瓊脂壓榨機液壓系統(tǒng)設計

瓊脂壓榨機液壓系統(tǒng)設計,瓊脂壓榨機液壓系統(tǒng)設計,瓊脂,壓榨機,液壓,系統(tǒng),設計 湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)論文（設計） 中 期 檢 查 表 學 院： 工學院 學生姓名 學 號 年級專業(yè)及班級 2009 級 機械設計制造及其自動化 專業(yè)（ 2 ）班 指導教師姓名 指導教師職稱 副教授 論文（設計）題目 畢業(yè)論文（設計）工作進度 已完成的主要內容 尚需解決的主要問題 查閱資料完成開題報告 帶鋸床液壓系統(tǒng)基本參數(shù)確定 方案比較 個零件基本參數(shù)的確定及校核 大部分零件圖沒完成，油路板零件圖有困難 裝配的繪制 整體修改準備答辯 指導教師意見 簽 名： 年 月 日 組長簽名： 年 月 日 注：1.此表可用黑色簽字筆填寫，也可打印，但意見欄必須相應責任人親筆填寫。 2.此表可從教務處網(wǎng)站下載中心下載。 ? 湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生 畢業(yè)論文（設計）任務書 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 學生姓名 ? 學????號 ? 年級專業(yè)及班級 2009級機械設計制造及其自動化(2)班? 指導教師及職稱 ???副教授 學????院 工學院? ? ? ? ? ? ? 2012?年?12?月?????日 填?寫?說?明 ? 一、畢業(yè)論文（設計）任務書是學校根據(jù)已經(jīng)確定的畢業(yè)論文（設計）題目下達給學生的一種教學文件，是學生在指導教師指導下獨立從事畢業(yè)論文（設計）工作的依據(jù)。此表由指導教師填寫。 二、此任務書必需針對每一位學生，不能多人共用。 三、選題要恰當，任務要明確，難度要適中，份量要合理，使每個學生在規(guī)定的時限內，經(jīng)過自己的努力，可以完成任務書規(guī)定的設計研究內容。 四、任務書一經(jīng)下達，不得隨意更改。 五、各欄填寫基本要求。 （一）畢業(yè)論文（設計）選題來源、選題性質和完成形式： 請在合適的對應選項前的“□”內打“√”，科研課題請注明課題項目和名稱，項目指“國家青年基金”等。 （二）主要內容和要求： 1．工程設計類選題 明確設計具體任務，設計原始條件及主要技術指標；設計方案的形成（比較與論證）；該生的側重點；應完成的工作量，如圖紙、譯文及計算機應用等要求。 2．實驗研究類選題 明確選題的來源，具體任務與目標，國內外相關的研究現(xiàn)狀及其評述；該生的研究重點，研究的實驗內容、實驗原理及實驗方案；計算機應用及工作量要求，如論文、文獻綜述報告、譯文等。 3．文法經(jīng)管類論文 明確選題的任務、方向、研究范圍和目標；對相關的研究歷史和研究現(xiàn)狀簡要介紹，明確該生的研究重點；要求完成的工作量，如論文、文獻綜述報告、譯文等。 （三）主要中文參考資料與外文資料： 在確定了畢業(yè)論文（設計）題目和明確了要求后，指導教師應給學生提供一些相關資料和相關信息，或劃定參考資料的范圍，指導學生收集反映當前研究進展的近1－3年參考資料和文獻。外文資料是指導老師根據(jù)選題情況明確學生需要閱讀或翻譯成中文的外文文獻。 （四）畢業(yè)論文（設計）的進度安排： 1．設計類、實驗研究類課題 實習、調研、收集資料、方案制定約占總時間的20%；主體工作，包括設計、計算、繪制圖紙、實驗及結果分析等約占總時間的50%；撰寫初稿、修改、定稿約占總時間的30%。 2．文法經(jīng)管類論文 實習、調研、資料收集、歸檔整理、形成提綱約占總時間的60%；撰寫論文初稿，修改、定稿約占總時間的40%。 六、各欄填寫完整、字跡清楚。應用黑色簽字筆填寫，也可使用打印稿，但簽名欄必須相應責任人親筆簽名。 ? ? 畢業(yè)論文 （設計）題目 瓊脂壓榨機液壓系統(tǒng)設計? 選題來源 □結合科研課題???課題名稱：???????????????????????????????????????? ■生產(chǎn)實際或社會實際???????????□其他???? 選題性質 □基礎研究??????■應用研究?????□其他 題目完成形式 □畢業(yè)論文??????■畢業(yè)設計?????□提交作品，并撰寫論文 主要內容和要求 瓊脂壓榨機液壓系統(tǒng)可以保證瓊脂壓榨機按預訂工藝過程的要求（壓力、溫度、速度、時間）和動作程序準確有效的工作。 主要要求： 一、進行必要的設計計算 二、設計油路板 三、繪制液壓系統(tǒng)圖 四、繪制液壓系統(tǒng)安裝簡圖 五、編寫設計說明書 說明：設計工作量應至少完成折合A0號圖紙三張和一份12000字以上的設計計算說明書。 注：此表如不夠填寫，可另加附頁。 主要中文參考資料與外文資料 [1]濮良貴，紀名剛主編.機械設計[M].高等教育出版社，2004.2 [2]孫桓,陳作模.機械原理[M].北京：高等教育出版社，1999 [3]張世亮.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006 [4]董林福.液壓與氣壓傳動[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006 [5]王積偉.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005 [6]機械工程手冊編委會.機械工程手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997 [7]章宏甲，黃?誼[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005 [8]許福玲.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004 [9]張利平.現(xiàn)代液壓技術應用220例[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004 [10]雷天覺.液壓工程手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996 工作進度安排 起止日期 主要工作內容 2012.11.06～2012.12.02 選題 2012.12.03～2012.12.05 接受任務書 2012.12.06～2013.01.13 撰寫開題報告和開題 2013.01.14～2013.03.29 畢業(yè)設計 2013.03.30～2013.04.01 中期考核 2013.04.02～2013.05.06 完善畢業(yè)設計與畢業(yè)設計總結 2013.05.07～2013.05.10 提交正稿與指導老師評閱 2013.05.11～2013.05.26 專業(yè)委員會評閱，答辯與修改定稿 要求完成日期：20????年????月????日????????指導教師簽名：???????????????????????? 審查日期：20????年????月????日????????????專業(yè)委員會主任簽名：?????????????????? 批準日期：20????年????月????日????????????學院指導委員會簽名（公章）：??????????? 接受任務日期：20????年????月????日????????學生本人簽名：???????????????????????? 注：簽名欄必須由相應責任人親筆簽名。此表可從教務處網(wǎng)站下載中心下載。 ? 湖?南?農(nóng)?業(yè)?大?學 全日制普通本科生畢業(yè)設計? ? 瓊脂壓榨機液壓系統(tǒng)設計 HGJFGH ? ? 學生姓名： 學????號： 年級專業(yè)及班級：2009級機械設計制造及其 ????????????????自動化(2)班? 指導老師及職稱：?副教授 學????院：工學院 ? ? ? 湖南·長沙 提交日期：2013??年?05?月 ? ? 湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生 畢業(yè)論文（設計）開題報告 ? ? ? ? ? ? 學生姓名 ? 學????號 ? 年級專業(yè)及班級 2009級機械設計制造及其自動化(2)班 指導教師及職稱 ?副教授 學????院 工學院 ? ? ? ? ? ? ? 2013?年???01?月???07?日 ? 畢業(yè)論文（設計）題目 瓊脂壓榨機液壓系統(tǒng)設計 文獻綜述（選題研究意義、國內外研究現(xiàn)狀、主要參考文獻等，不少于1000字） 一??主要功能結構 瓊脂是從海洋植物中提取的一種高蛋白制品，具有極高的食用和藥用價值，是食品、保健品、制藥、化工等產(chǎn)品中必不可少的輔料添加劑，其在國際國內具有廣闊的消費市場，隨著我國人民生活水平和保健水平的不斷提高，整個社會對這種產(chǎn)品的需求量也會越來越大。同時，從海洋植物中提取瓊脂，也是我國開發(fā)利用豐富海洋資源的一項具體措施。在從海洋中提取瓊脂的過程中，除了一系列的提取工藝外，將已提取好的瓊脂中所含的水份去除干凈是確保瓊脂質量的一道重要工序。 二??研究意義 由于瓊脂在壓榨（去除水份）前是膠質狀態(tài)，因此壓榨瓊脂時要將膠質狀的瓊脂包裹在過濾布中，然后將包裹著瓊脂的過濾布一層層地疊起放人壓榨箱中；在對瓊脂的壓榨過程中既要保持壓板壓榨的瓊脂具有一定的壓榨力，又要保持壓板以一定的速度緩慢下移，以確保膠質狀的瓊脂在去除水份的過程中，不被從過濾布中擠出來而浪費原料。傳統(tǒng)的瓊脂壓榨機都是采用機械螺旋式壓榨原理，該壓榨機由于其本身固有的缺點，很難做到壓榨的過程既要保持對壓榨瓊脂具有一定的壓榨力，又要保持壓板以一定的緩慢速度平穩(wěn)下移的工作要求，因而在壓榨時存在著壓榨效率低、浪費原料大、工人勞動強度大、操作繁瑣等缺點。 ? 三??國內外研究現(xiàn)狀 國內第一臺ＹＰ３２８０型液壓自動壓磚機在廣東佛陶集團力泰陶瓷機械有限公司研制成功。這是國家經(jīng)貿委２０００年立項的國家重大技術裝備國產(chǎn)化創(chuàng)新項目的內容之一?,也是佛陶力泰集團對國外先進陶瓷機械技術經(jīng)過１０多年的消化吸收和不斷創(chuàng)新?,為我國陶瓷裝飾磚自動生產(chǎn)線中最關鍵技術含量最高的設備全部實現(xiàn)國產(chǎn)化系列化的一個重要環(huán)節(jié)。ＹＰ３２８０型液壓自動壓磚機是將陶瓷粉料壓制成磚坯的機械設備?,集機械、電子、液壓和陶瓷工藝技術于一體的高科技產(chǎn)品?,也是陶瓷裝飾磚自動生產(chǎn)線上最關鍵最復雜的設備。該機制造技術要求高?,難度大?,具有全自動?,高效率?,穩(wěn)定可靠?,安全節(jié)能?,性能價格比高等特點。其主機結構采用優(yōu)化設計?,使其滿足強度和剛度?,代表了國產(chǎn)自動壓磚機的技術進步。 四??參考文獻 [1]?楊培元.朱福元.液壓系統(tǒng)設計簡明手冊.北京：機械工業(yè)出版社.2004.7? [2]?雷天覺.新編液壓工程手冊.北京：北京理工大學出版社.1998.12? [3]?成大先.機械設計手冊.北京：化學工業(yè)出版社.2004.1? [4]?張利平.液壓站設計與使用.北京：海洋出版社.2004.2? [5]?中國機械工程學會.中國機械設計大典編委會.中國模具設計大典[M].南昌：江西科學技術出版社.2002? [6]?馮開平.左宗義.畫法幾何與機械制圖[M].廣州:?華南理工大學出版社.2001? 注：此表如不夠填寫，可另加頁。 ? 研究方案（研究目的、內容、方法、預期成果、條件保障等） ? 1.?根據(jù)給定工況，完成液壓系統(tǒng)原理圖。???????????????????????????????????????????????????????????????????? 2.?設計計算液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件。?????????????????????????????? 3.?完成加工示意圖。??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 4.?完成液壓泵站裝配圖。????????????????????????????????????????????????????????????????????? 5.?完成PLC外部接線圖及梯形圖設計。???????????????????????????????????????? 6.?編寫畢業(yè)設計說明書 進程計劃（各研究環(huán)節(jié)的時間安排、實施進度、完成程度等） ? 1.?熟悉題目、收集資料、寫開題報告???????????????????????????1周??????????????????????????????????????? 2.?根據(jù)給定工況，完成液壓系統(tǒng)原理圖?????????????????????????1周? 3.?設計計算液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件。?????????????????????????2周? 4.?完成液壓泵站裝配圖。?????????????????????????????????????2周???????????????????????????????????????????? 5.?整理說明書、外文資料翻譯、準備答辯???????????????????????1周 論證小組意見 ? ? ? ? ??????????????????????????????組長簽名： ????????????????????????????????????????????????20????年???月???日 專業(yè)委員會意見 ? ? ? ??????????????????????????????專業(yè)委員會主任簽名： ???????????????????????????????????????????????20???年???月???日 注：1.此表可用黑色簽字筆填寫，也可打印，但意見欄必須相應責任人親筆填寫。 2.此表可從教務處網(wǎng)站下載中心下載。 湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)論文（設計） 開題論證記錄 學 院： 工學院 記錄人： 學生姓名 學 號 年級專業(yè)及班級 2009級機械設計制造及其自動化(2)班 指導教師姓名 指導教師職稱 副教授 論文（設計）題目 瓊脂壓榨機液壓系統(tǒng)設計 論證小組質疑： 學生回答簡要記錄： 論證小組 成員簽名 論證地點： 論證日期： 年 月 日 注：此表可從教務處網(wǎng)站下載中心下載。記錄、簽名欄必須用黑色筆手工填寫。 湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)設計 誠 信 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設計是本人在指導老師的指導下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。 畢業(yè)設計作者簽名： 2013 年 月 日 湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學 全日制普通本科生畢業(yè)設計 瓊脂壓榨機液壓系統(tǒng)的設計 DESIGN OF HYDRAULIC PRESSURE SYSTEM FOR THE AGAR MILL 學生姓名： 學 號： 年級專業(yè)及班級：機械設計制造及其自動化（2）班 指導老師及職稱：副教授 學 院：工學院 湖南·長沙 提交日期：2013年5月  目 錄 摘 要 1 關鍵詞 1 1 前言 1 2 瓊脂壓榨機的組成及液壓傳動性能特點 2 2.1 瓊脂壓榨機的組成 2 2.2傳動性能特點 3 4 液壓系統(tǒng)設計 4 4.1 壓榨機工作循環(huán) 4 4.2 工況分析 4 4.3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 5 4.3.1 確定供油方式 5 4.3.2 調速方式的選擇 5 4.3.3 速度換接方式的選擇 5 5 液壓執(zhí)行元件載荷計算及元件的選擇 7 5.1 各液壓缸的載荷力計算 7 5.1.1 壓榨缸的載荷力 7 5.1.2 頂出缸載荷力 7 5.1.3 計算頂出液壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率值 8 5.2 液壓缸主要尺寸的確定 9 5.3 確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格 11 5.4 液壓閥的選擇 13 5.5 其它輔助元件及液壓油 13 6 液壓系統(tǒng)的驗算 15 6.1 壓力損失計算 15 6.2 估算系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升 16 7 總結 17 參考文獻 18 致 謝 19 瓊脂壓榨機液壓系統(tǒng)的設計 學 生：武海東 指導老師：劉啟定 (湖南農(nóng)業(yè)大學工學院，長沙 410128) 摘 要：首先明確瓊脂壓榨機機對液壓系統(tǒng)的要求，然后通過給定的技術參數(shù)表里的液壓系統(tǒng)設計參數(shù)，確定液壓執(zhí)行元件的載荷力、系統(tǒng)工作壓力以及液壓缸的主要結構尺寸，制定系統(tǒng)方案，擬定液壓系統(tǒng)圖，然后進行液壓元件的選擇，最后對系統(tǒng)性能進行驗算。在具體的結構設計中，主要是針對系統(tǒng)中涉及到的閥類元件的安裝，油路板的設計等。 關鍵詞： 瓊脂；液壓系統(tǒng)；工作壓力 Design of hydraulic pressure system for the Agar Mill Student:Wu Haidong Tutor: Liu Qiding (College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract: First ,clear about the hydraulic pressure system request of agar mill, then passes the technique outside and inside fluid department which decides, the definite fluid good part's Dutch strength, the department working strength as well as the fluid cylinder's main construction size, the formulation is a plan, decides the fluid department, however next the fluid part, finally is the performance line calculated. In the concrete construction, is mainly part's peaceful which in the department involves, oil duct board and so on Key words: agar mill; hydraulic pressure system; working pressure 1 前言 瓊脂是從海藻、海草等海洋植物中提取的一種高蛋白制品，具有極高的食用、營養(yǎng)和藥用價值，是食品、保健品、制藥、化工等產(chǎn)品中必不可少的添加材料。瓊脂產(chǎn)品在國際、國內具有廣闊的消費市場，在東南亞地區(qū)銷量很大。隨著我國人民生活水平和保健水平的不斷提高，整個社會對這種產(chǎn)品的需求量將會越來越大。在我國、我省廣闊的海洋領域中擁有豐富的海藻海草植物，從這些海洋植物中提取瓊脂產(chǎn)品，也是開發(fā)利用我國豐富海洋資源的一項具體措施。在從海洋植物中提取瓊脂的過程中，除了一系列的提取工藝外，將已提取好的瓊脂半流體中所含的水份去除干凈是確保瓊脂質量的一道重要工序[1-3]。 傳統(tǒng)的瓊脂壓榨機都是采用機械螺旋式壓榨原理[1-2]，該壓榨機由于其本身固有的缺點, 很難做到壓榨的過程既要保持對壓榨瓊脂具有一定的壓榨力，又要保持壓板以一定的緩慢速度平穩(wěn)下移的工作要求，因而在壓榨時存在著壓榨效率低、浪費原料大、工人勞動強度大、操作繁瑣等缺點。與傳統(tǒng)的螺旋式機械壓榨機相比，液壓自動壓榨機安全、可靠、快捷、自動化程度高，勞動強度低，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量高。為了滿足瓊脂在榨過程的上述工作要求， 本文將瓊脂壓榨機設計成液壓壓榨機，利用流體傳動與控制技術傳動平穩(wěn)準確、輸出推力大、易于實現(xiàn)自動控制的優(yōu)點，達到多機同時時工作并自功完成壓榨過程的目的。 2 瓊脂壓榨機的組成及液壓傳動性能特點 2.1 瓊脂壓榨機的組成 瓊脂液壓壓榨機是以海洋植物為原料提取一種高蛋白制品的主要設備，主要由機架、壓榨缸、壓榨板、壓榨箱、壓榨箱底板、頂出缸、液壓系統(tǒng)及電控系統(tǒng)組成，其結構示意圖如圖1所示。 圖1瓊脂壓榨機示意圖 Fig.1 agar mill structure schematic drawing 1 頂出缸 2 壓榨箱底板3 機架 4 壓榨箱 5 液壓站 6壓榨板 7壓榨缸 2.2傳動性能特點 壓榨機經(jīng)常產(chǎn)生較強的重吸作用，大大降低抽出效果。這主要是由于壓榨機中的有效壓縮時間和排汁面積不足，而且在瓊脂壓榨機輥子間蔗層較緊密處壓出的蔗汁，大部分是向著較疏松處(即入蔗口方向)流動再落到輥子表面上排走，蔗汁穿過蔗層的方向和蔗層前進的方向正好相反，這就大大增加了排汁困難和增強重吸作用。 瓊脂壓榨機液壓傳動系統(tǒng)消耗的動力很大，其一由于瓊脂在壓榨（去除水份）前是膠質狀態(tài)，因此壓榨瓊脂時要將膠質狀的瓊脂包裹在過濾布中，然后將包裹著瓊脂的過濾布一層層地疊起放入壓榨箱中；在對膠質狀瓊脂的壓榨過程中既要保持壓板對被壓榨瓊脂具有一定的壓榨力，又要保持壓板以一定的壓榨工藝速度緩慢下移，以確在保膠質狀瓊脂水份被除去的過程中，瓊脂不被從過濾布中擠出，而浪費原料。其二消耗于排脂：因為海洋植物的表層非常緊密，纖維之間的空隙很少，對通過的液體有很大的阻力；要將瓊脂壓過植物標尺排出，必須克服這些阻力，因為時間短而汁量大，必然要消耗很大的動力。而且，壓榨機中壓出的瓊脂向入口方向排出，自然被剛進入的原料吸收，隨后又再將它壓出，周而復此，重復作功，更大幅度增加了動力消耗[3]。3 設計要求及給定參數(shù) 由于瓊脂在壓榨(去除水份) 前是膠質狀態(tài), 因此壓榨瓊脂時要將膠質狀的瓊脂包裹在過濾布中, 然后將包裹著瓊脂的過濾布一層層地疊起放人壓榨箱中; 在對瓊脂的壓榨過程中既要保持壓板壓榨的瓊脂具有一定的壓榨力, 又要保持壓板以一定的速度緩慢下移, 以確保膠質狀的瓊脂在去除水份的過程中, 不被從過濾布中擠出來而浪費原料。其主要由機架1、壓榨缸2、壓板3、壓榨箱4、壓榨箱底板5、頂出缸6、液壓和電氣控制系統(tǒng)7等部分組成。瓊脂在壓榨前要將它們分別裝進許多預先準備好的過濾袋中, 并將過濾袋的口反折好, 防止壓榨過程中脂從過濾袋中擠出來；然后將它們一層層疊好放入壓榨箱底板5上(此時壓榨箱底板5被頂出缸6推至壓榨箱4的上面,以便于工人裝卸料), 再將壓榨箱底板5落至壓榨箱4的底部；隨后讓壓板3快速接近壓榨箱4,當壓板3與要壓榨的瓊脂開始接觸時, 壓板3變成慢速移動并逐漸開始進人壓榨瓊脂的狀態(tài)；為了提高壓榨的工作效率應使壓板開始壓榨瓊脂的速度相對較快,當壓板的壓榨行程達到總行程的三分之一左右時,壓板3 壓榨瓊脂的速度將減慢,直致壓榨完成； 此后壓板3快速退回到其原始位置, 與此同時頂出缸6將壓榨好的瓊脂從壓榨箱4中頂出, 這樣就完成了一個壓榨循環(huán)。上述壓榨缸的工作循環(huán)為：快速下降一慢速l下移一慢速2下移一終點停止一快速上移一原點停止；壓榨箱頂出缸的工作循環(huán)為:頂出一復位。瓊脂壓榨過程中各階段的壓榨速度根據(jù)其工藝要求可以在一定的范圍內任意調節(jié)； 壓板的壓榨力根據(jù)其工藝要求也可以在一定的范圍內任意調節(jié)。另外兩臺壓榨主機工作時應能獨立或同時使用, 且彼此的工作狀況不受干擾；工作參數(shù)的調節(jié)應方便、靈活、快捷。 表1 設計要求和給定參數(shù) Table 1 Design requirements and certain parameters 項目 符號 參數(shù) 單位 整機質量 M 1000 Kg 壓榨箱尺寸 LxBxH 0.8x0.8x1.5 m 最大壓榨行程 S 1.2 m 額定壓榨力 壓榨工進速度一 壓榨工進速度二 FN V1 V2 400 50-60 15-30 KN cm/h cm/h 快進速度 V快 1-2 m/min 供油壓力 Ps 21 MPa 4 液壓系統(tǒng)設計 4.1 壓榨機工作循環(huán) 要求壓榨機完成的整個工作循環(huán)是：快進 → 工進一 → 工進二 → 終點停止 → 快退 → 原位停止。工作循環(huán)圖如圖2所示。 快退 起點 工進二 工進一 快進 終點停止 圖2 工作循環(huán) Fig.2 working cycle 4.2 工況分析 負載分析即確定主機負載的變化規(guī)律，通常用負載-時間（F-t，T-t）或負載-位移（F-x，T-θ）曲線表示，稱負載循環(huán)圖。液壓系統(tǒng)承受的負載可由主機規(guī)格或樣機實測確定，也可由理論分析得出。當理論分析確定實際負載時，應考慮工作負載、摩擦負載、慣性負載等。主機負載即液壓缸負載、液壓馬達負載。 首先根據(jù)已知條件（由壓榨行程1.2m，查出液壓杠的行程取1.25m，并且，工進一的行程是在壓榨工作行程的2處轉換為工進二的，即約在總行程950mm處），繪制運動部件的速度循環(huán)圖，如圖3所示。然后計算各階段的外負載并繪制負載圖。壓榨機快進時，沒受到作用力，所以快進時外負載約等到于零；工進時，外負載取約等于額定壓榨力400kN；快退時，外負載也約等于壓板重力。故負載循環(huán)圖如圖4所示。 圖3 速度循環(huán)圖 圖4負載循環(huán)圖 Fig.3 velcocity cycle Fig.4 load cycle 4.3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 4.3.1 確定供油方式 瓊脂液壓自動壓榨機的液壓系統(tǒng)，在壓榨缸快速下移和快速退回的工作過程中，其液壓系統(tǒng)為空載狀態(tài)，即液壓系統(tǒng)是一種低壓大流量的工作狀態(tài)；而該機在壓榨工作進給的過程中需要很低的速度和很大的壓榨力，即液壓系統(tǒng)是一種高壓小流量的工作狀態(tài)。為了使液壓系統(tǒng)獲得較高的系統(tǒng)效率，并具有多缸工作互不干擾的性能，在該液壓系統(tǒng)的設計中需采用低壓大排量泵和高壓小排量泵組成的雙泵供油回路多速、多壓控制系統(tǒng)，故泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油。此設計采用雙聯(lián)齒輪泵[4-10]。 4.3.2 調速方式的選擇 在中小型的液壓系統(tǒng)中，進給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調速閥。考慮到該設備在工作時對低速性能和速度負載特性沒什么要求，決定采用調速閥調速。這種調速方法有調速容易、結構簡單的特點[4-10]。 4.3.3 速度換接方式的選擇 本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路，它的特點是結構簡單、調節(jié)行程比較方便，閥的安裝也比較容易，但速度換接的平穩(wěn)性比較差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可改用行程閥切換的速度換接回路。但在此設計中，對平穩(wěn)性要求不高，故此回路滿足[4-10]。 最后把所選的液壓回路組合起來，即可組合成圖5所示的液壓系統(tǒng)原理圖。 圖5 液壓系統(tǒng)原理圖 Fig.5 schematic diagram of hydraulic pressure system 此液壓系統(tǒng)工作原理：為了使液壓系統(tǒng)獲得較高的系統(tǒng)效率，并且有多缸工作互不干擾的性能，液壓系統(tǒng)采用雙聯(lián)齒輪泵（即低壓大排量泵3和高壓小排量泵2組成的雙泵供油回路）供油，泵2、3的工作壓力分別由溢流閥4和電磁溢流閥5調定，當系統(tǒng)的任何一個液壓缸需要快速進和快速退回時，系統(tǒng)通過低壓大排量泵3實現(xiàn)供油，當泵3不工作時，可通過電磁溢流閥5實現(xiàn)其卸荷；當系統(tǒng)的任何一個壓榨缸需要工作進給時，通過高壓小排量泵2與溢流閥4調速閥10、11、18、19和壓榨缸12、13等組成節(jié)流調速回路，來滿足各壓榨缸的壓榨工作要求，由于高壓泵2的排量很小，盡管其壓力較高，但功率并不大，因此可以不考慮該泵的卸荷問題；壓榨缸12、13和頂出缸14、15的換向分別由電磁換向閥8、9和電磁換向閥22、23完成；單項順序閥16、17用作平衡閥，防止壓榨缸12、13在重力的作用下滑，使壓榨缸能在任何位置停住，以確保壓榨過程的安全。本設計壓榨過程的工作狀態(tài)轉換采用行程開關來實現(xiàn)，其電氣控制部分可采用可編程控制器（PLC）控制方式。 瓊脂壓榨機的液壓系統(tǒng)電磁鐵的動作順序如表1所示. 表2 電磁閥動作循環(huán)表 Tab.2 operating cycle of valve 工況 電磁塊 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA 9YA 快速下行 + + + 慢速一 + + + + 慢速二 + + 快速退回 + + + 原位停止 5 液壓執(zhí)行元件載荷計算及元件的選擇 5.1 各液壓缸的載荷力計算 5.1.1 壓榨缸的載荷力 壓榨缸在壓榨板快進過程中是輕載，其外載荷主要是壓榨板及其聯(lián)動部件的啟動慣性力和導軌的摩擦力。 工進時，運動，其外載荷就是擠壓時的載荷力。 終點停止時，液壓缸除要保持一定的壓力，還要保持壓板以一定的速度緩慢下移。 根據(jù)鋸架液壓缸的工作要求選擇雙作用活塞缸[4-10]，設液壓缸兩有效面積為A1和A2，且A1=2A2,即d=0.707D。為防止液壓缸發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油腔背壓P2取0.6MPa，而液壓缸快退時背壓取0.5MPa。 5.1.2 頂出缸載荷力 頂出缸的載荷力在整個壓榨過程中式變化的，計算時，只需求出最大載荷力。 (2) 式中d—頂桿直徑，由給定參數(shù)知：d=0.03mm； P—最大壓力，已知p=185.22MPa； 由此求得131KN 表3 各液壓缸的載荷力 Tab. 3 Various hydraulic cylinders' loading force 液壓缸名稱 工況 液壓缸外載荷 活塞上載荷力 快進 300 333 壓榨缸 終點停止 4000 4444 快速退回 980 1088 頂出缸 頂出 1000 1111 復位 200 222 根據(jù)頂出缸的工作情況選雙作用活塞缸，設液壓缸兩有效面積為A1和A2，且A1=2A2,即d=0.707D。為防止液壓缸發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油腔背壓P2取0.6MPa，而液壓缸快退時背壓取0.5MPa。 各液壓缸的外載荷力計算結果列于表3，取液壓缸的機械效率為0.9，求得想要的作用于活塞上的載荷力，并列于上表4。 表4 壓榨液壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率值 Tab.4 The circulation work pressure, flow and power value of sash hydraulic cylinder in every stage 工作循環(huán) 計算公式 負載F/KN 回油背壓p2/MPa 進油壓力p1/MPa 輸入流量q1/10-3m3s-1 輸入功率P/KW 快 進 快進 恒速 p1=[F+A2(P2-P1)]/(A1-A2) q1=(A1-A2)V1 P=p1q1 333 222 p2=p1+0.5 1.03 0.58 —— 0.50 —— 0.299 工進一 p1=(F+A2p2)/A1 q1=A1V1 P=p1q1 4000 0.6 3.42 0.0031 0.019 0.011 0.065 快 退 工進二 快退 p1=(F+A1p2)/A2 q1=A2V1 P=p1q1 p1=[F+A2(P2-P1)]/(A1-A2) 4000 333 0.6 0.5 1.53 1.08 1.03 - 0.50 - 0.54 5.1.3 計算頂出液壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率值 差動時液壓缸有桿腔壓力大于無桿腔壓力，取兩腔間回路及閥上的壓力損失為0.5MPa，則p2=p1+0.5MPa，計算結果見表5。 表5 頂出液壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率值 Tab. 5 The circulation work pressure, flow and power value of gripping hydraulic cylinder in every stage 工作循環(huán) 計算公式 負載F/KN 回油背壓p4/MPa 進油壓力p3/MPa 輸入流量q3/10-3m3s-1 輸入功率P/KW 頂出 復位 p3=(F+A4p4)/A3 q3=A3V3 P=p3q3 p3=(F+A4p4)/A3 q3=A3V3 P=p3q3 1000 200 0.6 0.6 1.92 0.056 0.108 5.2 液壓缸主要尺寸的確定 工作壓力可根據(jù)負載大小及機器的類型來初步確定?，F(xiàn)取液壓缸的工作壓力為液壓系統(tǒng)壓力21MPa。 由上面的參數(shù)知道最大負載力為kN。由公式 （3） 式中 ——液壓缸工作壓力，初算時可取系統(tǒng)工作壓力； ——液壓缸回油腔背壓力，初算時無法準確計算，估計,本設計取 =0； ——活塞桿直徑與液壓缸內徑之比，本設計取； ——工作循環(huán)中最大的外負載； ——液壓缸的機械效率，一般cm=0.9~0.97，本設計取。 得： mm 將壓榨液壓缸的內徑圓整為標準系列直徑mm，活塞桿直徑按及活塞桿直徑系列取mm。 選定缸后,再算出液壓缸的壓力為 （4） 式中 ——液壓缸壓力； ——工作循環(huán)中最大的外負載； ——液壓缸的有效工作面積。 代入數(shù)據(jù)得： 對選定后的液壓缸內徑，必須進行最小穩(wěn)定速度的驗算。要保證液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積，必須大于保證最小穩(wěn)定速度的最小有效面積，即 （5） 式中 ——流量閥的最小穩(wěn)定流量，一般從選定的流量閥的產(chǎn)品樣本中查得，在本設計查得調速閥最小穩(wěn)定流量為L/min； ——液壓缸的最低速度，由設計要求給定，在本設計中為cm/h。 把所選的數(shù)據(jù)代入式（5）得： 液壓缸節(jié)流腔的有效面積上面也算出為 cm 滿足式，液壓缸能達到所需低速。 快進與快退時都是由大泵供油的，故可算 出快進的速度為 m/min 液壓缸工作行程長度，可根據(jù)執(zhí)行機構實際工作的最大行程來確定[11]。 本設計中壓榨缸的行程是根據(jù)壓榨箱的長度來選的，在本設計中壓榨的長度為mm，故可選液壓缸的最大行程為mm。 根據(jù)以上參數(shù),可選用工程用液壓缸(雙作用單活塞桿式液壓缸)[12-14],主要生產(chǎn)廠有: 長江液壓件廠、武漢液壓油缸廠、大連液壓件廠、重慶液壓件廠。 型號為 01-180/125 -4 1 2 1-1250。 5.3 確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格 考慮到正常工作中進油路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為 （6） 式中 ——液壓泵最大工作壓力； ——執(zhí)行元件最大工作壓力，本設計中MPa； ——進油管路中的壓力損失，初算時簡單系統(tǒng)可取MPa，復雜系統(tǒng)取MPa，本設計中取MPa。 把上面所取數(shù)據(jù)代入式（6）中得 大流量泵： MPa 小流量泵： MPa（背壓力取0.5MPa） 上述計算所得的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過度階段的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力貯備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力應滿足。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本設計中取，故： 大流量泵： MPa 小流量泵： MPa 液壓泵的最大流量應為 （7） 式中 ——液壓泵的最大流量； ——同時動作的各執(zhí)行元件所須流量之和的最大值。如果這時溢流閥正進行工作，尚須加溢流閥的最小溢流量L/min； ——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取，現(xiàn)取。 大流量泵： L/min 小流量泵： L/min 根據(jù)算得的和選取雙聯(lián)齒輪泵，該泵的基本參數(shù)見表6[12-14]。 表6 齒輪泵技術規(guī)格參數(shù) Tab.6 parameters of CBN-G302/325 gear technical 技 術 規(guī) 格 型 號 公稱排量（mL/r） 壓力 （MPa） 轉速 （r/min） 驅動功率（壓力和轉速為額定值）（kW） 容積 效率 （%） 總效率（%） 額定 最 大 額 定 最 大 2/25 25 32 2500 3500 2.5 首先分別算出快進與工進兩種不同工況時的功率，由于在此設計中選用的是雙聯(lián)泵，即快進時是大流量泵供油，工進時是小流量泵供油，故電動機的功率選擇的依據(jù)是兩者之和。 首先計算快進時的功率，快進時所需電動機功率為 kW (8) 快進時所需電動機功率為 kW kW 第五卷電動機產(chǎn)品樣本[15]，選用Y100L-2型電動機，其技術參數(shù)見表7。 表7 Y100L-2電動機技術參數(shù) Tab.7 technical parameter of Y100L-2 electric motor 型 號 額定功率/kw 滿 載 時 額定電流/A 轉速 效 率/% 功 率 因 數(shù) Y100L-2 3 6.39 2870 82 0.87 2.2 7.0 2.2 5.4 液壓閥的選擇 根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)圖，按通過各元件的最大流量和最大壓力，查產(chǎn)品樣本所選擇液壓元件的規(guī)格如表8所示。 表8 液壓元件明細表 Tab.8 detail list of hydraulic component 序 號 名 稱 型號規(guī)格 通過流量(L/min) 1 過濾器 XU-J100X100 67.5 4、5 二位四通電磁閥 24EO-H6B 0.25 6、7 調速閥 2FRM5/0.2Q 0.135 8、9 調速閥 2FRM5/0.6Q 0.25 10、11 二位二通電磁閥 22DO-H6B 0.25 22、23 三位四通電磁閥 34WE6EE5/AW220-50 26 24、25 單向順序閥 DZ6DP1-5/2.5Y 26 26 溢流閥 DB101-1/315/W220-50 3 27 電磁溢流閥 DBW10B1-1/50/W220-50 62.5 液壓系統(tǒng)應盡可能多的由標準液壓控制元件組成，液壓控制元件的主要選擇依據(jù)是閥所在的油路的最大工作壓力和通過該閥的最大實際流量。因此，首先根據(jù)所選擇的液壓泵規(guī)格及系統(tǒng)工作情況，算出液壓缸在各階段的實際進出流量、運動速度和持續(xù)時間，以便為其他液壓控制閥及輔件的選擇及系統(tǒng)的性能計算奠定基礎[16-18]。 5.5 其它輔助元件及液壓油 常用的油管有硬管和軟管兩類。選擇的主要依據(jù)是工作壓力、工作環(huán)境和液壓裝置的總體布局等。同于硬管流動阻力小，安全可靠性高且成本低，所以除非油管與執(zhí)行機構的運動部分一并移動，一般應盡量選用硬管。油管內徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路允許流速進行計算。油管內徑和壁厚按如下公式計算出后，即可按管材有關標準規(guī)定選取合適的油管： （9） （10） 式中 ——通過油管的最大流量； ——油管中允許流速，工進高壓取=4m/s，快進低壓取=2.5m/s； ——壓力為時，泵的輸出流量； ——油管內徑； ——油管壁厚； ——油管內最高工作壓力； ——管材的抗拉強度； ——安全系數(shù)，本設計取=4。 故快進油管： mm 工進油管： mm 同時考慮到制作方便，兩種油管都統(tǒng)一選用內徑為15mm，厚度為3.5mm的10號冷拔無縫鋼管；查手冊得管材的抗拉強度為412MPa，按式（10）對管子的強度進行校核： =2mm 所選管子壁厚安全。 選擇液壓油液要考慮的因素有：工作環(huán)境（易燃、毒性和氣味等）、工作條件（粘度、系統(tǒng)壓力、溫度、速度等）、油液質量和經(jīng)常性。上述因素中，最重要的是液壓油液的粘度[19]。盡管各種液壓元件產(chǎn)品都指定了應使用的液壓油液，但考慮到液壓泵是整個系統(tǒng)中工作條件最嚴峻的部分，所以通常可根據(jù)泵的要求來確定液壓油液的粘度及牌號。選用牌號為的油液，其運動粘度為32mm/s。 油箱容積可按經(jīng)驗公式（11）計算出來。 （11） 式中 ——油箱的有效容積（L）； ——液壓泵的總額定流量（L/min），本設計L/min； ——與系統(tǒng)壓力有關的經(jīng)驗系數(shù)：低壓系統(tǒng)，中壓系統(tǒng)，高壓系統(tǒng)。本設計取。 故 L 選用容量為400的油箱，型號為。 6 液壓系統(tǒng)的驗算 驗算的目的在于對液壓系統(tǒng)的設計質量做出評價和評判，如果發(fā)生矛盾，則應對液壓系統(tǒng)進行修正或改變液壓元件規(guī)格。 6.1 壓力損失計算 驗算的目的在于了解執(zhí)行器能否得到所需的壓力。系統(tǒng)壓力損失的計算，它包括管路的沿程壓力損失、局部壓力損失及閥類元件的局部損失，即 （12） (13） （14） 式中 ——管道長度（m）； ——管道內徑（m）； ——液流平均速度（m/s）； ——液壓油密度（kg/m）； ，——局部阻力和沿程阻力系數(shù)； ——閥的額定流量（m/s）； ——通過閥的實際流量（m/s）； ——閥的額定壓力損失（Pa）。 由于本系統(tǒng)的管路布局尚未確定，故僅按式（14）估算閥類元件的壓力損失。 快進階段：三位四通電磁閥的壓力損失為MPa，單向順序閥的壓力損失為MPa。此階段閥類元件的總壓力損失為 MPa (15) 工進階段：二位二通電磁閥的壓力損失為MPa，二位三通電磁閥的壓力損失為MPa，調速閥的壓力損失為MPa，溢流閥的壓力損失為MPa，此階段閥類元件的總壓力損失為 MPa 快退階段：快退階段與快進階段都是相同的閥類元件在工作，故兩者的總壓力損失也相同。 盡管上述計算結果與估取值不同，但不會使系統(tǒng)工作壓力超過其能達到的最高壓力，故無需修改原設計。 6.2 估算系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升 液壓系統(tǒng)效率是系統(tǒng)的輸出功率(即執(zhí)行元件的輸出功率) 與其輸入功率(即液壓泵的輸入功率) 之比，可由下式計算： （16） 式中 —— 液壓泵的總效率； ——執(zhí)行元件的總效率； ——回路效率。 液壓回路效率可按下式計算： （17） 式中 ——各執(zhí)行器的負載壓力和負載流量（輸入流量）乘積的總和； ——各個液壓泵供油壓力和輸出流量乘積的總和。 本液壓系統(tǒng)在整個工作循環(huán)持續(xù)時間中，快進與快退僅占一小部分時間，而工進占了絕大部分時間，所以系統(tǒng)效率、發(fā)熱和溫升可略用工進時的數(shù)值來代表。根據(jù)式（17）可算出工進階段的回路率 （最高進給速度時） （最低進給速度時） 前已取液壓泵的總效率=0.8和液壓缸的總效率=0.9，則按式（16）即可算得本液壓系統(tǒng)的效率 足見工進時液壓系統(tǒng)效率很低，這主要是由于溢流損失和節(jié)流損失造成的。 液壓系統(tǒng)的壓力、容積和機械損失構成總的能量損失，這些能量損失轉化為熱量，使系統(tǒng)油溫升高，由此產(chǎn)生一系列不良影響。為此，必須對系統(tǒng)進行發(fā)熱計算，以便對系統(tǒng)溫升加以控制。液壓系統(tǒng)發(fā)熱的主要原因，是由于液壓泵和執(zhí)行元件的功率損失以及溢流閥的溢流損失所造成的，當液壓油溫度升高后，會引起油液粘度下降，從而導致液壓元件性能的變化，壽命降低以及液壓油老化。因此，液壓油必須在油箱中得到冷卻,以保證液壓系統(tǒng)正常工作。系統(tǒng)的總發(fā)熱量可按下式計算： （18） 式中 ——液壓泵的輸入功率（kW）； ——系統(tǒng)總效率。 所以可求得： kW=995W 液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量，同系統(tǒng)中各個散熱面散發(fā)至空氣中，其中油箱是主要散熱面。因為管道的散熱面相對較小，且與其自身的壓力損失產(chǎn)生的熱量基本平衡，故一般略去不計。當只考慮油箱散熱時，其散熱量可用下式進行估算： （19） 式中, ——油箱的散熱系數(shù) [W/(mC)]，本設計取W/(mC)； ——油箱散熱面積（m）； ——系統(tǒng)溫升值（C）。 其中，油箱的散熱面積可以用下式估算： （20） 式中 ——油箱的有效容積（L）。 所以： 此溫升在許用范圍內，故系統(tǒng)溫升驗算合格。 7 總結 目前,在我國生產(chǎn)瓊脂的廠家還不是很多, 傳統(tǒng)瓊脂壓榨機都是采用機械螺旋式壓榨原理，該壓榨機由于其本身固有的缺點，很難做到壓榨過程既保持對壓榨瓊脂具有一定的壓榨力，又保持壓板以一定的緩慢速度平穩(wěn)下移連續(xù)工作的要求，因而在壓榨時存在著壓榨效率低、浪費原料大、工人勞動強度大、操作繁瑣等缺點。 本設計克服以上缺點，為瓊脂生產(chǎn)提供一種新型高效高質量的自動化設備,以更有效率方法的提取瓊脂。為了滿足瓊脂在壓榨過程的工作要求，將瓊脂壓榨機設計成液壓壓榨機，利用流體傳動與控制技術傳動平穩(wěn)準確、輸出推力大、易于實現(xiàn)自動控制的優(yōu)點，達到多機同時工作并自動完成壓榨過程的目的。本設計主要是設計出一個液壓系統(tǒng)，使整個工作循環(huán)都實現(xiàn)自動化，并結合所選液壓閥的各參數(shù)，按實際生產(chǎn)要求設計出液壓站,并優(yōu)化其液壓系統(tǒng)原理和使整體布局更具合理性。本設計中的壓榨機具備拆裝方便、工作安全可靠、控制準確方便、完全符合瓊脂生產(chǎn)工藝要求等優(yōu)點。 經(jīng)過一段時間的論文設計，至此已基本完成了任務書所規(guī)定的任務。本設計 涉及的課程很多，涉及到液壓傳動、流體動力學、液壓、電氣控制等相關課程的知識。通過完成該設計，自我感覺收獲很多，能力提高很大。首先，對大學四年所學過的主要專業(yè)知識進行了一遍較系統(tǒng)的復習。在論文完成的過程中，基本上是在不斷翻閱課本，加以總結和聯(lián)系的基礎上獨立來完成的，因此，可以說通過本次畢業(yè)設計使自己在專業(yè)知識方面得到了一次較大的提高。其次，設計的過程中，不免會遇到很多問題和難點，在問題面前，我學會了獨立思考解決問題和協(xié)作。在論文完成的過程中，我通過查找資料，請教老師和同學，使難點和問題逐個擊破，感覺很充實，收獲頗多。再次，通過此次畢業(yè)設計鍛煉了群毆的思想，感覺只要靜下心來做一件事，成功的機會還是很大的。 參考文獻 [1]張世亮，柯明利，李日福.瓊脂液壓自動壓榨機的研究[J].機床與液壓，2001（1）:49-50. 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