第頁(yè)共33頁(yè)叉車(chē)液壓系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u14233叉車(chē)液壓系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 0308331.1設(shè)計(jì)參數(shù)及分析 0156371.2液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)確定 0285611.1.1起升液壓系統(tǒng)的參數(shù)確定 0217761.1.2系統(tǒng)工作壓力的確定 3294841.1.3起升液壓缸工況分析 373581.3液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 413461.3.1起升回路的設(shè)計(jì) 523631.3.2傾斜回路的設(shè)計(jì) 6156701.3.3方向控制回路的設(shè)計(jì)及要求 6158871.3.4供油方式及要求 71.1設(shè)計(jì)參數(shù)及分析叉車(chē)作為起重機(jī)械，可以利用機(jī)械或者液壓力搬運(yùn)貨物調(diào)整位置。本文主要進(jìn)行設(shè)計(jì)一種類(lèi)型的叉車(chē)液壓系統(tǒng)，其主要滿(mǎn)足以下設(shè)計(jì)參數(shù)：載荷，起升速度，快速下降，提升行程，加速時(shí)間，機(jī)械效率。查看相關(guān)專(zhuān)業(yè)手冊(cè)可以確定動(dòng)摩擦系數(shù),靜摩擦系數(shù)。經(jīng)分析叉車(chē)起重架可能夠?qū)崿F(xiàn)的液壓力動(dòng)作方式主要是:通過(guò)控制叉車(chē)貨叉的自由升降和移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)叉車(chē)重物的舉起和自由放下;并且在貨物的運(yùn)輸和裝卸重物的過(guò)程中在任意一個(gè)位置隨意的停住,且叉車(chē)設(shè)置了液壓力控制定位按鈕,可以將搬運(yùn)貨物的起重架定位在任意的位置。液壓力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)起重架提升的油缸將貨物傳到起重架的鏈條上,使得一輛叉車(chē)的起重架貨叉可以自由升起,而其在搬運(yùn)的貨物到達(dá)起重架指定的位置后,通過(guò)自重將其貨叉進(jìn)行歸位。而在起重架貨物的自由擺放和裝卸過(guò)程中,通常液壓系統(tǒng)需要將起重架的貨物進(jìn)行傾斜來(lái)將其擺至起重架的合理位置,因此液壓系統(tǒng)需要先設(shè)計(jì)一個(gè)傾斜的油缸,使得起重架的貨物可以前后兩個(gè)方向的進(jìn)行自由傾斜的運(yùn)動(dòng)。因此當(dāng)一輛叉車(chē)的起重架停止正常工作后,液壓力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以進(jìn)行自動(dòng)卸荷貨物歸位。1.2液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)確定通過(guò)上面的液壓系統(tǒng)分析可以確定，液壓系統(tǒng)主要完成貨物的起升動(dòng)作以及傾斜動(dòng)作，因此需要有兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行控制，結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)為起升液壓缸和傾斜液壓缸，而后需要確定其工作時(shí)的額定壓力。1.1.1起升液壓系統(tǒng)的參數(shù)確定而回位過(guò)程可以通過(guò)的自重來(lái)進(jìn)行下落歸位，因此在中設(shè)計(jì)單作用液壓缸即可。在液壓系統(tǒng)中活塞缸的設(shè)計(jì)中，通常會(huì)使用差動(dòng)連接來(lái)提高工作效率，差動(dòng)連接時(shí)間液壓缸環(huán)形腔和活塞腔側(cè)聯(lián)通，這種聯(lián)通的方式可以減小流量的輸出，同時(shí)提高起升的速度。要實(shí)現(xiàn)并了解差動(dòng)連接的主要方式如圖2中所示，其中第一種為利用外部的管道實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接方式，如所示，而第二種方式則是在活塞上直接開(kāi)孔，這樣可以省去外部管道的連接，增加一體性，如所示。在液壓缸內(nèi)部，要忽略傳遞過(guò)程中發(fā)生的損耗時(shí)，其活塞內(nèi)腔兩側(cè)的壓力可以看做相同，因此其作用力和方向由活塞桿的截面積來(lái)確定的。（a）系統(tǒng)的管路連接方式（b）系統(tǒng)的活塞上開(kāi)孔方式圖2差動(dòng)連接液壓VmaxFLG L 圖3（a）實(shí)施設(shè)計(jì)方案圖3（b）實(shí)施設(shè)計(jì)方案在叉車(chē)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，如圖3中所示，在其中加入了鏈條-滑輪機(jī)構(gòu)，這樣的好處是可以縮小整個(gè)液壓系統(tǒng)中的液壓缸行程，根據(jù)能量守恒原理，行程縮小勢(shì)必力要增加，因此需要對(duì)液壓缸受力載荷進(jìn)行強(qiáng)度分析。鏈條固定在門(mén)架上面，此時(shí)液壓缸的行程是可以確定的，在此項(xiàng)新設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中，其作用力需要以原來(lái)輸出的二倍力進(jìn)行校核，也就是行程為，而液壓缸活塞桿直徑則是，查得資料中標(biāo)準(zhǔn)公稱(chēng)直徑應(yīng)取，因此液壓缸的有效作用面積可以通過(guò)下式計(jì)算出來(lái)：㎡根據(jù)能量守恒定律，叉車(chē)中液壓缸所做的功是一定的，因此其輸出力在優(yōu)化結(jié)構(gòu)后計(jì)算為額定負(fù)載的2倍。因此此時(shí)液壓系統(tǒng)工作壓力可計(jì)算為：根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)工作壓力取整為，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，這個(gè)壓力屬于正常值，因此采用該油壓作為液壓缸的設(shè)計(jì)參數(shù)。在起升過(guò)程中，此時(shí)液壓缸帶動(dòng)貨叉運(yùn)動(dòng)的最大運(yùn)動(dòng)速度為，而在本文經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)中，其速度和行程都為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中相同參數(shù)的一半，而起升回路中速度決定了其流量的大小。在起升過(guò)程中，此時(shí)液壓缸的運(yùn)動(dòng)活塞桿移動(dòng)距離為，叉車(chē)貨叉移動(dòng)的距離為，均滿(mǎn)足此次液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求。1.1.2系統(tǒng)工作壓力的確定在液壓系統(tǒng)液壓油液傳遞的回路中，要計(jì)算其在管道、接頭和通過(guò)液壓閥的壓力損失，而在一般的小型液壓系統(tǒng)中，這部分經(jīng)驗(yàn)上可以定為，因此液壓系統(tǒng)的額定工作壓力應(yīng)該較液壓缸所計(jì)算的工作壓力高，也就是說(shuō)起升回路的額定壓力應(yīng)該為：1.1.3起升液壓缸工況分析1.負(fù)載分析：負(fù)載：最大靜摩擦力：動(dòng)摩擦力：上升啟動(dòng)時(shí)：上升運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)：下降運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)：1.速度分析：上升速度：快速下降時(shí)最高速度：加減速時(shí)間：上升時(shí)加減速時(shí)間段位移：下降時(shí)加減速時(shí)段間位移：位移分析：提升油缸的行程：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）液壓速上升0(F+Fs)(F+Fd)液壓速上升64680液壓速上升(F+Fd)F液壓速下降5880052920液壓速下降F-Fd液壓速下降529200對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)如下； F(N)(0,70560)(23.5,64680)(1476.5,64680)(9,52920)(1500,58800)(1491,52920)0 S(mm)負(fù)載-位移的關(guān)系曲線(xiàn)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23.50.2勻速上升14856.32235勻減速上升23.50.2勻加速下降90.2勻速下降133214.890勻減速下降90.2對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)如下； V(mm/s) (23.5,235) （1476.5,235） 0 S(mm)(9,90) (1491,90)速度-位移關(guān)系曲線(xiàn)1.3液壓系統(tǒng)原理圖的擬定在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，首先要明確的是其工作要求，之后根據(jù)不同的工作要求的動(dòng)作來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)的液壓回路，而在動(dòng)作原理中，最形象直觀的就是液壓原理圖。我們?cè)诜治霾孳?chē)的工作循環(huán)時(shí)，包括起升、傾斜、歸位等動(dòng)作都有相應(yīng)的速度和時(shí)間要求，因此對(duì)它們分別進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，利用液壓系統(tǒng)原理圖隨其中的壓力、方向、速度控制回路進(jìn)行設(shè)計(jì)，擬定正確的液壓系統(tǒng)原理圖也是對(duì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵內(nèi)容。1.3.1起升回路的設(shè)計(jì)在叉車(chē)液壓系統(tǒng)中的起升裝置中，其工作原理為，起升動(dòng)作時(shí)油液壓源提供液壓力，作用于液壓缸中，液壓缸帶動(dòng)貨叉上升至指定位置，之后回程中是利用液壓活塞桿和貨叉的重力進(jìn)行歸位。而前文在設(shè)計(jì)中升起液壓缸中設(shè)計(jì)有差動(dòng)連接的裝置，其方式采用第二種常見(jiàn)方式也就是在活塞腔中進(jìn)行打孔實(shí)現(xiàn)連接的方式，利用這種方式可以使得缸內(nèi)無(wú)低壓接口，經(jīng)過(guò)此運(yùn)動(dòng)從而得液壓缸的腔體內(nèi)都充滿(mǎn)高壓油，而其起升動(dòng)作所需的液壓力是由于活塞桿兩側(cè)的壓力面積不同而形成的，其運(yùn)動(dòng)方式的改變是通過(guò)控制電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的。起升動(dòng)作完成后，回落時(shí)利用重力機(jī)型歸位，這樣就可以減少了液壓系統(tǒng)功率的輸出，但是也必須設(shè)置背壓元件來(lái)限制其速度，形成勻速下降的方式，而該設(shè)計(jì)包括下圖中的兩種方式，第一是采用單向閥；第二是采用現(xiàn)成的流量調(diào)節(jié)閥，兩種方案各有好處，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需求和工作環(huán)境等來(lái)確定。（a）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第一方案（b）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第二方案圖4液壓系統(tǒng)的起升回路的兩種設(shè)計(jì)方案比較中是第一種方案，就是利用液控單向閥來(lái)限制下落的速度，這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是可以長(zhǎng)時(shí)間有效地鎖定貨叉下降的位置，可靠性較高，但其增加了設(shè)計(jì)進(jìn)油和回油口的復(fù)雜性，而且不能調(diào)節(jié)貨叉下降的速度，因此很難滿(mǎn)足本文叉車(chē)的設(shè)計(jì)需求。中是采用流量調(diào)節(jié)閥，與設(shè)計(jì)的差動(dòng)回路進(jìn)行配合使用，液壓系統(tǒng)中這種流量調(diào)節(jié)閥可以與負(fù)載進(jìn)行自適應(yīng)匹配工作，通過(guò)載荷的變化來(lái)調(diào)整流量的變化，載荷與閥開(kāi)口呈反比，因此調(diào)節(jié)液壓缸的流量趨勢(shì)穩(wěn)定變化，也有壓力補(bǔ)償?shù)男Ч?，這樣可以控制貨物下降速度，避免出現(xiàn)由于降落過(guò)快導(dǎo)致的裝備和人員的傷亡和生產(chǎn)事故。其在無(wú)載重歸位時(shí)，其閥門(mén)開(kāi)口最大，這樣可以以最大限度節(jié)約能量的損耗。因此在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)的流量調(diào)節(jié)閥需要對(duì)貨叉最大降落速度進(jìn)行匹配計(jì)算，保證貨車(chē)平穩(wěn)下降，另外要在其回路匯總設(shè)計(jì)安全閥，起到卸荷和保護(hù)液壓系統(tǒng)的作用。1.3.2傾斜回路的設(shè)計(jì)在叉車(chē)貨叉的傾斜作業(yè)中，本文設(shè)計(jì)兩個(gè)并聯(lián)液壓缸來(lái)保證其動(dòng)作實(shí)現(xiàn)，其執(zhí)行元件-活塞桿通過(guò)機(jī)械機(jī)構(gòu)與貨叉連接，保證其傾斜動(dòng)作不產(chǎn)生扭曲變形。為了防止重物超限而出現(xiàn)失控現(xiàn)象，在其液壓回路也必須加入背壓閥，第一可以保證液壓缸工作的平穩(wěn)性，使其在極端負(fù)壓情況下不出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象；第二也可以保證液壓回路中負(fù)壓而產(chǎn)生液壓油氣化的負(fù)壓現(xiàn)象。可以從液壓系統(tǒng)的圖5中看出，可以利用換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)傾斜液壓缸的動(dòng)作切換過(guò)程。圖5液壓系統(tǒng)傾斜回路的原理圖1.3.3方向控制回路的設(shè)計(jì)及要求在此本文液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)往往有多套動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的完成，因此需要設(shè)計(jì)換向閥來(lái)對(duì)液壓油的走向進(jìn)行控制，這樣可以保證其執(zhí)行元件動(dòng)作的切換。在本文叉車(chē)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案匯總中，方分別采用手動(dòng)電磁換向閥來(lái)控制其起升回路和傾斜回路兩個(gè)方向的控制過(guò)程。需要注意的是，當(dāng)存在多種動(dòng)作方式時(shí)，采用單泵供油方式不能滿(mǎn)足其動(dòng)作切換的要求，因?yàn)楫?dāng)換向閥在中間位置是，液壓泵處在卸荷狀態(tài)，只有等卸荷狀態(tài)完成后才可以重新進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作，造成了時(shí)間和效率的浪費(fèi)。圖6普通換向閥控制方式圖6普通換向閥控制方式1.3.4供油方式及要求在供油的方式上，采用雙齒泵供油方式，其中的原因是，在叉車(chē)液壓系統(tǒng)的工作中主要的兩個(gè)動(dòng)作上，（1）起升動(dòng)作負(fù)載大，所需流量和壓力也大；（2）傾斜動(dòng)作負(fù)載相對(duì)較小，壓力和流量需求也比較小。因此如果公用一個(gè)動(dòng)力源的話(huà)會(huì)造成浪費(fèi)和嚴(yán)重的發(fā)