液压设计--2.5-吨叉车工作装置液压系统设计(单缸、中压)

2.5吨叉车工作装置液压系统设计（单缸、中压）1提升装置的设计根据设计条件，要提升的负载为2600kg，因此提升装置需承受的负载力为：26009.8125506lFmgN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。图1提升装置示意图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2Fl=51012N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53251012103.188310160lrFApm2233.1883104rdAm2所以活塞杆直径为d=0.0637m，查标准（56、63、70、80系列），取d=0.070m。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）HSG01-100/dE活塞杆和活塞直径为70/100mm/mm（速比2），活塞杆最大行成行程1350mm；（2）HSG01-125/dE活塞杆和活塞直径为70/125mm/mm（速比1.46），活塞杆最大行成行程2000mm；（3）HSG01-140/dE活塞杆和活塞直径为70/140mm/mm（速比1.33），活塞杆最大行成行程2000mm。选用HSG01-125/dE，各参数为：液压缸内经125mm，液压杆直径70mm，最大工作压力为160bar，行程为1m。因此活塞杆的有效作用面积为2240.07038.51044rdAm245101213331.210lSrFPbarA当工作压力在允许范围内时，提升装置最大流量由装置的最大速度决定。在该动滑轮系统中，提升液压缸的活塞杆速度是叉车杆速度(已知为0.2m/s)的一半，于是提升过程中液压缸所需最大流量为：4max38.5100.1rqAvm3/smax23.1rqAvl/min2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话，可以再稍高一些。3倾斜装置的设计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。图2倾斜装置示意图假设r=0.5m，倾斜力矩给定为T=9000N.m，因此倾斜装置所需的作用力F为：9000180000.5TFrN如果该作用力由两个双作用液压缸提供，则每个液压缸所需提供的力为9000N。如果工作压力为160bar，则倾斜液压缸环形面积Aa为：549000105.6310160aFApm2由于负载力矩的方向总是使叉车杆回到垂直位置，所以倾斜装置一直处于拉伸状态，不会弯曲。假设活塞直径D=40mm，环形面积给定，则活塞杆直径可以用如下方法求出。)(422dDAa0.030dm为了保证环形面积大于所需值，活塞杆直径必须小于该计算值，取0.025dm，则环形面积为：2222642()(4025)107.6581044aADdm倾斜机构所需最大压力为：549000117.53107.65810aFpAPa=117.53bar而液压缸工作压力为160bar，因此有足够的余量。倾斜系统所需的最大流量出现在倾斜液压缸的伸出过程中，此时液压缸无杆腔充满液压油，因此应按照活塞端部一侧计算，活塞面积用如下公式计算：2204.044DAp=12.6×10-4m2倾斜装置所需最大速度给定为2º/s，先转换成弧度制，然后再转换成线速度：22deg/2/0.0349/360sradsrads0.03490.50.0175/Vrms因此，两个液压缸在伸出过程中所需的流量为：0175.0106.122242vAqp=0.43981m3/s=2.6l/min倾斜装置需要走过的行程为：200.50.175180Sm综上，两个倾斜液缸选用HSG型工程液压缸，选用型号为HSG01-40/dE，参数为：液压缸径40mm，液压杆直径25mm，速比2，行程为200mm。4油路设计对于提升工作装置，单作用液压缸就能够满足工作要求，因为叉车体的重量能使叉车杆自动回到底部。液压缸不必有低压出口，高压油可同时充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。为减少管道连接，可以通过在活塞上面钻孔实现液压缸两侧的连接。倾斜装置通常采用两个液压缸驱动，以防止叉车杆发生扭曲变形。行走机械液压系统中通常采用中位卸荷的多路换向阀（中路通）控制多个液压缸的动作，如图3所示。图3中位卸荷的多路换向阀（中路通）控制的液压系统也可采用另一种稍有不同的双泵供油方案，先确定基本油路组成，然后再加入安全装置，如图4所示。注意前述大部分计算过程对所有油路设计方案都适用，包括引入中通多路换向阀的设计。提升和倾斜两个装置都需要通过比例控制阀来控制，比例阀由手动操纵杆和对中弹簧来操纵。液压系统原理图中还应增加液压泵，油箱和两个溢流阀以保证安全，溢流阀可以用于调节供油压力的大小。由于提升和倾斜两个工作装置的流量差异很大但相对都比较小，因此采用两个串联齿轮泵比较合适。大齿轮泵给提升装置供油，小齿轮泵给倾斜装置供油。齿轮泵与中通比例换向阀相连，当系统不工作时，两个泵处于卸荷状态，这样可以提高系统的效率。图4双泵供油方案的液压系统另外，用于提升装置的方向控制阀可选用标准的四通阀，其B口应该与油箱相连不应堵塞。这样，当叉车杆处于下降状态，泵卸荷时，液压油可以直接流回油箱，有利于提高系统效率。基本油路确定后，油路还不能正常工作，因为没有安全保护装置，也没有调节流量（为限制负载下降速度而流出液压缸的流量）的装置。可以通过引入一个安全阀，从而在负载下落时限制负载下落速度来解决这个问题，也可以在每个进油路上加一个单向阀，防止油液倒流。因为存在负值负载（与活塞运动方向相同的负载），所以倾斜系统的回路设计稍微有所不同。上述回路设计过程中，应对如下两个问题加以注意：1环形面一侧一直处于增压状态，有可能通过方向阀产生泄漏；2防止在活塞另一侧产生气穴现象（设置防气穴阀）。5液压阀的选择提升系统中，所有液压阀通过的流量至多为23.1l/min，所以阀的尺寸很小。如果采用的是串联泵，则倾斜装置子系统流过的流量至多为3l/min。为考虑系统的压力损失（管路和各方向阀造成的），液压系统提供的压力应比负载所需压力高15~20bar：max13320153sPbar溢流阀的调定压力应高于供油压力10%左右，即设成170bar比较合适。溢流阀的最大压力值可能比170bar还高，甚至超过200bar。5.1提升系统液压阀选择由以上计算可知：提升子系统最大流量为23.1L/min。选择直动式溢流阀的型号为DBDS10P10，带保护罩的调节螺栓，通径10mm,板式阀，进油口最大压力63MPa，出油口最大压力31.5MPa。选择单向阀的型号为RVP-10-1-0，通径10mm,最大工作压力31.5MPa，最大流量18～15000L/min。选择顺序背压阀的型号为BXY-Fg6/10，通径10mm，最高工作压力20MPa；选择手动换向阀的型号为4WMM6，通径为6mm,最高工作压力：油口A、B、P为31.5MPa,油口T为16MPa，最大流量60L/min。5.2倾斜系统液压阀选择由以上计算可知：倾斜子系统最大流量为2.6L/min。选择直动式溢流阀的型号为DBDH6P10，调节手柄，通径6mm,板式阀，进油口最大压力40MPa，出油口最大压力31.5MPa。选择单向阀的型号为RVP-6-1-0，通径6mm,最大工作压力31.5MPa，最大流量18～15000L/min。选择手动换向阀的型号为4WMM6，通径为6mm,最高工作压力：油口A、B、P为31.5MPa,油口T为16MPa，最大流量60L/min。6液压泵的参数确定由于提升系统与倾斜系统的流量相差很大，并且都很小，所以本设计采用结构简单、价格低廉的齿轮泵串联满足设计要求。提升：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：2310017.10.91500reqDcm3/rev从Sauer-Danfoss目录中可查出，SNP2系列有排量为16.8和19.2cm3/rev的泵。应选择排量为19.2cm3/rev的液压泵SNP2/019满负载条件下（1500rpm，容积效率90%）的实际流量为：19.20.9150025.9ql/min大于所需值13.1l/min，满足设计要求。倾斜：92.115009.00026reqDcm3/rev第二个泵的排量为1.92cm3/rev，可选择SNP1/2.2，选择的时候只需要检验其是否与SNP2/014型号的泵配对，以构成串联泵。在Sauer-Danfoss目录中，有一张表格显示了哪些泵可以用来构成串联泵，最后选定合适的组合为：SNP2/014+SNP1/2.27电动机功率在最大压力下的流动功率为：23.11921007.3960000Wpqkw上面的数值假定的是效率为100%时得到的。齿轮泵的效率（包括容积效率和机械效率）在80~85%之间，所以所需的电机功率为：7.399.240.8dWWkw8管路的尺寸通常的流体速度：排油管路：3m/s~5m/s吸油管路：0.5m/s~1.5m/s泵自身的初始吸油压力限制在不超过0.33bar(10’’Hg)这些速度受油路和装置工作条件，功率损失，热和噪声的产生以及振动的影响，会发生变化。假定吸油管路的速度为1m/s，排油管路的速度为5m/s。（1）排油管路计算：最大流量为0.000385m3/s，则管道的最小横截面积为：320.000385/77.05/QmsAmmms24DA98.049.9Dmm（管道直径）与计算数值最接近的实际管子直径为10mm，所以：当选用10mm的管径时，流速为v=4.0m/s（2）吸油孔计算孔的横截面积：320.000385/3851msAmm38519.6Dmm（孔径）与之最近的实际值为20mm9功率损失估计提升/下降油路：当叉车杆处于闲置或负载下降时，泵在低压下有23.1l/min的流量流回油箱。当负载上升时，大部分流量将进入液压缸。当负载缓慢上升时，有相当一部分流量从安全阀流失，造成很大的能量损失。假定泵流量的90%通过安全阀流失，损失的功率为：523.10.9160105.5460000RVRVRVWPQkW导致油液温度升高：55447.8823.1870210060000RVPWTCQ℃由于这种情况只会偶尔发生，所以不必装冷却装置。设计一个好的油箱（如鳍状箱体）或鳍状回路管道有助于改善对流热量损失。参考文献【1】王积伟主编《液压传动》（第2版）机械工业出版社【2】液压设计手册【3】SAUERFOSSGeneralGearPumpsandGearMotorsTechnicalInformation（英文）【4】GT2348-1993液压气动系统及元件缸内经及活塞杆外径国家标准【5】成大先主编《机械设计手册》第四版第四卷化学工业出版社2002【6】林建业、何存兴主编《液压元件》机械工业出版社93版【7】王海波、于春波《叉车液压系统起升回路的研究》【8】胡佳友《2T平衡重式叉车液压系统设计》湖南文理学院【9】章宏甲、黄宜主编《机床液压传动》北京机械工业出版社