7吨叉车液压系统设计.docx

7吨叉车液压系统设计.docx

《7吨叉车液压系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《7吨叉车液压系统设计.docx（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

7吨叉车液压系统设计

HarbinInstituteofTechnology

综合课程设计

（二）

设计题目：

7吨叉车双缸倾斜液压系统设计

院系：

机械设计制造及其自动化

班级：

1208103班

设计者：

张谦

学号：

1120810333

指导教师：

张辉

设计时间：

2015.11.30-2015.12.18

哈尔滨工业大学

7.0吨叉车工作装置液压系统设计

1提升装置的设计

根据设计条件，要提升的负载为7200kg，因此提升装置需承受的负载力为：

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

如果系统工作压力为210bar，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

所以活塞杆直径为

，查标准，取d=0.10m。

根据液压缸的最大长径比20：

1，液压缸的最大行程可达到2.0m，即叉车杆的最大提升高度为4.0m，能够满足设计要求的2m提升高度。

因此，提升液压缸行程为1m，活塞杆和活塞直径为100/140mm（速比2）、100/180mm（速比1.46），或100/200mm（速比1.33）。

选择100/200mm（速比1.33）型的液压缸。

因此活塞杆的有效作用面积为

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0.3m/s）的一半，于是提升过程中液压缸所需最大流量为：

2系统工作压力的确定

系统最大压力可以确定为大约在175bar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

假设载荷中心500mm，倾斜角度：

前倾5°后倾10°。

故最大倾斜力矩为

因此倾斜装置所需的作用力F为：

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46127N。

如果工作压力为210bar，则倾斜液压缸环形面积Aa为：

由于负载力矩的方向总是使叉车杆回到垂直位置，所以倾斜装置一直处于拉伸状态，不会弯曲。

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。

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

，

（速比2）则环形面积为：

倾斜机构所需最大压力为：

而液压缸工作压力为210bar，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：

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：

因此，两个液压缸在伸出过程中所需的流量为：

倾斜装置需要走过的行程为：

综上，两个倾斜液压缸的可选尺寸为63/28mm/mm，行程为160mm。

4油路设计

对于提升工作装置，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。

采用双泵供油方案，先确定基本油路组成，然后再加入安全装置，如图3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3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70.65L/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10.56L/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：

溢流阀的调定压力应高于供油压力10%左右，即设成224.4bar比较合适。

溢流阀的最大压力值可能比224bar还高，甚至超过225bar。

注意

与使用中通旁路式多路换向阀相比，使用标准方向阀可以节省成本。

但是，使用标准方向阀需要多增加一个溢流阀和一个泵，即使用两个溢流阀和一个串联泵。

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70.65L/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-20-10，通径20mm,最大工作压力31.5MPa，最大流量200L/min。

选择二通流量控制阀的型号为MSA30EP-10；

选择手动换向阀的型号为4WMM10，通径为10mm,最高工作压力：

油口A、B、P为31.5MPa,油口T为15MPa，最大流量100L/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10.56L/min。

选择直动式溢流阀的型号为DBDS6P10，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-8-1-0，通径8mm,最大工作压力31.5MPa，最大流量36L/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15MPa，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。

（1）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：

从Sauer-Danfoss目录中可查出，选择SNP3系列排量为55.1cm3/rev的泵。

液压泵SNP3/055

满负载条件下（1500rpm，容积效率90%）的实际流量为：

l/min

大于所需值70.65L/min，满足设计要求。

（2）倾斜

第二个泵的排量为7.8cm3/rev，可选择SNP2/6.0，选择的时候只需要检验其是否与SNP3/055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：

SNP3/055+SNP2/6.0

7输入功率计算

提升系统与倾斜系统同时工作时，所需要的输入功率为：

8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

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。

8.1排油管路计算

最大流量为

，则管道的最小横截面积为：

（管道直径）

与计算数值最接近的实际管子直径为18mm，所以：

当选用18mm的管径时，流速为v=5.93m/s

推荐选用管径为18mm的管子

8.2吸油孔计算

孔的横截面积：

（孔径）

与之最近的实际值为40mm

9油箱设计

根据贮油量的要求，初步确定油箱的有效容积

已知串联泵的总流量为

，对于行走工程机械，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=1.5。

因此

选择力士乐AB40-01型油箱，规格120，工作容量141L。

10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70.65L/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120L/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%通过安全阀流失，损失的功率为：

造成的油液温度升高可计算为：

式中

——液压油液的密度，取870kg/m3

——液压油液的比热，对于普通的石油型液压油液，

≈（0.4~0.5）×4187J/（kg·K），取

=2.0KJ/（kg.K）

如果液压系统的温度单位用摄氏度，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。

11参考文献

[1]张岚，弓海霞，刘宇辉.新编实用液压技术手册.北京:

人民邮电出版社,2008.5.

[2]魏喜新.液压技术手册.上海：

上海科学技术出版社，2013.5.

[3]杨帮文.液压阀和气动阀选型手册.北京：

化学工业出版社，2009.4.

[4]陆一心.液压阀使用手册.北京：

化学工业出版社，2008.5.

[5]宋宝玉.机械设计课程设计指导书.北京：

高等教育出版社，2006.8.