購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 13 噸叉車的液壓系統(tǒng)設計摘 要：隨著工業(yè)的發(fā)展，叉車的使用越來越普遍。叉車的使用不僅可實現(xiàn)裝卸搬運作業(yè)的機械化，減輕勞動強度，節(jié)約大量勞力，提高勞動生產力，而且能夠縮短裝卸、搬運、堆碼的作業(yè)時間，加速汽車和鐵路車輛的周轉，提高倉庫容積的利用率，減少貨物破損，提高作業(yè)的安全程度。本課題主要是介紹叉車液壓系統(tǒng)設計。本章以叉車工作裝置液壓系統(tǒng)設計為例，介紹叉車工作裝置液壓系統(tǒng)的設計方法及步驟，包括叉車工作裝置液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定、原理圖的擬定、液壓元件的選擇以及液壓系統(tǒng)性能驗算等。關鍵詞：叉車；電液控制；液壓元件3 Ton Forklift Truck Hydraulic System DesignAbstract：With he development of industry, forklift is used more and more widely. The use of forklift trucks can be realized not only the mechanization of loading and unloading operations, reduce labor intensity, save a lot of labor, improve labor productivity, and can shorten the operating time of loading and unloading, handling, stacking, and accelerate the turnover of the automotive and railway vehicles, improve the utilization of warehouse volumerate and reduce the damaged goods, improve the degree of job security.The main subject is to introduce the forklift hydraulic system design. This chapter, for example, describes the forklift hydraulic system design methods and procedures, including the forklift hydraulic system to determine the parameters forklift hydraulic system design, the formulation of the schematic, select hydraulic components and hydraulic system performance checkingKey words: Forklift; Electro-hydraulic control; Hydraulic components購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 2目 錄摘要 1關鍵詞 .11 前言 .21.1 課題背景 .21.2 叉車發(fā)展概況 .42 液壓元件 .62.1 液壓閥塊簡介 .62.2 集成塊的設計步驟 .83.1 液壓系統(tǒng)設計概述 .93.2 液壓系統(tǒng)設計 113.2.1 原理圖 113.2.2 起升油缸最大工作壓力及流量 123.2.3 求液壓系統(tǒng)最大壓力 133.2.4 液壓泵站及液壓泵的規(guī)格及選用 133.2.5 油泵功率及電機選擇 143.2.6 選擇換向閥 153.2.7 管道設計與管件的選擇 193.2.8 液壓油選取 213.2.9 濾油器及油箱選取 213.2.10 壓力損失的計算 .223.2.11 節(jié)流閥的設計 .234 液壓站結構設計 254.1 液壓站的結構型式 254.2 液壓泵的安裝方式 25購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 34.3 液壓油箱的設計 274.3.1 液壓油箱有效容積的確定 274.3.2 液壓油箱的結構設計 274.4 液壓泵結構設計的注意事項 285 傾斜機構設計計算 285.1 傾斜機構設計概述 295.2 傾斜機構設計 295.2.1 傾斜油缸受力分析及負荷計算 305.2.2 計算傾斜油缸缸徑和活塞桿直徑 305.2.3 計算油缸行程 305.2.4 計算油缸作用時間 315.2.5 穩(wěn)定性校核 31 5.2.6 油缸壁厚的計算 325.2.7 活塞桿強度計算 335.2.8 缸體螺紋連接計算 335.2.9 缸底厚度及缸底的焊縫強度計算 33結論 34參考文獻 35購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 4購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 5購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 6購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 7購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 81 前言1.1 課題背景叉車最先出現(xiàn)在上世紀 20 年代，由工作裝置完成垂直方向作業(yè)，由車輪行駛系統(tǒng)完成水平方向作業(yè)，是室內搬運的首選工具。目前歐美發(fā)達國家和日本的電動叉車的產量已經占有了國際上 80%以上的市場。目前，科技先進的國家已經廣泛采用負荷傳感，變量系統(tǒng)，并利用先導控制技術實現(xiàn)了液壓系統(tǒng)的高效節(jié)能和遠程控制等。但傳統(tǒng)叉車的液壓系統(tǒng)仍采用定量泵，使得整機流量大、壓力高，引起了系統(tǒng)油溫過高，液壓元件泄露，所以可靠性差。與此同時其制動節(jié)能，轉向動力提高等方面也都已經不能滿足要求，所以叉車行業(yè)也正面臨著改革與創(chuàng)新。我國的機械制造行業(yè)起步較晚，原有的基礎比較薄弱，與工業(yè)先進國家相比，差距不小。國內生產叉車的技術更是比國外落后很多，如何提高叉車技術是我們大家共同努力的目標。為此，本文主要進行叉車的設計計算，重點在于液壓系統(tǒng)設計計算，已經完成了油箱、動力元件、控制元件、執(zhí)行元件以及各種液壓元器件的選型和設計、校核等，將液壓系統(tǒng)各部分組成按流程逐步設計后，以此為依據(jù)，設計了液壓系統(tǒng)布置圖。本設計還將論述設計方案的合理性，以合力叉車為原型集中研究現(xiàn)今國內叉車技術發(fā)展的實際情況，學習叉車總體設計結合所學汽車、機械和液壓知識，將其融會貫通，力求設計能夠達到技術上的創(chuàng)新同時又能兼顧經濟性 [1]。1.2 叉車發(fā)展概況隨著社會化生產的發(fā)展與進步，勞動力與機械的專業(yè)分工也越來越細，各種專業(yè)設備的配套與銜接，使得整個物流系統(tǒng)運作井然有序，效率得到成倍提高。而叉車作為裝卸搬運車輛的一種，因為具有能量轉換效率高、噪聲小、無廢氣排放、控制方便等優(yōu)點而成為室內搬運的首選工具。為了作業(yè)方便，通常工作裝置放在叉車的前方，其主要工作屬具是貨叉，叉車由此得名。叉車主要用于成件貨物的裝卸，實現(xiàn)了裝卸作業(yè)的機械化?，F(xiàn)階段電動叉車在車體、門架、液壓系統(tǒng)以及底盤技術方面與傳統(tǒng)叉車相比均取得了一定成就。車體一般 5mm 以上鋼板制成，無大梁車體強度高，可承受重載．此外流線型設計也將叉車的護頂架，車身，配重及其各種裝飾融為一體。寬視野的兩節(jié)或三節(jié)型門架，起升高度在 2-6m。目前門架下降還采用負載勢能回收的原理，實現(xiàn)門架下降的無級調速。將勢能轉化為電能對蓄電池充電，從而達到節(jié)能的目的。新型液壓系統(tǒng)采用了負荷傳感、變量系統(tǒng)、先導控制技術等實現(xiàn)了液壓系統(tǒng)的高效節(jié)能和遠程控制，系統(tǒng)油溫顯著降低，整機性能先進，操作舒適，安全可靠。由單購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 9獨電機驅動的油泵又能為門架工作系統(tǒng)的提升和傾斜機構提供液壓動力。同時在工作裝置回路上增設了單向閥，作用是當油泵側壓力比工作油缸側壓力低的情況下?lián)Q向時油液不會倒流。目前國外品牌叉車還采用液壓脈沖控制技術，可自動平衡電機速度與用油量，電源利用率高，無電壓峰值，噪聲低，液壓元件磨損低，大大提高了整車的可靠性，節(jié)能性和使用壽命。隨著電子技術漸漸融入機械制造技術，電動叉車要求能夠實現(xiàn)高效、節(jié)能、環(huán)保、安全及智能化。各種新方案的推出讓電動叉車在性能、結構方面取得了長足進步，配置也變得更優(yōu)化 [3]。1.3 叉車的液壓系統(tǒng)叉車液壓系統(tǒng)是叉車的重要組成部分，其工作裝置、助力轉向系統(tǒng)甚至行走傳動系統(tǒng)等都需要由液壓系統(tǒng)驅動完成。因此，叉車液壓系統(tǒng)的質量優(yōu)劣直接影響著叉車的性能。某型號叉車工作裝置的液壓系統(tǒng)原理圖如圖 1 所示，該液壓系統(tǒng)有起升液壓缸4、傾斜液壓缸 9 和屬具液壓缸 10 三個執(zhí)行元件，由定量泵 6 供油，多路換向閥（屬具滑閥 1、起升液壓缸滑閥 7、傾斜液壓缸滑閥 8）控制各執(zhí)行元件的動作，單向節(jié)流閥 3 調節(jié)起升和屬具動作速度，從而驅動工作裝置完成相應的工作任務。1-屬具滑閥 2-分配閥 3-單向節(jié)流閥 4-起升液壓缸 5-安全閥 6-液壓泵 7-起升液壓缸滑閥 8-傾斜液壓缸滑閥 9-傾斜液壓缸 10-屬具液壓缸圖 1 工作裝置液壓系統(tǒng)Fig 1 Implement hydraulic system由于叉車原動機（內燃機和電動機）的轉速高，扭矩小，而叉車的行駛速度較低，購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 10驅動輪的扭矩較大，因此在原動機和驅動輪之間必須有起減速增矩作用的傳動裝置，當叉車在不同載荷和不同作業(yè)條件下工作時，傳動裝置必須要保證叉車具有良好的牽引性能。對于內燃叉車，由于內燃機不能反轉，叉車要想倒退行駛，必須依靠傳動裝置來實現(xiàn)。叉車的傳動裝置有機械式、液力式、液壓式和電動機械式幾種。機械式傳動只能具有有限數(shù)目的傳動比，因此只能實現(xiàn)有級變速。液力傳動效率較機械式低，液壓傳動能夠使傳動系大大簡化，取消機械式和液力式傳動中的傳動軸和差速器。某型號叉車行走驅動液壓系統(tǒng)的原理圖如圖 2 所示，該液壓系統(tǒng)由變量主液壓泵1 供油，執(zhí)行元件為液壓馬達 7，主液壓泵的吸油和供油路與液壓馬達的排油和進油路相連，形成閉式回路。雙向安全閥 5 保證液壓回路雙向工作的安全，梭閥 6 和換油溢流閥 8 使低壓的熱油排回油箱，輔助液壓泵 2 把油箱中經過冷卻的液壓油補充到系統(tǒng)中，起到補充系統(tǒng)泄漏和換油的作用，溢流閥 4 限定補油壓力，單向閥 3 保證補油到低壓油路中。1- 主泵 2-輔助液壓泵 3-補換油溢流閥 4-單向閥 5-雙向安全閥 6-梭閥 7-液壓馬達 8-換油溢流圖 2 行走驅動液壓系統(tǒng)Fig 2 Travel drive hydraulic system叉車作業(yè)時轉向頻繁，轉彎半徑小，有時需要原地轉向。叉車空載時，轉向橋負荷約占車重的 60%。為了減輕駕駛員的勞動強度，現(xiàn)在起重量 2 噸以上的叉車多采用助力轉向——液壓助力轉向或全液壓轉向。液壓助力轉向操作輕便，動作迅速，有利于提高叉車的作業(yè)效率，油液還可以緩沖地面對轉向的沖擊。某叉車液壓助力轉向系統(tǒng)原理圖如圖 3 所示，該轉向液壓系統(tǒng)和叉車工作裝置液壓系統(tǒng)屬各自獨立的液壓系統(tǒng)，分別由單獨的液壓泵供油。系統(tǒng)中流量調節(jié)閥 2 可保證轉向助力器穩(wěn)定供油，并使系統(tǒng)流量限制在發(fā)動機怠速運轉時液壓泵流量的 1.5 倍。隨動閥 3 與普通的三位四通換向閥基本相同，只不過該閥的閥體與轉向液壓缸缸筒連接為一體，隨液壓缸缸筒的動作而動作。叉車直線行駛時，方向盤處于中間位置，隨動閥 3 的閥芯也處于中間位置，轉向液壓缸 4 不動作，叉車直線行駛。當叉車轉彎時，駕駛員轉動方向盤，聯(lián)動機構帶動隨動閥 4 的閥芯動作，使轉向液壓缸的兩腔分別與購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 11液壓泵或油箱連通，液壓缸動作，驅動轉向輪旋轉，叉車轉向，直到液壓缸缸筒的移動距離與閥芯的移動距離相同時，閥芯復位，轉向停止。1-液壓泵 2-調速閥 3-隨動閥 4-轉向液壓缸 5-濾油器6-單向閥 7-安全閥 8-油箱圖 3 叉車助力轉向液壓系統(tǒng)Fig 3 Forklift hydraulic power steering system叉車液壓系統(tǒng)的設計要能夠保證叉車正常安全地完成工作任務，對液壓系統(tǒng)的工作要求包括：（1）超載保護，多路換向閥殼體無裂紋、滲漏；工作性能應良好可靠；安全閥動作靈敏，在超載 25%時應能全開，調整螺栓的螺帽應齊全堅固。操作手柄定位準確、可靠，不得因震動而變位。叉車在裝卸運輸作業(yè)時不允許貨物的重量大于叉車本身的重量。在叉車試驗項目中，有一項是允許叉車以 110%的起重量載荷進行聯(lián)合操作，即一邊起升載荷一邊向前運行，以檢驗叉車各部件的協(xié)調性和動作的可能性，此時發(fā)動機的功率、轉速應達到額定的參數(shù)，液壓系統(tǒng)應能夠承壓、無滲油。對超載起升保護的性能檢驗是以 125%的起重量載荷進行起升動作。此時，液壓系統(tǒng)中應設置相應的超載保護裝置，例如多路換向閥中安全閥。超載時，雖然多路換向閥閥桿動作，但貨叉和 125%起重量載荷不得離開地面或離開地面不超過 300mm，即叉車應呈現(xiàn)出起升速度下降或起升動作失靈。（2）最大下降速度控制，為了提高裝卸效率，如果叉車起升速度增大，滿載下降速度也增大，下降速度過大是危險的，因此叉車液壓系統(tǒng)中應設置下降限速閥，既要控制貨叉的下降速度不超過限定的速度值，又要防止起升液壓缸的高壓橡膠軟管突然爆破時，起升在一定高度的載荷不會和貨叉一起突然落下，損傷貨物或傷人。（3）液壓系統(tǒng)管路接頭牢靠、無滲漏，與其它機件不磨碰，橡膠軟管不得有老化、變質、腐蝕等現(xiàn)象。購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 12（4）液壓系統(tǒng)中的傳動部件在額定載荷、額定速度范圍內不應出現(xiàn)爬行、停滯和明顯的沖動現(xiàn)象。（5）其它為節(jié)省叉車攜帶電動機，減少叉車附屬設備，從而減小液壓系統(tǒng)的整體尺寸，叉車工作裝置液壓系統(tǒng)可以由叉車發(fā)動機直接驅動液壓泵來提供油源。為適應叉車有可能工作在具有粉塵和沙粒的廠房環(huán)境中，應考慮為液壓系統(tǒng)設置合適的過濾器，液壓油的工作溫度應限定在合適的范圍內，叉車的工作環(huán)境溫度一般為-10~45°C。1.3.1 本設計要求及技術參數(shù)（1）起升裝置液壓系統(tǒng)技術參數(shù)本設計實例所設計的叉車主要用于工廠中作業(yè)，要求能夠提升 5000kg 的重物，最大垂直提升高度為 2m，叉車桿和導軌的重量約為 200kg，在任意載荷下，叉車桿最大上升（下降）速度不超過 0.2m/s，要求叉車桿上升（下降）速度可調，以實現(xiàn)叉車桿的緩慢移動，并且具有良好的位置控制功能。要求對叉車桿具有鎖緊功能，無論在多大載荷作用下，或者甚至在液壓油源無法供油，油源到液壓缸之間的液壓管路出現(xiàn)故障等情況下，要求叉車桿能夠被鎖緊在最后設定的位置。叉車桿在上升過程中，當液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，要求安全保護裝置能夠使負載安全下降。本設計實例所設計叉車工作裝置中叉車桿起升裝置示意圖如圖 4 所示，由起升液壓缸驅動貨叉沿支架上下運動，從而提升和放下貨物 [4]。圖 4 起升裝置Fig 4 Lifting device2 液壓元件2.1 液壓閥塊簡介油路塊的結構油路塊是一塊較厚的液壓元件安裝板，用螺釘將板式液壓元件安裝購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 13在油路板的正面或者各個側面（保持底面或某一個面為安裝固定面） ，在正面對應的孔與液壓閥的各孔相通，各孔間按照液壓系統(tǒng)原理圖的通路要求，在油路板內部鉆縱、橫孔道，在孔口開有螺紋，安裝管接頭用以接管。為避免孔道過長、過多而不便于加工，在一塊油路板上安裝元件的數(shù)量一般不超過 10-12 個。油路板邊長不宜大于400mm。油路板內部孔道數(shù)量較多且又互相交叉時，為了便于設計和制造，減少工藝孔，可將油 路板的厚度分為三層，第一層為泄露油和控制油孔的通道（ L 層） ，其孔徑較?。坏诙訛閴毫τ涂淄ǖ溃?P 層） ；第三層為回油孔通道（ O 層） 。如果元件數(shù)量并不多，盡可能將壓力油孔通道和回油孔通道布置在同一層內，以減小油路板的厚度。把液壓元件分別固定在幾塊集成塊上，再把各集成塊按設計規(guī)律裝配成一個液壓集成回路，這種方式與油路板比較，標準化、系列化程度高，互換性能好，維修、拆裝方便，元件更換容易；集成塊可進行專業(yè)化生產，其質量好、性能可靠而且設計生產周期短。使用近年來在液壓油路板和集成塊基礎上發(fā)展起來的新型液壓元件疊加閥組成回路也有其獨特的優(yōu)點，它不需要另外的連接件，由疊加閥直接疊加而成。其結構更為緊湊，體積更小，重量更輕，無管件連接，從而消除了因油管、接頭引起的泄漏、振動和噪聲。本次設計采用系統(tǒng)由集成塊組成，由于本液壓系統(tǒng)的壓力比較大，所以調壓閥選擇 DB/DBW 型直動溢流閥，而換向閥等以及其他的閥采用廣州機床研究所的 GE 系列閥。2.2 集成塊的設計步驟（1）制作液壓元件樣板。根據(jù)產品樣本，對照實物繪制液壓元件頂視圖輪廓尺寸，虛線繪出液壓元件底面各油口位置的尺寸，按照輪廓線剪下來，便是液壓元件樣板。若產品樣本與實物有出入，則以實物為準。若產品樣本中的液壓元件配有底板，則樣板可按底板提供的尺寸來制作。若沒有底板，則要注意，有的樣本提供的是元件的俯視圖，做樣板時應把產品樣本中的圖翻成 180°。（2）決定通道的孔徑。集成塊上的公用通道，即壓力油孔 P﹑回油孔 T﹑泄露孔L 及四個安裝孔。壓力油孔由液壓泵流量決定，回油孔一般不小于壓力油孔。直接與液壓元件連接的液壓油孔由選定的液壓元件規(guī)格確定。孔與孔之間的連接孔用螺塞在集成塊表面堵死。與液壓油管連接的液壓油孔可采用米制細牙螺紋或英制管螺紋。（3）集成塊上液壓元件的布置。把制做好的液壓元件樣板放在集成塊各視圖上進行布局，有的液壓元件需要連接板，則樣板應以連接板為準。電磁閥應布置在集成塊的前﹑后面上，要避免電磁閥兩端的電磁鐵與其它部分進行相碰。液壓元件的布置購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 14應以在集成塊上加工的孔最少為好?？椎老嗤ǖ囊簤涸M可能布置在同一水平面，或在直徑 d 的范圍內，否則要鉆垂直中間油孔，不通孔之間的最小壁厚 h 必須進行強度校核。液壓元件在水平面上的孔道若與公共孔道相通，則應盡可能地布置在同一垂直位置或在直徑 d 范圍內，否則要鉆中間孔道，集成塊前后與左右連接的孔道應互相垂直，不然也要鉆中間孔道。設計專用集成塊時，要注意其高度應比裝在其上的液壓元件的最大橫向尺寸大 2mm，以避免上下集成塊上的液壓元件相碰，影響集成塊緊固。（4）集成塊上液壓元件布置程序。電磁換向閥布置在集成塊的前面和后面，先布置垂直位置后布置水平位置，要避免電磁換向閥的固定螺孔與閥口通道﹑集成塊固定螺孔相通。液壓元件泄露孔可考慮與回油孔合并。水平位置孔道可分三層進行布置。根據(jù)水平孔道布置的需要，液壓元件可以上下左右移動一段距離。溢流閥的先導部分可伸出集成塊外，有的元件如單向閥，可以橫向布置。（5）集成塊零件圖的繪制。集成塊的六個面都是加工面，其中有三個面要裝液壓元件，一個側面引出管道。塊內孔道縱橫交錯，層次多，需要由多個視圖和 2-3 個剖視圖才能表達清楚?？紫档奈恢镁纫筝^高，因此尺寸﹑公差及表面粗糙度應標注清楚，技術要求也應予說明。集成塊的視圖比較復雜，視圖應盡可能少用虛線表達。為了便于檢查和裝配集成塊，應把單向集成回路圖和集成塊上液壓元件布置圖繪在旁邊。而且應將各孔道編上號，列表說明各個孔的尺寸﹑深度以及與哪些孔相交等情況。圖5 油路塊Fig 5 Manifold3 液壓系統(tǒng)設計計算 [9]購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 153.1 液壓系統(tǒng)設計概述液壓系統(tǒng)除油箱及其管路外，由工作轉向油泵和電機作為動力元件，多路換向閥，限速閥等作為控制元件，油缸作為執(zhí)行元件。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件主要可分三部分：（1）為了升降貨物配有起升油缸。（2）轉向油缸和全液壓轉向器。（3）為使裝貨的框架能前后傾斜，以利于搬運和行走方便使用傾斜油缸。油泵輸出的壓力油分別進入到工作裝置和轉向操縱機構，通過前后傾手柄使多路換向閥的滑閥移動以改變液壓油的流動方向，從而控制升降油缸與門架傾斜油缸，實現(xiàn)起重貨架和門架的前后傾斜。另一個油路是油液經轉向油泵與電機到全液壓轉向器控制轉向油缸；最后油液將再度重返油箱如此不斷循環(huán)，液壓系統(tǒng)是叉車工作過程中的重要環(huán)節(jié)。一套合理的液壓系統(tǒng)方案要求能夠實現(xiàn)主機要求的各項功能，并且操縱方便，工作可靠，動作平穩(wěn)，調整維修方便。完善的液壓系統(tǒng)設計主要包括以下部分的設計：（1）選執(zhí)行元件：液壓缸。（2）選液壓油：普通礦物液壓油。（3）確定換向回路：三位六通手動換向閥控制。（4）調速方式：定量泵變轉速調速，同時使用換向閥閥口實現(xiàn)微調。（5）液壓泵類型：系統(tǒng)壓力小于 21Mpa，選用齒輪泵或葉片泵；大于 21Mpa 選柱塞泵。（6）確定回路方式：選開式回路，即執(zhí)行元件的排油直接回油箱，油液徑沉淀、冷卻后再進入液壓泵的進口。（7）調壓方式：溢流閥做安全閥，限制系統(tǒng)最高壓力；執(zhí)行元件不工作時液壓泵在小功率下工作采用卸荷回路。對垂直變負載(起升缸升降)采用限速閥，以保證重物平穩(wěn)下落。3.2 液壓系統(tǒng)設計前文已經對液壓系統(tǒng)設計進行了概述，為了更進一步學習和研究，本節(jié)將直觀講述液壓原理圖、工作線路圖、零部件圖等相關圖示并進行相關計算。主要任務包括：負載分析；系統(tǒng)參數(shù)分析（包括泵和電機參數(shù)的選取和設計計算） ；元件選擇；以及驗算液壓系統(tǒng)性能， （壓力損失驗算）等。購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 163.2.1 原理圖液壓系統(tǒng)設計說明：（1）油箱：選擇開式油箱。（2）液壓泵：工作油泵采用齒輪泵，型號分別為 CB-F18C-FL。（3）工作電機： Z4-112-4。（4）起升油缸：選擇單作用柱塞式液壓缸。（5）傾斜油缸：選擇雙作用活塞式液壓缸。（6）液壓控制閥：選用多路換向閥 ZFS-L10C-YT-O。（7）流量控制：設計單向限速閥。（8）液壓輔件設計：過濾器設計，空氣濾清器設計，各種儀表選擇密封件的選型等，液壓油及壓力損失計算。液壓系統(tǒng)回路的工作線路主要分兩路進行，詳見框圖：圖 6 液壓系統(tǒng)回路的工作線路Figure 6 Circuit of hydraulic system lines為了說明液壓系統(tǒng)回路，下面插圖表示加深對液壓系統(tǒng)的認識， （液壓系統(tǒng)原圖、液壓系統(tǒng)工作線路圖）購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 17圖 7 液壓系統(tǒng)示意簡圖Figure 7 Hydraulic system of schematic diagram3.2.2 起升油缸最大工作壓力及流量壓力為 100㎏/㎝ 2；流量為 25.8L/min3.2.3 求液壓系統(tǒng)最大壓力換向閥要求最大壓力 100㎏/㎝ 2，參照同類同規(guī)格產品，P 1選 100㎏/㎝ 2。3.2.4 液壓泵站及液壓泵的規(guī)格及選用液壓泵站是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，它向液壓系統(tǒng)提供一定的壓力和流量的工作介質。在液壓泵站上安裝必須的液壓閥可以直接控制液壓執(zhí)行元件工作，本課題布置采用非上置臥式，即油泵及電機單獨安裝在專用平臺上，即采用機座帶底腳、端蓋上無凸緣結構，電動機水平放置，安裝處可加彈性防振墊。（1）液壓泵的最大工作壓力據(jù)公式+ (1)pP?1?購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 18圖 8 液壓系統(tǒng)工作線路圖Figure 8 Hydraulic system wiring diagram即+ =110.12㎏/㎝ 2 (2)pP?1?式中： 為進回油路中總壓力損失，其包括局部損失和沿程壓力損失。1?（2）液壓泵流量(3)maxpQK??式中： K 為系統(tǒng)漏損系數(shù)，常取 1.1； 為同時動作的各液壓執(zhí)行器的最大泵工作流量，可由同時動作的各液壓執(zhí)行器最大流量相加。(4)max=25.8/inL(5)1./i4mpQ???購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 19（3）選油泵。工作油泵采用 CB 系列齒輪泵，型號為 CB-F18C-FL。其參數(shù)如下：流量為 =30.6L/min；額定轉速為 1800r/min；額定壓力為 12.5Mpa；驅動功率為maxQ11.2kw；質量為 8.2kg；容積效率大于 90%。轉向油泵采用 CB-6：流量為 8.7L/min；驅動功率為 0.31kw，額定壓力為 2.5Mpa；額定轉速 1450r/min。3.2.5 油泵功率及電機選擇（1）油泵的驅動功率：(6)61.2pnvPQw????式中： 為泵的實際最大工作壓力，其值為 140Mpa； 為泵的額定流量，其值為pP n510cm3/s； 為泵的機械效率，取 0.8。因此，v?(7)66140518925.3.2Pwk????（2）選擇油泵電機據(jù)油泵額定轉速及所需驅動功率，選擇 Z4-112-4，其參數(shù)如下：額定功率為5.5kw；額定電壓為 160v；額定電流為 42.7A；轉速(最高)3000/4000 r/min；效率為83.5%；飛輪矩為 0.8；質量為 60kg。選用的油泵電機采用 5min 工作制，故折算成后功率 ，故該電機油泵符合工作需要。15.9.Pkw?3.2.6 選擇換向閥查《液壓控制傳動手冊》表 17.6-1，選擇關于 ZFS-C 型多路換向閥性能參數(shù)，選擇圖 9 ZFS-C 型多路換向閥性能參數(shù)Figure 9 ZFS-C Multi directional control valve performance parameters主要參數(shù)：工作壓力為 14Mpa；最大流量為 30L/min；概算質量為 10.5kg；公稱直徑為 10mm。 ZFS 型多路換向閥時手動控制換向閥的組合閥，由 2-5 個三位六通手動購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 20換向閥、溢流閥、單向閥組成。根據(jù)用途的不同，閥在中間位置時，主油路有中間全封閉式、壓力口封閉式及中間位置時壓力油路短路卸荷等。主要用于多個工作機構的集中控制。換向閥圖示如下：圖 10 換向閥示意圖Figure 10 Valve schematic完成快進—工進—快退—停止等自動循環(huán)，工作臺采用平導軌，主要參數(shù)見下表。表 1 自動循環(huán)參數(shù)Table 1 Automatic cycle parameters行程(mm ) 速度(m /min)液壓缸 負載力（N）工作臺重量（N ）工作臺及夾具重量（N） 快進 工進 快進 工進 快退啟動時間(s)靜摩擦系數(shù) fs動摩擦系數(shù) ft4800 900 800 150 40 7 0.25 7 0.7 0.25 0.15（1）初選液壓缸的工作壓力 表 2 工作壓力Table 2 Operating pressure工況 計算公式 液壓缸的負載 N啟動 F 啟 =F 靜 ＋ F 密 F 啟 =425/0.9=472.2加速 F 加 =F 動 ＋ F 貫 ＋ F 密 F 加 =（255＋28.882）/0.9=315.42快進 F 快 =F 動 ＋ F 密 F 快 =255/0.9=283.3工進 F 工 =F 切 ＋ F 動 ＋ F 密 F 工 =（4800＋255）/0.9=5616.7快退 F 快 =F 動 ＋ F 密 F 快 =255/0.9=283.3由以上分析計算可知，該銑床在最大負載約為 5616.7N 是的液壓系統(tǒng)宜取壓力P=2MP。（2）確定液壓缸的內徑 D 和活塞竿直徑 d由液壓缸工作負載表可以看出，最大負載為工幾年階段的負載 F=5616.7N，考慮兩邊的差動比為 2，則工作腔的有效工作面積和活塞直徑分別為：購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 21(8)62/561.7(20).81AFPm????(9)4.59D?活塞直徑為：(10)20.7.80.423d????根據(jù)行業(yè)標準，選取標準直徑： 63Dm5d根據(jù)缸徑和活塞竿內徑，計算出液壓缸實際有效工作面積，無竿腔面積 A1和有竿腔面積 A2分別為(11)2 421/43.106431.70??????(12)422()(5).1Dd m???則液壓缸的實際計算工作壓力為：(13)24/561.7/(0.63).8PFMpa?????則實際選取的工作壓力 P=2MP 滿足要求。按最低工作速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定速度。若驗算后不能獲得最小的穩(wěn)定速度是，還需要響應家大液壓缸的直徑，直至滿足穩(wěn)定速度為止。(14)2/(50/2)10.qvm???由于 ，所以能滿足最小穩(wěn)定速度的要求。/Aqv?計算液壓缸各運動階段的壓力，流量和功率。根據(jù)上述所確定的液壓缸的內徑 D和活塞竿直徑 d，以及差動快進時的壓力損失 P=0.5MP，工進時的背壓力 P=0.8MP，快退是P=0.5MP，則可以計算出液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率。如下表：表 3 壓力、流量和功率參數(shù)Table 3 Pressure, flow and power parameters工況 負載F（ N）回油腔壓力P2 105(Pa)?進油腔壓力P1 105(MPa)?輸入流量q(L/min)輸出流量p(kw)計算公式快進啟動 472.2 — 2.97 — — 212/()PFA????快進加速 315.4 11.785 6.785 變化值 變化值 qv快快進恒速 283.3 11.583 6.583 14.31 0.157 1p購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 22工進 5616.7 8 21.94 0.78 0.0285 112()/pFA??；qvPpq快退啟動 472.2 — 3.1 — — 112()/快退加速 315.4 5 12.272 變化值 變化值 Av?快快退恒速 283.3 5 12.062 10.689 0.215 1Ppq根據(jù)上表可以用坐標法繪制出“液壓工況圖” ，此圖可以直觀看出液壓缸各運動階段的主要參數(shù)變化情況。（3）確定液系統(tǒng)方案和擬訂液壓系統(tǒng)原理圖1）由于該機床是固定式機械，卻不存在外負載對系統(tǒng)作功的工況，并由其工況圖可知，這臺銑床液壓系統(tǒng)的功率小，滑臺運動速度不是很高，工作負載變化小。則該液壓系統(tǒng)以采用節(jié)流式開式循環(huán)為宜?，F(xiàn)才用進油路節(jié)流調速回路。從工況圖很清楚地看到，在這個液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)內，液壓缸要求油源提供低壓大油量和高壓小流量的油液?？爝M加快退的時間和工進的時間分別為(15)315061902.7lt sv?????(16) 24因此從提高系統(tǒng)效率和節(jié)省能量的角度來看，采用單個定量液壓泵作為油源顯然是不合適的，而宜采用大，小兩個液壓泵并聯(lián)供油的油源方案2）選擇基本回路。由于不存在負載對系統(tǒng)作功的工況，也不存在負載制動的過程，故不需要設置平衡及制動回路。但必須具有快速運動，換向，速度換節(jié)以及調壓，卸荷等回路。系統(tǒng)中采用節(jié)流調速回路以后，不論采用何中油源形式都必須有單獨的油路直接通向液壓缸兩腔，以實現(xiàn)快速遠東。在本系統(tǒng)中，快進，快退換向回路采用所示形式。由工況圖中的可知，當滑臺從快進轉為工進時，輸入液壓缸的流量由降至，滑臺的速度變化交大，可選用行程閥來控制速度的換接，以減小液壓沖擊。當滑臺由工進轉為快退時，回路中通過的流量很大—進油路中通過，回油路中通過。為了保證換向平穩(wěn)其見，宜采用換向時間可調的電液式換接回路。由于這一回路換要實現(xiàn)液壓缸的差動連接，所以換向閥必須是五通的。3）選擇調壓和卸荷回路油源中有逆流閥，調定系統(tǒng)工作壓力，因此調壓 3 問題在油源中解決，無須另外在設置調壓回路。而且，系統(tǒng)采用進油節(jié)流調速，故溢流閥常開，即使滑臺被卡住，購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 23系統(tǒng)的壓力也不會超過溢流閥的調定值，所以又起安全作用。雙液壓泵自動兩級供油的油源中設有卸荷閥，當滑臺工進和停止時，低壓，大流量液壓泵都可以經此閥卸荷。由于工進在整個工作循環(huán)周期中占了絕大部分時間，切高壓，小流量液壓泵的功率較小，故可以認為卸荷問題已基本解決，就不需要在設置卸荷回路。（4）選擇液壓元件圖 11 液壓缸結構示意圖Figure 11 Hydraulic cylinder diagram1-防塵圈，2-前端蓋密封“O”型圈，3-缸體，4-活塞，5-孔用密封，6-后缸蓋，7-活塞桿密封“O”型圈1）確定液壓泵的壓力液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為 2.193MP，如取進油路上的壓力損失為，為使繼電器能可靠的工作，取其調整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力，則小流量液壓泵的最大工作壓力為(17)=2.9408.94pMpa??泵 額(18) 375p小(19)1.大2）計算液壓泵的流量兩個液壓泵的向液壓缸提供的最大的流量為 14.31L/min，取泄漏系數(shù)為KL=1.1，則兩個液壓泵的實際流量為(20)1.435.71/minpq??3）選擇液壓泵的型號由于溢流閥的最小穩(wěn)定流量為 3L/min，而工進時輸入液壓缸的流量為購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 240.78L/min，由小流量液壓泵單獨供油，所以小液壓泵的流量規(guī)格最少應為3.78L/min。根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產品樣本，最后確定選取小泵排量為6ml/r，大泵排量為 12ml/r 的 YB 型雙聯(lián)葉片泵。當液壓泵的轉速為 n=960r/min 時，若取液壓泵的容積效率為 0.95，該液壓泵的實際輸出流量為(21)(612)940.51.4710.96.4/mipq L??????表 4 液壓元件的型號及規(guī)格Table 4 Hydraulic component models and specifications序號元件名稱 估計通過流量（ L/min）額定流量(L/min)額定壓力(MPa)額定壓降(MPa)型號和規(guī)格1 雙聯(lián)葉片泵— 5.47+10.9417.5 — YB1， YB22 三位五通電磁閥36 80 16 17.5 壓力時，安全系數(shù) n=4；故 =6000/6=1000kg/ ，故選用油壁管厚???2c= mm=1.05mm (27)?10254?考慮到與閥等件的聯(lián)結，取 =3mm。則鋼管外徑=15+2 3=21mm，選用鋼管為 20 3。???4）回油管選取 ： 為保證統(tǒng)一性，與壓油管選用相同。（2）軟管的選擇（膠管）中高壓系統(tǒng)選用鋼絲編織型和鋼絲纏繞型膠管，查《液壓控制傳動手冊》第 799頁表 12-5：選用膠管 B-140，內徑為 13mm，外徑：20.5-23.1 mm，工作壓力為140Mpa，最小曲率半徑為 140mm。（3）管接頭：詳見附錄-液壓系統(tǒng)圖中標示。（4）螺紋連接：采用 60 圓錐管螺紋：適用于機器的油管及水管等的連接，內外螺紋配合無間隙。（5）密封件設計與選擇。傾斜油缸的密封為例：選用了 O 型密封圈、 V 型密封圈。查《液壓控制傳動手冊》第 825 頁表 13-1，由于系統(tǒng)壓力小于 25Mpa，故選用 O 型氟化乙丙烯封裝的密封圈。 V 型密封圈由支承環(huán)、密封環(huán)、壓環(huán)三部分成套使用。3.2.8 液壓油選取查《液壓控制傳動手冊》第 12 頁，表 1-3 由于溫度和壓力較高，選用 46 號普通購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 27液壓油。46 號(HL)普通油：40℃時運動粘度/10 /s 數(shù)值范圍為 41.4~50.6；粘度26m?指數(shù)不小于 90；閃點不低于 170℃；凝點不高于-10℃；無機械雜質；氧化穩(wěn)定性不小于 1000；最重要的是其具有良好的防銹性和氧化安定性，其空氣釋放能力，抗泡性，分水性和對橡膠密封材料的適應性也較好。故選用此種油液滿足要求。3.2.9 濾油器及油箱選取過濾器的功用是清除液壓系統(tǒng)工作介質中固體的污染物，使工作介質保持清潔，延長元器件的使用壽命，保證液壓元件性能可靠，液壓系統(tǒng)故障的 75%左右是由介質的污染所造成的，因此過濾器對液壓系統(tǒng)來說是不可缺少的重要輔件。（1）過濾器主要性能參數(shù)是指：過濾精度是指油液通過過濾器時能穿過濾芯的球形污染物的最大直徑；過濾能力（通油能力） ；納垢容量，允許壓降等。（2）過濾器設計時應注意：1)據(jù)使用目的選擇種類，據(jù)安裝位置選安裝形式2)過濾器應有足夠的通油能力，且壓力損失要小。 （通油能力大于實際通過流量的兩倍） 。3)過濾精度應滿足液壓系統(tǒng)或元件所要求的清潔度要求。4)濾芯使用的濾材應滿足所用工作介質要求，且有足夠的強度。5)過濾器的強度及壓力損失要求在合適范圍內。6)濾芯的更換和清洗要方便。7)據(jù)系統(tǒng)要求考慮選擇合適的濾芯保護附件。8)結構盡量簡單緊湊，安裝形式合理，價格低廉。濾油器：常用網式，線隙式，紙芯式，燒結式等網式濾油器，應用廣泛且結構簡單，通油能力大，壓力損失小，清洗方便，主要用于泵的吸油管路上保護油，故選用網式濾油器。選型號（ WU 型網式過濾器） 。圖 12 WU 型網式過濾器Figure 12 WU mesh filter(3)油箱的設計：購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 28本課題選開式油箱，設計問題：油箱的容量及液面、隔板高度；濾油器、箱底坡度選擇；是否采用加強筋增加剛性以便承載液壓泵或其他液壓件；密封裝置的選取，是否用熱交換器及其安裝位置的布置等。具體要求如下：1）油箱一般用 2.5-4mm 鋼板焊成，尺寸高大的油箱要加焊角鐵和肋板以增加剛度。叉車要在油箱上放置電動機，液壓泵等其他液壓件，故其厚度要增加。2）油箱應有足夠容量，以滿足散熱要求，同時注意到：在系統(tǒng)工作時油面必須保持足夠高度，以防液壓泵吸空；系統(tǒng)停止時由于油液全返回油箱，不至于造成油液溢出油箱，通常油箱容量可按照液壓泵 2-6min 的流量估計，油箱液面高度要小于80%，并用油位計觀察。油箱有效容積應為泵每分鐘流量的 2-3 以上，設泵每分鐘流量為，則油箱的有效容量為 V=30.6 2.8=85.8L。?3）油箱底設計一定坡度以方便放油，箱底與地面有一定距離， （離安裝底面150mm 以上以便散熱和搬移） ，最低處應裝放油閥。4）泵吸油管上安裝網式濾油器，濾油器與箱底間的距離不應小于 20mm。且其和系統(tǒng)回油管應該插入最低油面以防卷入空氣和回油沖濺產生氣泡，管口和箱底，箱壁距離要大于管徑的三倍。此外管口須斜插成 45°，并面向箱壁，泄油管不宜插入油中?；赜凸芨糸_，以增加油液循環(huán)距離，使油液可以有充分時間沉淀污物，排出氣泡和和冷卻。隔板高度取油面高度的 1/4。為防止油液被污染，箱蓋各蓋板、管口都要加密封裝置，注油口要裝濾油網通氣孔要裝空氣濾清器。5）安裝熱交換器時，還要考慮安裝位置，還可以裝油溫計測油溫。6）箱壁要涂防銹涂料油箱設計如下圖所示：圖 13 油箱裝配圖Figure 13 Fuel tank Assembly購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 293.2.10 壓力損失的計算管道中的壓力損失是指：粘性液體在管道內流動時，都要受到與流動方向相反的流體阻力，消耗的能量將以壓力降的形式反映出來，故產生壓力損失（或水頭損失） 。表現(xiàn)為局部壓力損失與沿程壓力損失之和。又因為柱塞上升時，柱塞與密封環(huán)之間的相對滑動也產生摩擦阻力損失：(28)1121.50.9= 168444lkllkPdd???????????摩 擦式中： 為起升油缸柱塞直徑，單位 cm； 為密封環(huán)與柱塞接觸器長度； 為密封填l k料單位工作表面上摩擦力，常取 =1kg/ 。k2cm（1）沿程壓力損失(29)2??????dLP式中： 為沿程阻力系數(shù)； 為圓管的沿程長度，取管總長 3m； 為圓管內徑 15mm；?Ld為管內平均流速，取 3m/s。?行走機械為紊流且光滑，則沿程阻力系數(shù)采用公式：=0.04； (30)25.03164eR??查《機械設計手冊中（液壓工程手冊單行本） 》第 644 頁表 23.10-2 可知，礦物質液壓油的密度范圍為 850~960kg/m3，據(jù)《機械設計課程設計手冊》第二頁表 1-5 選取液壓油密度為 920kg/m3。由以上公式得：=3.312kg/ ?P?2c（2）局部壓力損失= (31)???2??式中： 總的局部阻力系數(shù)，考慮起升油缸工作，則有單向閥，溢流閥，換向閥，??起升缸的節(jié)流閥等均存在局部壓力損失。查[5]表 8-7-閥類元件局部損失估算：=1×1+1×0.5+1×4+1×1=6.5kg/ (32)?P?2cm為確保精確在進行公式驗算，查[12]表 23.2-7~9，其中：局部阻力取 =1.5；彎頭處?取 =0.29 彎頭較多，設計彎頭 20 個；入口阻力系數(shù) =0.5；出口阻力系數(shù) =2；所? ?以購買后包含有 CAD 圖紙和說明書,咨詢 Q401339828 30=1.5 4+1.5+0.5+0.29 20=13.8 (33)????=5.72kg/ 。?P?2cm=3.31+5.72+1.09=10.12kg/ (34)1 2（3）液壓系統(tǒng)調節(jié)壓力為 100+3.31+5.72+1.09=110.12kg/ ，故選用 140kg/2c滿足要求。2cm3.2.11 節(jié)流閥的設計節(jié)流閥應該滿足一下性能要求：流量調節(jié)范圍大，流量-壓差變化平滑；內漏量小，對外的泄漏口也應小；壓力損失??；調節(jié)力矩小；動作靈敏；流量穩(wěn)定性。叉車設計時采用 MK 單向節(jié)流閥。（1）節(jié)流閥的結構。如下圖所示。主 閥 座 孔 主 閥 芯 調 節(jié) 閥 接 起 升 油 缸孔 孔圖 14 節(jié)流閥Fig 14 Throttle valve（2）節(jié)流閥能通過的流量最大起升速度 V=0.3~0.4m/s，即為 18~24m/min，根據(jù)起升速度的范圍計算：空載下降時，初定 v=24m/minQ= = =74.7L/min (35)vD?24?243.6滿載下降時，初定 v=18m/min= =56.1L/min Q?218.2（3）壓力當空載后缸下降時，/ =11.37 / (36)????24DNP9.0364812?gk2cmgk2c前缸下降時 P=6.5 /cm2；當滿載下降（后缸下降）時，假定 P=42.4 /cm2，前缸下gk g降時，假定 P=41.4 /cm2。（4）節(jié)流孔兩端的壓力差1）空載下降，孔 A=11.37-10.12=1.25 /cm2，后缸空載下降時壓力gk