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1、叉车液压系统设计1叉车液压系统设计叉车液压系统设计2目录1.1 概述 .51.1.1 叉车的结构及基本技术 .51.2 液压系统的主要参数 .71.2.1 提升缸的设计： .71.2.2 系统工作压力的确定 .81.2.3 液压系统原理图的拟定 .81.2.3.1 起升回路的设计 .81.2.3.2 倾斜装置的设 计 .111.2.4 提升液压缸的工况分析： .121.2.5 方向控制回路的设计 .121.2.6 油路设计 .141.2.7 液压阀的选择 .151.2.8 液压泵的设计与选择 .161.2.9 管路的尺寸 .161.3 油箱的设计 .171.3.1 系统温升验算 .171.3.
2、2 其他辅件的选择 .171.4 设计经验总结 .18参考文献 .18叉车液压系统设计3叉车工作装置液压系统设计叉车作为一种流动式装卸搬运机械，由于具有很好的机动性和通过性，以及很强的适应性，因此适合于货种多、货量大且必须迅速集散和周转的部门使用，成为港口码头、铁路车站和仓库货场等部门不可缺少的工具。本章以叉车工作装置液压系统设计为例，介绍叉车工作装置液压系统的设计方法及步骤，包括叉车工作装置液压系统主要参数的确定、原理图的拟定、液压元件的选择以及液压系1.1 概述叉车也叫叉式装卸机、叉式装卸车或铲车，属于通用的起重运输机械，主要用于车站、仓库、港口和工厂等工作场所，进行成件包装货物的装卸和搬
3、运。叉车的使用不仅可实现装卸搬运作业的机械化，减轻劳动强度，节约大量劳力，提高劳动生产力，而且能够缩短装卸、搬运、堆码的作业时间，加速汽车和铁路车辆的周转，提高仓库容积的利用率，减少货物破损，提高作业的安全程度。1.1.1 叉车的结构及基本技术按照动力装置不同，叉车可分为内燃叉车和电瓶叉车两大类；根据叉车的用途不同，分为普通叉车和特种叉车两种；根据叉车的构造特点不同，叉车又分为直叉平衡重式叉车、插腿式叉车、前移式叉车、侧面式叉车等几种。其中直叉平衡重式叉车是最常用的一种叉车。叉车通常由自行的轮式底盘和一套能垂直升降以及前后倾斜的工作装置组成。某型号叉车的结构组成及外形图如图 3-1 所示，其中
4、货叉、叉架、门架、起升液压缸及倾斜液压缸组成叉车的工作装置。叉车液压系统设计41-货叉 2-叉架 3-门架及起升液压缸 4-倾斜液压缸 5-方向盘 6-操纵杆 7-底盘及车轮图 1-1 叉车的结构及外形叉车的基本技术参数有起重量、载荷中心矩、起升高度、满载行驶速度、满载最大起升速度、满载爬坡度、门架的前倾角和后倾角以及最小转弯半径等。其中，起重量(Q) 又称额定起重量，是指货叉上的货物中心位于规定的载荷叉车液压系统设计5中心距时，叉车能够举升的最大重量。我国标准中规定的起重量系列为：0.50，0.75，1.25，1.50，1.75，2.00，2.25，2.50，2.75，3.00，3.50，4
5、.00，4.50，5.00，6.00，7.00，8.00，10.00.吨。载荷中心距 e，是指货物重心到货叉垂直段前表面的距离。标准中所给出的规定值与起重量有关，起重量大时，载荷中心距也大。例如平衡重式叉车的载荷中心距如表 3-1 所示。表 1-1 平衡重式叉车的载荷中心距额 定 起 重 量 Q/t Q1 1Q5 5 Q 10 12 Q 18 20 Q 12 载 荷 中 心 距 e/mm 100 500 600 900 1250 起升高度 hmax，指叉车位于水平坚实地面上，门架垂直放置且承受额定起重量的货物时，货叉所能升起的最大高度，即货叉升至最大高度时水平段上表面至地面的垂直距离。现有的起
6、升高度系列为：1500，2000，2500，2700，3000，3300，3600，4000，4500，50005500，6000，7000mm。满载行驶速度 vmax，指货叉上货物达到额定起重量且变速器在最高档位时，叉车在平直干硬的道路上行驶所能达到的最高稳定行驶速度。满载最大起升速度 vamax，指叉车在停止状态下，将发动机油门开到最大时，起升大小为额定起重量的货物所能达到的平均起升速度。满载爬坡度 a，指货叉上载有额定起重量的货物时，叉车以最低稳定速度行驶所能爬上的长度为规定值的最陡坡道的坡度值。其值以半分数计。门架的前倾角 f 及后倾角 b，分别指无载的叉车门架能从其垂直位向前和向后倾
7、斜摆动的最大角度。最小转弯半径 Rmin，指将叉车的转向轮转至极限位置并以最低稳定速度作转弯运动时，其瞬时中心距车体最外侧的距离。在叉车的基本技术参数中，起重量和载荷中心距能体现出叉车的装载能力，即叉车能装卸和搬运的最重货件。最大起升高度体现的是叉车利用空间高度的情况，可估算仓库空间的利用程度和堆垛高度。速度参数则体现了叉车作业循环所需要的时间，与起重量参数一起可估算出生产率。1.2 液压系统的主要参数1.2.1 提升缸的设计：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。叉车液压系统设计6图 1 提升装置示意图静摩擦力 Fs= G=0.24000
8、9.8=7840N动摩擦力 Fd= G=0.140009.8=3920N由于下降的受力小于上升的，所以惯性力 Fa=ma= =9000N提升的最大负载 F=Fs+ Fd+ Fa+G=59960N根据设计条件，提升装置需承受的最大负载力为：59960N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 （由于所需做的功保持常值，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 Ft=mg=39200N所以 2 Ft=78400 N如果系统工作压力为 160bar，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Ar Ar=
9、= 所以活塞杆直径为 d = 0.079 m，查标准（56、63、70、80 系列） ，取 d = 0.080m。根据液压设计手册选用 HSG 型工程液压缸，可选液压缸的型号有：（1）HSG01-110/dE 活塞杆和活塞直径为 80/110mm/mm（速比 2） ，活塞杆最大行成行程 1600mm ；（2）HSG01-140/dE 活塞杆和活塞直径为 80/140 mm/mm（速比 1.46） ，活塞杆最大行成行程 2000mm ；（3）HSG01-160/dE 活塞杆和活塞直径为 80/160 mm/mm（速比 1.33） ，活塞杆最大行成行程 2000mm 。选用 (1)HSG01-14
10、0/dE，各参数为：液压缸内经 140mm，液压杆直径 80mm，最大工作压力为 160bar，行程为 1.5m。叉车液压系统设计7因此活塞杆的有效作用面积为Ar= = =50.24Ps= = =156bar当工作压力在允许范围内时， 起升液压缸所需的最大流量由起升装置的最大速度决定，在由动滑轮和链条组成的系统中，起升液压缸的最大运动速度是叉车杆最大运动速度的一半，于是提升过程中液压缸所需最大流量为：= =50.24/s=67.8L/min= =50.24=5.523/s=33.138 L/min1.2.2 系统工作压力的确定系统最大压力可以确定为大约在 160bar 左右，如果考虑压力损失的
11、话，可以再稍高一些。1.2.3 液压系统原理图的拟定在完成装卸作业的过程中，叉车液压系统的工作液压缸对输出力、运动方向以及运动速度等几个参数具有一定的要求，这些要求可分别由液压系统的几种基本回路来实现，这些基本回路包括压力控制回路、方向控制回路以及速度控制回路等。所以，拟定一个叉车液压系统的原理图，就是灵活运用各种基本回路来满足货叉在装卸作业时对力和运动等方面要求的过程。1.2.3.1 起升回路的设计起升液压系统的作用是提起和放下货物，因此执行元件应选择液压缸。由于起升液压缸仅在起升工作阶段承受负载，在下落过程中液压缸可在负载和液压缸活塞自重作用下自动缩回，因此可采用单作用液压缸。如果把单作用
12、液压缸的环形腔与活塞的另一侧连通，构成差动连接方式，则能够在提高起升速度的情况下减小液压泵的输出流量。如果忽略管路的损失，单作用液压缸的无杆腔和有杆腔的压力近似相等，则液压缸的驱动力将由活塞杆的截面积决定。实现单作用液压缸的差动连接，可以通过方向控制阀在外部管路上实现，如图 1-2（a ） 。为减小外部连接管路，液压缸的设计也可采用在活塞上开孔的方式，如图 1-2（b）所示。这种测试方法有杆腔所需要的流量就可以从无杆腔一侧获得，液压缸只需要在无杆腔外部连接一条油路，而有杆腔一侧不需要单独连接到回路中。（ a）管路连接方式 （ b）活塞上开孔方式 图 1- 差动连接液压缸 叉车液压系统设计8对于
13、起升工作装置，举起货物时液压缸需要输出作用力，放下货物时，货叉和货物的重量能使叉车杆自动回落到底部，因此本设计实例起升回路采用单作用液压缸差动连接的方式。而且为减少管道连接，可以通过在液压缸活塞上钻孔来实现液压缸两腔的连接，液压缸不必有低压出口，高压油可同时充满液压缸的有杆腔和无杆腔，由于活塞两侧的作用面积不同，因此液压缸会产生提升力。起升液压缸活塞运动方向的改变通过多路阀或换向阀来实现即可。为了防止液压缸因重物自由下落，同时起到调速的目的，起升回路的回油路中必须设置背压元件，以防止货物和货叉由于自重而超速下落，即形成平衡回路。为实现上述设计目的，起升回路可以有三种方案，分别为采用调速阀的设计
14、方案、采用平衡阀或液控单向阀的平衡回路设计方案以及采用特殊流量调节阀的设计方案，三种方案比较如图 1-3（a） 、图 1-3（b）和图 1-3（c ）所示。（a ）设计方案一（b）设计方案二叉车液压系统设计9（c ） 设计方案三图 1-3 起升回路三种设计方案比较图 1-3（ a）中设计方案之一是采用调速阀对液压缸的下落速度进行控制，该设计方案不要求液压缸外部必须连接进油和出油两条油路，只连接一条油路的单作用液压缸也可以采用这一方案。无论货物重量大小，货物下落速度在调速阀调节下基本恒定，在工作过程中无法进行实时的调节。工作间歇时，与换向阀相配合，能够将重物平衡或锁紧在某一位置，但不能长时间锁紧。在重物很轻甚至无载重时，调速阀的节流作用仍然会使系统产生很大的能量损失。图 1-3（ b）中设计方案之二是采用平衡阀或液控单向阀来实现平衡控制，该设计方案能够保证在叉车的工作间歇，货物被长时间可靠地平衡和锁紧在某一位置。但采用平衡阀或液控单向阀的平衡
