柴油叉车起升系统的设计

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　　摘   要：本文介绍HL007型3T燃油叉车起升系统的设计与优化。同时，为了实现叉车的一机多用，本文主要设计叉车的起升系统的属具的结构，取货叉是叉车的标准取货物构件，但对于某些特殊的货品装卸，需依据特殊种类货品的特点，专门地设计非标的取货品机构。因此，设计特殊的叉属器具对于生产的安全，工作效率的提升，叉车的应用范围的扩展有着比较重要的意义。本文设计的具体内容包含有叉属系统的力学系统分析，概况为叉属系统的缸体直径、叉属缸行程、缸用时和叉属缸壁、缸体、缸底强度计算及其稳定性的计算解析，并在这样的基础上完成了叉属系统的起升机构设计和叉属系统的分布布置。
　　关键词：柴油叉车  叉属系统  起升机构设计
　　中图分类号：U294                                  文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）09（c）-0122-04
　　叉车发源于20世纪之20年代初，其操作系统可实现竖直方向的工作，而本身的轮式行驶可水平作业的实现，是短距离货物搬运的首选系统。叉属系统有时也称多装置系统，叉属系统是发挥叉车多用途的最好工具和装置，当前工程技术人员愈来愈重视叉车本体的工作效率及其对应的安全性能，而提高叉车工作效率及对应的安全性能，同时又能极好地降低其破损的一种有效途径，就是叉车装配适应的叉属系统。
　　本文以工作行程为根据，实现了总体估计和计算分析情况：选择了叉属系统各结构件的功能类型，主要的功能尺寸及操作位置的设计布置情况;确定了叉属系统工作构件各部分的功能尺寸参数（包括了叉属系统的起升缸模块和斜倾缸的配置模块及其对应的结构参数），叉属系统的液压模块设计，对应轴的支承结构方式，驱动传动模块的构成及配置方式，确定了转向系统和制动系统等，并以这些参数为根据完成了叉车起升系统的结构设计。
　　1  燃油叉车总体估算
　　1.1 参数概述
　　如图1叉车及调距叉夹的三维建模所示，叉车配置的形式为前叉且平衡式，叉车承载模式为四支点，叉车的工作场合在仓库、船舱、集装箱内，叉车的路面工作为比较硬的路面，叉车动力为柴油4缸发动机，各部件的结构参数如下：
　　（1）叉属系统的启升门架构型采取的是二级门架结构，滑移门架机构采用的是板式结构模式，货叉机构采用的是自适应挂钩型模式，门架机构尺寸为2010mm，其垂直段内腔前壁到叉属具内嵌前轴距离为385mm;（2）叉属系统启升缸模块采用一种单动模式的油缸型式，与其结合的方式是动链滑动的联结模式，其部分结构实现了独立启停和升降;（3）两结合部的斜倾缸配置在外门架模块的两侧面上，主油缸的前倾姿态长度为550mm;后倾姿态长度为450mm;对应的工作行程为80mm。（4）叉属液压系统包含了油箱管路、液压泵站路系统、液压执行构件、各种对应的控制阀和配套液压锁等;（5）叉属系统的前轴模块长度1250mm，前轮模块长度为880mm，后轮模块长度是780mm，前后车轮模块的承载结构方式是刚性的支承方式;（6）叉属采用前驱动即为集中驱动，后转向即为液压转向;（7）叉属驱动系统的行程模式为：T型垂直构型;（8）制动器采用的模式为盘式制动器模式。
　　式中gi——各部件自重（kg）;G——整车总重;x0，y0，z0——重心坐标（mm）;
　　上图列式完成了叉属系统自重心的设计，假设当前叉属门架模块处于垂直的位置。
　　1.2 叉属稳定性计算
　　整车的重心高度：
　　整车的重心水平距离：
　　标准要求：
　　0.1≥0.04，所以满足要求。
　　1.3 系统牵引计算
　　叉屬系统行走功率按满载，且行走在平直刚性好的路面上。
　　式中：G-系统自身的重量（单位：kg）;Q-系统的额定起重量（单位：kg）;U-系统满载时行走速度峰值（单位：km/h）;f-叉属系统滚阻参数，按一般混凝土的刚性路面。取数值f=0.02;η-传动系统的机械效率，齿轮机械系统效率大小为0.85。
　　1.4 系统制动性计算
　　（1）按制动长度设定制动力参数大小，其对应公式为：
　　式中：P制-系统制动的力大小（指压在轮胎接地平面上的力的大小）（单位：kg）;G—系统自身的重量（单位：kg）;Q—起升重量的额定数值（单位kg）;V—满载形式最大行走速度，（单位：kg/h）δ—旋转质量折算的制动距离长度数值取1.2。
　　（2）按斜坡状况下的制动力参数大小。按相关技术指标，规定斜度无载停车状态参数大小是20%;满载停车状态参数大小是15%。
　　即：P'制≥Gsina1，a1=tg-10.2
　　P''制≥（G+Q）sina2，a2=tg-10.15
　　带入计算得到：P'制=536.4kg，P''制=591.2kg
　　以1083.4为选择依据计算。
　　（3）轮式制动器的要求是：单一制动器的制动力矩大小为：
　　1.5 机动性参数确定及工作装置功率计算
　　（1）最小转弯半径：Rmin=1770.29mm;（2）直角通道理论宽度K=1736.33 mm;（3）货垛间的宽度S=Rmin+Rmin'=3284mm
　　2  液压系统设计及计算 　　2.1 液压模块的设计
　　叉属液压系统设计的说明：叉属的油箱为对开式油箱结构，油泵系统采用是齿轮泵，其型号是CB-F18C-FL（变向油泵是CB-6）。如图2所示为叉属液压系统示意简图。叉属工作电机使用的型号是Z4-112-4。叉属的启升缸模块应用单柱塞模式运行，叉属斜倾缸模块采取双塞式液缸模块，叉属方向控制系统采取多换向模块（对应的阀体型号为ZFS-L10C-YT-O），叉属流量控制系统取单限模块，叉属液压系统回路系统分为两路来实现。
　　叉属液压泵站是液压系统的重要部分，其功能是为液压系统供给压力流的媒介。在液泵站上必要安置的阀体可实现直控液压元件的工作，本文采用非对称上安装模式结构，即泵体和电机安装在专门的台子上（不是传统的模式，安装在叉属油箱上盖上），而取用的机架是带无凸缘结构的模式，电机配置是水平放置的模式，结合处加了弹性防振垫结构以减少震动。工作油泵系统采用CB系列的齿轮泵，其型号是CB-F88K-LL。油泵的额定转速及所需驱动功率选择型号是Z4-113-6，换向阀型号选择ZFS-C型多路换向阀。
　　硬管选用钢管为?20×3，为保证统一性，回油管选取与压油管选用相同的钢管，软管选用胶B-140内径为13mm，外径：20.5～23.3mm;工作压力是140MPa最小半径大小为145 mm，取用60圆锥管螺纹和O型密封圈，取用46号普通液压油。
　　2.2 叉属滤油模块的配置
　　叉属过滤器的功能是除去液压系统流动性介质中的杂质，保证工作介质的清洁度，延长工作元器件的寿命，保证叉属系统的性能可靠，叉属液压系统结构故障率约75%是因为流动介质的污染造成的，因此过滤器对叉属液压系统来说是不可或缺的重要辅器件。
　　叉属滤油器：常用结构方式是结网方式，隙线方式，纸芯方式，烧结方式式等，缘于网式滤油器的特点即应用比较广泛且结构比较简单，而其通油能力比较大，压力损失比较小，清洗方便，所以主要应用在泵体吸油管路上用于防护油，故叉属滤油器构型取用网式滤油器。叉属油箱的设计：本文取用了开式油箱模式，在设计过程中间遇到的设计问题包含：叉属油箱容积大小的确定、隔板高度大小的确定;滤油器、箱底部坡斜度大小的确定;采用强化刚度构型模式和加载液压泵或其他液压件构型;密封结构装置的确定等，如图3所示。
　　2.3 节流阀模块
　　如图4所示节流阀模块的示意图：
　　根据启升速度的范围进行相关性计算：空载下降过程：初选速度数值v=24.1m/min
　　满载下降过程：初选速度数值v=18.3m/min
　　3  起升系统属具的设计及计算
　　3.1 起升系统属具的设计
　　叉夹面板上安装的左右对称的液压缸，工作时，液压油进入缸内推动缸内的活塞杆运动，缸外的活塞杆部分和货叉通过螺栓连接在一起，从而活塞杆推动货叉在叉夹面板上的导轨上来回移动，达到调整货叉距离目的，节省了叉车驾驶员下车人工去推动货叉来调整货叉距离的时间，提高了生产效率。
　　图5所示为叉属系统的两端铰支的受力结构图，其活塞杆可看作是一个整体的构件，构件缸筒受到高压油作用轴向力P，与构件座底的轴向反力构成作用力和反作用力。在不考慮活塞与缸体构件受力情况下，活塞构件与端盖间的间隙的前提下，缸筒结构可认为不受压力作用的情况，任意截面的弯矩为零。实际上由于间隙的存在，当叉属液压缸失稳情况下，缸筒结构也存在转角和扰曲变形。
　　图5示例中，E1I1，E2I2标示的情况分别表示叉属活塞杆，缸体本构抗弯刚度;F是缸体本构横向承受的载荷大小情况;L表示缸本体的总长度数值大小;L1表示活塞杆延展出的长度数值;L2表示导向杆的长度数值;L3表示缸体本构长度数值;δ1、δ2分别表示杆和缸体本构的最大扰度数值情况;U1表示活塞杆与端盖的间隙情况;U2表示活塞杆与缸筒的间隙数值。
　　3.2 油缸行程计算
　　油缸行程分析图6所示。
　　如图6示意，斜倾油缸与门架模块的结合点，与车架的结合点和门架倾角结合的状况下，采用作图法求得斜倾缸活塞的行程数值大小情况，并在所受力和行程参数改变情况的确定后，设计斜倾缸参数，为简化计算的过程，设C和C（作为A和A旋转一定角度后的另一种状态）来求得缸体本构的行程H。
　　综上：活塞杆的行程大小为：493mm-413mm=80mm
　　4  结论
　　本文以国内外已使用的叉属技术为参考，通过学习研究，以叉车的构造和工作原理为基础，主要完成了几点工作：（1）实现了叉车总体结构的设计，即根据各个模块的技术参数要求及工作的状况，确定整机构型的型式，各部分结构的具体形式，尺寸参数数值大小，进行选型和配置;对各模块的技术性能进行计算或估算，为各部件的技术设计提供基本的依据。（2）优化了叉属液压系统及线路配置;（3）优化了叉属起升机构的设计特别是活塞杆行程及油缸的参数。
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