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叉車工作裝置設(shè)計(jì)
叉車工作裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
叉車作為一種流動(dòng)式裝卸搬運(yùn)機(jī)械，由于具有很好的機(jī)動(dòng)性和通過(guò)性，以及很強(qiáng)的適應(yīng)性，因此適合于貨種多、貨量大且必須迅速集散和周轉(zhuǎn)的部門使用，成為港口碼頭、鐵路車站和倉(cāng)庫(kù)貨場(chǎng)等部門不可缺少的工具。本章以叉車工作裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，介紹叉車工作裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(yàn)算等。
3.1概述
叉車也叫叉式裝卸機(jī)、叉式裝卸車或鏟車，屬于通用的起重運(yùn)輸機(jī)械，主要用于車站、倉(cāng)庫(kù)、港口和工廠等工作場(chǎng)所，進(jìn)行成件包裝貨物的裝卸和搬運(yùn)。叉車的使用不僅可實(shí)現(xiàn)裝卸搬運(yùn)作業(yè)的機(jī)械化，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約大量勞力，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力，而且能夠縮短裝卸、搬運(yùn)、堆碼的作業(yè)時(shí)間，加速汽車和鐵路車輛的周轉(zhuǎn)，提高倉(cāng)庫(kù)容積的利用率，減少貨物破損，提高作業(yè)的安全程度。
3.1.1叉車的結(jié)構(gòu)及基本技術(shù)
按照動(dòng)力裝置不同，叉車可分為內(nèi)燃叉車和電瓶叉車兩大類；根據(jù)叉車的用途不同，分為普通叉車和特種叉車兩種；根據(jù)叉車的構(gòu)造特點(diǎn)不同，叉車又分為直叉平衡重式叉車、插腿式叉車、前移式叉車、側(cè)面式叉車等幾種。其中直叉平衡重式叉車是最常用的一種叉車。
叉車通常由自行的輪式底盤和一套能垂直升降以及前后傾斜的工作裝置組成。某型號(hào)叉車的結(jié)構(gòu)組成及外形圖如圖3-1所示，其中貨叉、叉架、門架、起升液壓缸及傾斜液壓缸組成叉車的工作裝置。
1-貨叉 2-叉架 3-門架及起升液壓缸 4-傾斜液壓缸 5-方向盤 6-操縱桿
7-底盤及車輪
圖3-1 叉車的結(jié)構(gòu)及外形
叉車的基本技術(shù)參數(shù)有起重量、載荷中心矩、起升高度、滿載行駛速度、滿載最大起升速度、滿載爬坡度、門架的前傾角和后傾角以及最小轉(zhuǎn)彎半徑等。
其中，起重量(Q)又稱額定起重量，是指貨叉上的貨物中心位于規(guī)定的載荷中心距時(shí)，叉車能夠舉升的最大重量。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的起重量系列為：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…….噸。
載荷中心距e，是指貨物重心到貨叉垂直段前表面的距離。標(biāo)準(zhǔn)中所給出的規(guī)定值與起重量有關(guān)，起重量大時(shí)，載荷中心距也大。例如平衡重式叉車的載荷中心距如表3-1所示。
起升高度hmax，指叉車位于水平堅(jiān)實(shí)地面上，門架垂直放置且承受額定起重量的貨物時(shí)，貨叉所能升起的最大高度，即貨叉升至最大高度時(shí)水平段上表面至地面的垂直距離�，F(xiàn)有的起升高度系列為：1500，2000，2500，2700，3000，3300，3600，4000，4500，5000，5500，6000，7000mm。
滿載行駛速度vmax，指貨叉上貨物達(dá)到額定起重量且變速器在最高檔位時(shí)，叉車在平直干硬的道路上行駛所能達(dá)到的最高穩(wěn)定行駛速度。
滿載最大起升速度vamax，指叉車在停止?fàn)顟B(tài)下，將發(fā)動(dòng)機(jī)油門開(kāi)到最大時(shí)，起升大小為額定起重量的貨物所能達(dá)到的平均起升速度。
滿載爬坡度a，指貨叉上載有額定起重量的貨物時(shí)，叉車以最低穩(wěn)定速度行駛所能爬上的長(zhǎng)度為規(guī)定值的最陡坡道的坡度值。其值以半分?jǐn)?shù)計(jì)。
門架的前傾角βf及后傾角βb，分別指無(wú)載的叉車門架能從其垂直位向前和
向后傾斜擺動(dòng)的最大角度。
最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin，指將叉車的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)至極限位置并以最低穩(wěn)定速度作轉(zhuǎn)
彎運(yùn)動(dòng)時(shí)，其瞬時(shí)中心距車體最外側(cè)的距離。
在叉車的基本技術(shù)參數(shù)中，起重量和載荷中心距能體現(xiàn)出叉車的裝載能力，即叉車能裝卸和搬運(yùn)的最重貨件。最大起升高度體現(xiàn)的是叉車?yán)每臻g高度的情況，可估算倉(cāng)庫(kù)空間的利用程度和堆垛高度。速度參數(shù)則體現(xiàn)了叉車作業(yè)循環(huán)所需要的時(shí)間，與起重量參數(shù)一起可估算出生產(chǎn)率。
3.1.2叉車的工作裝置
叉車的工作裝置是叉車進(jìn)行裝卸作業(yè)的直接工作機(jī)構(gòu)。貨物的叉取卸放、升降堆碼，都靠工作裝置來(lái)完成。工作裝置是保證叉車能夠完成工作任務(wù)的最重要組成部分之一。叉車工作裝置主要由貨叉、叉架、門架、鏈條和滑輪、起升液壓缸和傾斜液壓缸組成，如圖3-2所示。其中起升液壓缸驅(qū)動(dòng)叉架升降，傾斜液壓缸驅(qū)動(dòng)門架前后傾斜，以滿足工作需要。為了做到一機(jī)多用，提高機(jī)器效能，除貨叉外，叉車還可配備多種工作屬具。
1-貨叉 2-叉架 3-門架 4-鏈條和滑輪 5-起升液壓缸 6-傾斜液壓缸
圖3-2 叉車工作裝置
叉車工作裝置上的貨叉是直接承載貨物的叉形構(gòu)件，叉架是一個(gè)框架形狀的結(jié)構(gòu)，鏈條的一端與叉架相連，鏈條在繞過(guò)起升液壓缸頭部的滑輪后，另一端固定在缸筒或外門架上。起升液壓缸通過(guò)滑輪和鏈條，使叉架沿著內(nèi)門架升降，內(nèi)門架又以外門架為導(dǎo)軌上下伸縮。為了滿足碼垛作業(yè)對(duì)起升高度的要求，同時(shí)為了減小叉車自身的高度外形尺寸，門架通常為伸縮式結(jié)構(gòu)，由內(nèi)外兩節(jié)組成。外門架的下部鉸接在車架或前橋上，借助于傾斜液壓缸的作用，門架可以在前后方
向傾斜一定角度。前傾的目的是為了裝卸貨物方便，后傾的目的是當(dāng)叉車行駛時(shí)，使貨叉上的貨物保持穩(wěn)定。
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(zhuǎn)向系統(tǒng)甚至行走傳動(dòng)系統(tǒng)等都需要由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)完成。因此，叉車液壓系統(tǒng)的質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接影響著叉車的性能。
某型號(hào)叉車工作裝置的液壓系統(tǒng)原理圖如圖3-3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(gè)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(dòng)作，單向節(jié)流閥3調(diào)節(jié)起升和屬具動(dòng)作速度，從而驅(qū)動(dòng)工作裝置完成相應(yīng)的工作任務(wù)。
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3-3 工作裝置液壓系統(tǒng)
由于叉車原動(dòng)機(jī)（內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)）的轉(zhuǎn)速高，扭矩小，而叉車的行駛速度較低，驅(qū)動(dòng)輪的扭矩較大，因此在原動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪之間必須有起減速增矩作用的傳動(dòng)裝置，當(dāng)叉車在不同載荷和不同作業(yè)條件下工作時(shí)，傳動(dòng)裝置必須要保證叉車具有良好的牽引性能。對(duì)于內(nèi)燃叉車，由于內(nèi)燃機(jī)不能反轉(zhuǎn)，叉車要想倒退行駛，必須依靠傳動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。叉車的傳動(dòng)裝置有機(jī)械式、液力式、液壓式和電動(dòng)機(jī)械式幾種。機(jī)械式傳動(dòng)只能具有有限數(shù)目的傳動(dòng)比，因此只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)變速。液力傳動(dòng)效率較機(jī)械式低，液壓傳動(dòng)能夠使傳動(dòng)系大大簡(jiǎn)化，取消機(jī)械式和液力式傳動(dòng)中的傳動(dòng)軸和差速器。
某型號(hào)叉車行走驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)的原理圖如圖3-4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(dá)7，主液壓泵的吸油和供油路與液壓馬達(dá)的排油和進(jìn)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(jīng)過(guò)冷卻的液壓油補(bǔ)充到系統(tǒng)中，起到補(bǔ)充系統(tǒng)泄漏和換油的作用，溢流閥4限定補(bǔ)油壓力，單向閥3保證補(bǔ)油到低壓油路中。
1- 主泵 2-輔助液壓泵 3-補(bǔ)換油溢流閥 4-單向閥 5-雙向安全閥 6-梭閥
7-液壓馬達(dá) 8-換油溢流
圖3-4 行走驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)
叉車作業(yè)時(shí)轉(zhuǎn)向頻繁，轉(zhuǎn)彎半徑小，有時(shí)需要原地轉(zhuǎn)向。叉車空載時(shí)，轉(zhuǎn)向橋負(fù)荷約占車重的60%。為了減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，現(xiàn)在起重量2噸以上的叉車多采用助力轉(zhuǎn)向——液壓助力轉(zhuǎn)向或全液壓轉(zhuǎn)向。液壓助力轉(zhuǎn)向操作輕便，動(dòng)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(duì)轉(zhuǎn)向系的沖擊。 某叉車液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理圖如圖3-5所示，該轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)和叉車工作裝置液壓系統(tǒng)屬各自獨(dú)立的液壓系統(tǒng)，分別由單獨(dú)的液壓泵供油。系統(tǒng)中流量調(diào)節(jié)閥2可保證轉(zhuǎn)向助力器穩(wěn)定供油，并使系統(tǒng)流量限制在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)液壓泵流量的1.5倍。隨動(dòng)閥3與普通的三位四通換向閥基本相同，只不過(guò)該閥的閥體與轉(zhuǎn)向液壓缸缸筒連接為一體，隨液壓缸缸筒的動(dòng)作而動(dòng)作。叉車直線行駛時(shí)，方向盤處于中間位置，隨動(dòng)閥3的閥芯也處于中間位置，轉(zhuǎn)向液壓缸4不動(dòng)作，叉車直線行駛。當(dāng)叉車轉(zhuǎn)彎時(shí)，駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)隨動(dòng)閥4的閥芯動(dòng)作，使轉(zhuǎn)向液壓缸的兩腔分別與液壓泵或油箱連通，液壓缸動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪旋轉(zhuǎn)，叉車轉(zhuǎn)向，直到液壓缸缸筒的移動(dòng)距離與閥芯的移動(dòng)距離相同時(shí)，閥芯復(fù)位，轉(zhuǎn)向停止。
1-液壓泵 2-調(diào)速閥 3-隨動(dòng)閥 4-轉(zhuǎn)向液壓缸 5-濾油器
6-單向閥 7-安全閥 8-油箱
圖3-5 叉車助力轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)
叉車液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要能夠保證叉車正常安全地完成工作任務(wù)，對(duì)液壓系統(tǒng)的工作要求包括：
1超載保護(hù)，多路換向閥殼體無(wú)裂紋、滲漏；工作性能應(yīng)良好可靠；安全閥動(dòng)作靈敏，在超載25%時(shí)應(yīng)能全開(kāi)，調(diào)整螺栓的螺帽應(yīng)齊全堅(jiān)固。操作手柄定位準(zhǔn)確、可靠，不得因震動(dòng)而變位。
叉車在裝卸運(yùn)輸作業(yè)時(shí)不允許貨物的重量大于叉車本身的重量。在叉車試驗(yàn)項(xiàng)目中，有一項(xiàng)是允許叉車以110%的起重量載荷進(jìn)行聯(lián)合操作，即一邊起升載荷一邊向前運(yùn)行，以檢驗(yàn)叉車各部件的協(xié)調(diào)性和動(dòng)作的可能性，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速應(yīng)達(dá)到額定的參數(shù)，液壓系統(tǒng)應(yīng)能夠承壓、無(wú)滲油。對(duì)超載起升保護(hù)的性能檢驗(yàn)是以125%的起重量載荷進(jìn)行起升動(dòng)作。此時(shí)，液壓系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的超載保護(hù)裝置，例如多路換向閥中安全閥。超載時(shí)，雖然多路換向閥閥桿動(dòng)作，但貨叉和125%起重量載荷不得離開(kāi)地面或離開(kāi)地面不超過(guò)300mm，即叉車應(yīng)呈現(xiàn)出起升速度下降或起升動(dòng)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(guò)大是危險(xiǎn)的，因此叉車液壓系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置下降限速閥，既要控制貨叉的下降速度不超過(guò)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(shí)，起升在一定高度的載荷不會(huì)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(wú)滲漏，與其它機(jī)件不磨碰，橡膠軟管不得有老化、變質(zhì)現(xiàn)象。
4液壓系統(tǒng)中的傳動(dòng)部件在額定載荷、額定速度范圍內(nèi)不應(yīng)出現(xiàn)爬行、停滯和明顯的沖動(dòng)現(xiàn)象。
5其它為節(jié)省叉車攜帶電動(dòng)機(jī)，減少叉車附屬設(shè)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(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)液壓泵來(lái)提供油源。為適應(yīng)叉車有可能工作在具有粉塵和沙粒的廠房環(huán)境中，因此應(yīng)考慮為液壓系統(tǒng)設(shè)置合適的過(guò)濾器，液壓油的工作溫度應(yīng)限定在合適的范圍內(nèi)，叉車的工作環(huán)境溫度一般為-10~45°C。
3.1.5本設(shè)計(jì)要求及技術(shù)參數(shù)
1起升裝置液壓系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)
本設(shè)計(jì)實(shí)例所設(shè)計(jì)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(dǎo)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(guò)0.2m/s，要求叉車桿上升（下降）速度可調(diào)，以實(shí)現(xiàn)叉車桿的緩慢移動(dòng)，并且具有良好的位置控制功能。要求對(duì)叉車桿具有鎖緊功能，無(wú)論在多大載荷作用下，或者甚至在液壓油源無(wú)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(shè)定的位置。叉車桿在上升過(guò)程中，當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，要求安全保護(hù)裝置能夠使負(fù)載安全下降。
本設(shè)計(jì)實(shí)例所設(shè)計(jì)叉車工作裝置中叉車桿起升裝置示意圖如圖3-6所示，由起升液壓缸驅(qū)動(dòng)貨叉沿支架上下運(yùn)動(dòng)，從而提升和放下貨物。
圖 3-6 起升裝置
2傾斜裝置液壓系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)
叉車工作裝置中的叉車桿傾斜裝置示意圖如圖3-7所示，該裝置由傾斜液壓缸驅(qū)動(dòng)貨叉及門架圍繞門架上某一支點(diǎn)做擺動(dòng)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使貨叉能夠在轉(zhuǎn)運(yùn)貨物過(guò)程中向后傾斜某一角度，以防止貨物在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中從貨叉上滑落。傾斜裝置的最大傾斜角為距垂直位置20°，最大扭矩為18000N·m，傾斜角速度應(yīng)限制在1~2°/s之間。
圖 3-7 傾斜裝置
設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了要滿足叉車工作裝置液壓系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)要求外，還應(yīng)注意叉車的工作條件對(duì)液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、尺寸及工作可靠性等其他要求。綜上所述，本設(shè)計(jì)實(shí)例叉車工作裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及技術(shù)參數(shù)如表3-2所示。
本設(shè)計(jì)實(shí)例中已給出所設(shè)計(jì)起升液壓系統(tǒng)和傾斜液壓系統(tǒng)的最大負(fù)載和最大速度，因此可直接確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)，無(wú)須再對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，因此該步驟可以省略。
3.3液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)確定
本設(shè)計(jì)實(shí)例叉車工作裝置液壓系統(tǒng)包括起升液壓系統(tǒng)和傾斜液壓系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)，分別由起升液壓缸和傾斜液壓缸驅(qū)動(dòng)，因此首先確定兩個(gè)子系統(tǒng)執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)參數(shù)和系統(tǒng)的工作壓力。
3.3.1 起升液壓系統(tǒng)的參數(shù)確定
起升液壓系統(tǒng)的作用是提起和放下貨物，因此執(zhí)行元件應(yīng)選擇液壓缸。由于起升液壓缸僅在起升工作階段承受負(fù)載，在下落過(guò)程中液壓缸可在負(fù)載和液壓缸活塞自重作用下自動(dòng)縮回，因此可采用單作用液壓缸。
如果把單作用液壓缸的環(huán)形腔與活塞的另一側(cè)連通，構(gòu)成差動(dòng)連接方式，則能夠在提高起升速度的情況下減小液壓泵的輸出流量。如果忽略管路的損失，單作用液壓缸的無(wú)桿腔和有桿腔的壓力近似相等，則液壓缸的驅(qū)動(dòng)力將由活塞桿的截面積決定。實(shí)現(xiàn)單作用液壓缸的差動(dòng)連接，可以通過(guò)方向控制閥在外部管路上實(shí)現(xiàn)，如圖3-8（a）。為減小外部連接管路，液壓缸的設(shè)計(jì)也可采用在活塞上開(kāi)孔的方式，如圖3-8（b）所示。這種測(cè)試方法有桿腔所需要的流量就可以從無(wú)桿腔一側(cè)獲得，液壓缸只需要在無(wú)桿腔外部連接一條油路，而有桿腔一側(cè)不需要單獨(dú)連接到回路中。
（a）管路連接方式 （b）活塞上開(kāi)孔方式
圖3-8 差動(dòng)連接液壓缸
起升液壓缸在驅(qū)動(dòng)貨叉和叉架起升時(shí)，活塞桿處于受壓狀態(tài)，起支撐桿的作用，所以在設(shè)計(jì)起升液壓缸時(shí)，必須考慮活塞桿的長(zhǎng)徑比，為保證受壓狀態(tài)下的穩(wěn)定工作，應(yīng)考慮活塞桿的長(zhǎng)徑比不超過(guò)20:1。
如果采用液壓缸直接驅(qū)動(dòng)貨叉實(shí)現(xiàn)起升和下落的設(shè)計(jì)方案，則為滿足起升高度要求，根據(jù)表3-2中設(shè)計(jì)要求，液壓缸活塞桿長(zhǎng)度應(yīng)為2m。根據(jù)上述長(zhǎng)徑比設(shè)計(jì)規(guī)則，活塞桿直徑至少為0.1m。當(dāng)起升液壓缸使用的活塞桿直徑為100mm時(shí)，根據(jù)差動(dòng)液壓缸輸出力計(jì)算方法，此時(shí)液壓缸提升負(fù)載的有效面積為活塞桿面積Ar（在計(jì)算液壓缸受力的時(shí)候，活塞上的孔可以忽略。），即
Ar??d2
rod
43.14?0.12? 4
Ar?7.85?10?3m2
根據(jù)表3-2中設(shè)計(jì)要求，起升液壓缸需承受的負(fù)載力為：
F?mg?5200?9.8?51000N
因此，如果忽略壓力損失和摩擦力，液壓系統(tǒng)所需提供的工作壓力應(yīng)為：
Ps?F51000??6500000 Pa = 6.5 MPa Ar0.00785
這個(gè)壓力值比較低，為充分利用液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)考慮能夠采用更高液壓系統(tǒng)工作壓力的設(shè)計(jì)方案。但提高壓力后，液壓缸活塞桿直徑會(huì)相應(yīng)變小，如果按活塞桿長(zhǎng)徑比的設(shè)計(jì)規(guī)則，此時(shí)活塞桿長(zhǎng)度有可能不足以把負(fù)載提升到2m的高度，所以必須考慮其他設(shè)計(jì)方案。
本設(shè)計(jì)實(shí)例通過(guò)增加一個(gè)傳動(dòng)鏈條和動(dòng)滑輪機(jī)構(gòu)對(duì)起升裝置前述設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)，即如圖3-6所示實(shí)施方案。根據(jù)傳動(dòng)原理，采用這一液壓缸與鏈條和動(dòng)滑輪結(jié)合的機(jī)構(gòu)可以使液壓缸行程減小一半，但是需要對(duì)輸出力和活塞桿截面積進(jìn)行校核。由于傳動(dòng)鏈條固定在叉車門架的一端，液壓缸活塞桿的行程可以減半，因此活塞桿的直徑也可以相應(yīng)地減半，但同時(shí)也要求液壓缸輸出的作用力為原來(lái)的兩倍。即液壓缸行程為1m，活塞桿直徑變?yōu)?0mm。于是，該起升液壓缸的有效作用面積變?yōu)椋?/p>
Ar??d2
rod
43.14?0.052? 4
Ar?1.96?10?3m2
按照前面的計(jì)算，由于液壓缸所需輸出的功保持不變，但是液壓缸移動(dòng)的位移減半，所以液壓缸輸出的作用力變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍，即
N FL?2mg?2?5200?9.8?102000
液壓系統(tǒng)所需的工作壓力變?yōu)椋?/p>
PS?FL102000??12.99MPa Ar0.00785
取起升液壓缸的工作壓力為13MPa，該工作壓力對(duì)于液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)屬于合適的工作壓力，因此起升液壓缸可以采用這一設(shè)計(jì)參數(shù)。
起升液壓缸所需的最大流量由起升裝置的最大速度決定。在由動(dòng)滑輪和鏈條組成的系統(tǒng)中，起升液壓缸的最大運(yùn)動(dòng)速度是叉車桿最大運(yùn)動(dòng)速度(0.2m/s)的一半，于是
qmax?Arvmax?0.00785?0.1?7.85?10?4m3/s= 47.1L/min
此時(shí)，起升液壓缸活塞桿移動(dòng)1m，叉車貨叉和門架移動(dòng)2m，能夠滿足設(shè)計(jì)需求。
查液壓工程手冊(cè)或參考書，取傾斜液壓缸活塞桿直徑d和活塞直徑（液壓缸內(nèi)徑）D之間的關(guān)系為 d?0.7D，計(jì)算得到起升液壓缸的活塞直徑為
D?d=65mm 0.7
根據(jù)液壓缸參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，取液壓缸活塞直徑為80mm，液壓缸的行程為1m。 圖3-7傾斜裝置示意圖表明，由貨物重量引起的傾斜裝置負(fù)載扭矩總是傾向于使貨叉和支架回復(fù)到垂直位置。
3.3.2傾斜液壓系統(tǒng)的參數(shù)確定
叉車的貨叉傾斜工作裝置主要用于驅(qū)動(dòng)貨叉和門架圍繞門架上的支點(diǎn)在某一個(gè)小角度范圍內(nèi)擺動(dòng)，因此傾斜液壓系統(tǒng)也采用液壓缸作執(zhí)行元件即可。傾斜液壓缸與貨叉門架的連接方式主要有三種，如圖3-9所示。
圖3-9 傾斜液壓缸與門架的三種連接方式
圖3-9叉車傾斜液壓缸與門架的三種連接方式表明，叉車傾斜液壓缸應(yīng)輸出的作用力不僅取決于叉車貨門架及負(fù)載產(chǎn)生的傾斜力矩，而且也取決于液壓缸和門架的連接位置到叉車貨叉門架傾斜支點(diǎn)的距離，因此叉車傾斜液壓缸的尺寸也取決于傾斜液壓缸的安裝位置。液壓缸安裝位置越高，距離傾斜支點(diǎn)越遠(yuǎn)，液壓缸所需的輸出力越小。
已知本設(shè)計(jì)實(shí)例傾斜液壓缸連接位置到叉架傾斜支點(diǎn)的距離為r=1m，表3-2中傾斜力矩給定為T=18000N·m，因此傾斜液壓缸所需輸出力Ft為：
Ft?18000?18000 N 1
在叉車工作過(guò)程中，貨叉叉起貨物后，貨叉和門架在傾斜液壓缸作用下向里傾斜，放下貨物時(shí)，貨叉和門架復(fù)位，門架恢復(fù)豎直位置。因此傾斜液壓缸的作用是單方向的，此外基于減小占用空間和尺寸的考慮，傾斜液壓缸應(yīng)采用單作用液壓缸。門架的傾斜可由一個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)，也可采用兩個(gè)并聯(lián)液壓缸同時(shí)驅(qū)動(dòng)，如果采用兩個(gè)單作用液壓缸并聯(lián)方式做傾斜液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，則貨叉和門架的受力更加合理，貨叉不容易產(chǎn)生在貨物的作用下側(cè)翻或傾斜的現(xiàn)象，因此工作更加平穩(wěn)。本設(shè)計(jì)實(shí)例傾斜裝置采用兩個(gè)單作用液壓缸并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)門架動(dòng)作。
如果上述傾斜作用力由兩個(gè)并聯(lián)的液壓缸同時(shí)提供，則每個(gè)液壓缸所需提供的作用力為9000N。
在前述起升液壓系統(tǒng)的計(jì)算中，工作壓力約為12.99MPa，因此假設(shè)傾斜液壓缸的工作壓力與之相近為12MPa，門架和貨叉向后傾斜時(shí)，如圖3-7所示，傾斜液壓缸有桿腔一側(cè)為工作腔，則傾斜液壓缸的有桿腔作用面積為：
Aa?9000?4?7.5?10m2
5120?10
由于負(fù)載力矩的方向總是使叉車桿回到垂直位置，所以傾斜裝置一直處于拉伸狀態(tài)，活塞桿不會(huì)發(fā)生彎曲。
查液壓工程手冊(cè)或參考書，取傾斜液壓缸活塞桿直徑d和活塞直徑（液壓缸
?內(nèi)徑）D之間的關(guān)系為 d?0.7D，有桿腔作用面積為Aa?(D2?d2)，則傾斜4
液壓缸活塞直徑可以用如下方法求出。
4Aa4?7.5?10?4
D???0.043m?43mm 22(1?0.7)?(1?0.7)?
根據(jù)液壓缸國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，活塞直徑D取圓整后的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)D?40mm，則活塞桿直徑為d?0.7D?0.7?40?28mm。
此時(shí)傾斜液壓缸有桿腔作用面積為
??Aa?(D2?d2)?(0.042?0.0282)?6.4?10?4mm2 44
可見(jiàn)，按照上述確定的活塞和活塞桿尺寸，重新計(jì)算得到的有桿腔有效作用面積小于前述按照假定工作壓力計(jì)算得到的有桿腔有效作用面積，因此應(yīng)減小活塞桿直徑或提高傾斜液壓系統(tǒng)的工作壓力。
如果取傾斜液壓缸活塞桿直徑為圓整后的尺寸d=25mm，則有桿腔作用面積Aa為
44
此時(shí)傾斜液壓缸有桿腔作用面積大于原估算面積，因此能夠滿足設(shè)計(jì)要求。 如果提高傾斜液壓缸的工作壓力，則傾斜液壓缸所需的最大工作壓力為： Aa??(D2?d2)??(0.042?0.0252)?7.65?10?4m2
p?Ft9000??14.1MPa ?4Aa6.4?10
傾斜液壓缸無(wú)桿腔的有效作用面積為
AP??2D?1.26?10?3m2 4
本設(shè)計(jì)實(shí)例采用提高工作壓力的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。
傾斜液壓缸的最大運(yùn)動(dòng)速度給定為?max= 2°/s，轉(zhuǎn)換成線速度為
2??1?0.035m/s 360
因此，在貨叉回復(fù)垂直位置，兩個(gè)傾斜液壓缸處于活塞桿伸出的工作狀態(tài)時(shí)，液壓缸所需的總流量為： vmax??max?r?2?
q?2?max?AP?2?1.26?10?3?0.035?8.8?10?5m3/s=5.3 L/min
傾斜液壓缸需要走過(guò)的行程為：
S???r?20???1?0.35m 180
3.3.3 系統(tǒng)工作壓力的確定
根據(jù)第1章液壓系統(tǒng)工作壓力的確定方法，在確定液壓系統(tǒng)工作壓力時(shí)應(yīng)考慮系統(tǒng)的壓力損失，包括沿程的和局部的壓力損失，為簡(jiǎn)化計(jì)算，本設(shè)計(jì)實(shí)例中假設(shè)這一部分壓力損失約為1.5～2.0 MPa，因此液壓系統(tǒng)應(yīng)提供的工作壓力應(yīng)比執(zhí)行元件所需的最大工作壓力高出1.5~2.0 MPa，即
起升液壓系統(tǒng) pls=13+1.5=14.5MPa
傾斜液壓系統(tǒng) pts=14.1+1.5=15.6MPa
3.4液壓系統(tǒng)原理圖的擬定
在完成裝卸作業(yè)的過(guò)程中，叉車液壓系統(tǒng)的工作液壓缸對(duì)輸出力、運(yùn)動(dòng)方向以及運(yùn)動(dòng)速度等幾個(gè)參數(shù)具有一定的要求，這些要求可分別由液壓系統(tǒng)的幾種基本回路來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些基本回路包括壓力控制回路、方向控制回路以及速度控制回路等。所以，擬定一個(gè)叉車液壓系統(tǒng)的原理圖，就是靈活運(yùn)用各種基本回路來(lái)滿足貨叉在裝卸作業(yè)時(shí)對(duì)力和運(yùn)動(dòng)等方面要求的過(guò)程。
3.4.1起升回路的設(shè)計(jì)
對(duì)于起升工作裝置，舉起貨物時(shí)液壓缸需要輸出作用力，放下貨物時(shí)，貨叉和貨物的重量能使叉車桿自動(dòng)回落到底部，因此本設(shè)計(jì)實(shí)例起升回路采用單作用液壓缸差動(dòng)連接的方式。而且為減少管道連接，可以通過(guò)在液壓缸活塞上鉆孔來(lái)實(shí)現(xiàn)液壓缸兩腔的連接，液壓缸不必有低壓出口，高壓油可同時(shí)充滿液壓缸的有桿腔和無(wú)桿腔，由于活塞兩側(cè)的作用面積不同，因此液壓缸會(huì)產(chǎn)生提升力。起升
液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)方向的改變通過(guò)多路閥或換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)即可。
為了防止液壓缸因重物自由下落，同時(shí)起到調(diào)速的目的，起升回路的回油路中必須設(shè)置背壓元件，以防止貨物和貨叉由于自重而超速下落，即形成平衡回路。為實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)目的，起升回路可以有三種方案，分別為采用調(diào)速閥的設(shè)計(jì)方案、采用平衡閥或液控單向閥的平衡回路設(shè)計(jì)方案以及采用特殊流量調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)方案，三種方案比較如圖3-10（a）、圖3-10（b）和圖3-10（c）所示。
（a）設(shè)計(jì)方案一
（b）設(shè)計(jì)方案二
（c） 設(shè)計(jì)方案三
圖3-10 起升回路三種設(shè)計(jì)方案比較
圖3-10（a）中設(shè)計(jì)方案之一是采用調(diào)速閥對(duì)液壓缸的下落速度進(jìn)行控制，該設(shè)計(jì)方案不要求液壓缸外部必須連接進(jìn)油和出油兩條油路，只連接一條油路的單作用液壓缸也可以采用這一方案。無(wú)論貨物重量大小，貨物下落速度在調(diào)速閥調(diào)節(jié)下基本恒定，在工作過(guò)程中無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)。工作間歇時(shí)，與換向閥相配合，能夠?qū)⒅匚锲胶饣蜴i緊在某一位置，但不能長(zhǎng)時(shí)間鎖緊。在重物很輕甚至無(wú)載重時(shí)，調(diào)速閥的節(jié)流作用仍然會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生很大的能量損失。
圖3-10（b）中設(shè)計(jì)方案之二是采用平衡閥或液控單向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡控制，該設(shè)計(jì)方案能夠保證在叉車的工作間歇，貨物被長(zhǎng)時(shí)間可靠地平衡和鎖緊在某一位置。但采用平衡閥或液控單向閥的平衡回路都要求液壓缸具有進(jìn)油和出油兩條油路，否則貨叉無(wú)法在貨物自重作用下實(shí)現(xiàn)下落，而且該設(shè)計(jì)方案無(wú)法調(diào)節(jié)貨物的下落速度，因此不能夠滿足本設(shè)計(jì)實(shí)例的設(shè)計(jì)要求。
圖3-10（c）中設(shè)計(jì)方案之三是采用一種特殊的流量調(diào)節(jié)閥和在單作用液壓缸活塞上開(kāi)設(shè)小孔實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接的方式，該流量調(diào)節(jié)閥可以根據(jù)貨叉載重的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)起升液壓缸的流量，使該流量不隨叉車載重量的變化而變化，貨物越重，閥開(kāi)口越小，反之閥開(kāi)口越大，因此能夠保證起升液壓缸的流量基本不變，起到壓力補(bǔ)償?shù)淖饔�。從而有效的防止因系統(tǒng)故障而出現(xiàn)重物快速下落、造成人身傷亡等事故。而在重物很輕或無(wú)載重時(shí)，通過(guò)自身調(diào)節(jié)，該流量調(diào)節(jié)閥口可以開(kāi)大甚至全開(kāi)，從而避免不必要的能量損失。本設(shè)計(jì)實(shí)例采用這一設(shè)計(jì)方案限定了貨叉的最大下落速度，保證了貨叉下落的安全。此外，為了防止負(fù)載過(guò)大而導(dǎo)致油管破裂，也可在液壓缸的連接管路上設(shè)置一個(gè)安全閥。
3.4.2 傾斜回路的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)實(shí)例傾斜裝置采用兩個(gè)并聯(lián)的液壓缸作執(zhí)行元件，兩個(gè)液壓缸的同步動(dòng)作是通過(guò)兩個(gè)活塞桿同時(shí)剛性連接在門架上的機(jī)械連接方式來(lái)保證的，以防止叉車桿發(fā)生扭曲變形，更好地驅(qū)動(dòng)叉車門架的傾斜或復(fù)位。為防止貨叉和門架在復(fù)位過(guò)程中由于貨物的自重而超速?gòu)?fù)位，從而導(dǎo)致液壓缸的動(dòng)作失去控制或引起液壓缸進(jìn)油腔壓力突然降低，因此在液壓缸的回油管路中應(yīng)設(shè)置一個(gè)背壓閥。一
方面可以保證傾斜液壓缸在負(fù)值負(fù)載的作用下能夠平穩(wěn)工作，另一方面也可以防止由于進(jìn)油腔壓力突然降低到低于油液的空氣分離壓甚至飽和蒸汽壓而在活塞另一側(cè)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，其原理圖如圖3-11所示。傾斜液壓缸的換向也可直接采用多路閥或換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖3-11 傾斜回路原理圖
3.4.3 方向控制回路的設(shè)計(jì)
行走機(jī)械液壓系統(tǒng)中，如果有多個(gè)執(zhí)行元件，通常采用中位卸荷的多路換向閥（中路通）控制多個(gè)執(zhí)行元件的動(dòng)作，也可以采用多個(gè)普通三位四通手動(dòng)換向閥，分別對(duì)系統(tǒng)的多個(gè)工作裝置進(jìn)行方向控制。本設(shè)計(jì)實(shí)例可以采用兩個(gè)多路閥加旁通閥的控制方式分別控制起升液壓缸和傾斜液壓缸的動(dòng)作，其原理圖如圖3-12所示，也可以采用兩個(gè)普通的三位四通手動(dòng)換向閥分別控制起升液壓缸和傾斜液壓缸的動(dòng)作，如圖3-13所示。本設(shè)計(jì)實(shí)例叉車工作裝置液壓系統(tǒng)擬采用普通的三位四通手動(dòng)換向閥控制方式，用于控制起升和傾斜裝置的兩個(gè)方向控制閥均可選用標(biāo)準(zhǔn)的四通滑閥。
應(yīng)注意的是，如果起升回路中平衡回路采用前述設(shè)計(jì)方案三流量調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)方案，則起升液壓缸只需要一條連接管路，換向閥兩個(gè)連接執(zhí)行元件的油口A口和B口只需要用到其中一個(gè)即可。如果用到A口，則應(yīng)注意B口應(yīng)該與油箱相連，而不應(yīng)堵塞。這樣，當(dāng)叉車桿處于下降工作狀態(tài)時(shí)，可以令液壓泵卸荷，而單作用起升液壓缸下腔的液壓油可通過(guò)手動(dòng)換向閥直接流回油箱，有利于系統(tǒng)效率的提高。同時(shí)為了防止油液倒流或避免各個(gè)回路之間流量相互影響，應(yīng)在每個(gè)進(jìn)油路上增加一個(gè)單向閥。
另外，還應(yīng)注意采用普通換向閥實(shí)現(xiàn)的換向控制方式還與液壓油源的供油方式有關(guān)，如果采用單泵供油方式，則無(wú)法采用幾個(gè)普通換向閥結(jié)合來(lái)進(jìn)行換向控制的方式，因?yàn)橹灰渲幸粋�(gè)換向閥處于中位，則液壓泵卸荷，無(wú)法驅(qū)動(dòng)其它工作裝置。
圖3-12 多路換向閥控制方式
圖3-13 普通換向閥控制方式
3.4.4 供油方式
由于起升和傾斜兩個(gè)工作裝置的流量差異很大，而且相對(duì)都比較小，因此采用兩個(gè)串聯(lián)齒輪泵供油比較合適。其中大齒輪泵給起升裝置供油，小齒輪泵給傾斜裝置供油。兩個(gè)齒輪泵分別與兩個(gè)三位四通手動(dòng)換向閥相連，為使液壓泵在工
作裝置不工作時(shí)處于卸荷狀態(tài)，兩個(gè)換向閥應(yīng)采用M型中位機(jī)能，這樣可以提高系統(tǒng)的效率。
根據(jù)上述起升回路、傾斜回路、換向控制方式和供油方式的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)實(shí)例初步擬定的液壓系統(tǒng)原理圖如圖3-14所示。
1-大流量泵 2-小流量泵 3-起升安全閥 4-傾斜安全閥 5-起升換向閥 6-傾斜換向閥 7-流量控制閥 8-防氣穴閥 9-起升液壓缸 10-傾斜液壓缸 11、12-單
向閥
圖3-14 叉車工作裝置液壓系統(tǒng)原理圖
3.5液壓元件選擇
初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖后，根據(jù)原理圖中液壓元件的種類，查閱生產(chǎn)廠家各種液壓元件樣本，對(duì)液壓元件進(jìn)行選型。
3.5.1 液壓泵的選擇
圖3-14所示液壓系統(tǒng)原理圖中采用雙泵供油方式，因此在對(duì)液壓泵進(jìn)行選型時(shí)考慮采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的雙聯(lián)齒輪泵就能夠滿足設(shè)計(jì)要求。
假定齒輪泵的容積效率為90%，電機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min，則根據(jù)前述3.3.1和3.3.2中的計(jì)算結(jié)果，兩個(gè)液壓泵的排量可分別計(jì)算為：
Dreq1?
'Dreq2?47100?34.9cm3/rev 0.9?15005300?3.93cm3/rev 0.9?1500
查閱Sauer-Danfoss公司齒輪泵樣本，如表3-5所示。樣本中可查得，SNP2系列中與3.93 cm3/rev接近的齒輪泵排量為4 cm3/rev，SNP3系列中與34.9 cm3/rev接近的齒輪泵排量有33.1 cm3/rev和37.9 cm3/rev。而33.1 cm3/rev更接近于34.9 cm3/rev，如果選擇排量為37.9 cm3/rev的液壓泵，則工作過(guò)程中會(huì)有較大的流量經(jīng)過(guò)溢流閥溢流回油箱，造成能源的浪費(fèi)，并有可能產(chǎn)生嚴(yán)重的發(fā)熱，
3因此考慮在SNP3系列中選擇排量為33.1 cm/rev的齒輪泵。同時(shí)考慮到前述計(jì)
算中假定液壓泵的容積效率為90%，而實(shí)際工作過(guò)程中，液壓泵的容積效率可能高于90%，尤其是在低負(fù)載的時(shí)候。在低負(fù)荷的時(shí)候，電機(jī)轉(zhuǎn)速也有可能會(huì)略高于1500 r/min，因此液壓泵的實(shí)際輸出流量會(huì)增大。
例如，滿負(fù)載條件下（電機(jī)轉(zhuǎn)速1500r/min，容積效率90%）的實(shí)際流量為：
33.1?0.9?1500q1??44.7l/min 1000
而半負(fù)載條件下（電機(jī)轉(zhuǎn)速1550r/min，容積效率93%）的實(shí)際流量為：
33.1?0.93?1550q1??47.7 l/min 1000
大于起升回路所需要的流量47.1 l/min，因此能夠滿足設(shè)計(jì)要求。
如果選擇排量為37.9 cm3/rev的液壓泵，則滿負(fù)載條件下（電機(jī)轉(zhuǎn)速1500r/min，容積效率90%）的實(shí)際流量為
37.9?0.9?1500q1??51.1 l/min 1000
而半負(fù)載條件下（電機(jī)轉(zhuǎn)速1550r/min，容積效率93%）的實(shí)際流量為
37.9?0.93?1550q1??54.7 l/min 1000
可見(jiàn)，如果叉車大多數(shù)時(shí)間都不工作在滿負(fù)載的情況，則選用排量為37.9 3cm/rev的較大液壓泵會(huì)造成比較大的溢流損失。
對(duì)于傾斜回路的小流量液壓泵，滿載荷條件下（電機(jī)轉(zhuǎn)速1500r/min，容積效率90%）的實(shí)際流量為
4?0.9?1500q2?= 5.4 l/min 1000
大于傾斜回路所需要的流量5.3 l/min，因此能夠滿足設(shè)計(jì)要求。
表3-5 Sauer-Danfoss齒輪泵樣本
3.5.2 電機(jī)的選擇
為減小叉車工作裝置液壓系統(tǒng)的尺寸，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)于內(nèi)燃叉車，雙聯(lián)液壓泵可以由發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。如果叉車上的空間允許，也可以采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)
雙聯(lián)液壓泵的設(shè)計(jì)方式。
在叉車工作過(guò)程中，為保證工作安全，起升裝置和傾斜裝置通常不會(huì)同時(shí)工作，又由于起升裝置的輸出功率要遠(yuǎn)大于傾斜裝置的輸出功率，因此雖然叉車工作裝置由雙聯(lián)泵供油，在選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，只要能夠滿足為起升裝置供油的大流量液壓泵的功率要求即可。在最高工作壓力下，大流量液壓泵的實(shí)際輸出功率為：
14.5?106?44.7P?p1?q1?=10.8 kW 60?1000
齒輪泵的總效率（包括容積效率和機(jī)械效率）通常在80~85%之間，取齒輪泵的總效率為80%，所需的電機(jī)功率為：
Pt?P
??10.8=13.5 kW 0.8
3.5.3液壓閥的選擇
圖3-7中叉車工作裝置液壓系統(tǒng)由雙聯(lián)泵供油，因此對(duì)于起升回路，流經(jīng)換向閥、單向閥、溢流閥和平衡閥的最大流量均為47.7 l/min （半載的工況），各元件的額定壓力應(yīng)大于起升回路的最大工作壓力14.5MPa；對(duì)于傾斜回路，流經(jīng)各個(gè)液壓閥的最大流量為5.4 l/min，額定壓力應(yīng)大于傾斜回路的最大工作壓力15.6MPa。流經(jīng)傾斜回路各液壓閥的流量較小，因此傾斜回路中使用的液壓閥可選擇比起升回路中液壓閥通徑更小的液壓閥。
在選擇溢流閥時(shí)，由于溢流閥在起升回路和傾斜回路中都是做安全閥，因此其調(diào)定壓力應(yīng)高于供油壓力10%左右，起升回路和傾斜回路溢流閥的調(diào)定壓力是不同的，按照前述計(jì)算起升回路溢流閥的調(diào)定壓力設(shè)為16MPa比較合適，傾斜回路溢流閥的調(diào)定壓力設(shè)為17MPa，具體調(diào)定數(shù)值將在后續(xù)壓力損失核算部分中做進(jìn)一步計(jì)算。
查閱相關(guān)液壓閥生產(chǎn)廠家樣本，確定本設(shè)計(jì)實(shí)例所設(shè)計(jì)叉車工作裝置液壓系統(tǒng)各液壓閥型號(hào)及技術(shù)參數(shù)如表3-6所示。
3.5.4 管路的選擇
本設(shè)計(jì)實(shí)例液壓管路的直徑可通過(guò)與管路連接的液壓元件進(jìn)出口直徑來(lái)確定，也可通過(guò)管路中流速的建議值進(jìn)行計(jì)算。
根據(jù)第1章中給出的液壓管路流速推薦范圍，假定液壓泵排油管路的速度為5 m/s，液壓泵吸油管路的速度為1 m/s。在設(shè)計(jì)過(guò)程中也應(yīng)該注意，液壓系統(tǒng)管路中油液的流動(dòng)速度也會(huì)受到油路和裝置工作條件、功率損失、熱和噪聲的產(chǎn)生以及振動(dòng)等各方面因素的影響。
按照半載工況，大流量泵排油管路中流過(guò)的最大流量為
q = 47.7 L/min
則管道的最小橫截面積為：
A?47.7?1000/60?159mm2 5
A?
D2??D24 4?159?202mm2 ?
D?14.2mm
為減小壓力損失，管徑應(yīng)盡可能選大些，所以選用管子通徑為15mm的油管作排油管即可。
大流量泵吸油管路中流過(guò)的最大流量為液壓泵的理論流量，即33.1?1500?49.65L/min，則管道的最小橫截面積為： 1000
A?49.65?1000/60?827.5mm2 1
4?827.5?1054mm2 ?D2?
D?32.5mm
查液壓管路管徑標(biāo)準(zhǔn)，與上述計(jì)算值最接近的實(shí)際值為33mm，因此可選用通徑為40mm的油管做大流量泵的吸油管。
3.5.5 油箱的設(shè)計(jì)
根據(jù)第1章油箱容積估算方法，按照貯油量的要求，初步確定油箱的有效容積
V有效?aqv
已知雙聯(lián)泵總理論流量為qv?49.65?6?55.65 L/min，對(duì)于行走工程機(jī)械，為減小液壓系統(tǒng)的體積和重量，在計(jì)算油箱的有效容積時(shí)取a = 2。因此
V有效?2?55.65?111.3 L
油箱整體容積為V =V有效
0.8=139.125L，查液壓泵站油箱公稱容積系列，取油
箱整體容積為150 L。
如果油箱的長(zhǎng)寬高比例按照3：2：1設(shè)計(jì)，則計(jì)算得到長(zhǎng)、寬、高分別為a=0.075m、b=0.05m、c=0.025m。
3.5.6其他輔件的選擇
叉車工作裝置液壓系統(tǒng)中使用的過(guò)濾器包括油箱注油過(guò)濾器和主回油路上的回油過(guò)濾器。查相關(guān)廠家樣本，選擇型號(hào)為EF3-40的空氣濾清器，其性能參數(shù)為：
加油流量 21 L/min
空氣流量 170 L/min
油過(guò)濾面積 180 mm2
空氣過(guò)濾精度 0.279 mm
油過(guò)濾精度 125 ?m
選擇型號(hào)為RF-60×20L-Y的濾油器作回油過(guò)濾器，其性能參數(shù)為：
額定流量 60 L/min
過(guò)濾精度 20?m
額定壓力 1 MPa
3.6液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算
液壓系統(tǒng)原理圖和各液壓元件的型號(hào)確定后，可以對(duì)所設(shè)計(jì)叉車工作裝置液壓系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)性能的驗(yàn)算。
3.6.1壓力損失的驗(yàn)算
為了能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算液壓泵的供油壓力和設(shè)定溢流閥的調(diào)定壓力，分別驗(yàn)算由兩個(gè)液壓泵到起升液壓缸和傾斜液壓缸進(jìn)口之間油路的壓力損失。
叉車工作裝置液壓系統(tǒng)的壓力損失包括油液流過(guò)等徑進(jìn)油管路而產(chǎn)生的沿程壓力損失?p1，通過(guò)管路中彎管和管接頭等處的管路局部壓力損失?p2以及通過(guò)各種液壓閥的局部壓力損失?p3。由于叉車工作裝置液壓系統(tǒng)管路較短，彎管和管接頭較少，因此沿程壓力損失?p1和彎管以及管接頭等處的管路局部壓力損失?p2與經(jīng)過(guò)各種液壓閥的局部壓力損失?p3相比可以忽略不計(jì)，故本設(shè)計(jì)實(shí)例主要核算經(jīng)過(guò)各種液壓閥的局部壓力損失?p3。圖3-14原理圖表明，起升回路起
升動(dòng)作過(guò)程中液壓閥產(chǎn)生的局部壓力損失?p3主要包括由單向閥11、換向閥5和特殊流量調(diào)節(jié)閥7閥口產(chǎn)生的局部壓力損失。
對(duì)于起升回路，根據(jù)產(chǎn)品樣本，單向閥11（DT8P1-06-05-10）的開(kāi)啟壓力為0.035MPa；在流量約為50L/min時(shí)，手動(dòng)換向閥5（4WMM6T50）的壓力損失約為0.5MPa；在流量約為50L/min時(shí)，流量調(diào)節(jié)閥7（VCDC-H-MF(G1/2)）的壓力損失為0.5MPa。因此起升回路進(jìn)油管路總的局部壓力損失為
?p3?0.035?0.5?0.5?1.035 MPa
所以溢流閥調(diào)定壓力應(yīng)為
p?(13?1.035)?1.1?15.4 MPa
取溢流閥的實(shí)際調(diào)定壓力為16MPa是適宜的。
對(duì)于傾斜回路，使貨叉傾斜過(guò)程中，產(chǎn)生局部壓力損失的液壓閥有單向閥12，換向閥6和防氣穴閥8。根據(jù)產(chǎn)品樣本，單向閥12（DT8P1-02-05-10）的開(kāi)啟壓力為0.035MPa；在流量約為5.4 L/min時(shí)，手動(dòng)換向閥6（DMG-04-3C-W）的壓力損失最大約為0.15MPa；防氣穴閥中單向閥（MHSV10PB1-1X/M）的開(kāi)啟壓力為0.05MPa則傾斜回路進(jìn)油管路總的局部壓力損失為
?p3?0.035?0.15?0.05?0.235 MPa
所以溢流閥實(shí)際壓力應(yīng)為
p?(14.1?0.235)?1.1?15.8 MPa
取溢流閥的實(shí)際調(diào)定壓力為16MPa是適宜的。
3.6.2 系統(tǒng)溫升驗(yàn)算
起升回路消耗的功率遠(yuǎn)大于傾斜回路所消耗的功率，因此只驗(yàn)證起升回路的溫升即可。
對(duì)于起升油路，當(dāng)叉車桿處于閑置或負(fù)載下降時(shí)，換向閥工作在中位，液壓泵在低壓下有49.65L/min的流量（理論流量）流回油箱，此時(shí)液壓泵處于卸荷狀態(tài)，因此液壓泵損失的功率較小。當(dāng)負(fù)載上升時(shí)，液壓泵的大部分流量將進(jìn)入液壓缸。當(dāng)負(fù)載上升達(dá)到頂端時(shí)，液壓泵以44.7 l/min的額定流量從安全閥溢流回油箱，造成很大的能量損失。
假定液壓泵流量的90%通過(guò)安全閥流失，損失的功率為：
WRV15?106?0.9?44.7?10?3?prv?qrv?= 10 kW 60
造成的油液溫度升高可計(jì)算為：
?T?WRV ?CPqrv
式中 ?——液壓油液的密度，取870kg/m3
Cp——液壓油液的比熱，對(duì)于普通的石油型液壓油液，Cp≈（0.4~0.5）×4187 J/(kg·K)，取Cp=2.0 KJ/(kg. K)
如果液壓系統(tǒng)的溫度單位用攝氏度，則油液溫升為
?T?WRV??CPqrv10000=8.57 ℃ 0.9?44.7870?2000?60?103
上述溫升滿足行走機(jī)械溫升范圍要求，而且由于這一極端功率損失的情況只是偶爾在貨叉桿上升到行程端點(diǎn)時(shí)才出現(xiàn)，因此該叉車工作裝置液壓系統(tǒng)不必設(shè)置冷卻器。
3.7 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
叉車類工程機(jī)械或行走機(jī)械對(duì)液壓系統(tǒng)的要求是安全可靠、效率高、成本低，通過(guò)本設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)叉車類工程機(jī)械或行走機(jī)械液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：
1采用低成本的齒輪泵做能源元件，普通的手動(dòng)換向閥做控制調(diào)節(jié)元件，系統(tǒng)造價(jià)低。
2為保證系統(tǒng)工作安全，對(duì)于有垂直下落工況的液壓系統(tǒng)，應(yīng)采用必要的平衡回路；對(duì)于有超越負(fù)載（負(fù)值負(fù)載）的液壓系統(tǒng)，應(yīng)在回油路上采用必要的增加背壓（防氣穴）措施。
3為提高系統(tǒng)的工作效率，降低能耗，對(duì)于流量差別較大的支回路，應(yīng)采用不同流量的液壓泵分別供油的方式。
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