金属液压打包机液压系统及泵站设计.docx
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金属液压打包机液压系统及泵站设计
2014届毕业设计（论文）课题任务书
学院（部）：
机械工程学院专业：
机械工程及自动化
指导教师
学生姓名
课题名称
金属液压打包机液压系统及泵站设计
内
容
及
任
务
一、设计的主要技术参数
本机是专为处理塑性金属废料，使其压缩成形，成为高密度的冶炼原料为目的而设计制造的压力机，需要较大压力将金属废料压制成型，根据市场要求以及参考市场上已有液压打包机，初步将待设计液压打包机参数确定为如下：
1、公称力主缸：
1000KN
侧缸：
630KN
备注：
该机生产效率1000-2000kg/h,出料方式为自动和半自动两种。
2、液体最大工作压力：
26.5Mpa
3、包块尺寸：
长500mm
宽300mm
高300mm
二、设计任务
1、金属液压打包机的总体布置；
要求：
a.初选金属打包机类型；
b.各组成部分结构简图；
c.确定金属液压打包机的外形尺寸并画出总体尺寸联系图；
2、金属液压打包机的整体工艺设计和传动系统设计；
拟定的方案内容有：
工艺分析，主要技术参数，传动系统及参数的确定，传动路线图。
3、电动机设计与液压系统的设计：
电动机设计：
确定电动的规格型号以及其传动方式。
液压传动设计：
确定液压泵的型号与液压传动系统结构设计及其结构参数优化。
拟
达
到
的
要
求
或
技
术
指
标
本课题要求根据市场需求和给定的技术参数设计出一台金属液压打包机，能够自动和半自动的完成塑性金属的打包工作，它能处理塑性金属废料，使其压缩成形，成为高密度的冶炼原料，厚度较小的塑性黑色金属的边角余料，废线材，小型薄壁容器，包装物及废弃的金属生活制品等在冷态下均可用本机压缩成长方体状的包块，以便贮存，运输及冶炼。
还可以压缩成正方体不同形状的包块，以及不同大小的包块，对金属液压打包机进行技术设计，作出二维装配图，液压系统图，三维图以及技术说明。
拟完成以下工作：
1、完成液压系统总装图（1张0号图纸、手工绘图）；
2、完成主要零件、部件图（2张0号图纸、计算机绘图）；
3、完成不少于50页A4幅面的设计计算说明书（打印文稿）。
进
度
安
排
起止日期
工作内容
调研，收集资料，熟悉课题任务，完成开题报告
20
完成设计说明书初稿，绘制草图，完成中期检查表
201
编制好完整的设计说明书和图纸，整理装袋
主
要
参
考
资
料
[1]成大先机械设计手册（单行本）[M]北京化学工业出版社,2004
[2]机械设计手册[M]北京化学工业出版社,1976
[3]何存兴，张铁华液压传动与气压传动[M].第二版.武汉：
华中科技大学出版社，2000
[4]沈鸿机械设计手册[M]北京机械工业出版社,1982
[5]俞新陆锻压机械液压传动[M]北京：
机械工业出版社，1982.3
[6]许福玲，陈尧明.液压与气压传动[M]北京：
机械工业出版社,2007.5
[7]张利平液压传动系统及设计[M]北京：
化学工业出版社，2005.8
系（教研室）
意见
签名：
年月日
学院（部）主管领导意见
签名：
年月日
第1章绪论..........................................................1
1.1文献综述.........................................................1
1.2选题依据、主要研究内容、研究思路及方案...........................3
第2章打包机的主体设计分析
2.1打包机的结构设计................................................5
2.2压缩室的设计....................................................9
2.3液压缸的结构设计................................................9
2.4锁紧机构的结构设计.............................................12
2.5机身的结构设计.................................................14
2.6机盖长轴轴系的设计.............................................14
第3章打包液压机液压系统的设计
3.1液压系统的特点.................................................17
3.2液压系统工况分析...............................................18
3.3拟定液压原理图.................................................18
3.3.1确定供油路线........。
.......................................19
3.3.2液压回路的设计..............................................19
3.3.3拟定液压系统图..............................................19
3.3.4液压系统原理图的分析设计....................................20
3.4液压系统的计算和液压元件的选定.................................23
3.4.1液压缸的设计计算............................................23
3.4.2液压元件的选择.............................................26
第4章设备安装及操作注意事项
4.1设备的安装.....................................................35
4.2调整试车.......................................................35
4.3操作及安全操作注意事项.........................................36
4.3.1操作说明...................................................36
4.3.2安全操作及注意事项........................................36
参考文献.............................................................37
总结..................................................................38
第1章绪论
1.1文献综述
1.1.1液压金属打包机的研究现状
我国液压金属打包机的研制应用起步于20世纪80年代中期。
液压金属打包机研制的最终目的是将各种金属边角料（钢刨花、废钢、废铝、废铜、废不锈钢以及报废汽车废料等）挤压成长方体形状的合格炉料，既可降低运输和冶炼成本，又可提高投炉速度。
随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，各工业部门的金属下脚料及生活用金属制品的废弃物都日益增多，这无疑将会对人类环境产生污染；另方面人类社会的不断消耗，各类矿物资源也会逐渐减少。
如何利用金属废弃物，即防止污染，又变废为宝，资源永续成为一个重要的研究课题摆在人类面前。
近年来，社会各界十分重视提高打包机械及整个打包系统的通用能力和多功能集成能力，目前，我国打包机械还是以仿制为主，对国外的产品稍加改进，谈不上开发研究，在企业管理上，往往重生产加工、轻研究开发、创新不够，所以我们要敢于创新，在自身方面探索研究实践，加强自身的技术，为我国包装机械的发展做出自身的贡献。
废钢加工设备一般使用在再生资源回利用公司和基层回收站，约占设备总量的85%～95%。
从20世纪80年代后期引进国外废钢打包机至今已有20余年，中国加入世贸织也已多年，世界经济一体化进程不断加快，而我国液压打包机的研制现状仍有许多令人不满意的地方。
1、新产品开发研制的动力、财力不足。
目前在企业中设有科研所的只有湖北力帝公司和江苏华宏科技股份有限公司。
在竞争日趋激烈的今天,企业只能以赢利为目的，而国家和政府又没有科研经费投入，这一领域似乎成了无人管辖的角落。
2、经久耐用、简单可行的设备受欢迎。
中国的国情主张勤俭节约，投入少产出多，特别是废钢加工设备只要求简单易用，不欢迎复杂奢侈。
但是在20多年后的今天，废钢打包机仍是老面孔，并没有多少新元素加入，新产品的开发也并不多见。
所以，我国制定了在“十一五”期间的发展方向为：
稳定现有废钢加工设备生产企业，并使之健康发展；注重科技投入，加强国际间的交流合作；发展先进加工工艺,以增加纯净废钢的市场供应量；建立废钢加工设备基金会。
目前，世界先进打包机械的发展已呈现出集机、电、气、液、光、磁、生为一体的势头,生产的高效率化、产品节能可回收化、高新技术实用化、智能化已成趋势,这也应该是我国包装机械业的主流发展方向。
建议中国废钢铁应用协会和废钢加工设备委员会组织力量开展全国范围废钢加工设备产量、产值以及生产能力调查，包括各类生产企业、工程技术人员，产品销售地域等等。
以普查为基础，组织行业专家制定
1、高速化，高效化，低能耗。
提高液压机的工作效率，降低生产成本。
2、机电液一体化。
充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。
3、自动化、智能化。
微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分条件。
自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能。
4、液压元件集成化，标准化。
集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄露和污染。
标准化的元件为机器的维修带来方便。
5、安全性。
采用安全防护装置，确保操作人员和检修人员的安全。
2.液压金属打包机原理
液压金属打包机的基本原理就是利用金属材料在外力作用下，能产生塑性变形的性质，给金属材料以足够的、能聚集并产生永久形变的外力，从而形成紧密的束块。
所以不能产生塑性形变，或塑性变形很小的金属，不能直接进行打包处理。
如高碳钢、工具钢、钢丝绳及铸铁等，就不能直接装机进行打包。
金属打包的基本要求：
（1）要有足够的挤压力。
能使被处理的金属材料产生塑性变形束块，并使被束块达到一定要求的密度。
（2）要有一个能容纳金属物料、并能封闭起来承受挤压力的料箱。
在满足这两项基本要求的前提下，又根据不同的应用要求和不同的处理对象，就产生了许多不同类型的金属打包机。
金属打包机的工作原理，就是在一个封闭的料箱内，使用工作力推动压头对金属物料进行挤压，使金属物料形成一定尺寸和密度的束块压机工作性质
1.2选题依据、主要研究内容、研究思路及方案
选题依据:
这次课题涉及到液压系统的设计，目的就是对我们四年所学知识系统的总结和灵活的运用，也为我们以后的工作打下良好的基础，此次课题的重要性不言而喻。
在产品结构调整方面,要尽快改变以低技术含量为主的状况,学习国外先进技术,开发生产高效低耗、产销对路的大型成套设备和高新技术产品,根据国情开发出适用的包装设备,加速包装机械的更新换代,进一步开拓国际国内市场。
近年来，包装界十分重视提高包装机械及整个包装系统的通用能力和多功能集成能力，为市场开目前，我国食品和包装机械还是以仿制为主，对国外的产品稍加改进，谈不上开发研究，在企业管理上，往往重生产加工、轻研究开发、创新不够，所以我们要敢于创新，在自身方面探索研究实践，加强自身的技术，为我国包装机械的发展做出自身的贡献。
主要研究内容：
（1）打包机液压系统的总体设计：
明确液压系统的使用要求进行负载特性分析确定回路方式
（2）主要液压零部件的设计，其中包括泵站，阀块，液压缸等
（3）机械本体设计与三位造型
（4）电气控制系统及PLC程序设
研究思路及方案：
液压系统设计作为主机设计的重要组成部分，设计时必须满足主机工作循环所需的全部技术要求，且静动态性能好、效率高、结构简单、工作安全可靠、寿命长、经济性好、维护方便，明确与液压系统有关的主机参数的确定原则，要与主机的总体设计综合考虑，做到机、电、液相互配合，保证整机的性能最好。
液压系统设计的步骤一般是：
1、明确液压系统的使用要求，进行负载特性分析。
由于主机对液压系统的使用要求是液压系统设计的主要依据，因此，必须明确：
主机的用途、总体布局、对液压装置的位置及尺寸的限制，主机的工艺流程等，液压系统的工作环境，以及经济性和成本方面的要求
2、设计液压系统方案。
其中包括：
确定回路方式，选用液压油液，初定系统压力，选择执行元件，确定液压泵的类型，选择调速方式，选择换向回路等。
3、计算液压系统的主要参数：
包括执行元件结构尺寸计算，液压泵性能参数的计算
4、绘制液压系统的工作原理图
5、选择液压元件：
其中包括控制阀的选择，辅助元件的选择，液压阀配置形式的选择，泵-电机装置的选择
6、验算液压系统性能：
主要对压力损失的验算和系统发热升温的验算
7、液压装置结构设计
8、绘制工作图、绘制文件、并提出设计任务书。
设计液压传动系统是应注意：
1、在组合基本回路时，要注意防止回路间相互干扰，保证正常的工作循环。
2、提高系统的工作效率，防止系统过热。
经常停车制动，应使泵能够及时地卸荷；在每一工作循环中耗油率差别很大的系统，应考虑用蓄能器或压力补偿变量泵等效率的回路。
3、防止液压冲击，对于高压大流量的系统，应考虑用液压换向阀代替电磁阀，减慢换向速度；采用蓄能器或增设缓冲回路，消除液压冲击。
4、系统在满足工作循环和生产率的前提下，应力求简单，系统越复杂，产生障的机会就越多。
系统要安全可靠，对于做垂直运动提升重物的执行元件应设有平衡回路；对有严格顺序动作要求的执行元件应采用行程控制的顺序动作回路。
此外，还应具有互锁装置和一些互锁措施。
5、尽量做到标准化、系列化设计，减少专用件设计。
第2章打包机的主体设计分析设计
2.1打包机的结构设计
打包机主体设计的基本任务是根据工作要求以及推杆推压金属废料块的运动方式选定合适的机体结构，并合理地选定有关的结构尺寸，然后设计出满足条件的打包机的压缩室。
所以，对打包机的推压包块的运动过程进行分析是完成集体设计的前提。
2.1.1打包机的总布局
金属液压打包机的总体布局图如下：
打包机由机身、主缸、侧缸、盖缸、门缸、紧锁机构、动力装置、管道系统、电气系统（包括电柜和操作台）等组成。
1、机身
机身是机器的主框架，由底座、左、右侧架、前架通过螺栓，键形成一开口向上的整体料箱。
机盖由半轴通过侧架后部的孔支撑，形成铰接。
封闭、开启机盖可进行打包或加料工作。
主缸装在主缸横梁内，并由横穿机体前段的两根拉杆及副拉杆、螺母等零件构成一框架承受主缸压力。
侧门在机体左侧架的槽内滑动，门的上下两侧装有镶条，机盖的孔内装有轴套，以便磨损后更换，料箱四壁，主、侧压头及门上均装有护板，底、侧护板还开有刮屑槽，以利侧压头工作时不至于卡料，主压头工作腔为高压室，其周围护板均经过耐磨处理，各护板磨损后均可更换。
2.主缸其安装于机身后部支架上。
其外伸活塞杆由一销轴与机盖上的孔铰接，活塞杆运动时带动机盖运动，在销轴铰接的部位均镶有轴套，磨损后可更换。
5.门缸
门缸是门工作的执行机构，缸体为焊接封底整体式结构，缸口语缸体采用螺纹连接。
它安装于机身左侧架上，缸体后端耳环与紧固于侧架上的支座由销轴铰接。
为便于安装，在缸体前部下面设有一可调支撑，活塞杆的伸出端端面为球面，与门端面中孔的球面垫圈接触，由二对开压板紧固安装。
以上各缸为双作用单活塞杆油缸。
缸体内装有活塞，活塞上装有Yx形密封圈，使缸内形成两个油腔，当高压油作用在密封圈上时，使密封圈唇边紧贴在活塞与缸壁上，以保证两个活塞互不串通。
油缸两端也装有密封圈，缸口设有导向套，用作活塞杆的支撑和导向。
缸口还装有防尘圈，以防杂物进入油缸，除门缸缸体为优质无缝钢管焊接的封底式整体结构外，其余缸为通孔式，缸底可卸，用“O”形密封圈密封。
6.紧锁机构：
共有两套，装于前架上部的两孔内，用螺栓紧固。
该机构由缸体，活塞杆及锁销，弹簧组成。
锁紧缸为单作用式油缸，活塞上装有Yx形密封圈，只前腔通油，，活塞杆向两端伸出缸外，前伸出端为紧锁部分，其间由弹簧。
始终使活塞杆呈外伸趋势，后伸出端装有撞块，运动时碰撞行程开关，发出动作指令。
机盖合盖时锁销在压力油作用下缩回到前架销孔内，当合盖到位后，锁销又在弹簧力的作用下伸出，将机盖锁住使其不因包块的膨胀力而张开，开盖前，用压力油使锁销退回。
7．动力装置
是极其的动力源，由油箱、电动机、油泵、液压阀及通路体等零部件组成。
油箱上还装有空气滤清器、回油滤清器、压力表、液位计、放油塞等。
（1）油箱
油箱箱体为钢板焊接件，是液压系统工作用油的容器，也是电动机与泵阀元件安装的支承。
油箱两侧没有清洗孔，后端下部设有放油嘴，用于排放油箱余油，侧面的放油嘴用于排放回油滤清器余油，油箱的一侧面设有液位液温计，便于指示和观察箱内的釉面高度。
（在油箱后端还可增设冷却器，控制油温，便于气温高的地区使用）
空气滤清器是油箱加油的注入口，也是维持油箱内外压力平衡的气流通道，以防外界尘埃进入系统。
（2）主油泵
（4）换向阀：
控制液压系统方向的元件。
本机采用滑阀式电液换向阀。
由电磁阀和液动阀等两部分组成。
电磁阀起先导作用，它操纵来自控制油泵的压力油推动液动阀（主阀）阀芯运动，利用主阀芯与阀体的沟槽位变更，构成不同的通油通道达到换向目的。
该换向阀接受电讯号而工作。
本机采用34BYY-B32H-TZZE和34BYM-B32H-TZZE型三位四通电液换向阀，均为双电液阀板式连接。
还采用一个24BYb-B32H-TZZE型二位四通电液换向阀，为单电液阀板式连接。
它们并行安装于三联通路体上面。
（5）溢流阀：
控制液压系统压力的元件
液压原理图中⑦号阀为高压溢流阀，型号为YF-B20H4，是一种平衡式溢流阀，利用手轮调节压力，此阀作为主液压系统的最高压力控制阀—安全阀。
起调节压力高于系统最大工作压力（26.5MPa）,即28MPa。
⑧号阀为中压溢流阀，型号为YF-B20H3，次阀为保护机盖及其高压软管在许可的压力范围内工作，其最高压力不得大于15MPa，在不影响机盖运转及松散物料预压的情况下应选用较低的压力，③号阀为低压溢流阀，是一种直接作用的滑阀式结构溢流阀。
此阀为“控制油路”的调节元件，起压力调节值为1.0-1.2MPa。
三个溢流阀都安装于通路体侧面上。
（6）液控单向阀—保压元件
此阀与单向阀相似，用于防止油反向流动，但需要油液反向流动时，又可利用控制油开启单向阀而实现。
本机采用DFY-B32H1型液控单向阀，其目的是侧缸加压后，保持侧缸的压力，当侧压头到位，主压头挤压时不致包快的膨胀力而使侧压头后退。
（7）直控单向顺序阀：
型号为XD2F-B20H2
此阀由单向阀和顺序阀组成，即带有单向阀的顺序阀，在一个方向上，油液必须有一定的压力才能通过，其通过压力可经手轮调节，而反向油液可自由通过。
本机使用此阀的目的在于构成主、侧缸回程时拔销首先动作以及侧门先关闭机盖开启后动作的压力控制顺序动作回路。
其调定压力在4MPa之内，以能实现上述顺序动作为准。
（8）平衡阀：
本机采用XD1F-B20H3平衡阀，为盖缸推杆腔提供必要的支承压力，防止机盖因自重下滑，其平衡压力调节在2.5MPa左右。
（9）压力表：
便于观察、调节系统的压力。
本机设置了4个压力表。
18号压力表的规格是4MPa，用于指示控制回路的压力。
5号压力表的规格是40MPa，用于指示工作回路的压力。
以上两个压力表均设有压力表开关，压力调节正常后，可关闭油路，使压力表不工作。
4号为两个电接点压力表，规格是40MPa。
本机使用这两个表的目的是主、侧缸工作达到其调定压力值时发出电讯号，转换下一工序。
其最高调定值限位26.5MPa。
另有一个压力表，装于回油滤清器封盖上，若压力达到0.25MPa，表示回油阻力太大，滤网堵塞，需要清洗。
（10）通路体：
是液压系统各控制阀之间通油管路的集成体，也是各个阀的安装基面。
三块并联安装于油箱面上，回油孔直接通入油箱内，侧壁上有出油孔，与外部管道连接，通往各油缸。
8.电气控制柜
润滑装置：
在门导轨、个传动轴、锁销等运动部位装有压注式油杯，由人工这个注油枪注入稀油润滑。
2.2压缩室的设计
压缩室的尺寸设计：
根据压缩后技术包的体积为0.5×0.3×0.3m3。
确定压缩室尺寸为：
1.6×0.7×0.55m3
选用材料为：
机身采用厚钢板网络格式焊接结构，坚固耐用；内衬板为45号钢板表面硬淬处理，耐磨性更好。
具有结构稳定；衬板调整方便、安全可靠等特点。
2.3液压缸的结构设计
主缸的设计：
（1）缸筒
钢筒的材料应满足的要求
（1）.有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态试验压力而不致产生永久变形。
（2）.有足够的刚度，能够承受活塞侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲。
（3）.内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作而磨损少，尺寸公差等级和行位公差等级足以保证活塞密封的密封性。
（4）.需要焊接的缸筒还要求有良好的可焊性。
，以便在焊上法兰或管接头后不至于产生裂纹或过大的变形。
——缸筒外径公差余量
——腐蚀余量
通过计算最后得缸筒的壁厚为38mm
缸筒的制造工艺：
（1）.缸筒内径采用H7级配合，表面粗糙度
值为0.32um，都需要进行研磨。
（2）.热处理：
调质，硬度
。
（2）活塞
由于活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此，它与缸筒的配合应适当，既不能过紧，也不能间隙过大。
配合过紧，不仅使最低启动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的滑动配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄露，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。
液压力的大小与活塞的有效工作面积有关，活塞直径应该与缸筒内径一致。
所以，设计活塞时，主要任务就是确定活塞的结构型式。
（1）.主缸的活塞结构型式采用整体式。
（2）.活塞与活塞杆的连接形式采用卡环式。
（3）.活塞材料：
20钢
（4）.活塞尺寸及加工公差：
活塞宽度一般为活塞外径的0.6-1.0倍，这里取0.7倍，即154mm。
活塞外径的配合一般采用f9，外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm，端面与轴线的垂直度不大于0.04mm/100mm。
（3）活塞杆
（1）.活塞杆采用实心结构。
（2）.活塞杆选用材料为45钢。
活塞杆要在导向套中滑动，采用H8/h7配合。
太紧了，摩擦力大，太松了，容易引起卡滞现象和单边磨损。
其圆度和圆柱度公差不大于直径公差之半。
安装活塞的轴颈与外圆的同轴度公差不大于0.0
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