压力机与垫板间夹紧装置的设计毕业论文说明书

压力机与垫板间夹紧装置的设计仿单1引言 传统的压力机与垫板间的夹紧机构采用手动操作，这在现代化生产实际中，已远远不能满足自动化生产的需要。现代化的机械设备的控制技术手段是多种多样的，电器方式、机械方式、液压方式、电气液压方式以及气动方式等等，均可以用来实现自动控制。其中，机－电－液一体化设计已成为当代机械工业技术和产品发展的主要趋向，沿用已久的分工脱节，各管一段的设计方式，不仅耗时，而且难以获得一体化系统的最佳设计结果。本设计引入了机、电、液一体化系统的设计原则，寻求有效的设计理论和方式来实现压力垫板夹紧的自动控制。机械装置设计的重点是利用螺旋传动实现螺杆的上升、下降。因此，螺杆设计是本设计机械部分的核心。要求齿轮啮合传动安全、可靠、效率高，螺杆与螺母的传动能够自锁，有安全保障。螺杆由４５号钢调质处理，再对其进行淬火处理，使螺杆的强度与硬度提高。由于螺杆在本设计中的重要感化，决意了螺杆的寿命是本设计成败的重要符号。设计时，充分考虑了螺杆的强度和机械自锁，必需包管螺杆在任意位置能够自锁，才能使整个夹紧装置安全、可靠。尤其在螺杆及整个夹紧装置摆出必然角度，以使工人取出垫板时，不但要包管液压系统能够自锁，而且要求螺杆也要自锁。否则，夹紧装置失效，将造成极坏的后果。在设计的过程中，还考虑了许多的实际问题，如为给压力继电器提供有效的压力发讯信号，在螺杆的特定位置增加了圆环－半圆环结构，由螺栓联结，在螺杆轴向下降、放松垫板时，放松到位后，圆环－半圆环结构与螺母接触，压力继电器获得发讯信号感化，螺杆停止下降，放松到位。圆环－半圆环结构在本设计中还有其他应用，除与螺母接触使压力继电器发讯之外，还被加在螺母上，感化相当于一个挡圈，防止齿轮由于重力而脱离螺母。液压缸与液压马达的驱动控制由液压系统控制，在液压系统中应用了电磁换向阀与压力继电器。电磁换向阀与压力继电器和电动机的控制均由电气控制系统实现。整个装置组成简单，结构精巧，控制便当，性能可靠，有很好的应用前景。2机械设计与计算2.1原始数据及设计要求2.1.1原始数据(1)夹紧头的夹紧力为10吨。(2)夹紧过程小于10秒钟。(3)夹紧的行程为20mm。(4)系统压力为16MP。2.1.2设计要求(1)夹紧头夹紧后要求有自锁。(2)整个夹紧装置中的八个夹紧头动作可以分别控制，以便于测试与检修。(3)综合考虑机械、电气与液压控制的结合。(4)在设计中要充分考虑使夹紧装置结构紧凑，美观，制造、维修成本低。2.2拟定设计方案驱动机构包孕液压马达，液压缸，单级齿轮传动１、２，螺旋－螺母传动。齿轮用键与螺母联结。具体用液压马达来带动齿轮１旋转，通过齿轮１、２的啮合传动将动力传递给便宜螺母。将螺杆即夹紧头径向固定，使其通过与螺母的螺旋传动能够沿轴向上升、下降，从而实现夹紧或放松垫板的目的。通过液压缸活塞杆在垂直标的目的上的伸缩，实现夹紧装置的摆进、摆出。即液压缸的活塞杆伸出时，在液压力的感化下，鞭策整个夹紧装置摆出，并锁紧。反之，活塞杆缩回时，整个夹紧装置能够摆回，等待下一次的夹紧。整个系统实现夹紧－放松－摆进－摆出四个动作。液压缸与液压马达的驱动由液压控制系统来实现，通过液压系统元件来实现液压缸的调速和液压缸与液压马达的换向。电动机与液压系统中的电磁换向阀和压力继电器的控制由电气部分实现，本设计引入了PLC来进行对电磁换向阀和压力继电器的控制，而电动机则用星－三角启动[1]。2.3确定系统的机械参数3液压系统设计液压系统作为液压主机设计的重要部分，设计时必需满足主机工作循环所需的全部技术要求，且静动态性能好，效率高，结构简单，工作安全可靠、寿命长，经济性好，使用维护便当。为此，液压系统要与主机的总体设计（包孕机械、电气设计）综合考虑，做到机、电、液的彼此配合，包管整个装置的性能最高[2]。3.1液压系统的方案设计3.1.1回路方式的选择本设计中选用了开式回路，即执行元件的排油回油箱，油液经过沉淀、冷却后再进入液压泵的进口。3.1.2执行元件的选择(1)选用了液压马达用于实现连续地反转展转运动。(2)活塞液压缸实现直线运动，因为只要求液压缸一个标的目的工作，反向退回，应选用单伸出活塞缸。3.1.3调速方式的选择采用单向节流阀实现速度的调节，这样能包管系统的刚性良好。在本设计中选用了叠加式单向节流阀。3.1.4调压方式的选择(1)在先导型溢流阀的遥控口上远接一个三位四通电磁换向阀。当电磁换向阀的左位或是右位通电时，系统的压力可由远程调压阀调节控制。主溢流阀的调定压力大于两个远程调压阀的调定压力。(2)通往液压缸的油路中，为实现二次压力油的调定选用了减压阀的减压回路。本设计选用了叠加式减压阀。3.1.5换向回路的选择本设计的液压设备要求的自动化程度较高，因此应该选用电动换向，即小流量时应选择电磁换向，所以选用了三位四通的电磁换向阀。基于叠加式阀的许多特点，在设计中除了选用了普通的电磁换向阀，还选用了叠加式电磁换向阀。3.1.6动作转换控制方式在本液压系统的动作控制中，均采用了压力继电器来控制液压缸或是液压马达的动作。当某一油路的压力达到必然值后，其油路中的压力继电器就会发出讯号，使油路中的执行元件的动作停止。3.2液压阀的拔取3.2.1叠加阀叠加阀是指可直接利用阀体本身的叠加而无需另外的油道连接元件而组成液压系统的特定结构的液压阀的总称。叠加阀安装在板式换向阀和底板之间，每个叠加阀除了具有某种控制阀的功能外，还起着油道感化。叠加阀的工作原理与一般阀的工作原理基本相同，但在结构和连接方式上有其特点故而自成体系。按控制功能叠加阀可分为压力流量、流量、标的目的三类，其中标的目的控制阀中只有叠加式单液控单向阀。同一通径的各种叠加阀的油口和螺钉孔的大小位置、数量都与相匹配的板式主换向阀相同，因此，针对一个板式换向阀，可以按必然次序和数目叠加而组成各种典型的液压系统，凡是控制一个执行元件的系统的叠加阀叠加成一叠。(1)叠加阀的特点由叠加阀组成的液压系统，结构紧凑，体积小，重量轻，占地面积小；叠加阀安装简便，装配周期短，系统有改观需增减元件时，重新安装较为便当，使用叠加阀，元件间无管件连接，消除了因管接头等引起的漏油、震动和噪声；使用叠加阀系统配置简单，元件规格统一，外形整齐美观，维修保养容易；采用我国叠加阀组成的集中供油系统，节电效果显著。但由于规定尺寸的限制，由叠加阀组成的回路形式较少，通经较小，一般适用于工作压力小于120MPa，流量小于200L/min的机床、轻工机械、工程机械、煤炭机械、船舶、冶金设备等行业。(2)拔取叠加阀本设计采用了单功能叠加阀，即只具有一种普通液压阀的功能，如压力控制阀中的减压阀，流量控制阀中的单向节流阀，标的目的控制阀中的液控单向阀，还有叠加压力继电器。各种叠加阀的安装概况尺寸和高度尺寸都由ISO7790和ISO4401等标准规定，使叠加阀组成的液压系统具有很强的组合性。3.3液压系统的参数设计和拟定液压原理图3.3.1拔取马达T－系统转矩，N·mV－马达的排量，m3/lP－马达的压强，Paηm－马达的机械效率，０.92由T=P·V·πηm／２π（3.1）有：Ｖ＝２π·T·ηm－１／P（3.2）＝２π×４.679×10-3×104／16×106×0.92＝19.972ml/r按照马达排量的拔取系列，拔取排量为80ml/r。本设计中选用的马达为BM1-80轴配流型的摆线液压马达，这种马达的体积小、重量轻、噪声低、运转平稳、工作可靠，可实现无级变速，双向运转。3.3.2拔取液压泵（3.3）—液压马达的容积效率0.92——故泵的排量（3.4）系列叶片的额定压力为16MPa，该系列泵的结构类似于系列泵，该泵采用减薄叶片厚度（最小厚度仅1.6mm）的法子，减小叶片在中、高压下对吸油区定子的压紧力以降低磨损；同时提高定子强度，使该系统适应中高压力的要求；定子曲线为高次曲线，降低了泵的噪声。3.3.3拔取电动机(1)电动机选用的一般原则①在选择电动机的类型时要按照工作机的要求来拔取。负荷平稳且无特殊要求的长期工作制机械，应首先采用鼠笼型异步电动机。②电动机的结构有开启式、防护式、封锁式和防爆式，应按照防护要求及环境条件进行选择。③选用电动机的类型，除满足工作机械的要求外，还需满足电网的要求。如启动时能维持电网电压水准，保持功率因数在合理的范围内等。④电动机功能应有适当的备用容量。凡是对在变载荷感化下，长期稳定连续运行的机械，所选用的电动机额定功率应稍大于工作机的功率。(2)拔取电机：（3.5）本设计选用了电动机功率7.5KW，转速，同步转速，电流，该电动机的特性：Ｙ系列电动机是封锁风扇自冷式鼠笼式三相异步电动机。我国统一设计的取代系列的更新换代产品。Ｙ系列电动机效率高、节能、启动转矩高、噪声低、振动小、运行安全可靠。安装尺寸和功率等级完全符合国际标准（IEC）Ｙ系列电动机为一般用途的电动机，适用于驱动无特殊性能要求的各种机械设备，如金属切削机床、鼓风机、水泵等[4]。3.3.4设计液压系统图由以上各个单独回路与阀的组合，我们可以组合成本液压系统的原理图，如图3.3所示。图３.３液压系统原理图PROE天空论坛提供4液压装置的结构设计４.1滤油器４.1.1滤油器的功用和安装滤油器的功用是滤去油液中的杂质，维护油液的清洁，防止油液污染，包管液压系统正常工作。(1)液压传动系统中工作介质含有各种杂质，其主要来源有：虽经清洗仍残留在液压系统中的机械杂质，如水锈、铸砂、焊渣、铁屑、涂料、油漆皮和棉纱丝等；外部进入液压系统的杂质，如经注液口、防尘圈等进入的灰尘；工作过程中产生的杂质，如密封件受液压感化形成的碎片、运动件相对磨损产生的金属粉末、液体因氧化变质产生的胶质、沥青质、碳渣等。上述杂质将起到粉碎感化，严重防碍液压系统的正常工作。如：使节流口卡死或堵塞；加剧介质的化学感化，使工作介质变质。据统计，液压系统中的故障，有75%以上是因为工作介质中混入杂质造成的。为此，应维护工作介质的清洁，防止其污染。(2)过滤器在液压系统中的安装位置：①安装在液压泵的吸油管路上，主要目的是庇护液压泵，防止吸油时将较大颗粒的杂质吸入泵内。为了不影响液压泵的吸油能力，装在吸油管路上的过滤器的通流能力应大于液压泵流量的两倍。吸油过滤器的压差受液压泵吸油特性的限制，使用中最大压差一般不大于0.02MPa，最高过滤精度不超过30~50μm。②安装在压油管路上，在压油管路上可以安装各种型式的精过滤器，用来庇护液压泵以外的其他液压元件。过滤精度一般为3~20μm，工作时滤芯的最大压差一般为0.35~0.5MPa，且过滤器要有必然强度。③安装在回油路上，在系统回油路上安装过滤器是比力抱负的。在系统油液流回油箱前，过滤器将外界浸入系统和系统内产生的污染物滤除，为液压泵提供清洁的油液。回路上过滤器承受的压力为回油路的背压。一般不超过1MPa，因而结构尺寸可适当加大，以提高纳垢容量。回油路过滤器可采用高精度滤芯，最大允许压差一般为0.35MPa。４.1.2拔取滤油器本液压系统共使用了三个滤油器：吸油滤油器，压力管路滤油器，回油滤油器。其中吸油滤油器要有足够的通流能力。因为需经常清洗过滤器，所以在油箱结构上要考虑拆卸便当。本设计选用了YLX-63×80箱上吸油过滤器，用于油泵吸油口处滤除油液中的杂质，用以庇护油泵及其他液压元件，有效地控制液压系统污染。本滤油器的吸油能力大，阻力小。可直接安装在油箱的盖板上，筒体伸入油箱的油液中。当滤芯堵塞需清洗或改换时，只须打开过滤器上盖，即可取出滤芯进行清洗或改换，十分便当。压力管路滤油器采用了ZU-H40×20L型纸质过滤器。本过滤器适用于液压系统压力管路上精过滤。用以滤除油液中的机械和化学杂质，从而防止阀芯卡死，节流小孔间隙和阻尼孔的堵塞，减弱液压元件的磨损。其主要的性能特点有：(1)过滤器直接安装在系统的压力管路上，进出油口均采用螺纹连接，安装简单，改换滤芯便当。(2)滤芯采用纸质和新型化纤滤材，具有过滤精度高，通流能力大，压力损失小，纳污量大等优点。本液压系统的回油滤油器选用了LHN-25×3L型微型直回式回油过滤器。该过滤器安装在油箱的顶部，筒体部分浸于油箱内并设置旁通阀，扩散器等装置[3]。４.2油箱和压力表辅件４.2.1油箱(1)油箱的用途及选择油箱在液压系统中的功能，主要是储油和散热，也起着分手油液中的气体及沉淀物的感化。本系统选用了开式油箱。因为开式油箱应用广泛，箱内液面与大气相通。为防止油被大气污染，在油箱顶部设置空气滤清器，并兼作注油口用。(2)油箱的构造与设计要点①油箱必需有足够的容量，以包管系统工作时能保持必然的液位高度。此外，还要考虑到液压系统回油到油箱不至溢出。②底部做成适当斜度，并在油箱底部最低位置安设放油塞，以便于换油时油液和污物能顺利地从防油孔流出，油箱内沉淀物的按期清理。油箱上盖上应安放空气滤清器，其通气流量不小于泵流量的1.5倍，以包管具有较好的抗污能力。③油箱侧壁安装油位指示器，以指示最低、最高油位。为了防锈、防凝水，新油箱内经喷丸、酸洗和概况清洗后，可涂一层与工作油液相容的塑料膜或是耐油清漆。④油管及回油管要用隔板分隔隔离分散，增加油液循环的距离，使油液有足够的时间分手气泡，沉淀杂质。隔板高度一般取油面高度的3/4。⑤GB766-85中5、2、3a规定：“油箱的底部应离地面15mm以上，以便于搬移、放油和散热。”(3)空气滤清器在液压系统中，净化工作油液是相当重要的环节。空气滤清器能防止空气中的污染颗粒进入油箱，起到延长油液及元件的工作周期和使用寿命的感化，从而包管了液压系统的正常工作。此外，液压系统工作时，空气滤清器能维持油箱内的压力和大气压力平衡，以避免可能泛起的空穴现象。本设计中采用了EF4-50空气滤清器，其结构由空气过滤和加油过滤两部分组成，直接安装在油箱盖板上，既可以滤除液压系统工作时由空气中带入油箱内的尘埃，又可以滤除加油过程中带入油箱的颗粒杂质，从而简化了油箱的结构，有利于油液的液化[3]。４.2.2压力表辅件主要包孕压力表及压力表开关。(1)压力表液压系统各工作点的压力一般都用压力表来观测，以调整到要求的工作压力。一般机械设备液压系统采用1.5-4级精度等级的压力表。在选用压力表的量程时，应选比液压系统压力要高，即压力表量程均为系统最高工作压力的1.5倍摆布。压力表安装在调整系统压力时能直接观察到的部位。压力表接入压力管道时，应通过压力表开关，以防止系统压力突变或压力脉动而损坏压力表。(2)压力表开关压力表开关用于堵截和接通压力表与油路的通道，压力表开关相当于一个小型的截止阀。４.3管接头管接头是油管与液压元件、油管与油管之间可拆卸的连接件。管接头必需在强度足够的前提下，在压力冲击和振动下要保持管路的密封性、连接坚固、外形尺寸小、加工工艺性好、压力损失小等要求。液压系统选用了焊接式管接头。焊接式管接头利用接管与管子焊接。接头体与管子之间用Ｏ形密封圈端面密封。这种管接头结构简单，易制造、耐压高（可达32MPa或更高）、密封性好、而对管子的尺寸精度要求不高。但是要求焊接质量高。在本设计中采用了端直通焊接式管接头、直角焊接式管接头、四通焊接式管接头[3]。４.4阀集成块当液压控制阀采用板式连接时，将阀集中安装在专用的阀块，不仅便于集中办理，而且可以减少连接管路，提高液压系统的工作可靠性。4.4.1阀集成块的设计原则(1)选择集成阀的个数，若集成阀的个数太多，会使阀块的体积过大，设计、加工艰巨；集成阀太少，集成的意义又不大。(2)在阀块设计时，块内的油路应尽量简捷，尽量减少深孔、斜孔。(3)阀块设计时还要考虑有水平或垂直安装要求的阀，必需符合要求。4.4.2阀集成块的结构设计(1)液压阀位置的确定在认真分析液压系统原理图的基础上，按照油口就近连通的原则，应将有互通关系的阀安装在相邻的概况。安装阀的位置时，除需包管阀的互通油口位于同一层，互通的油道有足够的壁厚外，还必需考虑阀的上、下、左、右安装空间，包管阀与阀之间，阀与安装底板之间不得有相碰的情况。(2)视图及尺寸标注阀块加工图一般用六个视图暗示，每个视图暗示一个面的阀的安装螺孔和油口的尺寸。在标注尺寸时一般以主视图的左下角为尺寸标准标注阀安装螺孔的坐标尺寸，再以螺孔为基准标注该阀其它孔口的位置尺寸。标注阀的一组尺寸时应严格按照安装底板尺寸图。一般安装螺孔之间的位置偏差为mm，油口的位置尺寸偏差为mm。然后在阀块加工图中列表标注：孔号－孔径－孔深－相交孔号。为便于对照，还在阀块加工图中绘制了集成阀的油路原理图。5电气控制5.1电气驱动任何生产过程和生产设备都需要能源。由于电能具有便于远距离传送、分派和灵活控制等特点，因此，它成为遍及应用的一种能量形式。将电能变为机械能的电动机和电磁阀等必然成为现代生产的主要动力机械。生产过程的运行、生产机械的起动、停止以及速度调节等，都可以通过对电动机和电磁阀等的控制来实现。电动机和电磁阀等动力电器具有控制便当、效率较高的特点。用动力电器驱使生产机械的工作结构的电气机械装置称为电气驱动[7]。5.2星－三角起动的控制这一线路的设计思想仍是按时间原则控制起动过程，所分歧的是起动时间将电动机定子绕组接成星形，加在电动机每相绕组上的电压为额定值的1/，从而减小了起动电流对电网的影响。待起动后期按预先整定的时间换接成三角形接法，使电动机在额定电压下正常运转。星－三角形起动的优点在于星形起动电流只是本来三角形接法的1/3，起动电流特性好、结构简单、价格便宜[6]。图见5.25.3PLC控制系统设计可编轨范控制器是专门为工业设计的一种按次控制用电气控制设备。其主要特点是与控制对象有更强的接口能力，也就是说，它的基本结构主要是围绕着适宜于过程控制，即过程中数据的采集和控制信号的输出，以及数据的处理等要求而进行设计的。PLC的基本结构虽然与一般的微型机算计大体上相同，但是它的工作过程与之有很大的差异。这种差异主要是由操作系统和系统软件的分歧而造成的。PLC工作的主要特点是输入信号集中批处理，执行过程集中批处理和输出控制集中批处理。这种差异的原因是PLC输入和输出端口凡是都比力多，集中处理可以简化操作过程并便于控制，以提高系统运行的可靠性。其可靠性比相同规模的微型计算机高一个数量级。经过反复调试无误后的PLC控制系统就可以装运到现场进入实际系统运行。但在现场实际工作前，还必需首先对整个系统的接线和电源系统作仔细的检查。在试运行的阶段，系统的操作者还必需密切注视和观察系统的运行状况，以便及时发现问题，及时停机检查。分析本设计的工作过程为：螺杆夹紧、螺杆放松、螺杆摆出、螺杆摆进四个动作。４个动作的执行均用双线圈三位四通电磁阀控制液压缸或马达来完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作。例如一旦夹紧的电磁阀线圈通电，螺杆夹紧头上升，夹紧垫板，并保持夹紧状态，直到夹紧压力继电器发讯断电为止。当需要实现螺杆下降放松垫板时，给放松的电磁阀线圈通电，并保持放松的状态，直到放松压力继电器发讯断电为止。同样的，分别给控制摆进、摆出的电磁换向阀通电，夹紧头实现摆进、摆出的动作，并保持状态，直到摆进、摆出的压力继电器发讯断电。因为在实际应用中，动作的间隔时间长，采用手动控制。用按钮通过ＰＣ机对夹紧头的每一个动作单独进行控制。(1)设计ＰＣ的输入／输出端子输入有控制按钮和选择开关及压力继电器，共有１４点。基本的执行元件为螺杆组１、２的控制继电器，控制系统压力的电磁阀的继电器和螺杆组动作指示灯。因此，输出共有18点。PLC输入、输出配置见图5.3-1。(2)设计控制面板螺杆组动作控制选用二位转换开关。油泵的启动、停止及螺杆组的夹紧、放松、摆进、摆出操作均采用按钮。把８个指示灯分为２组，用以指示螺杆组１、２的夹紧、放松、摆进、摆出，并设置了电源指示灯，油泵启动指示灯。控制面板的具体设计见图5.3-2。PROE天空论坛提供图5.2电气控制图图5.3-1输入输出模块图图5.3-2控制面板图梯形图表1梯形图表2轨范如下：0LDX00041LDX00043ANIX00004ORM2005ANIM2016OUTY10007OUTY10048OUTY2009LDX000410ANDX000111ANIX000712ORM20113ANIM20014OUTY100115OUTY100516OUTY200117LDX000418ANDX000219ANIX000820ORM20321ANIM20422OUTY100123OUTY100224OUTY200425LDX000426ANDX000327ANIX000928ORM20429ANIM20330OUTY100131OUTY100332OUTY200333LDX000534ANDX000035ANIX001036ORM20537ANIM20638OUTY100039OUTY100840OUTY200241LDX000542ANDX000143ANIX001144ORM20645ANIM20546OUTY100147OUTY100948OUTY200349LDX000550ANDX000251ANIX001252ORM20753ANIM20854OUTY100155OUTY100656OUTY200657LDX000558ANDX000359ANIX001360ORM20861ANIM20762OUTY100163OUTY100764OUTY200765AND设计总结压力机和垫板间夹紧装置是按照社会生产的实际需要而设计的。该装置是利用现代化机－电－液技术知识构成自动夹紧系统来代替传统的手动夹紧装置。设计的过程中，首先必需包管螺杆的刚度和耐磨性，利用螺旋传动来实现夹紧、放松。并使螺杆在任意位置自锁。其