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灭火瓶收口专用设备,灭火,收口,专用设备
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附表三毕业设计（论文）开题报告课题名称灭火瓶收口专用设备设计课题来源课题类型指导教师学生姓名学号专业机械设计及自动化 开题报告内容：（调研资料准备情况，设计的目的、要求、思路与预期成果；工作任务分解，各阶段完成的内同及时间分配；完成设计（论文）所具备的条件、存在的问题等。）一 调研资料准备：在校办工厂和东基集团参观。了解设备的结构及工作原理及现有设备的长处与不足，并对其进行自动化改造。二 设计的目的及要求：在知道教师的指导下，对机电液一体化有一个系统的认识，并能够达到一定的设计水平。同时，在规定的时间内完成本科设计要求，达到满足生产需要的目的。思路与预期成果：以机械为主，液压和电器为附完成设计要求，机械方面有主传动系统和夹具的设计，主轴带动工件旋转，液压夹紧装置夹紧工件，第二部分为在工件旋转并在加热红热状态下，液压带动模具转动90度，实现灭火瓶的收口。电气方面为主要是实现对模具运动状态和加热时间及部位进行严格控制。从而实现自动控制，减轻工人劳动强度。三 工作任务分解，各阶段完成的内同及时间分配。1 三月份完成调研，确定方案。2 4月上旬至下旬完成主轴传动系统的设计；5月上旬及及中旬完成野鸭传动系统设计和成型运动的夹具和模具设计；5月下旬和6月上旬完成电气系统设计；6月中旬完成设计任务说明书，出图并让指导老师检查图纸。6月24日至25日总体完成。 四 在设计过程中有工厂现实的设备和图书馆资料可供参考，有指导教师的指导，得以顺利完成。同时资料和时间又十分有限，是我们存在的问题。指导教师意见： 指导教师签名： 日期：课题类型：1、A工程设计；B技术开发；C软件开发；D理论研究 2、X真实课题；Y模拟课题；Z虚拟课题 1、2均要填，如AY、DX等摘要本次设计是灭火瓶收口专用设备设计，在设计过程中，要求我们运用机电液的知识完成，其设计的内容主要包括，液压缸的设计，液压控制系统设计，液压站的设计，模具的设计，电气系统设计等内容。对专用机构中机械部分的设计主要是主轴设计，重点是主轴的刚度、转速、主轴箱的布置，液压系统的设计等。根据使用要求，对主轴的旋转精度要求不高，主轴前后支撑跨度不打，分析主轴的扭矩和力矩确定采用两个圆锥滚子轴承限制其轴向移动和径向移动。由于产品的单一性，故主轴采用单级传动，电机和主轴通过齿轮来实现传动，这样可以节省厂房空间，同时又降低了成本。液压控制系统设计设计内容主要为明确设计要求，制定基本方案，绘制液压系统图，并且确定液压系统的主要参数，液压系统的主要参数包括载荷的组成和计算，计算液压缸的主要结构尺寸，对其它液压元件的选择具体以及专用件也给予慎重考虑。液压系统设计主要是包括液压夹紧机构和托架旋转机构设计，用于夹紧液的压缸安装在主轴后面以减少传动链，提高传动精度，通过压力继电器的分合来确定是否松开合夹紧，收口托架驱动采用摆动液压缸通过连轴器直接连接以提高传动精度，用调速阀来控制摆动液压缸的转动速度来控制收口速度，通过限位开关限制它转动在90度之内。液压站的设计主要是满足机床对液压系统的要求，液压站是一种标准化的液压传动装置，它是由油箱，液压泵装置和液压集成系统等三部分组成。电气系统的设计就是运用机电传动的知识，同时力求机电解决机械加工当中的存在的危险，预知故障的存在，即PLC系统进行控制，PLC控制系统采用性价比比较高的西门子系统等。由于本人知识有限不能很好的解决，希望大家能完善。关键词：液压缸，液压滑台，液压站，弯曲成形，机电液AbstractThe title of my graduate design is “the gear shiftiy box design of horizontal threadiy machine SK485.2*3. Based up on the structure of prototype machine, some corresponding modification were made to improve the machines performance.To the special-purpose organization in the machine part design mainly is the main axle design, the key point is the main axle rigidity, the rotational speed, the headstock arrangement, the hydraulic system design and so on. According to the operation requirements, revolves the precision request to the main axle not to be high, analyzes themain axle the torque and the moment of force determined uses twocircular cones roller bearings to limit its end motion and the radial direction migration. As a result of product unitarity, therefore the main axle uses the single stage transmission, the electrical machinery and the main axle realizes the transmission through the gear, like this may save the workshop space, at the same time reduced the cost.Hydraulic pressure it is including hydraulic pressure clamp organization and bracket rotate organization design mainly for system not to design, is it clamp to pigeonhole jar install by reducing the drive chain behind the main shaft liquid to use for, improve the precision of the transmission, confirm through fen of the pressure relay incompatibly whether to unclamp and clamp, close up bracket is it is it swing hydraulic pressure jar connect through the axle connecting with device by raising the precision of transmission directly to adopt to urge, with transfer speed valve is it is it swing hydraulic pressure jar rotate speed is it control speed of closing up to come to control to come, restrain it from rotating within 90 degrees through the location switch of the limit。Keywords：horizontal threadiy machine，electromagnetic clutch，gear shiftiy box，axis前 言毕业设计是学生的最后一个教学环节，全国高教机械设计及制造专业教学指导委员会第三次会议记要指出，“毕业设计题目应该以产品（或工程）设计类题目为主，尤其要鼓励去工厂从高真实产品设计”。在实际工程设计中，学生可以得到所学过的理论基础，技术基础，专业课全面的训练，为将来做好机械设计工程师的工作，提供全面的锻炼机会。我们这次毕业设计题目，是结合老师的具体研制项目设立的，我们在实习厂所参观的并以以往设备为参考，结合所学机械各方面知识，在老师指导下，查阅许多手册，经过不断的改进，最终设计出了此次灭火瓶收口装用设备，从而避免了加工质量差，生产效率低，设备昂贵的问题。我此次毕业设计的任务是灭火瓶收口专用设备设计，在许老师的辅导下，对原有的结构进行了改进，从而可以减少劳动强度。计算正确，四张零号图纸，符合工作量的要求。通过这次毕业设计，我在计算，制图，公差与技术测量，机械原理，机械设计，金属材料与热处理，机械制造工艺方面的知识都受到全面的综合训练，在机电液的结合方面使我受益匪浅。特别是许老师在工作中对我的耐心辅导，他对学生强烈的责任感和严谨的治学态度，无不给我以深刻的影响。由于类似的大型课题第一次接触，经验能力方面的欠缺，错误之处一定存在，恳请各位老师给予批评指正。- 3 -目录摘要1Abstract.2 前言3第1 章 主轴液压夹具的设计要求11.1专用夹具基本要求.11.2夹具设计的基本方法和步骤. 11.2.1 查阅原始资料，明确目标.11.2.2夹具的结构方案设计.11.2.3 夹具动力方案设计.21.2.4 夹具力的计算.21.3 绘制夹具图.31.4夹紧液压缸设计.31.4.1液压缸设计计算步骤.31.4.2 液压缸性能参数计算.41.3.3 液压缸行程S的确定.51.5 结构强度计算与稳定性较核61.5.1 缸筒外径的确定.51.5.2 液压缸主要尺寸计算51.5.3液压缸强度计算和稳定性校核.51.6 主轴的设计计算步骤61.6.1主轴部件的基本要求61.6.2主轴尺寸的计算步骤10第2 章摆动缸的设计计算.122.1摆动缸基本参数的确定122.2摆动缸性能参数的确定13第3 章 收口托架设计14第4章 液压传动系统设计.144.1 明确设计要求.144.2 制定液压系统基本方案.144.2.1 设计课题.144.2.2 设计要求. .154.2.3 确定液压执行元件的形式.154.2.4 拟订液压执行元件运动控制回路.154.2.5 液压源系统.154.3 绘制液压系统图.174.4 确定液压系统的主要参数.174.4.1 载荷的组成与计算.174.4.2 初选系统工作压力.184.4.3 计算液压缸的主要结构尺寸,.184.5 液压元件的选择和专用件选择195.5.1 液压泵的选择214.5.2 液压阀的选择214.5.3 辅助装置的选择214.6 画液压系统图.21第5章 收口机总体机构设计.21第6章 液压站的总体设计.216.1 型号说明.226.2 外形尺寸.226.3油箱设计.226.4 液压站的总成.22第7章 耳座的联接强度校核.23第8章 电气控制设计23结论.27致谢.28参 考 文 献.29第1章 主轴液压夹具的设计计算1.1 专用夹具的基本要求对专用机床的夹具设计基本要求可以概括为四个方面：（1）稳定的保证工件的加工技术要求夹具设计首先应保证工件的位置精度要求，其次应保证工件的尺寸精度，粗糙度及其技术指标的要求。（2）提高机械加工的劳动生产率，降低工件的成本专用夹具设计是，既要提高劳动生产率，又要降低成本。夹具的复杂程度和工作效率必须与生产规模相适应，才能良好的经济效益。因此应根据工件生产批量的大小，选择夹具结构，防止盲目的采用高效率先进的结构和传动装置，造成夹具结构复杂而加大制造成本。同时尽量采用标准零部件，降低夹具制造成本。尽可能采用多件加工或机动时间与辅助时间重合的结构，以减少单件加工的时间，提高劳动生产率，降低工件的成本。（3）结构简单，便于制造与维修专用夹具应有良好的结构工艺性，便于零件的制造与夹具的装备，结构实际是应便于易损零件的更换和维修。（4）操作安全，方便夹具结构设计应使工人操作方便，省力，便于装卸工件及清理切屑，创造文明的生产环境，夹具在机床上装卸应迅速方便，安全。特别注意夹具在装卸中的安全，为此夹具上不得有影响操作者安全的突出部分，保证工人的人身安全。总之，设计夹具是必须兼顾质量，生产率，劳动条件和经济性等诸方面的要求，有时也有所侧重，如对位置精度要求很高的工件，夹具往往着眼于保证精度要求，对于位置精度要求度不太高而加工批量大的情况，提高生产率便成为主要矛盾，则着重考虑提高夹具的工作效率。1.2 夹具设计方法和步骤1研究原始资料，明确设计任务（1）分析工件的产品图通过分析工件的零件图，了解被加工工件的形状和结构特点，材料及毛坯制造方法，加工技术要求，零件各表面间的尺寸要求，加工余量大小及生产类型等。此设计所要加工的零件是钢管，且为无缝钢管，因为是薄壁零件，且直径比较大，工件和夹具一起旋转，因此采用五抓自动定心式夹紧装置。（2）了解工具车间的生产能力和技术水平通过调查研究，掌握工具车间制造夹具的生产能力和技术水平，使所设计的夹具尽可能自己制造和装配，从而保证夹具制造质量和降低制造成本。2夹具结构方案的设计（1）确定工件的定位方式，设计定位装置，分析定位误差。（2）确定工件的夹紧方式和设计夹紧装置。（3）确定工件的夹紧方式和设计夹紧装置。计算夹紧工件所需要的夹紧力，分析夹紧力对工件正确定位和加工精度的影响，确定夹紧装置，选择夹紧力源及其传递方式，设计合理的夹紧机构。为确保夹紧可靠，在设计夹紧机构时，必须注意检查夹紧机构是否自锁或其它夹紧机构是否锁紧。（4）确定其它元件或装置结构形式（5）考虑各种元件，装置的布局，确定夹具体及总体布局，绘制夹具方案总图3夹具的动力装置设计采用液压夹紧的夹具，一般情况下其夹紧力比较大而且稳定不易松动等而且结构较简单，在生产中得到广泛的应用。4夹具力的计算(1) 为防止工件与夹具体之间的滑动所需夹紧力：Wk=KTsinD=28mmK=1.2(2) 为防止工件在轴向上Px作用下移动所需夹紧力： Fk=Kt D=28 K=1.213 绘制夹具总图如图所示： 1.4夹紧液压缸的设计1.4.1 液压缸设计计算步骤（1）根据主机的运动要求，选择液压缸的类型，根据机构的结构要求，选择液压缸的安装方式。(2) 根据主机的动力分析和运动分析，确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸。(3) 根据选定的工作压力和材料进行液压缸的结构设计，如缸体壁厚，缸盖结构，密封形式，排气与缓冲等。(4) 液压缸性能的验算。1.4.2 液压缸性能参数的计算 液压缸的输出力单杆活塞式液压缸的推力F1 F1=P1A1103式中 F1-液压缸推力KN P1-工作压力MPa A1-活塞杆的作用面积m2A1=2AL/4AL-活塞直径mP1=2.5MPa AL=0.1mA1=2AL/4=0.01131m2=11.3110-3 m2F1=2.510311.3110-3=113.1KN速度比 V2/V1=16：9。查阅机械设计手册第5卷知：单杆活塞式液压缸的输出推力为113.1KN，输出拉力为113.1KN。 液压缸的输出速度计算(1) 单杆活塞式液压缸活塞外伸时的速度V1=60Q/A1式中 V1-活塞的外伸速度m/minQ-进入液压缸的流量m3/sA1-活塞的作用面积m2A1=7.8510-3 m2Q=q.n/60式中 q -泵的排量m3/r；2.5210ml/rn-泵的转速r/min；14502970r/minQ=q.n/60=4010-62970/60=0.002m3/sV1=60Q/A1=600.002 / (11.3110-3)=10.61m/min(2) 单杆活塞式液压缸活塞缩入时的速度V2=60Q/A2式中 V2-活塞的缩入速度m/min；Q-进入液压缸的流量m3/s；A2-液压缸有杆腔作用面积m2A2=3.14 (0.12-0.072)/4=0.0006m2V2=60Q/A2=60*0.005/0.004=50m/min2.2.3 液压缸的作用时间 液压缸的作用时间t为： t=V/Q=AS/Q 式中 t-液压缸的作用时间s； V-液压缸的容积m3； A-液压缸的作用面积m2活塞杆伸出时 A=0.00131.1 m2活塞杆缩入时 A=0.000737 m2 S-液压缸的行程m；Q-进入或流出液压缸的流量m3/rS=630mm Q=0.005m3/rt1=0.007850,63/0.005=1st2=0.004 0.63/0.005=0.5 s.2.2.4 液压缸的储油量液压缸的储油量 V=ASV=0.007850,63=0.005 m32.2.5 液压缸的输出功率 液压缸的输出功率：N=Fv 式中 N-液压缸的输出功率KW；F-液压缸的输出力KN； v-液压缸的输出速度m/sF=196KN v=38.22m/sN=Fv=19638.22/60=125KW1.4.2 液压缸主要尺寸的计算 液压缸内径的计算根据载荷的大小和选定的系统压力来计算液压缸的内径ALAL3.57 0.01式中 F-液压缸的推力KN； P-选定的工作压力MPaF=120KN P=2.5 MPaAL=3.57 0.01=0.32m=14.4mm 活塞杆直径的计算根据速度比的要求来计算活塞杆的直径MMMM=AL=0.014=0.06m=60mm液压缸行程S的确定液压缸行程S主要依据机构的运动要求确定，采用标准系列值取为S60mm液压缸的筒壁厚的计算缸筒壁厚式中Py实验压力Py1.5P1.52.53.75MPa钢管使用应力170MPamm取壁筒厚度为10mm1.4.3 结构强度计算及稳定性校核1） 缸筒外径的确定缸体内径确定后，由强度条件计算壁厚，求出缸筒外径D1D1D+2D=240mm10mmD1=D+2240210260mm2） 液压缸的稳定性和活塞杆的强度验算按速度比要求初步确定活塞杆直径后，还必须满足液压缸的稳定性及其强度（1）液压缸的稳定性验算根据材料力学的理论，一根受压的直杆，在其轴线负载超过稳定临界力时，即失去原有的直线状态下的平衡，或称为失稳。对于液压缸其稳定条件为Fr当L/d大于10时，要进行稳定性验算此缸L/d60/30=110L-活塞杆计算长度所以可以不用校核活塞杆的纵向弯曲强度或稳定性的计算。（2）活塞杆的强度计算式中 -活塞杆应力 Pa F-活塞杆的输出力 N A-活塞杆面积 m2对于实心活塞杆，则为A=2MM/4 m2-活塞杆材料的许用应力材料的屈服极限n安全系数 n1.42FR=804.25KN=4804.251000/（3.14602）=15.04 Mpa =170Mpa=170Mpa所以强度足够3） 液压缸的结构设计液压缸主要尺寸确定以后,就进行各部分的结构设计。主要包括:缸体与缸盖的连接结构、活塞杆与活塞的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、缓冲装置、排气装置及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同,结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。(1) 缸体与缸盖的连接形式缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关.在结构简单、容易加工、便于装拆的前提下,采用内六角圆柱螺钉进行连接。(2)活塞杆与活塞的连接结构为了使结构简单,采用整体式结构。(3)活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构,包括活塞杆与端盖导向套的结构,以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向,也可以做成与端盖分开的导向套结构。后者导向套磨损后便于更换,所以应用较普遍。导向套的位置可安装在密封圈的内侧,也可以装在外侧。机床和工程机械中一般采用装在内侧的结构,有利于导向套的润滑；而油压即常采用装在外侧的结构,在高压下工作时,使密封圈有足够的油压将唇边张开,以提高密封性能。活塞杆处的密封形式有O形、V形、Y形和Yz形密封圈.为了清除活塞杆处外露部分沾附的灰尘,保证油液清洁及减少磨损,在端盖外侧增加防尘圈。常用的有无骨架防尘圈和J形橡胶密封圈,也可用毛毡圈防尘。为了结构简单,夹紧液压缸的活塞杆导向部分的结构是把导向套和下端盖以及缸体做成一体,活塞杆与导向部分采用O形密封圈进行密封即可。(4)活塞及活塞杆处密封圈的选用活塞及活塞杆处的密封圈的选用,应根据密封的部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。活塞及活塞杆与密封腔体处的密封均采用O形密封圈进行密封即可。(5)液压缸的缓冲装置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。为了防止这种现象的发生，在行程末端设置缓冲装置。常用的有以下几种：环状间隙式节流缓冲装置、三角槽式节流缓冲装置和可调节流缓冲装置，本处采用的是节流调速阀来达到缓冲的目的。必须指出的是上述缓冲装置，只能在液压缸全行程终了时才起缓冲作用，当活塞在行程过程中停止运动时，上述缓冲装置不起缓冲作用。这时在回油路上可设置行程阀来实现缓冲。(6)液压缸的安装连接结构液压缸的安装连接结构包括液压缸的安装结构、液压缸进出油口的连接等。液压缸的安装形式根据安装位置和工作要求不同，液压缸与主轴直接连接，并用防松螺母拧紧，液压缸与主轴一起转动，因此在液压缸的后面装有导油接头，活塞杆通过空套与传压套连接，当传压套向前推时则夹紧，后退则松开。液压缸进、出油口形式及大小的确定液压缸的进、出油口，设置在导油接头上，导油接头外套不转动，内轴转动，油管接在外套上，通过导油接头将油注入液压缸的左右仓里。液压缸设有专用的排气装置，以便空气能首先从液压缸排出。进、出油口的形式一般选用螺孔或法兰连接。根据夹紧缸的内径，确定螺孔连接油口的安装尺寸为M122。夹紧液压缸的整体结构和公差配合见装配图，各零件的具体结构、尺寸、技术要求、公差及表面粗糙度详见零件图。1.6 主轴设计方法和步骤1.6.1主轴部件的基本要求主轴部件是收口机上的一个关键部件。它主要由主轴、轴承和传动齿轮等零部件组成。在主轴上要安装工件、夹具和其他工具，工作时使它们产生回转运动，传递所需的变形功率和扭矩，还承受相当大的径向和轴向的旋压力，同时还须保证主轴、夹具相对旋轮，床身等保持有十分准确的位置，以便使之在工作期限内得到所要求的加工精度。为此，主轴不见应满足下列几点基本要求： 1）旋转精度 主要是指主轴前端的径向和轴向偏摆的大小。这个 数值将会直接反映到所旋压零件的尺寸和集合形状误差中去。2）刚度 指主轴部件在旋压时由于旋压力而引起的变形大小。这个数值必须限制在旋压零件的允许公差范围内，否则除了会降低旋压机的加工精度，还会使主轴轴承和传动件的载荷分布不均匀，降低其使用寿命。3）抗振性 这个要求对告诉旋压机时特别重要，良好的抗振性才能保证旋压件的表面光洁度和设备的稳定工作。4）滑动表面的耐磨性 这些滑动表面主要指主轴轴颈和滑动轴承，主轴与滑套以及芯模与主轴轴端安装定位孔等相应的接触表面。提高这些表面的耐磨性，对长久地保持旋压机地出世使用精度关系极大。1.6.2 主轴尺寸计算步骤主轴为一根空心钢管，前后装有双列圆锥滚子轴承。在其前端装有管坯夹紧机构。它由35个斜锲机构，并由主轴尾端的气缸或液压缸驱动。它时由一根钢管，连接法兰和其他紧固件等连接一体，主轴的传动由电动机通过齿轮减速器和皮带传动机构来实现的。此外，主轴部件通过轴承盒安装在部分式的箱体中。主轴前后轴承之间的距离 主轴部件在受力后主轴和轴承都将产生相应的变形。为了讨论方便，首先设主轴为刚性体，则主轴受力Pr后在前后支点处产生支反力分别为R1和R2，使轴承相应地产生变形和。因而，主轴发生倾斜，其前端产生挠度为Y。如近似地假定轴承的变形符合胡克定律，即 式中 分别为前后轴承的弹性系统。根据简单的几何关系可得： Y= +将，值代入上式，又因支反力为 =因此 Y=因此可知，Y和之间呈二次双曲线关系，这说明前后轴承之间距离愈大，则Y愈小。其次，主轴受力后也发生弯曲变形，使主轴前段产生挠度Y。这时设轴承为刚性体，根据材料学，得 Y=式中 E材料的弹性模数； J主轴断面的惯性矩。从公式可知，Y与 之间成直线关系，如图所示，并与Y相反，当两轴承间距较大时，挠度Y增大。主轴前端的总挠度应该是以上两个挠度的和，也是的函数，即 Y+ Y=f(l)如图所示，函数 f(l)应有一个极小值，即当两轴承间距为l时，主轴的变形最小，也就是刚度最好。因此设计主轴时，应合理地选择前后两轴承的间距，不宜太大或太小。选择主轴前后轴承间距离的原则是：当主轴刚度好而轴承刚度较差时，两支点间的距离应该大一些；反之则应该小一些。主轴箱设计：由于产品单一且精度要求不高，所以采用单级变速系统，这种机构的优点是：结构紧凑，主轴的全部传动机件都装在一起；便于集中操纵；箱体少，从而加工量和安装时修配结合面也少。但是也有些缺点：主轴箱的震动可能传给主轴；主轴箱在传动中发生的热量会引起箱体和主轴的热变形。反之，在旋压时，特别是在加热旋压时，热量除了使主轴热变形外，也会导致箱体和有关传动件的热变形，从而影响了传动精度。此外，由于主轴箱内空间限制等原因，主轴采用挠性连接比较困难。主轴箱全部和电机都装在液压箱体上，这样可以节省大量空间。电机通过齿轮轴将力矩传递给主轴，传动比为4.8，而连接卡盘则借用螺钉和键等装在主轴前端不部的圆柱段上。主轴的前后径向轴承是采用带锥度1：12内孔的圆锥滚子轴承，轴承力的作用点都向外，这样可以减小卡盘的作用力矩，两个向心滚子轴承安装在主轴的前后两端，用来承受主轴的径向力。 第2章 托架摆动缸的设计托架摆动液压缸系指输出轴能够直接输出转矩、并往复回转一定角度(一般小于280)的液压缸,又称为摆动液压马达。本次设计采用的是单叶片式摆动液压缸。它由缸体、端盖、定片、动片、花键套等主要零件组成。其中定片与缸体紧固在一起,动片与花键套连成一体。为了防止油的泄漏，定片内侧与动片外侧各嵌有一个小叶片，由弹簧片保证小叶片与花键套或缸体的密封。当压力油接通某一油口，另一油口接通回油时，动片两侧开有的径向槽与外圆两端面的三角槽相通，便于启动时通压力油，当动片摆至终点时能起缓冲作用。21 摆动液压缸基本参数确定1. 摆动液压缸型号 BM-1502. 摆动液压缸额定压力 P=7.14MP3. 摆动液压缸额定流量 L=3.7510m/s4. 摆动液压缸扭矩 N=15Nm5. 摆动液压缸摆动角度 264度6. 摆动液压缸外围直径 D=125mm22 摆动液压缸性能参数的计算1 摆动液压缸输出缸功率为： P=Fv式中 N液压缸的输出缸率kW F液压缸的输出力kN V液压缸的输出速度m/s P=50KN3.750.32=5.85KW2.摆动液压缸活塞旋转速度(1) 单叶片摆动液压缸的输出角速度 = 式中 w摆动液压缸的输出角速度rad/s Q输入液压缸的流量 AL 液压缸内径 m MM 转轴直径 m B叶片宽度 m 摆动液压缸的容积效率V1=6.12 m/min3.摆动液压缸的转动时间 摆动液压缸一次行程的摆动时间t可由下式计算： t= 式中 t 转动时间 s 叶片摆动角度rad 摆动角速度rad/s t=/=902.4/s37.5s(1) 定片尺寸的确定定片是大圆半径为50mm、小圆半径为27mm ,的四分之一圆环,其两侧均开有径向槽,并和外圆端面的三角槽相通,便于启动时通压力油,当动片摆至终点时还能起到一定的缓冲作用。定片固定在回转缸的缸体上，由一个内六角圆柱头螺钉和一个圆柱销将定片与缸体固定在一起。(2) 动片尺寸的确定由于回转缸的作用是带动机械手手臂转动90,因此动片的形状是一个180的半圆环形弧,其外径为54mm,内径为42mm,宽度为24,与定片尺寸相同。动片固定在带动轴一起转动的花键套上。为了使通油顺畅，在动片的两侧也分别开有一个径向槽和一个三角槽，槽的具体尺寸见零件图。(3) 缸体长度的确定 回转缸缸体长度没有特别要求,但也不要过长或过短,只要满足要求即可。回转缸缸体长度定为132mm。(4) 动片和定片的长度的确定动片和定片的长度等于缸体长度减去缸体与升降缸连接部分的长度和缸盖伸进缸体内部的长度。因此，L=132-20-20=92mm。 第3章 收口托架的设计下面对收口托架液压传动的基本工作原理做一个初步的介绍，如图所示。收口托架的液压传动是以有压力的油液作为传递动力的工作介质。带动油泵输出压力油，是将电动机供给的机械能转换成油液的压力能。压力油经过管道及一些控制调节装置等进入油缸，推动叶片转动，从而使收口托架转动，即而将油液的压力能又转换成机械能。托架在转动时所能克服的摩擦阻力大小，以及温度、转动力矩大小，均与油液的压力和活塞的有效工作面积。托架收口速度大小决定于流入密封油缸中油流速的的大小。这种借助于运动着的压力油的容积变化来传递动力的液压传动称为容积式液压传动，托架的液压传动都是属于容积式液压传动。第4章 液压传动系统设计液压传动具有许多优点，如结构紧凑，体积小，重量轻，反应快，承载能力大；较易实现无级调速，调速比大；运动平稳；易于实现自动化；特别是采用电液联合传动时，能实现较复杂的自动化工作循环；具有自润滑能力；磨损小，寿命长；液压元件易于实现通用化、标准化，便于大批量生产。液压传动有如此多的优点，因此，本次所设计的机械手的驱动方式就采用液压驱动，并由PLC来控制。液压系统的设计大致按以下几个步骤：1 提出设计参数；2 草拟液压系统图；3 确定液压系统的工作压力和流量；4 拟定液压系统图；5 设计或选择液压元件和辅助液压装置；6 从安全、可靠，使用、维护，经济效果等方面检查整个设计。41 明确设计要求设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进行进一步液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与设计内容有关的其它方面的情况了解清楚。（1） 主机的概况：用途，性能，工艺流程，作业环境，总体布局等；（2） 液压系统要完成那些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；（3） 液压缸驱动机构的运动形式，运动速度；（4） 各动作机构的载荷大小及其性质；（5） 对调速范围，运动平稳性，转换精度等性能方面的要求；（6） 自动化程度，操作控制方式的要求；（7） 对防尘，防燥，噪音，安全可靠性的要求。4.2 制定液压系统基本方案4.2.1设计课题设计一台灭火瓶收口专用设备的液压系统，其工作循环为：卡抓卡紧主轴转动火焰枪靠近火焰枪点火并将工件加热到920摄氏度托架向上转动90收口火焰枪停止加热并远离托架回转主轴停转卡抓松开卸工件4.2.2 设计要求1 在工作中如果突然停电后，再次启动时要手动复位。2 收口时要平稳可靠。3 卡紧要可靠，避免在收口时出现打滑。4.2.3 确定液压执行元件的形式 液压执行元件为单活塞杆液压缸和摆动式液压缸，其特点直接驱动。4.2.4 拟定液压执行元件运动控制回路液压执行元件确定后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。方向控制用换向阀来控制。速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量来控制，调速方式为节流调速。节流调速一般是采用定量泵供油，用流量控制阀来改变输入和输出液压执行元件来调节速度，此种调节方式结构方式简单。节流调速方式一般采用开式循环方式，在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。4.2.5 液压源系统液压系统的工作介质完全由液压源来控制，液压源的核心元件是液压泵，用安全阀限定系统的最高压力。液压供油系统。统供油过程中采用齿轮泵供油。油液的净化装置是液压源中不可缺少的，泵的入口装有精滤油器，回油管路油设有精虑油器，根据液压设备所处环境及油温的要求，还要考虑冷却装置。43 绘制液压系统图整机的液压系统图由各自拟定好的控制回路及液压源组合而成，各回路组合要去掉多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的连锁关系，避免误操作发生。要尽量减少能量损失环节，提高系统的工作效率。为避免液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的监测元件，如压力表，压力继电器等。各液压元件尽量采用国产标准件，在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。系统图中应注明各液压元件的名称和动作，注明液压元件的序号以及各电磁铁的代号，并附有电磁铁的动作顺序表。4.4 确定液压系统的主要参数液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷，流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。4.4.1 载荷的组成和计算（1） 工作载荷Fg常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的推力，摆动液压缸轴的扭矩等，这些作用力的方向与活塞运动方向相同为负，相反为正。（2） 卡紧力为120KN，卡抓采用45钢。4.4.2 初选系统工作压力查机械设计手册【5】表37.54，选液压机的工作压力为12.5MPa4.4.3计算液压缸的主要结构尺寸活塞杆受压时F=PA式中 P-液压缸工作腔压力Pa2顶出缸： A=0.025m则F=PA25000.025=63N4.5液压元件的选择和专用件选择4.5.1液压泵的选择（1） 确定液压泵的最大工作压力PpP+式中 P-液压缸最大工作压力P2.5MPa. -从液压泵出口到液压缸入口之间总的管路损失初算是可按经验数据选取：管路复杂，进口有调速阀的取（0.51.5）MPa(2) 确定液压泵的流量Q Qk()m/s式中 k-系统泄漏系数，一般取k1.11.3-液压缸的最大流量，对于在工作过程中用节流调速的系统还须加上溢流阀的最小溢流量，一般取0.00005m/s。0.003 m/s取k1.2 Qk()m/s216L/min选用齿轮泵效率为0.940.964.5.2 液压阀的选择按照系统所需最高工作压力和通过该阀的最大流量,选取标准阀类的规格。溢流阀应按油泵的最大压力选取；流量阀应按回路上控制的流量范围选取。阀的公称流量应大于控制调速范围所要求的最大通过流量，最小稳定流量应小于调速范围所要求的最小稳定流量。其它阀类的选择，按接入回路的通过流量选取。必要时，通过流量可以超过该阀的公称流量的20%，但不宜过大，以防止压力损失过大，引起发热、噪声和阀的性能变坏。此外，根据系统性能的要求，选取相应的阀的型号。各种阀的具体型号参见液压系统工作原理图。（1） 阀的规格，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应满足执行机构最低稳定速度的要求。（2） 阀的形式，按安装和操作方便选择。4.5.3 辅助装置的选择液压系统中有一些辅助装置,如油管、管接头、滤油器、蓄能器、油箱和冷却装置等。虽然在液压系统中辅助装置居于次要的位置，但是当这些辅助装置 中任何一个细小的部分，如果没有给予足够的重视和适当的安排，往往会破坏液压系统的正常工作或降低了系统的工作效率和寿命等。因此，在安排液压系统的结构，或选择这些辅助元件时，都要做细致的工作。1 油管和管接头(1) 油管: 油管的类型,可根据使用场合和液压系统的最大工作压力进行选择.油管有紫铜管、塑料管、尼龙管及橡胶软管。紫铜管弯曲方便，容易装配，但承压较低，一般在6.510以下。机械手液压系统中采用紫铜管较多。油管的尺寸一般先通过油管的最大流量和管内许的流速来选择油管内径，然后按工作压力来确定油管的壁厚。则油管内径： 3.19式中 Q通过油管的最大流量； V油管内的流速。 V=1.4m/s则 mm取d=12mm根据油管的强度条件,由下式计算油管壁厚： 3.20式中 P油管内油液的工作压力； P=10 d油管内径； d=11.07mm 油管材料的许用拉应力。 =25则 查表按标准选择尺寸相近的油管：外径D0=16mm,内径d=12mm和壁厚=2mm。(2)管接头:油管之间的连接或油管与各种液压元件的连接,是液压系统配管工作中最大量的工作。对这些连接的要求是工作可靠、密封良好、结构简单、安装和制造方便。在机械手上油管的连接方法应用最多的是螺纹连接，其优点是便于拆换、安装方便。根据需要，选用扩口薄管接头。这种连接适用于工作压力较小的情况，常用于工作压力小于8的情况，一般用作紫铜管的连接。利用管子端部扩口进行密封，不需要其他密封件，结构简单，适用于薄壁管件的连接。查表选用管子外径D为14mm的A型扩口式锥螺纹直通管接头。1. 滤油器在收口机的液压系统中,保持油的清洁很重要,油中的脏物会引起运动零件划伤、磨损甚至卡死，堵塞节流阀和缓冲装置的节流缝隙及小孔，影响液压收口机的工作性能并造成故障。因此需要对油液进行过滤，一般是采用滤油器来防止杂质进入液压系统中。滤油器一般安置在油泵吸油口前边，以保护油泵，并使通往系统的全部油液过滤。 选用纸芯滤油器，滤芯部分一般采用机油微孔滤纸。为了增加滤纸的过滤面积，纸芯一般做成折叠形。此种结构的滤油器，在中低压液压系统中，用作精过滤效果较好，过滤精度高，压力降为0.010.04，但易堵塞，无法清洗，需经常更换纸芯。查手册选用ZUH6310s纸质滤油器。3油箱 油箱的主要作用是储油和散热，因此必须有足够的散热面积和储油量。 油箱的有效容量可按下面经验公式概略确定：V=KQ。 式中 K为系数，对于中压系统K=57，取K=6； Q泵的额定流量，Q=10 l/min则 V=610=604. 蓄能器 蓄能器在液压系统中的功能是储存能量、吸收脉动压力和冲击压力。在间隙短时操作的液压传动中，采用蓄能器可节省功率消耗。查手册选用的皮囊式蓄能器型号为NXQ6.3。 5.验算液压冲击 由于影响液压冲击的因素很多,冲击压力的与泵的型式及容量、构成系统的液压元件的特性有关，因而很难准确计算。在大多数没有特殊要求的场合，在系统设计时，可以采取缓冲措施，不作计算。常采取以下缓冲措施：当换向阀迅速开闭时，在保证工作周期以及电磁铁使用寿命的前提下，尽量减慢换向速度；在系统中设置减速回路或安装吸收液压冲击的蓄能器等。4.6画液压系统图如图纸所示第5章 收口机专用机构总体设计1 工作原理油箱和支架在下面，主轴箱、托架及托架支架、液压电机、电磁换向法阀、主电机、调速阀、溢流阀、压力继电器、畜能器等安装在油箱上面，过滤器装在油箱里面。托架支架上焊接若干加强筋，用于提高支架的刚度并通过螺栓和圆柱销连接在油箱上面。由于在收口过程中，主轴所受径向力较大，所以在圆锥滚子轴承采用外接方式，可以提高主轴抗弯曲能力。主轴旋转并加热工件，使其受热均匀，托架回转和主轴旋转复合来实现灭火平收口。2 工作的装卸工件装卸通过手工来完成。3 模具的设计模具为一个长方体内部为空，外部焊接两个进水管和出水管用于模具冷却，模具的底部有4个螺栓通过调整固定在托架上。 4 床身的设计为使工人在操作时方便，床身高设为1220 mm左右，床身长4212mm。 主轴中心线距地面421mm，符合人体工程学，工人操作方便，不易劳累。第6章 液压站的总体设计液压站是一种标准化的液压传动装置的总成，它由油箱（YX），液压泵装置（BZ），液压集成系统（JK）等三部分组成，油箱可储油，散热和分离油中的空气和杂质，并支承液压集成系统和动力部件。油箱由箱体，隔板，面板，空气滤清器，测窗口和液面指示器等组成，泵装置是液压站的能源部分，它主要是由液压泵和电动机组成的，有立式和卧式两种，立式装置装有定量叶片泵；卧式装置装有定量叶片泵或限压式变量叶片泵。液压集成系统采用标准化或通用化的液压元件，按典型动作组成集成回路（JK系列），再适当叠加装置而成。61 型号说明1 液压站YZ- 油箱容量 250液压站2 油箱YX- 油箱容量 250油箱3 泵装置BZCB-B40JZ 电机齿轮泵一体型。 泵流量40ml/min 泵型式：齿轮泵泵装置4 集成块6.2 外形尺寸（略） 尺寸（mm）型 号ABH安装尺寸L X L1H1YZ-100立式575525680520 X 420随JK集成块的多少而变化YZ-100立式675575915570 X 470卧式674770YZ-160立式7256251027620 X 520卧式72693YZ-250卧式9508451030820 X 6206.3 油箱设计油箱的作用是储油，散热，分离油中空气，沉淀油液的污物等；有时油箱盖还可用作液压泵装置和其它液压元件的安装底板。在一般设备中，大多采用钢板焊接的分离是油箱；极少采用与机床床身焊接或铸造在一起的总体式油箱。6.4 液压站组成本次设计所用的液压站为YZ-100,为卧式单面液压传动系统集成块式，液压站由JK集成回路块组件，YBX-16泵装置和YX-100油箱三大组件组成。各组件在油箱面板上安装固定，再由油管管接头根据油路需要加以连接。在油箱边缘处设置一外接管道的支架，以便使外接管道固定牢靠，既增加了刚性，又整齐美观。其如图所示：第7章 耳环的联接强度校核冲头耳环联接强度校核：耳环直径：Ew=30mm耳环厚度：d=25mmF=380KN=F/ (Ew.d)=380103/(7630)= 167 MPa =170 MPa所以强度足够。 第8章 电气控制部分控制部分主要是由自动控制、手动控制和报警处理等组成。动作工作过程为：启动液压电机卡抓夹紧主电机启动加热收口拖架转动停止加热收口拖架回转主轴停卡抓松开取出工件，重复性进行。这里我们先从以下几个方面来说明控制部分内容：输入部分、控制部分及输出部分。它们均由PLC来实现的。我们选用西门子的PLC，这是一款性价比较高的机型，具有功能强和编程简单等优点。 输入部分。卡抓是否卡紧钢管及是否允许从卡抓上卸下钢管，我们在液压油路上加了两个压力继电器来实现的，当卡抓夹紧工件时，压力继电器1动作，当卡抓松开到原位时压力继电器2动作。拖架是否转到90度，用两个限位开关来实现，当拖架在原位时限位开关1通，当拖假转动90度时限位开关2通。加热装置靠近和远离工件，这个信号的采集和拖架类似，这里就不赘述了。红外线测温系统，因为物体的温度不同而导致红外线的波长也不一样，利用这种原理来测温度，其好处在于是非接触式测量，可以测量很高的温度，而不受距离远近的影响，需要将模拟信号转换成数字信号，拖架负荷过大而出现的停转，可以在液压油路上加压力继电器来实现，当压力过大时压力继电器动作，来实现急停。主轴电机堵转，则通过热继电器来保护，同时使其他设备也停止运转；是否出现燃气不足，这个通过电子仪表来测量并将其信号反馈到PLC。可编程序控制器西门子公司的SIMATIC S7 200 是一种功能强大的PLC，适用于中高性能的控制领域，它提供的解决方案可以满足最复杂的自动化任务要求。使用S7 200 可以很方便地实现分布式控制，S7 200 系统还具备很强的系统扩展通讯能力。S7 200采用模块化及无风扇设计，它坚固耐用，操作友好，成为中高档性能控制领域中首选的理想解决方案。CPU266集成24 输入/16 输出共40 个数字量I/O 点（继电器输出），可连接7 个扩展模块最大扩展至248 路数字量I/O 点或35 路模拟量I/O 点13K 字节程序和数据存储空间6 个独立的30kHz 高速计数器2 路独立的20kHz 高速脉冲输出具有PID 控制器2 个RS485 通讯/编程口具有PPI 通讯协议MPI 通讯协议和自由式通讯能力I/O 端子排可很容易地整体拆卸用于较高要求的控制系统具有更多的输入/输出点更强的扩展能力更快的运行速度和
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