液壓金屬打包機(jī)設(shè)計(jì) 【帶三維模型】【含10張CAD圖紙】

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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 機(jī)電系 填寫時(shí)間： 2015 年 1 月 16 日 課題名稱 液壓金山打包機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專業(yè)、學(xué)號 畢業(yè)設(shè)計(jì) 基本要求、重點(diǎn)需要 研究的問題 原始數(shù)據(jù)： 1、公稱推力：1150KN 2、壓縮室尺寸：1100×650×550mm 3、包塊尺寸（長×寬×高）：（240-350）×250×250mm 4、包塊密度：≥ 1800kg/m3 5、生產(chǎn)效率：990-1200kg/h 基本要求： 1、用液壓驅(qū)動，可選擇手動或自動控制操作。 2、出料形式可選擇翻包，推包或人工取包（扛包）等不同方式。 可將各種金屬邊角料（鋼刨花、廢鋼、廢鋁、廢銅、廢不銹鋼以及報(bào)廢汽車廢料等）擠壓成長方體。 主要內(nèi)容： 1、開題報(bào)告 　1份 2、文獻(xiàn)綜述 1份 3、打包機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)總裝配圖 A0圖1張 4、液壓系統(tǒng)原理圖 A1圖1張 5、主液壓缸裝配圖 A1圖1張 6、液壓集成塊零件圖 A1圖1張 7、機(jī)床電氣原理圖 A1圖1張 8、設(shè)計(jì)說明書（1.5萬字） 1份 關(guān)鍵問題： 主體部分的分析選擇或改進(jìn),動力驅(qū)動的設(shè)計(jì) 計(jì)劃 進(jìn)度 安排 1. 2周：理解課題，借閱參考資料，研究制定總體方案，詳細(xì)計(jì)劃， 2. 寫開題報(bào)告（第一周內(nèi)完成）； 3. 3周：進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的總體方案的設(shè)計(jì)，并對各個(gè)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核，完成零件的選型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 4. 6周：進(jìn)行液壓系統(tǒng)的總體方案完成液壓缸裝配及液壓集成塊零件圖； 5. 2周：編寫使用說明書、設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯。的設(shè)計(jì)，完成液壓系統(tǒng)計(jì)算和液壓體統(tǒng)原理圖； 6. 2周：進(jìn)行主液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算； 應(yīng)收集 的資料 及主要 參考文獻(xiàn) [1] 濮良貴、紀(jì)明剛：機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版），高等教育出版社，2001。 [2] 張利平、鄧鐘明：液壓系統(tǒng)氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊，機(jī)械工業(yè)出版社，1997。 [3] 官忠范：液壓傳動系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社，1982。 [4] 黃宜、章宏甲：液壓傳動，機(jī)械工業(yè)出版社，1994。 [5] 立正吾、趙文瑜：電工手冊，安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2002。 [6] 張世偉、朱福元：液壓系統(tǒng)的計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，寧夏人民出版社，1987。 [7] 關(guān)肇勛、黃奕振：實(shí)用液壓回路，上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1982。 [8] 尤紹權(quán)、范崇夏、琴美：國家標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械制圖應(yīng)用示例圖冊，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1985。 [9] 孫桓、陳作模：機(jī)械原理（第六版），高等教育出版社，2001。 [10] 何存興：液壓元件，機(jī)械工業(yè)出版社，1982。 指導(dǎo)教師（簽名）： 職稱：講師 系（教研室）主任（簽名）： 分管院長（簽章）： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 設(shè)計(jì)題目： 液壓金屬打包機(jī)設(shè)計(jì) 　 專業(yè)年級： 2011級機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 學(xué) 號： 姓　 名： 指導(dǎo)教師、職稱： 2015年 3 月 3 日 一、本設(shè)計(jì)課題的目的意義，主要及擬解決的關(guān)鍵性問題 金屬打包機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，各工業(yè)部門的下腳料及生活用金屬制品的廢棄物都日益增多，這無疑將會對人類環(huán)境產(chǎn)生污染；另外人類社會的不斷消耗，各類礦物資源也會逐漸減少。液壓金屬打包機(jī)的設(shè)計(jì)就是致力于廢金屬的回收和再利用，提出利用液壓裝置來對廢金屬進(jìn)行打包處理，使之成為具有相當(dāng)規(guī)格尺寸的包塊，來方便對廢金屬進(jìn)行回收、運(yùn)輸、回爐再造，以重新投入到生產(chǎn)。這樣提高了廢金屬的利用率，也在一定程度上緩解了對金屬資源的需求。 目前我國金屬液壓打包機(jī)械技術(shù)含量日趨增加，現(xiàn)有的一些金屬液壓打包機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)含量不高，而國外已將很多先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用在金屬液壓打包機(jī)械上，如遠(yuǎn)距離遙控技術(shù)（包括監(jiān)控）、步進(jìn)電機(jī)技術(shù)、自動柔性補(bǔ)償技術(shù)、激光切割技術(shù)、信息處理技術(shù)等。 我國金屬液壓打包機(jī)械整體技術(shù)還落后于發(fā)達(dá)國家，但是我國金屬液壓打包機(jī)市場需求促進(jìn)了金屬液壓打包機(jī)行業(yè)的發(fā)展也推動了生產(chǎn)企業(yè)不斷的進(jìn)行自我創(chuàng)新，改變落后的經(jīng)營理念和發(fā)展思維，因此我國金屬液壓打包機(jī)行業(yè)未來的發(fā)展是非常樂觀的，只要企業(yè)能夠抓住機(jī)遇，相信在不就的將來我國金屬液壓打包機(jī)行業(yè)會站立在世界包裝行業(yè)的前端。 關(guān)鍵問題: 主體部分的分析選擇或改進(jìn) 動力驅(qū)動的設(shè)計(jì) 二、本設(shè)計(jì)課題的主要設(shè)計(jì)、預(yù)期設(shè)計(jì)結(jié)果 主要內(nèi)容： （1） 液壓金屬打包機(jī)的整體結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)，主要分析研究方面有：壓縮室尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，鎖緊裝置的設(shè)計(jì)，主、側(cè)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算。對所設(shè)計(jì)部分進(jìn)行分析，做好繪制液壓原理圖和電氣原理圖的準(zhǔn)備。 （2） 對金屬打包機(jī)整體結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動的分析，對液壓系統(tǒng)所需要的零部件進(jìn)行選型，設(shè)計(jì)繪制出液壓原理圖。并根據(jù)液壓原理圖和所選出的零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)電氣原理圖，并對所需要的電氣元件進(jìn)行選型。 （3） 設(shè)計(jì)液壓元件集成塊。通過計(jì)算液壓系統(tǒng)不同部分不同工段所需要的流量和壓力，對液壓元件（疊加閥）選型并組裝。 預(yù)期結(jié)果： 完成液壓金屬打包機(jī)的整體結(jié)構(gòu)分析和液壓元件集成塊的設(shè)計(jì)、完成相應(yīng)的零件三維圖和裝配圖。 三、設(shè)計(jì)方法和步驟 借助圖書館，新華書店，萬方數(shù)據(jù)庫搜集相關(guān)資料，認(rèn)真研究所獲資料。同時(shí)，在查閱資料的過程中做記錄。研究過程中，遇到值得商榷的問題，在自己查閱資料的同時(shí)，向指導(dǎo)老師請教，或與同學(xué)探討，訂立一個(gè)初步的框架，再根據(jù)這個(gè)提綱分步驟展開寫作。 1、主體部分的分析選擇或改進(jìn) （1、 運(yùn)輸帶 2、垂直壓縮板 3、主壓液壓缸 4、導(dǎo)軌 5、推料液壓缸 6、重量測量器 7、水平推料板 8、電磁鎖 9、運(yùn)輸帶 10、擋板） 圖一 如圖一，這是一個(gè)簡化了的液壓金屬打包機(jī)的主體部分。本次設(shè)計(jì)也將采用這個(gè)作為設(shè)計(jì)的主體。以往的液壓金屬打包機(jī)大多沒有傳輸帶這個(gè)設(shè)備，其進(jìn)料與出料都需要靠人工來完成。如圖，這個(gè)過程也需要進(jìn)行傳輸帶的參數(shù)設(shè)計(jì)及主體結(jié)構(gòu)的各個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)。 2、 動力驅(qū)動的設(shè)計(jì)。 圖二 如圖二為液壓驅(qū)動系統(tǒng)的原理圖。因?yàn)檎麄€(gè)液壓金屬打包機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)想是全自動的，所以各個(gè)液壓缸的進(jìn)退時(shí)間協(xié)調(diào)以及進(jìn)退的距離都需要設(shè)計(jì)。 3、plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)控制要求，同時(shí)考慮到plc的性能、系統(tǒng)造價(jià)以及工程實(shí)踐，選定CJ1W型plc作為該系統(tǒng)的主體控制設(shè)備。 四、設(shè)計(jì)工作的總體安排及進(jìn)度 2周：理解課題，借閱參考資料，研究制定總體方案，詳細(xì)計(jì)劃， 寫開題報(bào)告（第一周內(nèi)完成）； 3周：進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的總體方案的設(shè)計(jì)，并對各個(gè)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核，完成零件的選型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 6周：進(jìn)行液壓系統(tǒng)的總體方案的設(shè)計(jì)，完成液壓系統(tǒng)計(jì)算和液壓體統(tǒng)原理圖。 2周：進(jìn)行主液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算，完成液壓缸裝配及液壓集成塊零件圖； 2周：編寫使用說明書、設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯。 五、指導(dǎo)教師審查意見： 簽字：　　　　　　 年　月　日 六、系(教研室)審查意見： 簽字：　　 年　月　日 七、學(xué)院審查意見： 分管院長簽章： 年　月　日 福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 說明書 設(shè)計(jì)題目： 液壓金屬打包機(jī)設(shè)計(jì) 專業(yè)年級： 2011屆機(jī)械工程及自動化學(xué)院 學(xué) 號： 姓 名： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 指導(dǎo)教師、職稱： 2015年3月22日 摘 要 隨著人類科技的飛速發(fā)展，金屬資源對于各國來說也變得越加重要。對現(xiàn)有的金屬資源的過渡開采和不合理使用的，造成了大量的金屬浪費(fèi)。這自然而然的引起了人們的擔(dān)憂，因而，廢金屬的回收再利用的課題也成了工業(yè)發(fā)展中必不可少的研究方向。 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是液壓缸和機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、選型，金屬打包機(jī)液壓原理圖，電氣原理圖以及疊加閥的設(shè)計(jì)、選型。本設(shè)計(jì)中，主、側(cè)液壓缸為打包機(jī)提供壓縮動力，替代了傳統(tǒng)的絲桿。主液壓缸安置在壓縮室后端面，側(cè)壓缸安置在壓縮室左側(cè)面。液壓缸的設(shè)計(jì)包括了缸筒、活塞、導(dǎo)向套、活塞桿等的設(shè)計(jì)計(jì)算，以及密封圈、防塵圈、活塞與缸筒、活塞桿密封方式的選型。壓縮室的設(shè)計(jì)主要是用來確定尺寸大小并且對其強(qiáng)度校核。本金屬打包機(jī)除了主、側(cè)液壓缸外，還有上蓋、鎖緊機(jī)構(gòu)、前門三個(gè)輔助液壓缸，它們分別控制著上蓋的閉合、鎖緊機(jī)構(gòu)的進(jìn)退、前門的開合。 本設(shè)計(jì)完成了上述液壓缸和機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、選型，金屬打包機(jī)液壓原理圖、電氣原理圖以及疊加閥設(shè)計(jì)選型。整個(gè)打包機(jī)不但制造成本低，而且企業(yè)的廣泛需要，擁有很好的市場前景。 關(guān)鍵詞：廢金屬的回收、金屬打包機(jī)、液壓 I ABSTRACT With the rapid development of science and technology, industrial production has become an inevitable trend of the development of automation. Metal resources is also becoming increasingly important for countries. The transition of the existing metal resources mining and unreasonable use of, and are responsible for a large number of metal waste. This naturally caused concern, therefore, scrap metal recycling project has become essential to industrial development and the research direction. The design of the hydraulic metal baling press use hydraulic pressure to compress with packaging, metal scrap has a certain size, convenient transportation, recycling and recycled scrap metal, in order to put into production again. So greatly improve the utilization rate of the metal, the process of the waste is in a certain extent, ease the intense demand for metal resources. The main content of this design is the design of the hydraulic cylinder and institutions, selection, metal baling press hydraulic principle diagram, electrical principle diagram and superposition valve design, type selection. In this design, the main hydraulic cylinder, side provide compression power for packing machine, replacing the conventional screw. The main hydraulic cylinder face after placed in the compression chamber, lateral pressure cylinder placed in the left lateral compression chamber. The design of the hydraulic cylinder includes cylinder, piston, guide sleeve, piston rod etc. The design and calculation, and the sealing ring, dust ring, piston and cylinder, piston rod sealing mode selection. The design of the compression chamber is mainly to determine the size and intensity. This metal baling press in addition to the main hydraulic cylinder, side, and on the cover, locking mechanism, the front three auxiliary hydraulic cylinder, respectively control with lid closed, in a locking mechanism, the front door open and close. And three auxiliary cylinder and the main work, side two cylinder each cross movement. This design completed the hydraulic cylinder and institutional design, selection, metal baling press hydraulic principle diagram, electrical schematic diagram and superposition valve design selection. Some of its operations to achieve automation, which improve labor efficiency, reduce labor intensity. The baling press not only manufacturing cost is low, and enterprise need to extensively, have good market prospects. Key words:Scrap metal recycling、Metal baling press、hydraulic pressure III 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 目 錄 III 第1章 引 言 1 1.1 文獻(xiàn)綜述 1 1.1.1課題研究背景 1 1.1.2 課題研究的意義 2 1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容簡介 2 1.2.1 研究解決的問題 2 1.2.2整體設(shè)計(jì)方法 2 1.3 本章小結(jié) 3 第2章 打包機(jī)主體的設(shè)計(jì)分析 4 2.1 打包機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 2.1.1打包機(jī)的運(yùn)動 4 2.1.2打包機(jī)的總布局 4 2.2 打包機(jī)壓縮室的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 6 2.2.1 壓頭的強(qiáng)度校核 6 2.2.2 壓縮室的設(shè)計(jì) 6 第3章 打包機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 3.1 液壓系統(tǒng)的特點(diǎn) 9 3.2 液壓系統(tǒng)工況分析 9 3.2.1分析系統(tǒng)工況 9 3.2.2確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 10 3.3 擬訂液壓系統(tǒng)原理圖 11 3.3.1確定供油路線 11 3.3.2液壓回路的設(shè)計(jì) 11 3.3.3 擬訂液壓系統(tǒng)圖 12 3.3.4液壓系統(tǒng)原理圖的分析設(shè)計(jì) 12 3.4 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和液壓元件的選定 14 3.4.1液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 14 3.4.2 選擇液壓元件 19 第4章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 4.1 PLC控制器的選擇 23 4.2 系統(tǒng)控制要求 23 4.3 I/O點(diǎn)數(shù)的確定 24 4.4 畫電氣原理圖 24 總 結(jié) 26 參考文獻(xiàn) 27 致 謝 28 III 福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第1章 引 言 1.1 引言 1.1.1課題研究背景 幾乎所有的打包機(jī)都是一個(gè)原理：使要加工的材料在不被破壞的條件下，經(jīng)過設(shè)備的壓縮、打包，讓原本散亂、占空間大的材料變成統(tǒng)一規(guī)格的小體積、比重大且容易集裝回收與運(yùn)輸?shù)陌鼔K。打包機(jī)目前分為金屬和非金屬打包機(jī)這兩種。本次設(shè)計(jì)選擇適用于各種金屬及其相應(yīng)制品材料的和打包。在本文中，包裝機(jī)的設(shè)計(jì)屬于前者，廢金屬經(jīng)過打包壓縮后可以降低回收的成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。 工業(yè)進(jìn)程的飛速發(fā)展，使得廢金屬的量大大的增加，所謂的廢金屬包括廢包裝物、邊角余料、切屑、線材等等一些不可直接再進(jìn)行生產(chǎn)的金屬物料。 而現(xiàn)在，小部分的廢金屬加工設(shè)備只在大型的冶金企業(yè)中才具備，其余大部分的廢金屬加工設(shè)備服務(wù)于再生資源回收利用公司或者基層回收站。也就是說雖然金屬資源的過度浪費(fèi)雖然引起了國內(nèi)企業(yè)的擔(dān)憂，但還是沒有引起足夠的重視。 對比國外，我過的打包機(jī)機(jī)械產(chǎn)品數(shù)量和種類上都比較少。國外的打包機(jī)機(jī)械產(chǎn)品已經(jīng)走上節(jié)能、智能和高等科技化的道路。而國內(nèi)從引進(jìn)廢金屬打包機(jī)到現(xiàn)在已經(jīng)有20余年，打包機(jī)械的發(fā)展仍沒有跟上工業(yè)進(jìn)程的步伐。在科技發(fā)展過程中，金屬打包產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨向勢必是： 1） 高效化、 2） 機(jī)電一體化 3） 自動化、智能化 從現(xiàn)有的信息，目前擁有和使用的金屬包裝機(jī)分為兩類：螺桿驅(qū)動和液壓驅(qū)動，刪除簡單和替換的機(jī)器。現(xiàn)在，絲桿傳動的金屬打包機(jī)幾乎已經(jīng)從市場上淘汰掉了，這是由于絲桿傳動跟摩擦壓機(jī)的某些缺點(diǎn)一樣，而且絲桿傳動的絲桿要求精度高，這將致使絲桿傳動不能較好地發(fā)展；而用液壓傳動的金屬打包機(jī)則具備了上述絲桿傳動所沒有的優(yōu)點(diǎn)，用液壓傳動的打包機(jī)傳遞壓力大、工作效率高、速度能夠自動控制等。 1.1.2 課題研究的意義 4） 留意我們的周邊環(huán)境，容易覺察到，各個(gè)企業(yè)工廠的金屬廢料料和日常生活中遺棄的金屬制品都日益增加，這是工廠企業(yè)在飛速發(fā)展和人們生活質(zhì)量越來越高的原因。然而，這自然就給我們的周圍的環(huán)境和社會的發(fā)展帶來舉足輕重的影響。隨著經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展，許多礦產(chǎn)資源也將慢慢減少。因此，怎樣處理金屬廢料，不僅要杜絕對環(huán)境的破壞，還要廢物回收利用，可持續(xù)的資源發(fā)展，就變成我們的重點(diǎn)研究按方向。打包機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著不可替代的作用，這是因?yàn)樗軐?shí)現(xiàn)對金屬廢料的打包回收再利用，前景開闊。 上述是 從基本的意義上出發(fā)的，變廢為寶、資源再利用是必須要的。但是，我們現(xiàn)在面臨更多的是如何讓回收的成本降得更低，回收的效率提得更高?，F(xiàn)在國外的打包機(jī)正在朝著智能、自動、高效化發(fā)展。國內(nèi)對新產(chǎn)品的研究的缺乏動力、財(cái)力使得現(xiàn)今的打包機(jī)技術(shù)處于落后的不良狀況。日益激烈的競爭讓企業(yè)的自主研究成果無法讓大眾分享，而相關(guān)部門又沒有科研經(jīng)費(fèi)的投入。讓這一領(lǐng)域的空白沒法填補(bǔ)。 根據(jù)上述的情形，本文研究設(shè)計(jì)的金屬打包機(jī)與過去的打包機(jī)相比，是具有一定研究意義的。 1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容簡介 1.2.1 研究解決的問題 傳統(tǒng)的包裝機(jī)械設(shè)備包括傳動機(jī)構(gòu)、動力系統(tǒng)以及工作機(jī)構(gòu)。機(jī)器運(yùn)動的能源來自動力系統(tǒng)；而機(jī)器的運(yùn)行是靠傳動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的；然而傳動機(jī)構(gòu)的作用是為了讓動力源滿足運(yùn)行機(jī)構(gòu)對速度、力、和其他運(yùn)行功能要求的裝置。 1）初始數(shù)據(jù)： （1）公稱推力：1150KN （2）壓縮室尺寸：1100×650×550mm （3）包塊尺寸（長×寬×高）：（240-350）×250×250mm （4）包塊密度：≥ 1800kg/m3 （5）生產(chǎn)效率：950-1200kg/h 1.2.2整體設(shè)計(jì)方法 1）金屬打包機(jī)主體的設(shè)計(jì) （1）打包機(jī)機(jī)體的設(shè)計(jì) （2）壓縮室的設(shè)計(jì) ①壓縮室的尺寸設(shè)計(jì) ②進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核 2）液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) （1）液壓泵的選擇 （2）提供能實(shí)現(xiàn)足夠流量以及壓力適當(dāng)?shù)囊簤河捅卯?dāng)中液壓源的產(chǎn)生機(jī)構(gòu) （3）液壓缸及控制油路的設(shè)計(jì)： 要求能實(shí)現(xiàn)如下工作過程：啟動后，上蓋缸自動合上→鎖緊機(jī)構(gòu)鎖上→主缸快進(jìn)達(dá)到一定位置后切換為工進(jìn)→當(dāng)主缸壓力達(dá)到一定值后，主缸保壓→側(cè)缸快進(jìn)，達(dá)到一定行程后切換為工進(jìn)→當(dāng)側(cè)缸壓力達(dá)到一定值后，側(cè)缸保壓→保壓一定時(shí)間后，主缸泄壓，側(cè)缸回到起始位置→鎖緊機(jī)構(gòu)松開→上蓋打開→前門打開→主缸將包塊推出壓縮室→主缸快退回到初始位置→前門關(guān)上→進(jìn)行下一次填料。 （4）輔助裝置的確定： 采用以上提到的各個(gè)部位相互連接通道和接口。 3）單片機(jī)的控制線路設(shè)計(jì)以及編程 （1）液壓原理圖的設(shè)計(jì) （2）選擇單片機(jī)的控制器 在選好了對應(yīng)單片機(jī)和操作對象后，實(shí)現(xiàn)下面幾個(gè)操控過程： ① 上蓋打開，填入待加工的金屬廢料； ② 上蓋合上，用鎖緊機(jī)構(gòu)來鎖住上蓋； ③ 主缸快進(jìn)，一定行程后工進(jìn)，到一定壓力后保壓； ④ 側(cè)缸同主缸； ⑤ 主缸泄壓，鎖緊機(jī)構(gòu)松開，上蓋和前門都打開； ⑥ 主缸快進(jìn)，把包塊由前門送到壓縮室； ⑦ 主缸快退，前門關(guān)上，等候下一次填料并且進(jìn)行包裝。 1.3 本章小結(jié) 根據(jù)市場需要和制造能力，完成打包機(jī)的研發(fā)和制造。要求可以達(dá)到步驟準(zhǔn)確，工作安全、便于維護(hù)、并能使所設(shè)計(jì)的打包機(jī)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、性能穩(wěn)定的目標(biāo)，液壓系統(tǒng)應(yīng)用了plc控制，控制容易、便捷，可以很好的實(shí)現(xiàn)市場的需求。加工工藝很好。 第2章 打包機(jī)主體的設(shè)計(jì)分析 主要任務(wù)就是進(jìn)行打包機(jī)的外形設(shè)計(jì)以及確定輔缸及主缸壓包輸出包的運(yùn)作形式，并且對涉及的部位受力分析。 2.1 打包機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 打包機(jī)的機(jī)體設(shè)計(jì)最基本的任務(wù)就是確定合適的機(jī)體結(jié)構(gòu)，并且從初始的數(shù)據(jù)出發(fā)，選擇合理的結(jié)構(gòu)和大小，最后設(shè)計(jì)出符合條件的壓縮室。因此，對于液壓金屬打包機(jī)的推送壓縮塊運(yùn)做程序的分析，是實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的必要條件。 2.1.1打包機(jī)的運(yùn)動 打包機(jī)運(yùn)動程序如下： 1）填料后上蓋關(guān)閉，用鎖緊機(jī)構(gòu)來鎖緊上蓋，防止上蓋被頂開。 2）主缸壓頭加速前進(jìn)，達(dá)到設(shè)置的行程后切換為工進(jìn)。直到廢棄金屬打包成包塊且等于包塊長度為止，此時(shí)主缸保壓。 3）主缸保壓時(shí)，側(cè)缸快進(jìn)，達(dá)到一定位置時(shí)切換為工進(jìn)。當(dāng)廢棄金屬打包成包塊到達(dá)包塊設(shè)定的寬度位置后側(cè)缸保壓。 4）包塊打包完成后，鎖緊機(jī)構(gòu)就回到原來的地方，上蓋打開。 5）打開前門，主壓頭快速前進(jìn)，將包塊由壓機(jī)前端推出壓縮室，主推頭快退回到初始位置。 6）前門關(guān)閉，馬上進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)并且加料。 2.1.2打包機(jī)的總布局 1)主機(jī)部分。 側(cè)缸系統(tǒng)要放在壓縮室側(cè)面，在機(jī)體上水平放置主缸系統(tǒng)，前門系統(tǒng)與主缸系統(tǒng)相互垂直，上蓋缸系統(tǒng)放在主缸上面，鎖緊機(jī)構(gòu)放在上蓋上方，這就是主機(jī)部分。根據(jù)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)可分為： （1）機(jī)體 機(jī)體是由幾大塊構(gòu)件拼湊起來的，它有固定的位置以及形式，不需要調(diào)節(jié)修定，因此安裝和拆卸都比較簡單。使用中也不容易損壞。 （2）上蓋缸系統(tǒng) 上蓋缸系統(tǒng)是由上蓋缸及上蓋組成。當(dāng)填料結(jié)束后，上蓋在上蓋缸的推動下，扣住前門上端，此時(shí)上蓋平行于壓縮室底板，底板到上蓋下端面的距離就是包塊的高度。上蓋也是由幾塊部件構(gòu)建而出的，因此需要焊接加強(qiáng)筋。鎖緊機(jī)構(gòu)就放置于上蓋的上端面。 （3）鎖緊系統(tǒng) 其主要作用是通過鎖緊機(jī)構(gòu)的銷將上蓋跟前門擋板連在一起。防止壓機(jī)打包廢料的時(shí)候由于過大的壓力從而將上蓋頂起，造成事故。上蓋上裝有鎖緊機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，可以將鎖緊機(jī)構(gòu)的銷軸導(dǎo)入到前門擋板上的銷孔內(nèi)。銷軸要經(jīng)過前門，為了防止由于物料的干擾使得銷軸無法導(dǎo)入到前門擋板的銷控內(nèi)，故需加大前門上的孔道，讓銷軸安全通過。 （4）主缸、側(cè)缸系統(tǒng) 主缸、側(cè)缸系統(tǒng)是由主缸體總成、圓螺母和主壓頭等組成，它就是用來對松散的物料進(jìn)行打包壓縮，使它達(dá)到一定的密度，將物料壓縮到包塊要求的寬度后保壓然后由側(cè)缸系統(tǒng)進(jìn)行下一步壓縮。當(dāng)主缸把包塊壓縮到設(shè)定的尺寸后就停止。側(cè)缸系統(tǒng)跟主缸系統(tǒng)一致，側(cè)缸系統(tǒng)控制著包塊的長度。 （5）出料門系統(tǒng) 出料門系統(tǒng)是由出前門輔助缸總成、料門、支座及其它主要零部件構(gòu)成。它的功能就是當(dāng)壓縮塊壓縮成形時(shí)，把出料門打開，把金屬壓縮塊從門洞口移出。因?yàn)槌隽祥T是和高壓室在一起，直接承接從主缸來的擠壓力，所以運(yùn)行過程中要確保開門之前的主缸體的卸壓得步驟以及泄壓的時(shí)間要求，不然就會導(dǎo)致門無法正常打開或者部件損壞。 2）動力系統(tǒng) 動力系統(tǒng)放在機(jī)械后半部分。本次設(shè)計(jì)只是對這部分做一個(gè)說明，并不做主要設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)由下列部分組成： （1）油箱部分 （2）油泵—電機(jī)組 （3）控制閥組 （4）管路系統(tǒng) （5）操縱箱 操縱箱作為機(jī)械的電路控制中心，機(jī)械的主要電氣元件均置于柜內(nèi)。這項(xiàng)在這邊只進(jìn)行說明，在本次設(shè)計(jì)中不進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 圖2.1 打包機(jī)總裝圖 2.2 打包機(jī)壓縮室的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 本章節(jié)重點(diǎn)的校核對象是壓縮室門板以及壓頭。 2.2.1 壓頭的強(qiáng)度校核 因?yàn)閴侯^是開口銷連接式厚度是100mm的壓板，其功能是用來承接擠壓應(yīng)力，在壓縮過程中，它承接的擠壓應(yīng)力可幾乎為零故而不進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 2.2.2 壓縮室的設(shè)計(jì) 壓縮室的尺寸設(shè)計(jì)： 按照要求，打包壓縮后的金屬包塊的體積是（0.240~0.35）*0.250*0.250m3 ，且初定壓縮室的尺寸大小是：1.100*0.650*0.550m3，為了縮短主液壓缸的有效工作行程，故而確定廢棄金屬包塊的體積為0.30*0.250*0.250m3 ，且壓縮室的尺寸為0.80*0.650*0.550m3。 壓縮室使用厚度是（25~50）mm的鋼板焊接，材料是45#鋼，抗拉強(qiáng)度：=600（MPa）,屈服強(qiáng)度=355（MPa）由任務(wù)書可知壓縮時(shí)的推力是1150KN，壁厚選定為40mm。 表2.1 安全系數(shù)n 材料 靜載荷 交變載荷 沖擊載荷 不對稱 對稱 鋼 3 5 8 12 鐵 4 6 10 15 根據(jù)表2.1，選取安全系數(shù)n=5，則： 許用拉應(yīng)力： =/n=120（MPa） （2-1） 許用壓應(yīng)力： =/n=71（MPa） （2-2） 許用剪切應(yīng)力： ==69.28（MPa） （2-3） 活塞和壓縮室的擠壓強(qiáng)度。 []=<[] （2-4） 壓縮室側(cè)壁和出包門相應(yīng)的剪切應(yīng)力. <[] （2-5） 式中: （2-6） （2-7） 出包門和壓縮室側(cè)壁的拉壓應(yīng)力： 已知主液壓缸壓頭點(diǎn)處的剪力最大FC為1150KN 圖2-2 剪切強(qiáng)度圖 圖2-3 彎曲強(qiáng)度圖 （2-8） （2-9） （2-10） 求得最大彎矩Mmax為93437.5Nm,W為6.77,由公式2-8得： 13.8Mpa<[] （2-10） 滿足強(qiáng)度要求。 第3章 打包機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1 液壓系統(tǒng)的特點(diǎn) 1）可以輕易的達(dá)到無級調(diào)速的目的，而且調(diào)速的區(qū)間比較大，一般可以達(dá)2000：1。 2）重量較輕體積較?。? 3）傳動比較平穩(wěn)； 4）可以完成過載保護(hù)，并且工作油液可以自動潤滑傳動的部件，從而可以增加使用年限； 5）操做方便容易，可以做到自動化。 6）液壓元件便于實(shí)現(xiàn)系列化、通用化以及標(biāo)準(zhǔn)化，選擇液壓傳動可以機(jī)械的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加簡單，因此可以使機(jī)械的內(nèi)部零部件數(shù)目減少。 綜上所述我們采用液壓傳動控制。 3.2 液壓系統(tǒng)工況分析 3.2.1分析系統(tǒng)工況 本次設(shè)計(jì)的液壓金屬打包機(jī)運(yùn)行流程總體如下: 將要壓制的廢金屬物料倒入打包機(jī)的壓縮室中→打包機(jī)的上蓋缸推動上蓋合上→鎖緊機(jī)構(gòu)鎖緊，防止壓縮室的壓力將上蓋頂開→主液壓缸快進(jìn)擠壓廢金屬物料→達(dá)到一定的行程后，當(dāng)主液壓缸從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)直到達(dá)到包塊所要求的長度，主液壓缸轉(zhuǎn)為保壓狀態(tài)→側(cè)液壓缸工作狀態(tài)如主液壓缸，直到保壓→保壓到規(guī)定時(shí)間后，主、側(cè)液壓缸分別泄壓→前門液壓缸打開前門，主液壓缸將包塊頂出壓縮室→主液壓缸，前門液壓缸等都退回到初始工作狀態(tài)，等待下一次壓縮工作。以上就是本次設(shè)計(jì)的液壓金屬打包機(jī)的一次運(yùn)行流程?？傊?就是要按順序完成各個(gè)液壓缸的直線運(yùn)動。 3.2.2確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 1）任務(wù)書中已給定的參數(shù)如下: （1）打包機(jī)公稱推力1150kN （2）壓縮完成后包塊的體積為0.30*0.25*0.25m3 （3）側(cè)液壓缸的行程是400mm，打包機(jī)主液壓缸的行程是800mm （4）鎖緊液壓缸行程是150mm，上蓋缸行程是1200mm，前門缸行程是300mm （5）包塊密度：≥ 1800kg/m3 （6）生產(chǎn)效率：950-1200kg/h 由上述數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算可知： 每塊包塊的重量≥塊 每個(gè)小時(shí)應(yīng)打包塊數(shù)為30~36塊。 根據(jù)以上數(shù)據(jù),選擇類比法確定速度值: 主液壓缸:快速空行程速度 =50mm/s 工作行程速度 =20mm/s 頂出壓塊速度 =50mm/s 快速退回速度 =50mm/s 上蓋液壓缸:快速下降速度 =120mm/s 快速上升速度 =120mm/s 鎖緊液壓缸:快速前進(jìn)速度 =75mm/s 快速后退速度 =75mm/s 前門液壓缸:快速上升速度 v=100mm/s 快速下降速度 v=100mm/s 側(cè)液壓缸:快速空行程速度 =50mm/s 工作行程速度 =20mm/s 快速退回速度 =50mm/s 經(jīng)計(jì)算可知，上述各個(gè)工作的總用時(shí)約為85s，小于120s，故而上述的選定的速度值滿足任務(wù)書里生產(chǎn)效率的要求。 2）液壓系統(tǒng)的壓力的確定: （3-1） （3-2） 由以上兩式可知,在選擇液壓缸相應(yīng)的運(yùn)行壓力p時(shí),按照機(jī)械的運(yùn)作條件、部件的制做能力等各方面因素進(jìn)行考慮.在滿足系統(tǒng)所需功能、系統(tǒng)的效率和流量、運(yùn)行穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)以及工藝性等方面的條件后,在設(shè)計(jì)中,應(yīng)選擇類比法來選擇.參考表3.1、3.2 ,選擇系統(tǒng)的工作壓力p=25MPa. 表3.1 各類液壓設(shè)備常用的工作壓力 設(shè)備類型 磨床 組合 機(jī)床 車/銑 鏜床 龍門 刨床 農(nóng)業(yè)機(jī)械,小 型工程機(jī)械 工程機(jī)械 鍛壓設(shè)備 船用 系統(tǒng) 工作壓力/MPa ≤2 <6.3 2～4 <10 10～16 16～32 14～25 表3.2 不同負(fù)載下的液壓缸常用的工作壓力 負(fù)載/KN <5 5～10 10～20 20～30 30～50 >50 工作壓力/MPa <0.8～1 1.5～2 2.5～3 3～4 4～5 ≥5～7 選擇液壓缸的工作壓力按照本次的設(shè)計(jì)的條件采用的系統(tǒng)的運(yùn)行壓力為25Mpa為接下來液壓金屬打包機(jī)的設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的理論依據(jù)。 3.3 擬訂液壓系統(tǒng)原理圖 3.3.1確定供油路線 為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)設(shè)備在運(yùn)行進(jìn)給時(shí)速度低,載荷大,當(dāng)快退、快進(jìn)時(shí)載荷小,速度高的要求,從節(jié)約能量、降低熱損失出發(fā),泵源系統(tǒng)應(yīng)該選擇變量泵供油或者雙泵供油,本次設(shè)計(jì)選擇直軸式變量柱塞泵供油. 3.3.2液壓回路的設(shè)計(jì) 首先，設(shè)計(jì)調(diào)速回路。 調(diào)速回路的比較：在液壓系統(tǒng)中的調(diào)速回路應(yīng)該達(dá)到以下幾個(gè)要求。 1）可以在設(shè)定的調(diào)速區(qū)間內(nèi)控制執(zhí)行元件的運(yùn)行速度。 2）當(dāng)載荷不斷改變時(shí),已經(jīng)設(shè)定好的變速區(qū)間大小要盡量小,并且應(yīng)該在設(shè)定的區(qū)間內(nèi)波動。 3）可以為驅(qū)動執(zhí)行元件提供所需要的轉(zhuǎn)矩和力。 4）要盡量降低功率損耗，盡量減少熱量散發(fā)。 調(diào)速回路的選用： 主機(jī)選擇的液壓傳動和調(diào)速回路的選擇相關(guān)；接下來要做的是選擇功率大小，通常情況下3kw以下的可以選擇節(jié)流調(diào)速回路功率在3到5kw之間的可以選擇容積調(diào)速回路或者容積節(jié)流調(diào)速回路；5kw以上的選擇容積調(diào)速回路；從資金上出發(fā)，要滿足造價(jià)低廉時(shí)選擇節(jié)流調(diào)速回路；允許造價(jià)高一些的時(shí)侯選擇容積調(diào)速回路或者容積節(jié)流調(diào)速回路。 綜上所述，這次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)選擇容積節(jié)流調(diào)速。這一種調(diào)速回路能實(shí)現(xiàn)發(fā)熱小、速度剛性良好以及效率高的目的。 接下來選擇速度換接方式。這個(gè)系統(tǒng)選擇電磁閥的快慢速換接回路,其具有容易控制行程、便于閥的安裝、結(jié)構(gòu)形狀簡單等特點(diǎn)。 最后，考慮壓力控制回路。負(fù)荷的卸荷問題選擇先導(dǎo)式溢流閥解決。 3.3.3 擬訂液壓系統(tǒng)圖 液壓系統(tǒng)回路大致可以分為開式和閉式兩種。經(jīng)過反復(fù)對比得知閉式系統(tǒng)相對比較對稱、外形和構(gòu)造相對緊密，但是系統(tǒng)內(nèi)部相對復(fù)雜，為了確?？刂葡到y(tǒng)可以安全運(yùn)行，需要向低壓液壓油輸入控制回路，因此回路需要設(shè)計(jì)一個(gè)低壓保護(hù)的地方來保正系統(tǒng)安全運(yùn)行；當(dāng)閉式系統(tǒng)中的油溫逐漸升高時(shí)，熱量的散發(fā)比較困難，因此還要設(shè)計(jì)高效的冷卻系統(tǒng)來冷卻工作中的油液，由于附加了這些回路，使系統(tǒng)更加復(fù)雜化；閉式系統(tǒng)選擇容積調(diào)速回路適用于大功率場合，因此只有在比較好的的條件下才能使用。 開式回路相對于閉式回路結(jié)構(gòu)比較簡單，冷卻條件較好，不需要冷卻回路，對資金沒有太大要求，相對合適對于本次設(shè)計(jì)的打包機(jī)。 3.3.4液壓系統(tǒng)原理圖的分析設(shè)計(jì) 這個(gè)液壓系統(tǒng)是中高壓液壓系統(tǒng)，因此選擇齒輪泵來給回路供油。綜合考慮上述幾個(gè)調(diào)速回路的方案，卸荷回路、補(bǔ)充系統(tǒng)的保護(hù)回路以及方向控制回路來設(shè)計(jì)回路的液壓原理圖。 它的打包的工作流程如下： 開啟電源開關(guān)，液壓泵開始運(yùn)行，油路開始上升，電磁鐵Y1接通，換向閥進(jìn)入右工位，這時(shí)上蓋液壓缸前推，將壓縮室的上蓋合上； 上蓋液壓缸前進(jìn)到設(shè)定的位置，觸發(fā)了行程開關(guān)，電磁鐵Y1斷開，電磁鐵Y3接通，鎖緊機(jī)構(gòu)液壓缸推著鎖緊機(jī)構(gòu)前進(jìn)，把上蓋跟前門擋板用銷軸連接，防止上蓋被頂起； 鎖緊液壓缸快進(jìn)至最右位置，觸發(fā)了行程開關(guān)，電磁鐵Y7通電，主缸快進(jìn)，從而進(jìn)入壓縮階段； 主缸帶動包塊到某的中心位置后，觸發(fā)了壓力繼電器，讓電磁鐵Y11得電，行程閥接通左工位，液壓油經(jīng)過調(diào)速閥7，調(diào)節(jié)主缸的運(yùn)行快慢，主缸工進(jìn)； 當(dāng)主缸的繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，金屬廢料被打包成塊，在主缸前行到包塊的寬度時(shí)，觸發(fā)行程開關(guān)，同時(shí)使壓力繼電器開啟，并通過時(shí)間繼電器，，Y7、Y8同時(shí)斷電，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的保壓延時(shí)。Y5得電，側(cè)缸向右快進(jìn)； 側(cè)缸推動包塊到達(dá)某中心位置后，壓力繼電器打開，電磁鐵Y12得電，行程閥接通左工位，液壓油通過調(diào)速閥7，控制側(cè)缸的運(yùn)行快慢，主缸工進(jìn)； 當(dāng)側(cè)缸繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，金屬廢料被打包成包塊，在主缸前行到包塊的長度時(shí)，觸發(fā)行程開關(guān)，同時(shí)使壓力繼電器開啟，并且經(jīng)過時(shí)間繼電器，Y5、Y6同時(shí)斷電，完成液壓系統(tǒng)保壓并且延時(shí)； 保壓一定時(shí)間后主、側(cè)缸開始卸載負(fù)荷，而卸負(fù)荷后使時(shí)間繼電器使電磁鐵Y6、Y8得電，換向閥以右工位接通，主、側(cè)缸都快退； 主、側(cè)缸都撤回初始位置時(shí)，電磁鐵YA4啟動，鎖緊機(jī)構(gòu)液壓缸換向閥以右工位接通，當(dāng)液壓缸退到最左位置后，電磁鐵Y2、Y9啟動，上蓋和前門同時(shí)打開； 前門液壓缸上行至極限位置后，電磁鐵Y7得電，使換向閥接通左工位，使主缸迅速前進(jìn)，將壓縮好的包塊從壓縮室推出； 而后，當(dāng)主缸運(yùn)行到最右的位置時(shí)，電磁鐵Y8得電，換向閥則以右工位接通，主缸進(jìn)行快退，到達(dá)最左邊的位置時(shí)電磁鐵Y10啟動，前門缸下行至下極限位置，觸發(fā)電磁鐵Y13，回路中的液壓油回到油箱，結(jié)束一個(gè)工作循環(huán)，直至下一個(gè)工作開始。 表3.3液壓系統(tǒng)工作控制通電表 序號 工作流程 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 Y10 Y11 Y12 Y13 上蓋合上 ﹢ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ 上蓋鎖緊 ﹣ ﹣ ﹢ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹢ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ 主缸快進(jìn) ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹢ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ 主缸工進(jìn) ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹢ ﹣ ﹣ ﹣ ﹢ ﹣ ﹣ 主缸保壓 側(cè)缸快進(jìn) ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹢ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ 主缸保壓 側(cè)缸工進(jìn) ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹢ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹢ ﹣ 主側(cè)缸保壓 ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹢ 主側(cè)缸泄壓 ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹢ ﹣ ﹢ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ 鎖緊松鎖 ﹣ ﹣ ﹣ ﹢ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ 上蓋、前門 打開 ﹣ ﹢ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹢ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ 推出壓塊 ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ 主缸快退 ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹢ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ 關(guān)前門 ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹣ ﹢ ﹣ ﹣ ﹣ 圖3-1液壓工作原理圖 3.4 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和液壓元件的選定 3.4.1液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4.1.1主要參數(shù)的確定 從液壓缸的工作情況特點(diǎn)出發(fā),本次設(shè)計(jì)采用雙作用單活塞桿式液壓缸。安裝方式為軸向底座式。根據(jù)動力以及運(yùn)動的分析,設(shè)計(jì)計(jì)算的主要尺寸大小參數(shù)如下： 選擇液壓缸的工作壓力,前文已采用P=25MPa 液壓缸內(nèi)徑:按照液壓缸系統(tǒng)所采用的供液壓油的壓力p以及用規(guī)定的輸出力F來確定缸筒的內(nèi)徑D(m),其計(jì)算的公式為: D==247（mm） （3-3） 式中 F----液壓缸的輸出力(N) p----供油壓力(MPa) 根據(jù)以上計(jì)算的公式得出液壓缸的內(nèi)徑D,取值并且圓整到標(biāo)準(zhǔn)值 取D=250(mm)。 活塞桿直徑:由表2.3可取d=0.7D,得d=175(mm), 查表: 取d=180(mm) 表3.4 機(jī)床內(nèi)液壓缸活塞桿的直徑推薦值 活塞桿受力情況 受拉伸力 受壓縮力,工作壓力p1(MPa) p1≤5 57 活塞桿直徑d (0.3～0.5)D (0.5～0.55)D (0.6～0.7)D 0.7D 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行條件可以確定液壓缸的行程,但是為了簡化制造工藝,降低制造成本,增加產(chǎn)品的通用性,應(yīng)該選擇標(biāo)準(zhǔn)化的值 ,這里將S=1100(mm) 計(jì)算各個(gè)工作階段液壓缸所需要的流量： q快進(jìn)=2快進(jìn)=147.187L/min （3-4） q工進(jìn)=2工進(jìn)=58.875L/min （3-6） 由于打包機(jī)的上蓋、鎖緊、前門液壓缸并沒有涉及主要的工作,因此在這次設(shè)計(jì)中不再對上述的三個(gè)液壓缸的流量進(jìn)行深入的計(jì)算和分析。 3.4.1.2液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）缸筒 （1）主要技術(shù)要求 要有足夠的強(qiáng)度 要有足夠的剛度 內(nèi)表面長期在活塞密封件和導(dǎo)向環(huán)的反復(fù)摩擦作用下,還可以長期正常運(yùn)輸,并且?guī)缀鯖]有摩損,要有很高的幾何精,可以保證活塞的密封性. （2）結(jié)構(gòu)形式 在本次設(shè)計(jì)過程中選擇半環(huán)聯(lián)接的形式來作為液壓缸結(jié)構(gòu)形式,它具有以下特點(diǎn):便于加工, 結(jié)構(gòu)相對簡單,方便裝卸。 （3）材料 缸筒的材料必須要有一定沖擊韌性以及一定的強(qiáng)度,考慮到液壓缸的主要參數(shù)、毛坯選型以及用途,可以選擇四十五號碳素鋼鋼管. （4）缸筒計(jì)算 缸筒厚度計(jì)算 =0+c1 （3-7） 式中 0----缸筒材料強(qiáng)度要求的最小值(m) c1----缸筒外徑公差余量(m) 缸筒的厚度計(jì)算分為以下幾種: 當(dāng) /D小于等于0.08時(shí),按照薄壁缸筒計(jì)算 0≥/（2[]）=33.33（mm） （3-8） 取缸筒厚度為40mm 式中 D----缸筒內(nèi)徑(m) ——缸筒內(nèi)的最高工作壓力,當(dāng)工作壓力P小于16Mpa時(shí), 等于1.5p; 在工作壓力p>16Mpa時(shí), =32; []----材料的許用應(yīng)力(MPa)，[]=b/n=600/5=120(MPa) 式中 [b]----缸筒的材料抗拉強(qiáng)度(MPa) n----安全系數(shù),參考表2.4取n=5。 表3.5 安全系數(shù)n 材料 靜載荷 交變載荷 沖擊載荷 不對稱 對稱 鋼 3 5 8 12 鐵 4 6 10 15 綜上取缸筒的壁厚=40mm 缸筒外徑 D1=D+2=330(mm) （3-9） 缸筒厚度驗(yàn)算 對于缸筒的壁厚要求完成以下幾個(gè)驗(yàn)算： 額定的工作壓力pN(MPa)要低于要求的極限值,用來確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行 pN≤0.35S（D12-D）2/ D12=37.02MPa （3-10） 為了避免材料的塑性變形,額定的工作壓力要在以下范圍 pN≤(0.35～0.42)pPl=34.46～41.35MPa （3-11） 式中 pPl ----缸筒完全塑性變形后的壓力. pPl=2.3Slg=98.45（ MPa) （3-12） 式中 S ----缸筒制造材料的屈服強(qiáng)度 (MPa) 為355MPa D1----缸筒外徑(m) D----缸筒內(nèi)徑(m) pN----額定工作壓力(MPa) 缸筒底部厚度： 缸底是平面并且不帶油孔時(shí)的缸底厚度h是 ： h=0.433D-3=55.9（mm） (3-13) 式中 D----缸筒內(nèi)徑(m) D max----缸筒內(nèi)的最大工作壓力 []----缸底材料的許用應(yīng)力(MPa) 缸筒聯(lián)接計(jì)算： 法蘭式要求的聯(lián)接強(qiáng)度較高，方便拆卸安裝、制造簡單，制造成本較低廉并且可以能夠承受較高的壓力；焊接式的聯(lián)接強(qiáng)度很高并且不容易拆裝，而且整體式的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜不利于加工。故選用法蘭式聯(lián)接。 缸筒和缸蓋選擇法蘭式聯(lián)接時(shí), 螺栓要承受拉伸應(yīng)力所帶來的破壞，缸筒內(nèi)的危險(xiǎn)截面A-A上所承受的拉應(yīng)力（MPa)是 ： = pmaxD12/[（D1-h）2-D2]= =76.93（MPa） (3-14) 滿足強(qiáng)度要求。 式中 D1——缸筒的寬度， D1=0.330（m） L----卡環(huán)寬度（m） L=0.016（m） H——卡環(huán)厚度（m） H=0.016（m） pmax----系統(tǒng)最高工作壓力（MPa）pmax=25.5（MPa） 2）活塞 （1）結(jié)構(gòu)形式 按照密封裝置的型式來確定活塞的結(jié)構(gòu)形式?；钊麠U的密封方式應(yīng)該選擇O型密封圈的活塞與活塞和缸筒選擇O密封圈.它有良好的密封作用,有較小的摩擦系數(shù)和安裝空間，并且普遍的應(yīng)用于固定密封以及運(yùn)行密封，能適用振動場合等特點(diǎn)。 （2）活塞與活塞桿的聯(lián)接形式 活塞桿以及活塞的聯(lián)接形式采用螺紋聯(lián)接如下圖3-2。 圖3-2 活塞聯(lián)接方式 （3）材料 選用碳素鋼20或者35或45鋼。 3）活塞桿 （1）結(jié)構(gòu) 用焊接的方式來聯(lián)接外端部,用螺紋的聯(lián)接方式來聯(lián)接內(nèi)端部，故無需進(jìn)行擠壓應(yīng)力或者剪切應(yīng)力的校核。 （2）活塞桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算 當(dāng)活塞桿全都伸出來時(shí)，活塞桿的計(jì)算長度l為活塞桿頂部到液壓缸的支承點(diǎn)她們之間的距離，它值的大小和安裝活塞桿的形式相關(guān)。根據(jù)計(jì)算長度l的不同與活塞桿d的不同比值，對活塞桿進(jìn)行相應(yīng)的項(xiàng)目驗(yàn)算。 當(dāng)l/d小于等于10的時(shí)候，是短行程的活塞缸，因此需要驗(yàn)算的是拉壓強(qiáng)度： ==131.24（mm） (3-15) 式中 F——活塞桿最大推力（N），為F=1200（KN） d----活塞桿直徑（mm）， d=180（mm） ——安全系數(shù)， =2～4；取=4 ——活塞桿相應(yīng)材料的屈服極限 取355（MPa） 因此本設(shè)計(jì)達(dá)到強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求。 4）導(dǎo)向套 （1）導(dǎo)向套的作用 導(dǎo)向套能起到密封防塵的作用，放在塵土和水分侵入，導(dǎo)致密封裝置的破壞。 （2）材料 采用45鋼。 （3）導(dǎo)向套的長度 在缸筒的內(nèi)徑D的值大于80mm時(shí),導(dǎo)向套內(nèi)滑動面的長度d應(yīng)為0.6到1,d代表活塞桿的直徑。 導(dǎo)向套的長度： L=0.6d=108(mm) (3-16) 5）缸頭厚度計(jì)算 螺釘連接法蘭： (3-17） 式中： P——系統(tǒng)工作壓力（MPa） ——螺釘孔分布圓直徑（mm） ——密封環(huán)平均直徑（mm） ——法蘭材料的許用應(yīng)力 得h=9.33mm，則缸頭厚度需要大于9.33mm。 3.4.2 選擇液壓元件 1）液壓泵的選擇 （1）液壓泵工作壓力的確定 因?yàn)樵谶\(yùn)行過程中進(jìn)油管路會產(chǎn)生相應(yīng)的阻力,因此選擇泵運(yùn)行的工作壓力是: （3-18） 式中 Pp —— 液壓泵的最大工作壓力， P1 —— 為液壓執(zhí)行元件的最大工作壓力， —— 是從泵到液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件之間的總的壓力損耗，剛開始計(jì)算的時(shí)候簡單的系統(tǒng)壓力損失可以取0.2到0.5MPa, 復(fù)雜的系統(tǒng)可以取0.5到1.5MPa,在本設(shè)計(jì)中壓力損失=0.5MPa； 因此液壓泵的工作壓力是： Pp= P1+=25.5（MPa） （3-19） 以上計(jì)算得到的p是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力,然而泵的額定壓力要滿足pn≥(1.25～1.6)Pp,中低壓系統(tǒng)應(yīng)該選取小一點(diǎn)的值,高壓系統(tǒng)選擇較大值.因此在這次設(shè)計(jì)中采用1.6Pp=31.875MPa. （2）液壓泵流量的確定 液壓泵允許經(jīng)過的最大流量應(yīng)為 （3-20） 式中 ---- 液壓泵的最大流量 ---- 同時(shí)運(yùn)行時(shí)的各執(zhí)行元件所提供的最大流量。 KL ---- 系統(tǒng)的泄漏系數(shù),正常情況下KL為1.1到1.3之間,現(xiàn)在選擇液壓泵的泄漏系數(shù)K為1.2。 求得液壓泵流量為： 70.65 L/min （3-21） （3）選擇液壓泵的規(guī)格 按照前文算出來的和,再來參考相關(guān)手冊,采用柱塞泵，型號為25CCY14-1B 。技術(shù)規(guī)格：排量：25ml/r；額定壓力：31.5MPa ；驅(qū)動功率：24.6KW；轉(zhuǎn)速范圍：3000r/min。 2）電動機(jī)功率的確定 打包機(jī)在運(yùn)行過程中，要根據(jù)最大功率來選擇液壓泵以及電動機(jī)的功率。 由上述可知液壓泵供油的額定壓力是：25Mpa，泵的流量是：q=70.65L/min，因此取液壓泵總效率為，那么液壓泵所需要的驅(qū)動功率是：28.9kw 經(jīng)過查電動機(jī)樣本：選型號為Y200L1-2電動機(jī)；額定功率 :30kw；額定轉(zhuǎn)速為2950r/min。 3）閥類元件及輔助元件 （1）液壓閥的選擇 液壓閥大致有方向閥與壓力閥以及流量閥這幾種類型。雖然液壓閥有著很多種的類型，但是它們也是存在某些相同之處。 閥的選擇原理： 1）閥的規(guī)格 考慮到系統(tǒng)的額定壓力還有該閥實(shí)際工作中的極限通流量，采用經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化的閥件。溢流閥應(yīng)該按照液壓泵允許的最大流量來選擇；在選用調(diào)速閥與節(jié)流閥時(shí)，應(yīng)該達(dá)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度大于最小穩(wěn)定流量的目標(biāo)?？刂崎y的流量選擇通常要比正常運(yùn)行時(shí)經(jīng)過的流量更大一點(diǎn)，同時(shí)還要承受 20%之間的短期過流量。 2）閥的型式 按照安裝和操作方式選擇。在這次設(shè)計(jì)中系統(tǒng)的工作壓力大約是16Mpa，所以采用中、高壓閥。 所選閥的規(guī)格如下： ①液壓系統(tǒng)中柱塞泵相連的電控疊加式溢流閥的選擇： 型號：MSRF-03，通徑10mm，額定流量：70l/min，最高工作壓力：25MPa;生產(chǎn)廠家：北部精機(jī)有限公司。 （1）流量控制閥的選擇： 選用流量控制閥時(shí)重點(diǎn)是按照流量閥的最大工作壓力以及經(jīng)過閥所允許的最大流量。 ①液壓系統(tǒng)中疊加式單向閥的選擇： 型號：Z1S10P50-1TB50-1D10-4X/F/MPB，通徑：10mm，流量：72l /min，啟動壓力：5MPa生產(chǎn)廠家：力士樂液壓有限公司。 ②電控疊加式節(jié)流閥的選擇： 型號：MST-03，最高壓力：21MPa，推薦流量：45l/min，生產(chǎn)廠家：北部精機(jī)有限公司。 ③疊加式減壓閥1的選擇： 型號：ZDR10DP7-5X/150YM，通徑：10mm，流量：80L /min，設(shè)定壓力15MPa，生產(chǎn)廠家：力士樂液壓有限公司。 （2）方向控制閥的選擇： 在選用方向控制閥的時(shí)候，需根據(jù)方向閥的最大工作壓力以及經(jīng)過該閥所允許的最大流量。 ?三位四通電磁換向閥的選擇： 型號：M-4SED6Y1X/350CG24N9K4/62，最高壓力：35Pa，流量：25L/min，通徑：10mm。 3）濾油器的選擇： 濾油器應(yīng)安置在泵中的吸油管路上，對泵起到保護(hù)作用。型號：WU—250×F，壓力：25MPa，流量：350mL/min，通徑：15mm，過濾精度：100um，生產(chǎn)廠家：天津?yàn)V油器廠。 4）壓力表開關(guān)的選擇： 壓力表的作用是用來測量液壓系統(tǒng)中的壓力大小。型號：KF3—E3B，使用壓力：16MPa，生產(chǎn)廠家：高行液壓元件廠。 5）管道尺寸的確定 內(nèi)徑d為： （3-22） 式中 ——通過管道的流量　 ——管內(nèi)允許的流速 對吸油管，?。?.5~1.5）m/s，回油管?。?.5~2.5）m/s。 對壓力油管，當(dāng)p<2.5MPa時(shí)，取=2m/s；當(dāng)p=（2.5~16）MPa時(shí)，取=（3~4）m/s；當(dāng)p>14MPa時(shí)取5m/s；在行走機(jī)械中，當(dāng)p>21MPa時(shí)，取=（5~6）m/s。 經(jīng)計(jì)算，選用雙層鋼絲編織液壓膠管（GB3683-92）,通徑10mm,有兩層鋼絲,工作壓力為40MPa ,最小的彎曲半徑130。 6）液壓油箱容積的確定 在中、高壓或者高壓大功率的系統(tǒng)中,可采用V為6到12Pp之間. 其中 V--- 有效容量, Pp---液壓泵額定流量。 計(jì)算得V=1057~2114L。 現(xiàn)選用力士樂AB40-01型油箱，容量為1500L，工作容量為1676L。 第4章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC的優(yōu)點(diǎn)： 應(yīng)用范圍廣、修復(fù)方便；有邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)器等的操作可以輕易的實(shí)現(xiàn)人們的目標(biāo)。 4.1 PLC控制器的選擇 控制系統(tǒng)選擇PLC的控制 PLC的主要特點(diǎn)為： ①可靠性高。PLC的MTBF常用的是在在40000h到50000h以上，有一些在10h到20萬h