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包装 真空机 结构 毕业设计

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包装真空机结构毕业设计 包装真空机结构设计论文.doc 实习报告.doc 外文翻译.doc 活塞杆.dwg 聚乙烯硬板.dwg 零件图2A1.dwg 气缸缸体.dwg 系统工作示意图.dwg 贮液缸装配图.dwg 注液系统装配图1.dwg

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包装真空机结构设计 专业名称： 机械制造与自动化 学生姓名： 导师姓 名 ： 机电工程学院 2013 年 12 月 nts 包装真空机结构设计 Vacuum packaging machine structure design 姓名 ： 学制 ： 专业 ： 机械制造 与自动化 导师： 职称： 论文提交日期： 2013 年 论文答辩日期 机电工程学院nts nts机电学院毕业设计（论文） 摘要 摘 要 近半个多世纪以来，随着生产与流通日益社会化、现代化，产品包装正以崭新的面貌崛起，受到人们普遍重视。 本设计主要目的是实现酸菜加工的自动化。其间介绍了灌装机的概念、种类。主要是针对酸菜自动包装生产线注液系统进行的设计主要通过对机械设计的学习、了解和掌握，来确定酸菜自动包装生产线注液系统的各个组成零件并最后组装。通过计算和结构优化设计，决定采用 气泵为动力源，以气缸的往复运动及两个单向阀的反向安装来实现酸菜自动包装生产线注液系统的吸液和注液，从而实现由比较简单的结构完成要求的目的。 设计后的酸菜自动包装生产线注液系统具有结构简单、紧凑、制造和维修容易、操作简单，成本低。广泛用于中小型食品生产企业。 关键词 ：气泵； 气缸； 单向阀；电池换向阀；行程开关； 贮液缸 ； 自动控制 nts机电学院毕业设计（论文） 摘要 ABSTRACT With the socialization and modernization of the production and circulation since more than half a century， products packing is flourishing with a completely new feature and attached importance widely. The main purpose of this design is to realize the automatization of acid vegetable processing. It introduces the conception and category of the filling machine. The design aims at the infusing liquid system of the product line of acid vegetable automatic packing. We confirm every part of the system and install it according to the study of machinical design. We decide to use the air pump as the power fountain and realize sucking liquid and infusing liquid by the reciprocating of air urn and the reversed setting of two mon-return valves after calculating.Consequently,we achieve the purpose with a more simple configuration. The infusing liquid system of the product line of acid vegetable automatic packing have simple configuration,. It is tighten and easy to produce, mend and handle .Also it cost low .It is widely used in small and middle food manufactories. Key word: air pump； air urn； mon-return valve； eleceromagnetism cross valve； limit switch； stores the fluid cylinder； auto control nts焦作大学机电学院毕业设计（论文） 目录 目 录 摘 要 . I Abstract . II 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 课题背景 . 1 1.2 课题目的与意义 . 1 1.3 我国食品和包装机械的发展现状 . 3 1.3.1 食品和包装机械工业初具规模 . 3 1.3.2 基本形成了为食品加工业提供成套装备的能力 . 3 1.3.3 在部分领域形成了大型关键单机生产制造能力 . 3 1.3.4 我国食品和包装机械工业与发达国家还有较大差距 . 4 1.4 食品和包装机械近期发展重点领域和方向 . 5 第 2 章 灌装机 . 6 2.1 灌装机概述 . 6 2.2 国内饮料灌装机械的发展概况 . 6 2.3 液体灌装设备的分类 . 7 2.4本章小结 . 8 第 3 章 注液系统的总体方案 . 9 3.1 注液系统的工艺方案 . 9 3.2 注液总体原理示意图 . 9 3.2 动力源的选择 . 9 3.4 注液系统的传动方案 . 10 3.5 本章小结 . . 10 第 4 章 系统各部分组件的计算及选用 . 11 4.1 贮液缸的选用 . 11 4.2 单向阀的选用 . 11 4.3 双作用双活塞杆气缸计算及选用 . 12 4.4 耗气量计算 . 15 nts焦作大学机电学院毕业设计（论文） 目录 4.5 活塞杆直径校核 . 16 4.6 气缸的运行速度 . 17 4.7 换向阀的选用 . 19 4.8 行程开关的选用 . 19 4.9 管道的选择 . 20 4.10 方向控制装置 . 20 4.11 气动控制部分 . 20 4.12 本章小结 . 22 第 5 章 框架结构的设计 . 22 5.1 固定板的设计 . 22 5.2 外框架的设计 . 22 5.3 储液箱的设计 . 22 5.4 本章小结 . 23 结 论 . 24 参考文献 . 25 致 谢 . 26 nts焦作大学机电学院毕业设计（论文） 目录 1 nts机电学院毕业设计（论文） 绪论 1 第 1 章 绪 论 1.1 课题背景 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，我国食品工业得到快速发展，已经成为我国国民经济的支柱产业。 2002 年食品工业总产值达到 10554 亿元，占全国工业总产值 10%左右，食品工业的利税总额占全国工业部门利税总额的 20%左右。居全国各产业部门之首。 食品和包装机械行业作为食品工业提供装备的工业，形成于 20世纪七十年代末与八十年代初，经过八十年代的快速发展，九十年代的高速增长，目前已进入结构调整、产品质量升级、提高创新能力的关键时期。 2002 年食品和包装机械全行业总产值近 400 亿元，已成为机械工业系 统十四大行业之一，初步满足了我国食品工业的需要。 包装机械化的重意义 现代包装的基本含义是：对不同批量的产品，选用某种有保护性、装饰性的包装材料或包装容器，并借助适当的技术手段实施包装作业，以达到规定的数量和质量，同时设法改善外部结构，降低包装成本，从而在流通直至消费的整个过程中使之容易储存搬运，防止产品破损变质，不污染环境，便于识别应用和回收废料，有吸引力，广开销路，不断促进扩大再生产。 本文研究的是自动包装机生产线的注液系统。 大量事实表明，实现包装的机械化和自动化，尤其是实现具有高度灵活性 (或称柔性 )的 自动包装线，不仅体现了现代生产的发展方向，同时也可以获得巨大的经济效益 。 1.2 课题目的与意义 无论在国内或国外，包装工作已涉及到各行各业，面广量大，对人民生活、国际贸易和国防建设都带来深刻的影响，甚至在现实生活中出现了过去准以想象的新情况：未经包装出售的商品变得越来越少了，而且包装上的失败往往会使很好的产品得不到成功的销售。因而不妨这样说，在将来，如果没有现代化的包装就没有商品的生产和销售；可是如果没有先进 的工业与科学技术的综合发展， 也不可能出现高水平的现代化包装 。 迄今，一些科学技术发达的国家 ，在食品、医药、轻工、化工、纺织、电子、nts机电学院毕业设计（论文） 绪论 2 仪表和兵器等工业部门，已经程度不同地形成了由原料处理、中间加工和产品包装三大基本环节所组成的包装连续化和自动化的生产过程，有的还将包装材料加工、包装容器成型及包装成品储存系统都联系起来组成高效率的流水作业线。再者，为使包装成品更好地进入流通领域，大都配有专用的自动化仓库，并采用托盘集装箱运输。（如图 1.1所示的现代化酒厂自动包装线的工艺流程简图就是一个颇有代表役的例子。） 图 1.1 现代化酒厂自动包装线的工艺流程简图 (1)能增加花色品种，改善产品质量，加强市场竞争能力。 现代包装机械所能完成的工作已远远超出了简单地模仿人的动作，甚至可以说在很多场合用巧妙的机械方法包装出来的成品，不论在式样、质地或精度等方面，大都是手工操作无法胜任和媲美的。随着商品的多样化，这一点越来越引起了人们的重视。另外，用机械手代替人手，就足以最大限度地避免操作人员同产品直接接触时可能产生的感染，从而保证食品、药物的清洁卫生和金属制品的防锈防 蚀。 nts机电学院毕业设计（论文） 绪论 3 (2)能改善劳动条件，避免污染危害环境。 对有剧毒、刺激性的、低温、 潮 湿性的、爆炸、放射性的，以及必须放置在暗室中的物品，实现了包装的机械化和自动化便可大大改善操作条件，避免污染危害环境。至于对需要进行长期、频繁、重复的以及其他笨重的包装工作，如能实现机械化和自动化，则能大大减轻体力劳动强度，增进工人健康和提高生产效率。 (3)能节约原材料，减少浪费，降低成本。 有些粉末、被体物料在手工包装过程中容易发生逸散、气泡、飞溅现象，若改为机械包装则会大大减少损失。 (4)能提高生产效率，加速产品的不断更新。 机械包装的生产能力往往比手工包装提高几倍、十几倍甚至几十倍，无疑这格会更好地适应市场的实际需要，合理安排劳动力，为社会多创造助富。 由此可见，实现包装机械化和建立现代包装工业，乃是关系到国家长远规划的一件大事，也是搞好社会主义四个现代化的一项重要内容。 1.3 我国食品和包装机械的发展现状 1.3.1 食品和包装机械工业初具规模 目前我国食品和包装机械生产企业达 6000 余家，其数量在世界各国中居第一位，产品品种 3000 多种。 2002 年全行业总产值 395.36 亿元。其中年产值 500 万元以上生产企业 1133家， 2002年产品销售收入 345.16亿元，其余 4000多家为小型企业，其中近一半为兼营企业。 2002年食品加工和包装机械出口交货值 2.61亿美元，其中包装机械出口交货值 1.38亿美元，开始走向世界。 1.3.2 基本形成了为食品加工业提供成套装备的能力 食品工业的发展，促进了食品加工和包装机械工业的发展。食品和包装机械的发展又为食品工业的发展提供了重要的装备保障。初步形成了以大学工艺基础研究、院所技术创新和工程转化应用技术开发、企业产品生产制造的分工协作产业发展体系，在一批产品加工领域形成了企业为主体 的关键单机生产制造能力和以院所为主体的工程成套装备能力 。 1.3.3 在部分领域形成了大型关键单机生产制造能力 近 10 年有几百项较高技术水平加工设备相继问世并投入生产，达到国外 20世纪 80 年代末 90 年代初水平，个别机型达到世界先进水平。微波技术、速冻技nts机电学院毕业设计（论文） 绪论 4 术、真空技术、膨化技术、超微粉碎技术、微胶囊技术、二氧化碳超临界萃取技术等高新技术已逐步应用到食品加工装备中。 1.3.4 我国食品和包装机械工业与发达国家还有较大差距 我国食品与包装机械工业起步晚、基础差，目前达到或接近世界先进水平的加工装备仅占全部的 5% 10%；整个行业落后 20 25 年。每年还需要进口大量的食品和包装机械，以满足我国食品工业之需要。技术创新和工程转化能力十分薄弱 我国绝大多数食品加工和包装机械制造企业属于中小企业，基本上不具备自主研发能力；由于科研投入不足，研究院所和高等院校的实验条件不完善，造成我国市场上的产品主要还是仿制、测绘或稍加改造的国产化，产业主体技术依靠国外，有自主知识产权的产品少，与世界上食品和包装机械工业强国相比相差甚远，整体技术水平落后 20 25年。 在工程转化和技术集成方面还没有形成有效的产、学、研结合机制，在低 水平上各自为战、重复引进、重复研发的现象相当普遍；工艺研究、装备开发、生产制造相互脱节，工程成套及工程转化能力弱。产品结构与质量、性能有待改善 我国食品和包装机械行业目前存在的主要问题可归结为五多五少，即：单机多，成套少；主机多，辅机少；技术含量低的产品多，高技术、高附加值、高生产率的产品少；初加工设备多，深加工设备少；通用机型多，特殊要求、特殊物料加工的机型少。产品性能与国外同类产品相比，生产能力低、能耗高。较好的产品小时生产能力仅是国外先进水平的 1/2，能耗成倍地高于国外先进产品水平，尤其是大型设备 性能差距更大，致使国内大型生产线基本都从国外引进。 产品质量方面，存在着工作稳定性、可靠性差，造型落伍，外观粗糙，基础件和配套件寿命短等问题。只有少数产品制定了可靠性标准，无故障时间比国外先进水平的同类产品低得多，仅是它们的 1/2 1/3。 企业规模小、布局不合理 在企业规模方面，一是集中度不高，二是人均劳动生产率低。我国食品和包装机械工业，从企业数量看还不少，有 6000 余家 ,比食品和包装机械工业强国都多，其中有近 2000 多家不够稳定，每年有近 15%的企业转产或倒闭，但又有 15%的企业加入这个行业。 产值及销售额超过亿元的企业仅有十几家，最好的企业产值和销售额刚过 10 亿元，上市企业仅有一家；年销售额过 3000 万元的企业仅有50家，这 50家企业的总销售额仅有 80亿元，集中度仅达到 20.66%。多数企业年产值在几百万到一千万之间，低于 100 万的企业为数还不少。人均劳动生产率多nts机电学院毕业设计（论文） 绪论 5 数企业在 10万人民币以下。 布局上，我国食品和包装机械工业生产企业主要集中在浙江、江苏、上海、山东、广东、辽宁、北京和河南等省市 ,上述 8省市生产企业占全国食品和包装机械工业总数的 64%，而西北地区的甘肃、宁夏、青海和新疆 4个省区生产 企业只占总数的 0.8%，分布极不均衡。 1.4 食品和包装机械近期发展重点领域和方向 加快发展食品和包装机械的技术创新速度，推动产品结构、企业结构和技术结构的调整。选择食品工业中主要行业的技术装备，如大豆加工设备、玉米加工设备、马铃薯加工设备、油料加工设备、乳品加工设备、肉类加工设备、果蔬保鲜与加工设备、饮料加工设备、方便食品和功能性食品加工设备、水产品深加工、食品包装机械、 食品和包装机械共性技术和设备等“重点突破”，依靠技术创新，结合技术改造和关键技术引进与消化吸收，提高食品工业装备的自动化水平，向多品 种、成套化、大型化方向发展。 nts机电学院毕业设计（论文） 第 3 章 注液系统的总体方 案 6 第 2 章 灌装机 2.1 灌装机概述 液体灌装是包装的重要组成部分，主要包括在食品领域中对啤酒、饮料、乳品、白酒、葡萄酒、植物油和调味品的包装，还包括洗涤类日化、矿物油和农药等化工类液体产品的包装。液体灌装机械有相当一大部分用于食品行业，尤其是饮料制造业。 2.2 国内饮料灌装机械的发展概况 饮料港装机械是伴随饮料工业的产生而产生，并追随饮料工业的发展而进步的。 1809年美国研制出玻璃瓶灌装机； 1902 年市场上出现酒装番茄酱的压力灌装机； 1912 年发明了皇冠盖封口机；不久集灌装和封口于一体的灌装压盖机问世；在 20世纪末，啤酒酿造业发达的德国制造出手动啤酒酒装和压盖机。 含气饮料的酒装工艺难度大，酒装设备的发展大约经历了三个阶段。第一阶段是 1952-1957 年间，完成了含气饮料灌装机由差压灌装向等压灌装的过渡，采用的是机械阀。第二阶段是 1957-1979年，这期间首先是德国 H K公司，之后是法国和前苏联，发明研制了等压弹簧阀。弹簧阀在等压状态下，借助弹簧力将充液阀打开，破瓶后充液阀可自动关闭，这样不仅使滔装机酌控制机构简化，而且延长了灌装阀的 有效工作时间，为灌装机的高速化创造了条件。弹簧阀的出现是液体等压灌装发展史上的一个重要阶段，至今等压灌装机仍普遍采用弹簧阀只是功能更完善，结构更加合理。第三阶段是以德国 SEN公司发明的电动阀为标志，电动阀中气阎和水阀的开启和关闭由可编程控制器控制，对灌装时间、灌装速度进行严格和可靠地界定。 我国饮料递装机械制造业起步晚， 20 世纪 60年代前基本上是空白，当时国内啤酒厂和汽水厂都是使用美国和日本 20 世纪 30 40 年代的设备，工艺落后，机械陈旧，严重影响了我国啤酒和饮料工业的发展， 1967 年我国才开始研究和生产灌装机械。进入 20 世纪 70 年代我国先后引进了一些国外灌装生产线，在装备一些饮料生产企业的同时也促进了我国包装机械行业进入了一个新的发展时期。机械、轻工、军工等领域的一些企业开始在仿制和消化吸收国外技术的基础上，开发了各种中小型的灌装机械，提供给国内一大批饮料厂，促进了我国饮料业的发展。进入 20 世纪 80 年代，我国采用技术贸易结合的方式，引进德国 SEN 公司nts机电学院毕业设计（论文） 第 3 章 注液系统的总体方 案 7 20000 瓶 h 的啤酒灌装线和日本三菱公司 18000 瓶 h 的含气饮料灌装线的制造技术，到 1991 年又引进了德国 KHS 公司 36000 瓶 h 的啤酒灌装线及生产 技术。这样，我国不仅能够生产中小型的灌装机，而且开始生产大型灌装 机，技术水平上了一个台阶，将我国液体灌装设备制造业的整体水平提高到一个新的水平。 2.3 液体灌装设备的分类 表 2.1 液体灌装设备分类表 分类方法 灌装机机型 主要特点 按灌装阀灌装原理分类 等压式灌装机 用于啤酒，碳酸饮料及其他含气饮料的包装，也可以灌装不含气饮料 负压式灌装机 用于不含气饮料，酒类灌装灌装阀很少有滴漏现象 常压式灌装机 容积定量，重力灌装。用于酒类，乳品，调味品及矿物油，药品，保健品等化工类产品 灌装，液损很小 压力式灌装机 用于不含气饮料的液面灌装，灌装速度较快，无液损 容积式压力灌装机 背压式灌装，定量准确并可调节，用于植物油，洗涤类日用化工产品等低粘稠液体灌装 称重式定量灌装机 用于饮料原浆，酒类，药品和植物油等要求定量准确液体的灌装，称量方法有电子称和机械称两种 按灌装阀排列形式分类 直线式灌装机 间歇式步进输送，适用于特殊形状包装容器，大容积的液体包装，生产效率较低 回转式灌装机 由直线式灌装机发展而成的普通形式，高速连续工作，生产效率较高 按包装容器玻璃 瓶灌装机 包装含气或不含气液体的等压，负压，常压压力灌装机 聚酯瓶灌装机 包装含气或不含气饮料，乳品，植物油，调味品，洗涤类日用化学品等液体的等压，负压，nts机电学院毕业设计（论文） 第 3 章 注液系统的总体方 案 8 分类 常压压力灌装机 金属二片易拉罐灌装机 包装啤酒，碳酸饮料等含气液体的等压灌装 金属三片易拉罐灌装机 包装果汁，素菜汁，植物蛋白饮料等不含气液体的常压灌装机 复合纸包装灌装机 无菌包装，灌装乳品，果汁，素菜汁等不含气饮料 按包装容器的封口形式分类 皇冠盖压封灌装机 包装含气或不含气饮料冠形瓶，玻璃瓶封口 塑料盖压封灌装机 包装 不含气饮料，瓶盖为撕开式塑料防盗盖 塑料盖拧封灌装机 包装含气或不含气饮料，塑料防盗盖为抓盖拧封 铝质扭断盖压纹封口灌装机 玻璃瓶或塑料瓶螺旋口的铝制盖压纹封口，用于含气或不含气饮料灌装 易拉罐二重卷边封口灌装机 包装啤酒，含气饮料或果汁，植物蛋白饮料的易拉罐等压，常压灌装 三（四）旋盖旋封灌装机 广口玻璃瓶封口，用于包装果汁，果酱类产品 锡箔热封灌装机 容积式灌装，乳制品塑料包装的封口 软木塞压封灌装机 干葡萄酒软木塞封口，负压或常压灌装 压塞 -塑料盖拧封灌装机 洗涤类日化产品 包装，复合封口方式 锡箔热封 -塑料盖拧封灌装机 乳制品类饮料包装，复合封口方式 2.4 本章小结 灌装机是针对液体包装的，主要在食品领域中，所以灌装机在包装机械中占重要地位。我国的罐装机械制造业起步晚，随着我国科技的进步，并吸收国外先进的技术，我国的灌装机有了整体的水平提高。 nts机电学院毕业设计（论文） 第 3 章 注液系统的总体方 案 9 液体的罐装设备可以根据不同的工作原理、排列形式、 容器、封口形式分为各种罐装设备。认真了解、分析液体包装生产设备的工作原理、方法，为进一步设计酸菜自动包装生产线注液系统提供模型。 nts机电学院毕业设计（论文） 第 3 章 注液系统的总体方 案 9 第 3 章 注液系统 的总体方案 3.1 注液系统的工艺方案 注液系统的工艺方案 该系统的工艺方案为：吸液 贮液 注液 注液完返回 吸液，其具体分析如下：首先该系统的工作方式为往复式的，即在吸液和注液之间使用行程开关来控制执行机构的行程。完成吸液和注液过程，所需的液体通过进给系统将液体 输入储液箱，储液箱的液位控制器自动控制液面的高度。但需要工作的时候液体在自重和大气压强的作用下进入注液系统的管道，经动力源作用将其注入食品包装袋里，这样往复运动。注液和吸液这两个动作分别进行，不能互相干扰，即吸液只能从储液箱中吸取，注液只能往包装袋中注液，通过安装 两个相反的单向阀来实现。 3.2 注液总体原理示意图 图 4.1 注液原理图 3.3 动力源的选择 目前，市场上常见的动力源主要有：电动机、汽油机、柴油机、液压马达、气轮机和气动马达。因为液压马达的结构复杂，汽油机的各项成本较高等因素，nts机电学院毕业设计（论文） 第 3 章 注液系统的总体方 案 10 在农用机械的应用领域之中，较多使用电动机和柴油机作为动力源。考虑到本设计要加工的物料基本上归属于食品行业的生产原料，为了减少污染的来源，所以选用电动或者气动作为动力源。初步计划选用低压气泵 （ 0.4MPa） 为动力源 。 3.4 注液系统的传动 方案 传动方案：该系统的传动系统为：电机带动气泵将气压能传递给减压阀，调到 0.4Mpa压力进入管道，在经电磁换向阀进入气缸的左腔，推动活塞杆向右运动，液体在大气压强和自重的作用下经单向阀流入贮液缸中，贮液缸为液压缸。由于安装单向阀 1，不能倒吸液体。但吸液动作完成后 ，活塞杆压下行程开关 a1，电磁换向阀换向，气泵的气压作用与气缸的右腔，与上一动作相同工作实现注液过程。 选用这样的方案比机械式的传动方案结构简单、紧凑，性能优越，能到达工作的要求。 3.4 本章小结 . 注液工作原理 (1)当汽缸的活 塞向右运动时，上边的单向阀关闭，下边的单向阀开启，从而实现汽缸的吸液过程。 (2)当汽缸的活塞向左运动时，上边的单向阀开启，下边的单向阀关闭，从而实现汽缸的注液过程。 预计结果 设计后的白菜包装生产线具有结构简单、紧凑、制造容易，成本低。广泛用于中小型食品生产企业。 nts机电学院毕业设计（论文） 第 4 章 系统各部分组件的计算及选用 11 第 4 章 系统各部分组件的计算及选用 4.1 贮液缸的选用 由于系统要求每次注液量在 20ml-30ml 之间，所以贮液缸的容积应大于 30ml。 即 ml20l2D 2 ( 4.1) lm80lD 2 (4.2) 根据上式确定 贮液缸的体积和尺寸 。采用不锈钢筒，端盖与缸筒之间铆接紧固，轴向尺寸小，外型美观，无给油润滑，使用寿命长等特点。刚好符合抗酸性，体积小的设计要求。 具体参数如下： 表 4.1 贮液 缸各项参数 4.2 单向阀的选用 由于气动系统的工作压力较低，约为 0.4 Mpa ，所以选用由广东肇庆方大气动有限公司生产的 KA-L6单向阀，其具体参数如下表： 内径（ mm） 40 动作型式 复 动型 固定型式 LB型 使用压力范围 Kgf/cm 0.05 1.0 保证耐压力 Kgf/cm 13.5 使用温度范围 -25 至 80（不解冻条件下 ） 使用速度范围 mm/s 50 700 缓冲型式 缓冲垫片 nts机电学院毕业设计（论文） 第 4 章 系统各部分组件的计算及选用 12 表 4.2 KA-L6 单 向阀参数 4.3 双作用双活塞杆气缸计算及选用 下面来重点研究双作用双活塞杆气缸。从气源出来的压缩空气经减压阀减压后，压力稳定在 0.4MPa 。然后，压缩空气经过电磁换向阀后和一个双作用活塞式汽缸相连。如上图所示。当 A 气缸左腔进气时，活塞杆右伸出，带动贮液缸活塞向右运动，即为吸液过程。当运动 25mm 后， A 气缸右端活塞杆上触点压下行程开关 1a ，此时，左腔气体经电磁换向阀与大气相通，排气。当 A 气缸右腔进气时，活塞杆向左运动，即为注液过程。同样运动 25mm 后。 A 气缸右端活塞杆上触点压下行程开关 0a 此时，右腔气体经电磁换向阀与大气相通，排气。由于所需推力小，属于高速轻载情况，且气缸安装空间有限，所以决定选用 铝合金，不锈钢迷你汽缸 。 因为汽缸动作时间短，活塞运动速度大，所以活塞杆的直径较粗，现选为 d=18 mm，活塞直径选为 D=20 mm ，活塞行程根据要求定为 L=25 mm。则活塞腔面积为 S1,活塞杆面积为 S2 。 从减压阀出来的 进气压强为 P1 。由以下公式可计算汽缸的输出力 大气阻摩理推 FFFFF （ 4.3） 式中： 理F 气缸的理论输出力， N 公称通径 （ mm） 6 工作压力范围 /MPa 0.05-0.8 环境 /介质温度（ 0C ） 5-50 有效截面积 2mm 10 开启 压力 /MPa 0.03 关闭 压力 /MPa 0.015 换向时间 /s 0.03 泄露量 / 31mincm 10 nts机电学院毕业设计（论文） 第 4 章 系统各部分组件的计算及选用 13 11F Sp 理（ 4.4） 大气F 大气阻力， N 12F SP 大气（ 4.5） 推F 气缸活塞杆的输出推力， N g 重力加速度 10m / 2s D 活塞直径 , m d 活塞杆直径， m 2S 活塞杆面积， 2m 24/12 dS 3S 活塞有杆端面积， 2m 213 SSS 摩F 缸筒与密封件表面的摩擦阻力，视加工情况而定， N 论摩 FF 摩擦阻力因子，工程上常取为 0.2 1P 气缸的进气压强， Pa 2P 大气压强， Pa 部分运算结果如下 7 8 .4 N1S1P 理F (4.6) NF 7.154.782.0F 理摩 （ 4.7） N21040.031040.0510013.11S2P 大气F （ 4.8） 241025.02d1 /42S m （ 4.9） 2310375.0213S mSS Pa6104.01P （ 4.10） Pa510013.12P 现来计算左腔进气的情况，此时右腔排气，接大气，压强为 大气压力 。此阶段为吸液过程，并可分为以下五个阶段。 nts机电学院毕业设计（论文） 第 4 章 系统各部分组件的计算及选用 14 第一阶段：在汽缸刚启动时，由于气体有压缩性，且气体经过管路和各种阀体到达汽缸的进气腔后，还需要有一定的时间富集，才能克服各种阻力推动活塞向右伸出。此时，气缸的右腔与大气相连，气缸左腔的压力处于持续上升阶段。同时，由于贮液缸活塞未移动，所以0F 拉推F,理F还未达到最大值。 公式为： 0F 拉推F0FFFFF 大气静阻摩理推（ 4.11） 第二阶段：经过一定的时间富集后，气缸达到临界状态，气缸活塞虽未移动，但有运动的趋势。此时，气缸右腔与大气相连，无杆腔的压力仍处于持续上升阶段。 0F 拉推F0FFFFF 大气静阻摩理推 (4.12)代入数据 为 0374.37.15F 理56.1NF 理 (4.13)第三阶段：气缸克服各种阻力作功，拉动贮液缸活塞向右运动。此时，气缸右腔与大气相连，排气，左腔压力达到最大值。 公式为： 0FFFFF 大气动阻摩理推 (4.14) 代入数据为： N4.87F 理 N7.32F 推 (4.15) 第四阶段：由于气缸活塞向右伸出，左腔的体积持续增大，致使左腔的压力下降，但活塞依旧向右运动。理F及推F下降。 公式为 : 7.23F0 推4.78F1.56 理 (4.16)第五阶段：贮液缸活塞达到最大伸出量， A 气缸活塞右端触点压下行程开关1a ，吸液过程结束。此时， 4.78F 理 为最大值，并一直保持住，直到电磁阀换向，气缸进入注液阶段。 注液过程与吸液过程类似， 此时 电磁阀换向， 右腔进气，左腔排气，接大气，压强为 大气压，过程现简述如下： 第一阶段：气缸的左腔与大气相连，右腔的压力处于持续上升阶段。贮液缸nts机电学院毕业设计（论文） 第 4 章 系统各部分组件的计算及选用 15 活塞未移动，所以推F为零 , 理F还未达到最大值。 公式为： 0F 推 0FFFF 大气静阻摩理 (4.17) 第二阶段：气缸达到临界状态，气缸活塞虽未移动，但有运动的趋势。此时，右腔的压力仍处于持续上升阶段。 公式为： 0F 推 0FFFF 大气静阻摩理 (4.18) 代入数据为： 0374.37.15F 理 N9.51F 理 (4.19) 第三阶段：气缸克服各种阻力作功，贮液缸活塞向左运动，气缸的左腔与大气相连并排气，右腔的压力达到最大值。 公式为： 0FFF-FF 大气动阻摩理推 (4.20) 代入数据为： N8.15F 推 N5.73F 理 (4.21) 第四阶段：由于右腔的体积持 续增大，致使右腔的压力下降，但活塞依旧向左运动。理F和推F下降。 公式为： 5.73F1.59 理 8.15F0 推 (4.22) 第五阶段： A 气缸活塞右端触点压下 0a ，注液过程结束，气缸完成一个往复运动。此时，理F为最大值 73.5，并一直保持住，直到电磁阀换向，气缸进入下一个循环。 以上是气缸的一个往复运动的全程分析，气缸在规定时间内究竟需要多少个往复运动由实际生产要求决定，并由事先编好的程序控制。 4.4 耗气量计算 下面要计算气缸的耗气量 Q,并设 n为气缸每分钟往复的次数。 由以下公式可计算气缸的耗气量。 nts机电学院毕业设计（论文） 第 4 章 系统各部分组件的计算及选用 16 2212241241PPPndDLLDQ (4.23) 式中 ： Q/ 3 汽 缸 每 分 钟 的 耗 气 量 m m i n L 汽 缸 行 程 m n 汽 缸 每 分 钟 的 往 复 次 数 ， 由 实 际 生 产 情 况 决 定 D 活 塞 直 径 m d 活 塞 杆 直 径 m 12PP 汽 缸 的 进 气 压 强 Pa 大 气 压 强 Pa代入数值计算得 min/341023.0510013.1510013.16104.02018.0204.025.0204.0025.041mnnQ (4.24) 在实际生产中，由于不需要经常变换注液状态，所以该气缸往复的频率很低， n 值不大，因而 Q值也 很小。 4.5 活塞杆直径校核 当气缸带负载工作时，其活塞杆受压缩载荷大，容易引起活塞杆弯曲，因此必须将活塞杆作受压杆来处理，以决定活塞杆的直径和长度。活塞杆的材料为 Q235 A，屈服极限为 216 235Mpa，现取最小值 216Mpa。当活塞杆的长度 H 10d时，按强度条件计算，此时活塞杆直径由载荷决定，而与长度无关，或者说活塞杆所受的应力应小于活塞杆材料的许用应力，即 nts机电学院毕业设计（论文） 第 4 章 系统各部分组件的计算及选用 17 snsPdF 24推(4.25) 故 m,P4Fd 推 (4.26) 式中 ： sn 1 . 5 2 . 5 2 . 5 4 安 全 系 数 ， 在 一 般 机 械 制 造 中 取 ， 现 取 为s 普 通 碳 素 钢 的 屈 服 极 限d 活 塞 杆 直 径 m F 推 气 缸 活 塞 杆 的 输 出 推 力 N, 这 里 取 最 大 值 23.7N H 活 塞 杆 长 度 ， 这 里 取 为 0.05m 代入数值计算 m,3106.06104.862 3 . 74d (4.27) d = 18mm 0.6mm ，所以满足设计要求。 如活塞杆的长度 H 10d时 ,应按纵向弯曲极限力计算 ,这时活塞杆直径与长度需同时考虑 ,活塞杆直径不仅和外载荷有关 ,而且和长度及安装形式及材料的性能有关。 4.6 气缸的运行速度 由于气体的压缩性，且气体需要有一定的时间富集才能推动气缸，所以这段时间设为 T1。此时气缸压力持续上升，活塞不运动。在 T1点，气缸处于临界状态。当活塞运动后一段时间后，气缸压力上升至最大值，这 段时间设为 T2。过 T2点后，由于进气腔的容积变大，使得进气腔的压力降低，直至活塞达到最大行程，这段时间设为 T3。所以，一个循环过程的总时间 T T 1 T 2 T 3 。 T要求小于 0.1秒，行程 L为 32mm， a为活塞缸的加速度。 nts机电学院毕业设计（论文） 第 4 章 系统各部分组件的计算及选用 18 221dL atd (4.28) 对上式积分可反推出所需时间 T。但由于在这三段时间内进气腔的压力一直处于变化中，至使活塞的加速度也处于变化中，如求时间和加速度的二重积分，则因积 分曲线过于复杂，而难于计算。所以，现在根据经验公式来估算时间 T。如推力取最大值 23.7N，则加速度为 20 .2 N /m1.1723 .7Ma