经编织物包装用压缩机的设计

《经编织物包装用压缩机的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《经编织物包装用压缩机的设计（57页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第1章 绪论1.1课题背景经编织物是有弹性的物品，为了生产运输方便，需要压缩包装，由于每一种产品规格及种类多样性，要求在传统织物包装用压缩机结构的基础上，设计一套带有可遍程控制器的包装压缩机，并具有以下功能：1）压缩吨位可调（通过压头下降到某个位置控制或其他方法）。2）在规定压缩吨位下，压缩时间可调（3-5分钟）。3）压头自动恢复至原位，为下次工作准备。1.2 PLC可编程序控制一.PLC的用途PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置,使其应用受到限制。但近年来由于微处理器芯片及有关元件价格大大下降,使PLC的成本下降,同时又由于PLC的功能大大增强,使PLC 的应用越来越广泛,广泛应用于钢铁

2、、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业。PLC的应用通常可分为五种类型：（1）顺序控制 这是PLC应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控制。PLC可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。（2）运动控制 PLC制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模版。在多数情况下，PLC把扫描目标位置的数据送给模版块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。相对来说，位置控制模块比计算机数值控制

3、（CNC）装置体积更小，价格更低，速度更快，操作方便。（3）闭环过程控制 PLC能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模块的提供使PLC具有闭环控制功能,即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当过程控制中某一个变量出现偏差时,PID控制算法会计算出正确的输出,把变量保持在设定值上。（4）数据处理 在机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算机数值控制（CNC）设备紧密结合的趋向。著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已将CNC控制功能作为PLC的一部分。为了实现PLC

4、和CNC设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件。通过窗口软件，用户可以独自编程，由PLC送至CNC设备使用。美国GE公司的CNC设备新机种也同样使用了具有数据处理的PLC。预计今后几年CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。（5）通信和联网 为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（FMS）及集散控制系统（DCS）等发展的需要，必须发展PLC之间，PLC和上级计算机之间的通信功能。作为实时控制系统，不仅PLC数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电故障时的对策。二. PLC的特点（1）抗干扰能力强，可靠性高 继电接触器控制系统虽具有较好的抗干扰能力，但使用了

5、大量的机械触头，使设备连线复杂，由于器件的老化、脱焊、触头的抖动及触头在开闭时受电弧的损害大大降低了系统的可靠性。传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和复杂的连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。微机虽然具有很强的功能，但抗干扰能力差，工业现场的电磁波干扰，电源波动，机械振动，温度和湿度的

6、变化，都可能使一般通用微机不能正常工作。而PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸收了生产控制经验，主要模块均采用了大规模集成电路，I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、抗震等都有精确的考虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰能力，目前个生产厂家生产的PLC，平均无故障时间都大大超过了IEC规定的10万小时，有的甚至达到了几十万小时。（2）控制系统结构简单、通用性强、应用灵活 PLC产品均成系列化生产，品种齐全，外围模块品种也多，可有各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的端子上接入相应的输入、输出信号线

7、即可，不需要诸如继电器之类的物理电子器件和大量而有繁杂的硬件接线线路。当控制要求改变，需要变更控制系统功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，修改接线量很小。同一个PLC装置有、用于不同的控制对象，只是输入、输出组件和应用软件不同而已。（3）编程方便，易于使用 PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，直观易懂，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，深受现场电气技术人员的欢迎，近年来又发展了面向对象的顺序控制流程图语言，也称功能图，使编程更加简单方便。（4）功能完善，扩展

8、能力强 PLC中含有数量巨大的用于开关量处理的继电器类软件，可轻松地实现大规模的开关量逻辑控制，这是一般的继电器控制所不能实现的。PLC内部具有许多控制功能，能方便地实现D/A、A/D转换及PID运算，实现过程控制、数字控制等功能。PLC具有通信联网功能，他不仅可以控制一台单机，一条生产线，还可以控制一个机群，许多生产线。他不但可以进行现场控制，还可以用于远程控制。（5）PLC控制系统设计、安装、调试方便 PLC中相当于继电器系统中的中间继电器、时间继电器、计数器等“软元件”数量巨大，硬件齐全，且为模块化积木式结构，并已商品化，故可按性能、容量（输入、输出点、内存大小）等选用组装。又由于用软件

9、编程取代了硬接线实现控制功能，使安装接线量大大减小，设计人员只要一台PLC就可进行控制系统的设计可在实验室进行模拟调试。而继电接触器系统需要在现场调试，工作量很大且繁难。（6）维修方便，维修工作量小 PLC具有完善的自诊断，履历情况存储及监视功能。对于内部工作状态、通信状态、异常状态和I/O点的状态均有显示。工作人员通过他可查出故障原因，便于迅速处理，及时排除。（7）结构紧凑 体积小、重量轻，易于实现机电一体化。由于以上特点，使得PLC获得极为广泛的应用。1.3 液压传动液压传动开始应用于十八世纪末，但在工业上被广泛应用的时间比较短。有大幅度的发展也就在近50年。因此，与其它传动方式比还是一项

10、年轻的技术。当今液压技术广泛应用于工程机械、起重运输、冶金工业、农用机械，轻工业和机床工业。随着液压技术的不断发展，液压技术也广泛应用在高科技高精度的行业，如机床行业。它能代替人们一部分频繁而笨重的劳动，能在条件恶劣的环境中工作。特别在数控机床这类要求精度较高的领域有着不可代替的作用，出现了液压传动的自动化机床，组合机床和自动生产线等。在国防工业中，如飞机，坦克、火炮等都普遍采用了液压传动装置和液压控制装置。当今研究的主要内容是高压粘性流体在密闭容器中流动规律和系统中承受高压的粘性流体的运动规律。液压系统有着独特的优势。其有着体积小，重量轻，可实现无级变速，运动平稳，结构简单，操作方便，工作寿

11、命长，液压元件易于通用化、标准化、系列化的特点。基于以上优点，处于新兴技术的液压系统在近些年得到了大幅度的发展，还有着广泛的发展空间。它正向高压化、高速花、集成化、大流量、大功率、高效率、长寿命、低噪音的方向发展。液压传动可以用很小的功率控制速度、方向。使用适当的节流技术可使执行元件的精度达到最高。其布局安装有很大的灵活性，同体积重量比却比其他机械小的多。因此能构成其他方法难以组成的复杂系统。液压传动能实现低速大吨位运动。采用适当的节流技术可使运动机构的速度十分平稳。第2章方案论证2.1 传动方案的论证目前冲压设备的传动方式主要有：液压式、气压式、电动式和机械传动方式等。传动装置的选择正确与否

12、，直接决定着冲压机的好坏。1 .气压传动的结构简单，成本低，易于实现无级变速；气体粘性小阻力损失小，流速快，防火防爆。但是空气易于压缩，负载对传动特性的影响大，不易在低温环境下工作。空气不易被密封，传动功率小。2. 电气传动的优点是传动方便，信号传递迅速，标准化程度高，易于实现自动化，缺点是平稳性差，易受到外界负载影响。惯性大，换向慢，电气设备和元件要耗用大量的有色金属。成本高，受温度、湿度、震动、腐蚀等环境的影响大。3. 机械传动准确可靠，操作简单，负载对传动特性几乎没有影响。传动效率高，制造容易和维护简单。但是，机械传动一般不能进行无级调速，远距离操作困难，结构也比较复杂等。4.液压传动与

13、以上几种传动方式比较有以下优点：获得力和力矩很大，体积小，重量轻，能在大范围内实现无级调速，运动平稳，设计简单，操作方便，工作寿命长，易于通用化、标准化、系列化。它有很广阔的发展空间。从各方面考虑，液压传动系列基本符合设计要求，能达到预期的标准。所以，此次设计将采用液压传动，传动原理如下：图1 传动原理图1 压缩包装机基座2 压缩包装机压头3 活塞4 液压缸5 电动机6 油箱7 滤油器8 柱塞变量泵9 调压阀10 溢流阀11 换向阀12 支撑阀13 压力表流量原理图说明：电动机5带动柱塞变量泵8向主油路供油，可以通过溢流阀5和调压阀4对液压系统进行调压，使压力表13的值到系统需要的压力，利用换

14、向阀11进行换向。如果处于中间位置，系统处于保压状态；如果左端通电，液压缸将下降运动，完成下压运动；如果右端通电，液压缸将上升动作，完成工艺中的快退。2.2 控制元件的分析液压传动中主要有以下几种控制元件实现压头的下压、保压和返回的过程。1.手动换向阀 用人工操作控制阀芯的运动。手动换向阀又分为手动和脚动两种。优点是操作简单、灵活、容易控制。2.电磁换向阀 通过电磁铁产生的电磁力来使阀芯运动，达到油路的转换，易于实现自动化控制，但由于受电磁铁吸引力的限制，电磁换向阀流量不能过大而且需要在回路中增加减速装置。3.插装阀 是一种新型的开关式阀体，结构以锥阀为基础单位，配以不同的先导阀可实现对液流的

15、方向、压力和流量大小的控制。其结构简单，动作反应快，适合高压大流量的场合。从设计课题上考虑，电磁换向阀比较符合设计要求，完全可以满足性能要求。第3章液压缸的设计及参数选择设计本台液压式压缩包装机，其工作循环可分为：快速下行，减速下压，快速退回。由设计题目按如下参数设计：压力：10吨=1010009.8=0.9810N生产率： 1次/210秒（其中保压时间180秒）工作行程：800mm=0.8m最大压厚度：20mm=0.02m压头及顶柱的重量：1.010N 快速下降所用的时间为11s，运行的距离为0.58m。工进所用的时间为11s，运行的距离为0.22m。快退返回的时间为8s，其运行的距离为0.

16、50m。得到各个工艺路线的速度参数如下： 快速下行： 行程：580mm 速度：53mm/s减速下压： 行程：220mm 速度：20mm/s快 退： 行程：800mm 速度：100mm/s单次循环的总时间是：11+11+8=30s液压缸采用Y型密封圈。其机械效率一般为0.9-0.95之间，本液压缸的效率取：=0.95。第4章工况分析4.1动力（负载）分析及负载循环图动力分析就是一部机器在工作过程中执行机构的受力情况。由于工作机构作直线往复运动时，液压缸必须克服的外负载为： =+ （41）式中 -工作负载 -摩擦负载 -惯性负载4.1.1摩擦负载摩擦负载就是液压缸驱动工作时所需要克服的机械摩擦阻力

17、。由于详细计算比较烦琐，一般将它算入液压缸的机械效率中考虑。在这里不用考虑摩擦负载。4.1.2惯性负载惯性负载即运动部件在启动和制动过程中的惯性力。 计算公式为： =（N） （42）式中 运动部件的质量 （kg） 运动部件的加速度 （m/s） 运动部件的重量 （N） 重力加速度 （m/s） 速度变化值 （m/s） 启动或制动时间，由经验可得=0.5s压头启动和制动的加速或减速都在0.5秒内完成。则启动时： = =（1.010/9.8）（0.053/0.5）=108（N）制动时： =（1.010/9.8）（0.1/0.5）= 204（N）4.1.3工作负载压力机冲头上负载分为两个阶段：第一阶段负

18、载力缓慢的线增加，在达到最大冲压力5%左右。第二阶段负载力急剧上升到最大冲压力。因此工作负载为：初压阶段上升到=5%=9.8105%=0.4910N终压阶段上升到=压力=0.9810N4.1.4负载循环图图41 压缩包装机的负载循环图4.2 运动分析及运动循环图运动分析，就是研究一台机器按工艺要求以怎样的运动规律完成一个工作循环。4.2.1位移循环图根据已知条件，快速下行时，行程为0.58m，速度0.053m/s ，时间11s。慢速下降时行程0.22m，速度 0.02m/s，时间11s。快退是行程为0.8m，速度0.1m/s，时间8s。4.2.2速度循环图图42 压缩包装机的速度循环图第章确定

19、液压系统主要参数5.1确定液压缸几何尺寸在单活塞杆的液压缸中活塞工进（受压）时， =/ （51）=0.9810/0.95=1.03210（N）图 51活塞快退（受拉）时， = = （52）=1.010/0.95=1.05310（N）图 52式中 液压缸的工作腔压力（MPa）液压缸的回油腔压力（MPa）=/4液压缸无杆腔有效面积（m）=（）/4有杆腔的有效面积（m）活塞直径（m）活塞杆直径（m）液压缸的工作效率根据资料文献查得，工作压力=1032MP。参考同类机械的设计和加工的经验，这里工作压力取16MPa。背压力=0.5-1.5MP。参考同类机械的设计和加工的经验，这里背压力取1MPa。= （

20、53）=100/53=1.9活塞杆在快进和快退中受力几乎为零或是自重的大小。只在冲压工件时受到的作用力较大，即液压缸的有关设计参数在该工步中去计算。由参考文献2中查得下表：表51 液压缸常用往返速比1.11.21.331.461.612.00.30.40.50.550.620.7由相近原理： =0.7一般，液压缸在工进状态下工作，其活塞面积为： =（+ ）/ （54） =/4 （55） =（）/4 （56）由公式（54）（55）（56）得 根据参考文献1表43.626和表43.627对D和d进行调整得=100mm=0.1m= 70mm=0.07m 所以 =0.01m=0.0051m5.2计算液

21、压缸所需流量液压缸的最大流量：= （m/s） （57）式中 液压缸的有效面积（m2） 液压缸的流速（m/s）快进所需流量= =0.010.053=0.00053 m/s =31.8L/min工进所需流量=0.010.02=0.0002 m/s =12 L/min快退所需流量=0.00510.1=0.00051 m/s =30.6 L/min5.3计算系统所需的压力1.当系统快进时，所需压力为：= + （58）式子中 工作中的负载（N） 活塞的横截面积（m） 背压力（MPa）该工艺中分匀速运动和制动两部分构成。当工艺处于启动的时候：= 108/0.0110+1 =0.0108+1 =1.0108

22、MPa当工艺处于匀速的时候：= 0/0.0110+1 =1MPa2.当系统处于工进时，所需的压力为：= /+ /2 （59）式子中 工作中的负载（N） 活塞的横截面积（m2） 背压力（MPa）=1.03210/ 0.0110+ 0.5 =10.32+0.5 =10.82MPa3.当系统处于快退时，所需的压力为：=/+ 2 （510）式子中 工作中的负载（N） 活塞的横截面积（m2） 背压力（MPa）该工艺中分为匀速运动和制动两部分构成。当工艺处于匀速运动的时候：= 1.010/0.0110+ 2 =0.1+2 =2. 1MPa当工艺处在制动的时候：=204/ 0.0110+2 =0.0204+

23、2 =2.0204MPa5.4 绘制压缩机主缸工况图液压缸的工况图是指液压缸压力循环图、流量循环图和功率循环图。它是调整系统参数、选择液压泵和阀的依据。1.压力循环图 通过最后确定的液压元件的结构尺寸，再根据实际载荷的大小求出液压执行元件在其动作循环各阶段的工作压力，然后把他们绘制成Pt图。2.流量循环图 根据已定的液压缸有效面积或液压马达的排量，结合其运动速度算出他在工作循环中每一阶段的实际流量，把它绘制成Qt图。若系统中有多个液压执行元件同时工作，要把各自的流量图叠加起来绘制出总的流量循环图。3.功率循环图 绘制压力循环图和总流量循环图后，即可绘制出系统的功率循环图。由前面所设计的压力，流

24、量，可得出如下一个表格，以便绘制和分析工况图。表52 负载压力流量明细表工作负载（N）工作压力（MPa）流量（m/s）快 启动进 匀速工进快 匀速退 制动10801.032101.0102041.0108110.822. 212.02040.000530.00020.00051有前面所得的数据，可绘制出压力循环图（Pt）和流量循环图（Qt）如下：图51 压力循环图（Pt）图52 流量循环图（Qt）通过对压力循环图和流量循环图分析得知：最大流量值=31.8L/min=0.00053 m/s最大压力值=10.82MPa5.5液压缸主要零件的结构材料及技术要求5.5.1液压缸的基本参数由以上设计得到

25、液压缸内径尺寸=0.1m，活塞杆直径=0.07m。液压缸活塞的最大行程系数，根据参考文献1查得=0.8m。 5.5.2液压缸的类型和安装方式液压缸是液压系统中的执行元件，能够实现直线往复运动。本液压缸活塞两端面积差较大，使活塞往复运动时输出速度及差值较大。所以本液压缸采用双作用无缓冲式。5.5.3液压缸的主要零件及技术要求1.缸体液压缸缸体的常用材料一般为20、35、45号无缝钢管，一般情况下均采用45号钢，并调质到241285HB。铸铁可采用HT200HT350间的几个牌号或球墨铸铁。由于球墨铸铁具有较高的抗拉强度和弯曲疲劳强度，也具有良好的塑性和韧性，其屈服度比钢高。因此，球墨铸铁制造承受

26、静载荷的构件比铸钢节省材料，重量也轻。所以本设计的液压缸采用QT45010。铸件需进行正火消除内应力处理。由参考文献1得缸体的技术要求：（1）缸体的内径因为须与活塞配合，防止漏油，所以要尽量减少表面粗糙度，可采用H8、H9配合。当活塞采用橡胶密封圈时，Ra为0.10.4m，当活塞用活塞环密封时，Ra为0.20.4m，且均需珩磨。 （2） 缸体内径的圆度公差值可按9、10、11级精度选取，圆柱度公差应按8级精度选取。（3） 缸体端面的垂直度公差可按7级精度选取。（4） 缸体与缸头采用螺纹连接时，螺纹应用6级精度的米制螺纹。（5）当缸体带有耳环或轴销时，孔径或轴径的中心线对缸体内孔轴线垂直公差值按

27、9级精度选取。2.缸盖本液压缸采用在缸盖中压入导向套，缸盖选用HT200铸铁，导向套选用铸铁HT200，以使导向套更加耐用。3.活塞液压缸活塞常用的材料为耐磨铸铁，灰铸铁，钢及铝合金等。本设计冶压缸活塞材料选用45号钢，需要经过调质处理。由参考文献1得活塞的技术要求：（1）活塞外径D对内孔d的径向跳动公差值，按7、8级精度选取。（2）端面T对内径d轴线的垂直度公差值，应按7级精度选取。（3）外径D的圆柱度公差值，按9、10、11级精度选取。（4）活塞与缸体的密封结构由前可以选用Y型密封圈。5.6液压缸结构参数的计算液压缸的结构参数的计算包括缸管厚度，油口直径，缸底厚度等等。5.6.1计算液压缸

28、的厚度首先利用薄壁筒公式计算液压缸的壁厚：=/2=/（2/） （511）式中 液压缸壁厚度（m） 实验压力（MPa）。当16MPa时，=1.5；当16MPa时，=1.25P；所以在此=1.25=1.2510.82=13.525MPa 液压缸的内径（m） 材料的许用应力（MPa） 材料的抗拉强度，在此取600（MPa） 安全系数，在此取=5由公式（511）得：=/2=/（2/）=13.525100/（2600/5） =5.6mm因为当/16时，薄壁公式才成立，而在此/=100/5.6=17.8616。所以液压缸是薄壁，取壁厚为12.5mm。缸体的外径=+2=100+212.5=125mm=0.1

29、25m5.6.2液压缸油口的计算液压缸油口的直径计算应根据活塞最高的速度V和油口最高液流速度而定。当油口是进油口时：=0.13（/） （513）式中 液压缸油口直径（m） 液压缸内径（m） 液压缸最大输出速度（m/s） 油口的液流速度（m/s）根据文献5，液压缸的进油液流速度=2 m/s；由公式（513）得：=0.13100（3.6/2） =17.44mm取一整数=20mm=0.02m。 当油口是出油口时：根据文献5，液压缸的进油液流速度=5 m/s；由公式（514）得：=0.13100（3.6/5）= 11.03mm 取一整数=15mm=0.015m。 5.6.3缸底厚度的计算本设计采用缸底

30、无油孔，所以采用公式：=0.433（/） （514）式中 液压缸内径（m） 实验压力（MPa） 缸底厚度（m） 缸底材料的许用应力（m/s）由公式（514）得： =0.4330.1（10.82/120） =0.013m 参考同类液压缸的制造经验取=0.02m5.7液压缸的校合5.7.1液压缸中背压力的校合背压力是用来平衡在液压系统不工作时活塞杆自重的。由牛顿第一定律： = （515）式中 系统需要的最少背压力（MPa）活塞杆截面积（m2）滑块重量（N）如果=1MP，即背压力满足要求。由公式（515）得： =/=1.010/0.0051=1.96MPa=0.42MPa2.02MPa所以，该液压系

31、统的背压力满足要求。5.7.2活塞杆的校合校合活塞杆可用公式：（4/ ）。 （516）式中 活塞杆的作用力（N） 活塞杆材料的许用应力（MPa）由公式（517）得：=（40.9810/（120）=32.25mm=70 mm所以活塞杆直径满足要求。第6章 液压元件和液压油的选择6.1 液压泵的选择液压泵是将原动机的机械能转换为液压能的能量转换元件。在设计液压传动中，液压泵作为动力元件向液压系统提供液压能。液压泵工作的基础条件是：1. 必须具备一个密封油腔，而且密闭油腔的容积在运转过程中应不断变化。2. 泵的吸油是靠弹簧克服摩擦力的阻力、推力推动活塞下移而实现的，这样的泵具有自吸能力。6.1.1.

32、确定泵的最大工作压力液压泵的最大工作压力，由下式确定：+ （71）式中 液压缸或液压马达最大工作压力（MPa）由液压泵出口到液压缸或液压马达进口之间的管路沿程阻力损失和局部阻力损失之和。这些阻力损失只有在液压元件选定后，并绘出管路布置图才能计算。在初算时按经验数据选取：管路简单，流速不大的取=0.20.5MPa；管路复杂，流速较大的取=0.51MPa。该系统取=0.5MPa由公式（511）得：=10.82+0.511.32MPa；6.1.2确定液压泵的流量和排量；当多液压缸（或马达）同时动作时，液压泵的流量要大于同时动作的几个液压缸（或马达）所需的最大流量。并应考虑到系统的漏损和液压泵磨损后容

33、积效率的下降。即有下式计算液压泵的流量公式：（） （m/s） （72）式中 系统泄漏系数。一般取1.11.3。大流量取小值，小流量取大值。该系统取=1.1（）同时动作的液压缸（或马达）的最大流量（m/s）；可以从Qt图上查得。对于工作过程始终用节流调速的系统，在确定流量时，尚需加上溢流阀的最小流量，一般取0.0510 m/s由Qt图得到液压缸所需最大流量31.8L/min；由公式（72）得：1.131.8=34.98L/min；此液压系统采用液压变 转速为1500r/min；排量公式：=/1500 （73）由公式（73）得：=34.98/1500=0.02332L/r=23.32ml/r；6.

34、1.3选择液压泵的规格按已算出的最大工作压力和流量，得出液压泵的额定压力=（1+25%）=14.15MPa。查阅文献9，选则液压泵的型号为JPW200/30-45；排量32ml/r；转速1500r；额定压力21MP；额定流量得：321500/1000=45L/min，这里选45 L/min；6.1.4确定驱动液压缸的功率由于本机器采用闭合式液压系统，压力损失很小，可以忽略不记。这一点可以在后边的系统验算中得到准确的验证。所以液压泵的输出功率用下式计算：= （74）式中 液压泵的输出功率（kw）液压缸压力（MPa）液压泵的流量（m/s）一、液压缸处于启动时由JPW200/30-45型号液压泵的压

35、力、流量曲线图可得：=0.00053m3/s,所以由公式（74），得：=（） =（1.010/0.01）0.00053=530（w）二、液压缸压力达到最大值时（即到达系统最高压力时）由JPW200/30-45型号液压泵的压力、流量曲线图可得：=0.0002m3/s,所以由公式（74），得：=10.82100.000210=2.164kw三、液压缸处于快退时由JPW200/30-45型号液压泵的压力、流量曲线图可得:=0.00051 m3/s,所以由公式（74），得：=2.2100.0005110=1.12kw因此，选出液压泵的最大输出功率=2.164kw。6.2 电动机的选择 电动机分交流电动

36、机和直流电动机两种，如无特殊说明时，一般选择交流。选择电动机的类型和结构形成应根据电源种类（交流或直流），工作条件（环境、温度、空间、位置等，载荷的大小和性质的变化，过载情况等），启动性能和启动、制动正反转的频率程度等条件来选择。Y系列三相笼式异步电动机是一般用途的的全封闭式鼠笼三相异步电动机。由于结构简单，工作可靠，价格低廉，因此本设计选用此电动机。根据所求得到的液压泵的功率，对电动机进行选择，根据参考文献4本设计可选电动机Y100L24，其额定功率为3kw，转速为1430r/min。6.3 控制阀的选择选择控制阀应按额定压力、最大流量、动作方式、安装固定方式、压力损失数值、工作性能参数和工

37、作寿命来选择。1. 应尽量选择标准定型产品，一般不使用自行设计专用的控制阀。 2. 一般选择控制阀的额定流量应比系统管路实际通过的流量大一些。必要时允许通过阀的最大流量超过其额定流量的20%。3. 应注意差动液压缸由于面积差形成不同回油量对控制阀正常工作的影响。方向控制阀主要有手动换向阀，机动换向阀，电磁换向阀等几种形式。由前面所分析，本课题设计的机器所用的换向阀为电磁换向阀。由于本液压系统中要的是三个位置的换向阀，在这里简单介绍下三位四通换向阀的功能。1. 三位四通换向阀处于中位，各油口封闭，该液压泵处于卸荷状态。2. 三位四通换向阀处于左端，油口P与B之间相连，A与O之间相连，液压缸下降动

38、作，完成快进和工进两种动作。3. 三位四通换向阀处于右端，油口P与A之间相连，B与O之间相连，液压缸上升动作，完成快退工艺。图71 三位四通手动换向阀参考同类机械的选择，查阅参考文献9，选择换向阀的型号为：4SH。6.4 管道（导管）的选择 选择管道的主要内容是根据压力损失，发热量和液压冲击，合理确定管道内径、壁厚和材料。在液压传动中常用的管子有钢管、铁管、胶管、尼龙管和塑料管等，该设计管道选择45号无缝钢管。6.4.1 管道内径的确定由流体力学可知，当通过管道的油液流量Q一定时，管道内径决定管道截面的油液平均流速v；即：1130 （75）式中 液体最大流量 m/s 管道内液流平均流速m/s；

39、 惯用流速：对吸油管12m/s（一般取1m/s以下）；对于压油管36m/s；对于回流管1.52.5m/s当对吸油管道时，吸油管平均流速在此取=1.5m/s；由公式（75）得：d=1130=20.83mm根据文献4表14.212取=25mm；当对压油管道时，吸油管平均流速在此取=4m/s；由公式（75）得：=1130=12.75mm根据文献4表14.212取=20mm；当对回油管道时，吸油管平均流速在此取=2m/s；油管平均流量在此取=/2；由公式（75）得：=1130=18.05mm根据文献4表14.212取=20mm；6.4.2 管道壁厚的计算管壁厚度计算公式： /2= （76）式中 管道壁

40、厚（m） 管道承受的最高工作压力（MPa） 管道内径（m） 管道材料的抗拉许用应力（MPa） 材料的抗拉强度（MPa），在此取=600MPa 安全系数，它需要考虑管道径向尺寸的误差与形变，管道内径的压力脉动，液压冲击，管道的材料质量及工作压力的周期变化等不安全因素。故一般规定=48。液压震动，压力冲击大取大值；液压震动，压力冲击小取小值。本设计取=4。 =/ （77） =600/4=150MPa；当对吸油管时由公式（76）得：=（2125）（2150）=1.75mm计算出值应符合标准系列值，查文献4表14.212得=5mm。外径管=25+25=35mm;查阅文献4得管=35mm;当对压油管时由

41、公式（76）得：=（2120）（2150）=1.4mm计算出的值应符合标准系列值，查文献4表14.212得=5mm。外径管=20+25=30mm ;查阅文献4得管=30mm;当对回油管时由公式（76）得 ：=（20.520）（2150）=1.36mm计算出的值应符合标准系列值，查文献4表14.212得=5mm。外径管=20+25=30mm ;查阅文献4得管=30mm;6.5 确定油箱的容量油箱在液压系统中除了储油外，还起着散热分离油液中的气泡，沉淀杂质等作用。油箱中安装有很多辅件，如冷却器、加热器、空气过滤器及液位计等。油箱的设计要点： 1. 油箱必须有足够大的容积。2. 吸油管及回油管应插入

42、最低液面下，以防止吸空和回油飞溅产生气泡。3. 吸油管和回油管之间的距离要尽可能远些。4. 为保持清洁，油箱应有周边密封的盖板，盖板上有空气过滤器。5. 油箱底部应距地面150mm以上，以便于搬运，散热，放油等。6. 对油箱内表面要做好防腐处理。 本设计初选油箱体积为0.3m。其散热情况将在性能演算中讨论。6.5.1液压油的选择液压油应具有适当的粘度和良好的粘温特性，油膜强度要高，具有较好的润滑性能，能抗氧化稳定性好，腐蚀作用少，对涂料、密封材料等有良好的适应性。同时液压油还应具有一定的消泡能力。液压系统能否可靠运行，很大程度取决于系统所选的液压油。选择液压油，首先是介质种类的选择；然后考虑合

43、适的粘度；最后还要考虑使用条件等因素。本设计选用抗磨液压油，可选用型号YBN32。密度为900kg/m，比热容=1.88kJ/kg.C；40C时运动粘度值为32mm/s；6.5.2过滤器的选择过滤器的功能是清除液压系统工作介质中的固体污染物，使工作介质保持干净，延长元器件的使用寿命。它是液压系统里不可缺少的重要辅件。所选的过滤器，应具有足够大的通油能力，并且压力损失要小，过滤精度应满足液压系统或元件所需清洁要求。有足够的强度，滤芯要便于更换和清洗。根据参考文献1表43.818，可选择过滤器的型号WU16080；其最大流量为160L/min，过滤精度为80m。6.6 联轴器的设计联轴器所连接的两

44、轴，由于制造及安装误差，承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位移。这就要求设计联轴器时，要从结构上采用各种不同的措施，使之具有一定的相对位移的性能。弹性联轴器利用弹簧元件的弹性变形来补偿两轴之间的相对位移，而可动元件之间的间隙小，特别是那些需要经常启动和逆转的传动。于是电动机出来后直接相连的就是液压泵，它们之间就必须是弹性联结，使用一个有弹性元件的联轴器。 根据参考文献8表41.529，选用弹性柱销联轴器，型号为HL5型。第7章 液压系统的性能验算 液压系统在初步设计时，各种参数都是靠经验估计出来的，当回路形式，液压元件及连接等完全确定后，针对实际

45、情况，对所设计的系统进行各项性能分析，对于一般液压传动系统来说，主要是进一步确切的计算液压回路的各段压力损失、压力冲击和发热升温等方面。以便使系统设计更加完善与可靠。7.1 管路系统压力损失当系统元件，辅件规格，系统管路尺寸确定后，即可进行系统压力损失计算。它包括管路的沿程压力损失P，局部压力损失P及阀类元件的局部损失P。即=+ （81）式中 = /2 （82）=/2 （83）=（/） （84）式中 管道长度（m）管道内径（m）液流的平均速度（m/s）液压油的密度（kg/m）沿程阻力系数局部阻力系数阀的额定流量（m/s）通过阀的实际流量（m/s）阀的额定压力损失（MPa）7.1.1沿程压力损失

46、的计算在整个系统中有两段沿程压力损失：一段发生在液压泵到液压缸这个沿程上，沿程为=1.7 m，管道内径为0.02m，第三段发生在液压缸到油箱这个沿程上，L=2.3m，管道内径为0.02m。由于系统在快进的时候得到最大值=30.6L/min=0.00051m/s；本设计选择的液压油运动粘度为32mm/s，密度为900kg/m；当是回油管时，管道里的流量为最大值的一半即0.000255m3/s实际流速为：=4/=0.812m/s=/ =8122300 式中 -液压油运动粘度 所以油路在管路中是呈层流状态，其沿程阻力系数：=75/=75/812=0.092当是压油管时，管道里的流量为0.00053m

47、3/s实际流速为：=4/=1.688m/s=/ =10552300 式中 -液压油运动粘度（mm/s） 所以油路在管路中是呈层流状态，其沿程阻力系数： =75/=75/11055=0.071由公式（82）得：=/2+/2； =（0.0711.7）/0.02（9000.812）/2+（0.00922.3）/0.02（9000.812）/2 =17906+313.9=18219 Pa7.1.2管路内的局部压力损失管道内的局部压力损失是通过管路中折管和管接头等处的管路局部压力损失，以及通过控制阀的局部压力损失之和。由于本系统设计中的管路没有多少折管和管接头。这一部分的压力损失很小，几乎为零。7.1.

48、3阀类元件的局部压力损失由于该液压系统比较简单，控制阀中有压力损失的就只有手动换向阀。因此在这里计算手动换向阀导致的局部压力损失，该系统选择的电磁换向阀的几个参数。=0.001=0.02MPa由流体力学知识得实际流量的计算公式：= （85）式中 小孔流量系数，参考文献10，一般取C=0.61换向阀的额定压力损失（MPa）。从换向阀的技术参数里面查得=0.02MPa液压油的密度（kg/m）由公式（85）得：=0.610.001 = 0.0041 m3/s由公式（84）得：=0.0210（0.0041/0.0042）=0.019MPa所以系统总的压力损失由公式（513）得：=+ =7502+190

49、00=0.026502 MPa可见本系统压力损失很小。即液压泵的出口压力为=10.82+0.0182=10.8421MPa 由计算出来的结果可以知道，液压泵打出来的压力低于其额定压力，所以泵的选择是合理的。7.2 液压冲击的计算在液压系统中，当迅速的换向或关闭油路突然使流速改变时，系统内就会产生压力的剧烈变化，这就是液压冲击现象，液压冲击大的系统要安装液压缓冲装置。通过分析本液压系统，该液压系统的最大冲击发生在液压系统突出关闭的时候，当液压系统瞬时关闭液流时，管道内最大的液压冲击按下式计算：= （86）式中 液流发生变化前的流速（m/s）液压油的密度（kg/m） 油的容积的弹性系数 =1.67

50、10MPa； 管道内材料的弹性系数 =2.110MPa； 管道内径（m） 管道的壁厚（m）当是吸油管时，由公式（86）得：= =0.51MPa当是压油管时，由公式（86）得：=0.37MPa当是回油管时，由公式（86）得：=0.37MPa液压冲击在本系统中不是很明显，因此可以不安装液压缓冲装置。7.3 液压系统热分析及其计算液压系统的压力，容积和机械三方面的损失构成总的能量损失。这些能量损失将转化成热能，使液压系统油温升高，系统油温过高会产生下列不良影响：1.使液压油的粘度大大降低，泄露增大，溶剂效率下降，并使油液节流元件的节流特性变化，造成速度不稳。2.引起热膨胀，使运动副之间间隙发生变化，

51、变小的时候可能造成元件的“卡死” ，失去工作能力，变大的时候会造成泄露增大。3.密封软管和过滤器等辅助元件，有一定的温度限制。如果温度超过这个限制，他们就不能正常工作。4.引起机器构件的热变形，而破坏其应有的精度。7.3.1液压泵功率损失产生的热流量（热量）由计算公式：=（1-） （87）式中 液压泵的输入功率（kw） 液压泵的效率，=0.8由公式（87）得： =9.6（1-0.8） =1.92kw液压油通过阀（孔）时产生的热量：= （88）式中 通过阀（孔）的压力降，一般换向阀取=0.05MPa 通过阀（孔）实际流量（L/s）由公式（88）得：=0.051017210/60 =143w=0.

52、143kw所以系统产生总的热量： = +=1.92+0.143=2.063kw；7.3.2液压系统的散热计算根据参考文献2，一般油面高度为油箱高的0.8倍。如图81。因为前面初步得油箱的有效容积为0.3m，所以0.8=。即=1.250.8=1 m；取=0.5m， =1m， =0.48m，H=0.6m一般，取与油箱相接触的油箱表面积和油面以上的表面和之半作为油箱的有效散热表面积。根据文献2可得油箱的散热面积计算公式：=（+2+2）+1/2+2（-）+2（-） =1.94+0.43 =2.37m图81计算油箱的散热功率：= （89）式中 油箱散热系数w/m.C，由于本设计的油箱尺寸比较大，所以采用

53、外置油箱，通风良好。根据参考文献1， K=50w/mC油箱的散热面积（m2）油温与环境温度之差C，=35C由公式（89）得：=502.3735=3360w=4.1475kw；因为，即4.1475 kw2.063 kw所以油箱的散热已满足该系统产生的热量要求，故不需要另加冷却器。第9章 机架的设计在机械或仪器中，支撑或容纳部件的零件称为机架。故机架是底座、机身、壳体以及基础台等零件的统称。机架分类按机构形式分，可分为梁式刀架框架、平板式机架，箱壳式机架。按制造方法和机架材料分为铸造机架、焊接机架、非金属机架等。机架的设计准则：机架的设计主要应保证刚度、强度和稳定性的要求。此外，对于机床仪器等精密

54、机械，还应该考虑变形问题。设计时的变形尽量小，机架的刚度和强度都应从静态和动态两方面进行考虑。提高静刚度和固有频率的途径是：合理设计机架的截面面积和尺寸。合理选择壁厚和布肋。注意机架的整体和布局刚度及结合面的刚度匹配等。机架设计的一般要求：1. 在满足强度和刚度的前提下，机架的自重应该要求尽量轻，减少成本。2. 抗腐性好，把受迫震动副减小到最小3. 机械在工作时，噪声应尽量小。4. 温度场合分布合理，热变形对温度的影响小。5. 机构设计合理，工艺性良好，便于铸造，焊接和机械加工。6. 结构应便于安装和调试，方便修理和更换零件。7. 有导轨的机架，要求轨道面受力合理，耐磨性好。8. 造型美观，使

55、之即经济又美观。根据以上条件和液压机的具体工作情况，选择框架式机架。9.1 机架材料的选择由于多数机架形状比较复杂，一般采用铸铁。由于铸造性好，价格低，吸震性好，主要的重型机架常采用铸钢。当要求重量轻时，可以用铸造或锻压铝合金等轻金属制造。焊接机架具有制造周期短，重量轻，成本低等优点，故在机架制造中，焊接机架日益增多。焊接机架主要有钢板，型钢和铸钢等焊接而成。还有的机架则益采用非金属材料。根据经验和查阅相关资料，液压机本设计的材料选用铸铁。查表得铸铁牌号为HT200。他的流动性好，体收缩和线收缩小，容易获得复杂的形状。在铸钢中添加少量的金属元素，可提高耐磨性能。铸钢的内摩擦大，阻尼作用强，故动

56、态刚度好，铸钢还具有切削性好，便宜和使用方便易，于大量生产的优点。铸铁广泛应用于轧钢机械，重型机床的床身等场合。所以本设计采用HT200。第10章 PLC控制10.1总体规划编织物包装压缩机主要有两大系统组成：一、液压系统；二、电气系统。液压系统由泵、阀、油缸、油箱和管路等组成，借助于电气系统的控制，可驱动压头完成点动和半自动循环等规定的工艺动作。本章主要是电气系统的设计，任务是按照液压系统规定的动作图表驱动电机、选择规定的工作方式，使有关电磁铁在PLC以完成点动和半自动循环指定的工艺动作。先启动电机，按下SB1，X005置1，辅助继电器M1得电驱动换向阀动作，压头块回程，放手手动作即停。打开光电