液壓驅(qū)動金屬打包機設(shè)計【含CAD圖紙、說明書】

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11970985摘要伴隨現(xiàn)代科技水平的不停發(fā)展，對各個國家來說，金屬資源變得越來越重要。在工業(yè)發(fā)展中，對金屬資源的不合理使用以及過渡開采，浪費了大量的金屬資源。金屬資源的不斷減少引起了人們的擔憂，在此情況下，如何實現(xiàn)廢棄金屬的回收再利用，成了工業(yè)發(fā)展中尤為重要的課題。金屬打包機就在這種形式下孕育而出。打包機整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，機座部分結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇，液壓系統(tǒng)的設(shè)計、元件選擇以及打包機液壓原理圖設(shè)計等是本次設(shè)計的主要內(nèi)容。本次設(shè)計告別傳統(tǒng)的絲桿傳動，而采用液壓傳動的形式，為打包裝置傳遞更大的工作壓力。本次設(shè)計的打包機采用主、側(cè)雙液壓缸進行工作，側(cè)液壓缸放在投放物料倉室的后方，主液壓缸則放在投放物料倉室的側(cè)方。壓縮室的設(shè)計及其材料的選擇是整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容。而活塞桿以及缸筒的計算校核等是液壓缸設(shè)計的主要內(nèi)容。在本次設(shè)計的打包機中，除去主、側(cè)兩個液壓缸完成打包工作外，還包含有前門液壓缸、上蓋液壓缸和鎖緊液壓缸，它們分別完成各自的工作，從而完成整個打包過程。本次設(shè)計完成了上述液壓金屬打包機所需要的設(shè)計。整個液壓金屬打包機具有很大的優(yōu)點，成本造價低廉，具有快速、高效的工作效率，應用廣泛。關(guān)鍵詞：廢金屬的回收；金屬打包機；液壓IABSTRACTWith the development of modern science and technology, metal resources are becoming more and more important to individual countries.The excessive use of metal resources and the exploitation of the transition have wasted a lot of metal resources.Metal resources decline has caused peoples concern, in this case, how to realize the scrap metal recycling, became the industrial development is particularly important topic.Charter planes were born in this situation.Design of the whole structure of baling press, stand part of the structure design, material selection, hydraulic system design, component selection and packer hydraulic principle diagram design is the main content of this design.This design does not use the traditional screw drive, but the hydraulic drive is used to provide the power for the machine.A double hydraulic cylinder is used for work, the main hydraulic cylinder is placed in the back of the compression chamber, and the side hydraulic cylinder is on the side of the compression chamber.The design of the compression chamber and its material selection are the main content of the overall structure design.In the design of the packing machine, remove the main hydraulic cylinder, side two complete packaging work outside, still have three auxiliary hydraulic cylinder, respectively, to complete the whole process.This design completes the design of the hydraulic metal press.The whole hydraulic metal packing machine has a lot of advantages, not only cost low, but also widely used by enterprises.Key Words：Scrap metal recycling;Metal baling press;hydraulic pressureII目錄摘要IABSTRACTII1 緒論11.1 文獻綜述11.2 設(shè)計內(nèi)容簡介21.3 本章小結(jié)32 打包機主體的設(shè)計分析42.1 打包機的結(jié)構(gòu)設(shè)計42.2 打包機壓縮室設(shè)計與強度校核73 打包機液壓系統(tǒng)的設(shè)計93.1 液壓系統(tǒng)的特點93.2 液壓系統(tǒng)工況分析93.3 液壓缸的計算113.4 擬定液壓系統(tǒng)回路143.5 液壓系統(tǒng)壓力分析173.6 液壓元件的選擇184結(jié)論21參 考 文 獻22附錄 1：外文翻譯23附錄 2：外文原文26致謝32I畢業(yè)設(shè)計（論文）題目1 緒論1.1 文獻綜述1.1.1 課題研究背景近乎所有的打包機都是同一個原理：讓廢棄的、原來散亂、占用空間大的材料經(jīng)過設(shè)備的壓縮、打包，變?yōu)橥灰?guī)格的小體積、比重大而且容易回收和運輸?shù)陌鼔K。目前打包機分為金屬打包機和非金屬打包機兩種。本設(shè)計選擇適用于各類金屬與相應的金屬制品材料的壓縮和打包3。金屬打包機的主要作用是將廢棄金屬物料以及一些輕薄金屬板材余料壓縮打包成塊，打包成塊后作為回爐熔煉的合格爐料，實現(xiàn)再利用。這樣不僅可以減少了廢棄物料的運輸成本以及冶煉成本，又方便運輸儲存4，可以大大提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。工業(yè)科技的不斷飛速發(fā)展，使廢棄金屬的產(chǎn)量急劇增加，所謂廢金屬是指包括廢包裝物、線材、邊角余料、切屑等，這些不能夠直接再投入生產(chǎn)使用的金屬物料。金屬資源的過度浪費雖然引起了國內(nèi)企業(yè)的擔憂，但還是沒有引起相當?shù)闹匾?。而且當前，中國的打包機還是以模仿為主，對外國的產(chǎn)品略有改善，沒有實質(zhì)的發(fā)展，而在企業(yè)管理中，往往只注重生產(chǎn)加工、輕研究開發(fā)，創(chuàng)新不夠，所以我們要勇于開發(fā)和創(chuàng)新，在自身的方面進行摸索研究并實踐，提高自身的能力，為中國打包機的發(fā)展做出貢獻。相比于國外，我國的打包機械產(chǎn)品種類和數(shù)量都比較少。國外的打包機械產(chǎn)品已經(jīng)走向節(jié)能化、智能化和高科技化。而國內(nèi)引進國外廢金屬打包機距今已有 20 多年，但是打包機械的發(fā)展卻依然沒有跟上工業(yè)科技發(fā)展的腳步。結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)力和社會發(fā)展水平，相信金屬打包機械在未來的發(fā)展態(tài)勢將會呈現(xiàn)以下特點：高效化、低能耗、高速化自動化、智能化。機電液一體化。液壓元件的標準化，集成化。從一些資料上能夠了解到，目前國內(nèi)擁有和使用的金屬打包機主要分為：絲桿傳動以與液壓傳動金屬打包機兩類。然而現(xiàn)在，由于采用絲桿傳動，這類傳動其功率損耗太大，壓頭力的傳動不穩(wěn)定，加工成型的包塊密度比較低，結(jié)合絲桿傳動自身的 v 弊端和限制，所以采用絲桿傳動的金屬打包機幾乎已經(jīng)被淘汰掉了；而采用液壓傳動的金屬打- 9 -包機與絲桿傳動相比較來說，液壓打包機能夠傳遞更大的壓力，工作效率也更高，并且速度能夠自動控制。1.1.2 課題研究的意義從我們的周邊環(huán)境，易覺察到，現(xiàn)在很多企業(yè)工廠的金屬廢料以及日常生活中遺棄的金屬制品都在與日俱增，這是工廠和企業(yè)在飛速發(fā)展以及人們的生活質(zhì)量也變得越來越高的原因。然而，這種原因也自然的給我們周圍的環(huán)境和社會的發(fā)展帶來了相對的影響。并且，各類礦產(chǎn)資源屬于不可再生資源，會隨著工業(yè)發(fā)展而逐漸減少。因此，如何對這類廢棄金屬材料采取回收和利用已是一個刻不容緩的問題。加快廢金屬的回收和利用，不僅是人心所向，也是工業(yè)發(fā)展的實際需求。金屬打包機就是在這種需求下產(chǎn)生的。打包機在國民經(jīng)濟發(fā)展中有著不可代替的作用，因為它能實現(xiàn)對金屬廢料的打包回收和再利用，符合可持續(xù)發(fā)展的道路，前景開闊。不使環(huán)境污染變得更嚴重，變廢為寶，資源回收再利用，達到可持續(xù)發(fā)展的目的是必須要的。但是，我們目前面臨更多的問題是如何降低回收的成本，并且提高回收的效率?，F(xiàn)在國外的打包機正在朝著智能化、自動化、高效化的方向發(fā)展。而國內(nèi)對于新產(chǎn)品的研究和開發(fā)的缺乏動力、財力，使得如今打包機的技術(shù)仍然處于落后的不良局面。在日益激烈的競爭下，企業(yè)的自主研究成果無法與大眾分享，而相關(guān)的部門又缺少科研經(jīng)費的投入，使得我國在這一領(lǐng)域的空白很難填補。綜合以上所述的情形，本文研究設(shè)計的液壓驅(qū)動金屬打包機相比于過去的打包機， 是具有一定研究意義的。1.2 設(shè)計內(nèi)容簡介1.2.1 研究解決的問題傳統(tǒng)的打包機械設(shè)備主要包含傳動機構(gòu)、動力系統(tǒng)和工作機構(gòu)。動力系統(tǒng)為打包機械設(shè)備提供動力源；打包機械的運作是依靠傳動機構(gòu)來實現(xiàn)的；而傳動機構(gòu)的作用則是為了讓動力源滿足運行機構(gòu)對速度、力、以及其他運行功能要求的裝置6。確定初始數(shù)據(jù)： 確定公稱推力：1150KN 確定壓縮室的尺寸：1100650550mm 確定包塊尺寸：（240-350）250250mm 確定包塊密度： 1800kg/m3 確定生產(chǎn)效率：900-1200kg/h1.2.2 整體設(shè)計方法（1） 金屬打包機主體的設(shè)計 打包機機體設(shè)計 壓縮室設(shè)計a.壓縮室尺寸設(shè)計b.進行強度校核（2） 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 選擇液壓泵 設(shè)計能實現(xiàn)足夠流量和工作壓力的液壓油泵當中液壓源的產(chǎn)生機構(gòu) 設(shè)計液壓缸及控制油路：要求能實現(xiàn)的工作過程為：啟動，上蓋缸合上，鎖緊機構(gòu)鎖上側(cè)缸快進，到達一定位置后切換為工進當側(cè)缸壓力達到一定值后，側(cè)缸保壓主缸快進，到達一定位置后切換為工進當主缸壓力達到一定值后，主缸保壓保壓一定時間，兩缸泄壓，主缸回到起始位置鎖緊機構(gòu)松開打開上蓋打開前門側(cè)缸將包塊推出壓縮室側(cè)缸快退，回到初始位置關(guān)上前門等待下一次填料。 輔助裝置的確定：采用以上提到的各個部位相互連接通道和接口。 液壓原理圖的設(shè)計1.3 本章小結(jié)根據(jù)市場需求和制造能力，完成打包機的研發(fā)制造。要求能夠達到工作安全、步驟準確、便于維護、并且能夠使所設(shè)計的打包機滿足經(jīng)濟實惠、性能穩(wěn)定的目標，采用液壓系統(tǒng)控制，控制容易、便捷，可以非常好的滿足市場的需求。加工工藝很好7。2 打包機主體的設(shè)計分析這一章主要設(shè)計打包機的外形，以及確定主要工作液壓缸、輔助液壓缸在打包工作過程中的的具體運動形式，然后分析各個受力部分，校核其強度。2.1 打包機的結(jié)構(gòu)設(shè)計打包機的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括機體設(shè)計，根據(jù)已定條件進行打包機運動形式設(shè)計以及壓縮設(shè)計室。這設(shè)計過程中，想要設(shè)計出合理的結(jié)構(gòu)，對打包機的具體運動的分析，是達到本次設(shè)計目的的重要前提8。2.1.1 打包機的運動 打包機運動程序如下：（1） 投料后，上蓋關(guān)閉，形成壓縮室，然后鎖緊機構(gòu)工作，防止在壓縮過程中上蓋被頂開。（2） 側(cè)液壓缸快速前進，到一定形成轉(zhuǎn)換為工作進給，工進直到金屬打包塊達到預定尺寸之后，側(cè)液壓缸停止。（3） 側(cè)液壓缸停止后，主液壓缸快速前進，與側(cè)液壓缸一樣，到一定位置后轉(zhuǎn)換成工進，同樣工進到廢棄金屬打包塊達到預定的尺寸之后，主液壓缸停止。兩個完成打包工作的液壓缸經(jīng)過一段時間的保壓之后，馬上快退回到初始位置。（4） 廢棄金屬打包成塊后，鎖緊機構(gòu)松開，上蓋打開。（5） 開啟前門，側(cè)缸將打包塊快速推出，切換成快退，運行到起始位置。（6） 關(guān)閉前門，進入下一次的工作循環(huán)。2.1.2 打包機的總體布局（1） 主體布局側(cè)液壓缸放置于投放物料室的后方，投放物料倉室的側(cè)方安放進行主要工作的液壓缸，上蓋液壓缸安置于側(cè)液壓缸的上方，鎖緊系統(tǒng)置于上蓋上面，前門系統(tǒng)置于前門， 這就是打包機的主體布局。而打包機的總體可分為： 機體為保證機體安裝起來和拆卸起來都相對比較容易，而且在工作過程中也不容易被損壞，整個機體由多個大板塊拼接而成，為方便整個機械設(shè)備的維修與安裝，使整個機體的位置形式固定。 上蓋液壓缸系統(tǒng)上蓋缸系統(tǒng)由液壓缸和上蓋構(gòu)成。打包機在工作之前，上蓋液壓缸推動上蓋落下，形成密閉的壓縮室，此時壓縮室的高度就是打包塊的高度。上蓋需要焊接加強筋。 鎖緊系統(tǒng)鎖緊系統(tǒng)置于上蓋上面，打包機在進行打包工作之前，鎖緊系統(tǒng)依靠靠鎖緊液壓缸推動銷軸導入前門擋板的銷孔內(nèi)，使上蓋與前門擋板鎖緊。這樣就能避免打包機工作過程中由于過大的擠壓力將上蓋頂開，產(chǎn)生危險事故。前門上的孔道要足夠大，目的是為了避免由于廢料的干擾，導致銷軸不能正確推入到前門的銷孔內(nèi)，造成意外事故。 主、側(cè)液壓缸系統(tǒng)主液壓缸、側(cè)液壓缸系統(tǒng)是金屬打包機的主要工作系統(tǒng)，它的主要工作是完成廢棄物料的壓縮過程，使打包塊具有一定的密度，形成一個一定尺寸的打包塊。 前門系統(tǒng)前門系統(tǒng)的作用是，當包塊打包成形后，前門液壓缸將前門打開，使金屬打包塊從前門被推出。因為前門直接與高壓室相連，在打包機工作過程中直接承受來自側(cè)液壓缸系統(tǒng)的壓力，所以應當確保開門前，側(cè)液壓缸的已經(jīng)卸壓，不然可能會導致前門無法正常開啟，更嚴重的可能是造成部件直接被損壞。（2） 結(jié)構(gòu)設(shè)計打包機壓縮室的尺寸為1.1 0.65 0.55m3 ，為了使計算過程變得更加簡便以及縮短液壓缸的工作行程，現(xiàn)確定經(jīng)過壓縮的打包塊尺寸為300 250 250mm ，那么可以計算出以下液壓缸的工作行程：側(cè)液壓缸工作行程： L1 = 1100 - 300 = 800mm ； 主液壓缸工作行程： L2 = 650 - 250 = 400mm ； 前門液壓缸工作行程： L3 = 550 - 250 = 300mm 。根據(jù)壓縮室的大小，考慮到各個液壓缸的行程、各結(jié)構(gòu)板塊的厚度以及液壓缸位置的安放，整個打包機的長度取 S = 2200mm ；為了便于設(shè)備的安裝調(diào)試與維修，將主液壓缸不安置于主機體內(nèi)，置于壓縮室側(cè)面，根據(jù)其行程和位置，確定打包機機體寬度取值為 L = 1800mm ；上蓋缸系統(tǒng)置于側(cè)杠系統(tǒng)上方，綜合打包機壓縮的高度與上蓋系統(tǒng)的高度，為了便于上蓋的打開，現(xiàn)取總打包機機體高度 H = 1100mm 。上蓋的尺寸主要根據(jù)已定壓縮室的尺寸設(shè)計，為了便于上蓋的安裝，取上蓋的寬度等同于壓縮室寬度，即 L上 = 650mm ；由于上蓋是由個板塊拼接構(gòu)成，上蓋上方需要與液壓缸連接，控制上蓋落下與前門閉合形成壓縮室，并且還要在上蓋上安放鎖緊裝置， 為了確保鎖緊裝置的合理位置，所以設(shè)計上蓋總長度 S上 = 1000mm ， H上 = 320mm 。根據(jù)上蓋尺寸計算出上蓋缸的工作行程 L4 = 1200mm 。鎖緊裝置采用兩平行銷軸穿過前門實現(xiàn)上蓋與前門的鎖緊，為了確保提供足夠的鎖緊力，兩銷軸軸徑尺寸為f= 40mm ，采用連接板與兩銷軸固定，兩銷軸置于上蓋中的導向孔內(nèi)，兩銷軸間距取200mm，材料選擇為45#鋼，許用切應力t = 69.28 MP。進行剪切應力校核：式中：t= FsAF = F （根據(jù)前文已知，F(xiàn)=1150KN）s2pd 2（2-1）A =（d=40mm）4經(jīng)過計算得出t= 18.30MP t ，所以滿足要求。為了合理安放鎖緊缸，以及保證鎖緊缸的工作，現(xiàn)確定鎖緊裝置的總體尺寸為S鎖 = 340mm ， L鎖 = 250mm ， H鎖 = 190 。取鎖緊缸行程 L5 = 150mm 。圖2.1打包機總裝圖（3） 動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)置于打包機后面。本次設(shè)計不對動力系統(tǒng)做主要分析，只進行一個簡要說明。動力系統(tǒng)由以下部分組成： 油箱部分 油泵電機組部分 管路系統(tǒng)部分 控制閥組部分 操縱箱部分操縱箱放置一些主要電氣元件，作為控制電路的操作中心9。2.2 打包機壓縮室設(shè)計與強度校核2.2.1 壓縮室的設(shè)計壓縮室的尺寸校核：根據(jù)前文，完成壓縮后的打包塊體積為（0.24 0.35 0.25 0.25)m3 ，為便于計算和縮小主缸的工作行程，現(xiàn)在確定完成壓縮后的打包塊體積為（0.30 0.25 0.25）m3 。壓縮室采用用鋼板進行焊接，考慮經(jīng)濟性問題，所以選擇材料為 45#鋼，它的屈服強度dq = 355（MPa），抗拉強度為dl = 600 （MPa）,根據(jù)前文所取公稱推力 F=1150K,選定 40mm 厚度的壁厚進行計算校核。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35812鐵461015參考表 2.1，應該取安全系數(shù)n = 5 ，則： 許用拉應力：許用壓應力： 許用剪切應力：dl1 =dl /n=120（MPa）（2-2）dq1 =dq /n=71（MPa）（2-3）djq =dl1 =69.28（MPa）（2-4）活塞和壓縮室的擠壓強度。d = F =bsA側(cè)壁和前門的剪切應力：1150 1030.3 0.25= 15.33MPa dq1 （2-5）t= F1 =A1150 1030.04 0.55= 52.28MPa djq （2-6）式中:bsFF1 = 21150 103=N2（2-7）前門和側(cè)壁的拉壓應力： 已知最大剪力FC=1150KNAbs= 0.02 0.55 = 0.011m2（2-8）圖2-2剪切強度圖圖2-3彎曲強度圖smax= M maxW（2-9）bh 2W =（2-10）6M max= 1 Fl 28（2-11）計算得出最大彎矩值 M max =93400N.m,W = 6.77 10-3 m3 ,公式 2-8 計算得到： 滿足強度要求。3 打包機液壓系統(tǒng)的設(shè)計3.1 液壓系統(tǒng)的特點（1） 能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速，且調(diào)速區(qū)間相對大一些，比例可為2000：1（2） 重量較輕，體積較?。唬?） 傳動平穩(wěn)；（4） 能夠完成過載保護，液壓油在打包過程中還可以主動潤滑各個傳動部件，增加設(shè)備的使用壽命；（5） 容易操作，還可以輕易的實現(xiàn)自動化；（6） 液壓元件可以實現(xiàn)系列化、通用化、標準化，選擇液壓傳動能夠使機械內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加趨于簡單，因此可以減少機械的內(nèi)部零部件數(shù)目11 。3.2 液壓系統(tǒng)工況分析3.2.1 分析系統(tǒng)工況打包機的具體運動為:將需要打包壓縮的廢料投入打包機的壓縮室中上蓋液壓缸驅(qū)動上蓋運動關(guān)閉上蓋為防止打包機工作時的擠壓力過大頂起蓋，需要鎖緊側(cè)液壓缸快進工作到達一定的位置觸發(fā)行程開關(guān)后，切換成工進，將打包塊壓縮到到預定長度主液壓缸工作形式與側(cè)液壓缸一致完成打包工作后，主、側(cè)液壓缸進行泄荷由前門缸直接驅(qū)動前門開啟，側(cè)缸將已經(jīng)打包好的廢料推出側(cè)液壓缸，前門液壓缸分別退回到起始位置，進入下一個打包循環(huán)。上述就是打包機的工作流程。3.2.2 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)（1） 前文給定的參數(shù)如下: 打包機公稱推力 1150kN 打包完成后包塊的體積為 0.30*0.25*0.25m3 打包機主缸行程 400mm，側(cè)缸行程 800mm 前門缸行程 300mm，上蓋缸行程 1200mm，鎖緊缸行程 150mm 包塊密度： 1800kg/m3 生產(chǎn)效率：900-1200kg/h 根據(jù)上述數(shù)據(jù)經(jīng)計算得到：每個包塊的重量1800kg / m3 0.30 0.25 0.25m3 / 塊每小時應打包的塊數(shù)為 3036 塊。依據(jù)計算所得數(shù)據(jù),應用類比法確定各個液壓缸的進給速度值: 側(cè)液壓缸:快進速度v1=50mm/s工進速度v2=20mm/s推出包塊速度v3=50mm/s快退速度v4=50mm/s 上蓋液壓缸:快進速度v5=120mm/s快退速度v6=120mm/s 鎖緊液壓缸:快進速度v7=75mm/s快退速度v8=75mm/s 前門液壓缸:快進速度v9=100mm/s快退速度v10=100mm/s主液壓缸:快進速度v11=50mm/s工進速度v12=20mm/s快退速度v13=50mm/s根據(jù)以上選定的速度值通過計算后，得到完成整個打包工作過程的總用時約為- 19 -t = 85s，能夠滿足設(shè)計所需生產(chǎn)效率。（2） 液壓系統(tǒng)的壓力分析:F = PAq（3-1）n =（3-2）A根據(jù)以上倆式,需要考慮到照機械部件的運動、部件的制造能力以及其他各方面因素，才能選擇液壓缸的工作壓力。參照表 3.1、表 3.2 ,取 p = 25 MP 作為系統(tǒng)的工作壓力來進行接下來的計算.表 3.1各類主機設(shè)備常用的系統(tǒng)壓力表 3.2不同負載常用的液壓缸工作壓力負載/KN50工作壓力/MPa 16 Mpa 時, Pmax =1.25P；s缸筒材料的許用應力，s = Rm /n ， Rm 是材料抗拉強度， n 為安全系數(shù)，一般取n = 5 。根據(jù)以上計算，取缸筒的壁厚d0 =40mm。缸筒的外徑：b. 缸筒厚度的驗算D1 = D +2d0 =330(mm)（3-8）為保證系統(tǒng)正常工作，額定工作壓力 pN 要滿足p 0.35d (D 2 - D2 ) / D 2 =37.02MPa（3-9）NS11為避免材料變形,額定工作壓力 pN 還要滿足：pN (0.350.42) pp1 =34.4641.35MPa（3-10）式中pp1缸筒塑性變形的壓力.p =2.3d lg D1 =98.45（3-11）p1sD式中ds缸筒制造材料的屈服強度，為 355MPaD1缸筒外徑D缸筒內(nèi)徑pN額定工作壓力缸底厚度 h 是 ：h = 0.433Dp/s 10-3 =55.9（mm）(3-12)max式中D缸筒內(nèi)徑；pmax缸筒內(nèi)的最大工作壓力；s缸筒底部的許用應力。缸筒聯(lián)接方式：焊接式聯(lián)接強度高，卻不易拆裝，結(jié)構(gòu)復雜不便加工。法蘭式聯(lián)接強度稍低，但拆裝方便、結(jié)構(gòu)簡單成本低，能夠承受較高的壓力；所以選擇法蘭式聯(lián)接。選擇法蘭式連接缸筒內(nèi)危險截面所承載的拉伸應力s為：2s= pmax D1/(D1 - h) - D =0.3302 25.52(0.330-0.016)2 - 0.252=76.93（MPa）(3-13)滿足強度要求。式中D1缸筒寬度， D1 =0.330（m）h卡環(huán)的寬度（m）， h =0.016（m）D卡環(huán)的厚度（m）， D =0.016（m）pmax系統(tǒng)的最高工作壓力（MPa） pmax =25.5（MPa）（2） 活塞桿校核計算 結(jié)構(gòu)外端部采用焊接連接,內(nèi)端部采用螺紋連接方式。 材 料選擇 45#鋼 活塞桿的強度驗算根據(jù)前文已確定的行程 l 對活塞桿進行驗算。當l / d 10 時，活塞桿為短行程，應該校核拉壓強度：d 2=131.24（mm）(3-14)式中F活塞桿的最大推力（N），為 F = 1150 （KN）d活塞桿的直徑（mm），d = 180 （mm）ns -安全系數(shù)，ns =24；取ns =4ds -活塞桿材料的屈服強度，取ds = 355 MPa所以這樣設(shè)計滿足強度和穩(wěn)定性的要求。3.4 擬定液壓系統(tǒng)回路3.4.1 液壓回路設(shè)計首先，設(shè)計調(diào)速回路。液壓系統(tǒng)的調(diào)速回路需要滿足如下要求：（1） 要滿足能夠非常良好的控制執(zhí)行元件運行速度的要求。（2） 要滿足當外負載變化時,系統(tǒng)的變速區(qū)間應該比較小的要求。（3） 要滿足能提供的足夠的轉(zhuǎn)矩和力的要求。（4） 要滿足盡量減少功率損耗和熱損耗的要求。調(diào)速回路的選擇：系統(tǒng)的調(diào)速回路分為三種：節(jié)流調(diào)速回路、容積調(diào)速回路以及容積節(jié)流調(diào)速回路16。選用調(diào)速回路需要注重效率性和經(jīng)濟性。采用節(jié)流調(diào)速回路，是結(jié)構(gòu)可靠，維修過程中不復雜，成本不高，但同面臨工作效率不高，發(fā)熱大的問題。采用容積調(diào)速回路的話， 其優(yōu)點是系統(tǒng)壓力損失較小，系統(tǒng)的冷卻快，效率比節(jié)流調(diào)速高，但是這種調(diào)速回路隨著外負載的增大，容積效率將變小。采用容積節(jié)流調(diào)速回路，其特點是發(fā)熱小、效率高， 并且速度剛性比容積調(diào)速回路好17。綜合本次設(shè)計的具體情況，系統(tǒng)采用容積節(jié)流調(diào)速回路。速度換接方式的選擇。為輕易控制液壓缸的行程、使閥的安裝簡單容易、使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更為簡便，本次設(shè)計的系統(tǒng)采用電磁換向閥。壓力控制回路。選擇先導式溢流閥來使系統(tǒng)負載完成卸壓。3.4.2 選擇液壓系統(tǒng)回路方式液壓系統(tǒng)的回路方式有開式和閉式和開式回路兩種。采用閉式回路，缺點比較明顯， 系統(tǒng)構(gòu)造復雜，工作過程中不利于油路中熱量的散發(fā)，不能很好的解決油液冷卻降溫的問題；而采用開式回路系統(tǒng)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對來說簡單明了，能夠解決散熱困難的問題， 冷卻條件良好，并且經(jīng)濟性很高，綜合上述兩種回路的特點分析，開式回路更為適合本次設(shè)計，所以選擇開式回路作為本次設(shè)計的液壓系統(tǒng)回路方式。3.4.3 液壓系統(tǒng)原理圖的分析設(shè)計考慮到本次設(shè)計采用容積節(jié)流調(diào)速回路，然后從打包機在工作過程中的要求出發(fā)， 在工作時，要滿足快進時載荷小、速度高，工進時速度低、載荷大的要求,最后從降低熱損失的目的出發(fā),所以采用直軸式變量柱塞泵供油。綜合分析前文所采用的幾個回路， 系統(tǒng)液壓原理圖如圖 3.1 所示。打包的工作流程如下：啟動電源開關(guān)，泵源工作，Y1通電，使換向閥換向，啟動上蓋缸推動上蓋落下，形成密閉的打包室；上蓋缸運行到一定行程之后，觸發(fā)行程開關(guān)，使Y1斷電，Y 3 通電，讓鎖緊缸工作， 推動鎖緊機構(gòu)運行，完成鎖緊工作，避免工作過程中上蓋被頂起；鎖緊缸完成工作以后，使Y 7 得電，換向閥換向，側(cè)液壓缸開始工作。側(cè)液壓缸運行到一定位置，使Y11 通電，換向閥換向，讓工作油液流經(jīng)調(diào)速閥 7， 這樣側(cè)缸就由快速進給完成了切換；側(cè)液壓缸繼續(xù)運行，完成第一次打包壓縮后，使Y 7 、Y 8 同時失電，完成系統(tǒng)的保壓延時，實現(xiàn)打包塊的定型。Y 5 通電，而后主液壓缸快進；主液壓缸打包壓縮運行到達一定行程，使Y12 通電，換向閥換向，使液壓油流經(jīng)調(diào)速閥 7，這樣主液壓缸就由快進過程轉(zhuǎn)換為工進過程；主液壓缸繼續(xù)進行打包壓縮，直至打包壓縮完成，完成工作之后，使得Y 5 、Y 6 同時斷電，這樣整個打包壓縮的工作過程就結(jié)束了；經(jīng)過一定時間延時保壓后，主、側(cè)液壓缸開始泄壓，當主、側(cè)液壓缸泄荷完全后， 使Y 6 、Y 8 通電，實現(xiàn)換向之后，主、側(cè)液壓缸快退回到起始位置；待兩缸都退回到起始位置時， Y 4 通電，控制換向閥換向，使鎖緊缸退回到初始位置后， Y 2 、Y 9 通電，控制換向閥換向，打開上蓋和前門；前門缸回到初始位置后， Y 7 通電，控制換向閥換向，側(cè)主液壓缸打包的物料送出壓縮室；最后，當包塊被推出壓縮室后， Y 8 通電，控制換向閥換向，側(cè)缸快退回到起始位置，當側(cè)液壓缸退回到初始位置后Y10 通電，前門回到初始位置，Y13 通電，系統(tǒng)泄荷， 完成本次工作循環(huán)。表 3.3控制通電表序號工作流程Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12Y13上蓋合上+-上蓋鎖緊-+-+-側(cè)缸快進-+-側(cè)缸工進-+-+-側(cè)缸保壓主缸快進-+-主缸工進-+-+-主側(cè)缸保壓-+主側(cè)缸泄壓-+-+-鎖緊松開-+-開上蓋前門-+-+-推出包塊-+-側(cè)缸快退-+-關(guān)閉前門-+-圖 3-1液壓工作原理圖3.5 液壓系統(tǒng)壓力分析3.5.1 確定液壓泵的工作壓力和流量（1） 液壓泵工作壓力的確定：由于執(zhí)行元件在運行過程中需要最大的壓力，,因此應該滿足下式:Pp P1 + D P（3-15）式中：Pp液壓泵的最大工作壓力，P1執(zhí)行元件的最大工作壓力，SD P油路的壓力損（按經(jīng)驗選取，簡單的系統(tǒng)：取 0.20.5MPa,有調(diào)速閥或是管路復雜的系統(tǒng)：取 0.51.5MPa；所以本次設(shè)計SD P =0.5MPa； 因此液壓泵的工作壓力是：Pp = P1 + SD P =25.5（MPa）（3-16）p前文計算的 Pp 是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力,系統(tǒng)在工作過程中常因為過渡過程壓力超調(diào)或是周期性壓力脈動而存在動態(tài)壓力18，這個值要遠遠大于靜態(tài)壓力，所以 P 還需比 P 高出 25%60%,低壓系統(tǒng)可取 25%40%,中高壓系統(tǒng)應當選較大一些.所以在本次設(shè)計中取P = 1.6Pp ，計算得出 P=31.875MP.（2） 液壓泵流量的確定液壓泵允許經(jīng)過的最大流量為qp K ( qmax ) m3 / s（3-17）式中：qp液壓泵的最大流量(q) max執(zhí)行元件一同工作q 的最大值。K回油泄漏折算系數(shù),K=1.11.3,現(xiàn)在取 K=1.2 計算。求得液壓泵流量為：（3） 選擇液壓泵的規(guī)格qp = 70.65 L/min（3-18）依據(jù)之前計算的 p 和 qn，查閱相關(guān)資料,最終采用25CCY14-1B 型柱塞泵。技術(shù)規(guī)格為：額定壓力：31.5MPa ；排量：25ml/r；驅(qū)動功率：24.6KW；轉(zhuǎn)速范圍：3000r/min。確定電動機的功率.前文已采用液壓泵額定壓力 P=25Mpa，pmax =70.65L/min，取液壓泵總效率hP = 0.85pqnhP =p計算得到電動機所需功率 P =28.9kw.（3-19）通過查閱電動機型號，選擇Y200L1- 2 型電動機；技術(shù)規(guī)格為：額定功率 P = 30kw ； 額定轉(zhuǎn)速n = 2950 r/min 。3.6 液壓元件的選擇（1） 閥的規(guī)格控制閥的規(guī)格是根據(jù)系統(tǒng)的最高壓力和通過該閥的實際流量，在標準元件中選用19。元件選定的額定壓力以及流量要與其計算值盡可能的接近，必要時，要取通過元件的最大實際流量超過其額定流量的 20%，本次設(shè)計的系統(tǒng)工作壓力 p 16 Mp，所以選用閥的規(guī)格如下： 與柱塞泵相連的溢流閥選擇北部精機有限公司生產(chǎn)的MSRF- 03 型溢流閥，其額定流量q = 70 L/min；額定工作壓力 P = 25 Mp；通徑 D = 10 mm。 單向閥選擇力士樂液壓有限公司生產(chǎn)的Z1S10P50-1TB50 -1D10 型單向閥，其啟動壓力 p = 5 Mp；通徑 D = 10 mm。 節(jié)流閥選擇北部精機有限公司生產(chǎn)的MST- 03 型節(jié)流閥，技術(shù)規(guī)格為：最高壓力 p = 21 MPa；推薦流量為q = 45 L/min。 減壓閥選擇力士樂液壓有限公司生產(chǎn)的ZDR10DP7- 5X/150YM 型減壓閥，技術(shù)規(guī)格為：流量q = 80 L/min；設(shè)定壓力 p = 15 MPa；通徑 D = 10 mm。 電磁換向閥選擇M - 4SED6Y1X/350CG24N9K4/62 型三位四通電磁換向閥，技術(shù)規(guī)格：額定流量q = 25 L/min；通徑 D = 10 mm。（2） 濾油器規(guī)格：濾油器選擇天津濾油器廠生產(chǎn)的WU 250 F 型濾油器，技術(shù)規(guī)格：壓力p = 25 MPa；流量q = 350 mL/min；通徑 D = 15 mm；過濾精度m= 100 um。（3） 壓力表規(guī)格：壓力表選擇高行液壓元件廠生產(chǎn)的KF3 E3B型壓力表；技術(shù)規(guī)格：使用壓力p = 16 MPa；（4） 管道尺寸的確定內(nèi)徑 d 為：d =式中Q 通過管道的流量n0 管內(nèi)允許的流速1000（3-20）經(jīng)計算，使用（GB3683- 92 型膠管技術(shù)規(guī)格：額定壓力 p = 40 MPa ,通徑 D = 10 mm。（5） 液壓油箱體積的確定液壓系統(tǒng)的散熱主要依靠油箱。油箱體積小，油溫散熱困難，溫度就高。相反，油箱體積越大，散熱就快，但是相對的，其占地面積也越大。通常來說，油箱體積V 可取V = 6q 12q 。計算得V = 1057 2114 L。現(xiàn)選擇油箱體積為V = 1500 L。表 3.4液壓元件表名稱型號主要技術(shù)規(guī)格溢流閥MSRF- 03額定流量q = 70 L/min；額定工作壓力 P = 25 Mp；通徑 D = 10 mm。單向閥Z1S10P50-1TB50 -1D10啟動壓力 p = 5 Mp；通徑 D = 10 mm。節(jié)流閥MST- 03最高壓力 p = 21 MPa； 推薦流量q = 45 L/min。減壓閥ZDR10DP7- 5X/150YM技術(shù)規(guī)格為：流量 q = 80 L/min； 設(shè) 定 壓 力 p = 15 MPa ； 通 徑D = 10 mm。電磁換向閥M - 4SED6Y1X/350CG24N9K4/62額定流量q = 25 L/min；通徑D = 10 mm。濾油器WU 250 F壓力p = 25MPa；流量q = 350 mL/min；通徑 D = 15 mm； 過濾精度m= 100 um。壓力表KF3 E3B使用壓力 p = 16 MPa；管道（GB3683- 92額 定 壓 力 p = 40 MPa, 通 徑D = 10 mm。油箱V = 1500 L。- 22 -4 結(jié)論本次設(shè)計完成了液壓驅(qū)動金屬打包機的設(shè)計，它的主要作用是實現(xiàn)廢金屬的打包回收再利用，在本次設(shè)計過程中，順利完成了金屬打包機兩個關(guān)鍵部分的相關(guān)設(shè)計：一是通過確定的各尺寸大小設(shè)計出打包機機械結(jié)構(gòu)部分，并校核所涉及受力的部件，合理的設(shè)計出打包機的結(jié)構(gòu)裝配；二是通過確定系統(tǒng)的壓力以及對液壓缸的設(shè)計計算校核，根據(jù)打包機的具體運動進行液壓回路原理圖設(shè)計，完成了打包機液壓系統(tǒng)部分的相關(guān)設(shè)計以及計算校核。參 考 文 獻1 朱君君，馮毅.金屬液壓打包機設(shè)計J.液壓與氣壓，2009 年 12 期.2 周貴華，李傳鐸，孫松林，王書磊.液壓傳動機構(gòu)在金屬打包機改造中的應用J.山東冶金， 2011 年 01 期.3 陳榕林，陸同理.新編機械工程師手冊M.中國輕工業(yè)出版社，2003.4 王青云.金屬打包機液壓系統(tǒng)設(shè)計J.橡膠技術(shù)與裝備，2015 年 16 期.5 洪震，賀元成，楊勇.全自動液壓打包機改進設(shè)計J.機械，2015 年 09 期.6 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，1987.7 齊占慶.機床電氣自動控制M.機械工業(yè)出版社，1987.8 戶主賢.機床液壓傳動與控制M.北京航空專業(yè)教材編審室，1984.9 陳在平，趙相賓.可編程序控制器及應用程序控制M.機械工業(yè)出版社，2002.10 劉鴻文.材料力學 IM.北京：高等教育出版社，2004.11 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，1990.12 揚升.新型增力液壓缸的結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計J.機械設(shè)計與制造，2008 年 04 期.13 成大先.機械設(shè)計手冊第三版（第四卷）M.化學工業(yè)出版社，2002.14 煤碳工業(yè)部主編.液壓傳動設(shè)計手冊 M.上?？茖W技術(shù)出版社，1998.15 劉延俊.液壓與氣壓傳動M.北京：機械工業(yè)出版社，2012.16 刁飛萌，宋憲龍，張卓然.節(jié)流調(diào)速回路中多執(zhí)行元件匹配性研究J.黑龍江科技信息， 2012 年 13 期.17 施亞梅.淺談如何降低液壓系統(tǒng)功率損失J.液壓與氣動，1999 年 05 期.18 章宏甲.金屬切削機床液壓傳動M.江蘇科學技術(shù)出版社，1985.19 吳海榮.遠程調(diào)壓回路的設(shè)計及在液壓實驗教學中的應用J.機床與液壓，2014 年 08 期.20 杜國森.液壓元件產(chǎn)品樣本M.機構(gòu)工業(yè)出版社，2000.21 成大先.機械設(shè)計手冊第三版（第四卷）M.化學工業(yè)出版社，2002.附錄 1：外文翻譯液壓回收修井機研究及起重機仿真摘要：本文研究了一種先進的節(jié)能型石油機械，即液壓回收裝置。這臺鉆機的設(shè)備功率僅為普通鉆機的 1/3，而且該鉆機還可以回收利用管道中釋放的潛在能量。本文介紹了該鉆機的特殊工作原理。并且進行了節(jié)能分析。分析表明，當把重達 260 克的管弦降低時，這個鉆機所能恢復的能量是 240106J。建立提升管弦的數(shù)學模型，并進行了仿真分析。通過仿真，得出了一些結(jié)論:（1）管道越輕，管道的吊裝時間越短;（2）節(jié)流閥路徑的面積越小，管道吊裝時間越長;（3）空氣容器體積越小，管道吊裝時間越短。實際的測量結(jié)果表明，仿真結(jié)果是正確的。關(guān)鍵詞：節(jié)能，修井設(shè)備，能量回收，起重，仿真1 介紹通常用于石油開采的普通鉆井平臺有一種不合理的巨大能源浪費。如下所示:（1） 從油井中提升管道的工作是一個連續(xù)的循環(huán)過程。重達數(shù)十噸的管狀管被吊到地上，一根接一根。在一個循環(huán)中，從井中抬起管道的時間只有大約四分之一的時間，而在這里， 電動機在一個高功率下工作。把管道從管道中移走的時間是 3/4，在這里電動機工作在低功率下。普通鉆機的大功率電機大多在低功率下工作，因此不經(jīng)濟。（2）從油井中移到地面的管道將大量潛在的能量儲存起來，當管道被放低到井里時，沉積的勢能就會釋放出來。普通鉆機只是通過制動來浪費這種能量，這種能量是無法恢復的。因此，開發(fā)了一種液壓回收修井機。該鉆機具有由電動機和大蓄能器驅(qū)動的液壓泵。當提升管弦時，蓄電池在輔助時間（拆卸和定位單管的時間）內(nèi)儲存電機能量，并在提升時釋放它，以幫助電機提升管道。因此，這種鉆機的配備能力只有平常的三分之一。例如，當額定吊鉤負載為 300k N 時，該裝置的配備功率為 45kW，普通的功率為 150kW。該鉆機可以恢復降低時由油管道釋放的潛在能量。2 工作理論：簡介2.1 液壓系統(tǒng)理論介紹。液壓回收修井機液壓系統(tǒng)如圖 1 所示。液壓油源由泵 1 和蓄能器組成。特別建造的大型蓄電池由空氣容器 5 和儲油缸 4 組成?？諝馊萜鞯娜莘e是1.68 m3。儲油缸的容積是 0.19m3。復合氣缸 11 具有 q1，q2，q3-三室。液壓方向閥 6,7,8 分別控制 q1，q3，q2 與高壓油（泵和蓄能器）或低壓油（油箱）相連。當 q1 和 q2 腔室與高壓油相連接時，由柱塞 12 上的油壓產(chǎn)生的力就向上，當 q3 室連接高壓油時，柱塞 12 上的油壓產(chǎn)生的力向下。連接高低壓油，不同的三室組合模式，決定不同的力等級，以滿足提升和降低不同負荷的需要（見表 1）。節(jié)流閥 9,10 控制升降速度并用作制動器。- 23 -2.2.復合缸提升部件的介紹。如圖 2 所示，復合氣缸的柱塞 3 的頂部連接到行駛支架 4。四個移動塊 5 安裝在支撐件中，并且兩個頂塊 2 安裝在復合氣缸體中。兩個鋼鏈中的每一個在兩個移動塊和一個頂塊中卷繞。鋼鏈的一端與鉤連接，另一端固定在基座上。當柱塞被驅(qū)動時，行駛塊及其支撐件同步上升，帶有管道的鉤子以柱塞的四倍速度上升。當柱塞再次被驅(qū)動時，鉤子和管道以柱塞的四倍速度下降。2.3 進一步介紹。表 1 中計算吊鉤起重載荷的方程式為F=p(A1+A2-A3)/4式中：F 是吊鉤起重載荷，p 是油壓，A1 是 q1 室的面積，A2 是 q2 室的面積，A3 是 q3 室的面積。對于同一個力的級別，如果復合氣缸的一個腔室與高壓油相連，其面積計算如公式1，否則不按公式 1 計算，也就是說，使其面積為 0，以力級 2 為例，q2 室與低壓油相連，然后在計算吊鉤負荷時，根據(jù)公式 1 計算，A2 為 0。在提升操作中，如果所選的力等級大于管道的重量，則管道可以從井中升起。例如，當管道的重量是 210 k N 時，如果選擇了 6 級，管道可以被提升。在下降操作中，如果所選的力等級小于管道重量，則可以將管道降至井底。例如，當管道重量為 210k N 時，如果選擇強度等級 5，則可以降低管道，同時柱塞 12 被迫縮回。因此，一些高壓油被壓入蓄能器以節(jié)省，實現(xiàn)了管道勢能的恢復。3 能量回收分析如前所述，在降低操作中，如果所選的力等級小于管道的重量，管道可以下降，一些高壓油被壓入蓄能器以節(jié)省，實現(xiàn)管道勢能的恢復。回收的能量如表 2 所示，其中A1 是 q1 室的面積，A2 是 q2 室的面積，A3 是 q3 室的面積，s 是單根管道的長度。表2 中的值是在 A1 = 603.1cm2，A2=490.9cm2，A3=289.8cm2，s=9.6m 的條件下降低單管的回收能量，這個值就是在降低單個管道時壓入蓄能器中的油的體積。如表 2 所示，當管道重量 G3 小于等于 38