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液压 驱动 金属 打包机 设计 系统 CAD

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液压驱动金属打包机设计-带液压系统含6张CAD图,液压,驱动,金属,打包机,设计,系统,CAD

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附录 1：外文翻译液压回收修井机研究及起重机仿真摘要：本文研究了一种先进的节能型石油机械，即液压回收装置。这台钻机的设备功率仅为普通钻机的 1/3，而且该钻机还可以回收利用管道中释放的潜在能量。本文介绍了该钻机的特殊工作原理。并且进行了节能分析。分析表明，当把重达 260 克的管弦降低时，这个钻机所能恢复的能量是 240106J。建立提升管弦的数学模型，并进行了仿真分析。通过仿真，得出了一些结论:（1）管道越轻，管道的吊装时间越短;（2）节流阀路径的面积越小，管道吊装时间越长;（3）空气容器体积越小，管道吊装时间越短。实际的测量结果表明，仿真结果是正确的。关键词：节能，修井设备，能量回收，起重，仿真1 介绍通常用于石油开采的普通钻井平台有一种不合理的巨大能源浪费。如下所示:（1） 从油井中提升管道的工作是一个连续的循环过程。重达数十吨的管状管被吊到地上，一根接一根。在一个循环中，从井中抬起管道的时间只有大约四分之一的时间，而在这里， 电动机在一个高功率下工作。把管道从管道中移走的时间是 3/4，在这里电动机工作在低功率下。普通钻机的大功率电机大多在低功率下工作，因此不经济。（2）从油井中移到地面的管道将大量潜在的能量储存起来，当管道被放低到井里时，沉积的势能就会释放出来。普通钻机只是通过制动来浪费这种能量，这种能量是无法恢复的。因此，开发了一种液压回收修井机。该钻机具有由电动机和大蓄能器驱动的液压泵。当提升管弦时，蓄电池在辅助时间（拆卸和定位单管的时间）内储存电机能量，并在提升时释放它，以帮助电机提升管道。因此，这种钻机的配备能力只有平常的三分之一。例如，当额定吊钩负载为 300k N 时，该装置的配备功率为 45kW，普通的功率为 150kW。该钻机可以恢复降低时由油管道释放的潜在能量。2 工作理论：简介2.1 液压系统理论介绍。液压回收修井机液压系统如图 1 所示。液压油源由泵 1 和蓄能器组成。特别建造的大型蓄电池由空气容器 5 和储油缸 4 组成。空气容器的容积是1.68 m3。储油缸的容积是 0.19m3。复合气缸 11 具有 q1，q2，q3-三室。液压方向阀 6,7,8 分别控制 q1，q3，q2 与高压油（泵和蓄能器）或低压油（油箱）相连。当 q1 和 q2 腔室与高压油相连接时，由柱塞 12 上的油压产生的力就向上，当 q3 室连接高压油时，柱塞 12 上的油压产生的力向下。连接高低压油，不同的三室组合模式，决定不同的力等级，以满足提升和降低不同负荷的需要（见表 1）。节流阀 9,10 控制升降速度并用作制动器。- 24 -2.2 .复合缸提升部件的介绍。如图 2 所示，复合气缸的柱塞 3 的顶部连接到行驶支架 4。四个移动块 5 安装在支撑件中，并且两个顶块 2 安装在复合气缸体中。两个钢链中的每一个在两个移动块和一个顶块中卷绕。钢链的一端与钩连接，另一端固定在基座上。当柱塞被驱动时，行驶块及其支撑件同步上升，带有管道的钩子以柱塞的四倍速度上升。当柱塞再次被驱动时，钩子和管道以柱塞的四倍速度下降。2.3 进一步介绍。表 1 中计算吊钩起重载荷的方程式为F=p(A1+A2-A3)/4式中：F 是吊钩起重载荷，p 是油压，A1 是 q1 室的面积，A2 是 q2 室的面积，A3 是 q3 室的面积。对于同一个力的级别，如果复合气缸的一个腔室与高压油相连，其面积计算如公式1，否则不按公式 1 计算，也就是说，使其面积为 0，以力级 2 为例，q2 室与低压油相连，然后在计算吊钩负荷时，根据公式 1 计算，A2 为 0。在提升操作中，如果所选的力等级大于管道的重量，则管道可以从井中升起。例如，当管道的重量是 210 k N 时，如果选择了 6 级，管道可以被提升。在下降操作中，如果所选的力等级小于管道重量，则可以将管道降至井底。例如，当管道重量为 210k N 时，如果选择强度等级 5，则可以降低管道，同时柱塞 12 被迫缩回。因此，一些高压油被压入蓄能器以节省，实现了管道势能的恢复。3 能量回收分析如前所述，在降低操作中，如果所选的力等级小于管道的重量，管道可以下降，一些高压油被压入蓄能器以节省，实现管道势能的恢复。回收的能量如表 2 所示，其中A1 是 q1 室的面积，A2 是 q2 室的面积，A3 是 q3 室的面积，s 是单根管道的长度。表2 中的值是在 A1 = 603.1cm2，A2=490.9cm2，A3=289.8cm2，s=9.6m 的条件下降低单管的回收能量，这个值就是在降低单个管道时压入蓄能器中的油的体积。如表 2 所示，当管道重量 G3 小于等于 38KN 时，0 级力被用在降低管道，因为这里复合缸的每个腔室都不与蓄能器连接，所以能量不能在 0 等级下恢复。随着管道重量的增加，当 G3 大于38KN 时，根据管道重量，可以选择等级 1 到等级 5 力级较低的管道。此时，一些高压油将被压入蓄能器。与此同时，发动机可以关闭，恢复的能量可以用于辅助工作。在发动机关闭时管道下降期间，由于管道势能变成蓄能器的液压能量，因此不能发生“打滑”，也就是说，这时蓄能器作为制动器。另外也可以在下降速度高的情况下使用节流阀。现场操作显示节流阀在下降管道时很少使用。以 2 级力为例子介绍降低单根管道的计算。在 2 级力下降的管道重量范围为 66110KN，所以在 2 级力下降的管道的总重量为 44kN。单根油管的重量 1269.6=1209.6KN，所以在 2 级力可以下降管道数量为 36。当降低重量为 260 k N 的管道时，蓄能器中回收的油的总体积为V=230.0483+360.0752+230.1187+410.1447+600.193=24（m3）- 25 -在蓄能器中回收的总能量为(油压 p 为 10MPa)E=vP=1010624=240106 （J）240106 J 的能量相当于 100 k W 的柴油发动机运行约 40 分钟的能量。4 起重机的数学模型液压能量回收修井机具有不同的数学模型，用于在不同的力等级下提升管道。但推理过程是类似的。以下以 5 级力为例子计算，计算过程中不考虑通过各个管道和阀门的压力损失。如图 3 所示，当以 5 级力提升管道时，q1,q2,q3 室都与泵和蓄能器连接。来自泵和蓄能器的油以及由 q3 室挤压的油进入 q1，q2 室，使柱塞上升以提升管道。- 25 -附录 2：外文原文- 26 - 27 - 28 - 29 - 30 - 32 -任务书论文(设计)题目：液压驱动金属打包机设计工作日期：2016年12月12日 2017年05月26日1.选题依据:在金属废料多的地方，处理比较麻烦，占用空间大，运输时还容易散落，造成污染，因此设计一金属打包机，方便处理并运输。2.论文要求(设计参数):设计说明书（不少于6000文字），相关图纸（A0图纸的不少于两张，零件图若干），外文翻译（不少于2000字）。3.个人工作重点:打包机的整体结构设计，机座部分结构设计、材料选择，挤压部分结构设计、材料选择，液压系统设计、元件选择。4.时间安排及应完成的工作:第1周：下达毕业设计任务，查找相关文献资料。 第2周：研读文献资料并完成文献综述。第3周：撰写开题报告，准备开题答辩。第4周：开题答辩，答辩后根据老师的建议修改开题报告。寒假期间完成外文的翻译工作。第5周：完成整体的方案设计选择。第6周：根据所选择的方案进行打包机的结构设计。第7周：打包机的上盖挤压部分结构设计、材料的选择、参数计算、校核。 第8周：打包机的水平挤压部分结构设计、材料的选择、参数计算、校核。 第9周：液压动力系统的方案设计。第10周：液压动力系统的相关参数计算、校核。 第11周：液压系统图的绘制及液压元件的选择。第12周：完成装配图绘制。第13周：完成零件图的绘制。第14周：撰写说明书。第15周：打印材料，准备答辩。5.应阅读的基本文献:1洪震，贺元成. 全自动液压打包机改进设计J. 机械，2015年09期2王青云. 金属打包机液压系统设计J. 橡塑技术与装备，2015年16期3杨贺明. 日产120t液压打包机的设计校核J. 国际纺织导报，2013年04期4贺正权，华延功. PLC控制的液压打包机在铝加工行业的应用探析J. 科协论坛，2013年09期5陈辉. 废纸板打包机液压系统设计J. 液压气动与密封，2013年08期6郭锐，石玉，赵静一. 液压泵可靠性短时试验方法研究J. 农业机械学报，2016年03期7刘保杰； 杨清文，吴翔. 液压系统故障诊断技术研究现状和发展趋势J. 液压气动与密封，2016年08期8王琳 高压大流量液压系统设计中的关键因素J. 锻压技术，2016年08期9罗才君，杨洪波. 主镜液压支撑系统性能优化分析J. 计算机仿真，2016年04期10陈丽君，姚建勇. 机载液压系统故障诊断与健康管理J. 航空精密制造技术，2016年02期指导教师签字：XX教研室主任意见：同意签字：XX 2016年12月11日教学指导分委会意见：同意签字：XX 2016年12月11日 学院公章进度检查表第-1周工作进展情况首先明确自身的设计任务及要求，通过中国知网查找和收集相关的文献及资料，并进行了研读，而后综合所研读的文献资料，了解毕业设计的设计重点和设计所要面对的问题，做出总结，完成文献综述和开题报告。2017年01月06日指导教师意见毕业设计任务下达后，该生按时完成了相关文献集料的查找，完成了开题报告的撰写，顺利通过了开题答辩，继续按计划进行后续任务。指导教师(签字)：XX 2017年01月06日第 3周工作进展情况完成外文翻译工作，整体方案的选择，根据整体方案进行结构设计2017年04月26日指导教师意见开题报告完成后，按计划继续进行了设计工作，寒假期间完成了相关外文翻译，结构方案设计比较合理。继续进行相关工作。指导教师(签字)：XX 2017年04月21日第 6周工作进展情况结构设计完成后，选择上盖和水平方向挤压材料，完成上盖挤压部分的计算和校核以及水平挤压部分的计算校核2017年04月26日指导教师意见整体来说进度有点慢了，稍微加快一点节奏，把进度赶上来，结构设计及计算部分比较合理，继续进行。加快点！指导教师(签字)：XX 2017年04月21日第 9周工作进展情况选择液压动力系统的整体方案，根据所选方案进行液压部分的各种设计计算，设计回路2017年04月26日指导教师意见整体来说进度还是慢了点，再稍微加快一点节奏，把进度赶上来，继续进行液压部分的设计，从参数的选择及计算人手，回路要设计合理，满足工作要求。指导教师(签字)：XX 2017年04月21日第 12周工作进展情况基本完成了接卸与液压部分的设计、计算与校核，装配图、零件图和说明书都基本整体完毕2017年05月25日指导教师意见基本完成了各部分的设计、计算及校核，图纸、说明书也基本整理完毕，整体上工作进度较慢，学习工作态度不太认真。马上做最后的收尾工作，打印相关资料，准备答辩。指导教师(签字)：XX 2017年05月24日第周工作进展情况年月日指导教师意见指导教师(签字)：年月日过程管理评价表评价内容具体要求总分评分工作态度态度认真，刻苦努力，作风严谨32遵守纪律自觉遵守学校有关规定，主动联系指导教师,接受指导32开题报告内容详实，符合规范要求54任务完成按时、圆满完成各项工作任务42过程管理评分合计10 过程管 理评语 该生在完成毕业设计的过程中表现出态度不太认真，不太积极，工作不够刻苦努力，作风不太严谨。 学生能够自觉遵守学校的有关规定，但是不能够主动联系指导教师，每一次都是老师联系学生才能过来接受指导，表现出比较散漫。 开题报告紧扣专业方向、紧扣现实，做到理论与实践结合、与实习体会结合，有现实意义，内容详实，符合规范要求, 该同学前期的工作进度良好，但到了中后期工作进度比较慢一些，经过最后的努力，基本能完成各项工作任务。指导教师签字:XX日期:2017-05-24指导教师评价表评价内容具体要求总分评分选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满53能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语能力、文献资料检索能力、计算机应用能力53完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规106指导教师评分合计12 指导教 师评语 选题源于实际工程应用，与实践工作结合比较紧密，是学生所学专业知识的延续，符合学生专业发展方向，对于提高学生的基本知识、技能和研究能力有益。符合学校的相关目标要求，实践意义较强，开拓性、创新性一般，难度适宜，工作量基本饱满。 从学生的工作过程中和论文图纸完成的质量来看，该生的综合运用知识能力一般，中文表达尚可，外文能力有待提高，文献资料检索能力一般，计算机操作比较熟练。 论文的文题相符，概念基本准确，其中的分析、论证、设计、计算等基本正确合理，结论基本明确。论文的撰写格式、图表等基本符合规范要求。指导教师签字:XX日期:2017-05-24评阅人评价表评价内容具体要求总分评分选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满55能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语能力、文献资料检索能力、计算机应用能力53完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规106评阅人评分合计14 评阅人 评语 题目符合机械设计制造及其自动化专业培养目标要求，符合机械工程卓越工程师培养目标，有一定的研究价值和实践意义。深度及难度适宜，工作量适中，基本满足要求。图纸符合国家标准要求，论文格式正确，书写规范，条理清晰，语言流畅。英文摘要和外文翻译能做到语言基本流畅，基本完整表达原文意思，中文表达与外语应用能力较强该毕业设计基本综述了本行业发展现状，在掌握当前主流技术的基础上，完成了设计、）结构设计等内容，设计方案合理。同意该生参加毕业设计答辩评阅人签字：XX评阅人工作单位：XX日期：2017-05-25答辩纪录 学生姓名：XX专业班级：机英132毕业论文(设计)题目： 液压驱动金属打包机设计答辩时间：2017年05月26日 时 分 时 分答辩委员会(答 主任委员(组长)： XX辩小组)成员委员(组员)： XX答辩委员会(答辩小组)提出的问题和答辩情况问题1：压缩室的尺寸，在哪个位置？ 回 答： 1100650550mm问题2：废料的类型回 答： 较软的金属材料问题3：废料的投放方式回 答： 直接投放，液压缸推出问题4：压力机的压力回 答： 1000KN，约100吨问题5：主要材料结构的强度极限回 答： 用45#钢，压缩软的废料问题6：外文文献的问题回 答： 中国人在外文期刊上发表的记录人： 2017年05月26日答辩委员会评价表评价内容具体要求总分评分自述总结思路清晰,语言表达准确,概念清楚,论点正确,分析归纳合理106答辩过程能够正确回答所提出的问题,基本概念清楚,有理论根据106选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满54完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规107能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语应用能力、文献资料检索能力、计算机应用能力106答辩委员会评分合计29 答辩委员会评语 XX同学在毕业设计工作期间，基本遵守各项纪律，表现一般。 能按时完成毕业设计有关任务。 论文立论正确，立论分析无原则性的错误，解决问题方案有一定的参考价值，结论基本正确。 论文使用的概念基本正确，语句通顺，条理比较清楚。 论文中使用的图表，设计中的图纸在书写和制作时，能够执行国家相关标准，基本规范。 能够查阅文献资料，原始数据搜集得当，实验或计算结论基本准确。 答辩过程中，能够阐述出论文的主要内容，主要问题经答辩教师启发后能够回答出来。答辩成绩： 29答辩委员会主任：XX2017年05月28日毕业论文(设计)成绩评定 项目分类成绩评定过程管理评分10指导教师评分12评阅人评分14答辩委员会评分29总分65成绩等级D成绩等级按“A、B、C、D、F”记载成绩审核人签章： XX审核人签章： XX一、选题依据1论文（设计）题目液压驱动金属打包机设计2研究领域机械结构设计和液压系统设计3论文（设计）工作的理论意义和应用价值随着科学技术发展和人民生活水平的提高，各种生活金属废品和工业金属废料也日益增多，过度开采也导致各类矿产资源不断减少。怎样利用这些金属废弃物，不使其污染环境，又变废为宝，达到可持续发展的目的成为一个重要的研究课题摆在人们面前。液压金属打包机就是在这种需求下产生的。金属打包机主要是用来将废铁、废铝、废铁、线材以及一些轻薄金属板材余料等压缩成块打包，提供给钢厂作为回炉熔炼的合格炉料。这样既加快了废金属的回收和利用，减少了废料的运输成本和冶炼成本，又方便储存运输，提升回炉速度。提高了生产效率和经济效益。4目前研究的概况和发展趋势当前，中国的打包机还是以模仿为主，对外国的产品略有改善，没有实质的发展， 而在企业管理中，往往只注重生产加工、轻研究开发，创新不够。我国的液压剪切机和液压打包机在 20 世纪 80 年代中期就开始起步研制应用。当时国家已经将废钢铁回收列入节能项目中，这主要是为了从宏观政策上鼓励发展。国家物资总局和商业部，为了废钢铁回收价能够正常实施，特别从捷克、美国、日本、西德等国家分别组织引进了一部分打包机以及废钢剪切机。首先对京、津等大中型城市进行武装，我国非金属加工设备的生产体系，通过随后不断的技术合作和引进先进技术等多种形式逐渐形成。虽然自 20 世纪 80 年代后期引进国外的废钢打包机械距今已有 20 几年，中国加入世界贸易组织也有多年，世界经济一体化进程不断加快，但是我国液压打包机的开发近况仍旧存在许多令人不太满意的地方：（1）新产品开发研制的动力、财力不足。（2）经久耐用简单可行的设备受欢迎。具初步统计，国外的金属打包机设备产品种类大概有 200 种，成套数量多，并且不断有新的技术和产品推出。国外打包机设备产品一方面向高精度、大型化发展，另一方面向多功能方向发展。我国的打包机械产品数量较少，仅有 60 多种，缺乏高精度、大型化打包机械产品，并且在很多领域还处在空白状态。行业需要自动化程度高、生产效率高、具有流水线形式的废钢铁综合加工机械，对一机多功能设备更加青睐。比如韩国大模技术有限公司生产的 DMS 系列的金属打包机能够 360 度自由旋转，并且功率大，适用于大钢厂料作业；詹阳动力重工公司生产出来的液压履带式抓钢机附带电磁吸盘和散料抓斗，一机多用深受钢铁企业欢迎。结合现有生产力和社会发展水平，相信金属打包机械在未来的发展态势将会呈现以下特点：（1）高效化、低能耗、高速化。提升器械的工作效率，减少生产成本。（2）自动化、智能化。打包机的自动化与智能化是今后发展的必然趋势，高效打包机械将在生产发挥越来越重要的作用，不论是在降低成本和提高效率方面，都有着巨大的贡献。全自动打包机还能减少因为人为因素产生的失误。（3）机电液一体化。综合利用各相关技术优势，扬长避短，增进整个液压系统的完善程度，取得系统优化的效果，有着显著的社会效益和技术经济效益。（4）液压元件的标准化，集成化。标准化的液压元件为设备的维修带来方便， 而集成化有效地阻止了泄露和污染。（5）安全性。运用先进的安全防护装置，保证操作者和检修人员的人身安全。二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题打包机的整体结构设计，机座部分结构设计、材料选择，挤压部分结构设计、材料选择，液压系统设计、元件选择。2.拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）（1）打包机的总体方案设计：确定必要的设计依据 对加工工件的工艺分析 打包机的整体布局 机械原理分析（2）打包机主要参数的确认：打包机的尺寸参数 运动参数等（3）打包机的结构设计：整体的结构设计 机座部分的结构设计（4）液压系统设计：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 选择液压元件 进行安全校核等（5）打包机设计一系列图样的绘制3.本论文（设计）预期取得的成果通过学习及查阅相关资料了解液压金属打包机的基本工作原理，掌握对液压金属打包机各组成部件的结构尺寸的计算、强度校核、验算过程等，了解液压金属打包机的发展趋势和相关技术。通过自主设计选择最合理的方案设计能够得到以下结果：（1）液压金属打包机的工作原理及总体方案设计（2）设计说明书（3）主要部件的结构设计（相关装配图、零件图）（4）液压金属打包机系统相关的一篇外文翻译（不少于 2000 字）三、论文（设计）工作安排1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）；（1） 参阅相关产品的技术资料，如液压金属打包机设计方案等，拟确定各结构设计方案，从而能安全实现生产液压金属打包机的功能。（2） 要从各种方案中选择合适的方案，分析出各方案的优缺点，综合优化各种方案设计，从而确定本次设计的最后设定方案。（3） 从经济性、适用性、节能性出发，设计各个部分。（4） 要完成动力驱动部分的设计与校核，主缸系统，锁紧机构等零部件的设计与校核。（5） 完成总装配图、零件图，部件图设计和说明书的撰写。2.论文（设计）进度计划（1） 第一周第四周，查找、收集相关文献资料，研读文献并完成文献综述， 撰写开题报告；（2） 第五周第七周，完成外文翻译工作和整体方案设计选择，根据选择的方案进行打包机的结构设计；（3） 第七周第九周，完成打包机上盖、水平挤压部分的结构设计、材料选择、参数计算和校核；（4） 第九周第十二周，液压动力系统的方案设计与液压动力系统的相关参数计算、校核，液压系统图的绘制及液压元件的选择；（5）第十三周第十六周，完成零件图、装配图的绘制，撰写说明书，打印材料，准备答辩。四、需要阅读的参考文献1洪震，贺元成. 全自动液压打包机改进设计J. 机械，2015 年 09 期2王青云. 金属打包机液压系统设计J. 橡塑技术与装备，2015 年 16 期3杨贺明. 日产 120t 液压打包机的设计校核J. 国际纺织导报，2013 年 04 期4贺正权，华延功. PLC 控制的液压打包机在铝加工行业的应用探析J. 科协论坛，2013 年 09 期5陈辉. 废纸板打包机液压系统设计J. 液压气动与密封，2013 年 08 期6郭锐，石玉，赵静一. 液压泵可靠性短时试验方法研究J. 农业机械学报，2016 年 03 期7刘保杰； 杨清文，吴翔. 液压系统故障诊断技术研究现状和发展趋势J. 液压气动与密封，2016 年 08 期8王琳 高压大流量液压系统设计中的关键因素J. 锻压技术，2016 年 08 期9罗才君，杨洪波. 主镜液压支撑系统性能优化分析J. 计算机仿真，2016 年 04期10陈丽君，姚建勇. 机载液压系统故障诊断与健康管理J. 航空精密制造技术，2016 年 02 期11周贵花，李传铎，孙松林，王书磊. 液压传动机构在金属打包机改造中的应用J. 山东冶金，2011 年 01 期12杨芳，杨闽，毛武荣. 预压打包机组液压原理及液压系统维护M. 机电设备，200413刘延俊.液压与气压传动M. 北京：机械工业出版社，201214张立勋，黄筱调，王亮. 机电一体化系统设计M. 北京：高等教育出版社，2007 15XINDe-zhong ， CHEN Song-ling ， WANG Qing-feng. Technologyof load-sensitivity used in the hydraulic system of an all-hydraulic core rigJ. Journal ofCoal Science & Engineering(China)，200916 Yongjun Bai ， Feng Gao ， Weizhong Guo. Design of mechanical press driven by multi-servomotorJ. Journal of Mechanical Science and Technology，201117 Deliang Gu，Kuisheng Chen，Xinbo Qian，Congchang Zhan. Reliability Analysis of Drilling Mud Pump Pressure Cylinder Hydraulic SystemJ. 2016 Third International Conference on Trustworthy Systems and their Applications(TSM)，201618曹少泳，李雄华. 基于 PLC 打包机控制系统的设计J.硅谷,2011 年 21 期附：文献综述或报告金属打包机作为一种废金属回收器械目前已广泛应用在工业生产领域中，是现阶段实现降低污染、金属资源重复利用的一种重要工具。金属打包机的发展，也反映出各个国家现如今的科学技术发展水平与工业生产水平。一、金属打包机主要是由压缩板头，压缩室，驱动系统，控制系统等部分组成。工作时，金属废料先进入压缩室，然后压缩板头通过驱动系统驱动，对金属废料进行压缩，最后打包成块，推出压缩室。现阶段大部分金属打包机还是采用传统的继电控制，设备自动化程度不高。而新式打包机由 PLC 控制，设备自动化程度高，降低了人为操作带来的失误等。二、根据驱动方式的不同，目前国内拥有并使用的金属打包机大致分为丝杆传动驱动和液压传动驱动两大类。丝杆传动驱动的金属打包机，主要由电动机、减速器、丝杆及螺母进行传动，人工取包或是机械顶住包块。这类金属打包器械，其优点是结构简单，易于制造。但是其缺点也很明显，丝杆传动的功率损耗大，磨损大，体积大， 所以在金属打包机发展过程逐渐被液压传动式所替代。而液压驱动金属打包机，采用液压系统作为打包机的驱动系统，相对丝杆传动式金属打包机来说，占地面积稍小， 结构与之相比更为紧凑，更容易获得大的压力。两种打包机的驱动方式虽然不同，但是其主机的结构基本都相同。打包机的具体运动基本都为：（1）合盖封闭料箱， 形成压缩室。即预压过程（2）第一极压头加压X 向加压（3）第二级加压Y 向加压。即最终加压，形成密度较高的束块。（4）开侧门，推出束块，（5）回位主、侧压头退回，侧门关闭，机盖启开。等待下一工作循环加料。三、液压驱动式金属打包机的核心部分便是液压系统，液压系统的性能直接影响到打包机的工作性能。打包机的液压系统主要由动力装置：液压泵；执行装置：液压缸；控制调节装置：手动方向阀、压力控制阀；辅助装置：油箱、油管、接头、密封件、压力表等组成。液压金属打包机对液压系统的要求为：（1）合理的动力装置。液压泵和电机的选择直接关系到动力源的利用率，因此， 选择液压泵和电机时应选择最合理最节能的。液压泵的基本参数为：压力、转速、流量、效率，一般应该根据系统的实际工况来选取。选择液压泵的另外因素就是泵的流量或者是排量，液压泵的流量与实际工作状况有关，选择的液压泵流量需大于液压系统工作时候的最大流量。最后结合液压泵的结构特点和性能来确定型号，一般需要达到液压泵变量机构惯性小、工作压力高、结构简单、体积小、重量轻、成本较低等特点。需要注意的是，为了使液压泵工作安全可靠，应使液压泵的额定压力大于工作压力，通常高 0.250.60，而液压泵的额定流量与实际流量相当，不需要超过太多。（2）执行装置的可靠性。执行装置液压缸的选择，首先需要根据设计的实际要求，计算参数，经过强度校核后，确定其是否符合实际生产要求，才能够确定液压缸的型号。通常，液压金属打包机需要用到 3 个或以上的液压缸，主要用途为：（a） 机盖启开或预压（b）主压力缸（c）侧压力缸等（3）方便的控制装置。液压控制元件选择。考虑打包机的运动工作循环，在压缩过程中，应保持稳定状态，不允许受到各种干扰，同时要求各个液压缸只能单独动作，不能同时动作，主缸、侧缸、盖缸都能在任意位置停止运动，基于此来选择液压油路。而选择的各种控制阀应保证液压系统的安全可靠性，同时考虑各个液压缸的互锁机制，结合控制阀的中位机能，达到减少系统的功率损失，便于卸荷的效果。（4）辅助元件选择。由于液压系统工作时会产生一系列因素，如油液可压缩性以及油液升温等，此类因素在系统静止时不会对系统系能产生影响，但是在工作时这一系列因素会导致液压系统性能无法达到设计的要求，所以需要选择一系列辅助元件，如在液压系统的回油路装冷却器，调节油温：在主压缸的加载缸进油口装压力表和安全阀等，让液压金属打包机满足工作循环中各种压力、流量变化的要求。四、打包机的控制系统，市面上常见的金属打包机控制系统大致也分为两种，通过继电器控制，和采用 PLC 作为控制软件控制系统。（1）传统的继电器控制方式， 虽然控制形式简单，但是有的控制全都是采用电气元件来完成，接线较为麻烦，在系统发生问题时，查找起来非常困难，并且通过人工操纵杆实现打包机的运动控制，不能达到控制精确，甚至可能导致操作失误而带来不必要的损失。所以这种控制方式终将被淘汰（2）新式打包机通过运用 PCL 控制系统，作为新一代可编程控制器的 PLC， 在生产过程中的自动控制和顺序逻辑控制可根据要求和加工流程来实现，通过计算机收集数据信息，然后进行数据分析与处理，再进行系统的总体控制，控制相对精确， 所以在控制现场中 PLC 不仅被广泛应用，同时也取得了很好的控制效果。并且采用PLC 控制，在检查系统问题时也相对简单。五、液压系统的故障检测。随着液压技术与微电子技术、计算机控制技术、传感技术等新技术的紧密结合，使得液压系统向着复杂化、精密化和自动化的方向快速发展，而且用途越来越多，涉及的领域也越来越广。在机、电、液一体化的耦合系统中， 液压系统发生的故障具有随机性、隐蔽性和复杂性等特点，所以开展针对液压系统的故障诊断的研究显得尤为重要。依据液压系统的故障诊断技术特点，可分为以下三个发展阶段：（1）原始诊断阶段。该阶段由于机器装备比较简单，故障诊断主要依靠专家或维修人员通过感官、经验和简单仪表，对故障进行诊断并排除。通常采用的方法有感官诊断法、逻辑分析法、图论法和仪器检测法。每种方式方法的应用时机，需要视具体的应用场合与故障发生状况而定。该发展阶段的故障诊断方法，其优点是建模简单， 分析过程和结果易于理解。但它过于依赖检修人员的判断能力和实际经验，只能对故障进行简单的定性分析，做不到定量分析。另外，当系统复杂时，使用此类诊断方法将会变得非常困难，费时费力，而且诊断正确率不高，满足不了现代液压系统的要求。（2）基于传感器与计算机技术诊断阶段。这个阶段由于传感器技术和动态测试技术的发展，使得对液压系统个中诊断新号（压力、流量、振动等）的测量变得容易和快捷，微机和信号处理技术的快速发展，使数据处理的效率大大提高，从而出现了各种状态监测和故障诊断方法。主要是时域分析法、频域分析法、时频分析法、状态空间分析法、动态过程分析法、参数估计法等。该阶段的诊断方法，需要建立系统的数学模型或者提取系统的特征参数，而液压系统是一个非线性时变系统，具有强耦合、滞后、参数时变等非线性特征，导致液压系统故障特征参数提取困难，数学模型极其复杂甚至数学模型无法建立的情况，很难得到较准确的在线状态估计或参数估计。（3）智能化诊断阶段。这一阶段的特点是将人工智能的研究成果（专家经验的总结、模糊逻辑和人工神经网络等）应用到液压系统故障诊断领域中，它以常规信号处理和诊断技术为基础，以人工智能技术为核心，构建智能化故障诊断模型和系统。此时，故障诊断过程由以知识处理为核心取代了以数据处理为核心。目前，基于人工智能的液压系统故障诊断法主要有基于模糊逻辑的诊断法、基于专家系统的诊断法和基于神经网络的诊断法以及它们之间的融合等。基于专家系统的诊断法，是根据人们在长期的实践中积累起来的大量故障诊断经验和知识设计出的一套计算机程序，其诊断结果直观、形象，易于理解，并且克服了模型诊断法对模型的依赖性。但是，专家系统存在知识获取比较困难；当规则较多时，推理中存在匹配冲突、组合爆炸等问题，导致推理速度变慢、效率低下。基于神经网络的诊断法，是利用神经网络具有高度的自适应性、较强的自学习能力和容错性以及分布式并行信息处理功能等，较好地解决了专家系统中出现的无穷递归、组合爆炸及匹配冲突等问题，并使计算速度大大提高。但是，神经网络故障诊断存在学习算法收敛速度慢，训练样本获取困难，不能解释推理过程和推理结果等问题。结合目前的人工智能、只能计算、信息处理等计算机等相关技术领域的发展，将相关学科和领域的新技术、新理论不断引入并与现有的故障诊断技术相融合，必将促进液压系统故障诊断技术的进一步发展。摘要伴随现代科技水平的不停发展，对各个国家来说，金属资源变得越来越重要。在工业发展中，对金属资源的不合理使用以及过渡开采，浪费了大量的金属资源。金属资源的不断减少引起了人们的担忧，在此情况下，如何实现废弃金属的回收再利用，成了工业发展中尤为重要的课题。金属打包机就在这种形式下孕育而出。打包机整体结构的设计，机座部分结构设计、材料选择，液压系统的设计、元件选择以及打包机液压原理图设计等是本次设计的主要内容。本次设计告别传统的丝杆传动，而采用液压传动的形式，为打包装置传递更大的工作压力。本次设计的打包机采用主、侧双液压缸进行工作，侧液压缸放在投放物料仓室的后方，主液压缸则放在投放物料仓室的侧方。压缩室的设计及其材料的选择是整体结构设计的主要内容。而活塞杆以及缸筒的计算校核等是液压缸设计的主要内容。在本次设计的打包机中，除去主、侧两个液压缸完成打包工作外，还包含有前门液压缸、上盖液压缸和锁紧液压缸，它们分别完成各自的工作，从而完成整个打包过程。本次设计完成了上述液压金属打包机所需要的设计。整个液压金属打包机具有很大的优点，成本造价低廉，具有快速、高效的工作效率，应用广泛。关键词：废金属的回收；金属打包机；液压IABSTRACTWith the development of modern science and technology, metal resources are becoming more and more important to individual countries.The excessive use of metal resources and the exploitation of the transition have wasted a lot of metal resources.Metal resources decline has caused peoples concern, in this case, how to realize the scrap metal recycling, became the industrial development is particularly important topic.Charter planes were born in this situation.Design of the whole structure of baling press, stand part of the structure design, material selection, hydraulic system design, component selection and packer hydraulic principle diagram design is the main content of this design.This design does not use the traditional screw drive, but the hydraulic drive is used to provide the power for the machine.A double hydraulic cylinder is used for work, the main hydraulic cylinder is placed in the back of the compression chamber, and the side hydraulic cylinder is on the side of the compression chamber.The design of the compression chamber and its material selection are the main content of the overall structure design.In the design of the packing machine, remove the main hydraulic cylinder, side two complete packaging work outside, still have three auxiliary hydraulic cylinder, respectively, to complete the whole process.This design completes the design of the hydraulic metal press.The whole hydraulic metal packing machine has a lot of advantages, not only cost low, but also widely used by enterprises.Key Words：Scrap metal recycling;Metal baling press;hydraulic pressureII目录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 文献综述11.2 设计内容简介21.3 本章小结32 打包机主体的设计分析42.1 打包机的结构设计42.2 打包机压缩室设计与强度校核73 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93.3 液压缸的计算113.4 拟定液压系统回路143.5 液压系统压力分析173.6 液压元件的选择184结论21参 考 文 献22附录 1：外文翻译23附录 2：外文原文26致谢32I毕业设计（论文）题目1 绪论1.1 文献综述1.1.1 课题研究背景近乎所有的打包机都是同一个原理：让废弃的、原来散乱、占用空间大的材料经过设备的压缩、打包，变为同一规格的小体积、比重大而且容易回收和运输的包块。目前打包机分为金属打包机和非金属打包机两种。本设计选择适用于各类金属与相应的金属制品材料的压缩和打包3。金属打包机的主要作用是将废弃金属物料以及一些轻薄金属板材余料压缩打包成块，打包成块后作为回炉熔炼的合格炉料，实现再利用。这样不仅可以减少了废弃物料的运输成本以及冶炼成本，又方便运输储存4，可以大大提高生产效率和经济效益。工业科技的不断飞速发展，使废弃金属的产量急剧增加，所谓废金属是指包括废包装物、线材、边角余料、切屑等，这些不能够直接再投入生产使用的金属物料。金属资源的过度浪费虽然引起了国内企业的担忧，但还是没有引起相当的重视。而且当前，中国的打包机还是以模仿为主，对外国的产品略有改善，没有实质的发展，而在企业管理中，往往只注重生产加工、轻研究开发，创新不够，所以我们要勇于开发和创新，在自身的方面进行摸索研究并实践，提高自身的能力，为中国打包机的发展做出贡献。相比于国外，我国的打包机械产品种类和数量都比较少。国外的打包机械产品已经走向节能化、智能化和高科技化。而国内引进国外废金属打包机距今已有 20 多年，但是打包机械的发展却依然没有跟上工业科技发展的脚步。结合现有生产力和社会发展水平，相信金属打包机械在未来的发展态势将会呈现以下特点：高效化、低能耗、高速化自动化、智能化。机电液一体化。液压元件的标准化，集成化。从一些资料上能够了解到，目前国内拥有和使用的金属打包机主要分为：丝杆传动以与液压传动金属打包机两类。然而现在，由于采用丝杆传动，这类传动其功率损耗太大，压头力的传动不稳定，加工成型的包块密度比较低，结合丝杆传动自身的 v 弊端和限制，所以采用丝杆传动的金属打包机几乎已经被淘汰掉了；而采用液压传动的金属打- 9 -包机与丝杆传动相比较来说，液压打包机能够传递更大的压力，工作效率也更高，并且速度能够自动控制。1.1.2 课题研究的意义从我们的周边环境，易觉察到，现在很多企业工厂的金属废料以及日常生活中遗弃的金属制品都在与日俱增，这是工厂和企业在飞速发展以及人们的生活质量也变得越来越高的原因。然而，这种原因也自然的给我们周围的环境和社会的发展带来了相对的影响。并且，各类矿产资源属于不可再生资源，会随着工业发展而逐渐减少。因此，如何对这类废弃金属材料采取回收和利用已是一个刻不容缓的问题。加快废金属的回收和利用，不仅是人心所向，也是工业发展的实际需求。金属打包机就是在这种需求下产生的。打包机在国民经济发展中有着不可代替的作用，因为它能实现对金属废料的打包回收和再利用，符合可持续发展的道路，前景开阔。不使环境污染变得更严重，变废为宝，资源回收再利用，达到可持续发展的目的是必须要的。但是，我们目前面临更多的问题是如何降低回收的成本，并且提高回收的效率。现在国外的打包机正在朝着智能化、自动化、高效化的方向发展。而国内对于新产品的研究和开发的缺乏动力、财力，使得如今打包机的技术仍然处于落后的不良局面。在日益激烈的竞争下，企业的自主研究成果无法与大众分享，而相关的部门又缺少科研经费的投入，使得我国在这一领域的空白很难填补。综合以上所述的情形，本文研究设计的液压驱动金属打包机相比于过去的打包机， 是具有一定研究意义的。1.2 设计内容简介1.2.1 研究解决的问题传统的打包机械设备主要包含传动机构、动力系统和工作机构。动力系统为打包机械设备提供动力源；打包机械的运作是依靠传动机构来实现的；而传动机构的作用则是为了让动力源满足运行机构对速度、力、以及其他运行功能要求的装置6。确定初始数据： 确定公称推力：1150KN 确定压缩室的尺寸：1100650550mm 确定包块尺寸：（240-350）250250mm 确定包块密度： 1800kg/m3 确定生产效率：900-1200kg/h1.2.2 整体设计方法（1）金属打包机主体的设计 打包机机体设计 压缩室设计a.压缩室尺寸设计b.进行强度校核（2）液压系统的设计 选择液压泵 设计能实现足够流量和工作压力的液压油泵当中液压源的产生机构 设计液压缸及控制油路：要求能实现的工作过程为：启动，上盖缸合上，锁紧机构锁上侧缸快进，到达一定位置后切换为工进当侧缸压力达到一定值后，侧缸保压主缸快进，到达一定位置后切换为工进当主缸压力达到一定值后，主缸保压保压一定时间，两缸泄压，主缸回到起始位置锁紧机构松开打开上盖打开前门侧缸将包块推出压缩室侧缸快退，回到初始位置关上前门等待下一次填料。 辅助装置的确定：采用以上提到的各个部位相互连接通道和接口。 液压原理图的设计1.3 本章小结根据市场需求和制造能力，完成打包机的研发制造。要求能够达到工作安全、步骤准确、便于维护、并且能够使所设计的打包机满足经济实惠、性能稳定的目标，采用液压系统控制，控制容易、便捷，可以非常好的满足市场的需求。加工工艺很好7。2 打包机主体的设计分析这一章主要设计打包机的外形，以及确定主要工作液压缸、辅助液压缸在打包工作过程中的的具体运动形式，然后分析各个受力部分，校核其强度。2.1 打包机的结构设计打包机的结构设计包括机体设计，根据已定条件进行打包机运动形式设计以及压缩设计室。这设计过程中，想要设计出合理的结构，对打包机的具体运动的分析，是达到本次设计目的的重要前提8。2.1.1 打包机的运动 打包机运动程序如下：（1）投料后，上盖关闭，形成压缩室，然后锁紧机构工作，防止在压缩过程中上盖被顶开。（2）侧液压缸快速前进，到一定形成转换为工作进给，工进直到金属打包块达到预定尺寸之后，侧液压缸停止。（3）侧液压缸停止后，主液压缸快速前进，与侧液压缸一样，到一定位置后转换成工进，同样工进到废弃金属打包块达到预定的尺寸之后，主液压缸停止。两个完成打包工作的液压缸经过一段时间的保压之后，马上快退回到初始位置。（4）废弃金属打包成块后，锁紧机构松开，上盖打开。（5）开启前门，侧缸将打包块快速推出，切换成快退，运行到起始位置。（6）关闭前门，进入下一次的工作循环。2.1.2 打包机的总体布局（1）主体布局侧液压缸放置于投放物料室的后方，投放物料仓室的侧方安放进行主要工作的液压缸，上盖液压缸安置于侧液压缸的上方，锁紧系统置于上盖上面，前门系统置于前门， 这就是打包机的主体布局。而打包机的总体可分为： 机体为保证机体安装起来和拆卸起来都相对比较容易，而且在工作过程中也不容易被损坏，整个机体由多个大板块拼接而成，为方便整个机械设备的维修与安装，使整个机体的位置形式固定。 上盖液压缸系统上盖缸系统由液压缸和上盖构成。打包机在工作之前，上盖液压缸推动上盖落下，形成密闭的压缩室，此时压缩室的高度就是打包块的高度。上盖需要焊接加强筋。 锁紧系统锁紧系统置于上盖上面，打包机在进行打包工作之前，锁紧系统依靠靠锁紧液压缸推动销轴导入前门挡板的销孔内，使上盖与前门挡板锁紧。这样就能避免打包机工作过程中由于过大的挤压力将上盖顶开，产生危险事故。前门上的孔道要足够大，目的是为了避免由于废料的干扰，导致销轴不能正确推入到前门的销孔内，造成意外事故。 主、侧液压缸系统主液压缸、侧液压缸系统是金属打包机的主要工作系统，它的主要工作是完成废弃物料的压缩过程，使打包块具有一定的密度，形成一个一定尺寸的打包块。 前门系统前门系统的作用是，当包块打包成形后，前门液压缸将前门打开，使金属打包块从前门被推出。因为前门直接与高压室相连，在打包机工作过程中直接承受来自侧液压缸系统的压力，所以应当确保开门前，侧液压缸的已经卸压，不然可能会导致前门无法正常开启，更严重的可能是造成部件直接被损坏。（2）结构设计打包机压缩室的尺寸为1.1 0.65 0.55m3 ，为了使计算过程变得更加简便以及缩短液压缸的工作行程，现确定经过压缩的打包块尺寸为300 250 250mm ，那么可以计算出以下液压缸的工作行程：侧液压缸工作行程： L1 = 1100 - 300 = 800mm ； 主液压缸工作行程： L2 = 650 - 250 = 400mm ； 前门液压缸工作行程： L3 = 550 - 250 = 300mm 。根据压缩室的大小，考虑到各个液压缸的行程、各结构板块的厚度以及液压缸位置的安放，整个打包机的长度取 S = 2200mm ；为了便于设备的安装调试与维修，将主液压缸不安置于主机体内，置于压缩室侧面，根据其行程和位置，确定打包机机体宽度取值为 L = 1800mm ；上盖缸系统置于侧杠系统上方，综合打包机压缩的高度与上盖系统的高度，为了便于上盖的打开，现取总打包机机体高度 H = 1100mm 。上盖的尺寸主要根据已定压缩室的尺寸设计，为了便于上盖的安装，取上盖的宽度等同于压缩室宽度，即 L上 = 650mm ；由于上盖是由个板块拼接构成，上盖上方需要与液压缸连接，控制上盖落下与前门闭合形成压缩室，并且还要在上盖上安放锁紧装置， 为了确保锁紧装置的合理位置，所以设计上盖总长度 S上 = 1000mm ， H上 = 320mm 。根据上盖尺寸计算出上盖缸的工作行程 L4 = 1200mm 。锁紧装置采用两平行销轴穿过前门实现上盖与前门的锁紧，为了确保提供足够的锁紧力，两销轴轴径尺寸为f= 40mm ，采用连接板与两销轴固定，两销轴置于上盖中的导向孔内，两销轴间距取200mm，材料选择为45#钢，许用切应力t = 69.28 MP。进行剪切应力校核：式中：t= FsAF = F （根据前文已知，F=1150KN）s2pd 2（2-1）A =（d=40mm）4经过计算得出t= 18.30MP t ，所以满足要求。为了合理安放锁紧缸，以及保证锁紧缸的工作，现确定锁紧装置的总体尺寸为S锁 = 340mm ， L锁 = 250mm ， H锁 = 190 。取锁紧缸行程 L5 = 150mm 。图2.1打包机总装图（3）动力系统动力系统置于打包机后面。本次设计不对动力系统做主要分析，只进行一个简要说明。动力系统由以下部分组成： 油箱部分 油泵电机组部分 管路系统部分 控制阀组部分 操纵箱部分操纵箱放置一些主要电气元件，作为控制电路的操作中心9。2.2 打包机压缩室设计与强度校核2.2.1 压缩室的设计压缩室的尺寸校核：根据前文，完成压缩后的打包块体积为（0.24 0.35 0.25 0.25)m3 ，为便于计算和缩小主缸的工作行程，现在确定完成压缩后的打包块体积为（0.30 0.25 0.25）m3 。压缩室采用用钢板进行焊接，考虑经济性问题，所以选择材料为 45#钢，它的屈服强度dq = 355（MPa），抗拉强度为dl = 600（MPa）,根据前文所取公称推力 F=1150K,选定 40mm 厚度的壁厚进行计算校核。表 2.1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461015参考表 2.1，应该取安全系数n = 5，则： 许用拉应力：许用压应力： 许用剪切应力：dl1 =dl /n=120（MPa）（2-2）dq1 =dq /n=71（MPa）（2-3）djq =dl1 =69.28（MPa）（2-4）活塞和压缩室的挤压强度。d = F =bsA侧壁和前门的剪切应力：1150 1030.3 0.25= 15.33MPadq1 （2-5）t= F1 =A1150 1030.04 0.55= 52.28MPadjq （2-6）式中:bsFF1 = 21150 103=N2（2-7）前门和侧壁的拉压应力：已知最大剪力FC=1150KNAbs= 0.02 0.55 = 0.011m2（2-8）图2-2剪切强度图图2-3弯曲强度图smax= M maxW（2-9）bh 2W =（2-10）6M max= 1 Fl 28（2-11）计算得出最大弯矩值 M max =93400N.m,W = 6.77 10-3 m3 ,公式 2-8 计算得到： 满足强度要求。3 打包机液压系统的设计3.1 液压系统的特点（1）能够实现无级调速，且调速区间相对大一些，比例可为2000：1（2）重量较轻，体积较小；（3）传动平稳；（4）能够完成过载保护，液压油在打包过程中还可以主动润滑各个传动部件，增加设备的使用寿命；（5）容易操作，还可以轻易的实现自动化；（6）液压元件可以实现系列化、通用化、标准化，选择液压传动能够使机械内部结构更加趋于简单，因此可以减少机械的内部零部件数目11 。3.2 液压系统工况分析3.2.1 分析系统工况打包机的具体运动为:将需要打包压缩的废料投入打包机的压缩室中上盖液压缸驱动上盖运动关闭上盖为防止打包机工作时的挤压力过大顶起盖，需要锁紧侧液压缸快进工作到达一定的位置触发行程开关后，切换成工进，将打包块压缩到到预定长度主液压缸工作形式与侧液压缸一致完成打包工作后，主、侧液压缸进行泄荷由前门缸直接驱动前门开启，侧缸将已经打包好的废料推出侧液压缸，前门液压缸分别退回到起始位置，进入下一个打包循环。上述就是打包机的工作流程。3.2.2 确定液压系统的主要参数（1）前文给定的参数如下: 打包机公称推力 1150kN 打包完成后包块的体积为 0.30*0.25*0.25m3 打包机主缸行程 400mm，侧缸行程 800mm 前门缸行程 300mm，上盖缸行程 1200mm，锁紧缸行程 150mm 包块密度： 1800kg/m3 生产效率：900-1200kg/h 根据上述数据经计算得到：每个包块的重量1800kg / m3 0.30 0.25 0.25m3 / 块每小时应打包的块数为 3036 块。依据计算所得数据,应用类比法确定各个液压缸的进给速度值: 侧液压缸:快进速度v1=50mm/s工进速度v2=20mm/s推出包块速度v3=50mm/s快退速度v4=50mm/s 上盖液压缸:快进速度v5=120mm/s快退速度v6=120mm/s 锁紧液压缸:快进速度v7=75mm/s快退速度v8=75mm/s 前门液压缸:快进速度v9=100mm/s快退速度v10=100mm/s主液压缸:快进速度v11=50mm/s工进速度v12=20mm/s快退速度v13=50mm/s根据以上选定的速度值通过计算后，得到完成整个打包工作过程的总用时约为- 19 -t = 85s，能够满足设计所需生产效率。（2）液压系统的压力分析:F = PAq（3-1）n =（3-2）A根据以上俩式,需要考虑到照机械部件的运动、部件的制造能力以及其他各方面因素，才能选择液压缸的工作压力。参照表 3.1、表 3.2 ,取 p = 25MP 作为系统的工作压力来进行接下来的计算.表 3.1各类主机设备常用的系统压力表 3.2不同负载常用的液压缸工作压力负载/KN50工作压力/MPa 16 Mpa 时, Pmax =1.25P；s-缸筒材料的许用应力，s= Rm /n ， Rm 是材料抗拉强度， n 为安全 系数，一般取n = 5。根据以上计算，取缸筒的壁厚d0 =40mm。缸筒的外径：b.缸筒厚度的验算D1 = D +2d0 =330(mm)（3-8）为保证系统正常工作，额定工作压力 pN 要满足p 0.35d (D 2 - D2 ) / D 2 =37.02MPa（3-9）NS11为避免材料变形,额定工作压力 pN 还要满足：pN (0.350.42) pp1 =34.4641.35MPa（3-10）式中pp1 -缸筒塑性变形的压力.p =2.3d lg D1 =98.45（3-11）p1sD式中ds -缸筒制造材料的屈服强度，为 355MPaD1 -缸筒外径D -缸筒内径pN -额定工作压力缸底厚度 h 是 ：h = 0.433Dp/s 10-3 =55.9（mm）(3-12)max式中D -缸筒内径；pmax -缸筒内的最大工作压力；s-缸筒底部的许用应力。缸筒联接方式：焊接式联接强度高，却不易拆装，结构复杂不便加工。法兰式联接强度稍低，但拆装方便、结构简单成本低，能够承受较高的压力；所以选择法兰式联接。选择法兰式连接缸筒内危险截面所承载的拉伸应力s为：2s= pmax D12/(D1 - h) - D =0.3302 25.5(0.330-0.016)2 - 0.252=76.93（MPa）(3-13)满足强度要求。式中D1 -缸筒宽度， D1 =0.330（m）h -卡环的宽度（m）， h =0.016（m）D -卡环的厚度（m）， D =0.016（m）pmax -系统的最高工作压力（MPa） pmax =25.5（MPa）（2）活塞杆校核计算 结构外端部采用焊接连接,内端部采用螺纹连接方式。 材 料选择 45#钢 活塞杆的强度验算根据前文已确定的行程 l 对活塞杆进行验算。当l / d 10时，活塞杆为短行程，应该校核拉压强度：d 2=131.24（mm）(3-14)式中F -活塞杆的最大推力（N），为 F = 1150 （KN）d -活塞杆的直径（mm），d = 180 （mm）ns -安全系数，ns =24；取ns =4ds -活塞杆材料的屈服强度，取ds = 355 MPa所以这样设计满足强度和稳定性的要求。3.4 拟定液压系统回路3.4.1 液压回路设计首先，设计调速回路。液压系统的调速回路需要满足如下要求：（1）要满足能够非常良好的控制执行元件运行速度的要求。（2）要满足当外负载变化时,系统的变速区间应该比较小的要求。（3）要满足能提供的足够的转矩和力的要求。（4）要满足尽量减少功率损耗和热损耗的要求。调速回路的选择：系统的调速回路分为三种：节流调速回路、容积调速回路以及容积节流调速回路16。选用调速回路需要注重效率性和经济性。采用节流调速回路，是结构可靠，维修过程中不复杂，成本不高，但同面临工作效率不高，发热大的问题。采用容积调速回路的话， 其优点是系统压力损失较小，系统的冷却快，效率比节流调速高，但是这种调速回路随着外负载的增大，容积效率将变小。采用容积节流调速回路，其特点是发热小、效率高， 并且速度刚性比容积调速回路好17。综合本次设计的具体情况，系统采用容积节流调速回路。速度换接方式的选择。为轻易控制液压缸的行程、使阀的安装简单容易、使系统的结构更为简便，本次设计的系统采用电磁换向阀。压力控制回路。选择先导式溢流阀来使系统负载完成卸压。3.4.2 选择液压系统回路方式液压系统的回路方式有开式和闭式和开式回路两种。采用闭式回路，缺点比较明显， 系统构造复杂，工作过程中不利于油路中热量的散发，不能很好的解决油液冷却降温的问题；而采用开式回路系统，系统的结构相对来说简单明了，能够解决散热困难的问题， 冷却条件良好，并且经济性很高，综合上述两种回路的特点分析，开式回路更为适合本次设计，所以选择开式回路作为本次设计的液压系统回路方式。3.4.3 液压系统原理图的分析设计考虑到本次设计采用容积节流调速回路，然后从打包机在工作过程中的要求出发， 在工作时，要满足快进时载荷小、速度高，工进时速度低、载荷大的要求,最后从降低热损失的目的出发,所以采用直轴式变量柱塞泵供油。综合分析前文所采用的几个回路， 系统液压原理图如图 3.1 所示。打包的工作流程如下：启动电源开关，泵源工作，Y1通电，使换向阀换向，启动上盖缸推动上盖落下，形成密闭的打包室；上盖缸运行到一定行程之后，触发行程开关，使Y1断电，Y 3 通电，让锁紧缸工作， 推动锁紧机构运行，完成锁紧工作，避免工作过程中上盖被顶起；锁紧缸完成工作以后，使Y 7得电，换向阀换向，侧液压缸开始工作。侧液压缸运行到一定位置，使Y11通电，换向阀换向，让工作油液流经调速阀 7， 这样侧缸就由快速进给完成了切换；侧液压缸继续运行，完成第一次打包压缩后，使Y 7 、Y 8 同时失电，完成系统的保压延时，实现打包块的定型。Y 5 通电，而后主液压缸快进；主液压缸打包压缩运行到达一定行程，使Y12 通电，换向阀换向，使液压油流经调速阀 7，这样主液压缸就由快进过程转换为工进过程；主液压缸继续进行打包压缩，直至打包压缩完成，完成工作之后，使得Y 5 、Y 6同时断电，这样整个打包压缩的工作过程就结束了；经过一定时间延时保压后，主、侧液压缸开始泄压，当主、侧液压缸泄荷完全后， 使Y 6、Y 8 通电，实现换向之后，主、侧液压缸快退回到起始位置；待两缸都退回到起始位置时， Y 4通电，控制换向阀换向，使锁紧缸退回到初始位置后， Y 2、Y 9 通电，控制换向阀换向，打开上盖和前门；前门缸回到初始位置后， Y 7 通电，控制换向阀换向，侧主液压缸打包的物料送出压缩室；最后，当包块被推出压缩室后， Y 8 通电，控制换向阀换向，侧缸快退回到起始位置，当侧液压缸退回到初始位置后Y10 通电，前门回到初始位置，Y13 通电，系统泄荷， 完成本次工作循环。表 3.3控制通电表序号工作流程Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12Y13上盖合上+-上盖锁紧-+-+-侧缸快进-+-侧缸工进-+-+-侧缸保压主缸快进-+-主缸工进-+-+-主侧缸保压-+主侧缸泄压-+-+-锁紧松开-+-开上盖前门-+-+-推出包块-+-侧缸快退-+-关闭前门-+-图 3-1液压工作原理图3.5 液压系统压力分析3.5.1 确定液压泵的工作压力和流量（1）液压泵工作压力的确定：由于执行元件在运行过程中需要最大的压力，,因此应该满足下式:Pp P1 + D P（3-15）式中：Pp - 液压泵的最大工作压力，P1 - 执行元件的最大工作压力，SD P - 油路的压力损（按经验选取，简单的系统：取 0.20.5MPa,有调速阀或是管路复杂的系统：取 0.51.5MPa；所以本次设计SD P =0.5MPa； 因此液压泵的工作压力是：Pp = P1 + SD P =25.5（MPa）（3-16）p前文计算的 Pp 是系统的静态压力,系统在工作过程中常因为过渡过程压力超调或是周期性压力脉动而存在动态压力18，这个值要远远大于静态压力，所以 P 还需比 P 高出25%60%,低压系统可取 25%40%,中高压系统应当选较大一些.所以在本次设计中取P = 1.6Pp ，计算得出 P=31.875MP.（2）液压泵流量的确定液压泵允许经过的最大流量为qp K ( qmax ) m3 / s（3-17）式中：qp - 液压泵的最大流量(q) max- 执行元件一同工作q 的最大值。K - 回油泄漏折算系数,K=1.11.3,现在取 K=1.2 计算。求得液压泵流量为：（3）选择液压泵的规格qp = 70.65 L/min（3-18）依据之前计算的 p 和 qn，查阅相关资料,最终采用25CCY14-1B 型柱塞泵。技术规格为：额定压力：31.5MPa ；排量：25ml/r；驱动功率：24.6KW；转速范围：3000r/min。确定电动机的功率.前文已采用液压泵额定压力 P=25Mpa，pmax =70.65L/min，取液压泵总效率hP = 0.85pqnhP =p计算得到电动机所需功率 P =28.9kw.（3-19）通过查阅电动机型号，选择Y200L1- 2 型电动机；技术规格为：额定功率 P = 30kw ； 额定转速n = 2950 r/min 。3.6 液压元件的选择（1）阀的规格控制阀的规格是根据系统的最高压力和通过该阀的实际流量，在标准元件中选用19。元件选定的额定压力以及流量要与其计算值尽可能的接近，必要时，要取通过元件的最大实际流量超过其额定流量的 20%，本次设计的系统工作压力 p 16 Mp，所以选用阀的规格如下： 与柱塞泵相连的溢流阀选择北部精机有限公司生产的MSRF- 03 型溢流阀，其额定流量q = 70 L/min；额定工作压力 P = 25 Mp；通径 D = 10 mm。 单向阀选择力士乐液压有限公司生产的 Z1S10P50-1TB50 -1D10 型单向阀，其启动压力 p = 5Mp；通径 D = 10 mm。 节流阀选择北部精机有限公司生产的MST - 03 型节流阀，技术规格为：最高压力 p = 21MPa；推荐流量为q = 45 L/min。 减压阀选择力士乐液压有限公司生产的 ZDR10DP7- 5X/150YM型减压阀，技术规格为：流量q = 80 L/min；设定压力 p = 15MPa；通径 D = 10 mm。 电磁换向阀选择M - 4SED6Y1X/350CG24N9K4/62 型三位四通电磁换向阀，技术规格：额定流量q = 25 L/min；通径 D = 10 mm。（2）滤油器规格：滤油器选择天津滤油器厂生产的 WU 250 F 型滤油器，技术规格：压力p = 25MPa；流量q = 350 mL/min；通径 D = 15 mm；过滤精度m= 100um。（3）压力表规格：压力表选择高行液压元件厂生产的KF3 E3B型压力表；技术规格：使用压力p = 16 MPa；（4）管道尺寸的确定内径 d 为：d =式中Q 通过管道的流量n0 管内允许的流速1000（3-20）经计算，使用（GB3683- 92 型胶管技术规格：额定压力 p = 40 MPa ,通径 D = 10 mm。（5）液压油箱体积的确定液压系统的散热主要依靠油箱。油箱体积小，油温散热困难，温度就高。相反，油箱体积越大，散热就快，但是相对的，其占地面积也越大。通常来说，油箱体积V 可取V = 6q 12q 。计算得V = 1057 2114 L。现选择油箱体积为V = 1500L。表 3.4液压元件表名称型号主要技术规格溢流阀MSRF- 03额定流量q = 70 L/min；额定工作压力 P = 25 Mp；通径 D = 10 mm。单向阀Z1S10P50-1TB50 -1D10启动压力 p = 5Mp；通径 D = 10 mm。节流阀MST - 03最高压力 p = 21 MPa ； 推荐流量q = 45 L/min。减压阀ZDR10DP7- 5X/150YM技术规格为：流量 q = 80 L/min； 设 定 压 力 p = 15 MPa ； 通 径D = 10 mm。电磁换向阀M - 4SED6Y1X/350CG24N9K4/62额定流量q = 25 L/min；通径D = 10 mm。滤油器WU 250 F压力p = 25 MPa；流量q = 350 mL/min；通径 D = 15 mm； 过滤精度m= 100um。压力表KF3 E3B使用压力 p = 16MPa；管道（GB3683- 92额 定 压 力 p = 40 MPa, 通 径D = 10 mm。油箱V = 1500L。- 22 -4 结论本次设计完成了液压驱动金属打包机的设计，它的主要作用是实现废金属的打包回收再利用，在本次设计过程中，顺利完成了金属打包机两个关键部分的相关设计：一是通过确定的各尺寸大小设计出打包机机械结构部分，并校核所涉及受力的部件，合理的设计出打包机的结构装配；二是通过确定系统的压力以及对液压缸的设计计算校核，根据打包机的具体运动进行液压回路原理图设计，完成了打包机液压系统部分的相关设计以及计算校核。参 考 文 献1 朱君君，冯毅.金属液压打包机设计J.液压与气压，2009 年 12 期.2 周贵华，李传铎，孙松林，王书磊.液压传动机构在金属打包机改造中的应用J.山东冶金，2011 年 01 期.3 陈榕林，陆同理.新编机械工程师手册M.中国轻工业出版社，2003.4 王青云.金属打包机液压系统设计J.橡胶技术与装备，2015 年 16 期.5 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