叉车工作装置液压系统设计(液压系统经典设计实例).ppt

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1、第3章 叉车工作装置液压系统设计,组合机床动力滑台液压系统,根据叉车动力装置不同，叉车可分为内燃叉车和电瓶叉车两类。内燃叉车是指使用柴油、汽油或者液化石油气为燃料，由发动机提供动力的叉车。载重量为0.5吨45吨。(5T带驾驶室内燃叉车_标清.avi)电瓶叉车是指以电瓶为动力的叉车。电瓶叉车多使用直流（DC）串激电动机，其机械特性能满足叉车所需要的低速大扭矩的工作要求。随着交流（AC）技术的发展，以及控制器的配套完善后，交流电机的使用逐渐增多，交流电机相对于直流电机来说，使用维护更加方便，缺点是成本相对直流电机要高。(前移式电瓶叉车_标清.avi),3.1 叉车液压系统的设计要求,3.1.1 叉

2、车的结构及基本技术指标,组合机床动力滑台液压系统,根据叉车用途不同，叉车可分为普通叉车和特种叉车两类。普通叉车如下图所示。,3.1 叉车液压系统的设计要求,几种典型的特种叉车如右侧图所示，分别是集装箱堆高车、伸缩臂叉车、高速越野叉车。,组合机床动力滑台液压系统,根据叉车的结构特点，可分为平衡重式叉车、叉腿式叉车、前移式叉车、侧面式叉车，其中，平衡重式叉车最常用。1.平衡重式叉车 车体前方装有升降货叉、车体尾部装有平衡重块自行式叉车出现于1917年。第二次世界大战期间叉车得到发展。中国从50年代初期开始制造叉车。可采用柴油、汽油、液化石油气等燃料，也可用电瓶，载荷能力 0.5吨45吨，10吨以上

3、多为柴油叉车。一般来说，电瓶叉车基本上都是平衡重式叉车。,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,2.叉腿式叉车 两腿前支分叉，防止翻倒。,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,3。前移式叉车 前移式叉车分门架前移式和货叉前移式。门架前移式叉车是指作业时门架带动货叉前移，伸出到前轮之外叉取或放下货物，行走时货叉带货物收回，使货物重心在支撑面内；而货叉前移式叉车是指货架带动货叉前移至前轮之外进行作业，行走时叉架带动货叉缩回到支撑平面内。,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,4.侧面叉车 货叉安装在叉车侧面，具有直接从侧面叉取货物的能力，

4、因此主要用来叉取长条型的货物，如木条、钢筋等。,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,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。其中，货叉、叉架、门架、起升液压缸、倾斜液压缸组成叉车的工作装置。,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,叉车的基本参数：(1)起重量，又称额定起重量，指货叉上的货物中心位于规定的载荷中心距时，叉车能够举升的最大重量。载荷中心距：货物重心到货叉垂直段前表面距离。起重量越大，载荷中心距也越大。平衡重式叉车载荷中心距如图3-1所示。,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,(2)起升高度，

5、是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高度。,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,(3)满载行驶速度，是指货叉上货物达到额定起重量且变速器在最高档位时，叉车在平直干硬地面的道路上行驶所能达到的最高稳定行驶速度。,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,(4)满载最大起升速度，是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。,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,(5)满载爬坡度，是指货叉上载有

6、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。爬坡度用坡度的角度值（以度数表示）或以坡度起止点的高度差与其水平距离的比值（正切值）的百分数来表示。(书上印错了)由于叉车一般在比较平坦的场地上作业，所以对最大爬坡度的要求不高.一般情况下，内燃叉车的最大爬坡度为20%-30%.,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,(6)门架前倾角和后倾角，分别指无载的叉车门架能从其垂直位向前和向后倾斜摆动的最大角度。,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,(7)最小转弯半径，是指将叉车的转向轮转至极限位置并以最低稳定速度做转弯运动时，

7、其瞬时中心距车体最外侧的距离。(书上定义)通常当叉车在无载低速行驶、打满方向盘转弯时，车体最外侧和最内侧至转弯中心的最小距离，分别称为最小外侧转弯半径Rmin和最小内侧转弯半径Rmin。最小外侧转弯半径愈小，则叉车转弯时需要的地面面积愈小，机动性愈好。(网上叉车厂家定义),3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,叉车工作装置主要由货叉、叉架、门架、链条和链轮、起升液压缸、倾斜液压缸组成，如图3-2所示。,3.1 叉车液压系统的设计要求,3.1.2 叉车的工作装置,组合机床动力滑台液压系统,起升液压缸驱动货叉升降，倾斜液压缸驱动门架前后倾斜。起升液压缸通过滑轮和链条，使叉架沿着

8、内门架升降，内门架又以外门架为导轨上下伸缩。外门架的下部铰接在叉架上，借助于倾斜液压缸的作用，门架可以再前后方向倾斜一定角度。前倾目的是为了装卸货物方便，后倾目的是当叉车行驶时，保证货叉上的货物稳定。,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,叉车液压系统的工作装置、助力转向系统甚至行走传动系统等都有液压系统驱动完成，因此，叉车液压系统的质量直接影响着叉车的性能。下面分别就工作装置、行走驱动、助力转向的液压系统逐一说明。,3.1 叉车液压系统的设计要求,3.1.3 叉车液压系统组成及原理,组合机床动力滑台液压系统,某型号叉车液压系统原理如图3-3所示。该液压系统有起升液压缸8、

9、倾斜液压缸6和属具液压缸7三个执行元件，由定量泵10供油，多路换向阀(属具滑阀1、起升液压缸滑阀3、倾斜液压缸滑阀4)控制各执行元件的动作，单向节流阀调节起升和属具动作速度，从而驱动工作装置完成相应的工作任务。,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床

10、动力滑台液压系统,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,某型号叉车行走驱动液压系统原理如图3-4所示。该液压系统由变量主液压泵1供油，执行元件为液压马达5，主液压泵的吸油和供油路与液压马达的排油路和进油路相连，形成闭式回路。,3.1 叉车液压系统的设计要求,梭阀4和换油溢流阀6使低压的热油排回油箱，辅助液压泵7把油箱中经过冷却的液压油补充到系统中，起到补充系统泄漏和换油的作用，溢流阀8限定补油压力，单向阀2保证补油到低压油路中。,组合机床动力滑台液压系统,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,3.1 叉车液压系统的设计要求,双向安全阀3保证液压回路双向工

11、作的安全。,组合机床动力滑台液压系统,叉车转向频繁，为减轻驾驶员劳动强度，现在起重量2t以上的叉车多采用助力转向-液压助力转向或全液压转向。某型号叉车液压助力转向系统原理如图3-5所示。,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,该转向液压系统和叉车工作装置液压系统分属独立的液压系统，分别由单独的液压泵供油。系统中流量调节阀2可保证转向助力器稳定供油，并使系统流量限制在发动机怠速运转时液压泵流量的1.5倍。随动阀3与普通三位四通换向阀基本相同，但该阀的阀体与转向液压缸缸筒连为一体，随液压缸缸筒的动作而动作。,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,叉车直线行驶

12、时，方向盘位于中间位置，随动阀3的阀芯也处于中间位置，转向液压缸4不动作，叉车直线行驶。,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,当叉车转弯时，驾驶员转动方向盘，联动机构带动随动阀3的阀芯运动，使转向液压缸的两腔分别与液压泵或油箱相通，液压缸动作，驱动转向轮旋转，叉车转向，直到液压缸缸筒的移动距离与阀芯的移动距离相同时，阀芯复位，转向停止。,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,(1)超载保护，多路换向阀壳体无裂纹、渗漏；工作性能应良好可靠；安全阀动作灵敏，在负载25%时应能全开，调整螺栓的螺母应齐全坚固。操作手柄定位准确、可靠，不得因震动而变位。(2)最

13、大下降速度控制。为了提高装卸效率，如果叉车起升速度增大，满载下降速度也增大，下降速度过大是危险的，因此叉车液压系统中应设置下降限速阀，既要控制货叉的下降速度不超过限定的速度值，又要防止起升液压缸的高压橡胶软管突然爆破时，起升在一定高度的载荷会从货叉上突然落下，损伤货物或伤人。,3.1 叉车液压系统的设计要求,3.1.4 叉车对液压系统的工作要求,组合机床动力滑台液压系统,(3)液压系统管路接头牢靠、无渗漏，与其他机件不磨碰，橡胶软管不得有老化、变质现象。(4)液压系统中的传动部件在额定载荷、额定速度范围内不应出现爬行、停滞和明显的冲动现象。(5)为方便叉车携带电动机，减少叉车附属设备，从而减小

14、液压系统的整体尺寸，叉车工作装置液压系统可以由叉车发动机直接驱动液压泵来提供油源。为适应叉车在具有粉尘和沙粒的厂房环境中工作，因此应考虑为液压系统设置合适的过滤器。液压油的工作温度应限定在合适的范围内，叉车的工作环境温度一般为-1045。,3.1 叉车液压系统的设计要求,组合机床动力滑台液压系统,3.1.5.1 起升装置液压系统设计参数及技术要求 技术要求：(1)叉车杆上升(下降)速度可调；(2)叉车杆有良好的位置控制功能；(3)叉车杆有自锁功能，无论在多大负载作用下，或者甚至在液压油源无法供油，油源到液压缸之间的液压管路出现故障等情况下，要求叉车杆能够被锁紧在最后设定的位置；(4)叉车杆在上

15、升过程中，当液压系统出现故障时，要求安全保护装置能够使负载安全下降。已知条件：叉车杆和导轨的质量约为200kg。参数如表3-2所示。,3.1 叉车液压系统的设计要求,3.1.5 设计参数及技术要求,组合机床动力滑台液压系统,本设计中所设计叉车工作装置中叉车杆起升装置示意图如图3-6所示，由起升液压缸驱动货叉沿支架上下运动以提升或放下货物。,3.1 叉车液压系统的设计要求,导轨,叉架,重物,链轮,升降液压缸,链条,组合机床动力滑台液压系统,3.1.5.2 倾斜装置液压系统设计参数及技术要求 倾斜装置示意图如图3-7所示，该装置由倾斜液压缸驱动门架绕一铰接点做摆动式旋转。技术参数如下表所示。,3.

16、1 叉车液压系统的设计要求,叉架,重物,倾斜液压缸,导轨(门架),铰接点,组合机床动力滑台液压系统,本设计实例中叉车工作装置液压系统包括起升液压系统和倾斜液压系统两个子系统，分别确定两个子系统的设计方案和主要技术参数。3.2.1 确定起升液压系统的设计方案和技术参数 起升液压系统作用是提起和放下重物，执行直线运动，因此执行元件选用液压缸。由于液压缸仅在起升工作阶段承受负载，在下落过程中可在负载和活塞自重下自动缩回，因此可采用单作用缸。如果把单作用液压缸的环形腔与活塞的另一侧连通，构成差动连接方式。如果忽略管路损失，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有活塞杆的截面积决

17、定。,3.2 初步确定液压系统方案和主要技术参数,组合机床动力滑台液压系统,实现但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3-8(a)所示。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3-8(b)所示。,3.2 初步确定液压系统方案和主要技术参数,p,A1,A2,p,组合机床动力滑台液压系统,起升液压缸在驱动货叉和叉架上升时，活塞杆处于受压状态，为保证受压状态下的压杆稳定，活塞杆的长径比不超过20:1。,3.2 初步确定液压系统方案和主要技术参数,F,组合机床动力滑台液压系统,起升液压缸在驱动货叉和叉架上升时，活塞杆处于受压状态，为保证受压状态下的压杆

18、稳定，活塞杆的长径比不超过20:1。如果直接用液压缸实现升降，根据表3-2，活塞杆长度应大于2m，则活塞杆直径至少0.1m。,3.2 初步确定液压系统方案和主要技术参数,组合机床动力滑台液压系统,如果活塞杆直径0.1m，即100mm，根据差动液压缸输出力计算方法，此时液压缸提升负载的有效面积为活塞杆面积，即：,3.2 初步确定液压系统方案和主要技术参数,根据表3-2，起升液压缸需承受的负载力为,忽略压损和摩擦力，液压系统应提供工作压力为,组合机床动力滑台液压系统,工作压力为6.5MPa对于液压系统较低，应采用更高的工作压力。但工作压力高，根据公式,3.2 初步确定液压系统方案和主要技术参数,则

19、活塞杆面积Ar需要减小。Ar变小，根据公式：,活塞杆直径也要变小。但活塞杆直径如果变小，为保证压杆稳定，在活塞杆长径比保持为20:1的时候，活塞杆长度会小于2m，则重物提升高度将达不到2m。因此，如果压力变大，则不能使用液压缸直接提升重物。,组合机床动力滑台液压系统,改进方案如图3-6所示。根据改图可知，液压缸的行程可以减小一半，即活塞杆长度可由2m变为1m，但输出力为原来的2倍(根据高中物理可以得到该结论)。液压缸输出力为原来2倍，即,3.2 初步确定液压系统方案和主要技术参数,液压系统所需的工作压力为,取起升液压缸的工作压力为13MPa，对于液压系统而言，该工作压力比较合适。起升液压缸的最

20、大流量由起升装置的最大速度决定，在该方案中，起升液压缸的最大速度是叉车杆最大速度(0.2m/s)的一半，即,组合机床动力滑台液压系统,对于差动连接液压缸而言，其无杆腔面积和有杆腔面积之比应取为2:1，则起升液压缸活塞杆直径d和活塞直径D之间关系为D=0.707d，得活塞直径为：,3.2 初步确定液压系统方案和主要技术参数,根据液压缸参数标准，取液压缸活塞直径为160mm，行程为1m。,组合机床动力滑台液压系统,3.2.2 确定倾斜液压系统的设计方案和技术参数 倾斜液压缸与货叉门架的连接方式主要有三种，如图所示。这三种连接方式表明，叉车倾斜液压缸应输出的作用力不仅取决于叉车货叉门架及负载产生的倾

21、斜力矩，而且取决于液压缸和门架的连接位置到叉车货叉门架倾斜支点的距离，因此叉车倾斜液压缸的尺寸也取决于倾斜液压缸的安装位置。液压缸安装位置越高，距离倾斜支点越远，液压缸所需的输出力越小。,3.2 初步确定液压系统方案和主要技术参数,组合机床动力滑台液压系统,已知倾斜液压缸连接位置到叉架倾斜支点的距离为1m，倾斜力矩给定为18000Nm，则倾斜液压缸所需输出力为,3.2 初步确定液压系统方案和主要技术参数,在叉车工作过程中，货叉叉起货物后，货叉和门架在倾斜液压缸作用下向里倾斜；放下货物后，货叉和门架复位，门架回复垂直位置。因此，倾斜液压缸的作用是单方向的。此外，基于减小占用空间和尺寸的考虑，倾斜

22、液压缸应采用单作用液压缸。,组合机床动力滑台液压系统,3.2 初步确定液压系统方案和主要技术参数,门架的倾斜可由一个液压缸驱动，也可用两个并联液压缸同时驱动，用两个缸时货叉和门架受力更合理，货叉不容易在货物作用下侧翻或倾斜，工作更平稳，因此，本实例中采用两个单作用液压缸并联驱动门架。两个缸时，每个缸的作用力为9000N。由于起升液压缸的工作压力为12.98MPa，假定倾斜液压缸的工作压力为12MPa。,组合机床动力滑台液压系统,3.2 初步确定液压系统方案和主要技术参数,门架和货叉向后倾斜时，倾斜液压缸有杆腔一侧为工作腔，作用面积为,由于负载力矩的方向总是使叉车杆回到垂直位置，所以倾斜装置一直

23、处于拉伸状态，活塞杆不会弯曲(拉杆)。取d=0.7D，有杆腔面积为,则活塞直径为,将D根据国标圆整为40mm，则d=0.7D=28mm。则有杆腔作用面积为,可见，按照上述确定的活塞和活塞杆尺寸，重新计算得到的有杆腔有效作用面积(6.4)小于前述按照假定工作压力计算得到的有杆腔有效作用面积(7.5)，因此应减小活塞杆直径或提高倾斜液压系统的工作压力。,组合机床动力滑台液压系统,3.2 初步确定液压系统方案和主要技术参数,如果取倾斜液压缸活塞杆直径d为25mm，则有杆腔作用面积为,此时倾斜液压缸有杆腔作用面积大于原估算面积，因此能够满足设计要求。如果提高倾斜液压缸的工作压力，则倾斜液压缸所需的最大

24、工作压力为,倾斜液压缸无杆腔的有效作用面积为,本设计实例采用提高工作压力的设计方案进行设计。,组合机床动力滑台液压系统,3.2 初步确定液压系统方案和主要技术参数,倾斜液压缸的最大运动速度给定为20/s，转换成线速度为,因此，在货叉恢复垂直位置，两个倾斜液压缸处于活塞杆伸出的工作状态时，液压缸所需的总流量为,倾斜液压缸需要走过的行程为,3.2.3 系统工作压力的确定 假设沿程和局部的压力损失为1.52.0MPa，则工作压力应比执行元件需要的最大工作压力高1.52.0MPa，即(起升液压缸12.98MPa，倾斜液压缸12MPa),组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,3.3.1

25、起升系统的设计 起升装置在举起货物时需要液压缸输出作用力，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，因此起升系统采用单作用缸差动连接。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实现。为防止液压缸因重物自由下落，同时起到调速目的，起升系统的回油路中必须设置背压元件，防止货物和货叉由于自重而超速下落，形成平衡回路。为实现上述目的，起升系统可采用三种方案。,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图

26、,图3-10(a)设计方案采用调速阀对液压缸的下落速度进行控制。该系统不要求液压缸必须连接进油和出油两条油路，只连接一条油路的单作用缸也可采用该方案。,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,无论货物重量大小，下落速度在调速阀调节下基本恒定，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(换向阀不要承担负载平衡功能)。在重物很轻或无负载时，调速阀的节流作用仍会使系统产生很大的能量损失。,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,图3-10(b)设计方案是采用平衡阀或液控单向阀实现平衡。该系设计方案能够保证在叉车的工作间

27、隙，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回路都要求液压缸具有进油和回油两条油路，否则货叉无法在货物自重作用下实现下落，而且该设计方案无法调节货物的下落速度，因此不能满足设计要求。,下落速度的调节靠外控顺序阀的流量控制，而外控阀的流量是无法实时调节的。,低压(外控顺序阀未被打开),高压(外控顺序阀被打开),组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,该系设计方案能够保证在叉车的工作间隙，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回路都要求液压缸具有进油和回油两条油路，否则货叉无法在货物自重作用下实现下落，而且该设计方案无法调

28、节货物的下落速度，因此不能满足设计要求。,低压(液控单向阀未被打开),高压(液控单向阀被打开),下落速度的调节靠调节节流阀的流量控制，而节流阀的流量是可以实时调节的。,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,图3-10(c)设计方案是采用一种特殊的流量调节阀和在单作用液压缸活塞上开设小孔实现差动连接的方式。该流量阀可以根据货叉载重大小自动调节起升液压缸的流量，使该流量不随叉车载重量的变化而变化，货物越重，阀开口越小，反之阀开口越大，因此能够保证起升液压缸的流量基本不变，起到压力补偿的作用。在重物很轻或无载重时，通过自身调节，该流量调节阀口可以开大甚至全开，从而避免不必要的能量损失

29、。本设计实例采用该方案。,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,3.3.2 倾斜系统的设计 倾斜系统采用两个并联液压缸做执行元件，两个液压缸的同步动作是通过两个活塞杆同时刚性连接在门架上的机械连接方式来保证，以防止叉车杆发生扭曲变形。,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,为防止货叉和门架在复位过程中由于货物的自重而超速复位，从而导致液压缸的动作失去控制或引起液压缸进油腔压力突然降低，因此在液压缸的回路中应设置一个背压阀。采用背压阀(溢流阀做背压阀)，一方面可以保证倾斜液压缸在负值负载的作用下能够平稳工作，另一方面也可以防止由于进油腔压力突然降低到低于油液的空气

30、分离压甚至饱和蒸汽压而在活塞另一侧产生气穴现象。,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,3.3.3 方向控制回路的设计 可以采用两个多路阀加旁通阀的控制方式分别控制起升液压缸和倾斜液压缸的动作，如图3-12所示。,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,倾斜液压缸活塞杆伸出：,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,倾斜液压缸活塞杆收回：,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,起升液压缸活塞杆伸出：,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,起升液压缸活塞杆收回：,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,可以

31、采用两个普通的三位四通手动换向阀分别控制起升液压缸和倾斜液压缸的动作，如图3-13所示。本设计采用该方案。,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,倾斜液压缸活塞杆伸出：,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,倾斜液压缸活塞杆收回：,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,起升液压缸活塞杆伸出：,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,起升液压缸活塞杆收回：,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,3.3.4 供油方式 由于起升和倾斜两个工作装置的流量差异很大(起升47.1，倾斜5.3)，而且相对都较小，因此采用两个串联齿

32、轮泵供油比较合适。其中大齿轮泵给起升装置供油，小齿轮泵给倾斜装置供油。两个齿轮泵分别与两个三位四通手动换向阀相连，为使液压泵在工作装置不工作时处于卸荷状态，两个换向阀应采用M型中位机能，这样可以提高系统效率。根据以上讨论，液压系统原理如图3-14所示。,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,起升液压缸活塞杆伸出：,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,起升液压缸活塞杆缩回：,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,倾斜液压缸活塞杆伸出：,组合机床动力滑台液压系统,3.3 拟定液压系统原理图,倾斜液压缸活塞杆缩回：,组合机床动力滑台液压系统,3.4

33、选择液压元件,3.4.1 液压泵的选择 液压泵采用结构简单、价格低廉的双联齿轮泵。假定齿轮泵的容积效率为90%，电机转速为1500r/min，在中，计算出起升液压缸的最大流量为47.1L/min，在中，计算出倾斜液压缸的最大流量为5.3L/min，则两个液压泵的排量可以计算出来,组合机床动力滑台液压系统,3.4 选择液压元件,查询Sauer-Danfoss公司齿轮泵样本，SNP2系列中与3.93cm3/r接近的齿轮泵排量为3.9cm3/r，SNP3系列中与34.9cm3/r接近的齿轮泵排量为33.1cm3/r和37.9cm3/r，而33.1更接近于34.9，如果选用排量37.9cm3/r的液压

34、泵，工作过程中会有较大的流量经过溢流阀溢流回油箱，造成浪费，并有可能产生严重的发热。考虑到前述计算中假定液压泵容积效率为90%，在实际工作过程中，液压泵的容积效率可能高于90%，尤其在低负载时。在低负荷时，电机转速也可能会略高于1500r/min，因此液压泵的实际输出流量会增大。,组合机床动力滑台液压系统,3.4 选择液压元件,满载条件下，电机转速1500r/min，容积效率90%，则实际流量为：,半负载条件下，电机转速1550r/min，容积效率93%，则实际流量为,半负载条件下，实际流量大于系统所需流量47.1L/min，能够满足设计要求。如果选择排量为37.9cm3/r的液压泵，在满负载

35、条件下，电机转速为1500r/min，容积效率为90%，此时实际流量为,在半负载条件下，电机转速为1550r/min，容积效率为93%，此时实际流量为,即如果叉车大多数时间都不工作在满负载的情况下，选用排量为37.9cm3/r的较大液压泵会造成较大的溢流损失。,组合机床动力滑台液压系统,3.4 选择液压元件,倾斜系统的小流量液压泵，在满载条件下，电机转速1500r/min，容积效率90%，此时实际流量为,该值等于倾斜系统所需的流量5.3L/min，能够满足设计要求。3.4.2 电动机的选择 为减小系统尺寸，简化系统结构，可以使用内燃机做动力，液压泵由发动机直接驱动。如果空间允许，也可以采用电动

36、机。在叉车工作过程中，为保证工作安全，起升系统和倾斜系统一般不会同时工作；又由于起升装置的输出功率要远远大于倾斜装置的输出功率，因此，虽然叉车工作装置由双联泵供油，在选择驱动电机时，只要能够满足为起升装置供油的大流量液压泵的功率要求即可。在最高工作压力下，大流量液压泵的实际输出功率为,组合机床动力滑台液压系统,3.4 选择液压元件,齿轮泵总效率通常在80%90%之间，取齿轮泵的总效率为80%，所需的电机功率为,3.4.3 液压阀的选择 液压系统由双联泵供油，因此，对于起升系统，流经换向阀、单向阀、溢流阀和平衡阀的最大流量为47.7L/min(半载工况)，各元件的额定压力应大于起升系统的最大工作

37、压力14.5MPa；,组合机床动力滑台液压系统,3.4 选择液压元件,对于倾斜系统，流经各个液压阀的最大流量为5.3L/min，额定压力应大于倾斜系统的最大工作压力13.5MPa。流经倾斜系统的液压阀流量小，因此倾斜系统中的液压阀通径比起升系统的小。,组合机床动力滑台液压系统,3.4 选择液压元件,在选择溢流阀时，由于溢流阀在起升系统和倾斜系统中都作为安全阀，因此其调定压力应高于供油压力的10%左右。起升系统和倾斜系统溢流阀的调定压力是不同的，按照前述计算起升系统溢流阀的调定压力设为16MPa比较合适，倾斜系统溢流阀调定压力设为15MPa，具体数值在后续压损校核中确定。,组合机床动力滑台液压系

38、统,3.4 选择液压元件,查阅样本，确定型号如表3-4所示。,组合机床动力滑台液压系统,3.4 选择液压元件,3.4.4 管路的选择 管路直径可由液压元件进出口直径来确定，也可通过管路中流速的推荐值进行计算。假设液压泵排油管路速度为5m/s，液压泵吸油管路速度为1m/s.按照半载工况，大流量泵排油管路中流过的最大流量为,则管道的最小横截面积为,由A=PI*D2/4可知，,可得,查液压管路管径标准，与上述计算值最接近的实际值为33mm，因此可选用通径为40mm的油管作为大流量泵的吸油管。,组合机床动力滑台液压系统,3.4 选择液压元件,3.4.5 油箱的设计 按照储油量的要求，初步确定油箱的有效

39、容积为,已知双联泵总流量为qv=49.65+6=55.6L/min，对于行走工程机械，为减小液压系统的体积和质量，在计算油箱的有效容积时取a=2，因此有,油箱总体容积为,查液压泵站油箱公称容积系列，取油箱整体容积为150L。如果油箱的长宽高比例参照3:2:1设计，则计算得到长、宽、高分别为0.09m、0.06m、0.03m。,组合机床动力滑台液压系统,3.4 选择液压元件,3.4.6 其他辅件的选择 液压装置使用的过滤器包括油箱注油过滤器和主回路上的回油过滤器。查相关厂家样本，选择型号为EF3-40的空气过滤器，其性能参数为：(1)加油流量为21L/min；(2)空气流量为170L/min；(

40、3)油过滤面积为180mm2；(4)空气过滤精度为0.279mm；(5)油过滤精度为125。选择型号为RF-60*20L-Y的滤油器作回油过滤器，其性能参数为:(1)额定流量为60L/min；(2)过滤精度为20；(3)额定压力为1MPa。,组合机床动力滑台液压系统,3.5 验算液压系统性能,3.5.1 压力损失验算 为了能够更准确地计算液压泵的供油压力和设定溢流阀的调定压力，分别验算由两个液压泵到起升液压缸和倾斜液压缸进口之间的油路的压力损失。压损包括油液流过等径进油管路而产生的沿程压损p1、通过管路中弯管和管接头等处的局部压损p2以及通过各种液压阀的局部压损p3。由于叉车液压系统管路较短，

41、弯管和管接头较少，因此，油液流过等径进油管路而产生的沿程压损p1和通过管路中弯管和管接头等处的局部压损p2与通过各种液压阀的局部压损p3相比可以忽略不计。因此，只要校核通过各种液压阀的局部压损p3即可。,组合机床动力滑台液压系统,3.5 验算液压系统性能,起升系统局部压损p3主要包括由单向阀11、换向阀5和特殊流量控制阀7阀口产生的局部压损。,组合机床动力滑台液压系统,3.5 验算液压系统性能,查样本手册，单向阀11开启压力为0.035MPa；在流量约为50L/min时，手动换向阀5压损约0.5MPa；在流量约为50L/min时，流量调节阀7压损约0.5MPa，则起升系统总局部压损0.035+

42、0.5+0.5=1.035MPa。所以溢流阀调定压力为(13+1.035)*1.1=15.4MPa。取溢流阀实际调定压力为16MPa即可。,组合机床动力滑台液压系统,3.5 验算液压系统性能,由原理图可知，倾斜系统局部压损p3主要包括由单向阀12、换向阀6和防气穴阀8产生的局部压损。,组合机床动力滑台液压系统,3.5 验算液压系统性能,查样本手册，单向阀12的开启压力为0.035MPa；在流量约为5.4L/min时，手动换向阀6的压损最大约为0.15MPa；防气穴阀中单向阀的开启压力为0.05MPa，则倾斜系统总局部压损为0.035+0.15+0.05=0.235MPa。所以溢流阀实际压力为(

43、14.1+0.235)*1.1=15.8MPa。取溢流阀实际调定压力为16MPa即可。,组合机床动力滑台液压系统,3.5 验算液压系统性能,3.5.2 系统温升验算 起升系统消耗的功率远大于倾斜系统所消耗的功率，因此只验证起升系统的温升即可。对于起升油路，当叉车杆处于闲置或负载下降时，换向阀工作在中位，液压泵在低压下有49.65L/min的流量(理论流量)流回油箱，此时液压泵处于卸荷状态，因此液压泵损失的功率较小。当负载上升时，液压泵的大部分流量将进入液压缸。当负载上升达到顶端时，液压泵以44.7L/min的额定流量从安全阀溢流回油箱，造成很大的能量损失。假设液压泵流量的90%通过安全阀流失，

44、损失的功率是,造成的油液温度升高可计算为,组合机床动力滑台液压系统,3.5 验算液压系统性能,如果液压系统的温升单位用，则油液温升为,上述温升满足行走机械温升范围要求，而且由于这一极端功率损失的情况只是偶尔在货叉杆上升到行程端点时才出现，因此该叉车工作装置液压系统不必设置冷却器。,3.6 设计经验总结,对叉车类工程机械或行走机械液压系统的设计方法和设计经验总结如下：(1)采用低成本的齿轮泵作能源元件，普通的手动换向阀作控制调节元件，系统造价低，易于维护。(2)为保证系统工作安全，对于有垂直下落工况的液压系统，应采用必要的平衡回路。对于有超越负载(负值负载)的液压系统，应在回油路上采用必要的增加背压(防气穴)措施。(3)为提高系统的工作效率，降低能耗，对于流量差别较大的子系统或支回路，应采用具有不同流量的液压泵分别供油的方式。,