金属液压打包机液压系统及泵站设计

毕业设计（论文）课题任务书学院（部）：机械工程学院 专业：机械工程及自动化 指导教师 学生姓名 课题名称 金属液压打包机液压系统及泵站设计内容及任务一、设计的主要技术参数本机是专为处理塑性金属废料，使其压缩成形，成为高密度的冶炼原料为目的而设计制造的压力机，需要较大压力将金属废料压制成型，根据市场要求以及参考市场上已有液压打包机，初步将待设计液压打包机参数确定为如下：1、公称力 主缸：1000KN侧缸：630KN备注：该机生产效率1000-2000kg/h,出料方式为自动和半自动两种。2、液体最大工作压力：26.5Mpa3、包块尺寸：长500 mm宽300 mm高300 mm二、设计任务1、金属液压打包机的总体布置；要求：a. 初选金属打包机类型；b. 各组成部分结构简图；c. 确定金属液压打包机的外形尺寸并画出总体尺寸联系图；2、金属液压打包机的整体工艺设计和传动系统设计；拟定的方案内容有：工艺分析，主要技术参数，传动系统及参数的确定，传动路线图。3、电动机设计与液压系统的设计：电动机设计： 确定电动的规格型号以及其传动方式。液压传动设计：确定液压泵的型号与液压传动系统结构设计及其结构参数优化。拟达到的要求或技术指本课题要求根据市场需求和给定的技术参数设计出一台金属液压打包机，能够自动和半自动的完成塑性金属的打包工作，它能处理塑性金属废料，使其压缩成形，成为高密度的冶炼原料，厚度较小的塑性黑色金属的边角余料，废线材，小型薄壁容器，包装物及废弃的金属生活制品等在冷态下均可用本机压缩成长方体状的包块，以便贮存，运输及冶炼。还可以压缩成正方体不同形状的包块，以及不同大小的包块，对金属液压打包机进行技术设计，作出二维装配图，液压系统图，三维图以及技术说明。拟完成以下工作：1、完成液压系统总装图（1张0号图纸、手工绘图） ；2、完成主要零件、部件图（2张0号图纸、计算机绘图） ；3、完成不少于50页 A4幅面的设计计算说明书（打印文稿） 。标起止日期 工作内容调研，收集资料，熟悉课题任务，完成开题报告20 完成设计说明书初稿，绘制草图，完成中期检查表进度安排 201 编制好完整的设计说明书和图纸，整理装袋主要参考资料1成大先 机械设计手册(单行本)M北京 化学工业出版社,20042机械设计手册 M 北京 化学工业出版社,19763何存兴，张铁华 液压传动与气压传动M.第二版.武汉：华中科技大学出版社，20004沈鸿 机械设计手册 M北京 机械工业出版社,19825俞新陆 锻压机械液压传动M 北京：机械工业出版社，1982.36许福玲，陈尧明.液压与气压传动M 北京：机械工业出版社, 2007.57张利平 液压传动系统及设计M 北京：化学工业出版社，2005.8系（教研室）意见签名：年 月 日学院（部）主管领导意见签名：年 月 日目 录第 1 章 绪论.11.1 文献综述.11.2 选题依据、主要研究内容、研究思路及方案.3第 2 章 打包机的主体设计分析2.1 打包机的结构设计.52.2 压缩室的设计.92.3 液压缸的结构设计.92.4 锁紧机构的结构设计.122.5 机身的结构设计.142.6 机盖长轴轴系的设计.14第 3 章 打包液压机液压系统的设计3.1 液压系统的特点.173.2 液压系统工况分析.183.3 拟定液压原理图.183.3.1 确定供油路线.。.193.3.2 液压回路的设计.193.3.3 拟定液压系统图.193.3.4 液压系统原理图的分析设计.203.4 液压系统的计算和液压元件的选定.233.4.1 液压缸的设计计算.233.4.2 液压元件的选择.26 第 4 章 设备安装及操作注意事项4.1 设备的安装.354.2 调整试车.354.3 操作及安全操作注意事项.364.3.1 操作说明.364.3.2 安全操作及注意事项 .36 参考文献.37总结.38第 1 章 绪论1.1 文献综述 1.1.1 液压金属打包机的研究现状 我国液压金属打包机的研制应用起步于 20 世纪 80 年代中期。液压金属打包机研制的最终目的是将各种金属边角料（钢刨花、废钢、废铝、废铜、废不锈钢以及报废汽车废料等）挤压成长方体形状的合格炉料，既可降低运输和冶炼成本，又可提高投炉速度。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，这无疑将会对人类环境产生污染；另方面人类社会的不断消耗，各类矿物资源也会逐渐减少。如何利用金属废弃物，即防止污染，又变废为宝，资源永续成为一个重要的研究课题摆在人类面前。近年来，社会各界十分重视提高打包机械及整个打包系统的通用能力和多功能集成能力，目前，我国打包机械还是以仿制为主，对国外的产品稍加改进，谈不上开发研究，在企业管理上，往往重生产加工、轻研究开发、创新不够， 所以我们要敢于创新，在自身方面探索研究实践，加强自身的技术，为我国包装机械的发展做出自身的贡献。废钢加工设备一般使用在再生资源回利用公司和基层回收站，约占设备总量的85%95%。 从 20 世纪 80 年代后期引进国外废钢打包机至今已有 20 余年，中国加入世贸织也已多年，世界经济一体化进程不断加快，而我国液压打包机的研制现状仍有许多令人不满意的地方。 1、新产品开发研制的动力、财力不足。 目前在企业中设有科研所的只有湖北力帝公司和江苏华宏科技股份有限公司。在竞争日趋激烈的今天,企业只能以赢利为目的，而国家和政府又没有科研经费投入，这一领域似乎成了无人管辖的角落。 2、经久耐用、简单可行的设备受欢迎。 中国的国情主张勤俭节约，投入少产出多，特别是废钢加工设备只要求简单易用，不欢迎复杂奢侈。但是在 20 多年后的今天，废钢打包机仍是老面孔，并没有多少新元素加入，新产品的开发也并不多见。 所以，我国制定了在“十一五”期间的发展方向为：稳定现有废钢加工设备生产企业，并使之健康发展；注重科技投入，加强国际间的交流合作；发展先进加工工艺, 以增加纯净废钢的市场供应量；建立废钢加工设备基金会。 目前，世界先进打包机械的发展已呈现出集机、电、气、液、光、磁、生为一体的势头,生产的高效率化、产品节能可回收化、高新技术实用化、智能化已成趋势,这也应该是我国包装机械业的主流发展方向。建议中国废钢铁应用协会和废钢加工设备委员会组织力量开展全国范围废钢加工设备产量、产值以及生产能力调查，包括各类生产企业、工程技术人员，产品销售地域等等。以普查为基础，组织行业专家制定1、高速化，高效化，低能耗。提高液压机的工作效率，降低生产成本。2、机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。3、自动化、智能化。微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分条件。自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能。4、液压元件集成化，标准化。集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄露和污染。标准化的元件为机器的维修带来方便。5、安全性。采用安全防护装置，确保操作人员和检修人员的安全。2.液压金属打包机原理 液压金属打包机的基本原理就是利用金属材料在外力作用下，能产生塑性变形的性质，给金属材料以足够的、能聚集并产生永久形变的外力，从而形成紧密的束块。所以不能产生塑性形变，或塑性变形很小的金属，不能直接进行打包处理。如高碳钢、工具钢、钢丝绳及铸铁等，就不能直接装机进行打包。 金属打包的基本要求：（1）要有足够的挤压力。能使被处理的金属材料产生塑性变形束块，并使被束块达到一定要求的密度。（2）要有一个能容纳金属物料、并能封闭起来承受挤压力的料箱。在满足这两项基本要求的前提下，又根据不同的应用要求和不同的处理对象，就产生了许多不同类型的金属打包机。金属打包机的工作原理，就是在一个封闭的料箱内，使用工作力推动压头对金属物料进行挤压，使金属物料形成一定尺寸和密度的束块压机工作性质 1.2 选题依据、主要研究内容、研究思路及方案选题依据:这次课题涉及到液压系统的设计，目的就是对我们四年所学知识系统的总结和灵活的运用，也为我们以后的工作打下良好的基础，此次课题的重要性不言而喻。在产品结构调整方面,要尽快改变以低技术含量为主的状况,学习国外先进技术,开发生产高效低耗、产销对路的大型成套设备和高新技术产品,根据国情开发出适用的包装设备,加速包装机械的更新换代,进一步开拓国际国内市场。近年来，包装界十分重视提高包装机械及整个包装系统的通用能力和多功能集成能力，为市场开目前，我国食品和包装机械还是以仿制为主，对国外的产品稍加改进，谈不上开发研究，在企业管理上，往往重生产加工、轻研究开发、创新不够， 所以我们要敢于创新，在自身方面探索研究实践，加强自身的技术，为我国包装机械的发展做出自身的贡献。主要研究内容：(1) 打包机液压系统的总体设计：明确液压系统的使用要求 进行负载特性分析 确定回路方式(2) 主要液压零部件的设计，其中包括泵站，阀块，液压缸等 (3) 机械本体设计与三位造型 (4) 电气控制系统及 PLC 程序设研究思路及方案：液压系统设计作为主机设计的重要组成部分，设计时必须满足主机工作循环所需的全部技术要求，且静动态性能好、效率高、结构简单、工作安全可靠、寿命长、经济性好、维护方便，明确与液压系统有关的主机参数的确定原则，要与主机的总体设计综合考虑，做到机、电、液相互配合，保证整机的性能最好。液压系统设计的步骤一般是： 1、明确液压系统的使用要求，进行负载特性分析。由于主机对液压系统的使用要求是液压系统设计的主要依据，因此，必须明确：主机的用途、总体布局、对液压装置的位置及尺寸的限制，主机的工艺流程等，液压系统的工作环境，以及经济性和成本方面的要求 2、设计液压系统方案。其中包括：确定回路方式，选用液压油液，初定系统压力，选择执行元件，确定液压泵的类型，选择调速方式，选择换向回路等。3、计算液压系统的主要参数：包括执行元件结构尺寸计算，液压泵性能参数的计算4、绘制液压系统的工作原理图5、选择液压元件：其中包括控制阀的选择，辅助元件的选择，液压阀配置形式的选择，泵-电机装置的选择6、验算液压系统性能：主要对压力损失的验算和系统发热升温的验算7、液压装置结构设计8、绘制工作图、绘制文件、并提出设计任务书。设计液压传动系统是应注意：1、在组合基本回路时，要注意防止回路间相互干扰，保证正常的工作循环。2、提高系统的工作效率，防止系统过热。经常停车制动，应使泵能够及时地卸荷；在每一工作循环中耗油率差别很大的系统，应考虑用蓄能器或压力补偿变量泵等效率的回路。3、防止液压冲击，对于高压大流量的系统，应考虑用液压换向阀代替电磁阀， 减慢换向速度；采用蓄能器或增设缓冲回路，消除液压冲击。4、系统在满足工作循环和生产率的前提下，应力求简单，系统越复杂，产生障 的机会就越多。系统要安全可靠，对于做垂直运动提升重物的执行元件应设有平衡回路；对有严格顺序动作要求的执行元件应采用行程控制的顺序动作回路。此外，还应具有互锁装置和一些互锁措施。5、尽量做到标准化、系列化设计，减少专用件设计。第 2 章 打包机的主体设计分析设计2.1 打包机的结构设计 打包机主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集体设计的前提。2.1.1 打包机的总布局金属液压打包机的总体布局图如下：打包机由机身、主缸、侧缸、盖缸、门缸、紧锁机构、动力装置、管道系统、电气系统（包括电柜和操作台）等组成。1、机身机身是机器的主框架，由底座、左、右侧架、前架通过螺栓，键形成一开口向上的整体料箱。机盖由半轴通过侧架后部的孔支撑，形成铰接。封闭、开启机盖可进行打包或加料工作。主缸装在主缸横梁内，并由横穿机体前段的两根拉杆及副拉杆、螺母等零件构成一框架承受主缸压力。侧门在机体左侧架的槽内滑动，门的上下两侧装有镶条，机盖的孔内装有轴套，以便磨损后更换，料箱四壁，主、侧压头及门上均装有护板，底、侧护板还开有刮屑槽，以利侧压头工作时不至于卡料，主压头工作腔为高压室，其周围护板均经过耐磨处理，各护板磨损后均可更换。2.主缸其安装于机身后部支架上。其外伸活塞杆由一销轴与机盖上的孔铰接，活塞杆运动时带动机盖运动，在销轴铰接的部位均镶有轴套，磨损后可更换。5.门缸门缸是门工作的执行机构，缸体为焊接封底整体式结构，缸口语缸体采用螺纹连接。它安装于机身左侧架上，缸体后端耳环与紧固于侧架上的支座由销轴铰接。为便于安装，在缸体前部下面设有一可调支撑，活塞杆的伸出端端面为球面，与门端面中孔的球面垫圈接触，由二对开压板紧固安装。以上各缸为双作用单活塞杆油缸。缸体内装有活塞，活塞上装有 Yx 形密封圈，使缸内形成两个油腔，当高压油作用在密封圈上时， 使密封圈唇边紧贴在活塞与缸壁上，以保证两个活塞互不串通。油缸两端也装有密封圈，缸口设有导向套，用作活塞杆的支撑和导向。缸口还装有防尘圈，以防杂物进入油缸，除门缸缸体为优质无缝钢管焊接的封底式整体结构外，其余缸为通孔式，缸底可卸，用“O”形密封圈密封。6.紧锁机构：共有两套，装于前架上部的两孔内，用螺栓紧固。该机构由缸体，活塞杆及锁销，弹簧组成。锁紧缸为单作用式油缸，活塞上装有 Yx 形密封圈，只前腔通油， ，活塞杆向两端伸出缸外，前伸出端为紧锁部分，其间由弹簧。始终使活塞杆呈外伸趋势，后伸出端装有撞块，运动时碰撞行程开关，发出动作指令。机盖合盖时锁销在压力油作用下缩回到前架销孔内，当合盖到位后，锁销又在弹簧力的作用下伸出，将机盖锁住使其不因包块的膨胀力而张开，开盖前，用压力油使锁销退回。7动力装置是极其的动力源，由油箱、电动机、油泵、液压阀及通路体等零部件组成。油箱上还装有空气滤清器、回油滤清器、压力表、液位计、放油塞等。（1）油箱油箱箱体为钢板焊接件，是液压系统工作用油的容器，也是电动机与泵阀元件安装的支承。油箱两侧没有清洗孔，后端下部设有放油嘴，用于排放油箱余油，侧面的放油嘴用于排放回油滤清器余油，油箱的一侧面设有液位液温计，便于指示和观察箱内的釉面高度。 （在油箱后端还可增设冷却器，控制油温，便于气温高的地区使用） 空气滤清器是油箱加油的注入口，也是维持油箱内外压力平衡的气流通道，以防外界尘埃进入系统。（2）主油泵（4）换向阀：控制液压系统方向的元件。本机采用滑阀式电液换向阀。由电磁阀和液动阀等两部分组成。电磁阀起先导作用，它操纵来自控制油泵的压力油推动液动阀（主阀）阀芯运动，利用主阀芯与阀体的沟槽位变更，构成不同的通油通道达到换向目的。该换向阀接受电讯号而工作。本机采用 34BYY-B32H-TZZE 和 34BYM-B32H-TZZE 型三位四通电液换向阀，均为双电液阀板式连接。还采用一个 24BYb-B32H-TZZE 型二位四通电液换向阀，为单电液阀板式连接。它们并行安装于三联通路体上面。（5）溢流阀：控制液压系统压力的元件液压原理图中号阀为高压溢流阀，型号为 YF-B20H4，是一种平衡式溢流阀，利用手轮调节压力，此阀作为主液压系统的最高压力控制阀安全阀。起调节压力高于系统最大工作压力（26.5MPa）,即 28MPa。号阀为中压溢流阀，型号为 YF-B20H3，次阀为保护机盖及其高压软管在许可的压力范围内工作，其最高压力不得大于 15MPa，在不影响机盖运转及松散物料预压的情况下应选用较低的压力，号阀为低压溢流阀，是一种直接作用的滑阀式结构溢流阀。此阀为“控制油路”的调节元件，起压力调节值为 1.0-1.2MPa。三个溢流阀都安装于通路体侧面上。（6）液控单向阀保压元件此阀与单向阀相似，用于防止油反向流动，但需要油液反向流动时，又可利用控制油开启单向阀而实现。本机采用 DFY-B32H1 型液控单向阀，其目的是侧缸加压后，保持侧缸的压力，当侧压头到位，主压头挤压时不致包快的膨胀力而使侧压头后退。（7）直控单向顺序阀：型号为 XD2F-B20H2此阀由单向阀和顺序阀组成，即带有单向阀的顺序阀，在一个方向上，油液必须有一定的压力才能通过，其通过压力可经手轮调节，而反向油液可自由通过。本机使用此阀的目的在于构成主、侧缸回程时拔销首先动作以及侧门先关闭机盖开启后动作的压力控制顺序动作回路。其调定压力在 4MPa 之内，以能实现上述顺序动作为准。（8）平衡阀：本机采用 XD1F-B20H3 平衡阀，为盖缸推杆腔提供必要的支承压力，防止机盖因自重下滑，其平衡压力调节在 2.5MPa 左右。（9）压力表：便于观察、调节系统的压力。本机设置了 4 个压力表。18 号压力表的规格是 4MPa，用于指示控制回路的压力。5 号压力表的规格是 40MPa，用于指示工作回路的压力。以上两个压力表均设有压力表开关，压力调节正常后，可关闭油路，使压力表不工作。4 号为两个电接点压力表，规格是 40MPa。本机使用这两个表的目的是主、侧缸工作达到其调定压力值时发出电讯号，转换下一工序。其最高调定值限位26.5MPa。另有一个压力表，装于回油滤清器封盖上，若压力达到 0.25MPa，表示回油阻力太大，滤网堵塞，需要清洗。（10）通路体：是液压系统各控制阀之间通油管路的集成体，也是各个阀的安装基面。三块并联安装于油箱面上，回油孔直接通入油箱内，侧壁上有出油孔，与外部管道连接，通往各油缸。8.电气控制柜润滑装置：在门导轨、个传动轴、锁销等运动部位装有压注式油杯，由人工这个注油枪注入稀油润滑。2.2 压缩室的设计 压缩室的尺寸设计：根据压缩后技术包的体积为 0.50.30.3 m3 。确定压缩室尺寸为：1.60.70.55 m3选用材料为：机身采用厚钢板网络格式焊接结构，坚固耐用；内衬板为 45 号钢板表面硬淬处理，耐磨性更好。具有结构稳定；衬板调整方便、安全可靠等特点。2.3 液压缸的结构设计主缸的设计：（1）缸筒钢筒的材料应满足的要求(1).有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态试验压力而不致产生永久变形。(2).有足够的刚度，能够承受活塞侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲。(3).内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少，尺寸公差等级和行位公差等级足以保证活塞密封的密封性。(4).需要焊接的缸筒还要求有良好的可焊性。 ，以便在焊上法兰或管接头后不至于产生裂纹或过大的变形。 缸筒外径公差余量1c腐蚀余量2通过计算最后得缸筒的壁厚为 38mm缸筒的制造工艺：(1).缸筒内径采用 H7 级配合，表面粗糙度 值为 0.32um，都需要进行研磨。aR(2).热处理：调质，硬度 。24185HB:（2）活塞由于活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应适当，既不能过紧，也不能间隙过大。配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的滑动配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。液压力的大小与活塞的有效工作面积有关，活塞直径应该与缸筒内径一致。所以，设计活塞时，主要任务就是确定活塞的结构型式。(1).主缸的活塞结构型式采用整体式。(2).活塞与活塞杆的连接形式采用卡环式。(3).活塞材料： 20 钢(4).活塞尺寸及加工公差：活塞宽度一般为活塞外径的 0.6-1.0 倍，这里取 0.7 倍，即 154mm。活塞外径的配合一般采用 f9，外径对内孔的同轴度公差不大于 0.02mm，端面与轴线的垂直度不大于 0.04mm/100mm。（3）活塞杆(1).活塞杆采用实心结构。(2).活塞杆选用材料为 45 钢。活塞杆要在导向套中滑动，采用 H8/h7 配合。太紧了，摩擦力大，太松了，容易引起卡滞现象和单边磨损。其圆度和圆柱度公差不大于直径公差之半。安装活塞的轴颈与外圆的同轴度公差不大于 0.01mm，是为了保证活塞杆外圆与活塞外圆的同轴度，以避免活塞与缸筒、活塞杆与导向套的卡滞现象。活塞杆的外圆粗糙度 值一般为 0.16um。太光滑了，表面形成了油膜，反而不aR利于润滑。为了提高耐磨性和防锈性，活塞杆表面需要进行镀铬处理，镀层厚 0.03-0.05，并进行抛光或磨削加工。(3).活塞杆的直径在上一章中就已经算出为 160mm。（4）活塞杆的导向套、密封盒防尘活塞杆导向套装在液压缸的有感侧端盖内，用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证缸筒有杆腔的密封。外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘及水分带到密封装置处，损坏密封装置。当导向套采用非耐磨材料时，其内圈还可以装设导向环，用作活塞杆的导向。 （1）.导向环的结构形式为端盖式加导向环.（2）.金属导向套一般采用摩擦系数小、耐磨性好的青铜材料制作，这里选用ZQSn6-6-3（锡青铜） 。（3）.导向套的长度为 132mm，行程 1000mm。加工要求：导向套外圆与端盖内控的配合多为 H8/f7，内孔与活塞杆外圆多为H9/f9 压缸和整个液压系统的强度及正常工作。缓冲装置可以防止和减少液压缸及活塞杆等运动部件在运动时对缸底或端盖的冲击，在它们的行程终端实现速度的递减，直至为零。（6）排气阀如果排气阀设置不当或者没有设置，压力油进入液压缸后，缸内仍然会存在空气。由于空气具有压缩和滞后扩张性，会造成液压缸膨胀和整个液压系统在工作中颤动和 爬行，影响液压缸的正常工作，例如，液压导轨磨床在加工过程中，如果工作台进给液压缸内存有空气，就会英气工作台进给时的颤振和爬行，这不仅影响被加工表面的粗糙度和形位公差等级，而且会损坏砂轮和磨头=等机构；如果这种想象发生在炼钢转炉的倾倒液压缸中，那将会引起钢水的动荡泼出，这是十分危险的。为避免这种现象的发生，除了防止空气进入液压系统外，必须在液压缸上安设排气阀。因为液压工是液压系统的最后执行元件，会直接反映出残留空气的危害。排气阀的位置要合理，水平安装的液压缸，其位置应设在缸体两腔端部的上方；垂直安装在液压缸，应设在端面的上方，均应与压力腔相通，以便安装后调试前排除液压缸内之空气。由于空气比油轻，总是向上浮动，不会让空气有积存的残留死角。（7）油口油口包括油口孔和连接螺纹。连接螺纹选择 M33X2同理，侧缸和盖缸的结构与主缸的一样，只是尺寸不同，所用材料和工艺也基本差不多。侧缸：行程为 1300mm，壁厚为 32mm，缸筒内径为 180mm，活塞杆的直径为130mm，活塞的宽度为 140mm，导向套的长度为 110mm；盖缸：行程为 820mm，壁厚为 27mm，缸筒内径为 160mm，活塞杆的直径为120mm；活塞的宽度为 130mm，导向套的长度为 100mm。2.4 锁紧机构的结构设计上装有 Y 形密封圈，只前腔通油，活塞杆向两端伸出缸外，前伸出端为锁紧部分其间有弹簧，始终使活塞杆呈外伸趋势，后伸出端装有撞块，运动时碰撞行程开关，发出指令。机盖合盖时，锁销在压力油作用下缩回到腔架小孔内，当合盖到位后，锁销又在弹簧的作用下伸出，将机盖锁住使其不因包块的膨胀力而张开，开盖前，用压力油使锁销退回。结构如下图所示图 6.1 锁紧缸的结构图参考同类型设备，锁紧缸只需要克服弹簧力做工，工作力较小，因此初定锁紧缸工作压力 0.63Mpa。力均衡，锁紧缸采用对称布置的两个缸。在起盖之前需要液压油推动锁紧缸动作，在盖锁完全打开之后，盖缸才能动作。元件的负载、速度分析：设定锁紧装置的最大弹簧力为 =300N。设液压缸的机tF械效率 94.0m表 2.4 工作循环各阶段的负载及速度要求运动阶段 机械负载 F/N 计算公式 速度要求起锁 320N F mt/=2m/minqv锁紧缸起锁工作阶段，速度要求不高，初定 ，由表 6.1 可知锁紧缸最大21A推力为起锁时最大机械负载 F=320N，按此计算 ，则 262.503.cpA，则液压缸内缸直径 D 为21A mc36.2.141由 可知活塞杆直径21Ad=0.707D=0.707 mc25.6.3考虑到成本问题，如此小的液压缸加工成本高，且活塞杆需承受一定的弯曲机械负载，按 GB/T23481993 将所计算的 D 与 d 的值分别圆整到详尽的标准直径，以便采用标准的密封装置。圆整后得D 取 50mm d 取 36mm按标准直径算出 2221 1963504mA22 45)()(dD2.5 机身的结构设计此轴系结构如下图 2.6.1 轴系结构图（1）初选滚动轴承根据 d2=30mm，初步选取 0 基本游隙组，标准精度级的深沟球轴承 6006，其尺寸为：轴承内径为 35mm，轴承外径为 55mm，轴承的宽度为 13。（2）轴向零件的同向定位机盖与轴的同向定位均采用平键链接。按 d4 由表 6-1 查得平键截面 bh=12mm8mm，键槽用键槽铣刀加工，长为 56mm，同时为了保证机盖与轴配合有良好的对中性，故选择机盖与轴端配合为 H7/h6；该轴承承受定向的径向负载的作用，内圈与轴一起旋转，外圈安装在剖分式外壳的轴孔中，不旋转。因此内圈相对于负载方向旋转，它与轴颈的配合应较紧；外圈相对于负载荷方向固定，它与外壳孔的配合应较松。此处选轴的直径尺寸公差为 j6。（3）轴承校核初选深沟球轴承 6006，理由：此轴不受扭矩，没有轴向力故不用推力轴承和角接触轴承，而深沟球轴承能承受很大的径向力。对于 6006，经查表，得基本额定动载荷为 13.2KN，此处采用脂润滑。图 2.6.2 轴的受力分析图受力平衡 12Fql经计算得 12350N由于每端有两个轴承，故每个轴承承载的力为 1750N，根据以上计算结果，查机械设计课程设计表 13-5，得对于轴承 X=1, Y=0鉴简图作出轴弯矩图如下图所示。从轴的结构凸，弯矩图等可以看出截面蜗杆齿面部分的中间平面是轴的危险截面。 图 2.6.3 弯矩图机盖的运动速度很慢，可将此轴看成静止的，进行静力学分析刚度校核：由材料力学得此种情况的最大挠度在轴的中心处，且值为 4max538qlwEI其中此轴的材料为 45 号钢，E 为 210Gpa，474.61032DI代入数据得 maxw符合要求强代入数据得 ax2678P也符合要求。第 3 章 打包机液压系统的设计3.1 液压系统的特点(1)从结构上看，其单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率在四类传动方式中是力压群芳的，有很大的力矩惯量比，在传递相同功率的情况下，液压传动装置的体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、布局灵活。(2)从工作性能上看，速度、扭矩、功率均可无级调节，动作响应性快，能迅速换向和变速，调速范围宽，调速范围可达 100：l 到 2000：1；动作快速性好，控制、调节比较简单，操纵比较方便、省力，便于与电气控制相配合，以及与 CPU(计算机)的连接，便于实现自动化。(3)从使用维护上看，元件的自润滑性好，易实现过载保护与保压，安全可靠；元件易于实现系列一体化已成为世界发展的潮流，便于实现数字化。综上所述故选用液压传动控制。液压系统的设计是整个技术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，利用液压传动系统的基本原理。拟定出合理的液压系统图，在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要实现的某些动作和要达到的工作性能。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程度的束块，其工作程序如下：废金属加入料箱后，闭合机盖，对松散的物料预压。合盖到位后由紧锁销自动将盖锁住。然后侧压头前进，将废料金属挤聚于料箱前部的高压室。当侧压头到位，升压后，从节省能量、减少发热这些方面考虑，泵源系统宜选用主油泵为轴向柱塞泵，控制油泵选用齿轮泵。3.3.2 液压回路的设计首先，设计提调速回路。调速回路的比较：液压系统中的调速回路应该能满足以下一些要求，这些要求是评比调速回路的依据。（1）能够在规定的调速范围内调节执行元件的工作速度。（2）在负载变化时，已调好的速度变化越小越好，并应在允许的范围内变动。（3）具有驱动执行元件所需的力和转矩。（4）使功率损失尽可能小，发热尽可能小。调速回路的选用：调速回路的选用与主机采用液压传动的目的有关，而且要综合考虑各方面的因素才能做出决定；其次要考虑功率的大小，一般认为 3kw 以下的用节流调速回路，35kw 的用容积调速回路，5kw 以上的则用容积调速回路。综上所诉，本系统采用容积节流调速。在中小型打包机的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀，根据打包机对低速性能和速度负载性都有一定要求的特点，觉定采用轴向柱塞泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点。速度换接方式的选择：本系统采用电磁阀的快慢换接回路，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也容易，但是速度换接的平稳性较差。若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。夹紧回路的选择：考虑到加压时间可调和侧缸回路不加压时仍能保持压力，所以接入节流阀和单向阀保压。3.3.3 拟定液压系统图液压回路有开式和闭式两种。通过比较可知闭式系统结构比较紧凑、对称，但是系统较为复杂。为了保证控制系统能够正常工作，需要提供低压液压油控制回路，所以回路中需.3.4 液压系统原理图的分析设计液压原理图设计如下：1-电磁换向阀 2-电磁换向阀 3、电磁换向阀 4-磁助式电接点压力表而设计出系统总的液压原理图。其打包的工作过程如下：（1）半自动工作方式：启动电源开关，使电磁阀 YV1a 通电，使换向阀换向，高压泵输出的高压油经换向阀、换向阀进入盖缸的前进腔，活塞杆前进，推下机盖下降至封闭料箱当机盖行至将关闭之时，锁销被压向后退，锁紧撞块压合行程开关 SQ7a、SQ7b。待机盖全部关闭后，锁销在弹簧作用下伸出自动将盖板锁紧，此时 SQ7a、SQ7b 复位，锁紧撞块又压合行程开关使电磁阀 YV2a 切断，电磁阀 YV1a 接通，于是换向阀换至另一极端位置。此时高压油泵输出的高压油经换向阀及液控单向阀 19 进入侧缸前进腔，侧缸活塞前进至终点位置，碰撞行程开关 SQ2，而当缸内油压升至预定值时，电接压力表上限值触点 SQ4，而使电磁阀 YV1b 断电，换向阀重新恢复至中间位置。同时接通电磁阀 YV3，使换向阀换向。此时高压油经过换向阀、直控单向阀而进入各油腔的回程腔，液压单向阀 19 在回程油压作用下处于打开位置，使主缸、侧缸、门缸和盖缸按顺序先后回程。机盖锁紧销由锁紧缸打开。当机身侧门关闭，机盖完全打开后，分别碰撞行程开关 SQ5、SQ6，使所有电磁铁断电。此时高压油泵又重新处于空负荷运转。（2）手动工作方式：手动工作方式的过程与半自动循环过程相同。将转换开关“SA1”扳至手动位置，按打包动作顺序分别按压各动作之相应按钮，即可完成整个打包工作循环。（3）点动调整:在安装、调试或更换零件时，应采用点动调整运行方式，将转换开关“SA”扳至点动调整位置，可根据需要按压相应动作按钮，放开按钮，按钮复位，动作中止。在点动调整过程中，若观察主压头和测压头动作时，必须在盖缸无动作情况下才能进行。（观察人员不要将身体探入机身内，以防机盖落下伤人。 ）电磁铁 YV序号 动作顺序 发讯元件1a 1b 2a 2b 3I 手动1 合盖 SB5 得电2 侧压头前进 SB6 得电3 主压头前进 SB7 得电 得电4 开门 SB8 得电 得电5 侧压头回程 SB9 得电 得电6 主压头回程 SB9 得电 得电7 关门 SB9 得电 得电8 开盖 SB9 得电 得电9 静止 SB4II 半自动1 合盖 SB5 得电2 侧压头前进 SQ1a，SQ1b 得电3 主压头前进 SP1, SQ2 得电 得电4 持续加压 SP2 得电 得电5 泄压 KT16 开门 KT2 得电 得电7 推出包块 SQ3 得电 得电8 回程 SQ4 得电 得电9 循环结束 SQ5, SQ610 停止 SB4表 3.3 为该滑台的电磁铁动作顺序表3.4 液压系统的计算和液压元件的选定3.4.1 液压缸的设计计算液压缸在液压系统中的作用是将液压能转变成机械能，使机械实现直线往复运动或小于 360 度的往复摆动运动。液压缸结构简单，工作可靠，应用广泛，种类繁多。根据结构特点分为活塞式、柱塞式、回转式三类；根据作用方式分为单作用式和双作用式。金属液压打包机是属于需要对废料进行高压压缩打包的机械，从以上工艺要求液压主泵的压力能够变动，即压力低时，流量大，压力高时，流量小，由此来控制执行机构的工作速度。所以选择主泵为 63YCY14-1B 压力补偿自动变量轴向柱塞泵，其最大工作压力可达 31.5Mpa，最大流量为 100L/min，同时它结构紧凑，径向尺寸小，质量轻，转动惯量小且易于实现变量，压力高，具有较高的效率。（1）液压缸工作压力的确定金属液压打包机属于液压机的一种，根据液压设备常用工作压力确定为 2032Mpa，所以初定液压缸的工作压力为 =26.5MPa。1P金属液压打包机是高压系统，初算时背压可忽略不计。（2）计算液压缸内径 D 和活塞杆直径 d根据所给要求，主缸的公称力为 1000KN,侧缸的公称力为 630KN，按液压系统设计简明手册中表 2-2 执行元件的背压估算值，液压系统的工作压力确定为 2032Mpa，初算时背压可忽略不计，即可取背压为 P2=0，效率为 ，故取0.97cm:，又根据手册中表格 2-3 液压缸内径 D 与活塞杆直径 d 的关系取 d=0.7D。0.95cm根据式子 22114()cmFDpd式中，P1-液压缸工作压力，初算时可取系统工作压力，即 26.5 Mpa； P2-液压缸回油腔背压力，初算时背压可忽略不计，即可取背压为 P2=0；d/D-活塞杆直径与液压缸内径之比，按 d/D=0.7；对于外伸活塞杆由一销轴与机盖上的孔铰链，活塞杆运动时带动机盖运动，在销轴铰链的部位均镶有轴套，磨损后可更换。参考同类型设备，由于盖板液压缸在工作过程中需要转动，必须通过高压软管输送高压油，但压力不能太大，因此初定盖板液压缸工作压力 。盖板液压缸主要动作为：压盖、起盖。在盖板盖上后，采Mpa8用锁紧装置，因此盖板不需要保压，先采用转动的双作用单活塞杆式液压缸。压盖时由于盖板自重作用，液压缸进油缸压力较小，为防止盖板自重作用而自动下滑，因此，出油路要设一平衡阀，背压设为 =0.8 。根据盖板液压缸压盖时速度小于起盖bMpa时速度，初设定起盖速度为压盖速度的两倍，因此，选用双作用单活塞杆式液压缸，并取 ，但不采用差动连接，考虑背压的影响，21A 221650187.5.8bFAcmp为了可靠方便盖板压盖取 2c210c液压缸内径 D 为 1425.961.3.Amm由 可知活塞杆直径21A214D22()4DdAd=0.707D=0.707 159.6.8m同理，可得盖缸的内径 D 为 160mm，活塞杆直径 d 为 120mm。门缸是门工作的执行机构，缸体为焊接封底整体式结构，缸口与缸体采用螺纹连接，它安装于机身左侧架上，缸体后端耳环与紧固于侧架上的支座由销轴铰接，为便于安装，在缸体前部下面设有一可调支承，活塞杆的伸出端面为球面，与门端面中孔的球面垫圈接触，由二对开压板紧固安装。参考同类型设备，门缸只需要推动门板克服摩擦力做工，工作力较小，因此初定门缸工作压力 0.63Mpa。门缸主要动作为：开门、关门。采用固定的双作用单活塞杆式液压缸。在侧液压缸与主液压缸压制包块时候，门缸需要保持关闭状态，因此回路上需要采用单向阀。元件的负载、速度分析：负载估计为 =3000N。设液压缸的机械效率wF94.0m门缸关门与开门工作阶段，速度要求并不高，初定 ，不采用差动连接，21A取开门阶段回油路压力损失为 0.1Mpa，关门阶段回油路压力损失忽略不计，可知门缸最大推力为工进时最大机械负载 3192kN，按此计算 A ，则122163900.5FAmcp液压缸内径 D 为 1483.c由 可知活塞杆直径21Ad=0.707D=0.707 86.9m对包块的推出阶段 223D0.350.9/in./in4qv L对门缸开启阶段 223.1.78/i78.5/im对于盖缸 223D0.64.509/in90.4/min4qv L对于侧缸 223.183.1/i8/ivm3.4.2 液压元件的选择液压泵是将原动机的机械能转换为液压能的能量转换元件，在液压传动中，油压泵作为动力元件向液压系统提供液压能。液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。本机的动作完成需设置两个泵，为系统提供高、低压油，节流调速系统采用变量泵供油，在无其他辅助油源条件下，液压泵的供油量要大于系统需油量，多余的油经溢流阀回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速多用变量泵供油，用安全阀限定系统最高压力。1、液压泵的选择（1）泵的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 pP1液压泵最大工作压力；为执行元件最大工作压力1P进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取 0.2-0.5Mpa，复杂系统取p0.5.5 Mpa，本例取 0.5 Mpa械设计手册 543-67. 11液压泵的最大流量；pq同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值；maxQ系数泄露系数，一般取 1.1-1.3，现取 KL=1.1；LK ( )=1.190.4L/min=99.4L/minpqLKmaxQ（3）选择液压泵的规格根据计算泵的压力和流量查机械设计手册单行本-液压传动 ，选用 63YCY14-1B 压力补偿自动变量轴向柱塞泵，该泵的最大工作压力可达 31.5MPa ，最大流量为100L/min，转速为 1500 r/min，公称排量为 66.7mL/r。容积效率 0.95v查机械设计手册单行本-液压传动 ，控制油泵选用 CB-B16 型齿轮泵，其最高压力为 2.5MPa，最大排量 16L/min，金属液压打包机使用的压力为 1.0-1.2MPa。2、 电动机型号的选择本金属废屑压块机在常温下连续工作,载荷平稳.由交流接触器自动控制油泵电机星形接法降压启动,三角形接法运行.且工作环境灰尘较多,故选用三相鼠笼式异步电动机.工作电压为 380V.（1）确定电动机功率工作所需要功率: = 见机械设计基础实训教程P53 wPmFv10F-有效推力v-活塞杆伸出速度-油缸效率.取 w=0.96w= P96.014723入得:= =0.84.97.062 =18.3kw 84.051dP查表选电动机额定功率为 18.5kw（2）确定电动机转速= 见机械设计手册 5 wHDv316v -液压缸流速.D-泵接口直径.3014.6w=11.46r/min查机械设计手册的传动比合理范围.取 V 带传动的传动比 i=24.二级圆柱齿轮减速器传动比 i=820.则总传动比合理范围为:i=16160.电动机转速可选范围为:46.106 mi=1831834(r/min)符合这一范围的同步转速有 750.1000.1500.1500r/min 表：综合考机制不同，具有不同功能。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控制着油液的流