叉车液压系统集成块及其加工工艺的设计.docx
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叉车液压系统集成块及其加工工艺的设计
叉车液压系统集成块及其加工工艺的设计
设计总说明
随着中国经济建设步伐的加快,各种工程建设也会不随之增多，在工程建设中也就离不开各种起重设备。
目前起重设备的控制系统主要是机械液压控制，随着液压元件、微机技术和信息技术的不断发展，智能液压起重设备即将出现。
那时这种设备可以替代人们做更多的繁重工作，为人类的发展起到重要的作用。
在比较大型和复杂的液压系统中，使用集成块可充分利用各种液压元件的功能，使结构更紧凑，密封性更好，便于安装和调试。
但是集成块专用性强，表面安装的液压元件多，集成块体内孔系复杂，因此，按照液压原理图的逻辑要求，正确合理地设计集成块，是一项艰巨而又要求准确性高的工作。
在集成块的加工前，对集成块中的油路直径进行计算，绘制出集成块的pro/e三维图，包括每个侧面的视图和各层剖视图，将孔径、孔深和孔与孔的连接号绘制成表，方便加工。
选择45号钢作为毛坯材料，确定其加工余量、毛柸尺寸与公差。
选择出合理的加工方法，拟定出加工工艺路线，绘制出加工工艺过程卡片和加工工序卡片。
确定切削用量，使用合理的专用夹具。
加工中，以“先面后孔”“粗精分开”“先粗后细”等原则对集成块进行面加工、孔加工以及安装孔螺纹的加工。
本次设计得到了各位老师的精心指点和教诲，对于集成块部分的设计思路清晰，说明充分，不过也存在着不少瑕疵，比如对于集成块中内部油道的设计和加工，没有考虑周全。
关键词：
液压系统、液压集成块、集成块的设计、加工工艺
GeneralDescriptionOfDesign
AsChina'seconomicconstruction,speedupthepaceoftheengineeringconstructionwillalsoincrease;engineeringconstructionalsocannotleavethehoistingmachinery.Atpresentthecontrolsystemismainlycranemechanicalhydrauliccontrol,Alongwiththehydrauliccomponents,computertechnologyandinformationtechnology,thedevelopmentoftheintelligenthydrauliccranearecomingin.Thenthe"giant"canreplacepeopledoharderworkforhumandevelopmenthavecan'testimaterole.
Incomparingthelargeandcomplexhydraulicsystem,thechipcantakefulladvantageoftheuseofavarietyofhydrauliccomponents,enablingamorecompactstructure,sealbrtter,easytoinstallanddebug.However,adedicatedchipisstrong,sueface-mounthydrauliccomponentsandmorecomplexholesinvalvebody,therefore,inaccordancewiththehydraulicschematicdiagramofthelogicoftherequirementsofreasonablycorrectchipdesignisadifficultandrequirehighaccuracyjob.
beforetheintegratedblockprocessing,Performcalculationsonintegratedblockhydraulicdiameterdrawouttheintegratedblockprocessingmaps,includingeachsideviewandeachLayercutawayview,aperture,holedepthandthenumberofholeandholeconnectionisdrawnintoatable,convenientprocessing.Selectionof45steelasblankmaterial,determinetheprocessingallowance,blankdimensionsandtolerances.Choiceprocessingmethodsreasonably,developaprocessroute;drawoutthemachiningprocesscardandprocessingprocesscard.Determinetheamountofcutting,designareasonablejig.Processing,inorderto"thesurfaceafterthefirsthole""coarseandfineapart""firstthickhindfine"theprincipleonintegratedblocksurfaceprocessingandholemachining.
Thisdesignhasbeenalltheteacherscarefullypointingandteachings,forintegratedblockportionofthecleardesign,explainfully,buttherearemanyflaws,suchasintegratedblockofoilonthepipejointandacornerimpactproblem,withoutconsideringtheoverall；Integratedblockinmachineinstallationalsodoesnottakeintoaccount.
Keywords:
hydraulicsystem.HydraulicManifoldBlock,manifolddesign,processingtechnology
第一章绪论
液压集成块广泛应用于集成式液压系统中，它将液压系统的控制阀用“整体管路”组合起来，并通过法兰、管接头和管路连接动力和执行元件。
采用液压集成块进行液压阀集成配置，可以显著减少管路连接和接头，降低系统的复杂性，增加现场添加和更改回路的柔性，提高液压系统的可适应性，具有结构紧凑安装维护方便、泄露小、振动小、利于实现典型液压系统的集成化和标准化等优点。
1.1集成块的概念
HydraulicManifoldBlocks——液压集成块
液压集成块又名组合式液压块，是在60年代出现的液压系统一种新型的阀块的联接方法。
液压元件之间借助于块中钻出的油道而连通，组成各种液压系统的液压回路。
液压集成块的上下两面又有若干联接孔，作为块与块之间的联接，以便将各种回路叠加在一起构建所需要的液压系统。
液压集成块具有以下五个特点：
1、可以利用原有的液压板式元件构建成各种各样的液压回路，完成各种动作的要求；
2、由于液压块占用的空间小，所以缩小了液压设备的占用面积；
3、以块内油道代替了管道，简化了管路连接，便于安装和管理；
4、缩短了甚至减少了管路，基本消除了漏油现象，提高了液压系统稳定性；
5、如要变更回路，只要更换液压块即可，灵活性大，可实现系统标准化，便于成批生产。
通常使用的液压元件有板式和管式两种结构。
管式元件通过油管来实现元件之间相互的连接，液压元件的数量越多，连接的管件越多，结构越复杂，系统压力损失就越大，占用空间也越大，拆装、维修和保养就越困难。
因此，管式元件常用于结构简单的液压系统中。
板式液压元件固定在板件上，分为液压油路板连接、集成块连接和叠加阀连接。
把一个液压回路中各液压元件合理地布置在一块液压油路板上，这与管式连接比较，除了进出液压油液通过管道外，各液压元件用螺钉规则地固定在一块液压阀板上，元件之间由液压油路板上的油道连通。
板式元件的液压系统安装、调试和维修方便，压力损失小，外形美观。
但是，其结构标准化程度差，互换性不好，结构不够紧凑，制造加工困难，使用受到限制。
此外，还可以把液压元件分别固定在几块集成块上，再把各集成块按设计规律装配成一个液压集成回路，这种方式与油路板比较，标准化、系列化程度高，互换性能好，维修、拆装方便，元件更换容易；集成块可进行专业化生产，其质量好、性能可靠而且设计生产周期短。
使用近年来在液压油路板和集成块基础上发展起来的新型液压元件叠加阀组成回路也有其独特的优点，它不需要另外的连接件，由叠加阀直接叠加而成。
其结构更为紧凑，体积更小，重量更轻，无管件连接，从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪声。
1.2集成块设计的研究现状
20世纪80年代以来，随着计算机技术的发展，研究人员对液压集成块设计方法进行了较为深入的研究。
目前，国内外研究的各种液压集成块CAD技术和应用软件在原理图绘制、实体造型、孔道校核、工程图输出，以及CAD/CAM集成等方面达到了较高的水平，有效地提高了设计质量和工作效率。
目前普遍应用的液压集成块设计方法主要体现在建模、智能优化设计、孔道校核、虚拟设计、管网液流特性仿真等方面。
目前，国内大部分液压系统都采用集成式系统设计，液压集成块是集成式液压系统中的关键零件，具有结构紧凑、元件密度高和占据面积小等优点，但由于集成块孔道立体交叉，图纸表现不直观，设计和校验都比较困难，因此设计开发已成为集成式液压系统关键环节和瓶颈。
近年来国内外学者对此进行了大量研究，在集成块实体造型、油路干涉校核、液压阀布局与油路自动优化设计算法等方面都取得了一定的研究成果。
1.3发展趋势
1.3.1建模
液压集成块设计模型应满足如下：
（1）可实时动态显示油路及集成块设计结果，满足虚拟设计需求；
（2）方便油路的设计语义描述及有效验证，（3）易于实现设计过程的数学描述，建立集成块优化设计数学模型，（4）易于实现与知识工程集成，方便推理。
1.3.2智能化算法
对于液压元件布局和油路连通设计这种多变量、多约束的复杂问题的要求，应用智能优化算法是一条很好的求解思路。
但不同的算法各有优缺点和适用范围，如遗传算法难于处理复杂上的约束条件，单纯地应用一种优化算法难以取得满意的成果。
其解决思路是：
一方面将多种算法有效的结合起来形成综合集成的算法和改进算法。
第2章叉车的液压系统原理图
2.1叉车介绍
叉车是一种自行式搬运设备，主要由能垂直升降并可前后倾斜的工作装置构成。
能完成前倾、后仰、举升和下降动作，在搬运、堆码等作业中非常有效。
图2-1叉车
1液压系统有5个液压缸组成，分别为两个起升液压缸，刚性连接以保证同步；两个倾斜液压缸，同样刚性连接以保证同步；一个转向液压缸控制叉车后轮转向。
2、叉车转向由司机操作方向盘使油液经转向器再进入转向缸，控制叉车后轮转向；转向器是一个随动原件，他能根据方向盘的输入角度的大小经过反馈元件对车轮转角进行自动控制。
3、升降缸为柱塞缸，其用来控制货物的升降。
倾斜缸用来控制叉车门架的前倾和后倾。
2.2叉车液压系统主要参数表
叉车最大起升力
3t
叉车倾斜最大推力
1.5t
转向缸最大推力
1000kg
起升缸最大起升速度
80mm/s
倾斜缸最大移动速度
70mm/s
转向缸最大移动速度
50mm/s
表2-1叉车液压系统主要参数
2.3叉车液压系统原理图制定
图2-1叉车液压系统原理图
15
起升缸
14
倾斜缸
13
转向缸
12
转向阀
11
调速阀
10
单向节流阀
9
多路阀
8
单向阀
7
回油滤油器
6
溢流阀
5
液控换向阀
4
齿轮泵
3
电机
2
吸油滤油器
1
油箱
表2-2
叉车是一种自行式搬运设备，主要由能垂直上升下降并可前后倾斜的工作装置构成。
能完成前倾、后仰举升和下降动作，在搬运、堆码等作业中非常有效。
典型的叉车系统如上图2-1所示。
泵4由内燃机驱动，排出的压力油进入优先流量控制阀5。
泵4的大部分流量进入多路换向阀组9。
转向控制阀是一个随动元件，它能根据方向盘输入角度的大小经过反馈元件对车轮转角进行自动控制。
该元件的输入需要很小的功率，只要能够带动控制阀的阀芯就可以，而与输入相对应的输出力却很大，足以驱动叉车转向。
进入多路换向阀组9的液压油在起升控制阀和倾斜控制阀两个控制阀都没有动作时，直接流回油箱。
由于流量控制阀5的作用，这时泵并完全卸荷，保留的压力要足以驱动转向助力机构工作。
阀组9中的倾斜阀控制倾斜液压缸14的动作；起升控制阀控制货叉的上升和下降的动作。
起升液压缸15是单作用液压缸，其上升是靠泵提供的油压工作，来完成货物的提升。
其下降主要是靠货叉或货物的自重实现。
为保证回程动作的稳定性，系统中设置了单向节流阀10和调速阀11。
这两个阀可防止货物下降过快，并可对整个升降的液压系统进行一定的缓冲防护。
第三章液压系统的参数计算与元件的确定
3.1液压系统的参数计算
3.1.1提升装置参数确定
液压缸行程为1m,活塞杆直径为125mm，提升装置的有效面积变为：
（3.1）
位移减半，负载变为两倍,
（3.2）
（3.3）
取系统压力为10MPa。
最大流量由装置最大速度决定。
在该动滑轮系统中，装置的活塞杆速度是叉车杆速度（0.08m/s）的一半，于是：
（单个缸）
（3.4）
3.1.2倾斜装置参数确定
倾斜力F为
，该力由两个双作用缸提供，因此每个液压缸所需提供的力为7500N。
如果工作压力为2.5MPa，则环形面积为
（3.5）
先假设活塞外径D=70mm，面积给定，则活塞杆内径可以求出
为了保证环形面积大于所需值，活塞杆内径必须小于该计算值，
，则环形面积为：
（3.6）
则倾斜机构所需最大压力为：
（3.7）
其最大流量为：
.（3.8）
3.1.3转向缸的参数确定
由系统参数求得转向力F为：
，（3.9）
工作压力为0.9Mpa时，其环形面积为：
，
活塞杆外径为80mm，面积给定，则活塞杆内径为d=70.6mm，取d=60mm，
环形面积为：
（3.10）
转向机构所需最大压力为：
（3.11）
其最大流量为：
（3.12）
3.2液压元件的选择
3.2.1液压元件的选择内容
液压元件主要包括有：
油泵，各种控制阀，管路，过滤器等，由液压元件的不同连接组合构成了功能各异的液压回路。
下面根据上述计算出来的液压系统的各参数选择出此液压系统所要求的适合的液压元件。
3.2.2液压元件的选择的原则
1、阀类元件的选择
.选择依据
选择依据为：
额定压力，最大流量，动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等。
.选择阀类元件应注意的问题
应尽量选用标准定型产品，除非不得已时才自行设计专用件。
阀类元件的规格主要根据流经该阀油液的最大压力和最大流量选取。
选择溢流阀时，应按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，应考虑其最小稳定流量满足机器低速性能的要求。
一般选择控制阀的额定流量应比系统管路实际通过的流量大一些，必要时，允许通过阀的最大流量超过其额定流量的20%。
2、管道的选择
.油管类型的选择
液压系统中使用的油管分硬管和软管，选择的油管应有足够的通流截面和承压能力，同时，应尽量缩短管路，避免急转弯和截面突变。
钢管：
中高压系统选用无缝钢管，低压系统选用焊接钢管，钢管价格低，性能好，使用广泛。
铜管：
紫铜管工作压力在6.5～10MPa以下，易变曲，便于装配；黄铜管承受压力较高，达25MPa，不如紫铜管易弯曲。
铜管价格高，抗震能力弱，易使油液氧化，应尽量少用，只用于液压装置配接不方便的部位。
软管：
用于两个相对运动件之间的连接。
高压橡胶软管中夹有钢丝编织物；低压橡胶软管中夹有棉线或麻线编织物；尼龙管是乳白色半透明管，承压能力为2.5～8MPa，多用于低压管道。
因软管弹性变形大，容易引起运动部件爬行，所以软管不宜装在液压缸和调速阀之间。
3.油管尺寸的确定
（1）油管内径d按下式计算：
（3.13）
式中：
Q为通过油管的最大流量（
/s）；v为管道内允许的流速（m/s）。
一般吸油管取0.5～5（m/s）；压力油管取2.5～5（m/s）；回油管取1.5～2（m/s）。
4.管道壁厚
的计算
（3.14）
式中：
p——管道内最高工作压力Pa
d——管道内径m
——管道材料的许用应力Pa，
——管道材料的抗拉强度Pa
n——安全系数，对钢管来说，
时，取n=8；
时，
取n=6；
时，取n=4。
根据上述的参数可以得到：
我们选钢管的材料为45#钢，由此可得材料的抗拉强度
=600MPa;
（3.15）
5.滤油器的选择
选择滤油器的依据有以下几点：
（1）承载能力：
按系统管路工作压力确定。
（2）过滤精度：
按被保护元件的精度要求确定，选择时可参阅下表。
（3）通流能力：
按通过最大流量确定。
（4）阻力压降：
应满足过滤材料强度与系数要求。
滤油器过滤精度的选择
表3-1滤油器过滤选择表
3.2.3液压元件的选择
1.油泵的选择
齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵，它一般做成定量泵，按结构不同，齿轮泵分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵，而外啮合齿轮泵应用最广。
图3-1为外啮合齿轮泵的工作原理图，它由装在壳体内的一对齿轮所组成，齿轮两侧有端盖（图中未标出），壳体、端盖和齿轮的各个齿间组成了许多密封工作腔。
当齿轮按图示方向旋转时，左侧吸油腔由于相互啮合的齿轮逐渐脱开，密封工作容积逐渐增大，形成部分真空，因此油箱中的油液在外界大气压力的作用下，经油管进入吸油腔，将齿间槽充满，病随着齿轮旋转，把油液带到右侧压油腔内。
在压油区一侧，由于齿轮在这里逐渐进入啮合，密封工作腔容积不断减小，油液变被挤出去，从压油腔输送到压力管路中去。
在齿轮泵的工作过程中，只要两齿轮的旋转方向不变，其吸、排油的位置也就固定不变。
图3-1外啮合齿轮泵
轮泵适用于输送不含固体颗粒、无腐蚀性、粘度范围较大的润滑性液体。
泵的流量可至300米3/时，压力可达
帕。
它通常用作液压泵和输送各类油品。
齿轮泵结构简单紧凑,制造容易,维护方便，有自吸能力，但流量、压力脉动较大且噪声大。
齿轮泵必须配带安全阀，以防止由于某种原因如排出管堵塞使泵的出口压力超过容许值而损坏泵或原动机。
液压泵为齿轮泵，其参数如下：
转速：
1450
压力：
10
流量：
50
功率：
17
重量：
Kg6.9
制造厂：
齐齐哈尔液压件厂
2.方向控制阀
方向控制阀的选用原则如下：
压力：
液压系统的最大压力应低于阀的额定压力
流量：
流经方向控制阀最大流量一般不大于阀的流量。
滑阀机能：
滑阀机能之换向阀处于中位时的通路形式。
操纵方式：
选择合适的操纵方式，如手动，电动，液动等。
方向控制阀在该系统中主要是指液动换向阀，多路阀，单向阀，通过换向阀处于不同的位置，来实现油路的通断。
所选择的换向阀型号及规格如下：
液动换向阀的选择
型号：
3WH10HA-L4X
通径：
10mm
压力：
31.5MPa
流量至：
120L/min
介质温度：
生产厂家：
上海立新液压有限公司
重量：
4.4Kg
多路阀的选择
型号：
ZFS-L25C-YT-O
通径：
25
压力：
10.5MPa
流量至：
130L/min
介质温度：
重量：
53Kg
单向阀的选择
型号：
MK10P-10
通径：
10mm
压力：
31.5MPa
流量至：
120L/min
介质温度：
生产厂家：
上海立新液压有限公司
重量：
2.3Kg
3.流量控制阀
流量控制阀是在一定压力差下，依靠改变节流口液阻的大小来控制节流口的流量，从而调节执行元件（液压缸或液压马达）运动速度的阀类。
主要包括节流阀、调速阀、溢流节流阀和分流集流阀等。
流量控制阀的选用原则如下：
压力：
系统压力的变化必须在阀的额定压力之内。
流量：
通过流量控制阀的流量应小于该阀的额定流量。
测量范围：
流量控制阀的流量调节范围应大于系统要求的流量范围，特别注意，在选择节流阀和调速阀时，所选阀的最小稳定流量应满足执行元件的最低稳定速度要求
该叉车液压系统中所使用的流量控制阀有调速阀，单向节流阀的规格和型号如下：
单向节流阀的选择：
型号：
SRCG-06
通径：
10mm
压力：
31.5MPa
流量至：
120L/min
介质温度：
生产厂家：
上海立新液压有限公司
重量：
3Kg
2调速阀的选择：
型号：
QF3-E10B
通径：
10mm
压力：
31.5MPa
流量至：
120L/min
介质温度：
生产厂家：
上海立新液压有限公司
重量：
3.2Kg
根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，查阅液压设计手册，选出阀类元件，确定出其尺寸和其他辅件的规格如表3-2所示。
表3-2液压元件规格与型号
油路内径的计算：
（3.16）
式中Q——通过管道内的流量
v——管内允许流速
，
表3.2：
液压系统各管道流速推荐值
取v=3.13m/s
（3.17）
最终确定油路的直径是20mm。
第四章液压系统集成块的结构设计
4.1集成块的设计步骤
1.制作液压元件样板。
根据产品样本，对照实物绘制液压元件顶视图轮廓尺寸，虚线绘出液压元件底面各油口位置的尺寸，按照轮廓线剪下来，便是液压元件样板。
若产品样本与实物有出入，则以实物为准。
若产品样本中的液压元件配有底板，则样板可按底板提供的尺寸来制作。
若没有底板，则要注意，有的样本提供的是元件的俯视图，做样板时应把产品样本中的图翻成180°。
单向节流阀安装底板的平面图如下所示：
图4-1单向节流阀安装底板平面图
单向节流阀的安装底板总厂是124mm，总宽是102mm，两安装孔的横向距离是79.4mm，两安装孔的
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