球绞轴承综合试验机设计毕业论文.doc

第1章 绪论 球绞轴承综合试验机设计毕业论文第1章 绪论1.1 课题背景我国自行研究的线材打包机主要是半自动化打包机，半自动化打包机除了生产效率低以外，还有其他缺点。比如：半自动化打包机的打结位置不理想，在运输过程中容易造成钢捆变松或散包；半自动打包机需要人工穿线，耗费劳动力等。而高自动化打包机可以解决上述问题，但是进口国外高自动化打包机价格昂贵，所以我们要自主研发。1.1.1 线材简介 线材在很多领域扮演着相当重要的角色，所谓的线材是指直径为 5-4mm 的热轧圆钢和 10mm 以下的螺纹钢。它是用作钢筋混凝土的配筋和焊接结构件或再加工（如拔丝，制钉等）原料。另外线材中应用广泛的是高速线材,所谓的高速线材是指用高速轧钢机轧制的线制钢材。类似线材的钢材还有棒材，卷材等。线材在社会上起着巨大作用，是用量很大的钢材品种之一。经过轧制后可直接用于钢筋凝土的配筋和焊接结构件，也可经再加工使用。例如,经拉拔成各种规格钢丝，再捻制成钢丝绳、编织成钢丝网和缠绕成型及热处理成弹簧；经热、冷锻打成铆钉和冷锻及滚压成螺栓、螺钉等；经切削成热处理制成机械零件或工具等。按照包装国家标准汇编的有关规定，各种不同类型的金属成品，在一定的规格范围内出厂前必须包装成卷或捆，包装的方式多样，但对紧实度有一定的要求，而且要有相应的标志。对应的每种钢材都有适应它的打包机构，即所说的金属材料捆扎机。所谓的金属材料捆扎机是指冶金工厂将其生产的钢材或其他金属材料进行机械化捆扎包装，以便于储存和运输的设备。 1.1.2 国内外打包机的主要研究成果目前在线材打包机这一领域，国外的研究成果有前苏联黑色冶金机械化科学所研究的钢带类打捆机，如图1所示。瑞典森德斯（SUND/BIRSTA）公司制造的 PCH-4KNA 型卧式打捆机，如图2所示。图 1-1前苏联黑色冶金机械化科学研究所打捆机简图 1围盘；2捆扎头；3捆带拉引机构；4捆带供给机构；5液压驱动装置；6开卷机；7板叠 图1- 2 PCH-4KNA 型卧式打捆机1-左移动压实板；2-右移动压实板；3-打包头；4-送线器；5-中心线道；6-弯曲线道；7-升降台 。图1- 3 首钢自行研制的卧式线材打捆机 1-压实缸；2-支座；3-压实头；4-吊卷钩；5-托起机构；6-拧扣机构首钢自行研制的卧式线材打捆机，如图3所示北京航空航天大学改造的达涅利打包机，如图4所示。图1-4 北航打捆机结构示意图图中序号部件名称：1-捆丝除锈器；2-蓄丝液压锁；3-蓄丝送丝滑轮组；4-送丝滑轮组；5-支撑立板；6-捆丝；7-上支臂油缸；8-送丝力调节机构；9-送丝压轮；10-打捆上抱臂；11-上送丝导槽；12-下送丝导槽；13-送丝主轮及送丝马达；14-剪切机构；15-剪切油缸；16-拧紧头；17-挤平机构；18-防脱油缸；19-打捆机下抱臂；20-拧紧油缸；21-下支臂油缸；22-蓄丝抽丝油缸；23-驱动马达。除了以上四种国内外的常见打包机，还有意大利的达涅利（DANIELI）公司,日本的潼川公司，德国的小西马公司，荷兰的泰伯勒（NUMTEC/TEBULO）公司，德国的史密斯公司及法国的伯特拉姆（BOTALAM）公司。国内的研究成果有冶金工业部北京冶金设备制备厂研制的 DBJ 打捆机等。以下是国外打包机的特点与主要参数：国外最大的打捆机供应商是瑞典的森德伯斯德(SUND IBIRSTA)公司，该公司生产的主要产品的特点如下:.设备采用液压操作，传动功率大，动作平稳，工作精确度高；.设备中使用了可互换的标准组件，便于维修；.结构紧凑，占用空间少；.可根据需要，配备各种不同类型的辅助设备，如配备KNOG防热装置，可以处理高温线材;配备KNOV系统，可以将线材结压下，使其紧贴捆材;配备KNOM加标签机，可以完成自动加标签的任务;还可配备运输，压实及点算等设备。该公司生产的打捆机的性能参数及销售情况见表1-1。日本的潼川公司也是一家生产线棒材打捆机定型产品的老厂，该公司从60 年代初就开始进行轧钢精整设备自动化方面的研究。该公司所生产的 TBM 系列全自动液压打捆机的性能特点如下：打捆头中采用了差动齿轮机构，捆线的夹紧，切断及拧扣等操作仅由一液压马达驱动，使得结构简单，易于控制，维护方便；捆扎时间短，大型机 8 秒；中型机 4 秒；小型机 2.5 秒；供线采用双重控制机构，连续控制，捆扎操作稳定。 该机全部为液压驱动，捆扎速度，夹紧力易于调节。 意大利的达涅利（DANIELI）公司生产打捆机的特点是系列化，自动化程度高，其产品的性能参数及销售情况见表1-2 表 1- 2 DANIELI 公司打捆机产品简介（销售数量截止 1980 年）型号捆扎对象捆线直径打捆周期研制年代销售数量LF120-650mm 棒材4-10mm5-20S1975110 多台LP320320-500500mm 型钢6-10mm15-20S197520 多台LB厚度 250mm,长度1000-2200mm 盘卷6-8mm14-22S1975约 30 台表 1-1SUND/BIRSTA 公司打捆机产品简介（销售数量截止 1988 年）型号捆扎对象性能特点研制年代销售数量（台）KNA线材盘条和型、棒、管材捆线：35.5mm，含碳量0.08%捆扎时间：911s最大拉紧力：3.4KN功率：4KW196660KNRA线材盘条和型、棒、管材捆线：35.5mm，含碳量0.08%，延伸率45%捆扎时间：914s功率：4KW1966100KNS型棒材捆线：36mm捆扎时间：26.5s功率：5.5KW1967254KNSS大规格的型棒材捆线：5.5mm捆扎时间：2025s功率：5.5KW197688KNSB多种规格的型棒材捆线：5.5mm功率：5.5KW1967至1990年54台KNA-SBD线、棒材及型钢捆线：7mm带双线轨功率：5.5KW1979至1990年15台1.1.3 我国引进线材打包机现状我国现在主要靠引进国外的打捆机，且引进打捆机以PC-4 型和PCH-4KNA 型两种为最多，占国内使用自动化打捆机总数的64%，而PCH-4KNA型打捆机占总数的44%。我国现有25 家高速线材厂，共使用39 台打捆机，其中国外引进的自动化打捆机约32 台。国内现在使用的线材自动打捆机的性能参数如表1-3 所示。 表1-3 打捆机技术参数名称类型（参数）瑞典瑞典法国德国意大利中国设备概况卧卧卧卧立卧设备型号PCH-4KNAPC-4Botalam史密斯LBF-1350设备自重（t）4240651292730打捆道次（道）444444压紧方式双向双向单向-双向可打捆形状参数可打盘卷内径（mm）800700800850850760散卷最大外径（mm）130014001350125012501143散卷最大长度（mm）350030003600410018001655压紧后最小长度（mm）500500700500700670力能参数压实盘卷最大压力（KN）400300400300200200可捆的最大卷重（kg）200015002000200012502000时间参数工作周期（s）324054384670压力参数液压系统工作压力(MPa)131316131313设备数量（台）1782327所占比例（%）442057519这些设备大部分是70 年代产品，其中包括瑞典森德斯公司的PC-4 型打捆机。1987 年，瑞典森德斯公司和伯斯德公司合并以后，研制开发了PCH-4KNA 型双向移动打捆机。1.1.4 打包机的发展趋势从国外各打捆机制造商推出产品的更新换代可以看出打捆机的研制是向着如下几个趋势发展的：1.自动化智能化2.高效率3.系列化 标准化。这是任何一个行业竞争的必然结果。要想在激烈的市场竞争中站稳脚跟，为了赢得用户，就要使换代产品之间具有继承性，对大部分构件进行标准化设计，以提高备件的通用性，降低用户的更新费用。为此，进行打捆机的系列产品开发，从一开始，就要将起点定高，才能长盛不衰。总的来说，打捆机的发展趋势是动作周期短，耗能低，投入少，寿命长，智能化水平高，环保性能好。1.1.5 PCH-4KNA 型打捆机备件的国产化1993 年以来，根据冶金企业生产上的需要，北京四新冶金设备技术中心与哈尔滨东安发动机制造公司合作，研制生产打捆机备件，经过3 年多的努力和反复试验，已经制造出410 多种零部件，并在首钢、鞍钢等企业正式装机使用。其中合作制造的送线器，线道系统、打包头等打捆机等关键零部件在使用过程中，工作正常，运转平稳，质量达到了国外进口备件精度要求，为冶金企业创造高产提供了必要条件。打捆机线道系统如图1-5 所示。图1-5 线道系统1-送线器；2-直线道；3-弯曲线道；4-活动线道每台打捆机都有4 个线道，它是将捆线由送线器经直线道、弯曲线道至中心线道再经活动线道至打包头。打捆机送线器的具体结构如图1-6 所示，它主要由1 个送线轮和4 个支承导向轮组成。送线器的工作由液压马达驱动。弯曲线道的具体结构如图1-7 所示。捆线是在两个侧板和活动盖板、轴承轮组成的空间内进行。图1-6 送线器弯曲线道的固定板（图1-8）长2900mm，宽704.5mm，厚度只有25mm，是一个薄长C 型板，材质要求16Mn。我们结合实际使用情况改用25CrMnSiA。此件技术条件：热处理硬度HRC3037，C 型板的N 面与J 面平面度不大1mm，形状和位置公差要求都比较严。其位置度偏差为0.1。为防止固定板变形，我们采用的加工工艺是：粗加工、流量 调质处理 校直 半精加工、流量 震动时效 精加工。为确保C 型板上223 个M8 螺孔的形位精度；我们采用数控机床进行加工。目前，C 型板已经进入批量生产，工艺方法合理，质量稳定，完全可取代进口件。弯曲线道的活动盖板如图1-9 所示。它是一种长薄件，厚3mm，长2m，质量要求严，在盖板一侧要焊一条20mm20mm2000mm 方钢导轨，焊后要求热处理，硬度HRC4550.校直后，全长2m，不平度不得超过1mm，制造难度相当大。在试制过程中，我们经过反复攻关，设计了一套冲压焊接模具，解决了盖板的变形问题。 图1-7 线道结构1、2-侧板；3-活动盖板；4-轴承；5-固定板图1-8 固定板图1-9 活动盖板1.2 当前国内外打包机存在问题在实际中，国外高自动打包机虽然是一套比较成熟的设备，但是也存在一些问题。其常见故障及处理方法见表1-3。表1- 3 国外高自动打包机常见故障及处理方法故障原因处理方法打捆机不启动打捆不在初始状态检查压力盘信号（S3 S6）,升降平台（S10）,线导（S14），摆头（S20）与线交接信号等 P/F盘卷中心不在 C 型钩中心或卷未压紧压力盘速度不同 压力盘编码器信号（S7 ，S17）升降平台不能上升到最高位S8 信号未到检查光电管 S8，检查阀线路喂线不能实现摆头或线导不在喂线位置检查摆头 S20 与 S21，线导S2，线导动作阀 Y11喂线或回抽时出现问题编码器或摆头不在喂线位置检查喂线单元 S18，编码器及接轴，摆头 S23 与给定设置等摆头停止在初始位置开关，气缸，阀故障检查开关 S1，气缸 C9，阀Y11，设置等扭结不停开关 S23 故障检查 S23，设置等润滑泵不能启动油位低，油温高，蝶阀位置检查油位信号与实际状态，检查温度计与实际温度检查阀口信号在我们国家打包机是半自动化的，需人工穿线，自动化程度低，而且打结的位置很不理想，在打结的一端有一小结头，这样在每次装卸的过程中都会碰到这个结头，而不巧的是线材从厂家到用户需要经过多次装卸，装卸过程大致为：厂家汽车（运输工具）码头轮船码头汽车（运输工具）用户。这样经过至少6 次碰撞后，结头可能会断，使钢捆变松或散包，达不到用户的要求。另外，购买国外的高自动化打包机价格很贵，所以我们要自主研发改进，用以改变现有国产打包机扭结位置与形状不合理，在运输中易散包的关键问题。1.3 小结本文主要介绍了打包机的结构原理及工艺设计，并针对国外高自动化打包机的原理对国内半自动化打包机做了改进。在绪论部分主要讨论了国内外打包机的发展状况及发展趋势以及依然存在的问题及一些解决方案。第二章确定设计方案，在第三章对相关参数进行了设定与计算。并选择相关部件。第2章 打包头结构设计目前打包头的设计中以瑞典森德斯公司的新型打包头KNB 的设计最为巧妙，结构也非常紧凑，较其他设计更为简便。本章简要介绍一下此种类型打包头的结构特点，以为我们对国产打包头进行技术改造积累必要的基础。同时也介绍了打包机的工作原理，功能及主要性能等相关简介，通过整体分析，确定我的设计方案。主要分析的是瑞典SUND-BRSTA 公司的PCH-4KNA型打包机。2.1 打包机的基本原理钢材打捆机的基本工作原理是利用金属捆扎材料既有钢性，又有塑性的特点，首先采用推进（也有用拉进）的方式令其沿特定的轨道送出，对被捆扎对象形成包绕并紧箍在被捆扎对象的外面，然后将两个端头联结（俗称打结）并与后面的捆扎材料分离，这样便在被捆扎对象的周围形成一个封闭的金属环，使其成为整体。线结的形成一般是利用钢丝截面的对称性，将抽紧、剪断并搭在一起的捆线两端头夹紧，通过各种方式使它们扭绞在一起并发生塑性变形，便形成一个线结。打捆机所打线结的特性对捆扎质量具有重要影响，其中强度指标是衡量线结特性的最重要指标。一般来说，结的强度都低于捆扎材料母体的强度，在同样母体材料的情况下，提高结的强度可以提高捆扎质量。2.2 打包机功能及其主要性能2.2.1 功能150mm150mm9m 的连铸钢坯经过加热炉加热，采用27架单线连续轧制制成5.516mm 的热轧光面盘条和616mm 的螺纹钢筋，线材经过穿水冷却，吐丝机吐丝成圈，进一步经过斯泰尔摩冷却线冷却送往集卷站，初步收集成较松的盘卷，再经运卷小车挂上P/F 线输送链的C形钩。由C形钩运来的盘卷经过打包机压紧，沿线卷圆周方向90等分打四个平结，如图2-1所示。打包（压紧和打结的总称，下同）后线卷最小高度可达0.5m，大大方便了盘卷的储藏和运输。2.2.2 主要技术性能机时产量：50t/h13 第2章 打包头结构设计 适合盘卷量：最大1.5t，最小0.5t适应的盘卷最大外径1250mm，内径762mm，最大高度2000mm适合盘卷温度：400一次打包时间：1.5t 盘卷约34s液压系统工作压力：130bar，气动系统工作压力：5bar打包线要求： 6.37.3mm，抗拉强度：37107 N/ ,无绣（允许表面附有有一层易剥离氧化层）图2-1 线卷压紧2.3 打包机结构打包机主要由打包机主体和线库两部分组成。线库部分由外方提供图纸，国内制造，结构比较简单，在这不详述。以下说的是打包机指的是打包机主体。图1-2 所示为PCH-4KNA 型打包机主体结构。打包机导线架是由安装在一个框架上的4 套导线装置组成，整个导线架悬挂2#压紧架的一根中心轴上，在液压马达作用下相对2#压紧架作水平方向运动，2#压紧架为焊接式构件，底部装有轮子，在液压缸推动下能沿主滑轨作水平运动。升降台2 在液压缸推动下可沿垂直方向上下移动。1#压紧架与2#压紧架结构基本相似，但其上面布置4 个打包头，1 套喂线装置。打包头（共4 个）是整台设备结构最为复杂、动作连锁最多的部件，每个打包头结构完全一样，可以互换。喂线装置共4 套，每套对应一个打包头，每套包括打包线输送装置和打包线反拉紧装置。主轨座主要由两根在面上设有耐磨钢轨构成。压紧架轮子被导引着两轨道外侧运行，推动压紧架运行的液压缸布置与其中。此外，除机械构件外还有一整套液压站。从上面叙述中可看出，打包机各种运动靠流体的动力完成。图2-2 打包头结构示意图图2-3 打包头动作原理图2-2 为打包头结构示意图（从线卷方向看为已扭结完成时的打包头），图2-3 为打包头动作原理图。打包头主要由剪切机构、扭转机构和夹紧机构组成，整个打包头可以在液压缸C12作用下从送线位置移入打包位置。剪切机构由液压缸和活动刀块组成，在液压缸C4作用下活动刀块推断打包线。扭转机构由扭转头齿轮箱（三级齿轮传动），液压马达HM3和摆动液压缸C3组成，在液压马达作用下通过齿轮带动扭转头旋转，实现对打包机扭结，通过液压马达反转使扭转头复位，通过摆动液压缸动作，整个扭结头可以绕一个转动轴摆进（送线位置）、摆出（扭结位置）。夹紧机构由液压缸、“L”形固定挡块和活动挡块组成，在液压缸的推动下活动挡块前进，打包线顶在固定挡块上，除此之外图2-3中Y26、Y25分别控制扭转机构齿轮和吹扫箱润滑。2.4 打包机动作（打包过程）当挂有线卷的C型钩进入打包机中心并锁定后，P/F线运输链自动控制系统发指令给打包机PLC控制中心，打包机开始按下列步骤完成自动压紧、打包。图2-4 打包过程1. 2#压紧架；2. C 型钩；3. 1#压紧架；4.气动抱闸；5.线库；6.电磁阀；7. 打包机线库(1).线库中电磁阀动作，气动抱闸松开，以利于打包线能顺利从线圈架中抽出。(2). 1#、2#压紧架在液压缸作用下同时移开盘卷，1#压紧架移动过程中，打包线从线库中被抽出，同时2#压紧架内导线装置相对于2#压紧架向前推出，1#压紧架中液压缓冲器前伸，并维持前伸状态。(3).升降台上升，从C型钩上托起盘卷，在这过程中C型钩始终不动，直到打包结束，1#、2#压紧架上开有允许C型钩穿出的狭长槽孔。(4). 1#、2#压紧架继续相对移动，当导线装置碰到液压缓冲器4 时（由极限开关控制）两边可移动可导向架半体即闭合，同时线卷也被压紧。(5).导线系统闭合后，喂线装置动作（液压马达旋转）开始喂线，当打包线头绕着盘卷并到达打包头中扭结装置的一个机械挡块并夹住时停止喂线。(6).整个打包头在液压缸推动下由喂线位置进入打包位置之后喂线轮反转抽紧打包线。(7)扭转装置动作，打包线扭结，而后夹紧装置松开，剪切装置动作，切断打包线，打包完成。(8).打包结束后，1#、2#压紧架各自返回，升降台下降，盘卷被悬挂与C型钩运走，打包机等待下一个盘卷。说明：上述各动作皆可在手动状态下操作。2.5 打包机在自动方式下操作注意事项打包机在自动方式下操作前必须确认：(1). 1#、2#压紧架在各自初始位置。(2).升降台在最低位置。(3).导线架在各自原始位置（后位）。(4).每个打包头里可移动导向架处于打包位置。(5).打包头处于喂线位置。(6).液压站已启动，系统压力，油位正常。2.6 新型打包头KNB的结构特点如图2-5所示，KNB打包头结构非常紧凑，设计巧妙。它主要由扭结机构，剪切机构，导向机构及一些液压管路组成。2.6.1 扭结机构扭结机构主要由扭结轮和传动齿轮箱组成。我要采用的扭结轮是一个节圆半径为40mm，齿数为12的直齿轮，在其中两个齿间开槽至中心，如图2-6中所示。它由齿轮箱传动。齿轮箱由液压马达驱动，如图2-7所示。当打捆线沿着封闭轨道完成运行一周，回到打包头并停止后，扭结轮在液压缸驱动下摆动至扭结工作位置，由齿轮箱传动对打捆线进行扭结，完成动作后回到原位，等待下一次动作。图 2-5 打包头结构示意图图 2-6 扭结机构示意图2.6.2 剪切机构如图2-8 所示，剪刃由液压缸驱动。打捆线由剪刃上的一个圆孔通过。剪刃在液压缸的驱动下，上下移动完成剪切动作。图2-7 扭结结构传动齿轮箱结构示意图 图2-8 剪切机构示意图2.6.3 导向机构导向机构由导向架和夹钳组成。导向架主要是用于对打捆线进行导向，使打捆线能准确地进入打包头及从剪刃孔中通过。如图2-9所示。夹钳由液压缸驱动。夹钳的作用是当打捆线准确地停留在打包头之后，夹紧打捆线，打包机外围的送线机构KNC回抽，抽紧打捆线，使捆线不会松动，打包之后外观较好。如图2-10所示。 图2-9 导向架示意图 图2-10 夹钳结构图整个装置的动力源为液压驱动。2.7 新型打包头KNB 的维护要点2.7.1 KNB 的气动和液压系统的工作介质要求(1).压缩空气要求悬浮颗粒密度15mg/m3颗粒直径0.05mm露点2 悬浮油量0.02g/m3(2).液压油质要求使用46#高级抗磨液压油，过滤精度等级为5 。(3).被打包线温度4002.7.2 各机构的维护方法(1).扭结机构中，扭结齿轮是易损件，无专用的润滑装置，可用手动给脂抢定期加油润滑。在使用一段时间后，扭结齿轮会改变原来的位置，这样会出现扭结失败的情况，所以要定期调节扭结装置摆角的大小，提高扭结成功率。(2).剪切机构中，剪刃是易损件，要定期检查剪刃磨损情况。可根据生产量与实际捆线切口断面的情况，摸索出剪刃的更换周期。(3).定期检查调节打包头导向架槽盖板闭合及磨损情况，出现磨损超标或有严重毛刺刮伤的情况，须更换。(4).定期检查夹钳的磨损情况，观察夹紧力是否足够。如果磨损超标，会出现夹不紧的情况，此时须更换夹钳；另外，液压缸内泄也会出现夹紧力不足的情况，此时须更换液压缸。(5).要经常检查夹钳、扭结装置是否吹扫干净。氧化铁皮过多会使夹钳夹不紧，出现打滑的情况。扭结装置是齿轮传动机构，氧化铁皮等杂物会影响齿轮啮合，并损坏齿轮。2.8 小结介绍了打包机的原理、功能及主要性能参数；分析了打包机的结构、打包机动作；研究了新型打包头KNB 的结构特点，最终确定设计方案。 第3章 打包机液压系统分析往冶金生产中广泛采用手动、机械式打包系统为棒材、线材打包。捆扎的外观质量差、工作效率低。目前发达国家主要采用新型的机、电、液一体化的打包机为棒材、线材打包。其外观质量及工作效率都有很大提高。我们研究的瑞典的打打包机广泛应用于冶金行业的生产中，主要针对棒材、线材的成品收集。以包机，其运动由液压系统来执行，控制系统采用可靠性高、控制灵活的可编程序控制器（PLC）系统。现就其液压系统进行介绍和分析。3.1 特性要求及性能指标3.1.1 特性要求(1).打捆机执行机构的动作由液压系统完成，要求每个动作平稳无冲击，系统响应速度快。(2).设置一个备用泵，可保证任何一个泵损坏，系统仍能正常工作。(3).操作系统设置两种模式，即手动操作和自动操作，可随意调整系统压力。(4).系统应具有良好的维护功能，使维修人员容易接近维修部位。(5).系统应设置故障自动报警系统。3.1.2 性能指标(1).噪音等级 85dB；(2).最大压紧力 400KN；(3).打捆周期 34s；(4).系统工作压力 13MPa；(5).油箱容积 2000L；3.2 液压系统设计分析液压系统采用开式、负载传感系统。主要由液压泵站、盘卷压紧及平台升降回路、弧形穿线导卫系统回路、打捆头压下控制回路、喂线系统回路、打捆系统回路等组成。1. 液压泵站液压泵站由油箱、泵组、阀组和自循环的冷却/过滤系统组成。其中液11第3章 打包机液压系统分析 压泵开三备一，液压泵采用德国力士乐的A10VSO30系列带压力补偿的斜盘式轴向柱塞变量泵，其控制装置为压力和流量控制，泵的最大流量为2000L/min，工作压力为13MPa。系统工作压力由溢流阀V15来调节。如图3-1 所示，当电池换向阀Y14失电关闭时，泵处于无载状态（压力大约为2-3MPa）；当电池换向阀Y14得电开启时，泵的工作压力可达10MPa。溢流阀V16起安全阀作用，其设定压力约为25MPa，当压力超过此界限时，系统溢流。图3-1 泵源（只画出单泵）2. 盘卷压紧及平台升降回路盘卷压紧系统有六种压紧力，分别为：75、120、165、250、300、400KN。压紧力的调节和设定是通过比例溢流阀Y56 来实现的，如图3-2 所示。在操作台上有一个选择开关，通过它可以选择压紧力。液压缸的速度及压紧力都是由PLC系统控制和调节的。压紧油缸C1、C2、C3 和C4的运动速度和方向分别由比例换向阀Y50、Y51调节和设定，当比例换向阀Y50、Y51的电磁铁a 得电时，压紧小车打开，当电磁铁b 得电时，小车压紧。压紧小车的运动速度和加减速过程都是由比例换向阀Y50、Y51的电控来完成的。压紧小车油缸的压紧为差动，线卷压紧时，电液换向阀Y54、Y55的电磁铁a得电，油缸C1、C2、C3 和C4有杆腔的回油从B口经过P口再次进入无杆腔，形成差动。而在压紧小车松开时阀Y54、Y55的电磁铁a失电，T口与B口接通，压力油经T口个B口进入油缸的有杆腔。无杆腔的油液经液控单向阀V50、V51 回油箱。电磁换向阀Y52、Y53主要控制液控单向阀V50、V51阀芯的开启与关闭。在压紧小车运动过程中，阀Y52、Y53的电磁铁a失电时，单向阀V50、V51的控制油与油箱连通，使单向阀V50、V51得主阀芯可以自由开启。当压紧小车移动完毕，电磁换向阀Y52、Y53的电磁铁a 得电，接通阀Y52、Y53的P口与B口，压力油进入液控单向阀的上腔，使阀芯关闭，并且锁定油缸活塞杆位置。当压紧小车相向运动，接触到C型钩上的散卷时，压紧盘上的光电管发出信号使升降台上升到一定位置，压紧小车继续运动，直到预设的压紧力时，升降平台继续上升，使散卷完全脱离C型钩。如图3-2 所示，油缸的升降由三位四通电磁换向阀Y57控制，两个液控单向阀V56构成液压锁，当电磁换向阀Y57处于中位时锁定油缸位置，油缸的运动速度由单向节流阀V57调节,为回油节流调速。图3-2 液压系统图通过以上两种运动，就可以保证散卷压紧和提升，保证后续打捆的正常进行。3. 弧形穿线导卫系统回路弧形穿线导卫系统的功能是把左右两个弧形导卫打开和关闭，在2号压紧小车后部装有液压马达，液压马达的旋转通过齿轮齿条机构转化为导线小车的前进和后退运动使导线装置形成闭合回路，便于打捆。如图3-3所示，导线小车进退的方向和速度由比例方向阀Y5设定和调节。当电磁铁a得电时，小车后退，电磁铁b得电时，小车前进。溢流阀V12的设定压力为11.2MPa，当小车运动到位时，回路压力上升，当压力超过溢流阀的设定压力时，系统溢流。安全阀Y6的设定压力为8MPa，保证回路中液压元件不会因过载而损坏。如图3-4 所示，在钢线拉紧过程中，为了避免线卷表面被拉伤，系统设置了四个液压挡板，当夹紧动作完成后，四个液压挡板依次松开。4. 打捆头压下控制回路在压紧小车、导线小车运动到位，导线动作完成后，导线小车后退为打捆头压下让出空间，然后打捆头压下，完成收线和打捆动作。每个打捆头由一个液压缸驱动。因为打捆头位置不同，所以1、4 和2、3 打捆头的压下液压控制回路也不相同。图3-3 打捆头压下控制回路示意图图3-4 夹紧示意图如图3-5 所示，1、4 打捆头的液压回路一样，打捆头的压下和抬起由电磁换向阀Y4.1 控制，当电磁铁a得电时，打捆头压下，当电磁铁b 得电时，打捆头抬起。单向减压阀V6.1在压下时起减压作用。两个液控单向阀V4.1 形成双向液压锁，在电磁换向阀位于中位时，锁定打捆头，使其位置固定。2、3 打捆头的液压回路一样。打捆头的压下和抬起由电磁换向阀Y4.2控制，当电磁铁得电时，打捆头压下，当电磁铁得电时，打捆头抬起。单向减压阀V6.2 在压下时起减压作用。由于无需承担打捆头的自重，所以减压阀设定压力较之V6.1 低。平衡阀V4.2主要负责支承打捆头自重，使压下动作平稳。图3-5 压下抬起示意图5. 喂线系统回路如图3-6 所示，喂线轮1、2、3、4 分别由液压马达HM1.1、HM1.2、HM1.3、HM1.4 驱动。液压马达的旋转方向和速度由比例换向阀控制。每个喂线轮装有两组夹紧轮，夹紧轮分别由液压缸C7.1、C7.2、C7.3、C7.4 来控制，整个系统的压力由减压阀V16 控制。图3-6 喂线回路6. 打捆系统回路打捆系统主要由扭转、夹紧、切断、扭转头收回四个动作组成，分别由液压马达HM3 和液压缸C2、C3、C4 来执行，如图3-7 所示。其中电磁换向阀Y26 的主要作用是对扭转辊进行润滑，电磁换向阀Y25 的主要作用是控制气路系统，进行吹扫。3.3 液压系统设计特点(1).结构紧凑，管路简单，节省大量接管和管接头，可靠性高；(2).系统采用压力和流量两种方式控制，系统能量损失少；(3).维修方便，在处理紧急状况时，每一电磁换向阀都有手动换向机构；(4).油箱装有液位传感器、温度传感器，将这些信号引到操作台上，操作人员可随时监控油箱状态；(5).各执行机构均设有传感器及编码器，便于实现自动控制；(6).整个系统进PLC 系统，便于故障诊断和自动控制。图 3-7 打捆系统回路图3.4 液压原理图及分析说明3.4.1 液压原理图通过以上对打包机液压系统的研究分析，结合第二章设计的打包机扭结机构，我设计的打包机扭结机构的液压原理图如图3-8 所示。3.4.2 分析说明(1).纵向进给：电磁铁YA1得电，三位四通阀左位工作，液压油进过节流调速阀进入纵向进给缸的无杆腔，推动活塞，使扭结机构沿着捆线的轴线方法移动，实现纵向进给；当碰到行程挡块1XK，电磁铁YA2得电，三位四通阀右位工作，液压油直接进入纵向进给缸的有杆腔，压缩活塞，油经节流调速阀流回油箱，实现纵向回程。(2).横向进给：电磁铁YA3得电，三位四通阀左位工作，液压油进过节流调速阀进入横向进给缸的无杆腔，推动活塞，使扭结机构沿着垂直于捆线轴线的方向运动，实现横向进给；当碰到行程挡块2XK，电磁铁YA4得电，三位四通阀右位工作，液压油经减速阀进入横向进给缸有杆腔，压缩活塞，油经节流调速阀流回油箱，实现横向回程。(3)左端夹紧：电磁铁YA5得电，三位四通阀左位工作，油进过节流调速阀进入左端夹紧缸无杆腔，推动活塞，实现夹紧动作，碰到行程挡块3XK，电磁铁YA6得电，三位四通阀右位工作，油经减速阀进入左端夹紧缸有杆腔，压缩活塞，油经单向阀流回油箱，实现快速松开动作。(4).右端夹紧：同左端夹紧原理，YA7得电，实现夹紧；YA8得电，实现松开动作。(5).马达与连接编码器相连：实现转三圈完成一次打结功能。(6).喂线：电磁铁YA10得电，二位二通阀工作，实现喂线。图3-8 液压原理图3.5 小结对液压系统进行介绍和分析，同时对液压系统的设计进行分析，根据第2章所确定的方案，设计液压原理图，并作简单介绍。9第4章 扭结机构中各参数的确定 第4章 扭结机构中各参数的确定本章主要是确定扭结机构中的各个部件，并计算相关的参数。如：轴的设计计算，齿轮的设计计算等。4.1 液压马达的确定打结过程中，认为捆线的屈服主要是由拉力影响的，所以在打结过程中，捆线材料的拉应力应小于其强度极限，大于其屈服极限。捆线材料Q195，直径6mm，屈服极限为195MPa，强度极限为320 MPa。由拉应力： 即 .(4-1) 又.(4-2)其中 为扭结力，A为捆线材料的横截面积。由上述两式得： 5510.7 9043.2 取FN = 8000 N则扭结轮产生的转矩：考虑效率，液压马达输出转矩：=1.1M = 52.8N m设完成一次打结，扭结轮需要转三圈，所需时间为1s，则扭结齿轮的转速= 3r / s =180r /min 。现取扭结齿轮齿数为18，中间大齿轮齿数为60，驱动轮齿数为20。则液压马达的转速：由马达输出转矩和转速选择型号为：ZM1-80 的柱塞马达。4.2.1 扭结轮淬火，中间大齿轮正火，驱动轮调质1. 直齿轮2. 精度等级：机械设计P46 表3-2，取8级。3. 材料个热处理：机械设计 P47 表3-3，45，扭结轮淬火，中间大轮正火，驱动轮调质。4. z1 = 20， z2 =60 ， z3 =185. d ：机械设计 P65 表3-7，取 d =1.0 d -圆柱齿轮的齿宽系数4.2.2 驱动轮分度圆直径 .(4-3) (1) . K=KA KVKK=1.01.161.61.06 =1.97 KA ：机械设计 P53 表3-4， KA =1.0（载荷平稳）KV ：机械设计P53 图3-11(a)8 级，先假设V=4m/s则VZ 100 = 0.8m/ s KV =1.16 K：机械设计 P55 3-13对于标准和未经修缘的齿轮传动，可按下式近似计算。 .(4-4) . (4-5)式中 b-齿轮宽度 =+= 8.04 K=1.6 K ：机械设计56 P 图3-17， K =1.06式中 K -载荷系数； KA -使用系数； KV -动载系数； K-齿间载荷分配系数； K-齿向载荷分布系数。(2). ZE ZH ZZ=189.82.50.771 = 365.37 MPa ZE ：机械设计P58 表3-5，ZE =189.8 ZH ：机械设计 P58 图3-19,ZH =2.5 Z： Z：Z =1式中 ZE -弹性系数； ZH -节点区域系数； Z-重合度系数； Z-螺旋角系数。(3).接触疲劳寿命系数KHN P65 图3-25， N1=60n1Lh=60200(330038)=2.59108 N2=60n2Lh=N1/i=1.73108 从P65图3-25可知：KHN1=KHN2=1; SH=1; H1=Hlim1KHN1=550MPa; H2=Hlim2KHN2=450MPa; 取H=450MPa(4) .相关数值代入设计公式4-3得(5) .校核齿轮圆周速度由P53图3-11(a)可知 KV=1.044.2.3 确定齿轮的尺寸(1). 齿轮模数mn =d / z =54.77 / 20 =2.74mm机械设计 P46 表3-1， mn =3mm式中 d-齿轮分度圆直径； Z-齿轮齿数。(2). 中心距 a = mn(Z1 +Z2)/2 = 3(20 +60) / 2 =120mm (3). 分度圆直径 d d1 =mn Z1 = 320=60mm d2 = mn Z2= 360=180mm (4). 齿宽b b=dd1 = 1.060= 60 mm 取b2= 60mm b1 =65mm4.2.4 校核齿根弯曲疲劳强度并确定最终的齿轮尺寸 .(4-6) .(4-7)式中 YFa -齿形系数，按当量齿数, 由机械设计图3-21查取；Ysa -应力修正系数，按当量齿数ZV由机械设计图3-22查取； Y-重合度系数，按机械设计式3-11计算； Y-螺旋角系数。 1.Y ,Y Y = 1;2.YFa ，Ysa ZV1 =Z1 =20 ,ZV2 = Z2 =60 机械设计 P59 图3-21可知， YFa1 =2.72，YFa2 =2.18 由图3-22可知， Ysa1 =1.57，Ysa2 =1.763. 弯曲许用应力F .(4-8) 式中 F lim-齿轮材料的弯曲疲劳强度极限； KFN -弯曲疲劳寿命系数； S F-弯曲疲劳强度安全系数。 由机械设计 P67 图3-28可知 F lim HB1 =240 Flim1=420MPa HB2 =190 Flim2=390MPa 由机械设计 P65 图3-26可知 KFN ： N1=2.59108 KFN1 =1 N2 =1.73108 KFN 2=1将数据带入式（4-8）中得：代入公式（3-6）（3-7）中得：强度合适扭结齿轮：齿数18，齿宽 b3 =65mm，模数mn =3mm d 3=mnZ=54mm 取a=120mm取Z3=20d 3=mnZ=60mm4.3 轴设计计算及