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1、叉车液压系统设计学院：机械工程学院班级：机检 1113姓名：25：王桂花26 ：崔俊杰36：马金双名目1.1 概述31.1.1 31.2 液压系统的主要参数51.2.1 提升缸的设计51.2.2 系统工作压力确实定61.2.3 液压系统压力图的拟定61.2.3.1 起升回路的设计61.2.3.2 倾斜装置的设计91.2.4 提升液压缸的工况分析101.2.5 方向掌握回路的设计111.2.6 油路设计121.2.7 液压阀的选择131.2.8 液压泵的设计与选择141.2.9 管路的尺寸141.3 油 箱 的 设 计15.1.3.1 系统温升验算161.3.2 其他辅件的选择161.4 设计阅

2、历总结17叉车工作装置液压系统设计叉车作为一种流淌式装卸搬运机械，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、货量大且必需快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行缺少的工具。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确实定、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，进展成件包装货物的装卸和搬运。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

3、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，削减货物破损，提高作业的安全程度。1.1.1 叉车的构造及根本技术依据动力装置不同，叉车可分为内燃叉车和电瓶叉车两大类；依据叉车的用途不同，分为一般叉车和特种叉车两种；依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。某型号叉车的构造组成及外形图如图 3-1 所示，其中货叉、叉架、门架、起升液压缸及倾斜液压缸组成叉车的工作装置。1-货叉2-叉架

4、 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叉车的构造及外形叉车的根本技术参数有起重量、载荷中心矩、起上升度、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， 0.75，1.25，1.50，1.75，2.00，2.25，2.50，2.75，3.00，3.50，4.00，4.50，5.00，6.00，7.00，8.00，10.00.吨。载荷中心距 e，是指货物重心到货叉垂直段

5、前外表的距离。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载荷中心距e/mmQ11Q55 Q 1012 Q 1820 Q 121005006009001250起上升度 h，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max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外表至地面的垂直距离。现有的起上升度系列为：1500，2023，2500，2700，3000，3300，3600，4000，4500，5000，5500，6000，7000mm。满载行驶速度

6、 vmax，指货叉上货物到达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到达的最高稳定行驶速度。满载最大起升速度 v，指叉车在停顿状态下，将发动机油门开到最大时，amax起升大小为额定起重量的货物所能到达的平均起升速度。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。门架的前倾角及后倾角f，分别指无载的叉车门架能从其垂直位向前和b向后倾斜摇摆的最大角度。R最小转弯半径min，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。在叉车的根本技术参数中，起重量和载荷

7、中心距能表达出叉车的装载力量， 即叉车能装卸和搬运的最重货件。最大起上升度表达的是叉车利用空间高度的状况，可估算仓库空间的利用程度和堆垛高度。速度参数则表达了叉车作业循环所需要的时间，与起重量参数一起可估算诞生产率。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，对装置进展改进，如图 1 所示。图 1提升装置示意图静摩擦力 Fs= fsG=0.240009.8=7840N动摩擦力 Fd= 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=59

8、960N依据设计条件，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上升度的一半，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假设系统工作压力为 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ArAr=所以活塞杆直径为 d= 0.079m，查标准56、63、70、80 系列，取 d= 0.080m。依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

9、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 2023mm；（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 2023mm。选用 (1)HSG01-140/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。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

10、的最大速度打算，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 系统工作压力确实定系统最大压力可以确定为大约在 160bar 左右，假设考虑压力损失的话，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肯定的要求，这些要求可分别由液压系统的几种根本回路来实现，这些根本回路包括压力掌握回路、方向掌握回路以及速度掌握回路等。所以，拟定一个

11、叉车液压系统的原理图，就是敏捷运用各种根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，因此可承受单作用液压缸。假设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，则能够在提高起升速度的状况下减小液压泵的输出流量。假设无视管路的损失，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打算。实现单作用液压缸的差动连接，可以通过方向掌握阀在外部管路上实现，如图 1

12、-2a。为减小外部连接收路，液压缸的设计也可承受在活塞上开孔的方式，如图1-2b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 1-2差动连接液压缸对于起升工作装置，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承受单作用液压缸差动连接的方式。而且为削减管道连接，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，高压油可同时布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

13、缸会产生提升力。起升液压缸活塞运动方向的转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需设置背压元件，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，分别为承受调速阀的设计方案、承受平衡阀或液控单向阀的平衡回路设计方案以及承受特别流量调整阀的设计 方案，三种方案比较如图 1-3a、图 1-3b和图 1-3c所示。（a） 设计方案一（b） 设计方案二（c） 设计方案三图 1-3起升回路三种设计方案比较图 1-3a中设计方案之一是承受调速阀对液压缸的下落速度进展掌握，该设计方案不要求液压缸外部

14、必需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承受这一方案。无论货物重量大小，货物下落速度在调速阀调整下根本恒定，在工作过程中无法进展实时的调整。工作间歇时，与换向阀相协作，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旧会使系统产生很大的能量损失。图 1-3b中设计方案之二是承受平衡阀或液控单向阀来实现平衡掌握，该设计方案能够保证在叉车的工作间歇，货物被长时间牢靠地平衡和锁紧在某一位置。但承受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出油两条油路，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整货物的下落速度，

15、因此不能够满足本设计实例的设计要求。图 1-3c中设计方案之三是承受一种特别的流量调整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，该流量调整阀可以依据货叉载重的大小自动调整起升液压缸的流量，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根本不变，起到压力补偿的作用。从而有效的防止因系统故障而消灭重物快速下落、造成人身伤亡等事故。而在重物很轻或无载重时，通过自身调整，该流量调整阀口可以开大甚至全开，从而避开不必要的能量损失。本设计实例承受这一设计方案限定了货叉的最大下落速度，保证了货叉下落的安全。此外，为了防止负载过大而导致油管裂

16、开，也可在液压缸的连接收路上设置一个安全阀。1.2.3.2 倾斜装置的设计本设计实例倾斜装置承受两个并联的液压缸作执行元件，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的，以防止叉车杆发生扭曲变形，更好地驱动叉车门架的倾斜或复位。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掌握或引起液压缸进油腔压力突然降低，因此在液压缸的回油管路中应设置一个背压阀。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分别压甚至饱和蒸汽压而在活塞另一侧产生气穴现象，其原理图如图3-4 所

17、示。倾斜液压缸的换向也可直接承受多路阀或换向阀来实现。图 1-4倾斜回路原理图倾斜装置所需的力取决于它到支点的距离，活塞杆与叉车体相连。因此倾斜液压缸的尺寸取决于它的安装位置。安装位置越高，即距离支点越远，所需的力越小。该作用力由两个双作用液压缸供给，则每个液压缸所需供给的力为59960N。假设工作压力为 160bar，则倾斜液压缸环形面积 Aa 为：Aa=假设活塞直径 D=80mm，环形面积给定，则活塞杆直径可以用如下方法求出。Aa=)d=0.040 m所以活塞杆直径取 d=0.040m， 则环形面积为：Aa=)=37.68 力为：p= bar而液压缸工作压力为 160bar，因此有足够的余

18、量。倾斜机构所需最大压综上，两个倾斜液缸选用 HSG 型工程液压缸，选用型号为 HSG01-80/dE， 参数为：液压缸径 80mm，液压杆直径 40mm，速比 1.33，行程为 1000mm。1.2.4 提升液压缸的工况分析：依据前边的设计参数知：加减速时间 t 都为 0.2s；起升速度 v =0.45m/s；1快速下降最高速度 v =0.22m/s; 提升油缸行程：L=1.5m;2上升时：加速度：a =v /t=0.45/0.2=2.25m/s211加速行程：L = at2= 2.250.22=0.045m1下降时：加速度：a =v /t=0.22/0.2=1.1m/s224工况工进加速工

19、进匀速工进减速计算式L = at21L =L-L21L = at23工作行程/m0.0451.4550.045快退匀速L =L- L1.47845快退减速L at25=0.022减速行程：L2= at2= 1.10.22=0.022m工况负载组成负载力加速上升F=Fs+ Fd+ Fa+G59960N匀速上升F= Fs+ Fd+G50960N减速上升F= G-Fs-Fd- Fa18440N匀速下降F= G-Fs-Fd27440N1.2.5 方向掌握回路的设计行走机械液压系统中，假设有多个执行元件，通常承受中位卸荷的多路换向阀中路通掌握多个执行元件的动作，也可以承受多个一般三位四通手动换向阀，分别

20、对系统的多个工作装置进展方向掌握。本设计实例可以承受两个多路阀加旁通阀的掌握方式分别掌握起升液压缸和倾斜液压缸的动作，其原理图如图1-5 所示，也可以承受两个一般的三位四通手动换向阀分别掌握起升液压缸和倾斜液压缸的动作，如图1-6 所示。本设计实例叉车工作装置液压系统拟承受一般的三位四通手动换向阀掌握方式，用于掌握起升和倾斜装置的两个方向掌握阀均可选用标准的四通滑阀。应留意的是，假设起升回路中平衡回路承受前述设计方案三流量调整阀设计方案，则起升液压缸只需要一条连接收路，换向阀两个连接执行元件的油口 A 口和 B 口只需要用到其中一个即可。假设用到 A 口，则应留意 B 口应当与油箱相连，而不应

21、堵塞。这样，当叉车杆处于下降工作状态时，可以令液压泵卸荷， 而单作用起升液压缸下腔的液压油可通过手动换向阀直接流回油箱，有利于系统效率的提高。同时为了防止油液倒流或避开各个回路之间流量相互影响，应在每个进油路上增加一个单向阀。另外，还应留意承受一般换向阀实现的换向掌握方式还与液压油源的供油方式有关，假设承受单泵供油方式，则无法承受几个一般换向阀结合来进展换向掌握的方式，由于只要其中一个换向阀处于中位，则液压泵卸荷，无法驱动其它工作装置。图 1-5多路换向阀掌握方式1.2.6 油路设计图 1-6一般换向阀掌握方式对于提升工作装置，单作用液压缸就能够满足工作要求，由于叉车体的重量能使叉车杆自动回到

22、底部。液压缸不必有低压出口，高压油可同时布满活塞环形面和另一面构成差动缸，由于活塞两侧面积的不同而产生提升力。为削减管道连接，可以通过在活塞上面钻孔实现液压缸两侧的连接。倾斜装置通常承受两个液压缸驱动，以防止叉车杆发生扭曲变形。行走机械液压系统中通常承受中位卸荷的多路换向阀中路通 掌握多个液压缸的动作， 如图 3 所示。1.2.7 液压阀的选择提升系统中，全部液压阀通过的流量至多为 67.8L/min，所以阀的尺寸很小。为考虑系统的压力损失管路和各方向阀造成的，液压系统供给的压力应比负载所需压力高 1520bar：=159+20=179 bar溢流阀的调定压力应高于供油压力 10%左右，即设成

23、 180bar 比较适宜。溢流阀的最大压力值可能比 180bar 还高，甚至超过 200bar。查阅相关液压阀生产厂家样本，确定本设计实例所设计叉车工作装置液压系统各液压阀型号及技术参数如表 1-3 所示。序号元件名称表 1-3 液压阀型号及技术参数规格额定流量最高使用压力型号L/minMPa1三位四通手动换向阀 510031.54WMM6T502单向阀 117621DT8P1-06-05-103溢流阀 312031.5DBDH6P-10/2004单向阀 121021DT8P1-02-05-105流量调整阀 76731.5VCDC-H-MF(G1/2)6三位四通手动换向阀 6溢流阀 4背压阀和

24、防气穴阀 83025DMG-02-3C6-W71221812031.5C175-02-F-10MH1DBN 10 P2-20/050M1.2.8 液压泵的设计与选择齿轮泵具有构造简洁，体积小，重量轻，工作牢靠等优点，广泛应用在叉车上。一般承受高压齿轮泵。依据系统设计的要求选择压力，依据起升速度选择流量。当电动机直接带泵时，应选用高速齿轮泵。齿轮泵属于容积式液压泵，输出压力随负载变化，在系统中必需设置安全阀。齿轮泵的容积效率为 90 取，液压泵缸的壁厚取与液压缸相约。假定齿轮泵的容积效率为 90%，电机转速为 1500r/m，则泵的排量为：678001D = 0.91500= 50.2cm 3

25、r满负载条件下1500rpm，容积效率 90%的实际流量为：50 .2 0 .9 1500q1 =1000= 67 .8 Lmin半负载条件下1550rpm，容积效率 93%的实际流量为：50 .2 0.93 1550q1 =1000= 72 .4 Lmin大于所需值，满足设计要求。1.2.9 管路的尺寸本设计实例液压管路的直径可通过与管路连接的液压元件进出口直径来确定，也可通过管路中流速的建议值进展计算。依据液压手册中给出的液压管路流速推举范围，假定液压泵排油管路的速度为 10m/s，液压泵吸油管路的速度为 2m/s。在设计过程中也应当留意，液压系统管路中油液的流淌速度也会受到油路和装置工作

26、条件、功率损失、热和噪声的产生以及振动等各方面因素的影响。依据半载工况，大流量泵排油管路中流过的最大流量为q =72.5 L/min则管道的最小横截面积为：72.51000 / 60A =10= 121mm2=p D2A4D 2 =4 121p= 154 mm2D = 12 .4 mm为减小压力损失，管径应尽可能选大些，所以选用管子通径为 15mm 的油管作排油管即可。大流量泵吸油管路中流过的最大流量为液压泵的理论流量， 即50.31500 = 75.45 L/min，则管道的最小横截面积为：100075.451000/ 60A = 628.75mm22D 2=4 628. 75p= 801m

27、m2D= 28 .3 mm查液压管路管径标准，与上述计算值最接近的实际值为 30mm，因此可选用通径为 40mm 的油管做大流量泵的吸油管。1.3 油箱的设计1依据液压油箱容积估算方法，依据贮油量的要求，初步确定油箱的有效容积V= aq有效v双联泵总理论流量为q= 75.45 + 6 = 81.45 Lmin，对于行走工程机械，v为减小液压系统的体积和重量，在计算油箱的有效容积时取 a = 2。因此V= 2 81.45= 162 .9L有效油箱整体容积为 V = V有效=203.625L，查液压泵站油箱公称容积系列，取油0.8箱整体容积为 240 L。假设油箱的长宽高比例依据 3：2：1 设计

28、，则计算得到长、宽、高分别为a=1.20m、b=0.80m、c=0.40m。 2安装热交换器时，还要考虑安装位置，还可以装油温计测油温。3箱壁要涂防锈涂料1.3.1 系统温升验算起升回路消耗的功率远大于倾斜回路所消耗的功率，因此只验证起升回路的温升即可。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 75.45L/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，液压泵的大局部流量将进入液压缸。当负载上升到达顶端时，液压泵以 50.2l/min 的额定流量从安全阀溢流回油箱，造成很大的能量损失。假定液压泵流量的 90

29、%通过安全阀流失，损失的功率为：W = p q = 15106 0.950.210-3RVrvrv60造成的油液温度上升可计算为：RVDT =W=11.3KWr C qPrv式中r 液压油液的密度，取 870kg/m3C 液压油液的比热，对于一般的石油型液压油液， C 0.40.5pp4187 J/(kgK)，取C =2.0 KJ/(kg. K)p假设液压系统的温度单位用摄氏度，则油液温升为DT =WRVr C qP rv=100008702023 0.950.260103= 7.6C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状况只是间或在货叉杆上升到行程端点时才消灭，因此该

30、叉车工作装置液压系统不必设置冷却器。1.3.2 其他辅件的选择叉车工作装置液压系统中使用的过滤器包括油箱注油过滤器和主回油路上的回油过滤器。查相关厂家样本，选择型号为 EF3-40 的空气滤清器，其性能参数为：加油流量21 L/min空气流量170 L/min油过滤面积180 mm2 空气过滤精度0.279 mm 油过滤精度125 m选择型号为 RF-6020L-Y 的滤油器作回油过滤器，其性能参数为： 额定流量60 L/min过滤精度20m额定压力1 MPa1.4 设计阅历总结叉车类工程机械或行走机械对液压系统的要求是安全牢靠、效率高、本钱低， 通过本设计实例，对叉车类工程机械或行走机械液压

31、系统的设计方法和设计阅历总结如下：1 承受低本钱的齿轮泵做能源元件，一般的手动换向阀做掌握调整元件，系统造价低。2 为保证系统工作安全，对于有垂直下落工况的液压系统，应承受必要的平衡回路；对于有超越负载负值负载的液压系统，应在回油路上承受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，对于流量差异较大的支回路，应承受不同流量的液压泵分别供油的方式。参考文献1 许福玲.液压与气压传动.北京：机械工业出版社，2023.082 陈奎生液压与气压传动武汉：武汉理工大学出版社，2023.83 朱福元液压系统设计简明手册北京：机械工业出版社，2023.104 张利平液压气动系统设计手册北京：机械工业出版社，1997.9