单刀液压切割机的设计(机械故障)

1、编号：XH03JW037-11/0厦门海洋职业技术学院毕 业 设 计 （论 文）题目: 单刀液压切胶机的设计 系 别： 机电工程系 班 级： 机电XXXX 姓 名： XXXX 学 号： XXXXXXXXX 指导教师： XXX 二0一一年五月十五日编号：XH03JW037-11/0 厦门海洋职业技术学院毕 业 调 查 报 告题目: 单刀液压切胶机的设计 系 别： 机电工程系 班 级： 机电XXX 姓 名： XXXX 学 号： XXXXXXXX 指导教师： XXX 二0一一年五月十五日摘要橡胶工厂使用的生胶和各种配合剂，在使用前要进行切碎、干燥。粉碎。筛选等加工，使之符合使用及质量要求。目前橡胶工

2、厂常用的原材料加工机械主要有切胶机、粉碎机、筛选机等。本设计是设计橡胶单刀液压切胶机的设计。单刀液压切胶机利用液压元件（液压泵、液压缸等），其具有许多优点（操作简便、安全可靠等）。液压缸是液压系统中常用的一种执行元件，是把液体的压力能转变为机械能的装置，主要用于实现机构的直线往复运动，也可以实现摆动，本设计是用于实现机构的直线往复运动的。本设计主要分为三个章节，介绍了单刀液压切胶机的结构、液压系统，并对液压系统性能进行验算和一些液压元件的选择。关键词单刀液压切胶机 液压系统 液压缸目录1概论111液压切胶机的简介12.液压元件的选择521液压缸的设计计算522液压泵的选择823油箱容积的计算9

3、24油箱103.液压系统的性能验算1031回路压力损失验算1032油液温升验算1133液压油油温过高的原因及预防措施114.常见故障及其排除方法1341液压泵常见故障及其排除方法1342液压缸常见故障及其排除方法1443溢流阀常见故障及其排除方法1544排除液压系统突然不工作的故障15结论17致谢18参考文献19II1. 概论橡胶工厂使用的生胶和各种配合剂，在使用前要进行切碎、干燥。粉碎。筛选等加工，使之符合使用及质量要求。目前橡胶工厂常用的原材料加工机械主要有切胶机、粉碎机、筛选机等。1.1单刀液压切胶机的简介切胶机用于把天然橡胶或合成橡胶胶块切成便于塑炼的小胶块。受冻的生胶在切胶前要进行预

4、热解晶。通常单刀切胶机（包括液压、气压或电动）用于中小工厂；十刀切胶机的生产力较大，用于大型工厂。电动单刀切胶机由于操作不便，已经很少使用。单刀液压切胶机利用液压元件（液压泵、液压缸等），其具有很多优点：操作简便，安全可靠等，主要缺点是生产力低，故此较适用于中小工厂。1.11单刀液压切胶机的结构及工作原理单刀液压切胶机的结构与气压切胶机基本相同。如图1-1和图1-2所示是国内广泛使用的一种单刀液压切胶机，它由液压系统、工作油缸7、切胶刀9、机架3和8、生胶辊道10等组成。油缸7及机架3和8均用高级铸铁制成。切胶刀9厚12.7，用9CrSi工具钢制成并经热处理，硬度HRC6064。切胶刀下面的底

5、座上浇铸有铅垫，以保护切胶刀刀刃。切胶时，生胶包放在生胶辊道10上，用人工推到切胶刀9的下方。切胶刀9在活塞杆6带动下，沿机架3和8上的轨道作上下切胶运动。机架8上装有上、下两个限位开关11，控制换向阀4改变切胶刀的运动方向。在切胶刀上升触及上限位开关后，换向阀4切换方向，切胶刀略下降，稍一离开限位开关，切胶刀随即停止运动。用这种方法保护油缸底盖不因活塞上升到顶端而损坏。当生胶块太硬或切胶刀的运动阻力过大时，溢流阀5开启，由返回到油箱。正常工作时，溢流阀调整到5MPa开启。液压系统利用切胶机机架3的内腔作为油箱（见图1-1），这样可使结构紧凑，但油箱容积小，工作时间太长时，油温升温过高，影响液

6、压系统的正常工作。图1-11-电机；2-叶片泵；3-机架（兼作油箱）；4-换向阀；5-溢流阀；6-活塞杆；图1-27-油缸；8-机架；9-切胶刀；10-生胶辊道；11-限位开关1.12单刀液压切胶机液压系统 单刀液压切胶机的液压系统比卧式十刀液压切胶机较简单，其液压系统原理图如图1-3所示，主要包括叶片泵、溢流阀及换向阀等元件组成。由于采用了K型三位四通换向阀，使得切胶刀停止运动时，油泵输出的油经换向阀再回到油箱内。图1-3单刀液压切胶机液压系统原理图1-叶片泵；2-压力表；3-溢流阀；4-换向阀；5-油缸1.13液压单刀切胶机的主要性能参数本次设计的单刀液压切胶机的基本参数定为：切胶刀长度

7、660mm 压力 6.3MPa切胶刀行程 680mm 工作油牌号 20号机械油油缸总压力 约80KN 电机功率 5.5KW电机转速 960 r/min 外形尺寸 2530*1056*1990mm切胶行程时间 14-16s 重量 1600kg工作油压 4.5MPa 叶片泵流量 80L/min2.液压元件的选择2.1液压缸的设计计算 液压缸的主要尺寸包括液压缸的内径D、缸的长度、活塞杆直径d。2.11液压缸内径D的确定 液压缸的内径D根据液压缸的总负载力F和工作压力p来计算的：由机械设计手册表知液压缸理论推力； (2.1) 式中，液压缸内径，m P工作油压力， (2.2)式中, 液压缸理论推力，N

8、p,工作油压力，液压缸内径,m取液压缸负载为：=80KN,p=4.5代入参数得：=0.15045m,即=150.45 mm 参考液压缸系列尺寸取150 2.12缸筒壁厚的确定钢筒壁厚为： (2.3) (2.4)式中，缸内最高工作压力，· 缸筒材料许用应力，缸筒内径，m钢筒材料需用应力为：= （2.5）式中，为材料抗拉强度，n安全系数，一般取5。钢筒为高级铸铁由机械工程材料基础表4-25得：=450代入参数得：=5.25mm由:>5.25查机械设计手册知=168mm。2.13缸筒壁厚验算额定工作压力应低于一定极限值以保证工作安全。 （2.6）材料为高级铸铁，查机械工程材料基础得=

9、310,代入式中得：63 而统工作压力为4.5，可以满足要求。2.14活塞杆的计算活塞杆是液压缸传递力最重要的零件，它承受拉力、压力、弯曲力、和震动冲击等多方面的作用力，必须要有足够的强度和刚度。对于双作用单边活塞杆液压缸，起活塞杆直径可根据往复速度比（即面积比）来确定： （2.7）式中：缸筒内径， 速比，根据缸筒内径，按机械设计手册表20-6-16选取，取值为：=2代入数据得：=0.106m,即=106mm2.15活塞杆强度计算 活塞杆在稳定工况下，若只受轴向推力或拉力，可近似的用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算： （2.8）式中：活塞杆的作用力，N 活塞杆直径， 材料的许用应力，

10、 无缝钢管=100-110代入参数得，=9.07油液作用在活塞杆上的压力，对于双作用单活塞杆液压缸来说，活塞受力图如图2-1所示：图2-1活塞杆伸出时的理论推力为： （2.9）活塞杆回缩是的理论拉力为： （2.10）当活塞杆差动前进时（即活塞的两侧同时进压力相同的油液）的理论推力为： （2.11）以上式中：活塞无杆侧有效面积， 活塞有杆侧有效面积， 工作油压， 液压缸内径， 活塞杆直径，代入参数得：=79521.56 N 80KN，=39810.26 N，=3911.30 N2.16液压缸其它部位的确定 如图1-1可知，液压单刀切胶机液压缸的安装采用的是一端刚性固定，一端自由的方式安装的。由机

11、械设计手册可知，此类安装简图如图2-1所示，图2-1 液压缸的安装方式由欧拉公式来确定值（安全系数=3.5），即： （2.12）式中：最大计算长度，mm 液压缸内径，mm 活塞杆直径，mm 工作压力，由机械设计手册可知：液压缸的最大行程为： （2.13）液压缸的许用行程为： （2.14）2.17液压缸的选择 液压缸在液压系统中有着重要的地位，是整个液压系统的起始循环点，所以对液压缸的选择很重要，根据以上计算的结果，对液压缸的选择就明确了，选择材料为高级铸铁（QT400-10）的内径为150 壁厚为9的液压缸。2.2液压泵的选择液压泵是能量转换装置。液压泵向系统提供具有一定压力和流量的液体，把机

12、械能转换成液体的压力能。 液压泵的选择时根据液压系统工作压力（即液压泵出口压力）来选定液压泵的形式，选择液压泵的额定压力要比系统压力大25%以上，使液压泵由一定的压力储备，在这为了经济考虑，选择液压泵的额定压力为6.3的单作用式叶片泵。查机械设计手册得，单作用式叶片泵型号为： 叶片泵具有结构紧凑，外形尺寸小，运动平稳，流量均匀，噪声小，寿命长，但与齿轮泵相比对油液污染较敏感，结果比较复杂，单作用式叶片泵有一个排油口和一个吸油口，转子旋转一周，每两片间的容积各吸。排油一次，若在结构上把转子和定子的偏心距做成可变的，这就是变量叶片泵。单作用式叶片泵适用于低压大流量的场合。单作用叶片泵的工作原理如图

13、2-2所示：图2-2，单作用叶片泵的工作原理图1-压油口；2-转子；3-定子；4-叶片；5-吸油口2.3油箱容积的计算 油箱的主要作用是储存油液，此外还起着油液散热、杂志沉淀和使油中空气逸出等作用。油箱分开式和闭式油箱两种。开式油箱应用普遍，油箱內液直接与大气相通。 油箱的有效容积（液面高度为邮箱高度80%时的容积）的计算通常采用经验估算法，必要时再进行热平衡验算。估算公式为：V=K*Q （2.15） 式中:V油箱的有效容积，L；K液压泵的额定流量，L/min；Q经验系数，低压系统K=2-4，中压系统K-5-7，高压系统K=10-12代入参数得：V=480L2.4油管在液压传中中常用的管子有钢

14、管、铜管、橡胶软管以及尼龙管等。管子内径： （2.16）式中：液体流量，； 管内油液的流速推荐值，(1)吸油管路取；（2）压油管路取；（3）回油管路取。液压泵的油管内径：=41.23 mm3.液压系统的性能验算液压系统的参数有许多是由估计或经验确定的，其设计水平必须通过性能的验算来评判。验算项目主要有压力损失、温升等。3.1回路压力损失验算管路系统上的压力损失由管路的沿程损失、管件局部损失和控制元件的压力损失三部分组成。 （3.1）管路的沿程损失： （3.2）管件局部损失： （3.3）式中：管内平均流速，;流体的密度，;圆管内径，圆管的长度，；· 沿程阻力系数，它是和相对粗糙度的函数

15、，可按机械设计手册表的公式计算或从图的的摩迪图中直接查得。管壁的绝对粗糙度见表局部阻力系数，各种情况的局部阻力系数见机械设计手册表表· 值可从元件样本中查出。3.2油液温升验算液流经液压泵、液压执行元件、溢流阀或其他阀及管道的功率损失都将转化为热量，使工作介质温度升高。系统的散热主要通过油箱表面和管道表面。若详细进行液压系统的发热及散热计算比较麻烦。通常液压系统在单位时间内的发热功率，可以由液压泵的总输入功率和执行元件的有效功率概略算出： （3.4） 在一般情况下，为了简化计算：1） 在系统的发热量中，可以只考虑液压泵及溢流阀的发热；2） 在系统的散热量中，可以只考虑油箱的散热量（在

16、没有设置冷却器时）；3） 在系统的贮存热量中，可以只考虑工作介质及油箱温升所需的热量。在液压传动系统中，工作介质温度一般不应超过70摄氏度。因此在计算发热计算时，工作介质最高温度（即温升加上环境温度）不应超过65摄氏度。如果计算温度较高，就必须采取增大油箱散热面积或增加冷却器等措施。3.3液压油油温过高的原因及预防措施油温过高的原因和当油温过高采取的措施如下：（1） 油品选择不当油的品牌、质量和黏度等级不符合要求，或不同牌号的液压油混用，造成液压油黏度指数过低或过高。若若油液黏度过高，则功率损失增加，油温上升；如果黏度过低，则泄漏量增加，油温升高。预防措施：选用油液应按厂家推荐的牌号及机器所处

17、的工作环境、气温因素等来确定。对一些有特殊要求的机器，应选用专用液压油；当液压元件和系统保养不便时，应选用性能好的抗磨液压油。(2)环境温度过高环境温度过高，并且高负荷使用的时间又长，都会使油温太高。预防措施：应避免长时间连续大负荷地工作；若油温太高可使设备空载动转10min左右，待其油温降下来后再工作。(3)滤油器堵塞磨粒、杂质和灰尘等通过滤油器时，会被吸附在滤油器的滤芯上，造成吸油阻力和能耗均增加，引起油温升高。预防措施：定期清洗、更换滤油器，对有堵塞指示器的滤油器，应按指示情况清洗或更换滤芯；滤芯的性能、结构和有效期都必须符合其使用要求。(4)液压系统中混入空气混入液压油中的空气，在低压

18、区时会从油中逸出并形成气泡，当其运动到高压区时，这些气泡将被高压油击碎，受到急剧压缩而放出大量的热量，引起油温升高。预防措施：经常检查进油管接口等封处的密封性，防止空气进入；同时，每次换油后要排尽系统中的空气。(5)液压油箱内油位过低若液压油箱内油量太少，将使液压系统没有足够的流量带走其产生的热量，导致油温升高。预防措施：在实际操作和保养过程中，严格遵守操作规程中对液压油油位的规定。(6)污染严重施工现场，随着机器工作时间的增加，油中易混入杂质和污物，受污染的液压油进入泵、阀的配合间隙中，会划伤和破坏配合表面的精度和粗糙度，使泄漏增加、油温升高。预防措施：一般在累计工作1000多h后换油。换油

19、时，注意不仅要放尽油箱内的旧油，还要替换整个系统管路、工作回路的旧油；加油时最好用120目以上的滤网，并按规定加足油量，使油液有足够的循环冷却条件。（7）零部件磨损严重叶片泵、换向阀。油管等的磨损与损坏都将会引起其内泄漏的增加和油温的升高。预防措施：及时检修或更换磨损过大的零部件，据统计，在正常情况下，进口的液压泵工作五六年后，国产产品工作两三年后，其磨损都已相当严重，须及时进行检修。否则，就会出现冷机时工作基本正常，但工作1-2h后，系统各机构的运动速度就明显变慢，需停机待油温降低后才能继续工作。4、常见故障及其排除方法液压故障涉及因素复杂、故障点隐蔽，故障生成发展的因果关系具有时变性、随机

20、性、交错与重叠性等特点，因此液压系统故障现场诊断与排除比较困难。4.1液压泵常见故障及其排除方法液压泵常见故障及其排除方法见表4.11：表4.11 液压泵常见故障及其排除方法故障现象产生原因排除方法不排油或无压力1 原动机和液压泵转向不一致2 油箱油位过低3 吸油管或滤油管堵塞4 启动时转速过低5 油液粘度过大或叶片泵移动不灵活6 叶片泵配油盘与泵体接触不良或叶片在华漕内卡死7 进油口漏气8 组装螺钉过松1.纠正转速2.补油至油标线3清洗吸油管路或滤油器，使其畅通4.使转速达到液压泵的最低转速以上5.检查油质，更换粘度适合的液压油或者提高油温6.修理接触面，重新调试，清洗滑槽和叶片，重新安装7

21、.更换密封件或接头8.拧紧螺钉流量不足或压力不能升高1. 吸油管或滤油管部分堵塞2. 吸油端连接处密封不严，有空气进入，吸油位置太高3. 叶片泵个别叶片装反，运动不灵活4. 泵盖螺钉松动5. 系统泄漏6. 叶片泵轴向和径向间隙过大7. 叶片泵定子内表面磨损8. 侧板端磨损严重，漏损增加9. 溢流阀失灵1. 除去赃物，使吸油畅通2. 在吸油端连接处涂油，若有好转，则紧固连接件，或更换密封，降低吸油高度3. 逐个检查，不灵活叶片重新研配4. 适当拧紧5. 对系统进行顺序检查6. 找出间隙过大部位，采取措施7. 更换零件8. 更换零件9. 检修溢流阀噪声严重1. 吸油管或滤油管部分堵塞2. 吸油端连

22、接处密封不严，有空气进入，吸油位置太高3. 从泵轴油封处有空气进入4. 泵盖螺钉松动5. 泵与联轴器不同轴或松动6. 油液粘度过高，油中有气泡7. 吸入口滤油器通过能力太小8. 转速太高9. 泵体腔道阻塞10. 溢流阀阻尼孔堵塞11. 管路震动1. 除去赃物，使吸油畅通2. 在吸油端连接处涂油，若有好转，则紧固连接件，或更换密封，降低吸油高度3. 更换油封4. 适当拧紧5. 重新安装，使其同轴，紧固连接件6. 换粘度适当液压油，提高油液质量7. 改用通过能力较大的滤油器8. 使转速降至允许最高转速以下9. 清理或更换泵体10. 拆卸溢流阀清洗11. 采取隔离消振措施泄漏1. 油封或密封圈损伤2

23、. 密封表面不良3. 泵内零件间磨损、间隙过大1. 更换油封或密封圈2. 检查修理3. 更换或重新配研零件过热1. 油液粘度过高或过低2. 油液变质，吸油阻力增大3. 油箱容积太小，散热不良1. 更换成粘度适合的液压油2. 换油3. 加大油箱、扩大散热面积4.2液压缸常见故障及其排除方法液压缸常见故障及其排除方法见表4.21：表4.21 液压缸常见故障及其排除方法故障现象产生原因排除方法爬行1. 外界空气进入缸内2. 密封压得太紧3. 活塞与活塞杆不同轴，活塞干不值4. 缸内壁拉毛，局部磨损严重或腐蚀5. 安装位置有偏差1. 设置排气装置或开动系统强迫排气2. 调整密封，但不得泄漏3. 校正或

24、更换，使同轴度误差小于0.04 mm4. 适当修理，严重者重新磨缸内孔，按要求重配活塞5. 校正冲击1. 用间隙密封的活塞，与缸筒间隙过大，节流阀失去作用2. 端头缓冲的单向阀失灵，不起作用1. 更换活塞，使间隙达到规定要求，检查节流阀2. 修正、研配单向阀与阀座或更换推理不足速度不够或逐渐下降1. 由于缸与活塞配合间隙过大或O形密封圈损坏，是高低压则互通2. 工作段不均匀，造成局部几何变形有误差，使高低压腔密封不严，产生泄漏3. 缸端活塞杆密封压得太紧或活塞杆弯曲，使摩擦力或阻力增加4. 油温太高，粘度降低，泄漏增加，使缸速度减慢5. 液压泵流量不足1. 更换活塞或密封圈，调整到适合的间隙2

25、. 镗摸修复缸孔径，重配活塞3. 放松密封，校直活塞杆4. 检查温升原因，才去散热措施，如间隙过大，可单配活塞或增装密封环5.检查泵或调节控制阀外泄漏1. 活塞杆表面损伤或密封圈损坏造成活塞杆处密封不严2. 管接头密封不严3. 缸盖处密封不良1. 检查并修复活塞杆和密封圈2. 检修密封圈及接触面3. 检查并修整4.3溢流阀的常见故障及其排除方法溢流阀的常见故障及其排除方法见表4.3-1：表4.3-1 溢流阀的常见故障及其排除方法故障现象产生原因排除方法溢流阀压力波动1. 弹簧弯曲或弹簧刚度太低2. 锥阀与锥阀座接触不良或磨损3. 压力表不准4. 滑阀动作不灵5. 油液不清洁，阻尼孔不畅通1.

26、更换弹簧2. 更换锥阀3. 修理或更换压力表4. 调整阀盖螺钉紧固力或更换滑阀5. 更换油液，清洗阻尼孔溢流阀明显振动，噪声严重1. 调压弹簧变形，不复原2. 回油路有空气进入3. 流量超值4. 油温过高，回油阻力过大1. 检修或更换弹簧2. 紧固油路接头3. 调整4. 控制油温，将回油阻力降至0.5MPa以下溢流阀泄漏1. 锥阀与阀座接触不良或磨损2. 滑阀与阀盖配合间隙过大3. 紧固螺钉松动1. 更换锥阀2. 重配间隙3. 拧紧螺钉溢流阀调压失灵1. 调压弹簧折断2. 滑阀阻尼孔堵塞3. 滑阀卡住4. 进、出油口接反5. 先导阀座小孔堵塞1. 更换弹簧2. 清洗阻尼孔3. 拆检并修正，调整

27、阀盖螺钉紧固力4. 重装5. 清洗小孔4.4排除液压系统突然不工作故障液压回路见图1-3，故障症状为液压系统在工作过程中突然不工作了。检查过程如下：1） 检查油箱油位，看看油位是否在最低油位以上；2） 手动操纵方向控制阀（电磁阀通过电磁铁两端的手动按钮推动），如果阀芯推不动，说明是方向阀出了故障；如果方向阀可以换向，且液压缸动作了，说明是电磁阀的电气线路出了故障；如果液压缸还不能动作，进行第三步。3） 检查泵站压力。方向阀处中位，查看泵出口处压力表的读数是否调至额定值。如果低得多，作下列检查：压力表开关是否开了，压力表是否损坏，溢流阀是否出故障，吸油过滤器是否堵塞，泵是否损坏。 如果压力低得不

28、多，可做下列检查：泵内是否严重的内泄漏；溢流阀调整是否不正确；将溢流阀压力调高，在控制换向阀换向，液压缸应动作，如果液压缸的运动速度满足工作要求，故障就排除了，如果速度不能瞒住要求，则需修理液压泵；如果在溢流阀调整值后液压缸仍不能动作，则作下一步检查。4） 上述工作做完以后，仍没有排除故障，那么可能就是液压缸出故障了。首先不要急于拆卸液压缸，把方向阀打开到左位或右位，启动液压泵一段时间以后，仔细摸一摸整个缸底，看是否有局部发热处。如果活塞处密封损坏了，就会有油液从高压腔漏至低压腔，油液从狭窄的缝隙流过时，液压能便转换为热能，如果没有局部热点，进行下一步。5） 拆开液压缸一端的管接头（图1-3的上端），把它连接到一个三通管接头上，三通的另外两端分别接压力表和截止阀，方向换向至左位，读压力表的