125t四支点电动叉车 倾斜机构与液压系统设计.docx
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125t四支点电动叉车倾斜机构与液压系统设计
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1.25t四支点电动叉车
倾斜机构与液压系统设计
摘要
本课题主要是介绍1.25t四支点电动叉车倾斜机构与液压系统设计。
通过设计与校核叉车的稳定性、牵引性、制动性、机动性等,汲取小组意见确定了一个合理的方案。
于此同时,本文重点设计液压回路:
由开式油箱供油,双齿轮泵作为动力元件,油缸作为执行元件,液压控制阀作为控制元件。
倾斜机构:
通过铰接在外门架上的倾斜油缸活塞杆的伸缩使门架前倾或后倾,完成取货与卸货。
设计内容包括倾斜油缸受力分析计算缸径、行程、作用时间以及缸壁、缸体、缸底厚度等;计算校核活塞杆强度与稳定性。
。
在此基础上完成了电动叉车液压系统与倾斜机构设计以及油路的布置。
关键词:
四支点电动叉车液压系统倾斜机构
1.25tfour-pointelectricforklift
tiltingmechanismandhydraulicsdesign。
Abstract
Thispaperprimarilypresent1.25tfour-pointelectricforklifttiltingmechanismandhydraulicsdesign。
Thoughdesigningandcheckingforklift’sstability,tractiongender,retardgender,maneuverabilityandsoon.Followingtheadvicesofthegroupandidentifyingareasonableoption.
Onthesametime,thispaperemphasisondesigninghydrauliccircuit:
byopentypetankoilservicing,doublegearedpumpaspowercomponent,oilcylinderasactuator,hydrauliccontrolvalveascontrolcomponent。
Tiltingmechanism:
throughthemediumofswingjointinclinethepistonrodofoilcylindertopitchorretroversion,andtoachieveparkingordischarginggoods.Designcontentinclude:
inclineoilcylinderstressanalytical,calculationofthecylinderdiameter,calculationofthejourneyofthepistonrod,howlongtheoperationtheofoilcylinder,andcasingthethicknessofwall,cylinderbody,cylinderbottom.Figurecheckpistonrodintensityandstabilityupaswell.
Onthebasisofupper,finishingelectricforklift’shydraulics,tiltingmechanismdesign,andoilway'arrangementplanaswell。
Keywords:
forklifttiltingmechanismhydraulics
第一章前言3
1.1叉车背景3
1.2叉车发展简况4
1.3倾斜机构简介5
1.4液压系统简介6
第二章设计方案论证7
2.1课题简介与方案设计7
关于倾斜油缸的布置方案8
第三章平衡重式电动叉车总体估算10
3.1概述10
3.2总体估算10
3.2.1确定各部件的构造形式11
3.2.2各部件重量和重心位置的估算,整车自重及重心的确定。
11
3.2.3稳定性计算12
3.2.4轮胎选择14
3.2.5牵引计算15
3.2.6制动性能计算16
3.2.7机动性参数确定17
3.2.8关于工作装置功率计算17
第四章液压系统设计计算18
4.1液压系统设计概述18
4.2液压系统设计18
4.2.1原理图18
4.2.2起升油缸最大工作压力及流量21
4.2.3求液压系统最大压力21
4.2.4液压泵站及液压泵的规格及选用21
4.2.5油泵功率及电机选择22
4.2.6选择换向阀23
4.2.7管道设计与管件的选择23
4.2.8液压油选取25
4.2.9滤油器及油箱选取26
4.2.10压力损失的计算28
4.2.11节流阀的设计29
第五章倾斜机构设计计算33
5.1倾斜机构设计概述33
5.2倾斜机构设计33
5.2.1倾斜油缸受力分析及负荷计算33
5.2.2倾斜油缸缸径,活塞杆直径计算35
5.2.3油缸行程计算35
5.2.4油缸作用时间计算(从后倾12°到前倾6°)37
5.2.5稳定性校核38
5.2.6油缸壁厚的计算39
5.2.7活塞杆强度计算39
5.2.8缸体螺纹连接计算40
5.2.9缸底厚度及缸底的焊缝强度计算40
总结与展望42
致谢43
参考文献44
附录45
第一章前言
1.1课题背景
叉车发展于上世纪20年代,由工作装置完成垂直方向作业,由车轮行驶系统完成水平方向作业,是室内搬运的首选工具。
。
目前欧美发达国家和日本的电动叉车的产量已经占有了国际上80%以上的市场。
科技先进的国家已经广泛采用负荷传感,变量系统,并利用先导控制技术实现了液压系统的高效节能和远程控制等。
但传统叉车的液压系统仍采用定量泵,使得整机流量大、压力高,引起了系统油温过高,液压元件泄露,所以可靠性差。
与此同时其制动节能,转向动力提高等方面也都已经不能满足要求,所以叉车行业也正面临着改革与创新。
我国的机械制造行业起步较晚,原有的基础比较薄弱,与工业先进国家相比,差距不小。
国内生产叉车的技术更是比国外落后很多,如何将剩余的15%~20%的比例加大将是我们大家共同努力的目标,为此,本文主要进行叉车的设计计算,重点在于液压系统设计计算,已经完成了油箱、动力元件、控制元件、执行元件以及各种液压元器件的选型和设计、校核等,将液压系统各部分组成按流程逐步设计后,以此为依据,设计了液压系统布置图。
本设计还将论述设计方案的合理性,以合力叉车为原型集中研究现今国内叉车技术发展的实际情况,学习叉车总体设计结合所学汽车、机械和液压知识,将其融会贯通,力求设计能够达到技术上的创新同时又能兼顾经济性!
1.2叉车发展概况
随着社会化生产的发展与进步,劳动力与机械的专业分工也越来越细,各种专业设备的配套与衔接,使得整个物流系统运作井然有序,效率得到成倍提高。
而叉车作为装卸搬运车辆的一种,因为具有能量转换效率高,,噪声小,无废气排放,控制方便等优点而成为室内搬运的首选工具。
为了作业方便,通常工作装置放在叉车的前方,其主要工作属具是货叉,叉车由此得名。
叉车主要用于成件货物的装卸,实现了装卸作业的机械化。
现阶段电动叉车在车体、门架、液压系统以及底盘技术方面与传统叉车相比均取得了一定成就。
车体一般5mm以上钢板制成,无大梁车体强度高,可承受重载.此外流线型设计也将叉车的护顶架,车身,配重及其各种装饰融为一体。
宽视野的两节或三节型门架,起升高度在2~6m。
目前门架下降还采用负载势能回收的原理,实现门架下降的无级调速。
将势能转化为电能对蓄电池充电,从而达到节能的目的。
新型液压系统采用了负荷传感,变量系统,先导控制技术等实现了液压系统的高效节能和远程控制,系统油温显著降低,整机性能先进,操作舒适,安全可靠.由单独电机驱动的油泵又能为门架工作系统的提升和倾斜机构提供液压动力.同时在工作装置回路上增设了单向阀,作用是当油泵侧压力比工作油缸侧压力低的情况下换向时油液不会倒流。
目前国外品牌叉车还采用液压脉冲控制技术,可自动平衡电机速度与用油量,电源利用率高,无电压峰值,噪声低,液压元件磨损低,大大提高了整车的可靠性,节能性和使用寿命
全液压转向系统(FullHydraulicPowerSteeringSystem)利用电机或发动机作动力源,以液压油为工作介质,通过执行元件油缸或液压马达推动转向轮转动。
但部分厂家也开始在后轮转向时采用电子转向,其操纵力小,方向盘不动作时,转向电机也不工作比液压转向节能25%。
以永恒力叉车为例其以此为基础发展了巡航控制系统:
斜坡上防重力下滑,转弯时防止侧翻。
制动能量再生电子制动系统在初次制动时将牵引电机变为发电机延长充电工作时间。
随着电子技术渐渐融入机械制造技术,电动叉车要求能够实现高效.节能.环保.安全及智能化。
各种新方案的推出让电动叉车在性能、结构方面取得了长足进步,配置也变得更优化。
1.3倾斜机构简介
门架倾斜机构是利用倾斜油缸的伸缩运动,使门架绕下部铰点前倾或后倾,达到货叉从水平位置向前或后倾斜一个角度,在可移式叉车和侧面式叉车上门架需沿导轨移动。
门架倾角是指无载的叉车在坚实平坦的地面上,门架相对其垂直位置向前或向后倾斜的最大角度.门架前倾角α的作用是为便于叉取和卸放货物。
后倾角β的作用是当叉车带载行驶时,防止货物从货叉上滑落,增加叉车行使的纵向稳定性。
门架前倾角一般不小于叉车在水平地面上叉卸卸货物时的最小前倾角与仓库地面的正常坡度角之和。
增加门架后倾角,有利于提高叉车的纵向稳定性,但后角加大往往受到叉车结的限制,门架倾角还与轮胎的类型有关。
叉车叉货时,后轮负荷大,前轮负荷小,前后轮胎变形量不同,将使门架的前倾角减小。
叉车满载行驶时,前轮负荷大,后轮负荷小,将使门架的实际后倾角减小。
为此,对于充气轮胎的叉车,门架的前后倾角都应适当加大。
倾斜油缸为双作用活塞式油缸,正确的调整活塞杆的长度,可以保证门架的前后倾角符合工作要求,且倾斜油缸的同侧油缸腔连通,保证两个倾斜油缸协同动作。
门架倾斜机构的计算主要是确定倾斜油缸的最大拉力和行程,计算倾斜油缸的的相关尺寸参数,计算缸壁、缸底厚度,并对活塞杆强度、稳定性进行计算与校核。
工况一般为1.25t的货物上升至最高位置,(且达到)。
倾斜油缸工作工况如图所示:
图1-1倾斜油缸工作工况示意图
1.4液压系统简介
液压系统除油箱及其管路外,由工作/转向油泵和电机作为动力元件,多路换向阀,限速阀等作为控制元件,油缸作为执行元件。
液压系统执行元件主要可分三部分:
①为了升降货物配有起升油缸。
②为使装货的框架能前后倾斜,以利于搬运和行走方便使用倾斜油缸。
③转向油缸和全液压转向器。
油泵输出的压力油分别进入到工作装置和转向操纵机构,通过前后倾手柄使多路换向阀的滑阀移动以改变液压油的流动方向,从而控制升降油缸与门架倾斜油缸,实现起重货架和门架的前后倾斜。
另一个油路是油液经转向油泵与电机到全液压转向器控制转向油缸;最后油液将再度重返油箱如此不断循环,液压系统是叉车工作过程中的重要环节。
第二章设计方案论证
2.1课题简介与方案设计
前文已经对叉车的倾斜机构进行了概述,为了能对本课题做进一步认识,首先要了解整车的工作情况,才能准确定位课题,抓牢研究的目的和重点处理各部分的衔接。
图2-1电动叉车工作过程示意图
以工作过程为依据进行总体估算的具体工作:
选择各构件的构造形式,主要尺寸及布置位置,确定工作装置各部分尺寸参数(包括起升油缸型式及倾斜油缸的数目布置方式及油缸长度等),液压系统设计,轴距和轮距及其支承方式,选定驱动方式及驱动传动系统构造及布置,设计转向系与制动系,重心,传动比,稳定性,功率,爬坡能力等的计算,电机选择等等。
接着以此为依据切入本课题1.25t叉车倾斜机构与液压系统的方案设计。
设计思路:
门架倾斜机构的计算是确定倾斜油缸的最大拉力和行程。
在最大起升高度和最大倾斜角时,对门架下铰点取力矩平衡,得最大拉力。
在确定倾斜油缸与门架的连接点,与门架前后倾角的条件下,可用作图法求得倾斜油,缸活塞的行程,拉力和行程确定之后,可设计倾斜油缸,考虑液压传动系统:
选用合适液压元件,合理布置油路。
关于倾斜油缸的布置方案
图2-2倾斜油缸布置方案示意图
方案一:
两个倾斜油缸,直接布置在门架两侧,如图一(重型叉车为布置方便,倾斜油缸通过杠杆与门架两侧相连如图二,但对于1.25t的电动叉车由于吨位较小故不需杠杆来省力)采用直接布置在门架两侧,不但可使结构简化布置方便,在很大范围内减少倾斜油缸的受力和行程,从而减少油缸尺寸,更能降低生产成本,故在本课题中选此方案较好。
方案二:
当具有刚性较好的驾驶室时,倾斜油缸可布置在驾驶室顶部,但这时倾斜油缸受力虽小,对门架的刚度和强度也较好,但油缸行程较大。
若加一个传力机构(如图三)虽可缩小行程,但要考虑曲柄连杆机构是否会有死点出现,且成本也变高。
故不宜采用。
关于液压系统的设计方案:
(开式回路)
方案一:
双泵驱动即工作装置与转向装置均采用齿轮泵(成本低)变转速调节,双作用活塞式倾斜油缸,油路布置为:
开式油箱与非上置式泵站分布于两侧,两个倾斜油缸布置于外门架两侧,两个起升油缸位于门架后方(视野开阔),控制阀位于驾驶员右方(操纵方便);出油口采用网式滤油器(结构简单,通油能力大,压力损失小,清洗方便);全液压转向。
综合以上优点此种方案较好。
方案二:
斜轴柱塞式变量双泵驱动不采用转向油泵(油液利用率高,控制精度高不会超载),双作用增压缸(由两个单杆活塞缸串联即由两个单杆液压缸的活塞杆连成一体,其推力等于两个液压缸的推力之和),但两者成本较高,且一般用于工作压力较高或大吨位叉车设计中,故在本课题中不宜采用。
方案三:
单泵驱动,主油泵供油,经分流阀至全液压转向器,不需要转向油泵和电机,油路如前,但由于单泵容易产生供油不足故可靠性差也不宜采用。
方案设计总结:
综上所述:
两部分都采用选用方案为:
倾斜油缸直接铰接在外门架两侧,液压系统采用开式油箱供油,双齿轮泵供油,一路经换向阀至工作装置,以起升、倾斜油缸作为执行元件,另一油路经全液压转向器,以转向油缸作为执行元件,排油经冷却、沉淀回油箱。
注:
本章所用计算均出自叉车总体计算指导书
第三章平衡重式电动叉车总体估算
3.1参数概述
本章主要研究1.25t平衡重式电动叉车总体的估算,包括重心位置、稳定性、轮胎选择、牵引计算、制动性以及机动性的估算,研究中依据的技术参数如下表(表一)
表3-11.25t电动叉车技术参数
额定起重量Q
1250公斤
载荷中心距C
500毫米
起升高度H
3000毫米
自由起升高度H自
300毫米
门架倾角(前倾α/后倾β)
/
最大起升速度(满载)V
300~400mm/s
最大运行速度(满载)V
12公里/小时
最大爬坡度(满载)
≥12~18%
最小离地间隙δ
100毫米
最小外轮廓转弯半径Rmin
≤1800毫米
除了技术参数了解构造型式及工作条件也是总体计算不可缺少的依据:
叉车形式:
前叉平衡重式叉车支撑方式:
四支点
工作场所:
仓库、船舱、集装箱内路面条件:
硬路面
叉车动力:
蓄电池组—直流电动机;额定电压48伏
3.2总体估算概述
总体设计的目的:
根据给定的技术参数及工作条件确定整机型式,各部分构造形式,尺寸范围,进行总体布置;对各项技术性能进行计算或估算,为各部件的技术设计提供依据或限制。
下面小节将对此进行详述。
3.2.1确定各部件的构造形式
研究课题之前要对叉车的组成和结构进行必要说明,内容如下:
a.起重门架采用二级门架,滑架采用板式,货叉的型式是挂钩型,门架高度2000mm,货叉垂直段前壁至前轴距离为380mm;
b.起升油缸采用两个单独的油缸,链条滑动联结,部分自由起升;
c.2个倾斜油缸布置在外门架两侧,油缸的长度前倾时493mm;后倾为417mm;行程为76mm。
d.液压系统的组成为油箱及管路、液压泵站、液压执行元件(如油缸)、控制阀等。
e.叉车的轴距1250mm,前轮距880mm,后轮距780mm,前后车轮的支承方式是刚性支承;
f.采用前轮驱动----集中驱动,后轮转向----液压转向;
g.驱动传动系统的构造型式:
T型垂直布置。
h.制动器型式:
盘式制动器
i.转向方式采用双轮偏转方式,.转向梯形机构采用八字式双梯形机构的布置形式
3.2.2各部件重量和重心位置的估算,整车自重及重心的确定。
各部件选好型式且初定布置后,要确定各部件重量及重心位置,这主要参照现有结构并辅以一些计算来进行.采用一个直角坐标系来标记各部分的重心位置,一般以前轮着地点在叉车纵向对称平面上的投影点作为坐标原点O,X轴和Y轴方向如图所示,将各部分的重量及重心列表:
表3-21.25t电动叉车重心估算
部件名称
重量(公斤)
重心坐标(mm)
对坐标原点的矩(公斤毫米)
=
=
Mz
货叉及滑架
160
-440
350
-70400
5600
门架
200
1305
-54000
261120
起升油缸链轮
100
-270
-20000
80000
前轮及制动器
130
0
260
0
33800
前轮及驱动装置
200
260
270
52000
54000
后轮及制动装置
80
1210
290
96800
23200
倾斜油缸
24
110
650
2640
15600
转向器
11
275
650
3025
7150
制动操纵装置
5
175
480
875
2400
换向阀
10.5
320
1000
3360
500
油箱
油泵电机
89
60
750
770
580
300
66750
46200
51620
18000
司机座
10
770
1000
7700
10000
蓄电池组
816
800
530
652800
432480
对重
379.5
1555
554
210590
车架
380
830
500
315400
190000
顶架
80
704
1500
56320
120000
整车(空车)
G=2735
=
640
=
575
Mz
其中对重是待定的,或参照其他产品选定数值。
下面据力学求叉车的自重及重心:
G=
=639.92mm
=574.9mm
式中--------各部件自重(公斤)
G---整车总重
xi,yi,zi---重心坐标(mm)
Mx,My,Mz---对坐标原点的矩(公斤毫米)
以上是求叉车自重重心,假设门架处于垂直位置。
3.2.3稳定性计算
主要区分纵向/横向;静稳定性/动稳定性。
从四个方面进行估算和校核。
(1)纵向静稳定性计算
计算条件:
满载门架垂直、最大起升高度。
货物重心高度H+C,H为最大起升高度,C为载荷中心距;货物的水平距离为(b+c),b为前桥中心至货叉垂直段前壁的水平距离。
b为380mm
整车的重心高度h
=1492.5m
整车的重心水平距离a
=163.2mm
标准要求0.04∴0.10.04,满足。
(2)纵向动稳定性计算;
计算条件:
满载运行,货叉起升300mm,门架最大后倾(12°)
=204.7mm
h=
452.2mm
∴0.450.18
法一较繁琐根据:
门架后倾后货物的重心位置,与门架的联接点及倾角有关,其坐标(-a,h)可作图计算出,然后求整车合成重心的坐标(a,h)。
经计算得(-a,h)为(-678,868)mm
法二:
标准要求0.18∴=0.30.18,满足。
(3)横向静稳定性计算;
计算条件:
满载,最大起升高度,门架最大后倾
先用作图法或计算求出货物重心(-a,h)作图求得重心为(-190,3512)mm
再求出整车重心高度h=1496.26mm
整车重心水平距离a=379.6mm
横向倾覆是绕前轮着地点与后轮着地点的连线(倾覆轴线)翻到的,整车重心至倾覆轴线的垂直距离为e,由于是四轮叉车,倾覆轴线近似为前后轮连线,
e近似为前轮轮距的一半为440mm标准要求0.06;
即0.290.06满足横向稳定性。
(4)横向动稳定性计算;
计算条件:
无载,货叉起升300毫米,门架最大后倾。
这时整车重心即自重重心(x,y),重心至倾覆轴线的垂直距离为e=440
标准要求>(15+1.1)%即0.76>(15+1.114)=0.304,满足条件
式中------——叉车无载最大运行速度(公里/小时)(12~14km/h)
总结:
以上四式中稳定性计算都通过,保证了叉车的稳定性。
3.2.4轮胎选择
1).===2735=1457.3mm
2).
=3510.2mm
=53.2%=46.6%
=88.1%=11.9%
轮胎实际承受垂直静载荷:
N=/2=3510.2/2=1905.1kgN=/2=1277.7/2=638.8kg
∵轮胎的直径为540mm,工作半径r=0.95=0.95=0.2565m
3.2.5牵引计算
⑴计算运行功率按满载在平坦硬路面上以最大速度运行的工况计算。
N=2.89kw
Q-额定起重量(公斤);
U-满载最大运行速度(公里/小时)
f-滚动阻力系数,可按一般混凝土路面。
取f=0.02;
-运行传动系统的传动效率,齿轮传动系统取0.85;
⑵选择运行电动机:
运行电动机的形式:
直流窜激电动机,1小时工作制。
根据上式中的计算结果,
由于采用分别驱动电机取22kw额定转速为2400转/分,为0.95,
电动机额定功率为=0.813kgm
主转动比i==19.3
n—电机额定转速(转/分)
U-满载最大运行速度为(公里/小时)
⑶ 爬坡能力的估算:
叉车的爬坡能力与电机的过载能力有关。
可按下式计算电动机的最大转矩
M=×M(公斤米)
∴M=50.813=4.1kgm
—转矩过载系数,对于质量好的窜激牵引电机。
可取=5。
由电机转矩可算出叉车最大牵引力
===569.8N
⑷最大爬坡度满载时i=-f=-0.02=12.3%
空载时i=-f=-0.02=18.7%
以上计算均满足要求,电机及传动系的选择是合理的。
3.2.6制动性能计算
①按制动距离确定制动力:
=
G—叉车自重(公斤)
Q—额定起升重量(公斤)
V—满载最大运行速度,(公斤/小时)
—旋转质量折算的制动距离取1.2
公里/小时,制动距离不大于2.5米,为提高主动要求,可参照日本标准计算。
=1084.4kg
②按停坡核算制动力
叉车技术条件规定,要求制动坡度无载停车状态20%;满载停车状态15%
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