手动液压车设计

手动液压车的设计
摘要：液压车是物流系统中最常用的装卸、搬运设备。

本文介绍了手动液压车的工作原理，发展趋势以及其结构特点，了解了手动液压车的主要参数：根据液压车的特点，设计出手动液压车。

其主要参数有：负载量、跨距、起升高度、各及手动液压液压车的工作类型。

液压车的主要参数首先由使用单位根据生产需要提出，具体数字应按国家标准或工厂标准来确定，同时也要考虑到制造厂的现实生产条件。

因此，在确定参数时应当进行调查研究，充分协商和慎重确定。

本文通过SolidWorks软件对5吨重载型手动液压液压车进行三维建模，并设计出该液压液压车的具体结构，最后对关键零部件进行强度校核，进一步确定它的刚度和强度是否符合要求。

关键词：手动液压车；工作类型；结构；有限元
The design manual hydraulic vehicle
Abstract：Forklift loading and unloading, handling equipment is the most commonly used in the logistics system. This paper introduces the working principle of the manual hydraulic forklift, development trend and its structure characteristics, understand the main parameters of the manual hydraulic forklift: according to the characteristics of hydraulic forklift, design manual hydraulic forklift. Its main parameters are: load, span, height, each type of work and manual hydraulic forklift. The main parameters of the forklift firstly by using the unit in accordance with the needs of production, the specific figures should be in accordance with the national standards or criteria to determine the plant, while also taking into account the realities of factory production conditions. Therefore, in determining the parameters should be investigated, to determine the full consultation and careful.
In this paper, based on the SolidWorks software, 5 tons of heavy type manual hydraulic forklift for three-dimensional modeling, and designs the specific structure of the hydraulic forklift, finally carried on the finite element analysis of key parts and components, to determine whether it meets the requirements of stiffness and strength.
Key words：Machine manufacture;Crankshaft;Processing craft;Fixture;
目录
绪论 (1)
1 课题的来源及研究的目的和意义............................. 错误！未定义书签。

2 手动液压车的结构特征 (3)
3 本课题研究的主要内容 (3)
3.1 Solidworks设计基础 (4)
3.1.1 草图绘制 (5)
3.1.2 基准特征，参考几何体的创建 (6)
3.1.3 拉伸、旋转、扫描和放样特征建 (7)
3.1.4 工程图的设计 (10)
3.1.5 装配设计 (11)
4. 手动液压车的结构方案的设计.............................. 错误！未定义书签。

4.1 手动液压车方案布局图的确定.......................... 错误！未定义书签。

5. 液压系统的设计 (13)
5.1 液压系统简介........................................ 错误！未定义书签。

5.2 液压传动的基础知识.................................. 错误！未定义书签。

5.3 液压元件的选择...................................... 错误！未定义书签。

5.3.1 单向阀的工作原理................................ 错误！未定义书签。

5.3.2 溢流阀的选择及其工作原理........................ 错误！未定义书签。

5.3.3 液压油泵的选择及计算............................ 错误！未定义书签。

5.3.4 油箱的选择计算.................................. 错误！未定义书签。

5.4 流量、驱动力的计算 (16)
5.5 液压泵体内部的尺寸计算.............................. 错误！未定义书签。

6. 结论 (18)
参考文献 (19)
致谢 (20)
绪论
1 课题的来源及研究的目的和意义
手动液压车主要用于起重，运输，装卸和安装材料。

它可以完成人力搬运不可能完成的动作，减轻人的体力劳动，提高生产效率，在许多地区，工厂，矿山，港口，铁路站施工现场，仓库，水电站等部门得到了广泛的应用，随着生产规模的日益扩大，特别是现代，专业生产的需要，各种专用手动液压车已经产生，在许多重要部门，不仅辅助机械生产过程，而且能够实现许多人力不可能完成的作业。

液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。

如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。

1795年英国约瑟夫·布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。

1905年将工作介质水改为油,又进一步得到改善。

第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用,特别是1920年以后,发展更为迅速。

液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的20年间,才开始进入正规的工业生产阶段。

1925 年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动
的逐步建立奠定了基础。

20 世纪初康斯坦丁·尼斯克(G·Constantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。

第二次世界大战(1941-1945)期间,在美国机床中有30%应用了液压传动。

应该指出,日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近 20 多年。

在 1955 年前后 , 日本迅速发展液压传动,1956 年成立了“液压工业会”。

近20~30 年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。

液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工。

业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板手动液压车械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。

液压传动的基本原理是在密闭的容器中，油的使用压力为工作介质来
实现能量的转换和传输功率。

在液体为工作介质，通常是矿物油，如它的作用和机械传动带，链条和齿轮组成相似。

在液压传动中，液压泵是一种最简单而又比较完整的液压传动系统，分析了其工作过程，我们可以清楚地了解液压传动的基本原理。

广泛的机械工程和多方位的服务领域，谁使用的机械，工具，以及能源和材料行业的生产，需要机械工程服务。

总之，现代机械工程有五个业务领域：能源机械的开发和交付，用于生产各种产品的机械开发和交付，在各种机械服务的开发和交付，以及家庭和个人生活中的应用提供了各种机械的发展，机械臂的开发和交付。

无论什么工作，液压系统的工作内容基本上是相同的，有：水利工程的理论基础的建立和发展。

例如，在工程力学、流体动力学流体和压力的研究；金属和非金属材料性能的研究，材料科学与工程中的应用；热生成热力学，传导和开关；各种机械部件的研究有不同的功能，工作原理，结构，和机械原理和机械零件的科学设计计算；研究金属和非金属成型和金属切削加工技术和非技术等。

研究，并开发新的机械产品，不断改进现有产品和生产新一代液压产品来满足当前和未来的需求设计。

液压产品包括：规划和实施生产设施；生产调度生产计划的发展和实施的准备；制造工艺；设计和制造工具，模具和材料定额；确定工作定额；组织加工，装配，测试和包装运输；产品质量的有效控制。

液压机制造企业的经营管理。

液压系统的机械部件通常是由许多独特的形状组合，精密零件的加工工艺复杂的产品。

一个单件、小批量的生产量，而且在批量，大批量生产，直到。

销售目标在所有行业和个人，家庭。

还卖的社会经济条件影响下，可能会出现大的波动。

因此，液压元件制造企业的管理和经营特别复杂，和生产管理的研究，规划和管理等企业都开始在机械行业。

液压产品的应用。

这包括选择，排序，检查，安装，调整，操作，维护，修理和用于各种工业和成套机械设备的机械改造，液压产品保证长期使用的可靠性和经济。

液压产品的应用。

这包括选择，排序，检查，安装，调整，操作，维护，修理和改造各种工业用机械及成套液压设备，液压产品，保证长期使用的可靠性和经济性。

2 手动液压车的结构特征
手动液压叉车也被称为是一手动堆高车种高起升装卸和短距离运输两用车，由于不产生火花和电磁场。

特别适用于汽车装卸及车间、仓库、码头、车站、货场等地的易燃、易爆和禁火物品的装卸运输。

该产品具有升降平衡、转动灵活、操作方便等特点。

传统的手动液压车分别如下图2-1,2-2所示：
图2-1 图2-2
3 本课题研究的主要内容
3.1 Solidworks设计基础
3.1.1 草图绘制
掌握点、直线、矩形、弧度圆等基本图形的绘制方法；掌握样条、文字等高级几何图形的绘制方法；理解集合约束的概念并在草图绘制中熟练应用几何约束；熟练应用阵列、实体转换等草图绘制工具；能综合应用各种草图绘制实体和利用草图绘制工具完成草图绘。

3.1.2 基准特征-参考几何体的创建
清楚明白基于特征的建模方式、参数化思想等概念；灵活运用各种建立基准点的方法；灵活运用各种建立基准轴方法；灵活运用各种建立基准面的方法；灵活运用坐标系的建立方法；能根据建模需要综合应用各种参考几何体。

3.1.3拉伸、旋转、扫描和放样特征建模
灵活运用拉伸特征的概念与建立方法；灵活运用旋转特征的概念与建立方法；掌握扫描特征的概念与建立方法；灵活运用放样特征的概念与建立方法；通过实践能够准确分析零件的特征，灵活运用拉伸和旋转也正建立三维模型。

综合应用扫描、放样、弯曲、镜向、阵列等特征建立各种实体。

3.1.4工程图设计
灵活运用用户自定义工程图格式文件的方法；灵活运用建立标准三视图，剖视图，断面图，局部图，辅助视图等方法；灵活运用各种注释的方法。

3.1.5装配设计
灵活运用自底向上的装配方法；灵活运用生成装配体爆炸图的方法；灵活运用SolidWorks智能装配技术；灵活运用装配体零部件的状态和属性控制，并能够在装配体中设计子装配体；灵活运用干涉检查；灵活运用自上向下的装配方法；灵活运用在装配模型工程图中添加零件序号；灵活运用生成装配体材料明细表的方法。

4 手动液压车的结构方案的设计
4.1 手动液压车方案布局图的确定
手动液压叉车是液压千斤顶的原理制作的，当手动液压叉车往下压时，底下的液压千斤顶升起带动连杆将两边的叉升起；当手动液压叉车往下压时，底下的液压千斤顶卸载带动连杆将两边的叉降下，原理就是这样。

液压千斤顶按所承受的重量分为一吨、一点五吨、两吨等等，总之，使用不能超载，若不超载使用还是很方便的。

其中手动液压车的方案布局图如图4-1所示：
图4-1
5.液压系统的设计
5.1 液压系统简介
液压系统是一种以油液作为工作介质，利用油液的压力能并通过控制阀门等附件操纵液压执行机构工作的整套装置，包括动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。

原动机的输出特性往往不能和执行机构的要求（力，速度，位移）理想匹配。

因此，就需要某种传动装置，将原动机的输出量进行适当变换，使其满足工作机构的要求。

液压系统就是用液压原理来实现这种变换功能的装置。

液压系统的组成：五部分动力元件（油泵），执行机构（油缸或液压马达），控制元件（各种阀），辅助元件和工作介质等组成。

1，动力元件（油泵），它的作用是将原动机的机械能转换成液压能的流体动力部分液压传动。

2，执行机构（油缸，液压马达）是液压能转换成机械能的能量。

其中，气缸的直线运动，将电机的旋转运动。

3，控制元件包括压力阀，流量阀和方向阀。

他们的作用是必需的流体动力速度无级调节，压力的工作流体的液压系统，流量和流量调节控制。

4，除了辅助组件以外的其他组件，三部分包括压力表，过滤器，存储设备，
冷却器，管件和坦克，等，他们都是同等重要的。

工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，泵流体通过动机实现能量转换
5.2 液压传动的基础知识
液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。

如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。

1795年英国约瑟夫·布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。

1905年将工作介质水改为油,又进一步得到改善。

第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用,特别是1920年以后,发展更为迅速。

液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的20年间,才开始进入正规的工业生产阶段。

1925 年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动
的逐步建立奠定了基础。

20 世纪初康斯坦丁·尼斯克(G·Constantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。

第二次世界大战(1941-1945)期间,在美国机床中有30%应用了液压传动。

应该指出,日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近 20 多年。

在 1955 年前后 , 日本迅速发展液压传动,1956 年成立了“液压工业会”。

近20~30 年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。

液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工。

业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。

液压传动的基本原理是在密闭的容器内，利用有压力的油液作为工作介质来实现能量转换和传递动力的。

其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。

在液压传动中，液压油泵就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理.机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，都需要机械工程的服务。

概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应
用的机械、研制和提供各种机械武器。

不论服务于哪一领域，液压系统的工作内容基本相同，主要有：建立和发展液压工程的理论基础。

例如，研究流体和压力的工程力学和流体力学；研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产生、传导和转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、设计和计算的机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切削加工的金属工艺学和非金属工艺学等等。

研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有液压产品和生产新一代液压产品，以适应当前和将来的需要。

液压产品的生产，包括：生产设施的规划和实现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加工、装配、试车和包装发运；对产品质量进行有效的控制。

液压制造企业的经营和管理。

液压系统的机械部件一般是由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。

生产批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。

销售对象遍及全部产业和个人、家庭。

而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波动。

因此，液压元件制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和经营等的研究也多是肇始于机械工业。

液压产品的应用。

这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证液压产品在长期使用中的可靠性和经济性。

液压产品的应用。

这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套液压装备，以保证液压产品在长期使用中的可靠性和经济性。

5.3 液压元件的选择
5.3.1 单向阀的工作原理
单向阀分成两类:有普通单向阀和液控单向阀.普通单向阀只允许液流向一个方向
通过.液控单向阀既有普通单向阀的功能,并且只要在远程控制口通以一定压力的控制
油液,液流反向也能通过.在工程应用中常用两个液控单向阀组成液压锁. 液控单向阀
可作为单向闭锁和保压使用。

它用于液压系统中，阻止油液反向流动，起到普通单向阀作用；但可利用控制压力油，通过控制活塞打开单向阀芯，使油液实现反向流动。

液控单向阀可用在需要严格封闭的油路中，进行单向闭锁，起到保压作用。

5.3.2 溢流阀的选择及其工作原理
溢流阀。

它也有一个阻尼活塞，但与锥阀式结构不同活塞与球阀之间不是刚性连接，而是通过阻尼弹簧使活塞与球阀接触（活塞两端的液压力平衡）。

由于活塞的阻尼作用，可使始终与活塞相连接的球阀运动平稳。

当压力油自进油口经环形槽进入油腔时，同时液压油经油道进入阀芯右面腔。

当油口处压力升高到作用在阀芯右侧的力超过弹簧力的时候。

阀芯左移，阀口处于某一开度，油腔和回油环形槽接通，油液从回油口排出，这时压力油作用在阀心上的力就和开度下作用在阀芯上的弹簧力保持平衡： P ·A=Fs=k(x0+△x)
由于阀芯位移量△x 远小于x0，所以
P ·A=Fs=k(x0+△x)≈kx0
P=F/A= k(x0+△x)/A ≈kx0/A=常数
即压力也就基本稳定在kx0数值上。

5.3.3 液压油泵的选择及计算
液压泵在整个工作循环中的最大工作压力为1.62MPa ，如果取进油路上的压力损失为0.8MPa,为使压力继电器能可靠工作，取其调整压力高出系统最高工作压力0.5MPa ，则小流量液压泵的最大工作压力为
()MPa MPa 92.25.08.062.1p p1=++=
大流量液压泵在快进，快速运动时才向液压泵输油，如果取进油路上的压力损失为0.5MPa ，则大流量阀的最高工作压力为:
()MPa
MPa 25.05.1p p2=+=
，则由工况图可知： 最大流量为17.64L/min,因系统比较简单，所以取泄露系数为：
05.1K i =
则两个液压泵的实际流量为
min /522.1864.1705.1q L p =⨯=
由于溢流阀的最小稳定溢流量为3L/min,而工进时输入液压泵的流量为0.5L/min ，由小流量液压泵单独供油，所以小液压泵的流量规格最少应为3.5L/min 。

根据以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确定选取PV2R12-6/26型双连叶片
液压泵，其小液压泵和大液压泵的排量分别为6ml/r 和26ml/r,当液压泵的转速min /940n r p =时该液压泵的理论流量为20.08L/min ，若取液压泵的容积效率9.0h =v ，由于液压泵在工进时输入功率最大，这是液压泵工作压力为2MPa ，流量为27.1L/min.按图标去液压泵的总效率为75.0h p =则液压泵驱动电动机所需的功率为：
KW hp q p p
p 2.175.0601.272P =⨯⨯==
根据此数值查阅电动机产品样本选取Y100L-6型电动机，其额定功率为kW n 5.1p =，额定转速min /940n r p =。

泵体、活塞和活塞杆的材料
1)泵体：
机床----多数采用高强度铸铁（HT200），当压力超过8MPa 时，采用无缝钢管。

工程机械----多数采用35钢和45钢无缝钢管。

压力高时，可采用27SiMn 无缝钢管或45钢锻造。

2）活塞：
整体式活塞----多数采用35钢和45钢。

装配式活塞----常采用灰铸铁、耐磨铸铁、铝合金等，特殊需要的可在钢活塞坯外面装上青铜、黄铜和尼龙耐磨套。

3)活塞杆：
一般采用35钢和45钢，当液压泵的冲击振动很大时，可使用55钢或40Cr 等合金材料 当手动液压车工作时，在A 腔，由于导杆上升使容积逐渐增大，形成真空从油箱吸油，油压的作用行程负载，当导杆下降后，容积逐渐减少，从而液压车慢慢下降，液压油从溢流阀慢慢排出。

5.3.4 油箱的选择
油箱容积按公式估计，取其经验数据7z =，故其容积为：
727.1189.7p V q L L z ==?,按GB/T7938——1999规定，其标准值为V=250L 。

各原件间连接轨道的规格按液压原件接口处的尺寸决定，液压泵进，出油管则按
输入、排出的最大流量计算。

由于液压泵选定之后液压泵在各个工作阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以需要重新计算。

按照经验值推荐去油液在压油管的流速v=3m/s,则算得与液压泵无杆腔及有杆腔相连的油管内径分别为
mm p pv q 04.101031052.3122d 36=⨯⨯⨯⨯=⨯
= mm p pv q 85.8103101.1722d 36
=⨯⨯⨯⨯=⨯=
这两根油管都选用内径15mm f 、外径18f mm 的冷拔无缝钢管。

5.4 流量、驱动力的计算
当压力油输入到液压泵，使里面的活塞以速度V1运动时所需输入的流量Q1为 Q1 = 40π
D 2
V1；
对于控制液压车上升：Q1=0.98cm 3/s ， 对于控制液压车下降：Q1=1.02 cm 3/s , 液压泵腔内压力油液作用在活塞上的合成液压力P1即为液压车的驱动力： P1 =4π
D 2p1；
对于液压车上升：p1=196N ， 对于液压车下降：p1=126N ；
液压泵压力油液作用在活塞上的合成液压力P2即为液压车的总的驱动力： P2 =4π
（D 2-d 2）p1；
5.5 液压泵体内部的尺寸计算
液压泵体内径的计算，液压泵工作时，作用在活塞上的合成液压力即驱动力与活塞杆上所受的总机械载荷平衡，即
P = P1（无杆腔） = P2 （有杆腔）
活塞的直径可由下式计算
D = 14P P π = 1.131P p 厘米 （无杆腔）
对于液压车上升：D=50mm ， 对于液压泵下降：D=30mm 。

或D = 1142
P d P P ππ+ 厘米 （有杆腔）
液压泵体壁厚的计算：
依据材料力学薄壁筒公式，液压泵的壁厚ξ可用下式计算： ξ = []σ2D
p 计 厘米
P 计为计算压力[]σ
液压泵材料的许用应力。

对于液压车上升：ξ =6mm ， 对于液压车下降：ξ =17mm ；
活塞直径的计算
可按强度条件决定活塞直径d 。

活塞杆工作时主要承受拉力或压力，因此活塞杆的强度计算可近似的视为直杆拉、压强度计算问题，即： σ = 42πd P ≦
[]σ 即 d ≧[]σπP 4 cm ；
对于上下升降的液压泵：d =30mm 。

液压传动的优缺点：
〈1〉体积小、重量轻，单位重量输出的功率大（一般可达32MPa,个别场合更高）。

〈2〉可在大范围内实现无级调速。

〈3〉操纵简单，便于实现自动化。

特别是和电气控制联合使用时，易于实现复杂的自动工作循环。

〈4〉惯性小、响应速度快，起动、制动和换向迅速。

(液压马达起动只需0.1s)
〈5〉易于实现过载保护，安全性好；采用矿物油作为工作介质，自润滑性好。

〈6〉液压元件易于实现系列化 标准化和通用化。

缺点：
〈1〉由于液压传动系统中存在的泄漏和油液的压缩性，影响了传动的准确性，不
易实现定比 传动。

〈2〉不适应在温度变化范围较大的场合工作。

〈3〉由于受液体流动阻力和泄漏的影响，液压传动的效率还不是很高，不易远距。