枇杷外包裝成型機系統(tǒng)設計畢業(yè)論文（設計）

1、2011年度本科生畢業(yè)論文（設計）枇杷外包裝成型機系統(tǒng)設計院 系： 工學院機械系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 年 級： 2007級 學生姓名： 孫 林 學 號： 200703050657 導師及職稱： 張文斌（講師） 2011年5月2011 annual graduation thesis (project) of the college undergraduate design of loquat outer package form machine systemdepartment: mechanical engineering department, engineering colleg

2、e major: mechanical engineering and automation grade: 2007students name: sun jilinstudent no.: 200703050657tutor: lecturer zhang wenbin finished by may, 2011摘 要枇杷外包裝成型機系統(tǒng)設計基于枇杷外包裝設計，其采用環(huán)保類紙漿通過本系統(tǒng)來進行壓制成型。本機構根據(jù)枇杷外包裝的要求來進行相應的設計和達到其預期的要求。枇杷外包裝成型機系統(tǒng)具有環(huán)保和可更換模具來完成不同產(chǎn)品的壓制。這在我國九五規(guī)劃中能加速我國以紙代塑工程的進程，枇杷外包裝成型機系統(tǒng)將

3、是未來紙漿行業(yè)里的更好的輔助機構。本機構采用液壓系統(tǒng)和plc控制來共同完成壓制工作。根據(jù)枇杷包裝成型機所需的負載來擬定液壓系統(tǒng)圖，經(jīng)過計算來確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)。液壓技術在我國各領域得到了廣泛的運用，且以其他傳動控制技術相比，液壓系統(tǒng)具有能量密度高，配置靈活，調速范圍大，工作穩(wěn)定，運動性能好，容易過載保護，容易實現(xiàn)自動化機電液一體整合。關鍵詞：壓板設計；液壓系統(tǒng) ；機電一體化；plc控制abstract design packaging machine loquat loquat-based packaging design, the use of environmentally friendl

4、y type of pulp through the system for pressing.the agencies, according to the requirements of loquat corresponding packaging design and to achieve its intended requirements. loquat packaging machine system is environmentally friendly and can replace the mold to complete the suppression of different

5、products. the body hydraulic system and plc control to work together to complete suppression. the hydraulic technology in china has been widely use, and compared to other transmission control technology, the hydraulic system with high energy density, configuration flexibility, speed range, stable, e

6、xercise performance, easy to overload protection, easy to automate integration of electro-hydraulic one. the agencies, according to loquat packaging machine according to the required load, the development of the hydraulic system diagram, has been calculated to determine the parameters of the hydraul

7、ic system.keywords: piece design；hydraulic system；mechatronics；plc control linking目錄第一章 緒論11.1選題的目的和意義11.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況11.3 枇杷外包裝成型機總體布局概況21.4 運動方案設計31.4.1 設計要求及枇杷包裝模型參數(shù)3 1.4.2 壓板設計6 1.4.3液壓系統(tǒng)的設計7 1.4.3.1 機構及液壓系統(tǒng)的基本組成7 1.4.3.2 枇杷外包裝成型機的基本結構描述81.5 本設計的主要框架結構9第二章 系統(tǒng)分析及傳動部分設計102.1工況分析102.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖132.2.1

8、確定供油方式152.2.2 自動補油保壓回路的設計162.2.3 釋壓回路的設計162.3 液壓缸的計算和確定17 2.3.1 確定液壓缸主要參數(shù)172.3.2 液壓缸實際所需流量計算192.3.3液壓缸主要尺寸的確定192.3.4 液壓缸的其他設計212.4 確定液壓泵規(guī)格和驅動電動機功率及其選擇232.4.1 液壓泵規(guī)格分析和選擇232.4.2 驅動電動機功率及其選擇252.5閥類元件及輔助元件的選擇272.6 管道尺寸的確定282.7 液壓站結構設計312.8 液壓油箱的設計312.8.1 液壓油箱有效容積的確定312.8.2.液壓油箱的結構設計32第三章 系統(tǒng)中plc控制設計353.1

9、電氣控制原理圖353.2plc控制的i/o分配363.3 plc控制程序編寫373.3.1 plc的選型373.3.2 plc控制梯形圖383.3.3 plc控制程序39第四章 結論404.1 全文總結404.2 創(chuàng)新點及本設計存在的不足40參考文獻41致謝42第一章 緒論1.1選題的目的和意義科學技術是第一生產(chǎn)力，科技創(chuàng)新是社會進步的源泉。科學技術的發(fā)展取代了人類的大部分手工勞動，提高的生產(chǎn)效率。各國之間的較量演變成科技的創(chuàng)新。要提高我國的科技實力增強我國的綜合國力我國的發(fā)展方向就是要向著機械設備取代人工勞動，讓科技帶動經(jīng)濟，讓經(jīng)濟促進科技的發(fā)展。從而讓我們國家在世界上立以不拜之地。當今社會

10、隨著科技和經(jīng)濟的發(fā)展，各種包裝形式材料頻繁出現(xiàn)。很多有害的、難降解的材料更是數(shù)不勝數(shù)。而且這一類材料的使用不僅產(chǎn)生了大量的難以降解的白色垃圾而且產(chǎn)生了很多有害的物質。這些有害的垃圾被埋在土里混在水里，不僅造成了土壤資源的污染讓農(nóng)作物植物生長困難，而且影響了地下水的水質。嚴重危害了人類的健康，危害了地球的健康。在這個物欲橫流的社會里，人們對健康的要求越來越高，對生存環(huán)境的要求也在逐步提高。而放眼觀看我們生存的地球更是不看重負，她受著人類在她肌膚上的肆孽：挖掘，伐木，污水和燃燒的廢氣物排放等等。本機構的理論意義就是為環(huán)境創(chuàng)造一段生存的時間，為環(huán)境保護提供一個實際的建議；為中國乃至世界的紙漿行業(yè)增添

11、一份光彩；為保護環(huán)境獻上一份力量；為人類的健康獻上一份大禮；為中國的綜合國力出一點力。我們的家園需要環(huán)保材料和可持續(xù)材料進行維護和發(fā)展“以紙代塑”已經(jīng)列入我國包裝行業(yè)“九五規(guī)劃”，大力開發(fā)應用紙基材料包括紙模制品(包裝物正是包裝工業(yè)落實“九五規(guī)劃”的一個重點。本機構的現(xiàn)實意義就是把紙漿類材料通過該機構的加工轉換成低成本高環(huán)保高效益的產(chǎn)品，把枇杷包裝順利快速的壓制成型。通過跟換模具就可完成不同產(chǎn)品的壓制成型，讓其發(fā)揮更大的實用經(jīng)濟的價值。1.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況1 國外紙漿模塑行業(yè)的發(fā)展概況： 上世紀初，造紙已從傳統(tǒng)的作坊式的生產(chǎn)成為世界性的大工業(yè)產(chǎn)業(yè)。紙漿模塑產(chǎn)品也在這種環(huán)境得以發(fā)展。目前，法國

12、、美國、13本、加拿大、冰島、英國、丹麥、新加坡、荷蘭等國的紙漿模塑業(yè)都已具備了相當?shù)囊?guī)模。在美國，紙漿模塑制品用紙基本上是，每年用紙大約為45萬噸，從l994年開始每年以40的速度增長，2000年已經(jīng)增長到8l萬噸。從l989年開始，美國約有600家工廠生產(chǎn)紙漿、紙和以及相關制品，其中有200家基本上全是利用廢紙作為原料，另外300家在生產(chǎn)過程中50%采用廢紙。紙漿模塑包裝的巨大需求量，已使它成為回收紙張的第三大消費行業(yè)。 國內(nèi)紙漿模塑發(fā)展概況： 紙漿模塑工業(yè)在我國的發(fā)展近二十年。l984年湖南紙漿模塑總廠l000多萬元從法國引進一條轉鼓式自動紙漿模塑生產(chǎn)線，主要用于雞蛋托盤的生產(chǎn)，這是中國

13、紙漿模塑的開始。八十年代末，我國開始自行研究紙漿模塑生線。l988年，我國開發(fā)出第一條國產(chǎn)的紙漿模塑生產(chǎn)線，主要以禽蛋托、啤酒托、托為主，產(chǎn)品單一，檔次較低。九十年代開始，紙漿模塑制品被用于包裝農(nóng)副、家電、電子、等產(chǎn)品。 我國的紙漿模塑技術比較單一，不夠成熟。隨著紙漿模塑的需求量逐步提高，紙漿模塑技術也要求有更多的完善和更好的設備。紙漿模塑機目前已經(jīng)出現(xiàn)多種，本機構也將是紙漿模塑機中的一種，不過本機構的創(chuàng)新之處在以它不僅能夠完成對枇杷外包裝的壓制成型外，其另外一個亮點是在上下壓板上可以通過更換模具來完成多種產(chǎn)品的壓制。1.3 枇杷外包裝成型機總體布局概況 本設計采用液壓壓力機作為壓制主體通過按

14、動啟動按鈕后，壓力機自動調整到基準位置，然后在按動壓制按鈕，紙漿系統(tǒng)開始向模具里注入定量紙漿，其次液壓缸上缸工作，快進一定距離后進行工進、保壓環(huán)節(jié)，然后快速退回，下液壓在上液壓缸退回后開始運行，將壓制好的產(chǎn)品頂出，完成壓制。2工作流程如下：圖1-1 系統(tǒng)總體布局圖1.4 運動方案設計1.4.1 設計要求及枇杷包裝模型參數(shù)設計要求： 枇杷包裝設計加工過程：用紙漿為主要原料，加少量輔料，經(jīng)打漿、注漿、加壓、成型、烘干、精整、外表涂以熱融性樹脂或其他涂料作為防滲層，以此完成產(chǎn)品。本設計的主要完成部分為：注料、加壓環(huán)節(jié)。根據(jù)實際需要，枇杷形包裝需求把紙漿材料進行壓制脫水過程，為保證其壓制成品后有足夠的

15、強度，能夠承受5kg的裝載能力，且其手柄部分能夠在提拿過程中更穩(wěn)定。保壓時間定為5秒。1 機構能夠順利完成模板更換功能，最好在壓板上采用t形設計。2 液壓系統(tǒng)設計：基本液壓模擬系統(tǒng)設計及其分析；工況分析；各液壓元件的選擇。3 控制環(huán)節(jié)：plc編程控制。枇杷包裝模型參數(shù)：3下圖為枇杷外包裝設計簡圖：圖1-2 枇杷包裝設計簡圖由圖形可知，整個包裝分4個部分，分別是蓋子、左側部分、右側帶柄部分、及底座。以下為各部分及相關材料需求計算。由設計所知本包裝采用紙漿材料壓制，其厚度為5mm，經(jīng)枇杷包裝設計書計算結果蓋子預計流量為150ml，左側壓板所需流量為500ml，右側壓板所需流量為800ml，底板所需

16、流量為150ml。 在機構設計的時候，只需設計其中任何一部分的壓制機構就可以了，其他部分只要通過更改模具和更換plc控制程序來完成，機構的運動。 4圖1-3 包裝蓋子圖1-4 蓋子相連接的左半部分5圖1-5 右邊帶柄部分圖1-6 底蓋1.4.2 壓板設計根據(jù)設計要求，壓板應具有可更換模具的功能故選擇t型設計，再由其枇杷包裝模具尺寸可確定壓板的長寬比例：根據(jù)實際壓制產(chǎn)品尺寸，橫縱向最大尺寸為440mm和449mm，為了增加壓板的穩(wěn)定性故把壓板與壓力機的4根立柱對應套起來，形成一個滑動機構，使平衡和穩(wěn)定性更好，其外圍延伸尺寸為160，用以四根立柱有足夠的擴展尺寸。故加上延伸尺寸得橫縱尺寸為600和

17、609。設計圖如下：6圖1-7 壓板設計圖1.4.3液壓系統(tǒng)的設計1.4.3.1 機構及液壓系統(tǒng)的基本組成1) 動力裝置液壓泵。它將電動機所輸出的機械能轉換成液壓能，為系統(tǒng)提供壓力油液。2) 執(zhí)行裝置液壓機（液壓缸、液壓馬達）。通過它將液壓能轉換成機械能，推動負載做功。73) 控制裝置液壓閥。通過液壓閥的控制和調節(jié)，使液流的壓力、流速和方向得以改變，從而改變執(zhí)行元件的力、力矩、速度和方向），根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為溢流閥（安全閥）、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向

18、閥、梭閥、換向閥等。液壓閥根據(jù)控制方式的不同分為開關式控制閥、定制控制閥和比例控制閥。根據(jù)控制方式不同選用相應的液壓閥。 4) 輔助裝置油箱、管路、蓄能器、濾油器、管接頭、壓力表開關等通過這些元件把系統(tǒng)連接起來，以實現(xiàn)各種工作循環(huán)。5) 工作介質液壓油。絕大多數(shù)液壓油采用礦物油，或者3號機油，系統(tǒng)用它來傳遞能量或信息。6) 負載壓板及模具，壓板采用t形設計，對更換模具提供便利。 1.4.3.2 枇杷外包裝成型機的基本結構描述枇杷外包裝成型機機身屬于四立柱機身的壓力機。機身由上橫梁、下橫梁和四根立柱組成。液壓機的各個部件都安裝在機身上，其中上橫梁的中間孔安裝工作缸，下橫梁的中間孔安裝頂出缸，頂出

19、缸為微頂，利于頂出產(chǎn)品而不影響模具。工作臺面上開有t型槽，用來安裝模具，t形槽的目的在于便于更換和拆卸安裝模具?；顒訖M梁的四個角上的孔套裝在四立柱上，上方和工作缸相連接，由其帶動橫梁上下運動，橫梁下為上壓板。下缸與下壓板沒有直接的連接，其主要功能就是把壓制好的產(chǎn)品頂出。機身在液壓機工作中承受全部的工作載荷。工作缸采用活塞式雙作用缸，當壓力油進入工作缸上腔，活塞帶動橫梁向下運動，其速度慢，壓力大，當壓力油進入工作缸下腔，活塞向上運動，其速度較快，壓力較小，符合一般的慢速壓制，快速回程的工藝要求?；顒訖M梁是立柱式液壓機的運動部件，位于液壓機機身的中間，中間圓孔和上橫梁的工作活塞桿連接，四角孔在工作

20、活塞的帶動下，靠立柱導向做上下運動。在機身下部設有頂出缸，通過頂桿可以將成型后的產(chǎn)品頂出。液壓機的動力部分是高壓泵，將機械能轉變成液壓能，向液壓機的工作缸和頂出缸提供高壓液體，以此推動活塞桿對外做功。其總體設計如下圖：8圖1-8 總體設圖1.5 本設計的主要框架結構緒論（第一章）傳動系統(tǒng)部分設計（第二章）系統(tǒng)中plc控制設計（第三章）結論（第四章）設計主體圖1-9 設計的框架結構9第二章 系統(tǒng)分析及傳動部分設計 2.1工況分析 本次設計是在畢業(yè)做畢業(yè)論文時，根據(jù)創(chuàng)新基金項目枇杷外包裝設計的要求，根據(jù)模型所需的工況條件，立式安裝的主液壓缸活塞桿帶動滑塊及動橫梁在立柱上滑行時，運動部件的質量假設為

21、m=500kg。系統(tǒng)工況情況：上缸工作循環(huán)：快進保壓快退下缸工作循環(huán)：頂出停留快退上缸工況圖如下圖2-1 上缸工況圖10下缸工況圖如下圖2-2 下缸工況圖工況負載：1 工作負載 工作的壓制抗力即為工作負載為： ft=1501039.8=1.47106n2 摩擦負載 靜摩擦力： ffs=0.25009.8=980n 動摩擦力：ffd=0.15009.8=490n3 慣性負載 : fn=m(v /t )=5000.3/0.2=750n fb=0.51060.024=12000n4 自重: g=mg=5009.8=4900n11以上為液壓缸在各工作階段的負載值：m=0.9，m液壓缸的機械效率，一般取

22、0.9-0.97。 表2-1 工作中各階段的外負載工況負載組成推力f/啟動f=fbffsg=8080n8977.8n加速f=fbffdg=7590n9266.7n快進f=fbffdg=7590n8433.3n攻進f=fbffdftg=1477590n1641766.67n快退f=fbffdg=5390n5988.9n2.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖圖2-3 液壓系統(tǒng)原理擬定圖12表2-2 電磁鐵動作表動作總開注料快進保壓快退頂出退回1ya 2ya 3ya 4ya 5ya 6ya 7ya 8ya 主缸運動工作循環(huán)過程：(1) 總開關啟動電磁鐵5 5ya和換向閥21 7ya；(2) 注料：8ya通電 注

23、入漿液進入模具；(3) 快速下行。按下起動按鈕，電磁鐵1ya通電。這時的油路進油路為： 變量泵1換向閥6右位節(jié)流閥8壓力繼電器11和液壓缸15 上腔回油路為：液壓缸下腔15 已打開的液控單向閥7換向閥6右位電磁閥5背壓閥4油箱 油路分析 ：變量泵1的液壓油經(jīng)過換向閥6的右位，液壓油分兩條油路：一條油路通過節(jié)流閥7流經(jīng)繼電器11，另一條直接流向液壓缸的上腔和壓力表。使液壓缸的上腔加壓。液壓缸15下腔通過液控單向閥7經(jīng)過換向閥6的右位流經(jīng)背壓閥，再流到油箱。因為這是背壓閥產(chǎn)生的背壓使接副油箱旁邊的液控單向閥7打開，使副油箱13的液壓油經(jīng)過副油箱旁邊的液控單向閥14給液壓缸15上腔補油。使液壓缸快速

24、下行，另外背壓閥接在系統(tǒng)回油路上，造成一定的回油阻力，以改善執(zhí)行元件的運動平穩(wěn)性。(4) 保壓時的油路：13油路分析：當上腔快速下降到一定的時候，壓力繼電器11發(fā)出信號，使換位閥6的電磁鐵1ya斷電，換向閥回到中位，液壓系統(tǒng)保壓。而液壓泵1在電磁閥6處于中位時，直接通過背壓閥直接回到油箱。(5) 回程時的油路：液壓缸上腔進油路為： 變量泵1換向閥6左位液控單向閥7液壓油箱15下腔液壓缸上腔回油路為： 液壓缸上腔液控單向閥14副油箱13 液壓缸上腔節(jié)流閥8換向閥6左位電磁閥5背壓閥4油箱油路分析：當保壓到一定的時候，時間繼電器發(fā)出信號，使換向閥6的電磁鐵2ya通電，換向閥接到左位，變量泵1的液壓

25、油通過換向閥旁邊的液控單向閥流到液壓缸的下腔，而同時液壓缸上腔的液壓油通過節(jié)流閥(電磁鐵6ya接通)，上腔油通過換向閥10接到油箱，實現(xiàn)釋壓，另外一部分油通過主油路的節(jié)流閥流到換向閥6，再通過電磁閥5，背壓閥4流回油箱。實現(xiàn)釋壓。頂出液壓缸運動工作循環(huán)(1) 向上頂出 當電磁鐵3ya通電 ，5ya失電，三位四道換向閥6處于中位時，此時頂出缸的進油路為：變量泵1溢流閥20換向閥19右位下液壓缸下腔(2) 停留 計時器計時頂出5s停留5s。(3) 向下退回 當計時結束時，即操作員取下產(chǎn)品時，啟動開關，使電磁閥4ya 通電（3ya斷電），閥19換左位，壓力油進入頂出缸上腔，其下腔回油，滑塊下移。進油

26、路：下液壓缸上腔閥19左位油箱2.2.1 確定供油方式14 考慮到壓力機在工作給時需要承受較大的工作壓力，系統(tǒng)功率也較大，現(xiàn)采用軸向柱塞泵63scy141b，實物圖如下圖圖2-4 軸向柱塞泵其具有將32mpa壓力的純凈液壓油輸入到各種油壓機、液動機等液壓系統(tǒng)中，以生產(chǎn)巨大的工作動力，以柱塞泵結構緊湊，效率高，工作壓力高，流量調節(jié)方便。 2.2.2 自動補油保壓回路的設計 保壓回路的功用是使系統(tǒng)在液壓缸不動或因工件變形而產(chǎn)生微小位移的工況下能保持穩(wěn)定不變的壓力。保壓回路主要分 輔助泵保壓回路，液控單向閥保壓回路，蓄能器保壓回路，壓力補償變量泵保壓回路四種基本回路。考慮到設計要求，保壓時間要達到5

27、s，壓力穩(wěn)定性好。選用液控單向閥保壓回路，則保壓時間較長，壓力穩(wěn)定性高，選用m型三位四通換向閥，利用其中位滑閥機能，使液壓缸兩腔封閉，系統(tǒng)不卸荷。設計了自動補油回路，且保壓時間由電氣元件時間繼電器控制。此回路完全適合于保壓性能較高的高壓系統(tǒng)。15 自動補油的保壓回路系統(tǒng)圖的工作原理：按下啟動按鈕，電磁鐵1ya通電，電磁換向閥6右位接入系統(tǒng)，油液一部分壓力油通過節(jié)流調速閥8進入主缸上腔；另一部分油液將液控單向閥7打開，使主缸下腔回油，主缸活塞帶動上滑塊快速下行，主缸上腔壓力降低，其頂部充液箱的油經(jīng)液控單向閥14向主缸上腔補油。當主缸活塞帶動上滑塊接觸到被壓制工件時，主缸上腔壓力升高，液控單向閥1

28、4關閉，充液箱不再向主缸上腔供油，且液壓泵流量自動減少，滑塊下移速度降低，慢速加壓工作。當主缸上腔油壓升高到壓力繼電器11的動作壓力時，壓力繼電器發(fā)出信號，使電磁閥1ya斷電，換向閥6切換成中位；這時液壓泵卸荷，液壓缸由換向閥m型中位機能保壓。同時壓力繼電器還向時間繼電器發(fā)出信號，使時間繼電器開始延時。保壓時間由時間繼電器在5s調節(jié)。2.2.3 釋壓回路的設計釋壓回路的功用在于使高壓大容量液壓缸中儲存的能量緩緩的釋放，以免它突然釋放時產(chǎn)生很大的液壓沖擊。一般液壓缸直徑大于25mm、壓力高于7mpa時，其油腔在排油前就先須釋壓。根據(jù)生產(chǎn)實際的需要，選擇用節(jié)流閥的釋壓回路。其工作原理：當保壓延時結

29、束后，時間繼電器發(fā)出信號，使電磁閥6ya通電，二位二通電磁換位閥10處于下位，從而使主缸上腔壓力油液通過節(jié)流閥9，電磁閥10，與油箱連通，從而使主缸上腔油卸壓，釋壓快慢由節(jié)流閥調節(jié)。當此腔壓力降至壓力繼電器的調節(jié)壓力時，換位閥6切換至左位，液控單向閥7打開，使液壓缸上腔的油通過三位四通電磁閥6，二位二通電磁閥5，和順序閥4排到液壓缸頂部的充液箱13中去，此時主缸快速退回。使用這種釋壓回路無法在釋壓前完全保壓，釋壓前有保壓要求時的換向閥也可用y型，并且配有其它的元件。機器在工作的時候，如果出現(xiàn)機器被以外的雜物或工作卡死，這是泵工作的時候，輸出的壓力油隨著工作的時間而增大，而無法使液壓油到達液壓缸

30、中，為了保護液壓泵及液壓元件的安全，在泵出油處加一個直動式溢流閥3，起安全閥的作用，當泵的壓力達到溢流閥的導通壓力時，溢流閥打開，液壓油流回油箱，起到安全保護作用。在液壓系統(tǒng)中，一般都用溢流閥接在液壓泵附近，同時也可以增加液壓系統(tǒng)的平穩(wěn)性，提高加工零件的精度。2.3 液壓缸的計算和確定2.3.1 確定液壓缸主要參數(shù)16 按液壓系統(tǒng)初選工作壓力為25mpa，根據(jù)快進和快退的速度要求，采用單桿活塞液壓缸?？爝M時采用差動連接，并通過充液補油法來實現(xiàn)，這種情況下液壓缸無桿腔工作面積a1應為有桿工作面積a2的6倍，即活塞桿直徑d與缸桶直徑d滿足的關系。 快進時候，液壓缸回油路上必須具備背壓p2，防止上壓

31、板由于自重而下滑，根據(jù)液壓系統(tǒng)設計簡明手冊表2-2中，可取p2=1mpa，快進時，液壓缸是做差動連接，但由于油管中有壓降p1mpa,快退時，回油腔是有背壓的，這時p2按2mpa來估算。圖2-5 單活塞桿液壓缸計算示意圖 (2-1)p1液壓缸工作腔的壓力 pap2液壓缸回油腔的壓力 pa故 a1=f/m/(p1-p2/6)=(1501039.8)/(25-2/6)0.9106 =0.02194m2 (2-2)17 (2-3) (2-4)當按gb234880將這些直徑圓換成標準值時得：d=32mm，d=28mm由此求得液壓缸面積的實際有效面積為： a1=d2/4=0.0803m2 (2-5) a2

32、=(d2d2)/4=0.01884m2 (2-6)2.3.2 液壓缸實際所需流量計算1 工作快速空程時所需的流量: (2-7) 液壓缸容積效率，取cv=0.96 (2-8)2 工作缸壓制時所需流量 (2-9)3 工作缸回程時所需流量 (2-10)2.3.3液壓缸主要尺寸的確定1) 液壓缸壁厚和外徑尺寸的計算 液壓缸的壁厚一般指鋼筒結構中最薄處的厚度。從材料力學可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應力分布規(guī)律應壁厚的不同而各異。一般計算時候可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。18 液壓缸的內(nèi)徑d與其壁厚的比值d/10的圓筒成為薄壁圓筒。工程機械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒，其壁厚按薄壁圓筒的計算

33、公式計算/（pyd）/2 設計過程：液壓缸壁厚mm； 液壓缸內(nèi)徑mm； py實驗壓力，一般取最大工作壓力的(1.251.5)mpa； 鋼筒材料的許用應力，無縫鋼管： =100110mpa；py=18.41.25=23mpa 則在中低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計算所得液壓取=35 缸的壁厚往往很小，使缸體的剛度往往不夠，如在切削過程中的變形、安裝變形引起液壓缸工作過程卡死或漏油。因此一般不作計算，按經(jīng)驗選取，必要時按上式進行校核。 液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外徑d1為 d1 /d2=320235=390mm (2-12)1) 液壓缸工作行程的確定 液壓缸工作行程長度，可根據(jù)執(zhí)行機構實際工作的最大

34、行程來確定，并參閱液壓系統(tǒng)設計簡明手冊中的系列尺寸來選取標準值。 液壓缸工作行程選 l=500mm 2) 最小導向長度的確定當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動支承面中點的距離h稱為最小導向長度，如果導向長度過小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設計時必須保證有一定的最小導向長度。 對一般的液壓缸，最小導向長度h應滿足以下要求： 設計計算過程19 (2-13)式中 l液壓缸的最大行程； d液壓缸的內(nèi)徑。 活塞的寬度b一般取b=(0.61)d:缸蓋滑動支承面的長度l1，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑d而定； 當d80mm時，取l1=(0.61)d。為保證最小導向長度

35、h，若過分增大l1和b都是不適宜的，必要時可在缸蓋與活塞之間增加一隔套k來增加h的值。隔套的長度c由需要的最小導向長度h決定，即c=h-1/ 2( l1+b) (2-14） 滑臺液壓缸：最小導向長度h：h/500/20320/2=185mm取 h=200mm活塞寬度：b=0.6d=192mm缸蓋滑動支承面長度：0.6d=168mm隔套長度： c=2401/2(192168)=60mm所以無隔套液壓缸缸體部分長度應等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應大于內(nèi)徑的2030倍。液壓缸：缸體內(nèi)部長度l=bl=192+500=692mm。2.3.4

36、液壓缸的其他設計 液壓缸主要尺寸確定后，就進行各部分的結構設計。主要包括：缸體與缸蓋的連接結構、活塞與活塞桿的連接結構、活塞桿導向部分結構、密封裝置、排氣裝置及液壓缸的安裝連接結構等。由于工作條件的不同，結構形式也各不相同。設計時根據(jù)具體情況進行選擇。20設計計算過程：1) 缸體與缸蓋的連接形式缸體與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關。本次設計中采用半環(huán)連接(因其工作壓力p20mpa)如下圖所示 圖2-6 半環(huán)連接方式缸體與缸蓋外半環(huán)連接方式的優(yōu)點： 1) 結構較簡單 2) 加工裝配方便 缺點： 1) 外徑尺寸大 2) 鋼筒開槽，削弱了強度，需增加缸壁厚活塞與活塞桿的連接結構

37、參閱液壓系統(tǒng)設計簡明手冊，本設計采用組合式結構中的螺紋連接。如下圖所示： 圖2-7 螺紋連接 特點：21 結構簡單，在振動的工作條件下容易松動。必須用鎖緊裝置。應用較多，如組合機床與工程機械上的液壓缸。 活塞桿導向部分的結構1) 活塞桿導向部分的結構包括活塞桿與端蓋、導向套的結構，及密封、防塵和鎖緊裝置等。導向套的結構可以做成端蓋整體式直接導向，也可做成與端蓋分開的導向套結構。后者導向套磨損后便可以更換，所以運用較普遍。導向套的位置可安裝在密封圈得內(nèi)側，也可安裝在外側。機床和工程機械中一般采用裝在內(nèi)側的結構，有利于導向套潤滑；而油壓機常采用裝在外側的結構，在高壓下工作時，使密封圈有足夠的油壓將

38、唇邊張開，以提高密封性能。、 參閱液壓系統(tǒng)設計簡明手冊采用導向套導向的結構形式，其特點為：導向套與活塞桿接觸支承導向，磨損后便可以更換，導向套也可用耐磨材料。蓋與桿的密封常采用v形、v形密封裝置。密封可靠實用以中高壓液壓缸。防塵式常采用j形或三角形防塵裝置活塞桿處密封圈的選用活塞及活塞桿處的密封圈得選用，根據(jù)密封的部位、使用的壓力、溫度、運動速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈。參閱液壓系統(tǒng)設計簡明手冊在本次設計中采用o形密封圈2.4 確定液壓泵規(guī)格和驅動電動機功率及其選擇2.4.1 液壓泵規(guī)格分析和選擇1 液壓泵規(guī)格分析 由前面工況分析，由最大壓制力和液壓主機類型，初定上液壓泵的工作壓力取為

39、25mpa，考慮到進出油路上閥和管道的壓力損失為1mpa（含回油路上的壓力損失折算到進油腔），則液壓泵的最高工作壓力為： 上述所得的 p是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力，另外考慮到一定壓力儲備量，并確保泵的壽命，其正常工作壓力為泵的額定壓力的80%左右因此選泵的額定壓力 pn應滿足：22液壓泵的最大流量應為： 式中 q液壓泵的最大流量 同時動作的各執(zhí)行所需流量之和的最大值，如果這時的溢流閥正進行工作，尚須加溢流閥的最小溢流量23l/min。kl系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取kl=1.11.3，現(xiàn)取kl=1.1。2 選擇液壓泵的規(guī)格 由于液壓泵系統(tǒng)的工作壓力高

40、，負載壓力大，功率大。大流量。所以選軸向柱塞變量泵。諸塞變量泵實用于負載大，功率大的機械設備，柱塞式變量泵有以下特點：1) 工作壓力高。因為柱塞與缸孔容易加工，尺寸精度及表面質量可以達到很高的要求，油液泄漏小，容積效率高，能達的工作壓力一般為(200400)105pa，最高可達到1000105pa。2) 流量范圍較大。因為只要適當加大柱塞直徑或增加柱塞數(shù)目，流量便增大。3) 改變柱塞的行程就能改變流量，容易制造成各種變量型。4) 柱塞油泵主要零件均受壓，使材料強度得到充分利用，壽命長，單位功率重量小。但柱塞式變量泵的結構復雜。材料及加工精度要求高，加工量大，價格昂貴。根據(jù)以上算出得q和p在查閱

41、手冊機械設計手冊,現(xiàn)選用63ycy141b，排量63ml/r，額定壓力32mpa，額定轉速1500r/min,驅動功率59.2kw，容積效率92%，重量71kg，容積效率達92%。3 液壓泵的安裝方式液壓站裝置包括不同類型的液壓泵、驅動電機及其聯(lián)軸器等。其安裝方式為立式和臥式兩種。1) 立式安裝 將液壓泵和與之相連接的油管放在液壓油箱內(nèi)，這種結構型式緊湊、美觀、同時電機與液壓泵的同軸度能保證。吸油條件好，漏油可直接回液壓油箱，并節(jié)省占地面積。安裝維修不方便，散熱條件不好。2) 臥式安裝 液壓泵及管道都安裝在液壓油箱外面，安裝維修方便、散熱條23件好，但有時電機與液壓泵的同軸度不易保證。考慮到維

42、修，散熱等方面的要求，本設計采用臥式聯(lián)接。4 液壓泵結構設計的注意事項1) 液壓裝置中各部件、元件的布置均勻、便于裝配、調整、維修和使用，并且要適當?shù)刈⒁馔庥^的整齊和美觀。2) 考慮液壓油箱的大小與剛度。液壓泵與電機裝在液壓油箱的蓋子上或裝在液壓油箱之外。3) 在閥類元件的布置中，行程閥的安放位置必須靠近運動部件。手動換向閥必須靠近操作部位。換向閥之間應留有一定的軸向距離，以便進行手動調整或拆裝電磁鐵。壓力表及其開關應布置在便于觀察和調整的地方。4) 液壓泵與機床相連的管道一般都先集中連到機床的中間接頭上，然后再分別通向不同部件的各個執(zhí)行機構中去，這樣做有利于搬運，拆裝和維修。5) 硬管應貼地

43、或沿著機床外形壁面安設。相互平行的管道應保持一定的間隔，并用管夾固定。隨工作部件運動的管道可采用軟管、伸縮管或彈性管。軟管安裝時應避免發(fā)生扭轉，影響使用壽命。2.4.2 驅動電動機功率及其選擇1) 電機功率分析及選擇 電機的選擇范圍包括：電機種類、類型、容量、額定電壓、額定轉速及其各項經(jīng)濟指標。而且對這些參數(shù)要綜合進行考慮。 選擇電機的容量是電力傳動系統(tǒng)能否經(jīng)濟和可靠運行的重要問題。如果電機容量大小，長期處于過載運行，造成電機絕緣過早地損壞；如果容量過大，不僅造成設備上的浪費，而且運行效率低，對電能的利用不經(jīng)濟。因此，選擇電機時，首先應是在各種工作方式下選擇電機的容量。根據(jù)前面要求出來的電機的

44、功率可以得出液壓泵需要37.29kw以上功率的電機。根據(jù)一般設計的需要，一般采用y系列小型籠型異步電機。24由前面得知，本液壓系統(tǒng)最大功率出現(xiàn)在工作缸壓制階段，這時液壓泵的供油壓力值為26mpa，流量為已選定泵的流量值。p液壓泵的總效率。柱塞泵為0.820.85，取 選用1000r/min的電動機，則驅動電機功率為：np=pq/p=80.4510-326106/(600.82)=18.37kw根據(jù)查表查出電機型號為y180m-4，其額定功率為18.5kw故選擇電動機 y180m4。表2-3 電機型號及參數(shù)電機參數(shù)型號功率p（kw）額定頻率（hz）額定電壓（v）效率數(shù)據(jù) y180m-418.55

45、0380電機采用b級絕緣。外殼防護等級為ip44。冷卻方式為ico141即全封閉自扇冷式。電機的基本安裝、結構型式：b3型：機座帶底腳、端蓋無凸緣；b5型：機座不帶底腳，端蓋有絕緣；b35型：機座帶底腳，端蓋有凸緣。電機額定電壓為380v，額定頻率為50hz。2) 電動機與液壓泵的聯(lián)接方式 電動機與液壓泵的聯(lián)結方式分為法蘭式、支架式和支架法蘭式。1 法蘭式 液壓泵安裝在法蘭上，法蘭再與帶法蘭盤的電機聯(lián)結，電機與液壓泵依靠法蘭盤上的止口來保證同軸度。這種結構拆裝很方便。 2 支架式 液壓泵直接裝在支架的止口里，然后依靠支架的底面與地板相連，再與帶底座的電機相連。這種機構對于保證同軸度比較困難（電

46、機與液壓泵的同軸度0.05）。為了防止安裝誤差產(chǎn)生振動，常用帶有彈性的聯(lián)軸器。25 3 法蘭支架式 電機與液壓泵先以法蘭聯(lián)結，法蘭再與支架聯(lián)接，最后支架再裝在底板上。它的優(yōu)點是大底板不用加工，安裝方便，電機與液壓泵的同軸度靠法蘭盤上的止口來保證。 本設計采用法蘭式支架式聯(lián)結。同時考慮本設計中的電機與與液壓泵的聯(lián)接在安裝時產(chǎn)生同軸度誤差帶來的不良影響，常用帶有彈性的聯(lián)軸器。為了增加電機與液壓泵的聯(lián)接剛性，避免產(chǎn)生共振，本設計把液壓泵和電機先裝在剛性較好的底板上使其成為一體，然后底板加墊再裝到液壓油箱蓋上。2.5閥類元件及輔助元件的選擇1 對液壓閥的基本要求：1) 動作靈敏，使用可靠，工作沖擊和震

47、動小。油液流過時壓力損失小。2) 密封性好。結構緊湊，安裝，調整，使用，維護方便，通用性大。2 根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類元件及輔助元件型號和規(guī)格 主要依據(jù)是根據(jù)閥在系統(tǒng)工作的最大工作壓力和通過該閥的實際流量，其他還需要考慮閥的動作方式，安裝固定方式，壓力損失數(shù)值，工作性能參數(shù)和工作壽命等條件來選擇標準閥類的規(guī)格： 表2-4 液壓機液壓系統(tǒng)中控制閥和部分輔助元件的型號規(guī)格系號元件名稱估計通過流量（l/min）型號規(guī)格1斜盤式柱塞泵156.863scy141b32mpa，驅動功率59.2kw2wu網(wǎng)式濾油器160wu-16018040通經(jīng)，壓力損失0.01mpa3直動式溢流閥120db

48、t1/315g2410通經(jīng)，32mpa，板式連接4背壓閥80yf3-10b10通經(jīng)，21mpa，板式連接5二位二通手動電磁閥8022ef-e10b266三位四通電磁閥10034dob10ht10通經(jīng)，壓力3.5mpa，7液控單向閥80yaf3-e610b32通經(jīng)，32mpa8節(jié)流閥80qff3-e10b10通經(jīng)，16mpa9二位二通電磁閥3022ef3b-e10b6通經(jīng)，20mpa10壓力繼電器dp1-63b8通經(jīng)，10.535mpa11壓力表開關kfl8-30e32mpa，6測點12油箱13液控單向閥yaf3-e610b32通經(jīng)，32mpa14上液壓缸15下液壓缸16單向節(jié)流閥48alf3-

49、e10b10通經(jīng)，16mpa17三位四通電磁換向閥2534do-b10h -t 18減壓閥40jf3-10b2.6 管道尺寸的確定 油管系統(tǒng)中使用的油管種類很多，有鋼管，銅管，尼龍管，塑料管，橡膠管等。必須按照安裝位置、工作環(huán)境和工作壓力來正確選用。本設計中油管采用鋼管，因為本設計壓力較高，p=31.25mpa（p6.3mpa），鋼管能夠承受高壓，價格低廉，耐油，抗腐蝕，剛性好，但裝配是不能任意彎曲，常在拆裝方便處用作壓力管道中，高壓用無縫鋼管，低壓采用焊接管。本設計中的彎曲處采用管接頭來完成。27 尼龍管用在低壓系統(tǒng)中；塑料管一般用在回油管中。 膠管用在連接兩個相對運動部件間的管道。膠管分高

50、、低壓兩種。高壓膠管是鋼絲編織體為骨架或鋼絲纏繞體為骨架的膠管，可用以壓力較高的油路中。低壓膠管是麻絲或者棉絲編織體為骨架的膠管，多用以壓力較低的油路中。由于膠管制造比較困難，成本很高，因此非必要時一般不用。1 管接頭的選用：管接頭是油管與油管，油管與液壓元件之間的可拆式連接件，它必須具有拆裝方便、連接牢固、密封可靠、外形尺寸小，流通能力大，壓降小、工藝性好等各種條件。 管接頭的種類很多，液壓系統(tǒng)中油管與管接頭的常見連接方式有： 焊接式管接頭、卡套式管接頭、扣押式管接頭、固定鉸鏈管接頭。管路旋入端用的連接螺紋采用國際標準米制錐螺紋(zm)和普通細牙螺紋(m)。錐螺紋依靠自身的椎體旋緊和采用聚四氟乙烯等進行密封，廣泛用于中、低壓液壓系統(tǒng)；細牙螺紋密封性好，常采用于高壓系統(tǒng)，但要求采用組合墊圈或o型圈進行端面密封，有時也采用紫銅墊圈。 液壓系統(tǒng)中的泄漏問題大部分都出現(xiàn)在它管系中的接頭上，為此對管的選用，接頭形式的確定（包括接頭設計，墊圈、密封、隔套、防漏涂料的選用等），管系的設計（包括彎管設計、管道支承點和支承形式的選取等）以及管道的安裝（包括正確的運輸、儲存、清洗、組裝等）都要考慮清楚，以免影響整個液壓系統(tǒng)的使用質量。 國外對管子的材質、接頭形式