3噸叉車的液壓系統(tǒng)設(shè)計【6張CAD圖紙】

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1 3 噸叉車的液壓系統(tǒng)設(shè)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(yùn)作業(yè) 的機(jī)械化，減輕勞動強(qiáng)度，節(jié)約大量勞力，提高勞動生產(chǎn)力，而且能夠縮短裝卸、搬運(yùn)、堆碼的 作業(yè)時間，加速汽車和鐵路車輛的周轉(zhuǎn)，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(shè)計。本章以叉車工作裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計為例，介紹叉車工 作裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)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(guān)鍵詞：叉車；電液控制；液壓元件 3 Ton Forklift Truck Hydraulic System Design Abstract：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 checking Key words: Forklift; Electro-hydraulic control; Hydraulic components 1 前言 1.1 課題背景 叉車最先出現(xiàn)在上世紀(jì) 20 年代，由工作裝置完成垂直方向作業(yè)，由車輪行駛系 2 統(tǒng)完成水平方向作業(yè)，是室內(nèi)搬運(yùn)的首選工具。目前歐美發(fā)達(dá)國家和日本的電動叉車 的產(chǎn)量已經(jīng)占有了國際上 80%以上的市場。目前，科技先進(jìn)的國家已經(jīng)廣泛采用負(fù)荷 傳感，變量系統(tǒng)，并利用先導(dǎo)控制技術(shù)實現(xiàn)了液壓系統(tǒng)的高效節(jié)能和遠(yuǎn)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(jī)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(zhuǎn)向動力提高等方面也都已經(jīng) 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(jī)械制造行業(yè)起步較晚，原有的基礎(chǔ)比較薄弱，與工業(yè)先進(jìn)國家相比，差 距不小。國內(nèi)生產(chǎn)叉車的技術(shù)更是比國外落后很多，如何提高叉車技術(shù)是我們大家共 同努力的目標(biāo)。為此，本文主要進(jìn)行叉車的設(shè)計計算，重點在于液壓系統(tǒng)設(shè)計計算， 已經(jīng)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(shè)計、 校核等，將液壓系統(tǒng)各部分組成按流程逐步設(shè)計后，以此為依據(jù)，設(shè)計了液壓系統(tǒng)布 置圖。本設(shè)計還將論述設(shè)計方案的合理性，以合力叉車為原型集中研究現(xiàn)今國內(nèi)叉車 技術(shù)發(fā)展的實際情況，學(xué)習(xí)叉車總體設(shè)計結(jié)合所學(xué)汽車、機(jī)械和液壓知識，將其融會 貫通，力求設(shè)計能夠達(dá)到技術(shù)上的創(chuàng)新同時又能兼顧經(jīng)濟(jì)性 1。 1.2 叉車發(fā)展概況 隨著社會化生產(chǎn)的發(fā)展與進(jìn)步，勞動力與機(jī)械的專業(yè)分工也越來越細(xì)，各種專業(yè) 設(shè)備的配套與銜接，使得整個物流系統(tǒng)運(yùn)作井然有序，效率得到成倍提高。而叉車作 為裝卸搬運(yùn)車輛的一種，因為具有能量轉(zhuǎn)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(nèi)搬運(yùn)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(jī)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(shù)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(qiáng)度高，可承 受重載此外流線型設(shè)計也將叉車的護(hù)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(fù)載勢能回收的原 理，實現(xiàn)門架下降的無級調(diào)速。將勢能轉(zhuǎn)化為電能對蓄電池充電，從而達(dá)到節(jié)能的目 的。 新型液壓系統(tǒng)采用了負(fù)荷傳感、變量系統(tǒng)、先導(dǎo)控制技術(shù)等實現(xiàn)了液壓系統(tǒng)的高 效節(jié)能和遠(yuǎn)程控制，系統(tǒng)油溫顯著降低，整機(jī)性能先進(jìn)，操作舒適，安全可靠。由單 獨電機(jī)驅(qū)動的油泵又能為門架工作系統(tǒng)的提升和傾斜機(jī)構(gòu)提供液壓動力。同時在工作 裝置回路上增設(shè)了單向閥，作用是當(dāng)油泵側(cè)壓力比工作油缸側(cè)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(shù)，可自動平衡電機(jī)速度與 3 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(shù)漸漸融入機(jī)械制造技術(shù)，電動叉車要求能夠?qū)崿F(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(jié)構(gòu)方面取得了長足進(jìn)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(zhuǎn)向系統(tǒng)甚至行走傳動 系統(tǒng)等都需要由液壓系統(tǒng)驅(qū)動完成。因此，叉車液壓系統(tǒng)的質(zhì)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(diào)節(jié)起升和屬具動作速度，從而驅(qū)動工作裝置完成相應(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 1 工作裝置液壓系統(tǒng) Fig 1 Implement hydraulic system 由于叉車原動機(jī)（內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)）的轉(zhuǎn)速高，扭矩小，而叉車的行駛速度較低， 驅(qū)動輪的扭矩較大，因此在原動機(jī)和驅(qū)動輪之間必須有起減速增矩作用的傳動裝置， 當(dāng)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(nèi)燃叉車，由于內(nèi)燃機(jī)不能反轉(zhuǎn)，叉車要想倒退行駛，必須依靠傳動裝 4 置來實現(xiàn)。叉車的傳動裝置有機(jī)械式、液力式、液壓式和電動機(jī)械式幾種。機(jī)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(jī)械式低， 液壓傳動能夠使傳動系大大簡化，取消機(jī)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(qū)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(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 2 行走驅(qū)動液壓系統(tǒng) Fig 2 Travel drive hydraulic system 叉車作業(yè)時轉(zhuǎn)向頻繁，轉(zhuǎn)彎半徑小，有時需要原地轉(zhuǎn)向。叉車空載時，轉(zhuǎn)向橋負(fù) 荷約占車重的 60%。為了減輕駕駛員的勞動強(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(zhuǎn)向的沖擊。 某叉車液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理圖如圖 3 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(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)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)向液壓缸 4 不動作，叉車直線行駛。當(dāng)叉車轉(zhuǎn)彎時， 駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤，聯(lián)動機(jī)構(gòu)帶動隨動閥 4 的閥芯動作，使轉(zhuǎn)向液壓缸的兩腔分別與 液壓泵或油箱連通，液壓缸動作，驅(qū)動轉(zhuǎn)向輪旋轉(zhuǎn)，叉車轉(zhuǎn)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(fù)位，轉(zhuǎn)向停止。 5 1-液壓泵 2-調(diào)速閥 3-隨動閥 4-轉(zhuǎn)向液壓缸 5-濾油器 6-單向閥 7-安全閥 8-油箱 圖 3 叉車助力轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng) Fig 3 Forklift hydraulic power steering system 叉車液壓系統(tǒng)的設(shè)計要能夠保證叉車正常安全地完成工作任務(wù)，對液壓系統(tǒng)的工 作要求包括： （1）超載保護(hù)，多路換向閥殼體無裂紋、滲漏；工作性能應(yīng)良好可靠；安全閥動 作靈敏，在超載 25%時應(yīng)能全開，調(diào)整螺栓的螺帽應(yīng)齊全堅固。操作手柄定位準(zhǔn)確、 可靠，不得因震動而變位。 叉車在裝卸運(yùn)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(jìn)行聯(lián)合操作，即一邊起升載荷一邊向前 運(yùn)行，以檢驗叉車各部件的協(xié)調(diào)性和動作的可能性，此時發(fā)動機(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、無滲油。對超載起升保護(hù)的性能檢驗是以 125%的 起重量載荷進(jìn)行起升動作。此時，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，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(yīng)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(yīng)設(shè)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(jī)件不磨碰，橡膠軟管不得有老化、 變質(zhì)、腐蝕等現(xiàn)象。 （4）液壓系統(tǒng)中的傳動部件在額定載荷、額定速度范圍內(nèi)不應(yīng)出現(xiàn)爬行、停滯和 明顯的沖動現(xiàn)象。 6 （5）其它為節(jié)省叉車攜帶電動機(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)動機(jī)直接驅(qū)動液壓泵來提供油源。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，應(yīng)考慮為液壓系統(tǒng)設(shè)置合適的過 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- 1045C。 1.3.1 本設(shè)計要求及技術(shù)參數(shù) （1）起升裝置液壓系統(tǒng)技術(shù)參數(shù) 本設(shè)計實例所設(shè)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(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 0.2m/s，要求叉車桿上升（下降）速度可調(diào)，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(shè)定的位置。叉車桿在上升過程中，當(dāng) 液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，要求安全保護(hù)裝置能夠使負(fù)載安全下降。 本設(shè)計實例所設(shè)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(qū)動貨叉沿支架上下運(yùn)動，從而提升和放下貨物 4。 圖 4 起升裝置 Fig 4 Lifting device 2 液壓元件 2.1 液壓閥塊簡介 油路塊的結(jié)構(gòu)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 在油路板的正面或者各個側(cè)面（保持底面或某一個面為安裝固定面） ，在正面對應(yīng)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(nèi)部鉆縱、 7 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(nèi)部孔道數(shù)量較多且又互相交叉時，為了便于設(shè)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??；第二層為壓力油孔通道（ 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(nèi)，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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行專業(yè)化生產(chǎn)，其質(zhì)量好、性能可靠而且設(shè)計生 產(chǎn)周期短。使用近年來在液壓油路板和集成塊基礎(chǔ)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(jié) 構(gòu)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(shè)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(diào)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(jī)床研究所的 GE 系列閥。 2.2 集成塊的設(shè)計步驟 （1）制作液壓元件樣板。根據(jù)產(chǎn)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(chǎn)品樣本與實物有出入，則以實物為準(zhǔn)。若產(chǎn)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(yīng)把產(chǎn)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?？着c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(xì)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(jìn)行布局，有的液壓元件需要連接板，則樣板應(yīng)以連接板為準(zhǔn)。電磁閥應(yīng)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(jìn)行相碰。液壓元件的布置 應(yīng)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(nèi)，否則要鉆垂直中間油孔，不通孔之間的最小壁厚 h 必須進(jìn)行強(qiáng) 8 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(yīng)盡可能地布置在同一垂 直位置或在直徑 d 范圍內(nèi)，否則要鉆中間孔道，集成塊前后與左右連接的孔道應(yīng)互相 垂直，不然也要鉆中間孔道。設(shè)計專用集成塊時，要注意其高度應(yīng)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(jìn)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(dǎo)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(cè)面引出管道。塊內(nèi)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(dá)清楚。孔系的位置精度要求較高，因此尺寸公差及表面粗糙度應(yīng)標(biāo) 注清楚，技術(shù)要求也應(yīng)予說明。集成塊的視圖比較復(fù)雜，視圖應(yīng)盡可能少用虛線表達(dá)。 為了便于檢查和裝配集成塊，應(yīng)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(yīng)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 Manifold 3 液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 9 3.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計概述 液壓系統(tǒng)除油箱及其管路外，由工作轉(zhuǎn)向油泵和電機(jī)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： 9 （1）為了升降貨物配有起升油缸。 （2）轉(zhuǎn)向油缸和全液壓轉(zhuǎn)向器。 （3）為使裝貨的框架能前后傾斜，以利于搬運(yùn)和行走方便使用傾斜油缸。 油泵輸出的壓力油分別進(jìn)入到工作裝置和轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)，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(jīng)轉(zhuǎn)向油泵與電機(jī)到全液壓轉(zhuǎn)向器 控制轉(zhuǎn)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?qū)崿F(xiàn)主機(jī)要求的各項功能，并且操縱 方便，工作可靠，動作平穩(wěn)，調(diào)整維修方便。完善的液壓系統(tǒng)設(shè)計主要包括以下部分 的設(shè)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(diào)速方式：定量泵變轉(zhuǎn)速調(diào)速，同時使用換向閥閥口實現(xiàn)微調(diào)。 （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(jìn)入液壓泵的進(jìn)口。 （7）調(diào)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(fù)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(shè)計 前文已經(jīng)對液壓系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了概述，為了更進(jìn)一步學(xué)習(xí)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(guān)圖示并進(jìn)行相關(guān)計算。主要任務(wù)包括： 負(fù)載分析；系統(tǒng)參數(shù)分析（包括泵和電機(jī)參數(shù)的選取和設(shè)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。 3.2.1 原理圖 液壓系統(tǒng)設(shè)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。 10 （3）工作電機(jī)： 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(shè)計單向限速閥。 （8）液壓輔件設(shè)計：過濾器設(shè)計，空氣濾清器設(shè)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(jìn)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(rèn)識， （液壓系統(tǒng)原圖、液 壓系統(tǒng)工作線路圖） 11 圖 7 液壓系統(tǒng)示意簡圖 Figure 7 Hydraulic system of schematic diagram 3.2.2 起升油缸最大工作壓力及流量 壓力為 100/ 2；流量為 25.8L/min 3.2.3 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(chǎn)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(zhì)。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(jī)單獨安裝在專用平臺上，即采用機(jī)座帶底腳、端蓋 上無凸緣結(jié)構(gòu)，電動機(jī)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)pP1 12 圖 8 液壓系統(tǒng)工作線路圖 Figure 8 Hydraulic system wiring diagram 即 + =110.12/ 2 (2)pP1 式中： 為進(jìn)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 （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(zhuǎn)速為 1800r/min；額定壓力為 12.5Mpa；驅(qū)動功率為maxQ 11.2kw；質(zhì)量為 8.2kg；容積效率大于 90%。轉(zhuǎn)向油泵采用 CB-6：流量為 8.7L/min； 驅(qū)動功率為 0.31kw，額定壓力為 2.5Mpa；額定轉(zhuǎn)速 1450r/min。 3.2.5 油泵功率及電機(jī)選擇 （1）油泵的驅(qū)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 n 510cm3/s； 為泵的機(jī)械效率，取 0.8。因此，v (7) 66140518925.3.2Pwk （2）選擇油泵電機(jī) 據(jù)油泵額定轉(zhuǎn)速及所需驅(qū)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(zhuǎn)速(最高)3000/4000 r/min；效率為 83.5%；飛輪矩為 0.8；質(zhì)量為 60kg。選用的油泵電機(jī)采用 5min 工作制，故折算成后 功率 ，故該電機(jī)油泵符合工作需要。15.9.Pkw 13 3.2.6 選擇換向閥 查液壓控制傳動手冊表 17.6-1，選擇關(guān)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(zhì)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 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(jī)構(gòu)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(jìn)工進(jìn)快退停止等自動循環(huán)，工作臺采用平導(dǎo)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(fù)載力 （N） 工作臺重 量（N ） 工作臺及 夾具重量 （N） 快進(jìn) 工進(jìn) 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 啟動 時間 (s) 靜摩 擦系 數(shù) fs 動摩 擦系 數(shù) ft 4800 900 800 150 40 7 0.25 7 0.7 0.25 0.15 14 （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(fù)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 =（25528.882）/0.9=315.42 快進(jìn) F 快 =F 動 F 密 F 快 =255/0.9=283.3 工進(jìn) F 工 =F 切 F 動 F 密 F 工 =（4800255）/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(fù)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(nèi)徑 D 和活塞竿直徑 d 由液壓缸工作負(fù)載表可以看出，最大負(fù)載為工幾年階段的負(fù)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： (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(biāo)準(zhǔn)，選取標(biāo)準(zhǔn)直徑： 63Dm5d 根據(jù)缸徑和活塞竿內(nèi)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(yīng)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 15 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(yùn)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(nèi)徑 D 和活塞竿直徑 d，以及差動快進(jìn)時的壓力損失 P=0.5MP，工進(jìn)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(fù)載 F（ N） 回油腔壓力 P2 105(Pa) 進(jìn)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(jìn)啟動 472.2 2.97 212/()PFA 快進(jìn)加速 315.4 11.785 6.785 變化值 變化值 qv快 快進(jìn)恒速 283.3 11.583 6.583 14.31 0.157 1p 工進(jìn) 5616.7 8 21.94 0.78 0.0285 2()/FA ；1qv1Pq 快退啟動 472.2 3.1 2()/p 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 1Pq 根據(jù)上表可以用坐標(biāo)法繪制出“液壓工況圖” ，此圖可以直觀看出液壓缸各運(yùn)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(jī)床是固定式機(jī)械，卻不存在外負(fù)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(yùn)動速度不是很高，工作負(fù)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(jìn)油路節(jié)流調(diào)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(nèi)，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(jìn)加快退的時間和工進(jìn)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 16 2）選擇基本回路。由于不存在負(fù)載對系統(tǒng)作功的工況，也不存在負(fù)載制動的過 程，故不需要設(shè)置平衡及制動回路。但必須具有快速運(yùn)動，換向，速度換節(jié)以及調(diào)壓， 卸荷等回路。系統(tǒng)中采用節(jié)流調(diào)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(yuǎn)東。在本系統(tǒng)中，快進(jìn)，快退換向回路采用 所示形式。由工況圖中的可知，當(dāng)滑臺從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)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(dāng)滑臺由 工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時，回路中通過的流量很大進(jìn)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(diào)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(diào)壓和卸荷回路 油源中有逆流閥，調(diào)定系統(tǒng)工作壓力，因此調(diào)壓 3 問題在油源中解決，無須另外 在設(shè)置調(diào)壓回路。而且，系統(tǒng)采用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，故溢流閥常開，即使滑臺被卡住， 系統(tǒng)的壓力也不會超過溢流閥的調(diào)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(shè)有卸荷閥，當(dāng)滑臺工進(jìn)和停止時，低壓，大流量液壓泵都可以經(jīng)此閥卸荷。 由于工進(jìn)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(rèn)為卸荷問題已基本解決，就不需要在設(shè)置卸荷回路。 （4）選擇液壓元件 圖 11 液壓缸結(jié)構(gòu)示意圖 Figure 11 Hydraulic cylinder diagram 1-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(jìn)油路上的壓力損失 為，為使繼電器能可靠的工作，取其調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力，則小流量液壓 17 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(jìn)時輸入液壓缸的流量為 0.78L/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(yīng)為 3.78L/min。根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)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(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)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+10.9 4 17.5 YB1， YB2 2 三位五通 電磁閥 36 80 16 0.5 35DYF3Y-E19B 3 行程閥 32 63 16 0.3 4 調(diào)速閥 0.78 0.07-50 16 5 單向閥 36 63 16 0.2 AXQF-E10B qmax=100L/min 6 液控順序 閥 16 63 16 0.3 XF3-E10B 7 背壓閥 0.78 63 16 YF3-E10B 8 溢流閥 5 63 16 YF3-E10B 9 濾油器 18 63 16 0.02 XU-J63X80 10 壓力表開 關(guān) 16 KF3-E3B 3 測點 11 單向閥 36 63 16 0.2 AF3-EA3B 18 qmax=80L/min 12 壓力繼電 器 14 PF-B8L 8 通徑 表 5 電磁鐵動作順序表 Table 5 Magnet order form 注：“” 表示電磁鐵通電吸合，其他表示斷電脫開 發(fā)信 YV1 YV2 YV3 YV4a YV4b YV5 起動 人工按鈕 上料 人工 工作夾緊 人工按鈕 定位缸下降 xk5 磨架進(jìn)給 xk9 xk5 xk3 主刃磨削 xk1 磨架后退 凸輪計數(shù) 松開 xk2 回轉(zhuǎn) xk8 工 作 臺 鎖緊 xk6 磨架進(jìn)給 xk3 xk5 xk9 圓刃磨削 xk1 磨架后退 凸輪計數(shù) 松開 xk2 回轉(zhuǎn) xk8 工 作 臺 鎖緊 xk7 定位缸上升 凸輪計數(shù) xk2 工件松開 人工按鈕 下料 人工 3.2.7 管道設(shè)計與管件的選擇 1 液壓管件是用來連接泵、閥、缸等液壓元件構(gòu)成液壓油傳輸回路，實現(xiàn)液壓能 的傳遞。液壓能是以壓力和流量的形式傳輸?shù)?。因此液壓管道首先?yīng)具備承受壓力的 能力，即必須選用適當(dāng)材料和壁厚，同時還應(yīng)保證恰當(dāng)?shù)牧魉伲磻?yīng)選用合理的通徑。 鋼管多用于吸回油管路一般選用硬管，即管路盡可能短，過流面積盡可能大以減 少吸油阻力。中高壓系統(tǒng)多采用無縫鋼管；壓力在 8-31.5Mpa 時采用 20 號冷拔無縫 鋼管，管路中較長部分一般選軟管即膠管（或塑料管） 。管道設(shè)計注意問題： 管道設(shè)計壓力流量和回油管道流速進(jìn)行限制、排列走向要一致、盡量水平或垂直 布置。 油管彎曲處應(yīng)圓滑，不應(yīng)由凹痕或壓扁現(xiàn)象，短長軸比大于 0.75，盡可能選用高 19 壓軟管，有抑制機(jī)械振動和噪聲的作用。 （1）硬管的選用 1）壓油管 油管內(nèi)徑： (23)24Qdv 得 (24)30.61.5dm 式中： d 為油管內(nèi)徑； Q 為通過油管的流量，取 Q=30L/min； v 為液壓油在油管內(nèi)允許 流速。 查液壓液壓系統(tǒng)元件設(shè)計手冊第 864 頁，據(jù)油口公稱直徑尺寸：取 d=15mm，外徑 為 22mm 相應(yīng)的管接頭螺紋為 M22 1.5。 2）油管內(nèi)流速 (25)224301.69/min.5QVd 滿足要求。 3）油管壁厚 (26)168.302Pdcmc 式中： 為液壓系統(tǒng)最大工作壓力，取值為 140kg/ ； d 為油缸內(nèi)徑； 為許用P 2 拉伸應(yīng)力單位 / ，對于鋼管 = ，取 =6000 / 。查液壓控制傳動gk2cmnbbgk2cm 手冊 ，在 P17.5 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(jié)，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 20 頁表 12-5：選用膠管 B-140，內(nèi)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(biāo)示。 （4）螺紋連接：采用 60 圓錐管螺紋：適用于機(jī)器的油管及水管等的連接，內(nèi)外 螺紋配合無間隙。 （5）密封件設(shè)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 液壓油。46 號(HL)普通油：40時運(yùn)動粘度/10 /s 數(shù)值范圍為 41.450.6；粘度26m 指數(shù)不小于 90；閃點不低于 170；凝點不高于-10；無機(jī)械雜質(zhì)；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(yīng)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(zhì)中固體的污染物，使工作介質(zhì)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(zhì) 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(shè)計時應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)滿足所用工作介質(zhì)要求，且有足夠的強(qiáng)度。 5)過濾器的強(qiáng)度及壓力損失要求在合適范圍內(nèi)。 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(hù)附件。 8)結(jié)構(gòu)盡量簡單緊湊，安裝形式合理，價格低廉。 濾油器：常用網(wǎng)式，線隙式，紙芯式，燒結(jié)式等網(wǎng)式濾油器，應(yīng)用廣泛且結(jié)構(gòu)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(hù)油，故選用 21 網(wǎng)式濾油器。選型號（ WU 型網(wǎng)式過濾器） 。 圖 12 WU 型網(wǎng)式過濾器 Figure 12 WU mesh filter (3)油箱的設(shè)計： 本課題選開式油箱，設(shè)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(qiáng)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(jī)，液壓泵等其他液壓件，故其厚度要增加。 2）油箱應(yīng)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(yīng)為泵每分鐘流量的 2-3 以上，設(shè)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(shè)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(yīng)裝放油閥。 4）泵吸油管上安裝網(wǎng)式濾油器，濾油器與箱底間的距離不應(yīng)小于 20mm。且其和 系統(tǒng)回油管應(yīng)該插入最低油面以防卷入空氣和回油沖濺產(chǎn)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。 回油管隔開，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(wǎng)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(shè)計如下圖所示： 22 圖 13 油箱裝配圖 Figure 13 Fuel tank Assembly 3.2.10 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(nèi)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(chǎn)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(chǎn)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)2dLP 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(nèi)徑 15mm；Ld 為管內(nèi)平均流速，取 3m/s。 行走機(jī)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(jī)械設(shè)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(zhì)液壓油的密度范圍為 850960kg/m3，據(jù)機(jī)械設(shè)計課程設(shè)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/ P2c 23 （2）局部壓力損失 = (31)P2 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： =11+10.5+14+11=6.5kg/ (32)P2cm 為確保精確在進(jìn)行公式驗算，查12表 23.2-79，其中：局部阻力取 =1.5；彎頭處 取 =0.29 彎頭較多，設(shè)計彎頭 20 個；入口阻力系數(shù) =0.5；出口阻力系數(shù) =2；所 以 =1.5 4+1.5+0.5+0.29 20=13.8 (33) =5.72kg/ 。P2cm =3.31+5.72+1.09=10.12kg/ (34)1 2 （3）液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力為 100+3.31+5.72+1.09=110.12kg/ ，故選用 140kg/2c 滿足要求。2cm 3.2.11 節(jié)流閥的設(shè)計 節(jié)流閥應(yīng)該滿足一下性能要求：流量調(diào)節(jié)范圍大，流量-壓差變化平滑；內(nèi)漏量 小，對外的泄漏口也應(yīng)??；壓力損失?。徽{(diào)節(jié)力矩??；動作靈敏；流量穩(wěn)定性。叉車 設(shè)計時采用 MK 單向節(jié)流閥。 （1）節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)。如下圖所示。主 閥 座 孔 主 閥 芯 調(diào) 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=0.30.4m/s，即為 1824m/min，根據(jù)起升速度的范圍計算： 空載下降時，初定 v=24m/min Q= = =74.7L/min (35)vD24243.6 滿載下降時，初定 v=18m/min 24 = =56.1L/min vDQ24183.62 （3）壓力 當(dāng)空載后缸下降時， / =11.37 / (36)24NP9.0364812gk2cmgk2c 前缸下降時 P=6.5 /cm2；當(dāng)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 =11.37 /cm2。gk 2）滿載下降，孔 B=42.4-10.12=32.28 /cm2，后缸滿載下降時壓力g =42.4 /cm2。g （5）節(jié)流口通流面積，本節(jié)流閥采用薄壁小孔查機(jī)械設(shè)計手冊中（液壓工程 手冊單行本）查得： (37)0.85QcfP 式中： c 為流量系數(shù)，取值為 0.7； f 為節(jié)流孔通流面積； 為節(jié)流孔前后壓差（即 損失） 。利用此公式反求通流面積： Q= = =74.7L/min (38)vD24243.6 Q= = =56.1L/min (39)18 1）空載下降， fA= =108.26mm2 (40)25.17.08.4 2）滿載下降， fB= =15.94mm2 (41)8.327.085.6 （6）節(jié)流的直徑 查新編液壓工程手冊設(shè)計手冊 ，表中節(jié)流閥的通徑及流量表 1）空載下降， A 口直徑 dA= = =9.2mm 10mm。 f426.108 25 (42) 2）滿載下降， B 口直徑 dB= = =3.5mm 4mm。 (43)Bf49.15 （7）確定彈簧剛度 1）空載下降，此時調(diào)節(jié)閥由于左右壓力差的作用，把主閥芯壓住。只通過 A 口 回流，但主閥芯不動，即彈簧的壓緊力與油壓差對閥作用的力平衡。 2）滿載下降，起升油缸油壓增高，調(diào)節(jié)閥左右壓力差也隨之升高，主閥開始克 服彈簧力向左移動，關(guān)閉主閥座上的下孔，僅由小孔 B 回油，孔 C 直徑為 12mm。因此， 彈簧位移為 12mm.參照 同類產(chǎn)品選擇彈簧剛度 K=8kg/cm2。 4 液壓站結(jié)構(gòu)設(shè)計 15 液壓站是由液壓油箱，液壓泵裝置及液壓控制裝置三大部分組成。液壓油箱裝有 空氣濾清器，濾油器，液面指示器和清洗孔等。液壓站裝置包括不同類型的液壓泵， 驅(qū)動電機(jī)及其它們之間的聯(lián)軸器等，液壓控制裝置是指組成液壓系統(tǒng)的各閥類元件及 其聯(lián)接體。 4.1 液壓站的結(jié)構(gòu)型式 機(jī)床液壓站的結(jié)構(gòu)型式有分散式和集中式兩種類型，下面進(jìn)行介紹： （1）分散式。這種型式將機(jī)床液壓系統(tǒng)的供油裝置、控制調(diào)節(jié)裝置分散在機(jī)床 的各處。例如，利用機(jī)床或底座作為液壓油箱存放液壓油。把控制調(diào)節(jié)裝置放在便于 操作的地方。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，泄漏油回收，節(jié)省占地面積，但安裝維修 方便。同時供油裝置的振動、液壓油的發(fā)熱都將對機(jī)床的工作精度產(chǎn)生不良影響，故 較少采用，一般非標(biāo)設(shè)備不推薦使用。 （2）集中式。這種型式將機(jī)床液壓系統(tǒng)的供油裝置、控制調(diào)節(jié)裝置獨立于機(jī)床 之外，單獨設(shè)置一個液壓站。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是安裝維修方便，液壓裝置的振動、發(fā) 熱都與機(jī)床隔開；缺點是液壓站增加了占地面積。本次設(shè)計采用集中式。 4.2 液壓泵的安裝方式 液壓站裝置包括不同類型的液壓泵、驅(qū)動電動機(jī)及其聯(lián)軸器等。其安裝方式為臥 式和立式兩種。 （1）臥式安裝。液壓泵及管道都安裝在液壓油箱外面，安裝維修方便，散熱條 件好，但有時電動機(jī)與液壓泵的同軸度不易保證。 （2）立式安裝。將液壓泵和與之相聯(lián)接的油管放在液壓油箱內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)型式 緊湊、美觀，同時電動機(jī)與液壓泵的同軸度能保證，吸油條件好，漏油可直接回液壓 26 油箱，并節(jié)省占地面積。但安裝維修不方便，散熱條件不好。考慮到空間，占地面積 等方面的要求，本設(shè)計中采用立式聯(lián)接。 4.3 液壓油箱的設(shè)計 液壓油箱的作用是貯存液壓油、充分供給液壓系統(tǒng)一定溫度范圍的清潔油液，并 對回油進(jìn)行冷卻，分離出所含的雜質(zhì)和氣泡。 4.3.1 液壓油箱有效容積的確定 液壓油箱在不同的工作條件下，影響散熱的條件很多，通常按壓力范圍來考慮。 本設(shè)計中油箱為叉車用，所以油箱不能過大，應(yīng)為 300-500L。 液壓油箱的外形尺寸設(shè)計。液壓油箱的有效面積確定后，需設(shè)計液壓油箱的外形 尺寸，一般設(shè)計尺寸比為 1:1:1-1:2:3。但有時為了提高冷卻效率，在安裝位置不受 限制時，可將液壓油箱的容量予以增大，本設(shè)計中的油箱根據(jù)液壓泵與電動機(jī)的聯(lián)接 方式的需要以及安裝其它液壓元件需要，選擇長為 1.0m，寬為 0.8m，高為 0.6m。 4.3.2 液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計 一般采用抗腐蝕性鋼材制作，且須考量油箱內(nèi)表面防腐處理，并顧及與介質(zhì)之相 容性、處理后之可加工性及制造之經(jīng)濟(jì)性，條件允許時采用不銹鋼制作是最理想的選 擇。油箱必須有足夠的容積，一方面須滿足散熱的要求，另一方面在液壓系統(tǒng)停止工 作時應(yīng)能容納系統(tǒng)中的所有工作介質(zhì)，工作時又能保持適當(dāng)?shù)囊何弧?為了便于隨時檢查和觀察箱內(nèi)液體液位的情況，應(yīng)該在油箱壁板的側(cè)面安裝液面 指示器，指示最高、最低油位。液面指示器一般選用帶有溫度計的液面指示器。油箱 頂板需要裝設(shè)空氣濾清器，對進(jìn)入油箱的空氣進(jìn)行過濾，防止大氣中的雜質(zhì)污染液壓 油?？諝鉃V清器的過濾能力一般為油泵流量的兩倍，其過濾精度應(yīng)與液壓系統(tǒng)中最細(xì) 的濾油器的精度相同。油箱內(nèi)部應(yīng)刷淺色的耐油油漆。以防止銹蝕。 4.4 液壓泵結(jié)構(gòu)設(shè)計的注意事項 （1）液壓裝置中各部件、元件的布置要均勻、便于裝配、調(diào)整、維修和使用， 并且要適當(dāng)?shù)刈⒁馔庥^的整齊和美觀。 （2）考慮液壓油箱的大小與剛度，液壓泵與電動機(jī)裝在液壓油箱的蓋子上或裝 在液壓油箱之外。 （3）在閥類元件的布置中，行程閥的安放位置必須靠近運(yùn)動部件。手動換向閥 的位置必須靠近操作部位。換向閥之間應(yīng)留有一定的軸向距離，以便進(jìn)行手動調(diào)整或 裝拆電磁鐵。壓力表及其開關(guān)應(yīng)布置在便于觀察和調(diào)整的地方。 （4）壓泵與機(jī)床相聯(lián)的管道一般都先集中接到機(jī)床的中間接頭上，然后再分別 通向不同部件的各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)中去，這樣做有利于搬運(yùn)、裝拆和維修。 27 （5）硬管應(yīng)貼地或沿著機(jī)床外形壁面敷設(shè)。相互平行的管道應(yīng)保持一定的間隔， 并用管夾固定。隨工作部件運(yùn)動的管道可采用軟管、伸縮管或彈性管。軟管安裝時應(yīng) 避免發(fā)生扭轉(zhuǎn)，影響使用壽命。 液壓站設(shè)計如下圖： 圖 1