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畢業(yè)生論文 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(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(dǎo)構(gòu)建節(jié)約型社會的影響下，可以預(yù)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(dǎo)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(dǎo)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(fù)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(fù)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(yù)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 57 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(dǎo)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(fù)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(dǎo)向套 （1）導(dǎo)向套的作用 導(dǎo)向套是裝在液壓缸有桿側(cè)的桿蓋內(nèi),用以對活塞桿導(dǎo)向.導(dǎo)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(dǎo)向套的長度 對當缸筒內(nèi)徑D>80mm時,導(dǎo)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(dǎo)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(fù)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(fù)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??；具有邏輯、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(xué)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）輸入設(shè)備的數(shù)量 齒輪泵的啟動和停止按鈕各1個，液壓電機的控制按鈕1個，因此，共需要開關(guān)輸入3點。 自動操作方式啟動按鈕1個，需要開關(guān)輸入1點 油路中的壓力繼電器1個，需要開關(guān)輸入1點。 壓縮金屬塊的行程開關(guān)1個，主缸、上輔缸的左右限位開關(guān)各1個，共需要開關(guān)輸入3點；下輔缸的上下限位開關(guān)各1個，共需要開關(guān)輸入2點。 因此，總共需要開關(guān)量輸入10點。 （２）輸出設(shè)備的數(shù)量 控制液壓電機啟動的交流接觸器1個，因此，共需要開關(guān)量輸出1點。 三位四通閥上的電磁閥1、2、3、4、6、7的交流接觸器各1個，二位二通閥上的電磁閥5的交流接觸器各1個。因此，共需要開關(guān)量輸出7點。 主泵和備用泵的啟動指示燈各1個，主泵和備用泵的卸荷指示燈各1個，擠壓工作和回程指示燈各1個，穿孔工作和回程指示燈各1個，因此，共需要開關(guān)量輸出8點。 因此，總共需要開關(guān)量輸出10點。 （３）PLC選型 考慮到I/O各留10%的余量，應(yīng)選開關(guān)量輸入48點，開關(guān)量輸出48點的PLC，確定選用三菱的FX2-４８型PLC。 4.4畫流程圖與梯形圖以及編寫單片機程序 略 參考文獻 [1]、化學(xué)工業(yè)出版社，《機械設(shè)計手冊》(?第三版?第４卷)[M]，1996 [2]、楊培元 主編， 《液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊》[M] ，機械工業(yè)出版社1998 [3]、駱簡文、雷寶蓀、張衛(wèi)主編，《液壓傳動與控制》[M]，重慶大學(xué)出版社2000 [4]、陳榕林、陸同理主編，《新編機械工程師手冊》[M]，中國輕工業(yè)出版社，2003 [5]、桂國森等編，《液壓元件產(chǎn)品樣本》[M]，機械工業(yè)出版社，2000 [6]、成大先主編，《機械設(shè)計手冊》（第三版）[M]，北京化學(xué)工業(yè)出版社，1994 [7]、機械工程手冊編輯委員會編，《電氣工程師手冊》[M]，北京機械工業(yè)出版社，1987 [8]、齊占慶主編，《機床電氣自動控制》[M]，機械工業(yè)出版社，1987 [9]、戶主賢主編，《機床液壓傳動與控制》[M]，北京航空專業(yè)教材編審室，1984 [10]、上海煤礦機械研究所編.，《液壓傳動設(shè)計手冊》[M]. 上海人民出版社，1990 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本次畢業(yè)設(shè)計是在隆文革老師的指導(dǎo)和幫助下完成的。在設(shè)計的整個過程中，從方案確定到設(shè)計的完成都得到了隆文革老師的熱心指導(dǎo),指出不少內(nèi)在問題及提出合理的解決方案才使我們克服層層困難,避開絆腳石的阻撓,讓本次設(shè)計順利的完成。另外，在畢業(yè)設(shè)計期間，我們同組同學(xué)各個都很熱情，在努力完成自己設(shè)計任務(wù)的前提下，充分發(fā)揮團結(jié)互助的精神，樂于幫忙、共同進步，在此我對指導(dǎo)我的老師和幫助我的同組成員表示衷心的感謝 致 謝 畢業(yè)之際，借此機會向幾年來給予我教導(dǎo)的各位老師表示由衷的感謝，是他們的辛勤勞動、孜孜教誨使我具備了扎實的基礎(chǔ)知識，構(gòu)建了完整的專業(yè)知識體系，為此次畢業(yè)設(shè)計作了最好的理論鋪墊，也為將來能杰出地工作打下了堅實地基礎(chǔ)。同時感謝機械系的老師們這幾年來對我辛勤的引導(dǎo)、教育，讓我能夠樹立正確的人生觀和世界觀,為往后的人生道路打下堅定的基礎(chǔ);同時也感謝給予我?guī)椭耐瑢W(xué)們。 附 錄 1. 畢業(yè)實習(xí)報告 2. 課題任務(wù)書 3. 外文翻譯 4. 打包機裝配圖 (A0) 5. 液壓缸裝配圖（A1） 6. 缸蓋 (A3) 7. 前缸套 (A3) 8. 后缸套 (A3) 9. 緩沖套 (A3