强烈推荐枇杷外包装成型机系统设计毕业论文设计设计Word格式.docx

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液压系统；

机电一体化；

PLC控制

ABSTRACT

Designpackagingmachineloquatloquat-basedpackagingdesign,theuseofenvironmentallyfriendlytypeofpulpthroughthesystemforpressing.Theagencies,accordingtotherequirementsofLoquatcorrespondingpackagingdesignandtoachieveitsintendedrequirements.Loquatpackagingmachinesystemisenvironmentallyfriendlyandcanreplacethemoldtocompletethesuppressionofdifferentproducts.

Thebody.TheChinawidelyuse,andcomparedtoothertransmissioncontroltechnology,theflexibility,speedrange,stable,exerciseperformance,easytooverloadprotection,easytoautomateIntegrationofelectro-calculatedtodeterminetheparametersofthe；

=m（ΔvΔt）=500×

0.30.2=750N

Fb=0.5×

106×

0.024=12000N

4自重:

G=mg=500×

9.8=4900N

以上为液压缸在各工作阶段的负载值：

ηm=0.9，ηm—液压缸的机械效率，一般取0.9-0.97。

表2-1工作中各阶段的外负载

工况

负载组成

推力F

启动

F=Fb＋Ffs－G=8080N

8977.8N

加速

F=Fb＋Ffd－G=7590N

9266.7N

快进

8433.3N

攻进

快退

F=Fb＋Ffd＋G=5390N

5988.9N

2.2拟定液压系统原理图

图2-3液压系统原理拟定图

表2-2电磁铁动作表

动作

总开

注料

保压

顶出

退回

1YA±

－

＋

2YA±

3YA±

4YA±

5YA±

6YA±

7YA±

8YA±

主缸运动工作循环过程：

（1）总开关启动电磁铁55YA和换向阀217YA；

（2）注料：

8YA通电注入浆液进入模具；

（3）快速下行。

按下起动按钮，电磁铁1YA通电。

这时的油路进油路为：

变量泵1——换向阀6右位——节流阀8——压力继电器11和液压缸15上腔

回油路为：

液压缸下腔15已打开的液控单向阀7——换向阀6右位——电磁阀5——背压阀4——油箱

油路分析：

变量泵1的液压油经过换向阀6的右位，液压油分两条油路：

一条油路通过节流阀7流经继电器11，另一条直接流向液压缸的上腔和压力表。

使液压缸的上腔加压。

液压缸15下腔通过液控单向阀7经过换向阀6的右位流经背压阀，再流到油箱。

因为这是背压阀产生的背压使接副油箱旁边的液控单向阀7打开，使副油箱13的液压油经过副油箱旁边的液控单向阀14给液压缸15上腔补油。

使液压缸快速下行，另外背压阀接在系统回油路上，造成一定的回油阻力，以改善执行元件的运动平稳性。

（4）保压时的油路：

油路分析：

当上腔快速下降到一定的时候，压力继电器11发出信号，使换位阀6的电磁铁1YA断电，换向阀回到中位，液压系统保压。

而液压泵1在电磁阀6处于中位时，直接通过背压阀直接回到油箱。

（5）回程时的油路：

液压缸上腔进油路为：

变量泵1——换向阀6左位——液控单向阀7——液压油箱15下腔

液压缸上腔回油路为：

液压缸上腔——液控单向阀14——副油箱13

液压缸上腔——节流阀8——换向阀6左位——电磁阀5——背压阀4——油箱

当保压到一定的时候，时间继电器发出信号，使换向阀6的电磁铁2YA通电，换向阀接到左位，变量泵1的液压油通过换向阀旁边的液控单向阀流到液压缸的下腔，而同时液压缸上腔的液压油通过节流阀（电磁铁6YA

接通），上腔油通过换向阀10接到油箱，实现释压，另外一部分油通过主油路的节流阀流到换向阀6，再通过电磁阀5，背压阀4流回油箱。

实现释压。

顶出液压缸运动工作循环

（1）向上顶出当电磁铁3YA通电，5YA失电，三位四道换向阀6处于中位时，此时顶出缸的进油路为：

变量泵1——溢流阀20——换向阀19右位——下液压缸下腔

（2）停留计时器计时顶出5s停留5s。

（3）向下退回当计时结束时，即操作员取下产品时，启动开关，使电磁阀4YA通电（3YA断电），阀19换左位，压力油进入顶出缸上腔，其下腔回油，滑块下移。

进油路：

下液压缸上腔——阀19左位——油箱

2.2.1确定供油方式

考虑到压力机在工作给时需要承受较大的工作压力，系统功率也较大，现采用轴向柱塞泵63SCY14——1B，实物图如下图

图2-4轴向柱塞泵

其具有将32MPa压力的纯净液压油输入到各种油压机、液动机等液压系统中，以生产巨大的工作动力，以柱塞泵结构紧凑，效率高，工作压力高，流量调节方便。

2.2.2自动补油保压回路的设计

保压回路的功用是使系统在液压缸不动或因工件变形而产生微小位移的工况下能保持稳定不变的压力。

保压回路主要分辅助泵保压回路，液控单向阀保压回路，蓄能器保压回路，压力补偿变量泵保压回路四种基本回路。

考虑到设计要求，保压时间要达到5S，压力稳定性好。

选用液控单向阀保压回路，则保压时间较长，压力稳定性高，选用M型三位四通换向阀，利用其中位滑阀机能，使液压缸两腔封闭，系统不卸荷。

设计了自动补油回路，且保压时间由电气元件时间继电器控制。

此回路完全适合于保压性能较高的高压系统。

自动补油的保压回路系统图的工作原理：

按下启动按钮，电磁铁1YA通电，电磁换向阀6右位接入系统，油液一部分压力油通过节流调速阀8进入主缸上腔；

另一部分油液将液控单向阀7打开，使主缸下腔回油，主缸活塞带动上滑块快速下行，主缸上腔压力降低，其顶部充液箱的油经液控单向阀14向主缸上腔补油。

当主缸活塞带动上滑块接触到被压制工件时，主缸上腔压力升高，液控单向阀14关闭，充液箱不再向主缸上腔供油，且液压泵流量自动减少，滑块下移速度降低，慢速加压工作。

当主缸上腔油压升高到压力继电器11的动作压力时，压力继电器发出信号，使电磁阀1YA断电，换向阀6切换成中位；

这时液压泵卸荷，液压缸由换向阀M型中位机能保压。

同时压力继电器还向时间继电器发出信号，使时间继电器开始延时。

保压时间由时间继电器在5s调节。

2.2.3释压回路的设计

释压回路的功用在于使高压大容量液压缸中储存的能量缓缓的释放，以免它突然释放时产生很大的液压冲击。

一般液压缸直径大于25mm、压力高于7MPa时，其油腔在排油前就先须释压。

根据生产实际的需要，选择用节流阀的释压回路。

其工作原理：

当保压延时结束后，时间继电器发出信号，使电磁阀6YA通电，二位二通电磁换位阀10处于下位，从而使主缸上腔压力油液通过节流阀9，电磁阀10，与油箱连通，从而使主缸上腔油卸压，释压快慢由节流阀调节。

当此腔压力降至压力继电器的调节压力时，换位阀6切换至左位，液控单

向阀7打开，使液压缸上腔的油通过三位四通电磁阀6，二位二通电磁阀5，和顺序阀4排到液压缸顶部的充液箱13中去，此时主缸快速退回。

使用这种释压回路无法在释压前完全保压，释压前有保压要求时的换向阀也可用Y型，并且配有其它的元件。

机器在工作的时候，如果出现机器被以外的杂物或工作卡死，这是泵工作的时候，输出的压力油随着工作的时间而增大，而无法使液压油到达液压缸中，为了保护液压泵及液压元件的安全，在泵出油处加一个直动式溢流阀3，起安全阀的作用，当泵的压力达到溢流阀的导通压力时，溢流阀打开，液压油流回油箱，起到安全保护作用。

在液压系统中，一般都用溢流阀接在液压泵附近，同时也可以增加液压系统的平稳性，提高加工零件的精度。

2.3液压缸的计算和确定

2.3.1确定液压缸主要参数

按液压系统初选工作压力为25Mpa，根据快进和快退的速度要求，采用单杆活塞液压缸。

快进时采用差动连接，并通过充液补油法来实现，这种情况下液压缸无杆腔工作面积A1应为有杆工作面积A2的6倍，即活塞杆直径d与缸桶直径D满足的关系。

快进时候，液压缸回油路上必须具备背压P2，防止上压板由于自重而下滑，根据《液压系统设计简明手册》表2-2中，可取P2=1Mpa，快进时，液压缸是做差动连接，但由于油管中有压降△p≈1Mpa,快退时，回油腔是有背压的，这时P2按2Mpa来估算。

图2-5单活塞杆液压缸计算示意图

（2-1）

P1——液压缸工作腔的压力Pa

P2——液压缸回油腔的压力Pa

故

A1=Fηm（P1-P26）=（150×

103×

9.8）[（25-26）×

0.9×

106]=0.02194m2（2-2）

（2-3）

（2-4）

当按GB2348——80将这些直径圆换成标准值时得：

D=32mm，d=28mm

由此求得液压缸面积的实际有效面积为：

A1=πD24=0.0803m2（2-5）

A2=π×

（D2－d2）4=0.01884m2（2-6）

2.3.2液压缸实际所需流量计算

1工作快速空程时所需的流量:

（2-7）

——液压缸容积效率，取ηcv=0.96

（2-8）

2工作缸压制时所需流量

（2-9）

3工作缸回程时所需流量

（2-10）

2.3.3液压缸主要尺寸的确定

1）液压缸壁厚和外径尺寸的计算

液压缸的壁厚一般指钢筒结构中最薄处的厚度。

从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。

一般计算时候可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。

液压缸的内径D与其壁厚δ的比值Dδ10的圆筒成为薄壁圆筒。

工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒，其壁厚按薄壁圆筒的计算公式计算δ（PyD）2δ

设计过程：

δ——液压缸壁厚mm；

——液压缸内径mm；

Py——实验压力，一般取最大工作压力的（1.25~1.5）MPa；

——钢筒材料的许用应力，无缝钢管：

σ=100－110MPa；

Py=18.4×

1.25=23MPa

则

在中低压液压系统中，按上式计算所得液压取δ=35

缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往不够，如在切削过程中的变形、安装变形引起液压缸工作过程卡死或漏油。

因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式进行校核。

液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外径D1为

D1D＋2δ=320＋2×

35=390mm（2-12）

1）液压缸工作行程的确定

液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参阅《液压系统设计简明手册》中的系列尺寸来选取标准值。

液压缸工作行程选L=500mm

2）最小导向长度的确定

当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离H称为最小导向长度，如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。

对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求：

设计计算过程

（2-13）

式中L——液压缸的最大行程；

D——液压缸的内径。

活塞的宽度B一般取B=（0.6~1）D:

缸盖滑动支承面的长度l1，根据液压缸内径D而定；

当D<

80mm时，取l1=（0.6~1）D；

当D>

80mm时，取l1=（0.6~1）d。

为保证最小导向长度H，若过分增大l1和B都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套K来增加H的值。

隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定，即C=H-12（l1+B）（2-14）

滑台液压缸：

最小导向长度H：

H50020＋3202=185mm

取H=200mm

活塞宽度：

B=0.6D=192mm

缸盖滑动支承面长度：

0.6D=168mm

隔套长度：

C=240－12（192＋168）=－60mm所以无隔套

液压缸缸体部分长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。

缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。

一般液压缸缸体长度不应大于内径的20~30倍。

液压缸：

缸体内部长度L=B＋l=192+500=692mm。

2.3.4液压缸的其他设计

液压缸主要尺寸确定后，就进行各部分的结构设计。

主要包括：

缸体与缸盖的连接结构、活塞与活塞杆的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、排气装置及液压缸的安装连接结构等。

由于工作条件的不同，结构形式也各不相同。

设计时根据具体情况进行选择。

设计计算过程：

1）缸体与缸盖的连接形式

缸体与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。

本次设计中采用半环连接（因其工作压力p>

20MPa）如下图所示

图2-6半环连接方式

缸体与缸盖外半环连接方式的优点：

1）结构较简单

2）加工装配方便

缺点：

1）外径尺寸大

2）钢筒开槽，削弱了强度，需增加缸壁厚

活塞与活塞杆的连接结构参阅《液压系统设计简明手册》，本设计采用组合式结构中的螺纹连接。

如下图所示：

图2-7螺纹连接

特点：

结构简单，在振动的工作条件下容易松动。

必须用锁紧装置。

应用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸。

活塞杆导向部分的结构

1）活塞杆导向部分的结构包括活塞杆与端盖、导向套的结构，及密封、防尘和锁紧装置等。

导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可做成与端盖分开的导向套结构。

后者导向套磨损后便可以更换，所以运用较普遍。

导向套的位置可安装在密封圈得内侧，也可安装在外侧。

机床和工程机械中一般采用装在内侧的结构，有利于导向套润滑；

而油压机常采用装在外侧的结构，在高压下工作时，使密封圈有足够的油压将唇边张开，以提高密封性能。

、

参阅《液压系统设计简明手册》采用导向套导向的结构形式，其特点为：

导向套与活塞杆接触支承导向，磨损后便可以更换，导向套也可用耐磨材料。

盖与杆的密封常采用V形、V形密封装置。

密封可靠实用以中高压液压缸。

防尘式常采用J形或三角形防尘装置活塞杆处密封圈的选用

活塞及活塞杆处的密封圈得选用，根据密封的部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。

参阅《液压系统设计简明手册》在本次设计中采用O形密封圈

2.4确定液压泵规格和驱动电动机功率及其选择

2.4.1液压泵规格分析和选择

1液压泵规格分析

由前面工况分析，由最大压制力和液压主机类型，初定上液压泵的工作压力取为25MPa，考虑到进出油路上阀和管道的压力损失为1MPa（含回油路上的压力损失折算到进油腔），则液压泵的最高工作压力为：

上述所得的Pρ是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力，另外考虑到一定压力储备量，并确保泵的寿命，其正常工作压力为泵的额定压力的80%左右因此选泵的额定压力Pn应满足：

液压泵的最大流量应为：

式中qρ——液压泵的最大流量

——同时动作的各执行所需流量之和的最大值，如果这时的溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量2~3Lmin。

KL——系统泄漏系数，一般取KL=1.1~1.3，现取KL=1.1。

2选择液压泵的规格

由于液压泵系统的工作压力高，负载压力大，功率大。

大流量。

所以选轴向柱塞变量泵。

诸塞变量泵实用于负载大，功率大的机械设备，柱塞式变量泵有以下特点：

1）工作压力高。

因为柱塞与缸孔容易加工，尺寸精度及表面质量可以达到很高的要求，油液泄漏小，容积效率高，能达的工作压力一般为（200~400）×

105Pa，最高可达到1000×

105Pa。

2）流量范围较大。

因为只要适当加大柱塞直径或增加柱塞数目，流量便增大。

3）改变柱塞的行程就能改变流量，容易制造成各种变量型。

4）柱塞油泵主要零件均受压，使材料强度得到充分利用，寿命长，单位功率重量小。

但柱塞式变量泵的结构复杂。

材料及加工精度要求高，加工量大，价格昂贵。

根据以上算出得qρ和Pρ在查阅手册《机械设计手册》,现选用63YCY14——1B，排量63mlr，额定压力32Mpa，额定转速1500rmin,驱动功率59.2kw，容积效率92%，重量71kg，容积效率达92%。

3液压泵的安装方式

液压站装置包括不同类型的液压泵、驱动电机及其联轴器等。

其安装方式为立式和卧式两种。

1）立式安装将液压泵和与之相连接的油管放在液压油箱内，这种结构型式紧凑、美观、同时电机与液压泵的同轴度能保证。

吸油条件好，漏油可直接回液压油箱，并节省占地面积。

安装维修不方便，散热条件不好。

2）卧式安装液压泵及管道都安装在液压油箱外面，安装维修方便、散热条

件好，但有时电机与液压泵的同轴度不易保证。

考虑到维修，散热等方面的要求，本设计采用卧式联接。

4液压泵结构设计的注意事项

1）液压装置中各部件、元件的布置均匀、便于装配、调整、维修和使用，并且要适当地注意外观的整齐和美观。

2）考虑液压油箱的大小与刚度。

液压泵与电机装在液压油箱的盖子上或装在液压油箱之外。

3）在阀类元件的布置中，行程阀的安放位置必须靠近运动部件。

手动换向阀必须靠近操作部位。

换向阀之间应留有一定的轴向距离，以便进行手动调整或拆装电磁铁。

压力表及其开关应布置在便于观察和调整的地方。

4）液压泵与机床相连的管道一般都先集中连到机床的中间接头上，然后再分别通向不同部件的各个执行机构中去，这样做有利于搬运，拆装

和维修。

5）硬管应贴地或沿着机床外形壁面安设。

相互平行的管道应保持一定的间隔，并用管夹固定。

随工作部件运动的管道可采用软管、伸缩管或弹性管。

软管安装时应避免发生扭转，影响使用寿命。

2.4.2驱动电动机功率及其选择

1）电机功率分析及选择

电机的选择范围包括：

电机种类、类型、容量、额定电压、额定转速及其各项经济指标。

而且对这些参数要综合进行考虑。

选择电机的容量是电力传动系统能否经济和可靠运行的重要问题。

如果电机容量大小，长期处于过载运行，造成电机绝缘过早地损坏；

如果容量过大，不仅造成设备上的浪费，而且运行效率低，对电能的利用不经济。

因此，选择电机时，首先应是在各种工作方式下选择电机的容量。

根据前面要求出来的电机的功率可以得出液压泵需要37.29KW以上功率的电机。

根据一般设计的需要，一般采用Y系列小型笼型异步电机。

由前面得知，本液压系统最大功率出现在工作缸压制阶段，这时液压泵的供油压力值为26MPa，流量为已选定泵的流量值。

ηp——液压泵的总效率。

柱塞泵为0.82~0.85，取

选用1000rmin的电动机，则驱动电机功率为：

Np=pρ×

qρηp=80.45×

10-3×

26×

106（60×

0.82）=18.37KW

根据查表查出电机型号为Y180M-4，其额定功率为18.5KW

故选择电动机Y180M——4。

表2-3电机型号及参数

电机参数

型号

功率P（kw）

额定频率（Hz）

额定电压（V）

效率

数据

Y180M-4

18.5

50

380

电机采用B级绝缘。

外壳防护等级为IP44。

冷却方式为ICO141即全封闭自扇冷式。

电机的基本安装、结构型式：

B3型：

机座带底脚、端盖无凸缘；

B5型：

机座不带底脚，端盖有绝缘；

B35型：

机座带底脚，端盖有凸缘。

电机额定电压为380V，额定频率为50Hz。

2）电动机与液压泵的联接方式

电动机与液压泵的联结方式分为法兰式、支架式和支架法兰式。

1法兰式液压泵安装在法兰上，法兰再与带法兰盘的电机联结，电机与液压泵依靠法兰盘上的止口来保证同轴度。

这种结构拆装很方便。

2支架式液压泵直接装在支架的止口里，然后依靠支架的底面与地板相连，再与带底座的电机相连。

这种机构对于保证同轴度比较困难（电机与液压泵的同轴度≤0.05）。

为了防止安装误差产生振动，常用带有弹性的联轴器。

3法兰支架式电机与液压泵先以法兰联结，法兰再与支架联接，最后支架再装在底板上。

它的优点是大底板不用加工，安装方便，电机与液压泵的同

轴度靠法兰盘上的止口来保证。

本设计采用法兰式支架式联结。

同时考虑本设计中的电机与与液压泵的联接在安装时产生同轴度误差带来的不良影响，常用带有弹性的联轴器。

为了增加电机与液压泵的联接刚性，避免产生共振，本设计把液压泵和电机先装在刚性较好的底板上使其成为一体，然后底板加垫再装到液压油箱盖上。

2.5阀类元件及辅助元件的选择

1对液压阀的基本要求：

1）动作灵敏，使用可靠，工作冲击