液压驱动金属打包机设计-带液压系统【含6张CAD图纸】【GC系列】
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含6张CAD图纸
GC系列
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摘要伴随现代科技水平的不停发展，对各个国家来说，金属资源变得越来越重要。在工业发展中，对金属资源的不合理使用以及过渡开采，浪费了大量的金属资源。金属资源的不断减少引起了人们的担忧，在此情况下，如何实现废弃金属的回收再利用，成了工业发展中尤为重要的课题。金属打包机就在这种形式下孕育而出。打包机整体结构的设计，机座部分结构设计、材料选择，液压系统的设计、元件选择以及打包机液压原理图设计等是本次设计的主要内容。本次设计告别传统的丝杆传动，而采用液压传动的形式，为打包装置传递更大的工作压力。本次设计的打包机采用主、侧双液压缸进行工作，侧液压缸放在投放物料仓室的后方，主液压缸则放在投放物料仓室的侧方。压缩室的设计及其材料的选择是整体结构设计的主要内容。而活塞杆以及缸筒的计算校核等是液压缸设计的主要内容。在本次设计的打包机中，除去主、侧两个液压缸完成打包工作外，还包含有前门液压缸、上盖液压缸和锁紧液压缸，它们分别完成各自的工作，从而完成整个打包过程。本次设计完成了上述液压金属打包机所需要的设计。整个液压金属打包机具有很大的优点，成本造价低廉，具有快速、高效的工作效率，应用广泛。关键词：废金属的回收；金属打包机；液压IABSTRACTWith the development of modern science and technology, metal resources are becoming more and more important to individual countries.The excessive use of metal resources and the exploitation of the transition have wasted a lot of metal resources.Metal resources decline has caused peoples concern, in this case, how to realize the scrap metal recycling, became the industrial development is particularly important topic.Charter planes were born in this situation.Design of the whole structure of baling press, stand part of the structure design, material selection, hydraulic system design, component selection and packer hydraulic principle diagram design is the main content of this design.This design does not use the traditional screw drive, but the hydraulic drive is used to provide the power for the machine.A double hydraulic cylinder is used for work, the main hydraulic cylinder is placed in the back of the compression chamber, and the side hydraulic cylinder is on the side of the compression chamber.The design of the compression chamber and its material selection are the main content of the overall structure design.In the design of the packing machine, remove the main hydraulic cylinder, side two complete packaging work outside, still have three auxiliary hydraulic cylinder, respectively, to complete the whole process.This design completes the design of the hydraulic metal press.The whole hydraulic metal packing machine has a lot of advantages, not only cost low, but also widely used by enterprises.Key Words：Scrap metal recycling;Metal baling press;hydraulic pressureII目录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 文献综述11.2 设计内容简介21.3 本章小结32 打包机主体的设计分析42.1 打包机的结构设计42.2 打包机压缩室设计与强度校核73 打包机液压系统的设计93.1 液压系统的特点93.2 液压系统工况分析93.3 液压缸的计算113.4 拟定液压系统回路143.5 液压系统压力分析173.6 液压元件的选择184结论21参 考 文 献22附录 1：外文翻译23附录 2：外文原文26致谢32I毕业设计（论文）题目1 绪论1.1 文献综述1.1.1 课题研究背景近乎所有的打包机都是同一个原理：让废弃的、原来散乱、占用空间大的材料经过设备的压缩、打包，变为同一规格的小体积、比重大而且容易回收和运输的包块。目前打包机分为金属打包机和非金属打包机两种。本设计选择适用于各类金属与相应的金属制品材料的压缩和打包3。金属打包机的主要作用是将废弃金属物料以及一些轻薄金属板材余料压缩打包成块，打包成块后作为回炉熔炼的合格炉料，实现再利用。这样不仅可以减少了废弃物料的运输成本以及冶炼成本，又方便运输储存4，可以大大提高生产效率和经济效益。工业科技的不断飞速发展，使废弃金属的产量急剧增加，所谓废金属是指包括废包装物、线材、边角余料、切屑等，这些不能够直接再投入生产使用的金属物料。金属资源的过度浪费虽然引起了国内企业的担忧，但还是没有引起相当的重视。而且当前，中国的打包机还是以模仿为主，对外国的产品略有改善，没有实质的发展，而在企业管理中，往往只注重生产加工、轻研究开发，创新不够，所以我们要勇于开发和创新，在自身的方面进行摸索研究并实践，提高自身的能力，为中国打包机的发展做出贡献。相比于国外，我国的打包机械产品种类和数量都比较少。国外的打包机械产品已经走向节能化、智能化和高科技化。而国内引进国外废金属打包机距今已有 20 多年，但是打包机械的发展却依然没有跟上工业科技发展的脚步。结合现有生产力和社会发展水平，相信金属打包机械在未来的发展态势将会呈现以下特点：高效化、低能耗、高速化自动化、智能化。机电液一体化。液压元件的标准化，集成化。从一些资料上能够了解到，目前国内拥有和使用的金属打包机主要分为：丝杆传动以与液压传动金属打包机两类。然而现在，由于采用丝杆传动，这类传动其功率损耗太大，压头力的传动不稳定，加工成型的包块密度比较低，结合丝杆传动自身的 v 弊端和限制，所以采用丝杆传动的金属打包机几乎已经被淘汰掉了；而采用液压传动的金属打- 9 -包机与丝杆传动相比较来说，液压打包机能够传递更大的压力，工作效率也更高，并且速度能够自动控制。1.1.2 课题研究的意义从我们的周边环境，易觉察到，现在很多企业工厂的金属废料以及日常生活中遗弃的金属制品都在与日俱增，这是工厂和企业在飞速发展以及人们的生活质量也变得越来越高的原因。然而，这种原因也自然的给我们周围的环境和社会的发展带来了相对的影响。并且，各类矿产资源属于不可再生资源，会随着工业发展而逐渐减少。因此，如何对这类废弃金属材料采取回收和利用已是一个刻不容缓的问题。加快废金属的回收和利用，不仅是人心所向，也是工业发展的实际需求。金属打包机就是在这种需求下产生的。打包机在国民经济发展中有着不可代替的作用，因为它能实现对金属废料的打包回收和再利用，符合可持续发展的道路，前景开阔。不使环境污染变得更严重，变废为宝，资源回收再利用，达到可持续发展的目的是必须要的。但是，我们目前面临更多的问题是如何降低回收的成本，并且提高回收的效率。现在国外的打包机正在朝着智能化、自动化、高效化的方向发展。而国内对于新产品的研究和开发的缺乏动力、财力，使得如今打包机的技术仍然处于落后的不良局面。在日益激烈的竞争下，企业的自主研究成果无法与大众分享，而相关的部门又缺少科研经费的投入，使得我国在这一领域的空白很难填补。综合以上所述的情形，本文研究设计的液压驱动金属打包机相比于过去的打包机， 是具有一定研究意义的。1.2 设计内容简介1.2.1 研究解决的问题传统的打包机械设备主要包含传动机构、动力系统和工作机构。动力系统为打包机械设备提供动力源；打包机械的运作是依靠传动机构来实现的；而传动机构的作用则是为了让动力源满足运行机构对速度、力、以及其他运行功能要求的装置6。确定初始数据： 确定公称推力：1150KN 确定压缩室的尺寸：1100650550mm 确定包块尺寸：（240-350）250250mm 确定包块密度： 1800kg/m3 确定生产效率：900-1200kg/h1.2.2 整体设计方法（1）金属打包机主体的设计 打包机机体设计 压缩室设计a.压缩室尺寸设计b.进行强度校核（2）液压系统的设计 选择液压泵 设计能实现足够流量和工作压力的液压油泵当中液压源的产生机构 设计液压缸及控制油路：要求能实现的工作过程为：启动，上盖缸合上，锁紧机构锁上侧缸快进，到达一定位置后切换为工进当侧缸压力达到一定值后，侧缸保压主缸快进，到达一定位置后切换为工进当主缸压力达到一定值后，主缸保压保压一定时间，两缸泄压，主缸回到起始位置锁紧机构松开打开上盖打开前门侧缸将包块推出压缩室侧缸快退，回到初始位置关上前门等待下一次填料。 辅助装置的确定：采用以上提到的各个部位相互连接通道和接口。 液压原理图的设计1.3 本章小结根据市场需求和制造能力，完成打包机的研发制造。要求能够达到工作安全、步骤准确、便于维护、并且能够使所设计的打包机满足经济实惠、性能稳定的目标，采用液压系统控制，控制容易、便捷，可以非常好的满足市场的需求。加工工艺很好7。2 打包机主体的设计分析这一章主要设计打包机的外形，以及确定主要工作液压缸、辅助液压缸在打包工作过程中的的具体运动形式，然后分析各个受力部分，校核其强度。2.1 打包机的结构设计打包机的结构设计包括机体设计，根据已定条件进行打包机运动形式设计以及压缩设计室。这设计过程中，想要设计出合理的结构，对打包机的具体运动的分析，是达到本次设计目的的重要前提8。2.1.1 打包机的运动 打包机运动程序如下：（1）投料后，上盖关闭，形成压缩室，然后锁紧机构工作，防止在压缩过程中上盖被顶开。（2）侧液压缸快速前进，到一定形成转换为工作进给，工进直到金属打包块达到预定尺寸之后，侧液压缸停止。（3）侧液压缸停止后，主液压缸快速前进，与侧液压缸一样，到一定位置后转换成工进，同样工进到废弃金属打包块达到预定的尺寸之后，主液压缸停止。两个完成打包工作的液压缸经过一段时间的保压之后，马上快退回到初始位置。（4）废弃金属打包成块后，锁紧机构松开，上盖打开。（5）开启前门，侧缸将打包块快速推出，切换成快退，运行到起始位置。（6）关闭前门，进入下一次的工作循环。2.1.2 打包机的总体布局（1）主体布局侧液压缸放置于投放物料室的后方，投放物料仓室的侧方安放进行主要工作的液压缸，上盖液压缸安置于侧液压缸的上方，锁紧系统置于上盖上面，前门系统置于前门， 这就是打包机的主体布局。而打包机的总体可分为： 机体为保证机体安装起来和拆卸起来都相对比较容易，而且在工作过程中也不容易被损坏，整个机体由多个大板块拼接而成，为方便整个机械设备的维修与安装，使整个机体的位置形式固定。 上盖液压缸系统上盖缸系统由液压缸和上盖构成。打包机在工作之前，上盖液压缸推动上盖落下，形成密闭的压缩室，此时压缩室的高度就是打包块的高度。上盖需要焊接加强筋。 锁紧系统锁紧系统置于上盖上面，打包机在进行打包工作之前，锁紧系统依靠靠锁紧液压缸推动销轴导入前门挡板的销孔内，使上盖与前门挡板锁紧。这样就能避免打包机工作过程中由于过大的挤压力将上盖顶开，产生危险事故。前门上的孔道要足够大，目的是为了避免由于废料的干扰，导致销轴不能正确推入到前门的销孔内，造成意外事故。 主、侧液压缸系统主液压缸、侧液压缸系统是金属打包机的主要工作系统，它的主要工作是完成废弃物料的压缩过程，使打包块具有一定的密度，形成一个一定尺寸的打包块。 前门系统前门系统的作用是，当包块打包成形后，前门液压缸将前门打开，使金属打包块从前门被推出。因为前门直接与高压室相连，在打包机工作过程中直接承受来自侧液压缸系统的压力，所以应当确保开门前，侧液压缸的已经卸压，不然可能会导致前门无法正常开启，更严重的可能是造成部件直接被损坏。（2）结构设计打包机压缩室的尺寸为1.1 0.65 0.55m3 ，为了使计算过程变得更加简便以及缩短液压缸的工作行程，现确定经过压缩的打包块尺寸为300 250 250mm ，那么可以计算出以下液压缸的工作行程：侧液压缸工作行程： L1 = 1100 - 300 = 800mm ； 主液压缸工作行程： L2 = 650 - 250 = 400mm ； 前门液压缸工作行程： L3 = 550 - 250 = 300mm 。根据压缩室的大小，考虑到各个液压缸的行程、各结构板块的厚度以及液压缸位置的安放，整个打包机的长度取 S = 2200mm ；为了便于设备的安装调试与维修，将主液压缸不安置于主机体内，置于压缩室侧面，根据其行程和位置，确定打包机机体宽度取值为 L = 1800mm ；上盖缸系统置于侧杠系统上方，综合打包机压缩的高度与上盖系统的高度，为了便于上盖的打开，现取总打包机机体高度 H = 1100mm 。上盖的尺寸主要根据已定压缩室的尺寸设计，为了便于上盖的安装，取上盖的宽度等同于压缩室宽度，即 L上 = 650mm ；由于上盖是由个板块拼接构成，上盖上方需要与液压缸连接，控制上盖落下与前门闭合形成压缩室，并且还要在上盖上安放锁紧装置， 为了确保锁紧装置的合理位置，所以设计上盖总长度 S上 = 1000mm ， H上 = 320mm 。根据上盖尺寸计算出上盖缸的工作行程 L4 = 1200mm 。锁紧装置采用两平行销轴穿过前门实现上盖与前门的锁紧，为了确保提供足够的锁紧力，两销轴轴径尺寸为f= 40mm ，采用连接板与两销轴固定，两销轴置于上盖中的导向孔内，两销轴间距取200mm，材料选择为45#钢，许用切应力t = 69.28 MP。进行剪切应力校核：式中：t= FsAF = F （根据前文已知，F=1150KN）s2pd 2（2-1）A =（d=40mm）4经过计算得出t= 18.30MP t ，所以满足要求。为了合理安放锁紧缸，以及保证锁紧缸的工作，现确定锁紧装置的总体尺寸为S锁 = 340mm ， L锁 = 250mm ， H锁 = 190 。取锁紧缸行程 L5 = 150mm 。图2.1打包机总装图（3）动力系统动力系统置于打包机后面。本次设计不对动力系统做主要分析，只进行一个简要说明。动力系统由以下部分组成： 油箱部分 油泵电机组部分 管路系统部分 控制阀组部分 操纵箱部分操纵箱放置一些主要电气元件，作为控制电路的操作中心9。2.2 打包机压缩室设计与强度校核2.2.1 压缩室的设计压缩室的尺寸校核：根据前文，完成压缩后的打包块体积为（0.24 0.35 0.25 0.25)m3 ，为便于计算和缩小主缸的工作行程，现在确定完成压缩后的打包块体积为（0.30 0.25 0.25）m3 。压缩室采用用钢板进行焊接，考虑经济性问题，所以选择材料为 45#钢，它的屈服强度dq = 355（MPa），抗拉强度为dl = 600（MPa）,根据前文所取公称推力 F=1150K,选定 40mm 厚度的壁厚进行计算校核。表 2.1安全系数 n材料静载荷交变载荷冲击载荷不对称对称钢35812铁461015参考表 2.1，应该取安全系数n = 5，则： 许用拉应力：许用压应力： 许用剪切应力：dl1 =dl /n=120（MPa）（2-2）dq1 =dq /n=71（MPa）（2-3）djq =dl1 =69.28（MPa）（2-4）活塞和压缩室的挤压强度。d = F =bsA侧壁和前门的剪切应力：1150 1030.3 0.25= 15.33MPadq1 （2-5）t= F1 =A1150 1030.04 0.55= 52.28MPadjq （2-6）式中:bsFF1 = 21150 103=N2（2-7）前门和侧壁的拉压应力：已知最大剪力FC=1150KNAbs= 0.02 0.55 = 0.011m2（2-8）图2-2剪切强度图图2-3弯曲强度图smax= M maxW（2-9）bh 2W =（2-10）6M max= 1 Fl 28（2-11）计算得出最大弯矩值 M max =93400N.m,W = 6.77 10-3 m3 ,公式 2-8 计算得到： 满足强度要求。3 打包机液压系统的设计3.1 液压系统的特点（1）能够实现无级调速，且调速区间相对大一些，比例可为2000：1（2）重量较轻，体积较小；（3）传动平稳；（4）能够完成过载保护，液压油在打包过程中还可以主动润滑各个传动部件，增加设备的使用寿命；（5）容易操作，还可以轻易的实现自动化；（6）液压元件可以实现系列化、通用化、标准化，选择液压传动能够使机械内部结构更加趋于简单，因此可以减少机械的内部零部件数目11 。3.2 液压系统工况分析3.2.1 分析系统工况打包机的具体运动为:将需要打包压缩的废料投入打包机的压缩室中上盖液压缸驱动上盖运动关闭上盖为防止打包机工作时的挤压力过大顶起盖，需要锁紧侧液压缸快进工作到达一定的位置触发行程开关后，切换成工进，将打包块压缩到到预定长度主液压缸工作形式与侧液压缸一致完成打包工作后，主、侧液压缸进行泄荷由前门缸直接驱动前门开启，侧缸将已经打包好的废料推出侧液压缸，前门液压缸分别退回到起始位置，进入下一个打包循环。上述就是打包机的工作流程。3.2.2 确定液压系统的主要参数（1）前文给定的参数如下: 打包机公称推力 1150kN 打包完成后包块的体积为 0.30*0.25*0.25m3 打包机主缸行程 400mm，侧缸行程 800mm 前门缸行程 300mm，上盖缸行程 1200mm，锁紧缸行程 150mm 包块密度： 1800kg/m3 生产效率：900-1200kg/h 根据上述数据经计算得到：每个包块的重量1800kg / m3 0.30 0.25 0.25m3 / 块每小时应打包的块数为 3036 块。依据计算所得数据,应用类比法确定各个液压缸的进给速度值: 侧液压缸:快进速度v1=50mm/s工进速度v2=20mm/s推出包块速度v3=50mm/s快退速度v4=50mm/s 上盖液压缸:快进速度v5=120mm/s快退速度v6=120mm/s 锁紧液压缸:快进速度v7=75mm/s快退速度v8=75mm/s 前门液压缸:快进速度v9=100mm/s快退速度v10=100mm/s主液压缸:快进速度v11=50mm/s工进速度v12=20mm/s快退速度v13=50mm/s根据以上选定的速度值通过计算后，得到完成整个打包工作过程的总用时约为- 19 -t = 85s，能够满足设计所需生产效率。（2）液压系统的压力分析:F = PAq（3-1）n =（3-2）A根据以上俩式,需要考虑到照机械部件的运动、部件的制造能力以及其他各方面因素，才能选择液压缸的工作压力。参照表 3.1、表 3.2 ,取 p = 25MP 作为系统的工作压力来进行接下来的计算.表 3.1各类主机设备常用的系统压力表 3.2不同负载常用的液压缸工作压力负载/KN50工作压力/MPa 16 Mpa 时, Pmax =1.25P；s-缸筒材料的许用应力，s= Rm /n ， Rm 是材料抗拉强度， n 为安全 系数，一般取n = 5。根据以上计算，取缸筒的壁厚d0 =40mm。缸筒的外径：b.缸筒厚度的验算D1 = D +2d0 =330(mm)（3-8）为保证系统正常工作，额定工作压力 pN 要满足p 0.35d (D 2 - D2 ) / D 2 =37.02MPa（3-9）NS11为避免材料变形,额定工作压力 pN 还要满足：pN (0.350.42) pp1 =34.4641.35MPa（3-10）式中pp1 -缸筒塑性变形的压力.p =2.3d lg D1 =98.45（3-11）p1sD式中ds -缸筒制造材料的屈服强度，为 355MPaD1 -缸筒外径D -缸筒内径pN -额定工作压力缸底厚度 h 是 ：h = 0.433Dp/s 10-3 =55.9（mm）(3-12)max式中D -缸筒内径；pmax -缸筒内的最大工作压力；s-缸筒底部的许用应力。缸筒联接方式：焊接式联接强度高，却不易拆装，结构复杂不便加工。法兰式联接强度稍低，但拆装方便、结构简单成本低，能够承受较高的压力；所以选择法兰式联接。选择法兰式连接缸筒内危险截面所承载的拉伸应力s为：2s= pmax D12/(D1 - h) - D =0.3302 25.5(0.330-0.016)2 - 0.252=76.93（MPa）(3-13)满足强度要求。式中D1 -缸筒宽度， D1 =0.330（m）h -卡环的宽度（m）， h =0.016（m）D -卡环的厚度（m）， D =0.016（m）pmax -系统的最高工作压力（MPa） pmax =25.5（MPa）（2）活塞杆校核计算 结构外端部采用焊接连接,内端部采用螺纹连接方式。 材 料选择 45#钢 活塞杆的强度验算根据前文已确定的行程 l 对活塞杆进行验算。当l / d 10时，活塞杆为短行程，应该校核拉压强度：d 2=131.24（mm）(3-14)式中F -活塞杆的最大推力（N），为 F = 1150 （KN）d -活塞杆的直径（mm），d = 180 （mm）ns -安全系数，ns =24；取ns =4ds -活塞杆材料的屈服强度，取ds = 355 MPa所以这样设计满足强度和稳定性的要求。3.4 拟定液压系统回路3.4.1 液压回路设计首先，设计调速回路。液压系统的调速回路需要满足如下要求：（1）要满足能够非常良好的控制执行元件运行速度的要求。（2）要满足当外负载变化时,系统的变速区间应该比较小的要求。（3）要满足能提供的足够的转矩和力的要求。（4）要满足尽量减少功率损耗和热损耗的要求。调速回路的选择：系统的调速回路分为三种：节流调速回路、容积调速回路以及容积节流调速回路16。选用调速回路需要注重效率性和经济性。采用节流调速回路，是结构可靠，维修过程中不复杂，成本不高，但同面临工作效率不高，发热大的问题。采用容积调速回路的话， 其优点是系统压力损失较小，系统的冷却快，效率比节流调速高，但是这种调速回路随着外负载的增大，容积效率将变小。采用容积节流调速回路，其特点是发热小、效率高， 并且速度刚性比容积调速回路好17。综合本次设计的具体情况，系统采用容积节流调速回路。速度换接方式的选择。为轻易控制液压缸的行程、使阀的安装简单容易、使系统的结构更为简便，本次设计的系统采用电磁换向阀。压力控制回路。选择先导式溢流阀来使系统负载完成卸压。3.4.2 选择液压系统回路方式液压系统的回路方式有开式和闭式和开式回路两种。采用闭式回路，缺点比较明显， 系统构造复杂，工作过程中不利于油路中热量的散发，不能很好的解决油液冷却降温的问题；而采用开式回路系统，系统的结构相对来说简单明了，能够解决散热困难的问题， 冷却条件良好，并且经济性很高，综合上述两种回路的特点分析，开式回路更为适合本次设计，所以选择开式回路作为本次设计的液压系统回路方式。3.4.3 液压系统原理图的分析设计考虑到本次设计采用容积节流调速回路，然后从打包机在工作过程中的要求出发， 在工作时，要满足快进时载荷小、速度高，工进时速度低、载荷大的要求,最后从降低热损失的目的出发,所以采用直轴式变量柱塞泵供油。综合分析前文所采用的几个回路， 系统液压原理图如图 3.1 所示。打包的工作流程如下：启动电源开关，泵源工作，Y1通电，使换向阀换向，启动上盖缸推动上盖落下，形成密闭的打包室；上盖缸运行到一定行程之后，触发行程开关，使Y1断电，Y 3 通电，让锁紧缸工作， 推动锁紧机构运行，完成锁紧工作，避免工作过程中上盖被顶起；锁紧缸完成工作以后，使Y 7得电，换向阀换向，侧液压缸开始工作。侧液压缸运行到一定位置，使Y11通电，换向阀换向，让工作油液流经调速阀 7， 这样侧缸就由快速进给完成了切换；侧液压缸继续运行，完成第一次打包压缩后，使Y 7 、Y 8 同时失电，完成系统的保压延时，实现打包块的定型。Y 5 通电，而后主液压缸快进；主液压缸打包压缩运行到达一定行程，使Y12 通电，换向阀换向，使液压油流经调速阀 7，这样主液压缸就由快进过程转换为工进过程；主液压缸继续进行打包压缩，直至打包压缩完成，完成工作之后，使得Y 5 、Y 6同时断电，这样整个打包压缩的工作过程就结束了；经过一定时间延时保压后，主、侧液压缸开始泄压，当主、侧液压缸泄荷完全后， 使Y 6、Y 8 通电，实现换向之后，主、侧液压缸快退回到起始位置；待两缸都退回到起始位置时， Y 4通电，控制换向阀换向，使锁紧缸退回到初始位置后， Y 2、Y 9 通电，控制换向阀换向，打开上盖和前门；前门缸回到初始位置后， Y 7 通电，控制换向阀换向，侧主液压缸打包的物料送出压缩室；最后，当包块被推出压缩室后， Y 8 通电，控制换向阀换向，侧缸快退回到起始位置，当侧液压缸退回到初始位置后Y10 通电，前门回到初始位置，Y13 通电，系统泄荷， 完成本次工作循环。表 3.3控制通电表序号工作流程Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12Y13上盖合上+-上盖锁紧-+-+-侧缸快进-+-侧缸工进-+-+-侧缸保压主缸快进-+-主缸工进-+-+-主侧缸保压-+主侧缸泄压-+-+-锁紧松开-+-开上盖前门-+-+-推出包块-+-侧缸快退-+-关闭前门-+-图 3-1液压工作原理图3.5 液压系统压力分析3.5.1 确定液压泵的工作压力和流量（1）液压泵工作压力的确定：由于执行元件在运行过程中需要最大的压力，,因此应该满足下式:Pp P1 + D P（3-15）式中：Pp - 液压泵的最大工作压力，P1 - 执行元件的最大工作压力，SD P - 油路的压力损（按经验选取，简单的系统：取 0.20.5MPa,有调速阀或是管路复杂的系统：取 0.51.5MPa；所以本次设计SD P =0.5MPa； 因此液压泵的工作压力是：Pp = P1 + SD P =25.5（MPa）（3-16）p前文计算的 Pp 是系统的静态压力,系统在工作过程中常因为过渡过程压力超调或是周期性压力脉动而存在动态压力18，这个值要远远大于静态压力，所以 P 还需比 P 高出25%60%,低压系统可取 25%40%,中高压系统应当选较大一些.所以在本次设计中取P = 1.6Pp ，计算得出 P=31.875MP.（2）液压泵流量的确定液压泵允许经过的最大流量为qp K ( qmax ) m3 / s（3-17）式中：qp - 液压泵的最大流量(q) max- 执行元件一同工作q 的最大值。K - 回油泄漏折算系数,K=1.11.3,现在取 K=1.2 计算。求得液压泵流量为：（3）选择液压泵的规格qp = 70.65 L/min（3-18）依据之前计算的 p 和 qn，查阅相关资料,最终采用25CCY14-1B 型柱塞泵。技术规格为：额定压力：31.5MPa ；排量：25ml/r；驱动功率：24.6KW；转速范围：3000r/min。确定电动机的功率.前文已采用液压泵额定压力 P=25Mpa，pmax =70.65L/min，取液压泵总效率hP = 0.85pqnhP =p计算得到电动机所需功率 P =28.9kw.（3-19）通过查阅电动机型号，选择Y200L1- 2 型电动机；技术规格为：额定功率 P = 30kw ； 额定转速n = 2950 r/min 。3.6 液压元件的选择（1）阀的规格控制阀的规格是根据系统的最高压力和通过该阀的实际流量，在标准元件中选用19。元件选定的额定压力以及流量要与其计算值尽可能的接近，必要时，要取通过元件的最大实际流量超过其额定流量的 20%，本次设计的系统工作压力 p 16 Mp，所以选用阀的规格如下： 与柱塞泵相连的溢流阀选择北部精机有限公司生产的MSRF- 03 型溢流阀，其额定流量q = 70 L/min；额定工作压力 P = 25 Mp；通径 D = 10 mm。 单向阀选择力士乐液压有限公司生产的 Z1S10P50-1TB50 -1D10 型单向阀，其启动压力 p = 5Mp；通径 D = 10 mm。 节流阀选择北部精机有限公司生产的MST - 03 型节流阀，技术规格为：最高压力 p = 21MPa；推荐流量为q = 45 L/min。 减压阀选择力士乐液压有限公司生产的 ZDR10DP7- 5X/150YM型减压阀，技术规格为：流量q = 80 L/min；设定压力 p = 15MPa；通径 D = 10 mm。 电磁换向阀选择M - 4SED6Y1X/350CG24N9K4/62 型三位四通电磁换向阀，技术规格：额定流量q = 25 L/min；通径 D = 10 mm。（2）滤油器规格：滤油器选择天津滤油器厂生产的 WU 250 F 型滤油器，技术规格：压力p = 25MPa；流量q = 350 mL/min；通径 D = 15 mm；过滤精度m= 100um。（3）压力表规格：压力表选择高行液压元件厂生产的KF3 E3B型压力表；技术规格：使用压力p = 16 MPa；（4）管道尺寸的确定内径 d 为：d =式中Q 通过管道的流量n0 管内允许的流速1000（3-20）经计算，使用（GB3683- 92 型胶管技术规格：额定压力 p = 40 MPa ,通径 D = 10 mm。（5）液压油箱体积的确定液压系统的散热主要依靠油箱。油箱体积小，油温散热困难，温度就高。相反，油箱体积越大，散热就快，但是相对的，其占地面积也越大。通常来说，油箱体积V 可取V = 6q 12q 。计算得V = 1057 2114 L。现选择油箱体积为V = 1500L。表 3.4液压元件表名称型号主要技术规格溢流阀MSRF- 03额定流量q = 70 L/min；额定工作压力 P = 25 Mp；通径 D = 10 mm。单向阀Z1S10P50-1TB50 -1D10启动压力 p = 5Mp；通径 D = 10 mm。节流阀MST - 03最高压力 p = 21 MPa ； 推荐流量q = 45 L/min。减压阀ZDR10DP7- 5X/150YM技术规格为：流量 q = 80 L/min； 设 定 压 力 p = 15 MPa ； 通 径D = 10 mm。电磁换向阀M - 4SED6Y1X/350CG24N9K4/62额定流量q = 25 L/min；通径D = 10 mm。滤油器WU 250 F压力p = 25 MPa；流量q = 350 mL/min；通径 D = 15 mm； 过滤精度m= 100um。压力表KF3 E3B使用压力 p = 16MPa；管道（GB3683- 92额 定 压 力 p = 40 MPa, 通 径D = 10 mm。油箱V = 1500L。- 22 -4 结论本次设计完成了液压驱动金属打包机的设计，它的主要作用是实现废金属的打包回收再利用，在本次设计过程中，顺利完成了金属打包机两个关键部分的相关设计：一是通过确定的各尺寸大小设计出打包机机械结构部分，并校核所涉及受力的部件，合理的设计出打包机的结构装配；二是通过确定系统的压力以及对液压缸的设计计算校核，根据打包机的具体运动进行液压回路原理图设计，完成了打包机液压系统部分的相关设计以及计算校核。参 考 文 献1 朱君君，冯毅.金属液压打包机设计J.液压与气压，2009 年 12 期.2 周贵华，李传铎，孙松林，王书磊.液压传动机构在金属打包机改造中的应用J.山东冶金，2011 年 01 期.3 陈榕林，陆同理.新编机械工程师手册M.中国轻工业出版社，2003.4 王青云.金属打包机液压系统设计J.橡胶技术与装备，2015 年 16 期.5 洪震，贺元成，杨勇.全自动液压打包机改进设计J.机械，2015 年 09 期.6 机械工程手册编辑委员会编.电气工程师手册M.北京机械工业出版社，1987.7 齐占庆.机床电气自动控制M.机械工业出版社，1987.8 户主贤.机床液压传动与控制M.北京航空专业教材编审室，1984.9 陈在平，赵相宾.可编程序控制器及应用程序控制M.机械工业出版社，2002.10 刘鸿文.材料力学 IM.北京：高等教育出版社，2004.11 上海煤矿机械研究所编.液压传动设计手册M.上海人民出版社，1990.12 扬升.新型增力液压缸的结构与参数设计J.机械设计与制造，2008 年 04 期.13 成大先.机械设计手册第三版（第四卷）M.化学工业出版社，2002.14 煤碳工业部主编.液压传动设计手册 M.上海科学技术出版社，1998.15 刘延俊.液压与气压传动M.北京：机械工业出版社，2012.16 刁飞萌，宋宪龙，张卓然.节流调速回路中多执行元件匹配性研究J.黑龙江科技信息，2012 年 13 期.17 施亚梅.浅谈如何降低液压系统功率损失J.液压与气动，1999 年 05 期.18 章宏甲.金属切削机床液压传动M.江苏科学技术出版社，1985.19 吴海荣.远程调压回路的设计及在液压实验教学中的应用J.机床与液压，2014 年 08 期.20 杜国森.液压元件产品样本M.机构工业出版社，2000.21 成大先.机械设计手册第三版（第四卷）M.化学工业出版社，2002.附录 1：外文翻译液压回收修井机研究及起重机仿真摘要：本文研究了一种先进的节能型石油机械，即液压回收装置。这台钻机的设备功率仅为普通钻机的 1/3，而且该钻机还可以回收利用管道中释放的潜在能量。本文介绍了该钻机的特殊工作原理。并且进行了节能分析。分析表明，当把重达 260 克的管弦降低时，这个钻机所能恢复的能量是 240106J。建立提升管弦的数学模型，并进行了仿真分析。通过仿真，得出了一些结论:（1）管道越轻，管道的吊装时间越短;（2）节流阀路径的面积越小，管道吊装时间越长;（3）空气容器体积越小，管道吊装时间越短。实际的测量结果表明，仿真结果是正确的。关键词：节能，修井设备，能量回收，起重，仿真1 介绍通常用于石油开采的普通钻井平台有一种不合理的巨大能源浪费。如下所示:（1） 从油井中提升管道的工作是一个连续的循环过程。重达数十吨的管状管被吊到地上，一根接一根。在一个循环中，从井中抬起管道的时间只有大约四分之一的时间，而在这里， 电动机在一个高功率下工作。把管道从管道中移走的时间是 3/4，在这里电动机工作在低功率下。普通钻机的大功率电机大多在低功率下工作，因此不经济。（2）从油井中移到地面的管道将大量潜在的能量储存起来，当管道被放低到井里时，沉积的势能就会释放出来。普通钻机只是通过制动来浪费这种能量，这种能量是无法恢复的。因此，开发了一种液压回收修井机。该钻机具有由电动机和大蓄能器驱动的液压泵。当提升管弦时，蓄电池在辅助时间（拆卸和定位单管的时间）内储存电机能量，并在提升时释放它，以帮助电机提升管道。因此，这种钻机的配备能力只有平常的三分之一。例如，当额定吊钩负载为 300k N 时，该装置的配备功率为 45kW，普通的功率为 150kW。该钻机可以恢复降低时由油管道释放的潜在能量。2 工作理论：简介2.1 液压系统理论介绍。液压回收修井机液压系统如图 1 所示。液压油源由泵 1 和蓄能器组成。特别建造的大型蓄电池由空气容器 5 和储油缸 4 组成。空气容器的容积是1.68 m3。储油缸的容积是 0.19m3。复合气缸 11 具有 q1，q2，q3-三室。液压方向阀 6,7,8 分别控制 q1，q3，q2 与高压油（泵和蓄能器）或低压油（油箱）相连。当 q1 和 q2 腔室与高压油相连接时，由柱塞 12 上的油压产生的力就向上，当 q3 室连接高压油时，柱塞 12 上的油压产生的力向下。连接高低压油，不同的三室组合模式，决定不同的力等级，以满足提升和降低不同负荷的需要（见表 1）。节流阀 9,10 控制升降速度并用作制动器。- 23 -2.2 .复合缸提升部件的介绍。如图 2 所示，复合气缸的柱塞 3 的顶部连接到行驶支架 4。四个移动块 5 安装在支撑件中，并且两个顶块 2 安装在复合气缸体中。两个钢链中的每一个在两个移动块和一个顶块中卷绕。钢链的一端与钩连接，另一端固定在基座上。当柱塞被驱动时，行驶块及其支撑件同步上升，带有管道的钩子以柱塞的四倍速度上升。当柱塞再次被驱动时，钩子和管道以柱塞的四倍速度下降。2.3 进一步介绍。表 1 中计算吊钩起重载荷的方程式为F=p(A1+A2-A3)/4式中：F
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