步进式环形输送线液压控制毕业设计.docx

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步进式环形输送线液压控制毕业设计

摘要：

步进式环输送线是通过液压控制将物料或者工件进行步进运动的精确传送设备。

本课题设计的步进式环输送线通过液压系统控制其步进运动，依靠系统中的水平运动液压缸（步进缸）和竖直放置的液压缸（插销缸）实现输送线的运动和停止，通过控制水平运动液压缸的供油时间和供油量来控制其运动起止时间和运动速度。

本设计的步进式环输送线采用液压缸驱动，其中一个水平液压缸放置，另一个竖直放置。

水平放置的液压缸控制输送线的水平方向运动，插销缸通过活塞杆上部与输送带是否联接控制输送带的运动和停止。

在水平运动缸运动前插销缸活塞杆上部向上和传送带联接，当水平运动缸运动时驱动输送线向前运动到达指定位置并停留；停留一定时间后当运动缸向后退的时候竖直的缩回，输送线停止运动。

这样通过两个液压缸的协调配合来实现传送线的规定运动。

关键词：

步进式，步进缸，插销缸，液压传动

Abstract

Steppingringtransmissionlineisatransmissionlinethroughhydrauliccontrolhydrauliccontrolmaterialoraprecisetransmissiondevice.Intheproductionlinewhichwillusuallyrequireaworkpieceforatemporarystaytostaffwithenoughtimetoproductprocessingandinspection,steppingtypeannularconveyinglinehydrauliccontrolisthecontrolofproductionlineofintermittentexerciseequipment,toprovidesufficientpausetime.Itistorelyonasystemoftwohydrauliccylinderstotransmissionlinemovement,withcontrolhydrauliccylinderoilinlettimeandoilinletamounttocontrolthevelocityofhydrauliccylinderandmotorstartandstoptime

Steptypeannularconveyinglineisatransmissionrateisbasedontheoilinletvelocityandtheeffectivestressareatodetermine,andthepistonsareeffectivestressareaneedtobeawareofcylinderdiameterandpistonroddiameter,soneedthroughatleastmeetthereasoningandselecttherightdiameter,calculatedbytheflowcontrolvalveforthemovingspeedandintervaltime

Steptypeannularconveyinglinewiththedoublehydrauliccylinderstructure.Atwohydrauliccylinderofahorizontalplacementofaverticallyplaced.Horizontalhydrauliccylindertocontroltheconveyorlinetothemovementinthehorizontaldirection,verticalhydrauliccylinderthroughthetopisincontactwiththeconveyorbeltconveyorbeltismovingcontrol.Whenthelevelofthehydrauliccylindertomoveforwardwhentheverticalrodofthehydrauliccylinderisproppinguptheconveyorbeltdrivestheconveyorlinemovesforward,whenthelevelofthehydrauliccylindertoretreatwhenverticalretraction,conveyinglinestopmotion.Thetwohydrauliccylindercoordinationtoachievethespecifiedmovementtransmissionline

Keywords:

stepping;，hydrauliccylinder;，hydraulictransmissioncontrol

1、引言

步进式环形输送线的液压控制系统，是利用液压传动的优点，将液压传动进程进行适当的设计和组合，再配以合适的液压调节元件和液压的动力元件，实现液压传动的协调和按照规定的方式进行运动，实现使输送线进行步进式移动的设计要求。

1.1步进式的特点

步进式输送线就是通过一定的系统的控制实现输送线在一定的时间内运动，一定的时间内不进行运动，这样进行循环往复的运动和停止，给输送线上的产品以足够的加工时间。

步进式输送线相对于一直运动的输送线来说留有了足够的加工时间，就没有必要将每一个加工位设置很长的距离，节省了场地空间

1.2液压传动

液压传动是利用液体静止能来传动动力的液体传动，它是以液体为工作的体质，进行能量传递和控制的一种传递方式。

在本世纪的50年代液压技术迅速由军事工业转向民用工业，在机床、工程机械、压力机械、船舶机械、冶金机械、农业机械及汽车行业得到了广泛的应用。

60年代以后，随着原子能技术、空间技术、电子技术、等的迅速发展，使其应用更为的广泛。

1.2.1液压传动特点

（1）液压系统在通过油管的连接，可以方便、灵活地布置自己传动机构，这是比较机械传动而言其优越的地方。

执行元件可以布置远离原动机较远的地方、方位也不受限制，由于液压缸推理很大，又加之极易布置，在工程机械中已得到广泛的应用，不仅操纵方便，而且外观大方美观。

（2）液压传动与电力传动和气压传动相比，有重量轻、体积小的突出特点，如液压缸泵和液压马达单位功率的重量指标可达到目前发电机和电动机的十分之一，液压类可达到0.025N/W，发电机和电动机约为0.03N/W，而用于直线往复运动的电动加力矩，单位功率的重量比是液压缸的七八十倍，电动受到磁饱和的限制，单位面积上的切向力不到10bar，而液压力可达到350bar,所以液压泵和液压马达能容大。

（3）可方便的无级调速，调速范围大，传动中借助阀，可实现大的无级调速，

这是一般的机械传动所无法实现的，而液压传动的的调速范围可以达到100:

1，柱塞式的液压马达最低放的稳定转速为1r/min，这也是电力传动很难达到的。

（4）液压传动与电力传动相比有慢性校，相应的速度比较高的有点。

（5）液压系统可借助溢流阀等安全阀实现过载保护，如果是以油为工作的介质时，相对运动的表面可以进行润滑，可以提高液压系统的寿命，提高效益。

（6）液压传动能够借助各种的控制阀，能够实现所在机械运行的自动化，特别是采用电液联合控制后，不但可实现高度的控制过程，而且可以实现遥控

虽然液压传动油很多的优点，但是也有相对于电力传动来说也有不足和缺点：

（1）由于液体流动的阻力损失和泄露较大，因此液压传动的效率比较的低，一般为75%~80%左右，如果处理不当，泄露不但污染场地，而且当附近有火种存在，可引起火灾或爆炸事故，所以经常用燃点高的液压油。

（2）因为液体的黏度受温度的影响，所以液压缸的泄露也会随着变化。

（3）因为工作的时候能有撞击，所以液压传动的噪声比较的大。

（4）同时为了尽量的避免泄露所造成的危险，所以液压元件制造精度要求高，

而且价格也相对于电力传动来说贵，同时对液压元件的使用和维修的人员有较高的技术要求需要有一定的专业知识。

（5）因为液压元件的精度较高，所以对外界的污染比较的敏感，被污染的液压油会使液压元件的磨损和堵塞，液压元件的性能降低，如果污染严重的话还会导致元件的破坏。

（12）因为液压元件的系统相对来说比较的复杂，所以一点液压系统发生故障，液压系统的故障分析和排除比较的困难，需要有较高的技术水平。

所以通过以上的优缺点的分析和比较，我们需要发挥液压系统的长处优点，尽量的避免和改善液压系统的缺点，使液压系统能够在生产中发挥更加重要的作用。

1.2.2液压系统的主要组成部分

液压系统主要是以油液为传动介质，同时系统是由几部分主成的：

（1）动力部分——液压泵，他是将输入的机械能转化成液体的压力能

（2）执行部分——液压缸，它的作用是把工作液体的压力能量重新转变为机械能，推动液压缸上的负载的运动

（3）控制部分——包括压力、流量、方向控制阀等，通过他们的控制和调节液压系统中的压力、流量和流向来保证执行各部件所要求的输出力、速度和方向

（4）辅助部分——它包括油箱、管道、滤油器、蓄能器以及指示仪表等它们的作用是保证系统的安全和正常的工作。

随着工业化的进一步发展，机械化自动化程度日益的提高，对液压元件及液压装置的标准化、集成化提出了更高的要求，于是出现了由液压系统组成的液压站。

目前，液压技术为我国社会主义现代化事业的需要和发展做出了很大的贡献。

液压技术特别是液压集成块技术在我国的很多工业部门被广泛的采用。

液压技术正向着高压化，高速化、大流量、大功率、高效率、低噪声的方向发展。

计算机辅助设计液压系统已经有了广泛的应用，它将推动液压技术更进一步的发展。

2、系统的方案设计

该设计是步进式环形输送线液压控制系统及结构的设计，是通过液压缸的控制和动力传动来实现输送线的步进式输送。

从实现的功能来看，如果使用一个液压缸的话是无法同时实现对输送线的步进式的控制和对输送线的动力的传输，所以必须选择两个或者两个以上的液压缸来实现所要求的功能，同时又要考虑到结构简单，方便以后的检测和修理，所以最好的选择就是两个液压缸来实现系统的功能。

根据上面的结论选出两个液压缸。

因为两个液压缸所要实现的功能有所不同，所以对两个液压缸的要求也是有所不同的。

一个液压缸是进行水平的来回运动，主要起的作用是在一定的条件下带动输送带进行规定距离的移动，是系统主要的动力装置，同时又考虑到还要带另一个液压缸径进行移动。

如果还像一般的液压缸一样将缸体固定在地面上，活塞杆移动就无法实现带动插销缸进行移动或能够实现这个功能但是机械结构复杂，不方便检修，不够经济。

所以如果缸体能够移动的话，在缸体上加一个凸台插销缸就能够固定在水平运动液压缸上，而水平液压缸也能够带动插销缸运动，这样的方式结构简单、加工方便。

所以实现这样的功能液压缸必须是活塞杆固定这样才能使液压缸缸体实现移动。

要实现该液压缸的运动要求，就必须保证该液压缸的缸体足够的长，能够满足运动所需要的距离。

本方案设计的是液压缸缸体移动，同时根据于东的要求水平运动液压缸是不断的进行往复循环运动的，如果还将进油孔放在缸体上会由于频繁的运动而导致进出油口处产生漏油现象，降低了工作的效率。

所以必须将进出油口放在能够固定不运动的地方，根据这样的一个原因将液压缸体进油方式由缸体上进油改为活塞杆的两端进行进油。

根据液压缸能够带动80kN的载荷，就必须要选择合适的液压泵来实现足够的推力，根据查阅一定的资料，只有柱塞泵才能够实现这样大的供油压力，是水平运动液压缸能有足够的载荷。

所选择的插销缸主要作用就是用来控制水平运动液压缸什么时候带动输送线运动。

插销缸就是水平运动的液压油缸和传送带之间的联系。

当系统需要输送线向前移动的时候，插销缸开始工作，插销缸的活塞杆上移知道活塞杆的头部和输送线的输送带接触，活塞杆的头部和传送带的下部进行适当的结合就能够让系统带动传送带运动，实现系统规定的运动。

因为插销缸只需要牢牢的顶住输送带即可，并不需要太大的力，所以选择这样的液压缸并没有太大的速度和压力的要求，只要液压缸的头部能够和传送带紧密的结合，所以只要能有足够的距离和适当的力就可以了。

但是由于在插销缸带动传送带移动的时候受到应力，所以要选择合适的活塞杆的材料来保证液压杆的强度和刚度

最后通过两个液压缸的合理的组合，通过各种的液压元件控制液压缸进出油的时间、进出的油量等功能，使得两液压缸的功能协调的配合，实现所需要的功能，达到所预定的设计目标。

3、拟定液压控制系统的原理图

液压原理图是用来表示液压控制系统的组成和工作原理的图样，是对系统功能的基本设计。

3.1液压回路的选择

首先应该确定步进式环形输送线液压控制系统的基本回路，它是决定控制系统动作和性能的基础，是组成系统的骨架，然后在基本的回路的基础上再添加其他的辅助设备，这样就可以组成完整的液压系统。

当进行回路的设计的时候，首先一定要抓住液压控制系统的主要部分，比如说对速度的调节，液压缸的换接和稳定是系统设计的核心，通常在调速方式确定后系统的其他方面也可以基本上确定了，所以调速回路和速度变换回路是此系统的主要回路。

选择基本回路的主要依据是主液压缸的工况图所提出的主要要求，通过工况图的分析，可以确定液压系统的主要回路。

3.1.1调速回路

液压系统的调速又分为节流调速回路和容积调速两大类，究竟采用哪种液压调速方式，主要根据系统功率、调速范围的大小和工作稳定性的要求来进行合适的选择。

（一）节流调速回路根据流量控制阀在回路中的安放位置的不同分为进油节流调速阀调速、回油节流调速阀调速、旁油节流阀调速三种基本形式

1、进油、回油、旁路节流调速阀

将节流阀串联在液压泵和液压缸之间，用它来控制进入液压缸的流量来达到进行调速的目的的节流调速回路是进油节流调速回路，该回路所用的阀称为进油节流调速阀；将节流阀串联在液压缸的回路上，借助节流阀控制液压缸排放的流量来实现速度调节的调节回路是回油节流调速回路，该回路的阀称为回油节流调速阀；将节流阀并联在支路上，定量泵输出的流量一部份通过溢流阀回油箱，一部分进入液压缸来进行调速的调速回路是旁路节流调速回路。

其中进油调速和回油调速都是和液压串联同时通过控制流量来实现所要求的运动，但是这两个回路也有几个明显的差别例如：

（1）承受负载的能力不同

所谓负值负载就是作用力的方向和执行元件运动方向的负载，回油节流调速回路的调速阀在液压缸的回油腔行成一定的背压，在负值负载作用下能组织工件部件前冲。

如果要使进油节流调速回路承受负值负载，就要在相应的回路中加上背压阀。

但是如果这样做的话就提高了泵的供油的压力，增加了正题回路的功率消耗，不是很经济。

（2）在运动的平稳性

因为回油节流调速阀在回路上一直存在背压，能够防止空气的吸入，因为这

个情况，所以该回路在低速的时候不容易发生爬行，而在高速运动的时候不容易发生振动，运动的平稳性比较的好。

但是进油节流调速不存在背压，也就不存在这样的有优点

（3）系统中的油液在发热的时候对系统的泄露会造成不同的影响

进油节流调速回路通过节流阀，发热的油液直接进入了液压缸，会使液压缸的泄露增加，但是回油节流调速阀就不会发生这样的情况，因为发热的油液升温后悔直接回到油箱，经过油箱的冷却后才会再次进入液压的系统中

（4）两种回路的的启动性能不同。

回油节流调速回路中若停车的时间较长，液压缸回油腔的油液会泄露会油

箱，重新启动是背压不能够立即的启动建立，这样就会引起瞬间工作机构的前冲现象。

对于进节流调速，只要在开车的时候关小节流阀即可避免启动冲击

节流调速系统简单，价格低廉，使用维修方便，能在较大的范围内是实现无极调速等优点。

所以结合以上各个以上的调速回路，液压控制系统采用进油节流调速回路，能够很好的实现所需要的工作要求。

3.1.2调压回路

系统的压力控制有恒压和限压两种方式。

在节流调速回路当中利用溢流阀组成恒压控制回路；容积调速和容积节流调速系统常用作压力阀当作安全阀以组成限压控制回路，节流调速系统中，若要求能够卸载的时候，需设置卸荷回路。

所以根据所涉及的原理图和所需要的工作要求，选择恒压的系统压力控制，即在系统中加入溢流阀来控制系统的压力，实现所需工作压力。

3.1.3油路的循环形式

系统大的油路循环形式有开式和闭式两种方式。

1开式循环具有的特点有：

（1）开式循环在一般的情况下都能够使用，液压泵能够对多个支路进行供油，能够在实现预定功能的前提下大大的简化了系统装置；

（2）开式循环一般的情况下结构比较的简单，进行散热也比较的方便，只是有一个缺点就是油箱比较大，需要占用工作场地大；

（3）开式循环的抗污染的能力比较差；

（4）管路的损失比较的大，当循环用节流调速的时候的时候，系统的效率较低，有时候需要用压力油箱来改善，提高管路的压力。

2闭式循环的特点：

（1）因为闭式循环需要换向平稳，所以换向速度高的那一部分必须是容积调

速；

（2）一般一个液压泵只能向一条油路供油而不能行开式循环一样一个液压泵

向多个支路供油；

（3）闭式循环的结构比较的复杂，该循环的散热也比较的复杂，必须用辅助的液压泵换油冷却；

（4）抗污的能力比较的好，但是油路的过滤能力的要求比较的高；

（5）管路的损失比较的小，如果该循环能够用容积调速的话，管路的效率是比较高的。

所以根据上面所列举比较开式和闭式两种循环的优缺点，同时由于是节流的调速回路，通过参照一定的原理图，选用开式循环。

只有选择这样的循环系统，系统的回油才能够直接走油箱。

一个液压泵进行多支路供油，简化了系统的结构同时在相同的空间里能够使油箱尽量的足够大，这样循环系统具有了较好的冷却条件，减少了损失使液压控制系统能够更好的工作。

3.2综合考虑其他的问题

根据前面选定的液压回路，再考虑几个问题可以组成完整的液压系统：

1、组合基本的回路，需要注意的是防止回路中可能会出现的相互的干扰

2、必须要提高液压控制系统的效率，要防止系统的过热

如果想提高液压控制系统的效率，防止系统的过热，可以从下面的几个方面来进行改进：

（1）在液压元件、辅件、油液的参数方面进行选择。

选择高效率的液压元件，选择适当的油液和油液的黏度范围，通过选择适当的油管的内径，合理的配置油管来减少液压元件及其回路的压力损失；

（2）在选择基本的回路方面通过选择高效的液压回路来提高系统的效率。

3、避免系统中多余发热回路

完成所要求的系统的动作的时候要求回路是简便、可靠的。

如果系统的回路越复杂，该系统产生故障的机率也就越大，系统所产生的功率的损失也就越大，所以系统在满足要求的前提下要尽量的简便，以提高工作的效率。

4、防止系统的液压的冲击

在液压控制系统中，由于液压缸的运动速度的变化、工作负载的突然消失或者产生以及冲击负载等等原因，往往会使系统发生冲击现象，这样的冲击会影响系统的正常的工作，所以需要采取一定的措施来消除冲击或降低冲击。

要消除冲击或降低冲击可以从三个方面来考虑采取什么样的措施：

（1）如果是由于液压缸速度变换所引起的冲击，在可以保证换向的精度和生产的效率的前提下尽量的减慢换向；

（2）如果是负载情况发生突变时，应该在回油路上加背压阀；

（3）如果是冲击性的负载，可以在液压缸入口处装安全阀，组成缓冲回路来降低冲击。

5、确保系统的稳定可靠

液压控制系统运行中的许多不安全的因素是不规则的。

例如异常的负载，停电，操作人员操作的失误等等，所以必须要有相应的安全回路或者是保护措施来确保自身和系统设备的安全。

例如说是为了防止工作部件的飘移，下滑，超速等，就应该有锁紧、限速、平衡等回路。

所以在所设计的原理图中，为了防止插销缸在工作的活塞杆由于重力的原因往下掉落，就必须在液压缸的出油口处添加了液控单向阀来防止该现象的发生，提高了系统工作的安全系数。

6、从系统的生产成本和生产周期考虑系统组成必须要简单

辅助的元件要尽量的少，还应该尽量的采用标准的元件，减少自行设计的专用元件来减少生产的成本缩短生产的周期。

7、确保系统的发热不会影响系统的而工作

液压系统的压力表、容积和机械方面的构成了总的能量损失，这些能量的损失转化为热量，使系统的温度升高，系统的温度升高会造成很多不良的影响，影响系统的工作。

例如回事油液的黏度下降泄露增加，造成速度的不稳定、造成膨胀系数不同的运动副之间间隙变化，会造成卡死失去工作能力、引起机器构件的变形，破坏其精度等等，所以必须控制系统的温度保证各个工作部件的工作的运行的正常。

3.3拟定基本的元件理图

根据以上的数据，拟定原理图如图3.1。

图3.1

1-？

2-？

工作情况分析：

当该系统得电开始工作，液压泵开始给系统进行供油。

（1）当A、B、C、D都没有得电的时候，液压泵泵出的油液经过溢流阀和减压阀重新流回到了油箱当中，两个液压缸都没有发生运动，系统处于静止的状态。

（2）当C得电其他都没有得电的时候，右边的电磁换向阀的左端接通，液压泵泵出的油液通过减压阀的减压开始向上方的插销缸进行供油。

插销缸的下端进油，上端出油，插销缸的插销开始动作。

当插销缸的活塞杆向上移动的时候。

水平运动液压缸仍然保持静止不动的工作状态。

当插销缸到达指定的位置抵住输送带后，C端失电，电磁换向阀回到原位，插销缸5在液控单向阀的作用防止了插销缸内的油液的流出，从而保持插销缸活塞杆的静止，不会由于重力原因而导致活塞杆的西罗下落。

（3）A端开始得电，左边的电磁换向阀的左端接通工作，油液经过调速阀的调节后进入水平运动液压缸，水平运动压缸开始以规定的速度向前移动。

（4）当运动缸到达规定的位置后，D得电，右边电磁换向阀的右端开始工作，插销缸在油液和自身重力的作用下开始向下运动，插销缸的活塞杆头部松开输送带。

（5）当插销缸回到原位后，B得电，左端电磁换向阀的右端接通工作，水平的液压缸开始快速的往后退，为下一次的前进做准备。

液压泵除了供给液压缸运动的流量以外多余的流量，都通过溢流阀和减压阀又冲新回到了油箱当中。

4、设计要求及原始数据

4.1设计要求

步进式环形输送线液压控制系统主要有水平传动液压系统和竖直传动液压系统两部分组成。

水平的液压传动系统主要是带动竖直的液压系统进行运动，主要是用来传递动力的动力系统，通过流量控制阀控制移动的速度。

水平的液压控制系统主要是决定液压系统是否丹东传送线进行移动，带动传送线移动的距离是多少。

通过两部分的相互配合，是输送线的步进式传动能够顺畅的进行下去

4.2工艺参数

（1）液压推进力：

80kN

液压缸的水平推进步长：

1.2m

运动缸的推进速度：

0.10m/s

运动缸返回的速度：

0.30m/s

由于插销缸的速度不限定，所以只有根据现场的场地和自身情况以及输送线的暂停时间等选择当场合适输送线的液压缸。

4.3、设计计算机说明

4.3.1液压缸的实际设计计算

1、液压缸设计是要注意的问题

1）尽量使液压缸的活塞杆在受拉的情况下承受最大的负载，或在受压的状态下具有良好的纵向稳定性

2）必须要考虑到液压缸行程结束的时候的制动问题和液压缸的排气的问题，在没有这类装置的时候，系统中必须要有相应的措施。

3）根据主机的工作要求和结构设计要求，正确确定液压缸的安装