毕业设计-金属打包机的液压系统设计.pdf

20*届毕业设计说明书金属打包机的液压系统设计系、部：_学生姓名：_指导教师：职称专 业：_班 级:_完成时间：_20*年任务书指导教师学生姓名课题名称金属打包机的液压系统设计内 容 及 任 务1.打包机液压系统的设计；2.打包机主体的设计分析；3.绘制打金属打包机总装图、液压装配图和液压装置的零件图；4.编制设计说明书等技术文件拟达到的要求或技术指标1.金属打包机总装图一张（1号）；2.绘制液压缸装配图一张（1号）；3.液压缸零件图八张（3号）；4.设计说明书及技术文件应包罗设计课题的全部内容。即设计参数分析与选择，设计数据 诊断与计算，液压元件设计计算及规格选择；打包机主体设计分析，即打包机的结构设 计和打包机压缩室的设计与强度校核。起止日期工作内容备注20*.11-20*.1调研，收集资料，熟悉课题内容进20*.1-20*.3完成设计说明书初稿，绘制草图度安20*.3-20*.5整理资料，编写设计说明书和完成图纸。排主 要 参 考 资 料 教研室 意见年 月日院（系）主管 领导意见年 月 日19、刘鸿文，主编材料力学，高等教育.18、成大先，主编机械设计手册第三版（第四卷），化学工业.17、杜国森主编，液压元件产品样本，机构工业.16、徐激主编，机械设计手册（第5卷），机械工业.15、黎启柏主编，液压元件手册，机械冶金工业.14、蔡春源主编，机电液设计手册，东北大学、机构工业.13、煤碳工业部主编，液压传动设计手册，上海科学技术.12、方向威主编，机械工程材料性能数据手册，机械工业.11、刘鸿文主编，材料力学，高等教育.10、上海煤矿机械研究所编.液压传动设计手册.上海人民.9、户主贤主编，机床液压传动与控制，北京航空专业教材编审室，19848、齐占庆主编，机床电气自动控制，机械工业.，19877、机械工程手册编辑委员会编，电气工程师手册，北京机械工业.，19876、成大先主编，机械设计手册（第三版），北京化学工业.，19945、桂国森等编，液压元件产品样本，机械工业.4、陈榕林、陆同理主编，新编机械工程师手册，中国轻工业.3、骆简文、雷宝菰、张卫主编，液压传动与控制，重庆大学.2、杨培元主编液压系统设计简明手册机械工业.1、化学工业.，机械设计手册（第三版第4卷）摘要如今，工业化的发展速度越来越快，各个国家对于金属的要求量也日益上升。但是由于对金属资源的过度开采和对现有金属的使用、保存的不合理，导致自然 金属资源的匮乏。这不禁引起人们的担忧，同样也为对废金属的合理回收、使用,冶炼提出了新的课题。本文为液压金属打包机的设计，致力于废金属的回收和再 利用，提出依靠液压来对废金属进行打包处理，使之成为具有相当规格尺寸的包 块，来方便对废金属进行回收、运输、回炉再造，以重新投入到生产。这样提高 了废金属的利用率，也在一定程度上缓解了对金属资源的需求。关键词 废金属；回收；打包；液压谢谢朋友对我文章的赏识，充值后就可以下载此设计说明书（不包含CAD图纸）。我这里还有一个压缩包，里面有相应 的word说明书（附带：任务书、实习报告、外文翻译）和 CAD图纸（共计10张图纸）。需要压缩包的朋友联系Q Q客服 1：1459919609或Q Q客服2：1969043202o需要其他设计题 目直接联系！ABSTRACTNowadays,with the rapid development of industrialization,the demand for metals in every country is on the rise correspondingly.However,it is due to the excessive exploration of metal resources and the unreasonable use and preservation of the existed metals,the natural metal resources in the world suffer from deficiency.The situation upsets the human beings.Meanwhile,it puts forward a new topic for people to discuss the recycling,use and smelting of wasted metals.This paper is the design of the hydraulic baler for metal.It is aimed at the recycling and reuse of wasted metals.When baling,the baler which is controlled by the hydraulic system compresses the metal into bales.These bales are of the same size and are very convenient in recycling transportation and further use.In this way,wasted metals could be fully used and transformed into new ones.Thus,it could alleviate the urge demand for metal resources to some extent.Key words wasted metal；recycle；bale；hydraulic目录中文摘要外文摘要第1章绪论.11.1 文献综述.11.1.1 课题研究背景.11.1.2 课题研究的意义.11.2 设计内容简介.21.2.1研究解决的问题.21.2.2整体设计方法.21.3本 章小结.3第2章 打包机主体的设计分析.42.1打包机的结构设计.42.1.1打包机的运动.42.1.2打包机的总布局.42.2打包机压缩室的设计与强度校核.62.2.1压头的强度效核.72.2.2压缩室的设计.7第3章 打包机液压系统的设计.93.1液压系统的特点.93.2液压系统工况分析.93.2.1分析系统工况.93.2.2确定液压系统的主要参数.93.3拟订液压系统原理图.113.3.1确定供油路线.113.3.2液压回路的设计.113.3.3拟订液压系统图.123.3.4液压系统原理图的分析设计.123.4液压系统的计算和液压元件的选定.143.4.1液压缸的设计计算.143.4.1.1主要参数的确定.143.4.1.2液压缸的结构设计.153.4.1.3液压缸的排气与缓冲.203.4.2选择液压元件.213.4.3液压系统的性能验算.243.4.3.1发热温升的估算.24第4章PL C控制系统设计.264.1 PL C控制器的选择.264.2系统控制要求.264.3 I/O点数的确定.274.4画流程图与梯形图以及编写单片机程序.28参考文献.29总结.30致谢.31附录.321第1章绪论1.1 文献综述1.1.1 课题研究背景打包机是压缩包装机械中的主要种类之一，它利用压缩设备在一定压缩条件下，在不破坏材料性质的前提下，对各种松散材料施加压力，从而减小体积、增大容积密 度，压出外形尺寸统一、比重大、密度高的包块，适合集装箱装运的需要。从而减少 运输成本，增加经济效益。目前广泛应用的打包机，一类是用于将棉、纱、布、麻、羊毛及其制品等松散物压 缩打包的非金属打包机，一类是适用于金属回收加工行业及有色、黑色金属冶炼行业 的金属打包机。本次课题要求设计的金属打包机即属于后者，是一种典型的金属回收机械，它是将 机械工业的余废料、即一定厚度下的边角余料，线材、切屑及小型薄壁金属容器、包 装物、小型构架，废旧金属生制品等金属物料，挤压成具有一定规格和紧密度的束块,便于运输和回炉冶炼。从所掌握的资料来看，目前国内所拥有并使用的金属打包机，除简陋及代用设备（如 夹板锤、摩擦压力机之类）外，分为丝杆传动和液压传动两大类。由于丝杆传动的功 率损失太大，压头力的传动不稳定，加工的包块的密度低，以及丝杆传动易磨损等缺 点的限制，不能得到发展，已逐步淘汰；而液压传动的金属打包机具备传递压力大、容易实现自动变速、传动平稳等优点，随着金属回收工业的发展，液压金属打包机的 发展也相当迅速，有一批适合我国国情、不同规格和品种的设备投入到各金属回收单 位。1.1.2 课题研究的意义留心观察我们的生活，不难发现，随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，各工业部门的金属下脚料及生活用金属制品的废弃物都日益增多，一方面，这些废弃 物的随意丢置，将会对人类环境产生严重污染；另一方面，人类社会的不断消耗，各 类矿物资源也会逐渐减少。因此，如何利用金属废弃物，既防止环境污染，又变废为 宝，资源永续。就成为一个重要的研究课题摆在人类面前。打包机由于能实现对废旧 金属的打包回收，充分将资源再利用，因而在国民经济中占据着重要的地位，有着广 阔的应用前景。尤其在目前党中央大力倡导构建节约型社会的影响下，可以预见，各 行各业对这类机械的需求量还会日益增加。鉴于这种情况，研究设计金属打包机的液压控制系统，结合相应的单片机进行控 制，实现打包自动化，提高打包质量和效率，降低工人劳动强度，是具有一定的现实 意义。1.2 设计内容简介1.2.1研究解决的问题本文主要是设计一台金属打包机。传统的打包机设备主要由动力系统、传动机构和 工作机构组成。动力系统是机器的动力源；工作机构是完成机器工作任务的直接工作 部分；而传动机构则是为了使动力源适应工作机构对力和速度、以及其他操作性能（停 车、换向）要求的装置。本次设计任务的特点，是要结合现代化生产的需要，尝试采用一种新型且被广泛 应用于工业生产的单片机集成控制，取代传统的继电器控制系统，设计集机械结构设 计、单片机控制、液压流体传动于一体的金属打包机。并达到如下的工作要求：要求 打包负载1 250KN；压缩后金属包体积为0.250*0.250*0.250M。步骤正确，工作安全 可靠，使用维护方便，并能调节系统压力。1.2.2整体设计方法考虑到打包机的工作不太复杂，工作相对比较稳定，安装好后不需要频繁移动机 体等特点，在本次设计中决定采用整体结构，将液压系统、PL C电气控制制台和打包 机主体集中安置，这样设计，操作者可以适时根据各工作机构的工作状况而采取合适 的指令进行控制，使机器工作安全可靠。1.金属打包机主体的设计（1）打包机机体的设计（2）压缩室的设计压缩室的尺寸设计进行弯曲强度校核2.液压系统的设计液压泵的选择：提供达到一定流量和压力的油泵作为液压发生机构。（2）液压缸及控制油路的设计：要求能实现如下工作过程：从料斗中倒入要压制的废金属料一主缸活塞快速推进 一倒入数次料后，主缸活塞快速推进数次一主缸活塞重压一次（工进）一辅缸打开压 缩室门一主缸活塞从压缩室快速推出金属包，再退出压缩室一辅缸关闭压缩室门。1（3）液压阀的选择：选择系统的控制、调节装置，将工作液体按一定的方向、一定的压力、一定的流 量送往各执行机构，包括方向阀、压力阀、流量阀三大类。（4）辅助装置的确定：选择将上述几个部分连接起来的管道、油箱、警接头、滤油器、仪表等。3、单片机程序及控制线路的设计（1）设计单片机的控制线路选择单片机的控制器在选择好相应的单片机和确定了控制对象的控制任务后，即可根据工艺、信息流 程具体安排输入、输出的配置。从而完成以下几个自动控制过程：上辅缸快退，料斗门打开，金属废料从料斗中倒入压缩室；上辅缸快进，关闭料斗门；主缸快进，压紧废料，主缸压力达到设定值后快退 到初始位；上辅缸快退，料斗门打开，继续加料；重复以上步骤56次；主缸工进，重压一次，压力达到设定值后，主缸停止几秒，保压；主缸快退卸压；下辅缸上升，顶开压缩室前门，主缸快进，将压缩包推出压缩室；主缸快退，下辅缸下降，关闭压缩室前门；完成一个周期，可进行下一次打包；1.3 本章小结根据生产需要和技术、经济要求，完成打包机液压控制系统、机构设计和软件开 发。要求能够实现所设计的打包机经济实用、性能可靠，使用、维护方便，液压系统 采用单片机控制，控制过程简单、灵活、可靠，能较好地满足系统的设计要求.并能调 节系统压力。工艺加工手段效果好。能广泛运用于有色金属加工行业。且还能使本机 具备以下特点：工作效率高、能耗低、加工成本低、无金属损耗和环境污染。2第2章打包机主体的设计分析打包机主体设计分析的主要任务是进行打包机的结构设计、以及主缸压包和辅缸出 包的运动结构形式，并对相关部分进行强度校核。2.1打包机的结构设计打包机机体设计的基本任务是根据工作要求以及推杆推压金属废料块的运动方式 选定合适的机体结构，并合理地选定有关的结构尺寸，然后设计出满足条件的打包机 的压缩室。所以，对打包机的推压包块的运动过程进行分析，是完成机体设计的前提。2.1.1打包机的运动打包机从加料后开始工位运转，到包块的推出，运动停止，为一个单次工作循环。其程序如下：1、合盖，封闭进料口，形成压缩室。在上辅缸关闭进料口门后，主缸快进，对松散 的金属废料进行一次予压缩。压缩室的高即为包块高。2、主缸压头继续前进，向X正向加压。直至废料压缩成包块达到包块宽度位置时止。这样，在压缩室的前端形成一个高压室。3、再次加料后，主缸循环快进、工进，提供高压，这级压力是在高压室内，对已初 步形成的束块，进行整形定性的最终挤压，形成紧密度较高的束块。达到包块的长度 要求。4、包块成形后，松泄主压头压力，下辅缸作用推开机身侧边的出包门。5、利用主压头继续前进，将包块从侧门推出机外。6、主、侧压头退回，侧门关闭，机盖启开。即可进行下一个工作循环的加料。上述 这几个程序是基本的工位循环，其间还有一些辅助运动，如持续加压，保压、泄压等。2.1.2打包机的总布局打包机一般分为二大部分一一主机部分和动力系统。1 主机部分。根据对打包机运动情况的分析可知，主缸系统应水平安置在机体上，侧门系统垂 直于主缸系统安置，上辅缸系统安置在主缸上方，另外再加上一些辅助机构，这样就 构成了机器进行打包工作的部分，即主机部分。按构成的结构分，应该包括：(1)机体机体是安装机器各部分的基础。其结构是个上开式的箱形型式，亦是容纳物料的 3料箱，机体的基本构件由于是几大块拼接而成，其位置和形式都是一定的，没有什么 调节、修定的要求，所以装拆均容易(一般也不用拆卸)。使用中也不容易损坏。若出 现损坏(断裂或某些地方严重磨损)、则需更换新构件或修补。(2)上辅缸系统上辅缸系统是控制进料口进料的机构。由上辅缸及辅缸推压头组成。其功能是将 金属物料送进料箱内的，并推向高压室。上辅缸装在机体后架中间的大孔内，并用大 园螺母从后面锁紧。压头直接套装在侧缸活塞杆伸出端，由一个大螺栓从端面中间紧 固，再盖以侧压头护板。由于侧压头在料箱内还要组成高压室的一壁，其位置是有严 格要求的，所以在侧压头与活塞杆接触的台阶处，有一个调整垫圈，为使活塞杆的行 程终了时，侧压头护板的前面与主压头护板侧边刚好要接触并有一定的间隙，就靠调 整垫圈的厚度来保证。(3)主缸系统主缸系统是加压机构，其横卧安装于机体的前架一端，与机体垂直组合装配成一 体，整个系统主要由主缸总成、主缸横梁、主压头、门梁及圆螺母等组成，其功能就 是对被侧压头推压到高压室内的较疏松的束块，进行第二级挤压，使其达到一定的密 度，主压头的最大推力，就是打包机的公称压力，经主压头挤压最后形成的包块，其 长度尺寸大致是一致的。主缸将束块压成尺寸要求后即停止。(4)出料门系统出料门系统是控制出料门的开闭，使主缸将挤压成功的包块推出机外的部分。由 出料门、辅助缸总成、支座等主要零、部件组成。它的功能只是起辅助作用，机器在 加料、挤压工作时，由出料门将压缩室的门洞封闭，包块成形后，将出料门推开，便 于包块从门洞内推出，出料门装在由门梁和侧架贴合形成的滑道内，辅助缸装在侧架 外壁上，辅助缸活塞杆与出直接较接，由辅助缸带动出料门在滑道内往复滑动，对侧 架上的门洞进行开关。由于出料门是在高压室位置，直接承受主缸的挤压力，工作时 开门前的主缸卸压的步骤和时间一定要保证，否则，门将打不开或者损坏机件。2、动力系统动力系统就是机器的液压发生、控制机构。布置在机器的后部、侧缸的两侧。而 电控操纵箱则置于机器同主缸的一侧。整个系统由下列部分组成：(1)油箱部分油箱部分是动力系统的支承基础，亦是机器液压传动的油源，整个油箱是个长方 行的封闭箱体，装于主机的后端。(2)油泵一电机组油泵一电机组机器的主动力源，由柱塞泵和三相交流电动机组成，二者用减速箱 联接，安装在油箱面上，通过油管与各类液压元件相连成油路。4(3)控制阀组控制阀组液压系统的控制装置，由液压系统中所需要的各种液压元件及通路体组 成，安装于油箱面上，各液压阀选用板式结构，集中安装，结构非常紧凑，各元件拆 卸维修都很方便。(4)管路系统管路系统是将各元器件连接起来形成通路体的部分。(5)操纵箱操纵箱是机器的电控中心，机器各运动程序的自动选择、控制均通过此箱进行，电控箱主要分上下两部分，箱上部分及面板，集中装没有显示压力和调整压力的压力 表、操纵按纽；下部是电器柜，机器的主要电气元件均置于柜内。整个机器就由以上部分构成，另外还有一些液压管道、电气管道及行程开关等部 分，在本次设计中就没有进行设计分析了。图2.1打包机总装图2.2打包机压缩室的设计与强度校核打包机的强度校核包括对活塞杆的弯曲强度校核、压头的剪切强度的校核以及压 缩室门的剪切强度校核，因为在液压系统设计部分已对活塞杆进行校核，故本章节的 校核主要是对压头和压缩室门板进行的。2.2.1压头的强度校核因压头为焊接式厚为20mm的压板主要承受挤压应力而在工作过程中它所承受的挤5压应力可忽略不计固不作要求.2.2.2压缩室的设计压缩室的尺寸设计:根据压缩后金属包体积为0.250*0.250*0.250m3。确定压缩室尺寸为：0.80*0.250*0.270m3o选用材料为HT200,铸件壁厚（3050）mm,抗拉强度：5min=1 60（MPa）。压缩时推力为1 250KN,压力为21 MPa,选用壁厚t=40mm 活塞与压缩室之间的挤压强度。5j=1250 x10 x4=27.3 忸世隔绝（1-1）/0.36X出包门与压缩室侧壁的剪切应力.E=3500X10。AJ 2x0.025=57 2 MPa式中:F 1 250 x1()二二-及rx 2 2 4=50 x500=0.025/出包门与压缩室侧壁的拉压应力求得C点处的剪力最大FC为1 250KNFAFC图2-2弯曲强度图6(1-3)印=叽旌 6求得最大弯矩Mma x为1 68.75Nm,W为72000nm2,由公式4-2得:r=2.3438Mpa b max满足强度要求。7第3章 打包机液压系统的设计3.1液压系统的特点(1)方便实现无级调速，调速范围大；(2)在相同功率情况下，液压传动能量转换元件的体积较小，重量较轻；(3)工作平稳，换向冲击小，便于实现步骤换向；(4)便于实现过载保护，而且工作油液能使传动零件实现自润滑，故使用寿命较长；(5)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；(6)液压元件易于实现系列化、标准化和通用化。综上所述故选用液压传动控制液压系统的设计是整个金属打包机设计的一大部分。液压系统是机器中液压传动 部分的总称。它的任务是根据机器的用途、特点和要求，利用液压传动的基本原理。拟 订出合理的液压系统图,再经过必要的计算确定液压系统的参数,然后按照这些参数来 选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。综上所述,要确定液压系统的基本回路，先要了解分析该液压系统要实现的某些动作和拟达到的工作性能。3.2液压系统工况分析3.2.1分析系统工况本次设计的金属打包机是一种典型的金属回收机械,它是将机械工业的余废料等 金属物料挤压成具有一定规格和紧密度的束块.其工作情况大致如下：从料斗中倒入要压制的废金属料一主缸活塞快速推进一倒入数次料后，主缸活塞快速 推进数次一主缸活塞重压一次(工进)一辅缸打开压缩室门一主缸活塞从压缩室快速 推出金属包，再退出压缩室一辅缸关闭压缩室门。简而言之,就是要实现上辅缸、主缸 的水平直线和下辅缸的竖直直线运动.3.2.2确定液压系统的主要参数任务书中已给定的参数如下：(1)打包机负载1 250kN(2)废料压制成块料体积为0.25*0.25*0.25m3(3)打包机液压缸行程为800mm(4)上下辅缸行程为800mm8根据已知数据,在参考了一系列金属打包机的基础上,并结合此次设计的技术要求,用类比法初步选取速度值如下：主油缸：快速空行程速度V=50mm/s工作行程速度v2=1 2.5mm/s顶出压块速度v3=50mm/s快速退回速度v4=50mm/s上辅缸：快速下降v5=1 25mm/s快速上升v6=86.2mm/s下辅缸：快速下降v7=69.5mm/s快速上升v8=8O mm/s液压系统的压力的确定：液压缸的输出力厂是有工作压力P和活塞的有效面积A决定,而液压缸的输出速 度V是由输出液压缸的流量q和活塞的有效面积A来确定.即F=PAv=幺 A由两式可见，当液压缸的输出力尸一定时，若缸的工作压力p取得大,则活塞有效 面积减小，液压缸的结构就紧凑；若液压缸的工作压力取得小，则活塞有效面积增大，缸的结构尺寸增加。要使工作机构得到同样的速度v,就要求有较大的流量夕，此时,将 有关的液压泵、阀等液压元件的规格要求相应增大,这就可能导致整个液压传动系统的 结构庞大,因此,确定液压缸的工作压力P时,要根据设备的工作要求、元件的制造水平 等因素综合考虑.在充分考虑系统所需流量、系统的效率和性能、工作可靠性、工艺性 和经济性等因素后，设计时，采用类比法来确定.参考表3.1、3.2，取系统工作压力 p=25MPa.表3.1各类液压设备常用的工作压力：表3.2不同负载下的液压缸常用的工作压力:设备类型磨床组合机床车/铳 镇床龙门 刨床农业机械，小 型工程机械工程机械 锻压设备船用系统工作压力力PaW26.3241010 1616 3214 25选定液压缸的工作压力12根据设计要求选定系统工作压力为21 Mpa为下面的设计提供负载/KN50工作压力/MPa7活塞杆直径d(0.30.5)D(0.50.55)D(0.60.7)D0.7D液压缸的行程 主要依据执行机构的运动要求而定，但为简化工艺，降低成本，增加 产品通用性,应尽量采用标准系列值，在此取S=1 1 00(mm)计算各工作阶段液压缸所需的流量：q 快进=/4*快进=241.27/minq 匚进=乃/4*u 进=60.3 L/min由于打包机进料口液压缸压缩室门并未从事主要工作,所以在本设计中并没有对 上下辅缸的流量进行过多的计算分析，以及随后的液压缸的设计计算也是只对主缸进 行的.3.4.1.2液压缸的结构设计1、缸筒(1)主要技术要求有足够的强度,能长期承受最高工作压力及短时期动态实验压力而不会产生永 久性变形.有足够的刚度,能承受活塞侧向力和装置的反作用力,而不至于产生弯曲.内表面在活塞密封件及导向环的摩擦力作用下,能长期工作,且摩损极少,几何 精度高,确保活塞密封.(2)结构形式通常根据缸筒与缸盖的连接形式来选用缸筒结构，不同的连接形式有不同的优点 和缺点，要依据额定的工作压力用途使用环境等因素合理选用缸筒结构，本设计中采 用的是半环联接的形式,其特点为:结构较简单,易加工，易装卸，使用广泛。(3)材料缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性,根据液压缸的参数用途和毛坯的 来源,可选用碳素钢45号的无缝钢管.(4)缸筒计算缸筒厚度计算：5 o+C式中 b。一一缸筒材料强度要求的最小值(m)5缸筒外径公差余量(m)14缸筒厚度的计算可有以下几种情况：当5/DW0.08时，按薄壁缸筒计算boPma xD/(2o-)=42(mm)式中 D缸筒内径(m)P,a x-缸筒内最高工作压力，当工作压力p1 6Mpa 时，pma x=320;材料的许用应力(MPa),=bb/n=600/5=1 05(MPa)式中。-缸筒材料的抗拉强度(MPa)n安全系数,参考表2.4取n=5o表3.5安全系数n材料静载荷交变载荷冲击载荷不对称对称钢35812铁461015缸筒外径D尸D+2 b=404(mm)缸筒厚度验算：对缸筒壁厚要作以下验算：额定工作压力Pn(MPa)应底于一定极限值，以保证工作安全PnWO.35bs(D：-D)7 D1=54MPa为避免塑性变形,额定工作压力应满足PnW(0.350.42)pp尸36.5543.86MPa式中 Pi”-缸筒发生完全塑性变形的压力.pP1=2.3(5slg=1 04.43(MPa)D式中5 s-缸筒材料的屈服强度(MPa)立-缸筒夕卜径(m)D-缸筒内径(m)P、-额定工作压力(MPa)缸筒底部厚度：当缸底为平面且无油孔时缸底厚度h为：h=0.433D Jpma x/.xlO=63.4(mm)(3-2)15式中D-缸筒内径(m)D max-缸筒内最高工作压力o-缸底材料的许用应力(MPa)缸筒联接计算：缸筒的主要联接形式有：法兰联接式、焊接式，整体式。法兰联接式强度高，便于拆装、容易加工，成本低能承受高压；焊接式强度不高 但不便于拆装，而整体式结构复杂加工不便。故选用法兰联接式。缸筒与缸盖采用法兰环联接时，螺栓主要受拉伸应力的破坏缸筒的危险截面A-A上的拉应力。(MPa)为：PmaxD|7(Dh)*=-7(0.384-0.025)2-0.322=91.81(MPa)(3-3)DR.384(m)；L=0.025(m)H=0.025(m)满足强度要求。式中 Di-缸筒的宽度，L-一卡环宽度(m)H卡环厚度(m)pma x-一系统最高工作压力(MPa)pma=1 6.5(MPa)2、活塞(1)结构形式活塞根据密封装置的型式来选用其结构形式,按工作压力、环境温度、介质等条件 来选定密封形式为活塞与缸筒采用Y密封圈与活塞杆的密封采用。型密封圈的活塞.其具备密封性能好,摩擦因数小,安装空间小,扩冲击,广泛用于固定密封和运动密封具 有振动场合的特点。(2)活塞与活塞杆的联接形式活塞与活塞杆的联接形式采用卡环联接如图3-2。该联接结构简单、装拆方便不 易松动、应用在高压、负载大、有振动场合。16密封圈活塞套卡环图3-2活塞联接方式(3)材料选用碳素钢20或者35或45钢。3、活塞杆(1)结构外端部结构形式为焊接联接，内端部结构形式为卡环联接其中活塞杆与缓冲套之 间采用螺纹联接。活塞与活塞杆为卡环时卡环主要受挤压或者剪切应力的影响发生破坏.卡环材料为45钢表3.6热处理5 s MPacrb MPa5 s MPaCaku(J/km)HBtO.3tpMPa840 C 水淬 510 C 回火71693417.952.999.5254528829(2)卡环强度校核活塞的理论拉力F为1 250KN剪切力校核:17A=M%=3.1 4x0.1 624t 1250 xl0i=96MpatA A挤压应力校核:A=240X 1 6mm2-r 1 ZU3X iu“c/一1 O b=-=1 68 2L 3xl，4.nun),xlO6ti8s x 106(3-4)式中 F活塞杆最大推力(N),为F=1 250(KN)d活塞杆直径(m),d=220(m)n、-安全系数，二24；取,二480mm时，导向套的滑动面的长度取(0.6-1.0)d,其中d为活塞杆 直径。导向套的长度：L=0.6d=21 6(mm)5、缸头厚度计算18螺钉连接法兰:h=3.（44）00（3-5）式中：F法兰所受的总力，F1ap+Na）qd-密封环内径（mm）dH-密封环外径（mm）P系统工作压力（MPa）q-附加密封力（MPa）,若采用金属材料密封时，q二。D。-螺钉孔分布圆直径（mm）密封环平均直径（mm）汽2加加5法兰材料的许用应力。3.4.1.3液压缸的排气与缓冲由于各种原因，液压系统会混入空气,影响运动的平稳性,如活塞低速运动时产生 爬行，启动时造成冲击，换向时降低精度等。因此在设计液压缸时，必需考虑空气的排 除.对于速度稳定性要求较高的液压缸和大型液压缸，则需要设置排气装置，如排气塞 或排气阀等,排气塞（阀）通常安装在液压缸的最高处,双作用液压缸应安装两个排气塞（阀）.在系统开始工作前,先打开排气塞（阀），让活塞全行程空载往复数次（高压系统应 将压力降至0.5IMPa）,把空气排净后，再将排气塞（阀）拧紧关闭.一般地，阀体材料 为30或45碳素钢;针阀材料为不锈钢3Crl3;锥部热处理至硬度3844HRC.液压缸带动工作部件运动时，因运动件的质量较大,运动速度较高,则在到达行程 终点时,会产生液压冲击,甚至使活塞与缸筒端盖之间产生机械碰撞.造成液压冲击和 噪声,甚至严重影响工作精度和引起整个系统及元件的损坏，为防止这种现象的发生，因此,在大型高速或要求较高的液压缸中，往往在行程末端设置缓冲装置.缓冲装置的 结构形式很多，但工作原理都是当活塞行程快到终点而接近缸盖时，增大液压缸回油阻 力，使回油腔中产生足够大的缓冲压力,使活塞减速,从而防止活塞撞击缸盖.此次设计选用的是固定式恒节流面积.它的工作原理是：当活塞移进缸盖时，活塞 上的凸台进入缸盖的凹腔，将封闭在回油腔的油液从凸台和凹腔之间的环状缝隙中挤 压出去，使回油腔中压力升高而形成缓冲压力,从而使活塞减慢了移动速度。这样做能使液压缸的结构简单化,有利于加工，降低液压缸的成本,而且缓冲的效 果较好。19缸体图3-4排气装置3.4.2选择液压元件1液压泵的选择(1)液压泵工作压力的确定考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为：(3-6)式中Pp液压泵最大工作压力，Pi是液压执行元件中的最高工作压力，KP是泵到执行元件间的总的管路损失，初算时简单系统可取0.20.5MPa,复杂系统可取0.51.5MPa,在此取工*=0.5MPa；故液压泵的工作压力为：Pp=Pi+ZV/25.5(MPa)上述计算所得的P是系统的静态压力,考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的 动态压力往往超过静态压力.另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此选 泵的额定压力应满足Pn，(1.25-1.6)Pp,中底压取小值，高压系统取大值.本次设计中取 Pn-L 6Pp=31.875MPa.(2)液压泵流量的确定：液压泵的最大流量应为qpNKja)/式中QP液压泵的最大流量20（E，）ma x同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。K一系统泄漏系数,一般取11.3,现取液压泵的泄漏系数K=1.2o 求得液压泵流量为：qp=334.4 L/min（3）选择液压泵的规格根据以上算得的p、和再查阅有关手册，现选用柱塞泵，型号ZBN-H55o技术规 格：排量：0.3650ml/r；额定压力：25MPa；驱动功率：47KW；转速范围：300 4000r/mino生产厂家:榆次液压元件厂按意大利埃托斯公司技术生产。2电动机功率的确定打包机在打包的整个工作过程中，压力是不断变化的，所需要的功率变化很大，为满足整个工作工程的需要，按最大功率段来确定液压系统油泵电动机的功率。当截割部阻力达到所测结果最大时，升降缸、牵引部和截割部的压力均达到最大 值，此时泵压力达到最大；由前述所知泵的供油额定压力为：32Mpa,泵的流量为：2ma x=1 92.922/min,取泵的总效率以二3那么泵的驱动功率为：查电动机样本；选型号为Y 250-2电动机；额定功率p=70kW；额定转速为 1 500r/mino3阀类元件及辅助元件（1）液压阀的选择液压阀是用来控制液压系统中油液的流动方向或调节其压力和流量的，因此它可 以分为方向阀、压力阀和流量阀三大类。一个形状相同的阀，可以因为作用机制不同,具有不同的功能。压力阀和流量阀利用通流截面的节流作用控制着系统的压力和流量 而方向阀则利用通流通道的更换控制着油液的流动方向。也就是说，尽管液压阀存在 着各种各样的类型，它们之间还保留着一些基本共同之处，例如：在结构上，所有的阀都由阀体、阀心（座阀或滑阀）和驱动阀心动作的元部件（如 弹簧、电磁铁等）组成。在工作原理上，所有阀的开口大小，阀进，出口间的压差以及流过阀的流量之间的 关系都符合孔口流量公式，仅是各种阀的控制参数不同而已。液压系统中所用的阀有如下基本要求：动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和震动小；油液流过时压力损失小；密封性能好；结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大。阀的选择原理：1.阀的规格21根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。溢流 阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执 行机构最低稳定速度要求。控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要 时也允许有20%以内的短时间过流量。2.阀的型式按照安装和操作方式选择。在本系统中工作压力1 6Mpa左右，所以液压阀选中、高压阀。所选阀的规格如下：(1)齿轮泵相连的溢流阀的选择：型号：Y FD一L 32H3,通径1 0mm,流量：350ml/min,调压范围：7-21 MPa;生产厂 家：上海液压件。(2)流量控制阀的选择：选择流量控制阀时主要依据的是流量阀所在的最大工作压力和通过该阀的最大流 量。同时，还要考虑流量的调节范围、流量一压力特性、最小稳定流量。单向阀5的选择：型号：DF一B1 0H3,通径：1 0mm,流量：240ml/min,生产厂家：榆次液压元件厂。调速阀10和13的选择：型号：Q AEF6/1 6D,最高压力：21 MPa,推荐流量：245ml/min,调节范围：21-31.5MPa,生产厂家：保定液压集团公司。单向调速阀12的选择：型号：2FRM,通径：1 0mm,流量：250mL/min,生产厂家：上海液压元件二厂。(3)方向控制阀的选择：选择方向控制阀时，主要依据方向阀所在油路的最大工作压力和通过该阀的最大 流量，此外，还应考虑到方向阀的特点、换向频率响应时间、操纵方式、阀口压力损 失大小以及阀内卸漏的大小等。二位二通电磁换向阀11的选择：型号：22一63B,压力：21 MPa,流量：1 00L/min,生产厂家：榆次液压元件厂。三位四通电磁换向阀7、8、9的选择：型号：DG5V-7-8-D,最高压力：21 Pa,流量：380mL/min,通径：1 0mm,生产厂 家：榆次液压元件厂。(4)滤油器1的选择：滤油器装在液压泵吸油管路上，用以保护液压泵。型号：WU-250X F,压力：25MPa,流量：350mL/min,通径：1 5nini,过滤精度：lO O um,生产厂家：天津滤油器厂。(5)压力继电器的选择：22型号：1 PDH6LY 2,通径：6mm,压力调整范围：420MPa,灵敏度：1.5MPa,通断 调节区间：31 2MPa,外泄量：0.1 5ml/rnin,生产厂家：榆次液压元件厂。(6)压力表开关的选择：压力表用来测量液压系统的压力。型号：KF3E 3B,使用压力：1 6MPa,生产厂家:高行液压元件厂。4管道尺寸的确定管道内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定,也可按管路允许流速进 行计算.本系统主油路流量为 差动时流量q二L/min,压油管的允许流速取v=m/s,则内 径d为d=J-(3-7)V 71V式中qp通过管道的内的流量v-管内允许的流速为了方便联接管道内径由管接头确定管接头选用JB/ZQ 4203-86锥密封焊接端直通圈柱管螺纹管接头管外径为1 0mm和GB5625T-85扩口式端直通管接头管外径为1 0mm材料为钢丝编织胶管通径10,二层钢丝,工作压力25MPa,最小弯曲半径1 60.5液压油箱容积的确定在中高压或高压大功率系统中(P6.3MPa),可取V二(61 2)Pp.其中V-有效容量，Pp-液压泵额定流量。现选用容量为3000L的油箱。3.4.3液压系统的性能验算3.4.3.1发热温升的估算本系统属中高压系统，无