小型工程车摆臂起重装置的液压系统方案及主油缸设计开题报告

1. 研究目的与意义

一、选题背景与意义

1、选题背景

带摆动臂叉式起重装置的小型工程车，应用极为广泛。它是市政部门水、电、气的施工现场必不可少的一种车用机械。其行走部分可采用电驱动或小型柴油机驱动，驾驶员的正前方设置有液压驱动的工作装置。该机构为液压驱动单个金属箱式钢结构臂架，它可上下摆动，扩大了置于其前方的取物装置工作范围。取物装置即可是叉架也可随时更换为抓取夹具。小型工程车摆臂叉式起重机的设计为机械专业汽车方向的学生提供了综合训练。

2. 课题关键问题和重难点

1、课题关键问题

(1）摆臂起重装置液压系统原理图的分析设计。包括：执行元件形式的分析与选择，油路循环方式与选择，油源类型的分析与选择，液压回路的分析与选择合并等。

(2）摆臂起重装置主油缸的设计计算。

3. 国内外研究现状（文献综述）

1、叉车

在现代社会，叉车在企业的物流系统中扮演着非常重要的角色，是物料搬运设备中的主力军。在第二次世纪大战期间，由于搬运军事物资的需要，从而促进了叉车的发展。而我国叉车工业起步于1950年末，通过模仿前苏联。60年代，测绘仿制日本的叉车。开创了中国叉车的行业。从70年代的后期到80年代的中期，全行业的联合设计，而在这之后各叉车生产行业纷纷引进国外的先进技术。这几年，中国叉车市场销量以每年30%以上的平均速度快速的增长。从2006年开始，我国叉车的市场销量已经超越了日本，成为仅次于美国的全球第二大销售市场。

叉车进行装卸时的典型工作循环：调整方向，对准货位；调整货叉高度，放平货叉；前进叉取货物，略微起升货物，后倾使货物稳定，后退，调整货物的离地一定距离；将货物搬运出货仓；调整方向，对准运货的载货汽车，起身货物到高于货车车厢的高度；前进到达货车的装载位置，前倾放平货叉，降下货物；后退抽出货叉，后倾货叉并降下货叉到一定距离。循环作业工作。

4. 研究方案

1、首先搞清主机的概况

(1)主机的总体布局、主要结构、技术参数与性能要求。

图4 摇臂式叉车的结构简图

(2)主机对液压装置在位置布置和空间尺寸以及质量要求上的限制。

(3)主机的工艺流程或者工作循环、作业环境。

(4)主机的工作原理图。

图5 工作原理简图

2、对负载特性的分析

(1)负载特性分析是拟定液压系统方案、选择或设计液压元件的依据。

(2)包括动力参数分析和运动参数分析。

(3)液压系统承受的负载可以由主机的规格规定，可以通过理论分析确定系统的实际负载。必须仔细考虑他所有的组成项目（注意不同运动情况下的不同负载）。

(4)此外，还必须要注意负载的性质。对于不同的液压系统，比如多个液压执行元件同时动作的液压系统。

1)通过动力参数分析，绘制出负载图，以确定系统的工作压力。

2)通过运动参数分析，绘制出速度图，以选定系统所需流量。

3)根据系统负载图和速度图，可以绘制出液压系统的功率图，从而确定液压系统所需的功率。

3、液压原理方案

(1)液压原理图

图6液压系统原理图

1-液压泵；2-电动马达；3-起升安全阀；4-倾斜安全阀；5-起身换向阀；6-倾斜换向阀；7-流量控制阀；8-放气穴阀；9-起升液压缸；10-倾斜液压缸；11、12-单向阀；13-油箱

(2)动力元件液压泵的选择

使用齿轮泵。齿轮泵的旋转方向不可逆转。其型号和技术参数可以查表。根据系统设计的要求选择压力，根据起升速度的要求选择流量。

图7 齿轮泵平面简图

1) 压力：一般根据液压泵说明书中提供的额定压力和最大工作压力这两个参数。

液压泵的最大工作压力

式中 p-液压执行元件工作腔的最大工作压力； -从液压泵出口到液压执行元件入口处的总管路损失。

2）流量：理论流量等于排量与转速的乘积。实际流量等于理论流量与容积效率（不低于90%）的乘积。

-液压执行元件所需最大流量；对于液压缸， ，其中A为液压缸有效工作面积， 为液压缸最大输出速度。对于液压马达， ,其中V为液压马达排量， 为液压马达最大输出转速。

3）转速：一般转速为1000~3000r/min。

① 转矩与功率

泵的输入转矩等于压力乘排量除以2π再除以机械效率。

泵的输入功率正比于压力、排量、转速的乘积。

② 电动机的功率：

式中 -液压泵的进出口压力之差； -液压泵的实际流量； -液压泵的总效率。

(3) 执行元件形式的分析与选择

液压系统采用的执行元件的形式，根据主机所要实现的运动种类和性质来决定。本次设计选择单活塞杆液压缸。

图8 单杆活塞式液压缸

1-端盖；2-活塞；3-支架；4-缸筒；5空心活塞杆；6-油管；7-支架；8-端盖

1）液压缸的选择

① 主臂液压缸选择柱塞缸。摇臂液压缸选择活塞缸。

② 确定液压缸的主要尺寸。缸的内劲D和活塞杆的直径d。根据最大总负载和选取的工作工作压力。

计算公示如下:

Ⅰ.无杆腔进油时：D=

Ⅱ.有杆腔进油时：D=

Ⅲ.d根据工作压力或者设备的类型选取。见表1、表2。

表1 液压缸工作压力与活塞杆直径

表2 设备类型与活塞杆直径

Ⅳ. 当液压缸的往复运动速度比有一定要求时。d=D 。见表3.

表3 液压缸往复运动比推荐值

③ 液压缸的缸筒长度，根据活塞最大行程、活塞长度、活塞杆导向套长度、活塞杆密封长度和特殊要求的其他长度确定。其中活塞长度B=（0.6~1.0)D;导向套长度A=（0.6~1.5）d。还需对液压缸的有效面积进行验算。满足A》 （最小稳定流量/最小稳定速度）。

2）液压马达的选择

① 液压达所需排量V=

式中：T-液压马达的负载转矩； -液压马达的两腔工作压差； -液压马达的机械效率。

② 液压马达最大理论流量：

式中：V-液压马达的排量；n_max-液压马达的转速。

3）执行元件工作压力的复算

将上面的D、d、V，按各自的系列标准进行圆整，对圆整后的数值进行复算。

（4）液压控制阀的选择

1) 溢流阀按液压泵的最大流量来选取；流量阀还需要考虑最小稳定流量等。一般来说最小稳定流量为额定流量的15%以上。

2）多路换向阀：通常有起升、下降和前倾、后倾。

3）节流阀：防止操作失误等起到限制下降速度的单向节流阀。

4）流量阀：一般中、低压流量阀的最小稳定流量为50~100ml/min;高压流量阀为2.5~20l/min.流量阀的进出口需要有一定的压差。

5）换向阀：按通过阀的流量来选择结构；按换向性能；按系统要求。

（5）液压辅助元件的选择

1）液压油箱

① 初步设计时，油箱的有效容量可按经验公式确定：

式中v邮箱的有效容量；m系数，低压系统m=2~4，中压m=5~7,中高压或高压m=6~12; 液压泵的流量。

② 基本机构：为了获得最大的散热面积，外形以立方体为主。油箱盖上安放液压泵和电机，由此确定了箱盖的基本尺寸。最高油面只允许达到箱高的80%，由此确定了油箱三个方向的尺寸。油箱底脚高度应在150mm以上。

③ 吸、回、泄油管的设置。吸油管与回油管之间的距离以尽可能远些。

④ 隔离板的设置。

⑤ 空气滤清器与液位计的设计。

⑥ 放油口与清洗窗的设置。防污密封。油温控制。油箱内壁加工等。

2）管件

选用原则：保证管中油液做层流流动。管路应尽量短，以减小损失；根据工作压力、安装位置确定管材与连接机构；与泵、阀等连接的管件应由其接口尺寸决定管径。

① 管道的种类和适用场合可以查表。

② 尺寸的计算

Ⅰ.管道的内径d= Ⅱ.壁厚 =

式中 d-管道内径；q-管内流量；v-管中流速。不同类型可以查表；

δ-管道壁厚；p-管内工作压力；n-安全系数，可以查表； -管道材料的刚拉强度。

③ 管接头的选择。

④ 滤清器的选择。比如吸油过滤器，回油过滤器等等。

（6）最后对液压系统技术性能的验算（公式可以查阅书籍）。

1) 系统压力损失的验算。

2）系统发热温升的验算。

5. 工作计划

第一周 完成英语翻译，提交英语翻译给指导老师批阅。英文翻译经指导老师批阅合格并确认后，译文和原文均上传至毕业设计管理系统。并且汇报收集、查阅文献资料情况，继续现场参观调研。

第二周 查阅文献资料，撰写开题报告；阅读、分析、综合收集的资料。

第三周 完成开题报告哦，经指导老师批阅合格并确认后，上传至毕业设计管理系统。准备开题报告答辩。