金屬打包機的液壓系統(tǒng)設(shè)計【全套資料含CAD圖紙和說明書】,全套資料含CAD圖紙和說明書,金屬,打包機,液壓,系統(tǒng),設(shè)計,全套,資料,cad,圖紙,以及,說明書,仿單
摘 要
如今，工業(yè)化的發(fā)展速度越來越快，各個國家對于金屬的要求量也日益上升。但是由于對金屬資源的過度開采和對現(xiàn)有金屬的使用、保存的不合理，導致自然金屬資源的匱乏。這不禁引起人們的擔憂，同樣也為對廢金屬的合理回收、使用、冶煉提出了新的課題。本文為液壓金屬打包機的設(shè)計，致力于廢金屬的回收和再利用，提出依靠液壓來對廢金屬進行打包處理，使之成為具有相當規(guī)格尺寸的包塊，來方便對廢金屬進行回收、運輸、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。
關(guān)鍵詞 廢金屬；回收；打包；液壓
ABSTRACT
Nowadays, with the rapid development of industrialization, the demand for metals in every country is on the rise correspondingly. However, it is due to the excessive exploration of metal resources and the unreasonable use and preservation of the existed metals, the natural metal resources in the world suffer from deficiency. The situation upsets the human beings. Meanwhile, it puts forward a new topic for people to discuss the recycling, use and smelting of wasted metals. This paper is the design of the hydraulic baler for metal. It is aimed at the recycling and reuse of wasted metals. When baling, the baler which is controlled by the hydraulic system compresses the metal into bales. These bales are of the same size and are very convenient in recycling transportation and further use. In this way, wasted metals could be fully used and transformed into new ones. Thus, it could alleviate the urge demand for metal resources to some extent.
Key words wasted metal；recycle；bale；hydraulic
目 錄
中文摘要
外文摘要
第1章 緒論………………………………………………………………………… 1
1.1文獻綜述 1
1.1.1課題研究背景 1
1.1.2課題研究的意義 1
1.2設(shè)計內(nèi)容簡介 2
1.2.1研究解決的問題 2
1.2.2整體設(shè)計方法 2
1.3本章小結(jié) 3
第2章 打包機主體的設(shè)計分析…………………………………………………… 4
2.1打包機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 4
2.1.1打包機的運動 4
2.1.2打包機的總布局 4
2.2 打包機壓縮室的設(shè)計與強度校核 6
2.2.1壓頭的強度效核 7
2.2.2壓縮室的設(shè)計 7
第3章 打包機液壓系統(tǒng)的設(shè)計…………………………………………………… 9
3.1 液壓系統(tǒng)的特點 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) 9
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 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 12
3.4 液壓系統(tǒng)的計算和液壓元件的選定 14
3.4.1液壓缸的設(shè)計計算 14
3.4.1.1主要參數(shù)的確定 14
3.4.1.2液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 15
3.4.1.3液壓缸的排氣與緩沖 20
3.4.2選擇液壓元件 21
3.4.3液壓系統(tǒng)的性能驗算 24
3.4.3.1發(fā)熱溫升的估算 24
第4章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計…………………………………………………26
4.1 PLC控制器的選擇 26
4.2系統(tǒng)控制要求 26
4.3 I/O點數(shù)的確定 27
4.4 畫流程圖與梯形圖以及編寫單片機程序 28
參考文獻 …………………………………………………………………29
總結(jié) …………………………………………………………………………………30
致謝 …………………………………………………………………………………31
附錄 …………………………………………………………………………………32
第1章 緒 論
1.1文獻綜述
1.1.1課題研究背景
打包機是壓縮包裝機械中的主要種類之一，它利用壓縮設(shè)備在一定壓縮條件下，在不破壞材料性質(zhì)的前提下，對各種松散材料施加壓力，從而減小體積、增大容積密度，壓出外形尺寸統(tǒng)一、比重大、密度高的包塊，適合集裝箱裝運的需要。從而減少運輸成本，增加經(jīng)濟效益。
目前廣泛應(yīng)用的打包機，一類是用于將棉、紗、布、麻、羊毛及其制品等松散物壓縮打包的非金屬打包機，一類是適用于金屬回收加工行業(yè)及有色、黑色金屬冶煉行業(yè)的金屬打包機。
本次課題要求設(shè)計的金屬打包機即屬于后者，是一種典型的金屬回收機械，它是將機械工業(yè)的余廢料、即一定厚度下的邊角余料，線材、切屑及小型薄壁金屬容器、包裝物、小型構(gòu)架，廢舊金屬生制品等金屬物料，擠壓成具有一定規(guī)格和緊密度的束塊，便于運輸和回爐冶煉。
從所掌握的資料來看，目前國內(nèi)所擁有并使用的金屬打包機，除簡陋及代用設(shè)備（如夾板錘、摩擦壓力機之類）外，分為絲桿傳動和液壓傳動兩大類。由于絲桿傳動的功率損失太大，壓頭力的傳動不穩(wěn)定，加工的包塊的密度低，以及絲桿傳動易磨損等缺點的限制，不能得到發(fā)展，已逐步淘汰；而液壓傳動的金屬打包機具備傳遞壓力大、容易實現(xiàn)自動變速、傳動平穩(wěn)等優(yōu)點，隨著金屬回收工業(yè)的發(fā)展，液壓金屬打包機的發(fā)展也相當迅速，有一批適合我國國情、不同規(guī)格和品種的設(shè)備投入到各金屬回收單位。
1.1.2課題研究的意義
留心觀察我們的生活，不難發(fā)現(xiàn)，隨著科學技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，各工業(yè)部門的金屬下腳料及生活用金屬制品的廢棄物都日益增多，一方面，這些廢棄物的隨意丟置，將會對人類環(huán)境產(chǎn)生嚴重污染；另一方面，人類社會的不斷消耗，各類礦物資源也會逐漸減少。因此，如何利用金屬廢棄物，既防止環(huán)境污染，又變廢為寶，資源永續(xù)。就成為一個重要的研究課題擺在人類面前。打包機由于能實現(xiàn)對廢舊金屬的打包回收，充分將資源再利用，因而在國民經(jīng)濟中占據(jù)著重要的地位，有著廣闊的應(yīng)用前景。尤其在目前黨中央大力倡導構(gòu)建節(jié)約型社會的影響下，可以預見，各行各業(yè)對這類機械的需求量還會日益增加。
鑒于這種情況，研究設(shè)計金屬打包機的液壓控制系統(tǒng)，結(jié)合相應(yīng)的單片機進行控制，實現(xiàn)打包自動化，提高打包質(zhì)量和效率，降低工人勞動強度，是具有一定的現(xiàn)實意義。
1.2設(shè)計內(nèi)容簡介
1.2.1研究解決的問題
本文主要是設(shè)計一臺金屬打包機。傳統(tǒng)的打包機設(shè)備主要由動力系統(tǒng)、傳動機構(gòu)和工作機構(gòu)組成。動力系統(tǒng)是機器的動力源；工作機構(gòu)是完成機器工作任務(wù)的直接工作部分；而傳動機構(gòu)則是為了使動力源適應(yīng)工作機構(gòu)對力和速度、以及其他操作性能（停車、換向）要求的裝置。
本次設(shè)計任務(wù)的特點，是要結(jié)合現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，嘗試采用一種新型且被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的單片機集成控制，取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，設(shè)計集機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、單片機控制、液壓流體傳動于一體的金屬打包機。并達到如下的工作要求：要求打包負載1250KN；壓縮后金屬包體積為0.250*0.250*0.250M3。步驟正確，工作安全可靠，使用維護方便，并能調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力。
1.2.2整體設(shè)計方法
考慮到打包機的工作不太復雜，工作相對比較穩(wěn)定，安裝好后不需要頻繁移動機體等特點，在本次設(shè)計中決定采用整體結(jié)構(gòu)，將液壓系統(tǒng)、PLC電氣控制制臺和打包機主體集中安置，這樣設(shè)計，操作者可以適時根據(jù)各工作機構(gòu)的工作狀況而采取合適的指令進行控制，使機器工作安全可靠。
1．金屬打包機主體的設(shè)計
⑴ 打包機機體的設(shè)計
⑵ 壓縮室的設(shè)計
①壓縮室的尺寸設(shè)計
②進行彎曲強度校核
2．液壓系統(tǒng)的設(shè)計
⑴液壓泵的選擇：
提供達到一定流量和壓力的油泵作為液壓發(fā)生機構(gòu)。
⑵液壓缸及控制油路的設(shè)計：
要求能實現(xiàn)如下工作過程：從料斗中倒入要壓制的廢金屬料→主缸活塞快速推進→倒入數(shù)次料后，主缸活塞快速推進數(shù)次→主缸活塞重壓一次（工進）→輔缸打開壓縮室門→主缸活塞從壓縮室快速推出金屬包，再退出壓縮室→輔缸關(guān)閉壓縮室門。
⑶液壓閥的選擇：
選擇系統(tǒng)的控制、調(diào)節(jié)裝置，將工作液體按一定的方向、一定的壓力、一定的流量送往各執(zhí)行機構(gòu)，包括方向閥、壓力閥、流量閥三大類。
⑷輔助裝置的確定：
選擇將上述幾個部分連接起來的管道、油箱、警接頭、濾油器、儀表等。
3、單片機程序及控制線路的設(shè)計
⑴設(shè)計單片機的控制線路
⑵選擇單片機的控制器
在選擇好相應(yīng)的單片機和確定了控制對象的控制任務(wù)后，即可根據(jù)工藝、信息流程具體安排輸入、輸出的配置。從而完成以下幾個自動控制過程：
① 上輔缸快退，料斗門打開，金屬廢料從料斗中倒入壓縮室；
② 上輔缸快進，關(guān)閉料斗門；主缸快進，壓緊廢料，主缸壓力達到設(shè)定值后快退到初始位；上輔缸快退，料斗門打開，繼續(xù)加料；重復以上步驟5--6次；
③ 主缸工進，重壓一次，壓力達到設(shè)定值后，主缸停止幾秒，保壓；
④ 主缸快退卸壓；
⑤ 下輔缸上升，頂開壓縮室前門，主缸快進，將壓縮包推出壓縮室；
⑥ 主缸快退，下輔缸下降，關(guān)閉壓縮室前門；
⑦ 完成一個周期，可進行下一次打包；
1.3本章小結(jié)
根據(jù)生產(chǎn)需要和技術(shù)、經(jīng)濟要求，完成打包機液壓控制系統(tǒng)、機構(gòu)設(shè)計和軟件開發(fā)。要求能夠?qū)崿F(xiàn)所設(shè)計的打包機經(jīng)濟實用、性能可靠，使用、維護方便，液壓系統(tǒng)采用單片機控制，控制過程簡單、靈活、可靠，能較好地滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求.并能調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力。工藝加工手段效果好。能廣泛運用于有色金屬加工行業(yè)。且還能使本機具備以下特點：工作效率高、能耗低、加工成本低、無金屬損耗和環(huán)境污染。
第2章 打包機主體的設(shè)計分析
打包機主體設(shè)計分析的主要任務(wù)是進行打包機的結(jié)構(gòu)設(shè)計、以及主缸壓包和輔缸出包的運動結(jié)構(gòu)形式，并對相關(guān)部分進行強度校核。
2.1打包機的結(jié)構(gòu)設(shè)計
打包機機體設(shè)計的基本任務(wù)是根據(jù)工作要求以及推桿推壓金屬廢料塊的運動方式選定合適的機體結(jié)構(gòu)，并合理地選定有關(guān)的結(jié)構(gòu)尺寸，然后設(shè)計出滿足條件的打包機的壓縮室。所以，對打包機的推壓包塊的運動過程進行分析，是完成機體設(shè)計的前提。
2.1.1打包機的運動
打包機從加料后開始工位運轉(zhuǎn)，到包塊的推出，運動停止，為一個單次工作循環(huán)。其程序如下：
1、合蓋，封閉進料口，形成壓縮室。在上輔缸關(guān)閉進料口門后，主缸快進，對松散的金屬廢料進行一次予壓縮。壓縮室的高即為包塊高。
2、主缸壓頭繼續(xù)前進，向X正向加壓。直至廢料壓縮成包塊達到包塊寬度位置時止。這樣，在壓縮室的前端形成一個高壓室。
3、再次加料后，主缸循環(huán)快進、工進，提供高壓，這級壓力是在高壓室內(nèi)，對已初步形成的束塊，進行整形定性的最終擠壓，形成緊密度較高的束塊。達到包塊的長度要求。
4、包塊成形后，松泄主壓頭壓力，下輔缸作用推開機身側(cè)邊的出包門。
5、利用主壓頭繼續(xù)前進，將包塊從側(cè)門推出機外。
6、主、側(cè)壓頭退回，側(cè)門關(guān)閉，機蓋啟開。即可進行下一個工作循環(huán)的加料。上述這幾個程序是基本的工位循環(huán)，其間還有一些輔助運動，如持續(xù)加壓，保壓、泄壓等。
2.1.2打包機的總布局
打包機一般分為二大部分——主機部分和動力系統(tǒng)。
1、主機部分。
根據(jù)對打包機運動情況的分析可知，主缸系統(tǒng)應(yīng)水平安置在機體上，側(cè)門系統(tǒng)垂直于主缸系統(tǒng)安置，上輔缸系統(tǒng)安置在主缸上方，另外再加上一些輔助機構(gòu)，這樣就構(gòu)成了機器進行打包工作的部分，即主機部分。按構(gòu)成的結(jié)構(gòu)分，應(yīng)該包括：
(1)機體
機體是安裝機器各部分的基礎(chǔ)。其結(jié)構(gòu)是個上開式的箱形型式，亦是容納物料的料箱，機體的基本構(gòu)件由于是幾大塊拼接而成，其位置和形式都是一定的，沒有什么調(diào)節(jié)、修定的要求，所以裝拆均容易(一般也不用拆卸)。使用中也不容易損壞。若出現(xiàn)損壞(斷裂或某些地方嚴重磨損)、則需更換新構(gòu)件或修補。
（2)上輔缸系統(tǒng)
上輔缸系統(tǒng)是控制進料口進料的機構(gòu)。由上輔缸及輔缸推壓頭組成。其功能是將金屬物料送進料箱內(nèi)的，并推向高壓室。上輔缸裝在機體后架中間的大孔內(nèi)，并用大園螺母從后面鎖緊。壓頭直接套裝在側(cè)缸活塞桿伸出端，由一個大螺栓從端面中間緊固，再蓋以側(cè)壓頭護板。由于側(cè)壓頭在料箱內(nèi)還要組成高壓室的一壁，其位置是有嚴格要求的，所以在側(cè)壓頭與活塞桿接觸的臺階處，有一個調(diào)整墊圈，為使活塞桿的行程終了時，側(cè)壓頭護板的前面與主壓頭護板側(cè)邊剛好要接觸并有一定的問隙，就靠調(diào)整墊圈的厚度來保證。
(3)主缸系統(tǒng)
主缸系統(tǒng)是加壓機構(gòu)，其橫臥安裝于機體的前架一端，與機體垂直組合裝配成一體，整個系統(tǒng)主要由主缸總成、主缸橫梁、主壓頭、門梁及圓螺母等組成，其功能就是對被側(cè)壓頭推壓到高壓室內(nèi)的較疏松的束塊，進行第二級擠壓，使其達到一定的密度，主壓頭的最大推力，就是打包機的公稱壓力，經(jīng)主壓頭擠壓最后形成的包塊，其長度尺寸大致是一致的。主缸將束塊壓成尺寸要求后即停止。
（4）出料門系統(tǒng)
出料門系統(tǒng)是控制出料門的開閉，使主缸將擠壓成功的包塊推出機外的部分。由出料門、輔助缸總成、支座等主要零、部件組成。它的功能只是起輔助作用，機器在加料、擠壓工作時，由出料門將壓縮室的門洞封閉，包塊成形后，將出料門推開，便于包塊從門洞內(nèi)推出，出料門裝在由門梁和側(cè)架貼合形成的滑道內(nèi)，輔助缸裝在側(cè)架外壁上，輔助缸活塞桿與出直接鉸接，由輔助缸帶動出料門在滑道內(nèi)往復滑動，對側(cè)架上的門洞進行開關(guān)。由于出料門是在高壓室位置，直接承受主缸的擠壓力，工作時開門前的主缸卸壓的步驟和時間一定要保證，否則，門將打不開或者損壞機件。
2、動力系統(tǒng)
動力系統(tǒng)就是機器的液壓發(fā)生、控制機構(gòu)。布置在機器的后部、側(cè)缸的兩側(cè)。而電控操縱箱則置于機器同主缸的一側(cè)。整個系統(tǒng)由下列部分組成：
(1)油箱部分
油箱部分是動力系統(tǒng)的支承基礎(chǔ)，亦是機器液壓傳動的油源，整個油箱是個長方行的封閉箱體，裝于主機的后端。
(2)油泵—電機組
油泵—電機組機器的主動力源，由柱塞泵和三相交流電動機組成，二者用減速箱聯(lián)接，安裝在油箱面上，通過油管與各類液壓元件相連成油路。
(3)控制閥組
控制閥組液壓系統(tǒng)的控制裝置，由液壓系統(tǒng)中所需要的各種液壓元件及通路體組成，安裝于油箱面上，各液壓閥選用板式結(jié)構(gòu)，集中安裝，結(jié)構(gòu)非常緊湊，各元件拆卸維修都很方便。
(4)管路系統(tǒng)
管路系統(tǒng)是將各元器件連接起來形成通路體的部分。
(5)操縱箱
操縱箱是機器的電控中心，機器各運動程序的自動選擇、控制均通過此箱進行，電控箱主要分上下兩部分，箱上部分及面板，集中裝沒有顯示壓力和調(diào)整壓力的壓力表、操縱按紐；下部是電器柜，機器的主要電氣元件均置于柜內(nèi)。
整個機器就由以上部分構(gòu)成，另外還有一些液壓管道、電氣管道及行程開關(guān)等部分，在本次設(shè)計中就沒有進行設(shè)計分析了。
圖2.1 打包機總裝圖
2.2 打包機壓縮室的設(shè)計與強度校核
打包機的強度校核包括對活塞桿的彎曲強度校核、壓頭的剪切強度的校核以及壓縮室門的剪切強度校核，因為在液壓系統(tǒng)設(shè)計部分已對活塞桿進行校核，故本章節(jié)的校核主要是對壓頭和壓縮室門板進行的。
2.2.1 壓頭的強度校核
因壓頭為焊接式厚為20mm的壓板主要承受擠壓應(yīng)力而在工作過程中它所承受的擠壓應(yīng)力可忽略不計固不作要求.
2.2.2 壓縮室的設(shè)計
壓縮室的尺寸設(shè)計：
根據(jù)壓縮后金屬包體積為0.250*0.250*0.250m3。確定壓縮室尺寸為：0.80*0.250*0.270m3。
選用材料為HT200，鑄件壁厚（30～50）mm，抗拉強度：=160（MPa）。
壓縮時推力為1250KN，壓力為21MPa，選用壁厚t=40mm
活塞與壓縮室之間的擠壓強度。
[]=< 世隔絕 （1-1）
出包門與壓縮室側(cè)壁的剪切應(yīng)力.
式中:
出包門與壓縮室側(cè)壁的拉壓應(yīng)力
求得C點處的剪力最大FC為1250KN
0
A
B
F
C
FA
FB
圖2-2 彎曲強度圖
圖2-3 剪切強度圖
（1-2）
（1-3）
求得最大彎矩Mmax為168.75Nm,W為72000mm2,由公式4-2得：
2.3438Mpa<[]
滿足強度要求。
第3章 打包機液壓系統(tǒng)的設(shè)計
3.1 液壓系統(tǒng)的特點
(1）方便實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍大；
(2）在相同功率情況下，液壓傳動能量轉(zhuǎn)換元件的體積較小，重量較輕；
(3）工作平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實現(xiàn)步驟換向；
(4）便于實現(xiàn)過載保護，而且工作油液能使傳動零件實現(xiàn)自潤滑，故使用壽命較長；
(5）操縱簡單，便于實現(xiàn)自動化。特別是和電氣控制聯(lián)合使用時，易于實現(xiàn)復雜的自動工作循環(huán)；
(6）液壓元件易于實現(xiàn)系列化、標準化和通用化。
綜上所述故選用液壓傳動控制
液壓系統(tǒng)的設(shè)計是整個金屬打包機設(shè)計的一大部分。液壓系統(tǒng)是機器中液壓傳動部分的總稱。它的任務(wù)是根據(jù)機器的用途、特點和要求,利用液壓傳動的基本原理。擬訂出合理的液壓系統(tǒng)圖,再經(jīng)過必要的計算確定液壓系統(tǒng)的參數(shù),然后按照這些參數(shù)來選用液壓元件的規(guī)格和進行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。綜上所述,要確定液壓系統(tǒng)的基本回路,先要了解分析該液壓系統(tǒng)要實現(xiàn)的某些動作和擬達到的工作性能。
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)計的金屬打包機是一種典型的金屬回收機械,它是將機械工業(yè)的余廢料等金屬物料擠壓成具有一定規(guī)格和緊密度的束塊.其工作情況大致如下:
從料斗中倒入要壓制的廢金屬料→主缸活塞快速推進→倒入數(shù)次料后，主缸活塞快速推進數(shù)次→主缸活塞重壓一次（工進）→輔缸打開壓縮室門→主缸活塞從壓縮室快速推出金屬包，再退出壓縮室→輔缸關(guān)閉壓縮室門。簡而言之,就是要實現(xiàn)上輔缸、主缸的水平直線和下輔缸的豎直直線運動.
3.2.2確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)
任務(wù)書中已給定的參數(shù)如下:
（1）打包機負載1250kN
（2）廢料壓制成塊料體積為0.25*0.25*0.25m3
（3）打包機液壓缸行程為800mm
（4）上下輔缸行程為800mm
根據(jù)已知數(shù)據(jù),在參考了一系列金屬打包機的基礎(chǔ)上,并結(jié)合此次設(shè)計的技術(shù)要求,用類比法初步選取速度值如下:
主油缸: 快速空行程速度 =50mm/s
工作行程速度 =12.5mm/s
頂出壓塊速度 =50mm/s
快速退回速度 =50mm/s
上輔缸: 快速下降 =125mm/s
快速上升 =86.2mm/s
下輔缸: 快速下降 =69.5mm/s
快速上升 =80mm/s
液壓系統(tǒng)的壓力的確定:
液壓缸的輸出力是有工作壓力和活塞的有效面積A決定,而液壓缸的輸出速度是由輸出液壓缸的流量q和活塞的有效面積A來確定.即
由兩式可見,當液壓缸的輸出力一定時,若缸的工作壓力取得大,則活塞有效面積減小,液壓缸的結(jié)構(gòu)就緊湊；若液壓缸的工作壓力取得小,則活塞有效面積增大,缸的結(jié)構(gòu)尺寸增加。要使工作機構(gòu)得到同樣的速度,就要求有較大的流量,此時,將有關(guān)的液壓泵、閥等液壓元件的規(guī)格要求相應(yīng)增大,這就可能導致整個液壓傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)龐大,因此,確定液壓缸的工作壓力p時,要根據(jù)設(shè)備的工作要求、元件的制造水平等因素綜合考慮.在充分考慮系統(tǒng)所需流量、系統(tǒng)的效率和性能、工作可靠性、工藝性和經(jīng)濟性等因素后,設(shè)計時,采用類比法來確定.參考表3.1、3.2 ,取系統(tǒng)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
機床
車/銑
鏜床
龍門
刨床
農(nóng)業(yè)機械,小
型工程機械
工程機械
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 不同負載下的液壓缸常用的工作壓力：
負載/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
選定液壓缸的工作壓力根據(jù)設(shè)計要求選定系統(tǒng)工作壓力為21Mpa為下面的設(shè)計提供依據(jù)
3.3擬訂液壓系統(tǒng)原理圖
3.3.1確定供油路線
考慮到該設(shè)備在工作進給時負載較大,速度較低,而在快進快退時負載較小,速度較高,從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮,泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或變量泵供油,現(xiàn)采用雙聯(lián)葉片泵供油.
3.3.2液壓回路的設(shè)計
首先，設(shè)計調(diào)速回路。
調(diào)速回路的比較：液壓系統(tǒng)中的調(diào)速回路應(yīng)能滿足如下一些要求，這些要求是評比調(diào)速回路的依據(jù)。
（1）能在規(guī)定的調(diào)速范圍內(nèi)調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的工作速度。
（2）在負載變化時,已調(diào)好的速度變化愈小愈好,并應(yīng)在允許的范圍內(nèi)變動。
（3）具有驅(qū)動執(zhí)行元件所需的力或轉(zhuǎn)矩。
（4）使功率損失盡可能小，效率盡可能高,發(fā)熱盡可能小(這對保證運動平穩(wěn)性亦有利。
調(diào)速回路的選用：調(diào)速回路的選用與主機采用液壓傳動的目的有關(guān),而且要綜合考慮各方面的因素后才能做出決定；其次要考慮的是功率的大小，一般認為3kw以下的用節(jié)流調(diào)速回路；3～5kw的用容積節(jié)流調(diào)速回路或容積調(diào)速回路；5kw以上的則用容積調(diào)速回路；最后從費用上考慮，要求費用低廉時用節(jié)流調(diào)速回路；允許費用高些時用容積節(jié)流調(diào)速回路或容積調(diào)速回路。
綜上，本系統(tǒng)采用容積節(jié)流調(diào)速。在中小型打包機的液壓系統(tǒng)中,進給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥,根據(jù)打包機對低速性能和速度負載特性都有一定要求的特點,決定采用雙聯(lián)葉片泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速.這種調(diào)速回路具有效率高 發(fā)熱小和速度剛性好的特點。
其次,考慮速度換接方式。本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速換接回路,它的特點是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)行程比較方便,閥的安裝也較容易,但速度換接的平穩(wěn)性較差. 在本系統(tǒng)中液壓泵和液壓缸回路中均采用三位四通電磁換向閥作為換向回路，且采用中位機能是O型，因為當運動到目的地停留時，讓系統(tǒng)不卸荷。
最后，考慮壓力控制回路。系統(tǒng)的調(diào)壓問題已在油路中解決,卸荷問題采用先導式溢流閥來實現(xiàn)。
3.3.3 擬訂液壓系統(tǒng)圖
液壓系統(tǒng)回路有開式和閉式兩種。通過比較可知閉式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比緊湊、對稱，但系統(tǒng)較為復雜，為了保證控制系統(tǒng)能正常工作，需要提供低壓液壓油給控制回路，所以回路中需安排一個低壓保護措施來保證控制正常；在閉式系統(tǒng)中油溫升高后，散熱較慢，需要提供專門的散熱回路來冷卻工作油，這就增加了液壓設(shè)備，使系統(tǒng)復雜化；閉式系統(tǒng)采用容積調(diào)速回路，而容積調(diào)速回路一般是用在大功率，經(jīng)濟條件允許寬裕的場合。
開式回路結(jié)構(gòu)上比閉式回路簡單，散熱條件好，無須附加專門的散熱回路來冷卻油液，經(jīng)濟上要求不高，保護回路易于實現(xiàn)，采用雙單向節(jié)流調(diào)速，方便快捷亦可實現(xiàn)容積調(diào)速回路的無級調(diào)速，對于本打包機比較合適。
3.3.4液壓系統(tǒng)原理圖的分析設(shè)計
本液壓系統(tǒng)屬于中高壓系統(tǒng)，綜合考慮各種因數(shù)，采用齒輪泵向系統(tǒng)供油。綜合以上各個部分的調(diào)速回路方案，補充系統(tǒng)的保護回路，方向控制回路和卸荷回路而設(shè)計出系統(tǒng)總的液壓原理圖。
其打包的工作過程如下：
啟動電源開關(guān)，液壓泵開始工作，油路上升，電磁鐵Y2通電，換向閥接入左工位，這時液壓缸上升，將壓縮室門關(guān)閉；
液壓缸上升到預定高度，觸發(fā)行程開關(guān)，電磁鐵Y2斷電，電磁鐵Y1通電，上輔缸快退，打開進料口進料；
液壓缸快退至左極限位置，觸發(fā)行程開關(guān)，電磁鐵Y2得電，上輔缸快進，關(guān)閉進料口；
液壓缸右行觸發(fā)行程開關(guān)，使電磁鐵Y4通電，換向閥接入左工位，主缸快進，準備壓縮金屬塊；
主缸推進壓縮金屬塊至某中間位置時，觸發(fā)壓力繼電器，使電磁鐵Y4通電，行程閥接入右工位，油液通過調(diào)速閥，對主缸的速度進行控制，主缸工進；
隨著主缸推進，金屬壓縮成塊，當主缸不再前行時，系統(tǒng)壓力不斷升高，使壓力繼電器起作用，并通過時間繼電器，實現(xiàn)系統(tǒng)的保壓延時；
而卸荷是時間繼電器使電磁鐵Y3通電，換向閥以右工位接入，主缸快退；
主缸快退至左極限位置，觸發(fā)電磁鐵YA4，換向閥以右工位接入，下輔缸快退打開壓縮室門；
下輔缸行至下極限位置，觸發(fā)電磁鐵Y4，使換向閥以左工位接入，使主缸快速前進，頂出壓縮好的金屬包；
而后，在主缸到達右限位時，觸發(fā)電磁鐵Y3，使換向閥以右工位接入，主缸快退，從而完成一個工作循環(huán)。
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
（上）開門進料
﹢
﹣
﹣
﹣
﹣
﹣
﹣
關(guān)門主缸快進
﹣
﹢
﹣
﹢
﹣
﹣
﹣
主缸工進
﹣
﹢
﹣
﹢
﹢
﹣
﹣
保壓
﹣
﹢
﹣
﹢
﹢﹣
﹣
﹣
主缸快退
﹣
﹢
﹢
﹣
﹣
﹣
﹣
（下）開門主缸快速推出
﹣
﹢
﹢
﹣
﹣
﹣
﹢
主缸退回同時（下）關(guān)門
﹣
﹢
﹣
﹢
﹣
﹢
﹣
圖3-1（液壓工作原理圖）
3.4液壓系統(tǒng)的計算和液壓元件的選定
3.4.1液壓缸的設(shè)計計算
3.4.1.1主要參數(shù)的確定
根據(jù)液壓缸的工況特點,選擇液壓缸為雙作用單活塞桿式.安裝方式為軸向底座式。根據(jù)動力和運動分析,確定主要尺寸參數(shù)：
液壓缸工作壓力的確定,前已選擇確定p=16MPa
液壓缸內(nèi)徑:根據(jù)需要的液壓缸的理論輸出力F和系統(tǒng)的選定的供油壓力p來計算缸筒內(nèi)徑D(m),計算公式如下:
D=-3=275.8（mm） （3-1）
式中 F----液壓缸的理論輸出力(N)
p----供油壓力(MPa)
根據(jù)以上計算公式算得的液壓缸內(nèi)徑D的大小,取值并圓整到標準值
取D=500(mm)。
活塞桿直徑:由表2.3可取d=0.7D,得d=350(mm),
查表: 取d=360(mm)
表3.4 機床液壓缸活塞桿直徑推薦值
活塞桿受力情況
受拉伸
受壓縮,工作壓力p1(MPa)
p1≤5
5
7
活塞桿直徑d
(0.3～0.5)D
(0.5～0.55)D
(0.6～0.7)D
0.7D
液壓缸的行程 主要依據(jù)執(zhí)行機構(gòu)的運動要求而定,但為簡化工藝,降低成本,增加產(chǎn)品通用性,應(yīng)盡量采用標準系列值 ,在此取S=1100(mm)
計算各工作階段液壓缸所需的流量：
q快進=2快進=241.27/min
q工進=2工進=60.3 L/min
由于打包機進料口液壓缸壓縮室門并未從事主要工作,所以在本設(shè)計中并沒有對上下輔缸的流量進行過多的計算分析,以及隨后的液壓缸的設(shè)計計算也是只對主缸進行的.
3.4.1.2液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1、缸筒
（1）主要技術(shù)要求
有足夠的強度,能長期承受最高工作壓力及短時期動態(tài)實驗壓力而不會產(chǎn)生永久性變形.
有足夠的剛度,能承受活塞側(cè)向力和裝置的反作用力,而不至于產(chǎn)生彎曲.
內(nèi)表面在活塞密封件及導向環(huán)的摩擦力作用下,能長期工作,且摩損極少,幾何精度高,確?；钊芊?
（2）結(jié)構(gòu)形式
通常根據(jù)缸筒與缸蓋的連接形式來選用缸筒結(jié)構(gòu),不同的連接形式有不同的優(yōu)點和缺點,要依據(jù)額定的工作壓力 用途 使用環(huán)境等因素合理選用缸筒結(jié)構(gòu),本設(shè)計中采用的是半環(huán)聯(lián)接的形式,其特點為:結(jié)構(gòu)較簡單,易加工,易裝卸,使用廣泛。
（3）材料
缸筒的材料一般要求有足夠的強度和沖擊韌性,根據(jù)液壓缸的參數(shù) 用途和毛坯的來源,可選用碳素鋼45號的無縫鋼管.
（4）缸筒計算
缸筒厚度計算：
=0+c1
式中 0----缸筒材料強度要求的最小值(m)
c1----缸筒外徑公差余量(m)
缸筒厚度的計算可有以下幾種情況:
當 /D≤0.08時,按薄壁缸筒計算
0≥maxD/（2[]）=42（mm）
式中 D----缸筒內(nèi)徑(m)
pmax——缸筒內(nèi)最高工作壓力,當工作壓力p<16Mpa時, pmax=1.5p; 當工作壓力p>16Mpa時, pmax=320;
[]----材料的許用應(yīng)力(MPa)，[]=b/n=600/5=105(MPa)
式中 [b]----缸筒材料的抗拉強度(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
缸筒外徑
D1=D+2=404(mm)
缸筒厚度驗算：
對缸筒壁厚要作以下驗算：
額定工作壓力pN(MPa)應(yīng)底于一定極限值,以保證工作安全
pN≤0.35S（D12-D）2/ D12=54MPa
為避免塑性變形,額定工作壓力應(yīng)滿足
pN≤(0.35～0.42)pPl=36.55～43.86MPa
式中 pPl----缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力.
pPl=2.3Slg=104.43（ MPa)
式中 S ----缸筒材料的屈服強度(MPa)
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：
當缸底為平面且無油孔時缸底厚度h為 ：
h=0.433D-3=63.4（mm） (3-2)
式中 D----缸筒內(nèi)徑(m)
D max----缸筒內(nèi)最高工作壓力
[]----缸底材料的許用應(yīng)力(MPa)
缸筒聯(lián)接計算：
缸筒的主要聯(lián)接形式有：法蘭聯(lián)接式、焊接式，整體式。
法蘭聯(lián)接式強度高，便于拆裝、容易加工，成本低能承受高壓；焊接式強度不高但不便于拆裝，而整體式結(jié)構(gòu)復雜加工不便。故選用法蘭聯(lián)接式。
缸筒與缸蓋采用法蘭環(huán)聯(lián)接時, 螺栓主要受拉伸應(yīng)力的破壞
缸筒的危險截面A-A上的拉應(yīng)力（MPa)為 ：
= pmaxD12/[（D1-h）2-D2]=
=91.81（MPa） (3-3)
滿足強度要求。
式中 D1——缸筒的寬度， D1=0.384（m）；
L----卡環(huán)寬度（m） L=0.025（m）
H——卡環(huán)厚度（m） H=0.025（m）
pmax----系統(tǒng)最高工作壓力（MPa）pmax=16.5（MPa）
2、活塞
（1）結(jié)構(gòu)形式
活塞根據(jù)密封裝置的型式來選用其結(jié)構(gòu)形式,按工作壓力、環(huán)境溫度、介質(zhì)等條件來選定密封形式為活塞與缸筒采用Y密封圈與活塞桿的密封采用O型密封圈的活塞.其具備密封性能好,摩擦因數(shù)小,安裝空間小,擴沖擊,廣泛用于固定密封和運動密封具有振動場合的特點。
（2）活塞與活塞桿的聯(lián)接形式
活塞與活塞桿的聯(lián)接形式采用卡環(huán)聯(lián)接如圖3-2。該聯(lián)接結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便不易松動、應(yīng)用在高壓、負載大、有振動場合。
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)
外端部結(jié)構(gòu)形式為焊接聯(lián)接,內(nèi)端部結(jié)構(gòu)形式為卡環(huán)聯(lián)接其中活塞桿與緩沖套之間采用螺紋聯(lián)接。
活塞與活塞桿為卡環(huán)時卡環(huán)主要受擠壓或者剪切應(yīng)力的影響發(fā)生破壞.
卡環(huán)材料為45鋼
表3.6
熱處理
S MPa
b MPa
S MPa
￠
aku(J/km)
HB
t0.3
tp
MPa
840°C水淬
510°C回火
716
934
17.9
52.9
99.5
254
528
829
（2）卡環(huán)強度校核
活塞的理論拉力F為1250KN
剪切力校核:
A==
t===96MPa<[t]
擠壓應(yīng)力校核:
A=240Χ16mm2
b===168<[b]
（3）活塞桿強度及穩(wěn)定性驗算
活塞桿全部伸出時，活塞桿頂端至液壓缸支承點之間的距離稱為計算長度l，其值與安裝形式有關(guān)。根據(jù)不同的計算長度l和活塞桿d的不同比值，對活塞桿進行不同項目的驗算。
l/d≤10時，屬于短行程活塞缸，主要驗算拉壓強度：
==209（mm）， (3-4)
式中 F——活塞桿最大推力（N），為F=1250（KN）
d----活塞桿直徑（m）， d=220（m）
——安全系數(shù)， =2～4；取=4
——活塞桿材料的屈服極限（MPa）
故設(shè)計滿足強度和穩(wěn)定性要求。
4、導向套
（1）導向套的作用
導向套是裝在液壓缸有桿側(cè)的桿蓋內(nèi),用以對活塞桿導向.導向套的內(nèi)側(cè)裝有密封裝置,保證缸筒有桿腔的密封性,外側(cè)有防塵圈.防止活塞桿內(nèi)縮時把雜質(zhì)、灰塵、水份等帶到密封裝置區(qū),以致破壞密封裝置。
（2）材料
采用耐磨鑄鐵。
（3）導向套的長度
對當缸筒內(nèi)徑D>80mm時,導向套的滑動面的長度取(0.6～1.0)d,其中d為活塞桿直徑。
導向套的長度：
L=0.6d=216(mm)
5、缸頭厚度計算
螺釘連接法蘭：
(3-5)
式中： F——法蘭所受的總力，
d——密封環(huán)內(nèi)徑（mm）
——密封環(huán)外徑（mm）
P——系統(tǒng)工作壓力（MPa）
q——附加密封力（MPa），若采用金屬材料密封時，q=
——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。
3.4.1.3液壓缸的排氣與緩沖
由于各種原因,液壓系統(tǒng)會混入空氣,影響運動的平穩(wěn)性,如活塞低速運動時產(chǎn)生爬行,啟動時造成沖擊，換向時降低精度等。因此在設(shè)計液壓缸時,必需考慮空氣的排除.對于速度穩(wěn)定性要求較高的液壓缸和大型液壓缸,則需要設(shè)置排氣裝置,如排氣塞或排氣閥等,排氣塞(閥)通常安裝在液壓缸的最高處,雙作用液壓缸應(yīng)安裝兩個排氣塞(閥).在系統(tǒng)開始工作前,先打開排氣塞(閥),讓活塞全行程空載往復數(shù)次(高壓系統(tǒng)應(yīng)將壓力降至0.5～1MPa),把空氣排凈后,再將排氣塞(閥)擰緊關(guān)閉.一般地,閥體材料為30或45碳素鋼;針閥材料為不銹鋼3Cr13;錐部熱處理至硬度38～44HRC.
液壓缸帶動工作部件運動時,因運動件的質(zhì)量較大,運動速度較高,則在到達行程終點時,會產(chǎn)生液壓沖擊,甚至使活塞與缸筒端蓋之間產(chǎn)生機械碰撞.造成液壓沖擊和噪聲,甚至嚴重影響工作精度和引起整個系統(tǒng)及元件的損壞,為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生,因此,在大型高速或要求較高的液壓缸中,往往在行程末端設(shè)置緩沖裝置.緩沖裝置的結(jié)構(gòu)形式很多，但工作原理都是當活塞行程快到終點而接近缸蓋時,增大液壓缸回油阻力,使回油腔中產(chǎn)生足夠大的緩沖壓力,使活塞減速,從而防止活塞撞擊缸蓋.
此次設(shè)計選用的是固定式恒節(jié)流面積.它的工作原理是:當活塞移進缸蓋時,活塞上的凸臺進入缸蓋的凹腔,將封閉在回油腔的油液從凸臺和凹腔之間的環(huán)狀縫隙中擠壓出去,使回油腔中壓力升高而形成緩沖壓力,從而使活塞減慢了移動速度。
這樣做能使液壓缸的結(jié)構(gòu)簡單化,有利于加工,降低液壓缸的成本,而且緩沖的效果較好。
缸體
排氣閥
圖3-4 排氣裝置
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
考慮到正常工作中進油管路有一定的壓力損失,所以泵的工作壓力為:
（3-6）
式中 Pp——液壓泵最大工作壓力，
P1——是液壓執(zhí)行元件中的最高工作壓力，
——是泵到執(zhí)行元件間的總的管路損失，初算時簡單系統(tǒng)可取0.2～0.5MPa, 復雜系統(tǒng)可取0.5～1.5MPa,在此取=0.5MPa；
故液壓泵的工作壓力為： Pp= P1+=25.5（MPa）
上述計算所得的p是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力,考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)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儲備量,并確保泵的壽命,因此選泵的額定壓力應(yīng)滿足pn≥(1.25～1.6)Pp,中底壓取小值,高壓系統(tǒng)取大值.本次設(shè)計中取pn=1.6Pp=31.875MPa.
（2） 液壓泵流量的確定：
液壓泵的最大流量應(yīng)為
式中 qp----液壓泵的最大流量
----同時動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。
KL----系統(tǒng)泄漏系數(shù),一般取KL=1.1～1.3,現(xiàn)取液壓泵的泄漏系數(shù)K=1.2。
求得液壓泵流量為：
334.4 L/min
（3） 選擇液壓泵的規(guī)格
根據(jù)以上算得的和qp,再查閱有關(guān)手冊,現(xiàn)選用柱塞泵，型號ZBN-H55。技術(shù)規(guī)格：排量：0.3～650ml/r；額定壓力：25MPa ；驅(qū)動功率：47KW；轉(zhuǎn)速范圍：300～4000r/min。生產(chǎn)廠家:榆次液壓元件廠按意大利埃托斯公司技術(shù)生產(chǎn)。
2 電動機功率的確定
打包機在打包的整個工作過程中，壓力是不斷變化的，所需要的功率變化很大，為滿足整個工作工程的需要，按最大功率段來確定液壓系統(tǒng)油泵電動機的功率。
當截割部阻力達到所測結(jié)果最大時，升降缸、牽引部和截割部的壓力均達到最大值，此時泵壓力達到最大；由前述所知泵的供油額定壓力為：32Mpa，泵的流量為： ，取泵的總效率那么泵的驅(qū)動功率為：
查電動機樣本；選型號為Y250-2電動機；額定功率 ；額定轉(zhuǎn)速為1500r/min。
3 閥類元件及輔助元件
（1） 液壓閥的選擇
液壓閥是用來控制液壓系統(tǒng)中油液的流動方向或調(diào)節(jié)其壓力和流量的，因此它可以分為方向閥、壓力閥和流量閥三大類。一個形狀相同的閥，可以因為作用機制不同，具有不同的功能。壓力閥和流量閥利用通流截面的節(jié)流作用控制著系統(tǒng)的壓力和流量，而方向閥則利用通流通道的更換控制著油液的流動方向。也就是說，盡管液壓閥存在著各種各樣的類型，它們之間還保留著一些基本共同之處，例如：
在結(jié)構(gòu)上，所有的閥都由閥體、閥心（座閥或滑閥）和驅(qū)動閥心動作的元部件（如彈簧、電磁鐵等）組成。
在工作原理上，所有閥的開口大小，閥進，出口間的壓差以及流過閥的流量之間的關(guān)系都符合孔口流量公式，僅是各種閥的控制參數(shù)不同而已。
液壓系統(tǒng)中所用的閥有如下基本要求：
<1> 動作靈敏，使用可靠，工作時沖擊和震動?。?
<2> 油液流過時壓力損失?。?
<3> 密封性能好；
<4> 結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)整、使用、維護方便，通用性大。
閥的選擇原理：
1．閥的規(guī)格
根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實際通過該閥的最大流量，選擇有定型產(chǎn)品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選取；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時，要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機構(gòu)最低穩(wěn)定速度要求。控制閥的流量一般要選得比實際通過的流量大一些，必要時也允許有 20%以內(nèi)的短時間過流量。
2．閥的型式
按照安裝和操作方式選擇。在本系統(tǒng)中工作壓力16Mpa左右，所以液壓閥選中、高壓閥。
所選閥的規(guī)格如下：
（1）齒輪泵相連的溢流閥的選擇：
型號：YFD※—L32H3，通徑10mm，流量：350ml/min，調(diào)壓范圍:7-21MPa;生產(chǎn)廠家：上海液壓件。
（2）流量控制閥的選擇：
選擇流量控制閥時主要依據(jù)的是流量閥所在的最大工作壓力和通過該閥的最大流量。同時，還要考慮流量的調(diào)節(jié)范圍、流量—壓力特性、最小穩(wěn)定流量。
單向閥5的選擇：
型號：DF—B10H3，通徑：10mm，流量：240ml /min，生產(chǎn)廠家：榆次液壓元件廠。
調(diào)速閥10和13的選擇：
型號：QAE—F6/16D，最高壓力：21MPa，推薦流量：245ml/min，調(diào)節(jié)范圍：21-31.5MPa，生產(chǎn)廠家：保定液壓集團公司。
單向調(diào)速閥12的選擇：
型號：2FRM，通徑：10mm，流量：250mL /min，生產(chǎn)廠家：上海液壓元件二廠。
（3）方向控制閥的選擇：
選擇方向控制閥時，主要依據(jù)方向閥所在油路的最大工作壓力和通過該閥的最大流量，此外，還應(yīng)考慮到方向閥的特點、換向頻率響應(yīng)時間、操縱方式、閥口壓力損失大小以及閥內(nèi)卸漏的大小等。
二位二通電磁換向閥11的選擇：
型號：22※—63B，壓力：21MPa，流量：100L /min，生產(chǎn)廠家：榆次液壓元件廠。
三位四通電磁換向閥7、8、9的選擇：
型號：DG5V-7-8-T-D，最高壓力：21Pa，流量：380mL/min，通徑：10mm，生產(chǎn)廠家：榆次液壓元件廠。
（4）濾油器1的選擇：
濾油器裝在液壓泵吸油管路上，用以保護液壓泵。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：天津濾油器廠。
（5）壓力繼電器的選擇：
型號：1PD—H6L—Y2，通徑：6mm，壓力調(diào)整范圍：4～20MPa，靈敏度：1.5MPa，通斷調(diào)節(jié)區(qū)間：3～12MPa，外泄量：0.15ml/min，生產(chǎn)廠家：榆次液壓元件廠。
（6）壓力表開關(guān)的選擇：
壓力表用來測量液壓系統(tǒng)的壓力。型號：KF3—E3B，使用壓力：16MPa，生產(chǎn)廠家：高行液壓元件廠。
4 管道尺寸的確定
管道內(nèi)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.本系統(tǒng)主油路流量為 差動時流量q=L/min,壓油管的允許流速取v=m/s,則內(nèi)徑d為
（3-7）
式中 ——通過管道的內(nèi)的流量
v——管內(nèi)允許的流速
為了方便聯(lián)接管道內(nèi)徑由管接頭確定
管接頭選用JB/ZQ4203-86錐密封焊接端直通圈柱管螺紋管接頭管外徑為10mm
和GB5625-1-85擴口式端直通管接頭管外徑為10mm
材料為鋼絲編織膠管通徑10,二層鋼絲,工作壓力25MPa ,最小彎曲半徑160.
5 液壓油箱容積的確定
在中高壓或高壓大功率系統(tǒng)中(P>6.3MPa),可取V=(6～12)Pp.
其中 V--- 有效容量,
Pp---液壓泵額定流量。
現(xiàn)選用容量為3000L的油箱。
3.4.3液壓系統(tǒng)的性能驗算
3.4.3.1發(fā)熱溫升的估算
本系統(tǒng)屬中高壓系統(tǒng)，無迅速起動、制動要求，在設(shè)計中已考慮了防沖擊、可調(diào)環(huán)節(jié)及相關(guān)的防沖措施，故不必進行沖擊驗算。僅做發(fā)熱溫升驗算。
能耗和溫升已成為誘發(fā)各種故障的重要潛在原因，雖然曾進行了能耗控制設(shè)計，但完成各設(shè)計步驟匯總成整體液壓系統(tǒng)后，發(fā)熱和溫升估算仍需進行，以便修改方案采取進一步提高效率的措施或判定是否加設(shè)專門的強迫冷卻裝置等。
系統(tǒng)發(fā)熱主要是由泵及液動機能量轉(zhuǎn)換中的功率損失和系統(tǒng)的壓力和溢流、泄漏等流量損失所造成的。
工進在整個工作循環(huán)中所占的時間比例較大，為了簡化計算，主要考慮工進時的發(fā)熱量，一般情況下，工進速度大時發(fā)熱量大。
工進時=60.3
此時泵的效率為0.85
泵的出口壓力為25 MPa
=15KW （3-8）
（3-9）
則功率損失
= （3-10）
由此可見工進時的功率損失為最大,發(fā)熱也為最大.
假定系統(tǒng)的散熱狀況一般,取
油箱的散熱面積為:
V-----油箱的容積.即V=2500L
系統(tǒng)溫升為:
即滿足要求。
第4章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計
PLC的優(yōu)點：
使用范圍廣、維護方便、速度快、休積?。痪哂羞壿?、順序、定時、計數(shù)、運算等能很容易地達到人們所期望的目標。
4.1 PLC控制器的選擇
控制系統(tǒng)采用PLC的控制方式，取代原來的繼電器控制方式。
PLC的主要特點為：
可靠性高。PLC的MTBF一般在40000～50000h以上，有的在10～20萬h，且均有完善的自診斷功能。
結(jié)構(gòu)形式多樣，模塊化組合靈活。有固定式適于小型系統(tǒng)或機床，組合式適于集控制系統(tǒng)。最少的PLC只有6點，而AB的ControlLogix系統(tǒng)的容量達128000點。
功能強大。
編程方便，控制具有極大靈活性。
適應(yīng)工業(yè)環(huán)境。適應(yīng)高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境以及電磁干擾環(huán)境。
安裝簡單、維修方便。系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試周期短。
與DCS相比，價格低、性價比高。
當前PLC產(chǎn)品緊跟現(xiàn)場總線的發(fā)展潮流。
主要類型有：
西門子、三菱、歐姆龍
本次設(shè)計擬采用日本三菱公司FX2系列的PLC，其優(yōu)點如下：
系統(tǒng)配置既固定又靈活，編程簡單，備有可自由選擇、豐富的品種，令人放心的高性能、高速運算，外部機器通訊簡單化以及共同的外部設(shè)備。且PLC控制液壓系統(tǒng)具有高可靠性且控制精確、穩(wěn)定。其具有很強的數(shù)學運算功能。輸人信號直接將按鈕、行程開關(guān)、壓力繼電器等各種信號觸點接到對應(yīng)的PLC輸人點上；輸出為繼電器方式，將功率元件電磁鐵接在輸出端。繼電器組成具有一定邏輯關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)，控制數(shù)個電磁鐵按一定的順序通斷，從而控制液壓系統(tǒng)動作。
4.2 系統(tǒng)控制要求
系統(tǒng)控制的要求是利用PLC來實現(xiàn)對油壓操縱系統(tǒng)的控制，從而驅(qū)動伺服油缸，實現(xiàn)液壓閥的準確動作。分析油壓操縱系統(tǒng)原理圖后可知，具體的控制要求為：
啟動主機液壓電機；
用邏輯錐閥控制系統(tǒng)工作和非工作時段，工作時，多余的流量通過溢流閥流回油箱，非工作時，邏輯錐閥打開，通過錐閥流回油箱，降低功率損耗同時也降低溫升。
油壓系統(tǒng)中設(shè)有壓力繼電器和時間繼電器，壓力繼電器用來保持系統(tǒng)壓力在允許的壓力范圍，當壓力達到限定范圍時，觸發(fā)時間繼電器，實現(xiàn)對系統(tǒng)的保壓延時；
三位四通閥上的電磁閥1、2、3、4、6、7的通電和斷電來控制油液的流向，控制各液壓油缸的運動；二位二通閥上的電磁閥7的通電和斷電來控制油液的流速，控制主液壓油缸進給運動的速度。
系統(tǒng)中要有必要的限位保護。
系統(tǒng)中要有必須的狀態(tài)指示。
4.3 I/O點數(shù)的確定
根據(jù)油壓操縱系統(tǒng)和系統(tǒng)控制要求，可以確定系統(tǒng)輸入和輸出設(shè)備的數(shù)量。
（1