叉车液压系统标准设计.doc
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1、液压课程设计设计说明书设计题目:叉车液压系统设计机械工程学院机械维修及检测技术教育专业机检3333班设计者: 指导老师:12月27日 课 程 设 计 任 务 书 机械工程 学院 机检 班 学生 课程设计课题: 叉车液压系统设计 一、课程设计工作日自 年 12 月 23 日至 年 12 月 27 日二、同组学生 三、课程设计任务要求(包含课题起源、类型、目标和意义、基础要求、完成时间、关键参考资料等):1目标:(1)巩固和深化已学理论知识,掌握液压系统设计计算通常步骤和方法;(2)正确合理地确定实施机构,利用液压基础回路组合成满足基础性能要求、高效液压系统;(3)熟悉并利用相关国家标准、设计手册
2、和产品样本等技术资料。2设计参数:叉车是一个起重运输机械,它能垂直或水平地搬运货物。请设计一台X吨叉车液压系统原理图。该叉车动作要求是:货叉提升抬起重物,放下重物;起重架倾斜、回位,在货叉有重物情况下,货叉能在其行程任何位置停住,且不下滑。提升油缸经过链条动滑轮使货叉起升,使货叉下降靠自重回位。为了使货物在货叉上放置角度适宜,有一对倾斜缸能够使起重架前后倾斜。已知条件:货叉起升速度,下降速度最高不超出,加、减速时间为t,提升油缸行程L,额定载荷G。倾斜缸由两个单杠液压缸组成,它们尺寸已知。液压缸在停止位置时系统卸荷。 学号尾数设计参数1,23,45,67,89,0额定载荷(Kg) 300035
3、00400045005000起升速度(mm/s)470460450440430快速下降最高速度(mm)180200220240260提升油缸行程L(mm) 15001500150015001500加减速时间t(s)0.20.20.20.20.2动摩擦系数0.10.10.10.10.1静摩擦系数0.20.20.20.20.2机械效率0.910.920.930.940.953设计要求:(1) 对提升液压缸进行工况分析,绘制工况图,确定提升尺寸;(2) 确定叉车起重系统液压系统原理图;(3) 计算液压系统,选择标准液压元件;(4) 对上述液压系统中提升液压缸进行结构设计,完成该液压缸相关计算和部件装
4、配图设计,并对其中12非标零件进行零件图设计。4关键参考资料:1 许福玲.液压和气压传动.北京:机械工业出版社,.082 陈奎生液压和气压传动武汉:武汉理工大学出版社,.83 朱福元液压系统设计简明手册北京:机械工业出版社,.104 张利平液压气动系统设计手册北京:机械工业出版社,1997.9指导老师签字: 系主任签字:目录 1.1概述11.1.1叉车结构及基础技术11.2液压系统关键参数确定51.2.1 起升液压系统参数确定51.2.2系统工作压力确实定71.2.3 起升液压系统液压缸工况分析71.3液压系统原理图确实定101.3.1起升回路设计101.3.2 倾斜回路设计131.3.3 方
5、向控制回路设计141.3.4 供油方法151.4液压元件选择161.4.1 液压泵选择171.4.2 电机选择171.4.3液压阀选择181.4.4 管路选择191.4.5 油箱设计201.4.6其它辅件选择201.5液压系统性能验算21 1.5.1压力损失验算211.5.2 系统温升验算221.6 设计经验总结23参考文件:23 叉车工作装置液压系统设计叉车作为一个流动式装卸搬运机械,因为含有很好机动性和经过性,和很强适应性,所以适合于货种多、货量大且必需快速集散和周转部门使用,成为港口码头、铁路车站和仓库货场等部门不可缺乏工具。本章以叉车工作装置液压系统设计为例,介绍叉车工作装置液压系统设
6、计方法及步骤,包含叉车工作装置液压系统关键参数确实定、原理图确实定、液压元件选择和液压系统性能验算等。1.1概述叉车也叫叉式装卸机、叉式装卸车或铲车,属于通用起重运输机械,关键用于车站、仓库、港口和工厂等工作场所,进行成件包装货物装卸和搬运。叉车使用不仅可实现装卸搬运作业机械化,减轻劳动强度,节省大量劳力,提升劳动生产力,而且能够缩短装卸、搬运、堆码作业时间,加速汽车和铁路车辆周转,提升仓库容积利用率,降低货物破损,提升作业安全程度。1.1.1叉车结构及基础技术根据动力装置不一样,叉车可分为内燃叉车和电瓶叉车两大类;依据叉车用途不一样,分为一般叉车和特种叉车两种;依据叉车结构特点不一样,叉车又
7、分为直叉平衡重式叉车、插腿式叉车、前移式叉车、侧面式叉车等多个。其中直叉平衡重式叉车是最常见一个叉车。叉车通常由自行轮式底盘和一套能垂直升降和前后倾斜工作装置组成。某型号叉车结构组成及外形图图1所表示,其中货叉、叉架、门架、起升液压缸及倾斜液压缸组成叉车工作装置。叉车基础技术参数有起重量、载荷中心矩、起升高度、满载行驶速度、满载最大起升速度、满载爬坡度、门架前倾角和后倾角和最小转弯半径等。其中,起重量(Q)又称额定起重量,是指货叉上货物中心在要求载荷中心距时,叉车能够举升最大重量。中国家标准准中要求起重量系列为:0.50,0.75,1.25,1.50,1.75,2.00,2.25,2.50,2
8、.75,3.00,3.50,4.00,4.50,5.00,6.00,7.00,8.00,10.00.吨。载荷中心距e,是指货物重心到货叉垂直段前表面距离。标准中所给出要求值和起重量相关,起重量大时,载荷中心距也大。比如平衡重式叉车载荷中心距如表3-1所表示。 表1 平衡重式叉车载荷中心距额定起重量Q/tQ11Q5 5 Q 1012 Q 1820 Q 12载荷中心距e/mm1005006009001250 起升高度hmax,指叉车在水平坚实地面上,门架垂直放置且承受额定起重量货物时,货叉所能升起最大高度,即货叉升至最大高度时水平段上表面至地面垂直距离。现有起升高度系列为:1500,2500,27
9、00,3000,3300,3600,4000,4500,5000,5500,6000,7000mm。满载行驶速度vmax,指货叉上货物达成额定起重量且变速器在最高级位时,叉车在平直干硬道路上行驶所能达成最高稳定行驶速度。满载最大起升速度vamax,指叉车在停止状态下,将发动机油门开到最大时,起升大小为额定起重量货物所能达成平均起升速度。满载爬坡度a,指货叉上载有额定起重量货物时,叉车以最低稳定速度行驶所能爬上长度为要求值最陡坡道坡度值。其值以半分数计。门架前倾角f及后倾角b,分别指无载叉车门架能从其垂直位向前和向后倾斜摆动最大角度。最小转弯半径Rmin,指将叉车转向轮转至极限位置并以最低稳定速
10、度作转弯运动时,其瞬时中心距车体最外侧距离。在叉车基础技术参数中,起重量和载荷中心距能表现出叉车装载能力,即叉车能装卸和搬运最重货件。最大起升高度表现是叉车利用空间高度情况,可估算仓库空间利用程度和堆垛高度。速度参数则表现了叉车作业循环所需要时间,和起重量参数一起可估算出生产率。1目标:(1)巩固和深化已学理论知识,掌握液压系统设计计算通常步骤和方法;(2)正确合理地确定实施机构,利用液压基础回路组合成满足基础性能要求、高效液压系统;(3)熟悉并利用相关国家标准、设计手册和产品样本等技术资料。2设计参数:叉车是一个起重运输机械,它能垂直或水平地搬运货物。请设计一台X吨叉车液压系统原理图。该叉车
11、动作要求是:货叉提升抬起重物,放下重物;起重架倾斜、回位,在货叉有重物情况下,货叉能在其行程任何位置停住,且不下滑。提升油缸经过链条动滑轮使货叉起升,使货叉下降靠自重回位。为了使货物在货叉上放置角度适宜,有一对倾斜缸能够使起重架前后倾斜。已知条件:货叉起升速度,下降速度最高不超出,加、减速时间为t,提升油缸行程L,额定载荷G。倾斜缸由两个单杠液压缸组成,它们尺寸已知。液压缸在停止位置时系统卸荷。 学号尾数设计参数1,23,45,67,89,0额定载荷(Kg)30003500400045005000起升速度(mm/s)470460450440430快速下降最高速度(mm)180200220240
12、260提升油缸行程L(mm)15001500150015001500加减速时间t(s)0.20.20.20.20.2动摩擦系数0.10.10.10.10.1静摩擦系数0.20.20.20.20.2机械效率0.910.920.930.940.953设计要求:(1) 对提升液压缸进行工况分析,绘制工况图,确定提升尺寸;(2) 确定叉车起重系统液压系统原理图;(3) 计算液压系统,选择标准液压元件;(4) 对上述液压系统中提升液压缸进行结构设计,完成该液压缸相关计算和部件装配图设计,并对其中12非标零件进行零件图设计。1.2液压系统关键参数确定本设计实例叉车工作装置液压系统包含起升液压系统和倾斜液压
13、系统两个子系统,分别由起升液压缸和倾斜液压缸驱动,所以首先确定两个子系统实施元件设计参数和系统工作压力。1.2.1 起升液压系统参数确定起升液压系统作用是提起和放下货物,所以实施元件应选择液压缸。因为起升液压缸仅在起升工作阶段承受负载,在下落过程中液压缸可在负载和液压缸活塞自重作用下自动缩回,所以可采取单作用液压缸。假如把单作用液压缸环形腔和活塞另一侧连通,组成差动连接方法,则能够在提升起升速度情况下减小液压泵输出流量。假如忽略管路损失,单作用液压缸无杆腔和有杆腔压力近似相等,则液压缸驱动力将由活塞杆截面积决定。实现单作用液压缸差动连接,能够经过方向控制阀在外部管路上实现,如2图(a)。为减小
14、外部连接管路,液压缸设计也可采取在活塞上开孔方法,如2图(b)所表示。这种测试方法有杆腔所需要流量就能够从无杆腔一侧取得,液压缸只需要在无杆腔外部连接一条油路,而有杆腔一侧不需要单独连接到回路中。 (a)管路连接方法 (b)活塞上开孔方法图 2 差动连接液压缸 Vmax FL 缸行程 GL 图3本设计实例经过增加一个传动链条和动滑轮机构对起升装置前述设计方案进行改善,即图3所表示实施方案。依据传动原理,采取这一液压缸和链条和动滑轮结合机构能够使液压缸行程减小二分之一,不过需要对输出力和活塞杆截面积进行校核。因为传动链条固定在叉车门架一端,液压缸活塞杆行程已知,但同时也要求液压缸输出作用力为原来
15、两倍。即液压缸行程为1500mm,活塞杆直径变为75mm,查液压工程手册或参考书,此时取活塞杆直径为80mm,于是,该起升液压缸有效作用面积变为:根据前面计算,因为液压缸所需输出功保持不变,所以液压缸输出作用力变为叉车额定负载两倍,即 液压系统所需工作压力变为:取起升液压缸工作压力为14MPa,该工作压力对于液压系统来说属于适宜工作压力,所以起升液压缸能够采取这一设计参数。起升液压缸所需最大流量由起升装置最大速度决定。在由动滑轮和链条组成系统中,起升液压缸最大运动速度是叉车杆最大运动速度(0.46m/s)二分之一,Vmax =V1/2=460/2=230mm/s于是此时,起升液压缸活塞杆移动1
16、.5m,叉车货叉和门架移动3m,能够满足设计需求。1.2.2系统工作压力确实定依据液压系统工作压力确实定方法,在确定液压系统工作压力时应考虑系统压力损失,包含沿程和局部压力损失,为简化计算,本设计实例中假设这一部分压力损失约为1.52.0 MPa,所以液压系统应提供工作压力应比实施元件所需最大工作压力高出1.52.0 MPa,即起升液压系统 =14+1.5=15.5MPa1.2.3 起升液压系统液压缸工况分析负载分析:负载:F=2Gg=2x34300=68600N最大静摩擦力:Fs=2fsGg=2x6860=13720N动摩擦力:Fd=2fdGg=2x3430=6860N,上升开启时:F1=F
17、+ Fs=68600+13720=82320N,上升稳定运行时:F2=F+ Fd=68600+6860=75460N下降稳定运行时:F3=F- Fd=68600-6860=61740N速度分析:上升速度V=0.5V 1=0.5X460=230mm/s,快速下降最高速度V=0.5V2=0.5X200=100mm/s加减速时间:t=0.2s上升时加减速时段位移:S1=0.5 V 1t=23mm下降时加减速时段位移:S2=0.5 V 2t=10mm位移分析:提升油缸行程:L=1500mm工况循环提升液压缸负载:工况负载组成负载值(N)液压缸加速上升0-(F+ Fs)-(F+ Fd)0-82320-7
18、5460液压缸匀速上升F+ Fd75460液压缸减速上升(F+ Fd)-F75460-68600液压缸加速下降F-(F- Fd)68600-61740液压缸匀速下降F- Fd61740液压缸减速下降(F- Fd)-061740-0对应曲线以下;F(N) (0,82320) (23,75460) (1477,75460) (10,61740) (1500,68600) (1490,61740)0S(mm)负载-位移关系曲线提升液压缸运动参数:工况位移(mm)时间(s)速度(mm/s)匀加速上升 230.2匀速上升14546.32230匀减速上升230.2匀加速下降100.2匀速下降148014.
19、8100匀减速下降100.2对应曲线以下;V(mm/s)(23,230) (1477,230) 0S(mm)(10,100)(1490,100)速度-位移关系曲线 1.3液压系统原理图确实定 在完成装卸作业过程中,叉车液压系统工作液压缸对输出力、运动方向和运动速度等多个参数含有一定要求,这些要求可分别由液压系统多个基础回路来实现,这些基础回路包含压力控制回路、方向控制回路和速度控制回路等。所以,确定一个叉车液压系统原理图,就是灵活利用多种基础回路来满足货叉在装卸作业时对力和运动等方面要求过程。1.3.1起升回路设计对于起升工作装置,举起货物时液压缸需要输出作用力,放下货物时,货叉和货物重量能使
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