閥的實(shí)際調(diào)定壓力為16MPa是適宜的。對于傾斜回路，使貨叉傾斜過程中，產(chǎn)生局部壓力損失的液壓閥有單向閥12，換向閥6和防氣穴閥8。根據(jù)產(chǎn)品樣本，單向閥12（DT8P1-02-05-10）的開啟壓力為0.035MPa；在流量約為5.4 L/min時(shí)，手動(dòng)換向閥6（DMG-04-3C-W）的壓力損失最大約為0.15MPa；防氣穴閥中單向閥（MHSV10PB1-1X/M）的開啟壓力為0.05MPa則傾斜回路進(jìn)油管路總的局部壓力損失為 MPa所以溢流閥實(shí)際壓力應(yīng)為15.8 MPa取溢流閥的實(shí)際調(diào)