定扭矩汽油滤清器旋紧机研究毕业论文.doc

本科毕业设计论文定扭矩汽油滤清器旋紧机设计研究 摘要 随着我国汽车行业的大发展，对汽车的装配自动化、国产化提出了新的更高的要求。滤清器作为汽车行业中不可缺少的一环，对其装配的可靠性，自动化程度都影响汽车行业的发展。本论文所研制的可控定扭矩旋紧机针对机油滤清器得不同尺寸系列实现了滤清器装配的半自动化。本论文在对比各类旋紧方法之后，采用液压系统实现了扭矩控制，通过试验测定液压压力和扭矩之间的关系，扭矩控制表现更加直观和准确。旋紧机设置水平和铅垂两个调整环节，可针对滤清器的不同系列尺寸实现可控定扭矩旋紧,采用PLC作为控制系统，其装配可靠性和生产率大大提高。 机械结构设计除了解决滤清器的定位旋紧之外，更解决了滤清器的不同系列尺寸的柔性化装配。采用液压和气动技术保证了旋紧操作的实现。PLC控制系统分别设置自动，手动工作模式和故障处理调试模式，保证了旋紧机系统半自动化装配的可靠性。可控定扭矩旋紧机的研制有效解决了滤清器半自动化装配国产化问题。 关键词：滤清器；旋紧机；定扭矩AbstractAs the great development of chinas automobile industries, new and higher requirement is presented for the auto assembly automation domestical. Filter is an integral part of auto industry, its assembly reliability and automation affect the development of the entire automobile industry. The development of controllable certain torque pre-loading machine base on the series sizes of oil filter achieves the goal of filter semi-automated assembly. Contrasting various pre-loading methods, hydraulic system is applied to control torque, the relationship of hydraulic pressure and torque is measured through tests and more visual. The adjustments of vertical and horizontal for the series sizes filters and hydraulic system can achieve the pre-loading of controllable certain torque . PLC control system enhances the reliablity and productivity of filter assembly greatly.The mechanisms of pre-loading machine not only fasten the oil filter, but also put flexible assembly for series sizes into practical effect. The hydraulic and pneumatic systems ensure the pre-loading operation. PLC control system sets 3 mods, automation, manual and exception handles, to enhance the reliability of semi-automation assembly. The development of controllable certain torque pre-loading machine effectively solves the domestical problem of oil filter semi-automated assembly.KEY WORDS: Oil filter; Pre-loading machine; Certain torque.目录第一章 绪论51.1 滤清器简介51.1.1 滤清器的发展概况61.1.2 滤清器作用原理和机油滤清器结构特点71.2常见旋紧机类型及其原理91.3滤清器的未来趋势10第二章：总体方案设计112.1总体方案选择132.2工艺分析162.3 主机部分（未考虑液压系统）设计172.3.1 主轴设计172.3.2 夹紧结构设计172.4 总体布局及生产率的估算19第三章 液压系统设计203.1 拟定液压系统原理图203.2 液压元、辅件的选择213.2.1 液压马达213.2.2 液压泵与驱动电机223.2.3 液压控制阀及液压辅助元件243.3计算液压系统技术参数253.3.1验算系统压力损失253.3.2 确定系统调整压力263.3.3 估算系统效率、发热和温升263.4 液压站的设计273.4.1油箱具体设计273.4.2 液压泵组的设计313.4.3 液压集成块的设计32第四章 控制系统的设计334.1 控制方式的选择334.2 动作分析344.3 PLC系统主电路设计354.4 PLC接线图的绘制354.5 PLC编程与调试36结 论40参考文献41第一章 绪论1.1 滤清器简介发动机有空气、机油、燃油三种滤清器，一般称之“三滤”。它们分别担负发动机的进气系统、润滑系统和燃烧系统中介质的过滤。 空气滤清器的型式有二种，干式和湿式。干式空气滤清器是通过一个干式滤芯(如纸滤芯)将空气中杂质分离出来的滤清器。湿式空气滤清器包括油浸式和油浴式两种。 机油滤清器位于发动机润滑系统之中。它的上游是机油泵，下游是发动机中需要润滑的各个零部件。其作用是对来自油底壳中的机油中有害杂质进行滤除，把洁净的机油供给曲轴、连杆、凸轮轴、增压器、活塞环等运动副，起到润滑、冷却、清洗作用，从而延长了这些零部件的寿命。种类：机油滤清器按结构分有可换式，选装式，离心式；按在系统中的布置可分为全流式，分流式。机油滤清器所使用的过滤材料有滤纸，毛毡，金属网，非织造布等。燃油滤清器的作用是滤除发动机燃油气系统中有害颗粒和水份，以保护油泵油嘴、缸套、活塞环等，减少磨损和避免堵塞。 把含在燃油中的氧化铁、粉尘等固体杂物除去，防止燃油系统堵塞（特别是喷油嘴）。减少机械磨损，确保发动机的稳定运行，提高了可靠性。 1.1.1 滤清器的发展概况“十一五”期间，我国汽车工业将从超高速增长进入到平稳快速健康的发展阶段，汽车零配件将继续高速发展后进入快速发展的高峰期，滤清器行业将随着汽车的发展从而壮大起来。“三滤”产品属汽车易耗部件，因而维修市场对滤清器的需求量将会逐渐增大。据不完全统计，目前约有23的滤清器产品是面向维修市场的，截止到2005年6月，我国民用汽车的保有量已经达到了2800万量。根据中国内燃机协会滤清器分会提供的相关数据经验公式，滤清器的需有量和汽车保有量之比值大约为8:1，可见维修市场滤清器的总量将突破了1.5亿套。此外，根据国内滤清器的价格优势，到“十一五”末，预计出口达4.3亿套，短短五年间，仅出口一项就会增长14倍。 激烈的市场竞争使得汽车生产企业希望通过国产化率来加大国内采购量来降低成本。众所周知，随着发动机的技术提升，对滤清器提出高精度，高寿命，轻型化，模块化的要求，而目前我国大部分企业还不具备自主研发能力，为此向技术发力，是滤清器突破发展瓶颈，实现质的飞跃的关键一环。1.1.2 滤清器作用原理和机油滤清器结构特点 在一个系统中，用一个多孔的介质将液体或气体中固体微粒除去，称为过滤，为完成这样的使命而采用的附件就叫做滤清器。汽车发动机的“三滤”（空气滤，燃油滤，机油滤）称为汽车滤清器，是发动机不可缺少的一个部件，如表1-1 所示为汽车发动机三滤的作用。表1-1 汽车发动机三滤的作用汽车发动机三滤滤清器的作用空气滤清器净化空气：在满足空气吸入量的情况下过滤掉最微小的杂质微粒，从而保护发动机。降低噪音：优质空气滤清器能有效降低发动机吸入空气时的噪音。节省燃油：优质空气滤清器能节省10%的燃油。燃油滤清器清洁燃油：燃油滤清器过滤燃油中的杂质，避免它们进入电喷车的喷射阀和冷启动阀，从而为发动机提供了最佳保护。机油滤清器清洁机油：机油滤清器的主要作用是最大程度的减少各部件在运行过程中产生的摩擦，降低能量损耗和磨损。机油滤清器去除机油中的灰尘，金属颗粒，炭沉淀物和煤烟颗粒等杂质，保护了发动机。以机油滤清器为例，在发动机使用过程中灰尘，金属磨屑，碳清等机械杂质将不断混入到机油中，同时空气及燃烧的废气对机油的氧化作用也会使机油逐渐产生胶质，机械杂质与胶质混合还会形成油泥，这不仅会加速了运动零件的磨损，而且易造成油路堵塞。因此必须在机油进入主油道之前采用机油滤清器对它进行过滤，使之保持清洁。用来减少机件的磨损，延长机件和润滑油的使用寿命。现在一般中小型发动机普遍使用旋装式一次性机油滤清器，国家机械行业标准称之为“旋装式机油滤清器总成”。机油滤清器的主要结构特点：滤纸：机油滤清器对滤纸的要求比空气滤清器高，主要因为机油的温度变化从0300度不等，在剧烈的温度变化下，机油的浓度也发生了相应的变化，从而影响了机油的过滤流量。优质滤清器滤纸能够适应剧烈温度变化过滤杂质，保证足够的流量。橡胶密封圈：优质机油滤清器密封圈是用特殊橡胶合成的，保证100%不漏油。止回阀：当发动机熄火时，它能防止机油滤清器变干，当发动机重新点火时，它立即产生压力，供给清洁润滑油，润滑发动机。 旁通阀（安全阀）：其目的在于确保在机油温度较低或滤清器被过多的杂质堵死的情况下，系统中主要零部件可以得到机油的润滑，当机油滤清器超过正常使用期限或当滤芯内外压力差达到了某一特定值时，旁通阀会在特殊压力下打开，让未经过滤的机油直接进入到发动机，这比发动机没有机油造成的损失要小的多，因此也保护了发动机。在冷启动发动机时，由于机油粘度大，通过滤芯的阻力增大，使该阀开启保证及时向主油道供油。1.2常见旋紧机类型及其原理和各种紧固工具，紧固方法的精度比较 滤清器是以螺纹来实现联接的，属于一种比较典型的螺纹联接。控制螺纹旋紧质量的关键并不是拧紧扭矩而是控制轴向的预紧力，旋紧就是使两联接体间具备足够的压紧力，在螺纹连接就是轴向力预紧。在工作现场很难检测或直接控制，往往采用间接控制的方法。常见的控制轴向预紧力的方法主要由扭矩控制法（T），扭矩-转角控制法（TA),屈服点控制法（TG），落座点-转角控制法（SPA），质量保证法（QA）等。 不同的紧固工具的选择决定了对扭矩的控制精度，如表1-2所示，采用电气螺母扳手可大大提高了扭矩精度。表1-2 各种紧固工具的扭矩精度紧固工具扭矩精度螺丝扳手310%冲击扳手1030%液压螺母扳手310%电气螺母扳手13% 对紧固方法的选择也直接决定了对紧固力的控制精度，如表1-3所示，屈服点控制法对紧固力的精度有很大的提升。表1-3 工作紧固方法的紧固力精度紧固方法紧固力精度扭矩控制法1030%扭矩转角控制法1025%屈服点控制法310%1.3滤清器的未来趋势 中国整车用滤清器行业进入了配套时代，需求量呈上升趋势。滤清器通过对进入到发动机的空气、机油和燃油进行过滤，从而起到保护发动机的作用，同时也提高了发动机的工作效率，是汽车发动机中必不可少的部分。鉴于车用滤清器与整车(或发动机)的直接配套关系，随着最近几年我国汽车工业的快速发展，汽车保有量高速增加，为我国车用滤清器提供了广阔的市场空间。 一、车用滤清器需求量呈上升趋势 。中国汽车工业协会最新统计数据显示，2010年前11月，汽车累计销量为1639.54万辆，同比增长34.05%，预计今年全年汽车产销将分别达到1800万辆，同比增长32%。近年来，中国汽车产业快速发展，拉动了汽车零部件的市场需求，滤清器行业就是一个例子。预计2020年我国车用滤清器市场需求总量将增加到11.6亿套。 二、车用滤清器市场竞争激烈 。巨大的滤清器市场吸引了众多生产企业的关注，国内外企业的纷纷加入致使当前滤清器行业得竞争日益激烈。目前国内现有滤清器生产企业有1000多家，由于车用滤清器产品品种与结构具有多样性，既适合了自动化程度较高的大批量生产，也可采用以手工操作为主的小批量作坊式生产，因此多数生产企业规模较小，大中型企业有30多家，行业内暂未形成垄断性的超大型企业。 滤清器市场激烈的竞争主要表现在售后市场，原因主要有以下两点：第一，滤清器属于汽车上的易损件，需要定期更换，因此在售后市场的销量非常大，这就直接导致了争夺售后市场的滤清器企业数量远远多于配套市场。第二，我国汽车滤清器行业厂家很多，而且规模普遍都较小，大部分都是些生产条件不完备、检测手段落后、规模较小的手工作坊式得汽车滤清器企业，这些企业基本上都达不到配套的要求，因此只能角逐售后市场。企业的激烈竞争，使得在滤清器售后市场，品牌的集中度很低，前5家滤清器企业的市场占有率仅为15%。而在配套市场，前5家滤清器企业的市场占有率则达到了40%。 三、微利时代下滤清器企业转战配套市场 虽然滤清器售后市场的需求量很大，但是随着越来越多的企业进入到这个市场，实际上滤清器售后市场已进入了微利时代，而且利润空间还在不断缩小。再加上人民币升值、原材料涨价，种种因素使得本已困难的企业更是雪上加霜，滤清器企业应当如何突围? 业内人士称滤清器企业要突出重围就必须要进入配套市场，由于配套市场的要求很高，进入的企业不是很多，因此竞争情况相对较好，而且利润空间也相对较高。但是外资、合资品牌抢占了市场，几乎垄断了高端车型滤清器的配套市场，因此提高自主品牌的技术实力就显得由为重要了。值得庆幸的是，目前国内一些具有一定规模的滤清器生产厂家已经意识到这一点，努力进军配套市场，虽然进入配套市场企业还会面临这样或那样的困难，但是这已经成为了一种趋势。第二章：总体方案设计2.1总体方案选择设计目的本设计目的是设计出一台实现小扭矩旋紧的专用机床。要求扭矩可调30-60，加工范围可调。任务是旋紧机机械部分的总体方案设计以及其控制系统的设计，重点为控制系统设计部分。包括：液压气动系统图的绘制，液压集成块设计，总体装备图，液压站设计图，PLC系统接线图。图2.1为需要旋紧装配的汽油滤清器零件。本次设计的内容为旋紧滤器器上M16的螺母副。工人需预旋紧，留有约3-4圈的旋紧余量，由设计的旋紧机定扭矩旋紧。为保证不伤害主体部分上的油漆，用尼龙胎具夹持正十四边形处。图2.1 汽油滤清器零件在机床部件选择上尽量采用标准部件。机床的总体布局按照简单、合理、经济的原则，制定一种实现加工要求的方案。机床的设计要求如下：1) 尽可能使用标准件；2) 专机结构尽可能简单；3) 应保证专机的刚度、稳定性和抗振性；4) 尽可能减少占用空间。由于专机只实现旋紧，所以不需要像普通机床那么复杂，只需要有传动部分、夹紧部分和控制部分就可以了。方案一：本人最初思路，即采用卧式旋紧，省除了工人的预旋紧步骤，旋紧工作全由本专机负责。如图2.2所示滤清器水平放置，上支座固定在水平导轨上，滤清器主体被一环状套筒支撑，保证了它们的中心在同一直线上；旋紧时支座向右移动并保持这种运动趋势，滤清器主体正向旋转，使它们可以旋紧到一起，最终达到要求。图2.2 卧式旋紧方案但是要实现以上动作，必须满足以下条件：（1）保证两轴线共线可支座为铸造件，尺寸精度太差无法保证每组零件都同心；（2）一直保持支座向右的进给力机构实现太复杂；（3）滤清器主体部分要限制5个自由度（除了绕轴线旋转这个自由度）难以克服重力影响，不容易平衡；而且，工人安装零件起来也不是很方便。如果不省掉预旋紧这步，以上条件的（1）、（3）基本没有了，但是，安装零件难和保持向右的运动趋势这两点还一直存在。且滤清器主体还需要辅助支撑环形套筒。方案二：立式旋紧。如图2.3所示，滤清器竖直放置，旁边立一个支撑板，上面装上了导轨，压爪在导轨上运动用来夹紧零件。下端尼龙胎具旋转带动工件旋紧。其特点为：加工零件竖直放置，重力影响小；头部夹紧方便；对于旋紧不同型号滤清器，调整机床方便；方案简单，经济实用。图2.3 立式方案示意图选择方案二，采用立式旋紧方法。半自动化生产，工人安装工件比较方便。2.2工艺分析零件采用正十四边形尼龙胎具（短套筒，限制3+1个自由度）和一面定位（虚定位，可以适当的移动，“限制”了2个自由度）。如图2-4所示：旋紧方案：上端气动夹紧，下端液压旋紧。即气缸带动压爪（压爪装在导轨上）上下移动，当向下移动时，阻止滤器器上部分旋转；滤清器下端采用尼龙胎具定位，由液压马达带动，通过液压回路实现定扭矩旋紧。图2.4 装配工艺分析图图2-5主轴部分设计2.3 主机部分（未考虑液压系统）设计2.3.1 主轴设计为了防止主轴摆动，设计双轴承形式，因为其要承受一定的轴向载荷，故选择了角接触球轴承。如图2.5所示，马达主轴25（考虑到叙述完整性，这里不介绍选择马达的具体步骤，具体见液压部分马达的选择）。2.3.2 夹紧结构设计由气缸推动压爪在直线导轨上下滑动，实现了滤清器支座的快速加紧和松开。2.3.2.1 直线导轨的选择导轨的作用是使运动部件能沿一定轨迹运动，即导轨的导向作用。直线导轨副功能部件已经成为各种机床、精密电子机械中不可缺少的一种重要机构部分。导轨的设计应需要满足以下要求：具体参数如图2.6所示：(1) 导向精度 导向精度是滚动直线导轨副的最基本的性能指标，移动部件沿导轨运动时，无论有无载荷，都应保证移动轨迹的直线性及定位的准确性，这是保证到机床运行情况良好的关键。各种设备对导轨副本身的平行度、垂直度及等高等距的要求都有规定或者标准。(2) 耐磨性 该性能将影响到机床几何精度和使用性能，因此耐磨性是衡量直线导轨副的主要性能指标之一。(3) 刚度和承载能力 要求直线导轨副在额定的载荷下能保证变形不超过一定限度。(4) 摩擦特性 要求导轨的动静摩擦力变化较小，消除进给的爬行现象。(5) 工艺性 要求导轨副应便于装配、调整、润滑和维修保养。本设计中导轨副的作用是装配在立柱上，实现了滤清器头部夹紧机构的上下移动调节，根据需要采用的是广东新会凯特精密机械有限公司生产的型号为：HTSDLG 滚动直线导轨副。它能够承受倾覆力矩，导轨长度为180mm，滑块长度为81mm，导轨编号为：HTSDLG15N AA*。图2.6 HTSDLG15N AA*型导轨参数2.3.2.2 气缸的选择气缸可根据主机的需要进行设计，但尽量直接选用标准气缸。这里选用择SMC公司生产的MB系列标准型气缸，型号为MBL32-90，气缸缸径为32mm，行程90mm，具体安装参数如图2.7。图2.7 SMC公司的MBL型前法兰安装尺寸参数(1) 安装形式的选择安装形式由安装位置、使用目的等因素决定。本设计选择前法兰（MF1式）的安装形式。(2) 气缸行程气缸行程与使用场合及工作机构的行程有关。多数情况下不应使用满行程，以免活塞与缸盖相碰撞，尤其用来夹紧的机构，为保证夹紧的效果,必须按计算行程多加1020mm行程余量。选择气缸行程90mm。(3) 气缸的运动速度气缸的运动速度主要由所驱动的工作机构需要来决定的。要求速度缓慢、平稳。如果速度高，行程终端往往会产生冲击。(4) 气缸使用注意事项a）一般气缸的正常工作条件：环境温度为-3580，工作压力为0.40.6MPa。b）安装前，应在1.5倍工作压力条件下进行试验，不应漏气。c）装配时，所有密封元件相对运动工作表面应涂以润滑脂。d）安装时注意活塞杆应尽量承受拉力载荷，承受推力载荷应尽可能使载荷作用在活塞杆轴线上，活塞杆不允许承受偏心或者横向载荷。e）如前所述，尽量不使用满行程。2.3.2.3 压爪的设计（非标件）这些非标准件的设计见附图总装图上。2.4 总体布局及生产率的估算根据工人操作习惯以及生产环境等诸多因素，设计的专机工作台高度为700mm，工人坐着操作机床。具体布局见附图之总装图。确定液压马达平均转速=180r/min，滤清器留有3-4圈的旋紧余量p，气缸运动总耗时t0=4s，时间继电器（PLC控制系统中的）延时t1=2s，工人辅助时间t2=5s，则每件滤清器旋紧耗时t为：t=t0+t1+t2+=4+2+5+=1212.3 （s） 生产率 =5 （件/min）即：本设计专机旋紧滤清器速度为每小时300件。第三章 液压系统设计3.1 拟定液压系统原理图为了控制液压马达的输出定扭矩，根据公式 T=注：T液压马达输出扭矩，液压马达进出口压力差，液压马达排量（m/rad）。可知对于液压定量马达，只要控制其进出口的压力差就可以获得一定输出扭矩。所以可以用减压阀控制其进口压力，出口直接接回油箱，出口压力为0。可建立如图3.1所示液压回路：图 3.1 液压系统回路图3.2 液压元、辅件的选择3.2.1 液压马达根据设计要求应选择一款低速大扭矩的液压马达。而旋紧要求定扭矩为30-60Nm，考虑到扭矩损失与过载情况，选择的液压马达额定扭矩应大于60Nm，从上海东方液压件厂产品中选择了一款BMR80马达（全称：轴配流三位一体啮合付摆线马达），如图3.2。其额定扭矩T=95N.m，排量=80ml/r。具体参数表3.1。表3.1 BMR80的具体性能参数技术规格重量（kg）排量（ml/r）额定扭矩(N.m)额定压力(MPa)额定转速(r/min)额定流量(L/min)额定输出功率 (kw)总效率(%)BMR807.1809510650506.269图3.2 BMR标准型液压马达外形安装尺寸：L=120mm为了满足输出扭矩30-60Nm，液压马达进出口压力差为：=12.74 （m/rad）=4.71 （MPa）=2.36 （MPa）所以选择6.3MPa的中低压液压元和辅件就可以满足系统要求。3.2.2 液压泵与驱动电机3.2.2.1 液压泵液压泵是将电机（即这里的驱动电机）输出机械能转换为液压能的一种能量换装置，在液压系统中提供一定流量压力的液压能源。本设计中约定旋紧机平均为每秒旋紧3扣，即液压马达的平均工作转速为=180r/min，则：马达输入流量 q=1808010=14.4 (L/min)考虑到油路损耗，取流量的损失系数为1.1，则液压泵流量 q=q=1.114.4=15.84 (L/min)从上海东方液压件厂生产产品中选取了定量叶片泵YB1-16。YB1 系列叶片泵，是中低压定量叶片油泵。该泵结构紧凑、体积小、流量均匀、压力脉动小、噪音低、效率高、性能可靠、价格合理，广泛使用在各种中低压液压系统中。其技术参数为型号排量(ml/r)额定压力(MPa)转速(r/min)YB1-16166.31000外形安装尺寸为：型 号LL1L2l1l2aD1d1D2dHSbtZ1Z2YB1-161866038452010901112820145110521.913/4图3.3 YB1-16型叶片单联泵外形尺寸图表其输出流量为： q=10001610=16 （L/min）此时qq满足要求。（其实这里：液压泵的输出流量还应该考虑其容积的效率，即要乘于个系数，但因该旋紧机不是一直处于60Nm，而是处于一个低扭矩状态旋紧，所以这里就没有这样计算了。）3.2.2.2 驱动电机根据表3-1中的数据，估算马达正常工作时的功率：=1.8 （kw）选择一台输出功率大于1.8kw、同步转速为1000r/min的三相异步电机。为使液压站占地面积小，结构紧凑，预采用了液压泵立式安装。即选择带立式安装法兰的电动机。从机械零件手册上选择Y系列，型号为Y120M-6的立式安装三相异步电动机。该电动机外形与部分参数见下图3.4：、图3.4 Y120M-6型电动机外形此电动机额定功率=2.2kw，同步转速1000r/min，满足驱动电机的要求。3.2.3 液压控制阀及液压辅助元件根据系统的工作压力与通过各液压控制阀及部分辅助元件的最大流量，查产品样本（广研所6.3Mpa系列）所选择的元件型号规格见表3.2。管件（油管和管接头）：其规格尺寸由与它连所接的液压元件油口尺寸确定。常用的油管有硬管（钢管和铜管）和软管（橡胶管和尼龙管）两类。由于硬管流动阻力比较小，安全可靠性高且成本低，所以这里都采用硬管（油管无需移动）。油箱：从油箱的散热、沉淀杂质和分离气泡等职能看，油箱容积越大越好。但如果容积太大，会导致体积大、重量大、操作不便等缺点。油箱容量按下公式计算，由于该定扭矩旋紧专用机床，为固定机械设备，可以采取较大的倍数，液压系统的油箱容量为： 油液：根据选用液压泵类型和表1-17（液压站的设计与使用），选用牌号为L-HH32油液，其运动粘度等级为32。表3.2 液压系统控制阀和部分辅助元件的型号规格名称外形图参数（mm）二位三通换向阀型号 23E2-25B减压阀型号 J-25B溢流阀型号 Y-25B3.3计算液压系统技术参数3.3.1验算系统压力损失按选定的液压元件（液压马达）接口尺寸确定管道直径为d=18mm，进、回油管道长度均取为l=2m；取油液运动黏度=110m2/s，油液密度=0.917410kg/m3。液压马达工作中最大流量q=14.4L/min，发生在定扭矩为60Nm时的旋紧阶段，由此计算得雷诺数。=1702300故可以推论出：各工况下的进回油路中的液流均为层流。将适用于层流的沿程阻力系数和管道中的液体流速代入沿程压力损失计算式得：（ 达西公式 ）（MPa）管道局部压力损失常按以下经验公式计算=0.10.2004=0.0200 （MPa）阀类元件的局部压力损失按下列公式计算=0.2=0.0663 （MPa）式中：阀在额定流量下的压力损失，查手册为0.2；阀的实际流量；阀的额定流量。 =0.2004+0.0200+0.0663=0.2867 （MPa）可以看出，这不会使系统工作压力超过其能达到的最高压力。3.3.2 确定系统调整压力根据上述计算可知：液压泵业就溢流阀的调整压力应为达到要求旋紧程度时的系统工作压力和压力损失之和，即（4.71+0.2867）MPa5.00 MPa3.3.3 估算系统效率、发热和温升旋紧阶段的回路效率（扭矩最小时，效率越低，这里取马达）=0.42式中：各执行器的负载压力和负载流量（输入流量）乘积的总和；各个液压泵供油压力和输出流量乘积的总和。泵的总效率，马达的效率即：总效率0.850.420.9=0.32但是，系统旋紧阶段只占约5%的时间，其他时间液压油直接输回油箱，其效率 =0.85根据系统的发热量计算公式可算得非旋紧阶段的发热功率=266 （W）油箱有效体积V=100L，取散热系数K=15W/（m），算得系统温升为： （） 设机床工作环境温度，加上此温升后有，对照表5-35（液压站的设计与使用），仍在正常工作温度内符合要求。3.4 液压站的设计将液压系统的执行器安放在主机上，而将液压泵及其驱动电机、辅助元件等独立安装在主机之外，这种集中设置即所谓的液压站。3.4.1油箱具体设计3.4.1.1箱顶、通气器、注油口油箱的箱顶结构取决于它上面所安装的元件。因为本设计采用驱动电机立式安装在箱顶，液压泵布置油箱内部液面以下，所以箱顶设计为可拆卸的盖且顶板厚度为侧板厚度的四倍（20mm），箱盖及管子引出口之类的所有开口都要妥为密封；以免产生振动现象，液压泵组与箱顶之间设置了隔振垫；为了便于布置和维修，采用装载箱顶上的回油滤清器。箱顶上设置通气器（空气滤清器）和注油口，通气器通常为附带注油口的结构，取下通气帽可以注油，放回通气帽即成通气过滤器。油箱箱顶上的螺纹孔采用了盲孔，以防污染物落入油箱内。还应考虑检修时滴落油液的收集，所以在油箱箱顶与箱壁的连接部分设置滴油盘。如图3.5所示：图3.5 油箱箱顶与箱壁的连接细节3.4.1.2 箱壁、清洗孔、吊耳、液位计对于钢板焊接的油箱，用来构成油箱体中碳钢板的最小厚度应不小于3mm，箱顶上安装液压泵组时，侧板厚度应适当加大。取壁厚为5mm。a b图3-6 清洗孔法兰盖板细节a进出口盖板剖视图 b弹性密封箱壁上至少设置一个清洗孔。清洗口法兰盖板应该能由一个人拆装。法兰盖板应配有可以重复使用的弹性密封件。清洗孔尺寸、法兰盖板及密封件的细节见图3.6和表3.3。表3-3 清洗口法兰盖板尺寸数据公称油液容量（L）d1()d2()d3()d4()d5()安装螺柱数(N)40、63、100、160、250、4002483243502683044为了便于油箱的搬运，应在油箱四角的箱壁上方焊接吊耳。吊耳有圆柱形和钩形两种。这里选择了圆柱形焊接吊耳。每吊耳起重量为0.7t。如图3.7，表3.4： 图3.7 圆柱形焊接吊耳 图 3.8 带温度计的液位计表3.4 圆柱形焊接吊耳尺寸（图 3-7） （单位：mm）每吊耳起重量（t）dd1LlRrcK每吊耳质量（kg）0.72636201061.6150.091.740553316103260.4液位计通常为带有温度计的结构，如图3.8。液位计一般设在油箱外壁上，并近靠注油口，以便注油时观测液面。液位计的下刻线至少应比吸油过滤器或吸油管口上缘要高出75mm，以防吸入到空气。液位计的上刻线对应着油液容量。液位计与油箱的连接处有密封措施。3.4.1.3箱底、放油塞、支脚在油箱底部最低点设置放油塞（M181.5），以便油箱清洗和油液更换。为此箱底朝向清洗孔和放油塞倾斜，倾斜坡度通常为1/25-1/20；这样可以促使沉积物（油泥或水）聚集到油箱的最低点。为了便于放油和搬运，应该把油箱架起来，油箱底至少离开地面150mm。油箱应设有支脚。支脚可以单独制作后焊接在箱底边缘上；也可以通过适当增加两侧壁高度以使其经弯曲加工后兼作油箱支脚。支脚上有地脚螺钉用的固定孔，支脚应该有足够大的面积，以便可以用垫片或楔铁来调平。3.4.1.4 隔板、除气网为了延长油液在油箱中逗留的时间，促进油液在油箱中环流，促使更多的油液参与在系统中的循环，从而更好的发挥油箱的散热、除气、沉淀等功能，油箱中尤其在油液容量超过100L的油箱中应设置内部隔板。隔板把系统回油区和吸油区隔开，并尽可能是油液在油箱内沿着油箱壁内环流。隔板缺口处要有足够大的德过流面积，使环流流速为0.3-0.6m/s。隔板结构有溢流式标准型、溢流式和回流式等多种形式，溢流式隔板的高度不应低于液面高度的2/3；隔板下部应开有缺口，以使吸油侧的沉淀物经此缺口至回油侧，并经放油口排出。因为隔板与油箱内表面之间采用焊接方式连接，则焊缝应该满焊，不应该留下无法清理的藏污纳垢的缝隙。3.4.1.5 油箱管路的配置液压系统的管路要进入油箱并在油箱内部终结。液压泵的吸油管和系统的回油管分别进入由隔板隔开的吸油区和回油区，管端应加工成朝向箱壁45斜口，这样既可增加了开口面积，又有利于沿箱壁环流。为了防止空气吸入（吸油管）或混入（回油管）以免搅动箱底沉积物，管口上缘至少低于最低液面75mm，管口下缘至少离开箱底最高点50mm。油管常从箱顶或箱壁穿过而进入油箱，穿孔处要妥为密封。最好在接口处焊上高出箱顶20mm凸台，以免维修时箱顶上的污物落入到油箱。3.4.1.6过滤器过滤器的功用是过滤液压油液中杂质，降低油液的污染度，保证液压系统正常工作。由于液压系统得各类故障绝大多数由油液污染造成的，而过滤器是保持油液清洁主要手段，所以合理选择与设置液压系统中的过滤器显得非常重要。过滤器的主要性能指标有：过滤精度（滤除各种不同尺寸污染颗粒的能力）、压降特性和纳垢容量（压力降达到其规定限值之前，可以滤除并容纳的污染物数量）。按照过滤精度的不同，过滤器可分为粗过滤器、普通过滤器、精过滤器和特精过滤器等4类，各类的过滤精度及其使用的液压系统见表3.5。表3.5 各类过滤器过滤精度和适用范围类型过滤精度适用系统及元件粗过滤器100重型设备、低压液压系统普通过滤器10100机床、液压机、船舶等设备的液压系统、齿轮泵、叶片泵、一般液压阀、叠加阀、插装阀等精过滤器510一般电液伺服、比例液压系统、柱塞泵、工业伺服阀、比例阀特精过滤器15航空航天设备、飞船的精密电液伺服系统、高性能伺服阀等吸油粗过滤器的上缘应比最低液面低75mm。箱顶上应设置便于装拆粗过滤器的盖板。回油过滤器应足够大，因为系统最大回油流量可能大于液压泵的流量。为了可以简化回路，选用箱顶上安装的回油过滤器（精过滤器）。油箱中设置永久磁铁来捕捉铁磁性颗粒。它设置在油箱内环流所经过的部位，比如隔板缺口。但不能设置在剧烈搅动处（如回油管出口附近）。磁铁要定期清理。3.4.2 液压泵组的设计液压泵和驱动电机之间的连接，选用梅花型弹性联轴器，型号为。液压泵和驱动电机分别连接在钟形法兰的两段。钟形法兰安装在油箱箱顶上，布置如图3.9，具体见附图。图3.9 液压泵组的连接细节3.4.3 液压集成块的设计自20世纪60年代末以来，我国开始研究和采用块式集成液压技术。目前已经得到广泛应用，可供采用的JK、EJKH、YJ、AT、JCK和SK等通用集成块系列。由于本设计中的液压回路属于中低压（6.3MPa）回路，主机为固定机械，故采用了中低压的JK集成块系列，材料HT250。液压集成块的具体设计参数见附图，下面只贴出整个阀组的外观图（见图3.10）：图3.10 液压阀组外观图第四章 控制系统的设计4.1 控制方式的选择 一般机械设备的控制系统如图4.1所示，由输入设备、输出设备和逻辑控制三部分组成。下图为设备控制系统图。图图图图111图组成控制系统的器件有两类，一类为继电器控制系统，其控制逻辑由硬件所构成，另一类为用可编程序控制器构成的控制系统，其控制逻辑由编程软件构成，即PLC。PLC具有如下特点： 具有很高的工作可靠性和抗干扰能力； 控制程序可变，具有很好的柔性； 扩充方便，组合灵活，可构成各类控制系统； 可将运行数据直接送入管理计算机，实现联网运行； 设备体积小巧，维护方便，插件更换灵活。选择可编程控制器（PLC）构成的控制系统。4.2 动作分析图4.2 主要行程中各继电器的开关情况工人在操作时，先打开驱动电机电源，预旋紧滤清器零件，为实现旋紧机的合理运作，列出其循环动作如下：停止状态装上零件按下开始旋紧按钮气缸快速下移行程开关1气缸慢速夹紧行程开关2气缸停止、液压马达开始旋紧压力继电器触发（达到一定扭矩）马达停止旋转、气缸快速上移气缸退回原位触发行程开关0停止状态。如图4.2所示，为液压、气动回路中的各继电器之间的关系4.3 PLC系统主电路设计主电路是指这里的驱动电机线路和为PLC供电的线路。因为驱动电机工作电压为380V三相电，为高压电，应用弱电控制强电。而控制电机开断的是交流接触器，需220V电源，这里就需要建立如图4.3所示的主电路电路了。一为PLC提供电源，二把电动机的控制转化为弱电控制（用中间继电器KA的开关控制交流接触器KM的线圈得失电，从而达到了控制电动机M的目的）。图4.3 PLC控制系统主电路线路图4.4 PLC接线图的绘制把要用到的输入设备（各类开关等）与输出设备（继电器等）分别连接到PLC的输入输出接口上，组成一个系统。如图4.4。图4.4 PLC接线图PLC输入有11个，输出有11个，查看PLC样本，图中的PLC执行器选择为OMRON的CP1H型可编程控制器。其主要参数如下： 注：此图片信息来源于网络45 PLC编程与调试PLC控制逻辑的实现是通过编程实现的，即在接好主电路后，要根据专机的设计需要进行编程设计。而梯形图编程是比较常用的一种编程方法，如图4.5为该专机控制逻辑的梯形图。图4.5 PLC程序梯形图本梯形图程序在老师的指导下，在实验室内经过调试，符合设计要求。其具体控制的循环工作过程如下图4.6，具体程序如下：其中，热过载（0.06）为电动机的过载保护，100.06100.09分别为KA1KA4继电器的指示灯，上面的循环过程没有表示出来。时间继电器设置数值为#020，即延时2秒。调试：按下自动转手动的按钮（0.10）后，气动部分与液压部分断开。气缸由开始按钮（0.01）和复位按钮（0.08）控制其下上运动；液压马达由马达旋转（0.11）和马达停止（0.12）按钮控制其动作。从而达到了调试的目的。图4.6 PLC控制逻辑图注：1、部分工作指示灯连接没有绘出，其和各对应输出设备并联； 2、此图为循环控制逻辑图，没有绘出手动的各个按钮，具体可以参考梯形图和PLC接线图。结 论本设计是滤清器旋紧机及其控制系统设计，是实用性很强的专用机床，采用了液压系统和气动系统，通过PLC控制，自动化程度较高。本设计和实际生产紧密联系，目前国内的滤清器旋紧机都是大尺寸的，对于小尺寸、小扭矩仍采用人工作业，劳动强度很大，本设计顺应了这一需要，使工人可以坐着操作机床，提高了生产效率，降低工人劳动强度。在整个设计过程中，遇到了不少的问题，走了不少弯路，比如对卧式旋紧方案的排除，使我真正意识到了机械设计的系统复杂性，体会了“牵一发而动全身”的效果。通过反复论证，才最终确定了一套合理的设计方案。并且里边“液压站”设计是本次收获最大的一部分。在此期间对大学四年学习、积累的知识进行了系统的总结，并且运用到实际当中。通过毕业设计的锻炼，将我以往所学书本知识运用到了实践中来，不仅提高了分析问题、解决问题的能力，从中吸取了大量经验、教训，也培养了我在实际问题解决能力，为即将踏上工作岗位作一次实战演练。本次设计也存在着很多不足，由于时间紧，任务重，创新设计不多，且受条件影响，没有将设计的专机制造出来，使我们的设计还停留在“理论”的阶段。但对PLC的调试接近实际，使我收获很大，从中看到了PLC电路相对于继电器电路的很多的优点（本人在设计中用继电器电路进行比较）。本设计延伸应该解决的问题为：去除工人的“预旋紧”步骤，减少工作辅助时间和提高生产效率。 总之，本次设计丰富了我的专业知识，提高了专业技能，使我认识到了自己所学知识实在有限，增加了对探索未知领域的热情和信心。在今后的学习工作中，我将不断学习，不断提高。致 谢毕业论文暂告收尾，在本论文的写作过程中，我的指导老师老师严格把关，循循善诱，在百忙中抽出时间解答我们提出的种种问题，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。最后感谢我的家人，同时把这篇论文送给他们，正是他们在我背后默默的支持，我才能无后顾之忧，顺利完成学业。参考文献1 成大先，机械设计手册（第四卷）第四版，北京：化学工业出版社，20022 成大先，机械设计手册（第五卷）第四版，北京：化学工业出版社，20023 周开勤，机械零件手册(第五版)，北京：高等教育出版社，20014 成大先，机械设计手册（机械制图 极限与配合），北京：化学工业出版社，20045 于骏一、邹青，机械制造技术基础，北京：机械工业出版社，20056 广东新会凯特精密机械有限公司，HTSD型滚动直线导轨副产品样本，20067 SMC（中国）有限公司，气动元件样本，20068 何存兴、张铁华，液压传动与气压传动第二版，武汉：华中科技大学出版社，20009 张利平，液压站设计