叉车工作装置液压系统设计

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2100kg ，因此提升装置需承受的负载力为：
2060081.92100=⨯==mg F l 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
2 F l = 41200 N
如果系统工作压力为100bar ，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
451041.210100
004122--⨯=⨯==p F A l r m 2
42
1041.24-⨯==d A r π m 2
所以活塞杆直径为d = 0.0724 m ，查标准（63、70、80系列），取 d = 0.070m 。

根据液压缸的最大长径比20：1，液压缸的最大行程可达到1.40 m ，即叉车杆的最大提升高度为2.80 m ，能够满足设计要求的2 m 提升高度。

因此，提升液压缸行程为1m ，活塞杆和活塞直径为70/100mm （速比2）或70/125mm （速比1.46）。

因此活塞杆的有效作用面积为
42
2
1038.540.0704-⨯=⨯==ππd A r m 2
bar A F P r l S 107105.38412004
=⨯==- 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：
1.01038.54max ⨯⨯==-v A q r m 3/s
23.1max ==v A q r l/min
2 系统工作压力的确定
系统最大压力可以确定为大约在110bar 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 =7500 N.m ，因此倾斜装置所需的作用力F 为：
150005
.07500===r T F 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7500N 。

如果工作压力为100bar ，则倾斜液压缸环形面积A a 为：
45105.710100
7500--⨯=⨯==p F A a m 2 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。

)(4
22d D A a -=π 0.025=d 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0.022=d m ，则环形面积为：
24622221077.810)2240(4
)(4m d D A a --⨯=⨯-=-=ππ 倾斜机构所需最大压力为：
54105.8510
77.87500⨯=⨯==-a A F p Pa =85.5 bar 而液压缸工作压力为110bar ，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：
2204.04
4⨯==ππD A p =12.6×
10-4 m 2 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/2/0.0349/360
s rad s rad s πω=== 0.03490.50.0175/V r m s ω=⨯=⨯=
因此，两个液压缸在伸出过程中所需的流量为：
0175.0106.122242⨯⨯⨯==-v A q p = 0.43981 m 3/s = 2.6 l/min
倾斜装置需要走过的行程为：
200.50.175180
S m π=⨯⨯= 综上，两个倾斜液压缸的可选尺寸为40/22mm/mm ，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
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3 l/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 ：
bar P s 12215107max =+=
溢流阀的调定压力应高于供油压力10%左右，即设成135bar 比较合适。

溢流阀的最大压力值可能比135bar 还高，甚至超过150bar 。

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23.1L/min 。

选择溢流阀的型号为DBDS10P10；
选择单向阀的型号为RVP-10-1-0；
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WMM6。

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 。

选择溢流阀的型号为DBDH6P10，压力范围2.5～63MPa,额定流量330L/min ，公称直径6mm 。

选择单向阀的型号为RVP6-1-0，公称通径6mm,最大工作压力31.5MPa ，最大流量18～1500L/min 。

选择换向阀型号为4WMM6，通径6mm ，流量60L/min ，油口A 、B 、P 最大工作压力31.5MPa ，T 口最大工作压力16MPa 。

6 液压泵的参数确定
提升：
图3所示油路，采用结构简单、价格低廉的齿轮泵就能够满足设计要求。

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：
1.171500
9.023100=⨯=req D cm 3/rev 从Sauer-Danfoss 目录中可查出，SNP2系列有排量为16.8和19.2cm 3/rev 的泵。

应选择排量为16.8cm 3/rev(与17.1更接近)的液压泵SNP2/019
倾斜：
92.11500
9.00026=⨯=
req D cm 3/rev 第二个泵的排量为1.92 cm 3/rev ，可选择SNP1/2.2
7 电动机功率
在最大压力下的流动功率为：
5.560000
8.19100168=⨯
⨯=⨯=q p W 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： 9.68
.05.5===ηW
W d kw。