液压金属打包机设计（含全套CAD图纸）

全套设计（图纸）Q 401339828 说明书设计题目： 液压金属打包机设计 专业年级： 2011届机械工程及自动化学院 学 号： 姓 名： 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师、职称： 2015年3月22日 摘 要随着人类科技的飞速发展，金属资源对于各国来说也变得越加重要。对现有的金属资源的过渡开采和不合理使用的，造成了大量的金属浪费。这自然而然的引起了人们的担忧，因而，废金属的回收再利用的课题也成了工业发展中必不可少的研究方向。本设计的主要内容是液压缸和机构的设计、选型，金属打包机液压原理图，电气原理图以及叠加阀的设计、选型。本设计中，主、侧液压缸为打包机提供压缩动力，替代了传统的丝杆。主液压缸安置在压缩室后端面，侧压缸安置在压缩室左侧面。液压缸的设计包括了缸筒、活塞、导向套、活塞杆等的设计计算，以及密封圈、防尘圈、活塞与缸筒、活塞杆密封方式的选型。压缩室的设计主要是用来确定尺寸大小并且对其强度校核。本金属打包机除了主、侧液压缸外，还有上盖、锁紧机构、前门三个辅助液压缸，它们分别控制着上盖的闭合、锁紧机构的进退、前门的开合。本设计完成了上述液压缸和机构的设计、选型，金属打包机液压原理图、电气原理图以及叠加阀设计选型。整个打包机不但制造成本低，而且企业的广泛需要，拥有很好的市场前景。关键词：废金属的回收、金属打包机、液压IABSTRACT 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 pressureIII目 录摘 要IABSTRACTII目 录III第1章 引 言1 1.1 文献综述1 1.1.1课题研究背景1 1.1.2 课题研究的意义 2 1.2 设计内容简介 2 1.2.1 研究解决的问题 2 1.2.2整体设计方法21.3 本章小结3第2章 打包机主体的设计分析42.1 打包机的结构设计42.1.1打包机的运动42.1.2打包机的总布局42.2 打包机压缩室的设计与强度校核62.2.1 压头的强度校核62.2.2 压缩室的设计6第3章 打包机液压系统的设计93.1 液压系统的特点93.2 液压系统工况分析93.2.1分析系统工况93.2.2确定液压系统的主要参数103.3 拟订液压系统原理图113.3.1确定供油路线113.3.2液压回路的设计113.3.3 拟订液压系统图123.3.4液压系统原理图的分析设计123.4 液压系统的计算和液压元件的选定143.4.1液压缸的设计计算143.4.2 选择液压元件19第4章PLC控制系统设计234.1 PLC控制器的选择234.2 系统控制要求234.3 I/O点数的确定244.4 画电气原理图24总 结26参考文献27致 谢28IV全套设计（图纸）Q 401339828第1章 引 言1.1 引言 1.1.1课题研究背景几乎所有的打包机都是一个原理：使要加工的材料在不被破坏的条件下，经过设备的压缩、打包，让原本散乱、占空间大的材料变成统一规格的小体积、比重大且容易集装回收与运输的包块。打包机目前分为金属和非金属打包机这两种。本次设计选择适用于各种金属及其相应制品材料的和打包。在本文中，包装机的设计属于前者，废金属经过打包压缩后可以降低回收的成本，提高经济效益。工业进程的飞速发展，使得废金属的量大大的增加，所谓的废金属包括废包装物、边角余料、切屑、线材等等一些不可直接再进行生产的金属物料。而现在，小部分的废金属加工设备只在大型的冶金企业中才具备，其余大部分的废金属加工设备服务于再生资源回收利用公司或者基层回收站。也就是说虽然金属资源的过度浪费虽然引起了国内企业的担忧，但还是没有引起足够的重视。对比国外，我过的打包机机械产品数量和种类上都比较少。国外的打包机机械产品已经走上节能、智能和高等科技化的道路。而国内从引进废金属打包机到现在已经有20余年，打包机械的发展仍没有跟上工业进程的步伐。在科技发展过程中，金属打包产业发展趋向势必是：1） 高效化、2） 机电一体化3） 自动化、智能化从现有的信息，目前拥有和使用的金属包装机分为两类：螺杆驱动和液压驱动，删除简单和替换的机器。现在，丝杆传动的金属打包机几乎已经从市场上淘汰掉了，这是由于丝杆传动跟摩擦压机的某些缺点一样，而且丝杆传动的丝杆要求精度高，这将致使丝杆传动不能较好地发展；而用液压传动的金属打包机则具备了上述丝杆传动所没有的优点，用液压传动的打包机传递压力大、工作效率高、速度能够自动控制等。 1.1.2 课题研究的意义4） 留意我们的周边环境，容易觉察到，各个企业工厂的金属废料料和日常生活中遗弃的金属制品都日益增加，这是工厂企业在飞速发展和人们生活质量越来越高的原因。然而，这自然就给我们的周围的环境和社会的发展带来举足轻重的影响。随着经济和科技的不断发展，许多矿产资源也将慢慢减少。因此，怎样处理金属废料，不仅要杜绝对环境的破坏，还要废物回收利用，可持续的资源发展，就变成我们的重点研究按方向。打包机在国民经济中发挥着不可替代的作用，这是因为它能实现对金属废料的打包回收再利用，前景开阔。上述是 从基本的意义上出发的，变废为宝、资源再利用是必须要的。但是，我们现在面临更多的是如何让回收的成本降得更低，回收的效率提得更高。现在国外的打包机正在朝着智能、自动、高效化发展。国内对新产品的研究的缺乏动力、财力使得现今的打包机技术处于落后的不良状况。日益激烈的竞争让企业的自主研究成果无法让大众分享，而相关部门又没有科研经费的投入。让这一领域的空白没法填补。根据上述的情形，本文研究设计的金属打包机与过去的打包机相比，是具有一定研究意义的。1.2 设计内容简介1.2.1 研究解决的问题 传统的包装机械设备包括传动机构、动力系统以及工作机构。机器运动的能源来自动力系统；而机器的运行是靠传动机构来实现的；然而传动机构的作用是为了让动力源满足运行机构对速度、力、和其他运行功能要求的装置。1）初始数据：（1）公称推力：1150KN（2）压缩室尺寸：1100650550mm（3）包块尺寸（长宽高）：（240-350）250250mm（4）包块密度： 1800kg/m3 （5）生产效率：950-1200kg/h 1.2.2整体设计方法 1）金属打包机主体的设计 （1）打包机机体的设计 （2）压缩室的设计 压缩室的尺寸设计 进行弯曲强度校核 2）液压系统的设计 （1）液压泵的选择 （2）提供能实现足够流量以及压力适当的液压油泵当中液压源的产生机构 （3）液压缸及控制油路的设计：要求能实现如下工作过程：启动后，上盖缸自动合上锁紧机构锁上主缸快进达到一定位置后切换为工进当主缸压力达到一定值后，主缸保压侧缸快进，达到一定行程后切换为工进当侧缸压力达到一定值后，侧缸保压保压一定时间后，主缸泄压，侧缸回到起始位置锁紧机构松开上盖打开前门打开主缸将包块推出压缩室主缸快退回到初始位置前门关上进行下一次填料。 （4）辅助装置的确定：采用以上提到的各个部位相互连接通道和接口。 3）单片机的控制线路设计以及编程 （1）液压原理图的设计 （2）选择单片机的控制器 在选好了对应单片机和操作对象后，实现下面几个操控过程： 上盖打开，填入待加工的金属废料； 上盖合上，用锁紧机构来锁住上盖； 主缸快进，一定行程后工进，到一定压力后保压； 侧缸同主缸； 主缸泄压，锁紧机构松开，上盖和前门都打开； 主缸快进，把包块由前门送到压缩室； 主缸快退，前门关上，等候下一次填料并且进行包装。1.3 本章小结根据市场需要和制造能力，完成打包机的研发和制造。要求可以达到步骤准确，工作安全、便于维护、并能使所设计的打包机经济实惠、性能稳定的目标，液压系统应用了plc控制，控制容易、便捷，可以很好的实现市场的需求。加工工艺很好。第2章 打包机主体的设计分析主要任务就是进行打包机的外形设计以及确定辅缸及主缸压包输出包的运作形式，并且对涉及的部位受力分析。2.1 打包机的结构设计打包机的机体设计最基本的任务就是确定合适的机体结构，并且从初始的数据出发，选择合理的结构和大小，最后设计出符合条件的压缩室。因此，对于液压金属打包机的推送压缩块运做程序的分析，是实现本次设计的必要条件。 2.1.1打包机的运动 打包机运动程序如下：1）填料后上盖关闭，用锁紧机构来锁紧上盖，防止上盖被顶开。 2）主缸压头加速前进，达到设置的行程后切换为工进。直到废弃金属打包成包块且等于包块长度为止，此时主缸保压。 3）主缸保压时，侧缸快进，达到一定位置时切换为工进。当废弃金属打包成包块到达包块设定的宽度位置后侧缸保压。 4）包块打包完成后，锁紧机构就回到原来的地方，上盖打开。 5）打开前门，主压头快速前进，将包块由压机前端推出压缩室，主推头快退回到初始位置。 6）前门关闭，马上进入下一个循环并且加料。2.1.2打包机的总布局 1)主机部分。侧缸系统要放在压缩室侧面，在机体上水平放置主缸系统，前门系统与主缸系统相互垂直，上盖缸系统放在主缸上面，锁紧机构放在上盖上方，这就是主机部分。根据构成的结构可分为： （1）机体机体是由几大块构件拼凑起来的，它有固定的位置以及形式，不需要调节修定，因此安装和拆卸都比较简单。使用中也不容易损坏。 （2）上盖缸系统上盖缸系统是由上盖缸及上盖组成。当填料结束后，上盖在上盖缸的推动下，扣住前门上端，此时上盖平行于压缩室底板，底板到上盖下端面的距离就是包块的高度。上盖也是由几块部件构建而出的，因此需要焊接加强筋。锁紧机构就放置于上盖的上端面。 （3）锁紧系统 其主要作用是通过锁紧机构的销将上盖跟前门挡板连在一起。防止压机打包废料的时候由于过大的压力从而将上盖顶起，造成事故。上盖上装有锁紧机构导向机构，可以将锁紧机构的销轴导入到前门挡板上的销孔内。销轴要经过前门，为了防止由于物料的干扰使得销轴无法导入到前门挡板的销控内，故需加大前门上的孔道，让销轴安全通过。 （4）主缸、侧缸系统主缸、侧缸系统是由主缸体总成、圆螺母和主压头等组成，它就是用来对松散的物料进行打包压缩，使它达到一定的密度，将物料压缩到包块要求的宽度后保压然后由侧缸系统进行下一步压缩。当主缸把包块压缩到设定的尺寸后就停止。侧缸系统跟主缸系统一致，侧缸系统控制着包块的长度。 （5）出料门系统出料门系统是由出前门辅助缸总成、料门、支座及其它主要零部件构成。它的功能就是当压缩块压缩成形时，把出料门打开，把金属压缩块从门洞口移出。因为出料门是和高压室在一起，直接承接从主缸来的挤压力，所以运行过程中要确保开门之前的主缸体的卸压得步骤以及泄压的时间要求，不然就会导致门无法正常打开或者部件损坏。 2）动力系统动力系统放在机械后半部分。本次设计只是对这部分做一个说明，并不做主要设计。整个系统由下列部分组成： （1）油箱部分 （2）油泵电机组 （3）控制阀组 （4）管路系统 （5）操纵箱操纵箱作为机械的电路控制中心，机械的主要电气元件均置于柜内。这项在这边只进行说明，在本次设计中不进行设计计算。图2.1 打包机总装图2.2 打包机压缩室的设计与强度校核本章节重点的校核对象是压缩室门板以及压头。 2.2.1 压头的强度校核 因为压头是开口销连接式厚度是100mm的压板，其功能是用来承接挤压应力，在压缩过程中，它承接的挤压应力可几乎为零故而不进行设计计算。 2.2.2 压缩室的设计压缩室的尺寸设计：按照要求，打包压缩后的金属包块的体积是（0.2400.35）*0.250*0.250m3 ，且初定压缩室的尺寸大小是：1.100*0.650*0.550m3，为了缩短主液压缸的有效工作行程，故而确定废弃金属包块的体积为0.30*0.250*0.250m3 ，且压缩室的尺寸为0.80*0.650*0.550m3。压缩室使用厚度是（2550）mm的钢板焊接，材料是45#钢，抗拉强度：=600（MPa）,屈服强度=355（MPa）由任务书可知压缩时的推力是1150KN，壁厚选定为40mm。表2.1 安全系数n材料静载荷交变载荷冲击载荷不对称对称钢3 5812铁4 61015 根据表2.1，选取安全系数n=5，则：许用拉应力： =/n=120（MPa） （2-1） 许用压应力： =/n=71（MPa） （2-2）许用剪切应力： =69.28（MPa） （2-3）活塞和压缩室的挤压强度。= （2-4）压缩室侧壁和出包门相应的剪切应力. （2-5）式中: （2-6） （2-7）出包门和压缩室侧壁的拉压应力：已知主液压缸压头点处的剪力最大FC为1150KN图2-2 剪切强度图图2-3 弯曲强度图 （2-8） （2-9） （2-10）求得最大弯矩Mmax为93437.5Nm,W为6.77,由公式2-8得： 13.8Mpa （2-10）满足强度要求。第3章 打包机液压系统的设计3.1 液压系统的特点 1）可以轻易的达到无级调速的目的，而且调速的区间比较大，一般可以达2000：1。 2）重量较轻体积较小； 3）传动比较平稳； 4）可以完成过载保护，并且工作油液可以自动润滑传动的部件，从而可以增加使用年限；5）操做方便容易，可以做到自动化。 6）液压元件便于实现系列化、通用化以及标准化，选择液压传动可以机械的内部结构更加简单，因此可以使机械的内部零部件数目减少。综上所述我们采用液压传动控制。3.2 液压系统工况分析 3.2.1分析系统工况本次设计的液压金属打包机运行流程总体如下:将要压制的废金属物料倒入打包机的压缩室中打包机的上盖缸推动上盖合上锁紧机构锁紧，防止压缩室的压力将上盖顶开主液压缸快进挤压废金属物料达到一定的行程后，当主液压缸从快进转为工进直到达到包块所要求的长度，主液压缸转为保压状态侧液压缸工作状态如主液压缸，直到保压保压到规定时间后，主、侧液压缸分别泄压前门液压缸打开前门，主液压缸将包块顶出压缩室主液压缸，前门液压缸等都退回到初始工作状态，等待下一次压缩工作。以上就是本次设计的液压金属打包机的一次运行流程。总之,就是要按顺序完成各个液压缸的直线运动。3.2.2确定液压系统的主要参数 1）任务书中已给定的参数如下: （1）打包机公称推力1150kN （2）压缩完成后包块的体积为0.30*0.25*0.25m3 （3）侧液压缸的行程是400mm，打包机主液压缸的行程是800mm （4）锁紧液压缸行程是150mm，上盖缸行程是1200mm，前门缸行程是300mm （5）包块密度： 1800kg/m3 （6）生产效率：950-1200kg/h由上述数据经计算可知：每块包块的重量块每个小时应打包块数为3036块。根据以上数据,选择类比法确定速度值:主液压缸:快速空行程速度 =50mm/s 工作行程速度 =20mm/s 顶出压块速度 =50mm/s 快速退回速度 =50mm/s上盖液压缸:快速下降速度 =120mm/s 快速上升速度 =120mm/s锁紧液压缸:快速前进速度 =75mm/s 快速后退速度 =75mm/s前门液压缸:快速上升速度 v=100mm/s 快速下降速度 v=100mm/s侧液压缸: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经计算可知，上述各个工作的总用时约为85s，小于120s，故而上述的选定的速度值满足任务书里生产效率的要求。 2）液压系统的压力的确定: （3-1） （3-2）由以上两式可知,在选择液压缸相应的运行压力p时,按照机械的运作条件、部件的制做能力等各方面因素进行考虑.在满足系统所需功能、系统的效率和流量、运行稳定性、经济以及工艺性等方面的条件后,在设计中,应选择类比法来选择.参考表3.1、3.2 ,选择系统的工作压力p=25MPa.表3.1 各类液压设备常用的工作压力设备类型磨床组合机床车/铣镗床龙门刨床农业机械,小型工程机械工程机械锻压设备船用系统工作压力/MPa26.32410101616321425表3.2 不同负载下的液压缸常用的工作压力负载/KN50工作压力/MPa0.811.522.53344557选择液压缸的工作压力按照本次的设计的条件采用的系统的运行压力为25Mpa为接下来液压金属打包机的设计提供相应的理论依据。3.3 拟订液压系统原理图 3.3.1确定供油路线为了实现这个设备在运行进给时速度低,载荷大,当快退、快进时载荷小,速度高的要求,从节约能量、降低热损失出发,泵源系统应该选择变量泵供油或者双泵供油,本次设计选择直轴式变量柱塞泵供油. 3.3.2液压回路的设计首先，设计调速回路。 调速回路的比较：在液压系统中的调速回路应该达到以下几个要求。 1）可以在设定的调速区间内控制执行元件的运行速度。 2）当载荷不断改变时,已经设定好的变速区间大小要尽量小,并且应该在设定的区间内波动。 3）可以为驱动执行元件提供所需要的转矩和力。 4）要尽量降低功率损耗，尽量减少热量散发。调速回路的选用：主机选择的液压传动和调速回路的选择相关；接下来要做的是选择功率大小，通常情况下3kw以下的可以选择节流调速回路功率在3到5kw之间的可以选择容积调速回路或者容积节流调速回路；5kw以上的选择容积调速回路；从资金上出发，要满足造价低廉时选择节流调速回路；允许造价高一些的时侯选择容积调速回路或者容积节流调速回路。综上所述，这次设计的系统选择容积节流调速。这一种调速回路能实现发热小、速度刚性良好以及效率高的目的。接下来选择速度换接方式。这个系统选择电磁阀的快慢速换接回路,其具有容易控制行程、便于阀的安装、结构形状简单等特点。最后，考虑压力控制回路。负荷的卸荷问题选择先导式溢流阀解决。 3.3.3 拟订液压系统图液压系统回路大致可以分为开式和闭式两种。经过反复对比得知闭式系统相对比较对称、外形和构造相对紧密，但是系统内部相对复杂，为了确保控制系统可以安全运行，需要向低压液压油输入控制回路，因此回路需要设计一个低压保护的地方来保正系统安全运行；当闭式系统中的油温逐渐升高时，热量的散发比较困难，因此还要设计高效的冷却系统来冷却工作中的油液，由于附加了这些回路，使系统更加复杂化；闭式系统选择容积调速回路适用于大功率场合，因此只有在比较好的的条件下才能使用。开式回路相对于闭式回路结构比较简单，冷却条件较好，不需要冷却回路，对资金没有太大要求，相对合适对于本次设计的打包机。 3.3.4液压系统原理图的分析设计这个液压系统是中高压液压系统，因此选择齿轮泵来给回路供油。综合考虑上述几个调速回路的方案，卸荷回路、补充系统的保护回路以及方向控制回路来设计回路的液压原理图。它的打包的工作流程如下：开启电源开关，液压泵开始运行，油路开始上升，电磁铁Y1接通，换向阀进入右工位，这时上盖液压缸前推，将压缩室的上盖合上； 上盖液压缸前进到设定的位置，触发了行程开关，电磁铁Y1断开，电磁铁Y3接通，锁紧机构液压缸推着锁紧机构前进，把上盖跟前门挡板用销轴连接，防止上盖被顶起； 锁紧液压缸快进至最右位置，触发了行程开关，电磁铁Y7通电，主缸快进，从而进入压缩阶段；主缸带动包块到某的中心位置后，触发了压力继电器，让电磁铁Y11得电，行程阀接通左工位，液压油经过调速阀7，调节主缸的运行快慢，主缸工进；当主缸的继续前进时，金属废料被打包成块，在主缸前行到包块的宽度时，触发行程开关，同时使压力继电器开启，并通过时间继电器，Y7、Y8同时断电，实现系统的保压延时。Y5得电，侧缸向右快进；侧缸推动包块到达某中心位置后，压力继电器打开，电磁铁Y12得电，行程阀接通左工位，液压油通过调速阀7，控制侧缸的运行快慢，主缸工进；当侧缸继续前进时，金属废料被打包成包块，在主缸前行到包块的长度时，触发行程开关，同时使压力继电器开启，并且经过时间继电器，Y5、Y6同时断电，完成液压系统保压并且延时；保压一定时间后主、侧缸开始卸载负荷，而卸负荷后使时间继电器使电磁铁Y6、Y8得电，换向阀以右工位接通，主、侧缸都快退；主、侧缸都撤回初始位置时，电磁铁YA4启动，锁紧机构液压缸换向阀以右工位接通，当液压缸退到最左位置后，电磁铁Y2、Y9启动，上盖和前门同时打开；前门液压缸上行至极限位置后，电磁铁Y7得电，使换向阀接通左工位，使主缸迅速前进，将压缩好的包块从压缩室推出；而后，当主缸运行到最右的位置时，电磁铁Y8得电，换向阀则以右工位接通，主缸进行快退，到达最左边的位置时电磁铁Y10启动，前门缸下行至下极限位置，触发电磁铁Y13，回路中的液压油回到油箱，结束一个工作循环，直至下一个工作开始。表3.3液压系统工作控制通电表 序号工作流程Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12Y13上盖合上上盖锁紧主缸快进主缸工进主缸保压侧缸快进主缸保压侧缸工进主侧缸保压主侧缸泄压锁紧松锁上盖、前门打开推出压块主缸快退关前门图3-1液压工作原理图3.4 液压系统的计算和液压元件的选定 3.4.1液压缸的设计计算 3.4.1.1主要参数的确定从液压缸的工作情况特点出发,本次设计采用双作用单活塞杆式液压缸。安装方式为轴向底座式。根据动力以及运动的分析,设计计算的主要尺寸大小参数如下：选择液压缸的工作压力,前文已采用P=25MPa液压缸内径:按照液压缸系统所采用的供液压油的压力p以及用规定的输出力F来确定缸筒的内径D(m),其计算的公式为: D=247（mm） （3-3）式中 F-液压缸的输出力(N) p-供油压力(MPa)根据以上计算的公式得出液压缸的内径D,取值并且圆整到标准值取D=250(mm)。活塞杆直径:由表2.3可取d=0.7D,得d=175(mm),查表: 取d=180(mm)表3.4 机床内液压缸活塞杆的直径推荐值活塞杆受力情况受拉伸力 受压缩力,工作压力p1(MPa)p1557活塞杆直径d(0.30.5)D(0.50.55)D(0.60.7)D0.7D执行机构的运行条件可以确定液压缸的行程,但是为了简化制造工艺,降低制造成本,增加产品的通用性,应该选择标准化的值 ,这里将S=1100(mm)计算各个工作阶段液压缸所需要的流量：q快进=2快进=147.187L/min （3-4）q工进=2工进=58.875L/min （3-6）由于打包机的上盖、锁紧、前门液压缸并没有涉及主要的工作,因此在这次设计中不再对上述的三个液压缸的流量进行深入的计算和分析。 3.4.1.2液压缸的结构设计 1）缸筒 （1）主要技术要求要有足够的强度 要有足够的刚度 内表面长期在活塞密封件和导向环的反复摩擦作用下,还可以长期正常运输,并且几乎没有摩损,要有很高的几何精,可以保证活塞的密封性. （2）结构形式在本次设计过程中选择半环联接的形式来作为液压缸结构形式,它具有以下特点:便于加工, 结构相对简单,方便装卸。 （3）材料缸筒的材料必须要有一定冲击韧性以及一定的强度,考虑到液压缸的主要参数、毛坯选型以及用途,可以选择四十五号碳素钢钢管. （4）缸筒计算 缸筒厚度计算 =0+c1 （3-7） 式中 0-缸筒材料强度要求的最小值(m) c1-缸筒外径公差余量(m)缸筒的厚度计算分为以下几种:当 /D小于等于0.08时,按照薄壁缸筒计算 0/（2）=33.33（mm） （3-8） 取缸筒厚度为40mm 式中 D-缸筒内径(m) 缸筒内的最高工作压力,当工作压力P小于16Mpa时, 等于1.5p; 在工作压力p16Mpa时, =32; -材料的许用应力(MPa)，=b/n=600/5=120(MPa) 式中 b-缸筒的材料抗拉强度(MPa) n-安全系数,参考表2.4取n=5。表3.5 安全系数n材料静载荷交变载荷冲击载荷不对称对称钢3 5812铁4 61015 综上取缸筒的壁厚=40mm 缸筒外径 D1=D+2=330(mm) （3-9） 缸筒厚度验算 对于缸筒的壁厚要求完成以下几个验算：额定的工作压力pN(MPa)要低于要求的极限值,用来确保系统的正常运行 pN0.35S（D12-D）2/ D12=37.02MPa （3-10）为了避免材料的塑性变形,额定的工作压力要在以下范围 pN(0.350.42)pPl=34.4641.35MPa （3-11）式中 pPl -缸筒完全塑性变形后的压力. pPl=2.3Slg=98.45（ MPa) （3-12）式中 S -缸筒制造材料的屈服强度 (MPa) 为355MPa D1-缸筒外径(m) D-缸筒内径(m) pN-额定工作压力(MPa)缸筒底部厚度：缸底是平面并且不带油孔时的缸底厚度h是 ： h=0.433D-3=55.9（mm） (3-13) 式中 D-缸筒内径(m) D max-缸筒内的最大工作压力 -缸底材料的许用应力(MPa)缸筒联接计算： 法兰式要求的联接强度较高，方便拆卸安装、制造简单，制造成本较低廉并且可以能够承受较高的压力；焊接式的联接强度很高并且不容易拆装，而且整体式的结构比较复杂不利于加工。故选用法兰式联接。 缸筒和缸盖选择法兰式联接时, 螺栓要承受拉伸应力所带来的破坏，缸筒内的危险截面A-A上所承受的拉应力（MPa)是 ：= pmaxD12/（D1-h）2-D2= =76.93（MPa） (3-14) 满足强度要求。式中 D1缸筒的宽度， D1=0.330（m） L-卡环宽度（m） L=0.016（m） H卡环厚度（m） H=0.016（m） pmax-系统最高工作压力（MPa）pmax=25.5（MPa）2）活塞 （1）结构形式 按照密封装置的型式来确定活塞的结构形式。活塞杆的密封方式应该选择O型密封圈的活塞与活塞和缸筒选择O密封圈.它有良好的密封作用,有较小的摩擦系数和安装空间，并且普遍的应用于固定密封以及运行密封，能适用振动场合等特点。 （2）活塞与活塞杆的联接形式活塞杆以及活塞的联接形式采用螺纹联接如下图3-2。图3-2 活塞联接方式 （3）材料 选用碳素钢20或者35或45钢。 3）活塞杆 （1）结构用焊接的方式来联接外端部,用螺纹的联接方式来联接内端部，故无需进行挤压应力或者剪切应力的校核。 （2）活塞杆的强度和稳定性验算当活塞杆全都伸出来时，活塞杆的计算长度l为活塞杆顶部到液压缸的支承点她们之间的距离，它值的大小和安装活塞杆的形式相关。根据计算长度l的不同与活塞杆d的不同比值，对活塞杆进行相应的项目验算。当l/d小于等于10的时候，是短行程的活塞缸，因此需要验算的是拉压强度：=131.24（mm） (3-15)式中 F活塞杆最大推力（N），为F=1200（KN） d-活塞杆直径（mm）， d=180（mm） 安全系数， =24；取=4 活塞杆相应材料的屈服极限 取355（MPa）因此本设计达到强度和稳定性要求。 4）导向套 （1）导向套的作用导向套能起到密封防尘的作用，放在尘土和水分侵入，导致密封装置的破坏。 （2）材料采用45钢。 （3）导向套的长度在缸筒的内径D的值大于80mm时,导向套内滑动面的长度d应为0.6到1,d代表活塞杆的直径。 导向套的长度： L=0.6d=108(mm) (3-16) 5）缸头厚度计算螺钉连接法兰： (3-17） 式中： P系统工作压力（MPa）螺钉孔分布圆直径（mm）密封环平均直径（mm） 法兰材料的许用应力 得h=9.33mm，则缸头厚度需要大于9.33mm。 3.4.2 选择液压元件1）液压泵的选择 （1）液压泵工作压力的确定因为在运行过程中进油管路会产生相应的阻力,因此选择泵运行的工作压力是: （3-18） 式中 Pp 液压泵的最大工作压力，P1 为液压执行元件的最大工作压力， 是从泵到液压系统的执行元件之间的总的压力损耗，刚开始计算的时候简单的系统压力损失可以取0.2到0.5MPa, 复杂的系统可以取0.5到1.5MPa,在本设计中压力损失=0.5MPa；因此液压泵的工作压力是： Pp= P1+=25.5（MPa） （3-19）以上计算得到的p是系统的静态压力,然而泵的额定压力要满足pn(1.251.6)Pp,中低压系统应该选取小一点的值,高压系统选择较大值.因此在这次设计中采用1.6Pp=31.875MPa. （2）液压泵流量的确定液压泵允许经过的最大流量应为 （3-20） 式中 - 液压泵的最大流量 - 同时运行时的各执行元件所提供的最大流量。 KL - 系统的泄漏系数,正常情况下KL为1.1到1.3之间,现在选择液压泵的泄漏系数K为1.2。 求得液压泵流量为： 70.65 L/min （3-21） （3）选择液压泵的规格按照前文算出来的和,再来参考相关手册,采用柱塞泵，型号为25CCY14-1B 。技术规格：排量：25ml/r；额定压力：31.5MPa ；驱动功率：24.6KW；转速范围：3000r/min。 2）电动机功率的确定打包机在运行过程中，要根据最大功率来选择液压泵以及电动机的功率。由上述可知液压泵供油的额定压力是：25Mpa，泵的流量是：q=70.65L/min，因此取液压泵总效率为，那么液压泵所需要的驱动功率是：28.9kw经过查电动机样本：选型号为Y200L1-2电动机；额定功率 :30kw；额定转速为2950r/min。3）阀类元件及辅助元件 （1）液压阀的选择液压阀大致有方向阀与压力阀以及流量阀这几种类型。虽然液压阀有着很多种的类型，但是它们也是存在某些相同之处。 阀的选择原理： 1）阀的规格考虑到系统的额定压力还有该阀实际工作中的极限通流量，采用经过标准化的阀件。溢流阀应该按照液压泵允许的最大流量来选择；在选用调速阀与节流阀时，应该达到执行机构最低稳定速度大于最小稳定流量的目标。控制阀的流量选择通常要比正常运行时经过的流量更大一点，同时还要承受 20%之间的短期过流量。 2）阀的型式 按照安装和操作方式选择。在这次设计中系统的工作压力大约是16Mpa，所以采用中、高压阀。所选阀的规格如下： 液压系统中柱塞泵相连的电控叠加式溢流阀的选择：型号：MSRF-03，通径10mm，额定流量：70l/min，最高工作压力：25MPa;生产厂家：北部精机有限公司。 （1）流量控制阀的选择： 选用流量控制阀时重点是按照流量阀的最大工作压力以及经过阀所允许的最大流量。 液压系统中叠加式单向阀的选择：型号：Z1S10P50-1TB50-1D10-4X/F/MPB，通径：10mm，流量：72l /min，启动压力：5MPa生产厂家：力士乐液压有限公司。 电控叠加式节流阀的选择：型号：MST-03，最高压力：21MPa，推荐流量：45l/min，生产厂家：北部精机有限公司。 叠加式减压阀1的选择：型号：ZDR10DP7-5X/150YM，通径：10mm，流量：80L /min，设定压力15MPa，生产厂家：力士乐液压有限公司。 （2）方向控制阀的选择： 在选用方向控制阀的时候，需根据方向阀的最大工作压力以及经过该阀所允许的最大流量。 三位四通电磁换向阀的选择：型号：M-4SED6Y1X/350CG24N9K4/62，最高压力：35Pa，流量：25L/min，通径：10mm。 3）滤油器的选择： 滤油器应安置在泵中的吸油管路上，对泵起到保护作用。型号：WU250F，压力：25MPa，流量：350mL/min，通径：15mm，过滤精度：100um，生产厂家：天津滤油器厂。 4）压力表开关的选择： 压力表的作用是用来测量液压系统中的压力大小。型号：KF3E3B，使用压力：16MPa，生产厂家：高行液压元件厂。5）管道尺寸的确定内径d为： （3-22）式中 通过管道的流量管内允许的流速对吸油管，取（0.51.5）m/s，回油管取（1.52.5）m/s。 对压力油管，当p14MPa时取5m/s；在行走机械中，当p21MPa时，取=（56）m/s。 经计算，选用双层钢丝编织液压胶管（GB3683-92）,通径10mm,有两层钢丝,工作压力为40MPa ,最小的弯曲半径130。 6）液压油箱容积的确定在中、高压或者高压大功率的系统中,可采用V为6到12Pp之间. 其中 V- 有效容量, Pp-液压泵额定流量。 计算得V=10572114L。 现选用力士乐AB40-01型油箱，容量为1500L，工作容量为1676L。第4章PLC控制系统设计PLC的优点：应用范围广、修复方便；有逻辑、顺序、定时、计数器等的操作可以轻易的实现人们的目标。4.1 PLC控制器的选择控制系统选择PLC的控制PLC的主要特点为：可靠性高。PLC的MTBF常用的是在在40000h到50000h以上，有一些在10h到20万