竹材旋切机液压系统的设计.docx
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竹材旋切机液压系统的设计
摘要
本篇论文,旨在针对竹材旋切机内部所涉及的液压系统,进行更深层次的细致设计。
设计之初,本文重点针对竹材旋切机的基本结构以及其在实际工作过程当中所遵循的基本原理,进行相对深入的细致阐述。
其次,本文主要以进给部分为基准,针对竹材旋切机内部所涉及的液压系统,进行科学合理的综合分析和深入设计。
在此过程中,笔者首先针对液压系统在运行过程中所需秉持的整体方案,进行更深层次的细致设计。
当针对该系统内部的控制回路,进行恰当适宜的选择时,笔者经由综合考量,决定选用进油口节流调速回路。
在此之后,本文还针对该系统所需应用的传动方式,进行及时确定。
由于在本次设计过程当中,所选用的液压系统必须表现出尤为良好的散热性,而且回路还需相对简洁,故而笔者通过综合考量,决定选择开式系统。
当已经确定该系统在实际工作过程当中运行原理的前提下,笔者随即针对该系统所涉及到的多样化元件以及相应的各类辅件,进行恰当合理的选择,并据此进行尤其精准的效验。
值得一提的是,当进行细致精确的计算之后,本文决定将液压缸当中的内径,设定成80mm,并且将液压泵的类型,设定成叶片泵。
基于该系统在实际工作过程当中的最大功率需求,本文决定将电动机,设定成YB-A9B-L三相异步电动机。
与此同时,笔者还针对液压泵所涉及的多样化元件以及相应的各类辅件,进行恰当合理的选择,至此本文所研究的液压系统就已成功组装完毕。
关键词:
旋切机、液压系统、液压回路、液压元件
Designofhydraulicsystemforbamboorotarycuttingmachine
Abstract:
Thispaperaimstocarryoutadeeperandmoredetaileddesignofthehydraulicsysteminvolvedinthebamboorotarycuttingmachine.Atthebeginningofthedesign,thispaperfocusesonthebasicstructureofthebamboorotarycuttingmachineandthebasicprinciplesitfollowsintheactualworkingprocess,andmakesarelativelyin-depthanddetailedexplanation.Secondly,thispapermainlyusesthefeedingpartasthebenchmarktocarryoutscientificandreasonablecomprehensiveanalysisandin-depthdesignforthehydraulicsysteminvolvedinthebamboorotarycuttingmachine.Inthisprocess,theauthorfirstcarriesoutadeeperandmoredetaileddesignfortheoverallschemethatthehydraulicsystemneedstomaintainduringtheoperation.Whentheappropriatecontrolismadeforthecontrolloopinsidethesystem,theauthordecidestousethethrottlethrottlespeedcontrolloopthroughcomprehensiveconsideration.Afterthat,thepaperalsomakestimelydeterminationsonthetransmissionmodeoftheapplicationrequiredforthesystem.Becauseinthisdesignprocess,theselectedhydraulicsystemmustshowparticularlygoodheatdissipation,andthecircuitneedstoberelativelysimple,sotheauthordecidedtochoosetheopensystemthroughcomprehensiveconsideration.Underthepremisethatthesystemhasbeendeterminedtooperateintheactualworkingprocess,theauthorimmediatelymakesappropriateandreasonablechoicesforthediversifiedcomponentsinvolvedinthesystemandthecorrespondingvarioustypesofaccessories,andbasedonthis,particularlyaccurateverification.Itisworthmentioningthataftercarefulandaccuratecalculations,thispaperdecidedtosettheinnerdiameterofthehydrauliccylinderto80mmandsetthetypeofhydraulicpumptothevanepump.Basedonthemaximumpowerdemandofthesystemintheactualworkingprocess,thispaperdecidedtosetthemotortoYB-A9B-Lthree-phaseasynchronousmotor.Atthesametime,theauthoralsomadeappropriateandreasonablechoicesforthediversifiedcomponentsinvolvedinthehydraulicpumpandthecorrespondingvarioustypesofaccessories.Thehydraulicsystemstudiedinthispaperhasbeensuccessfullyassembled.
Keywords:
Rotarycuttingmachine,hydraulicsystem,hydrauliccircuit,hydrauliccomponents
绪论
引言
从本质上而言,流体传动涵盖两大部分,其中包含液压传动,此外还涵盖气压传动。
1648年,全球著名物理学家帕斯卡,曾经提出过液体静压力传动的概念,在此之后,液压技术逐步获得相对稳定的迅猛发展。
在此过程中,液压技术从启蒙时期逐步发展成熟,并且由于其具备多样化技术优势,故而在现今的农业生产领域当中以及航空领域中,已经获得相对广泛的实际应用。
在当前时期,一个国家流体传动技术的发展进程,甚至可以彰显出其自身的发展水平,并和国家的环保等方面息息相关。
18世纪,西方发达国家英国当中的著名学者约瑟夫·布拉曼,曾经借助于水的压力,制造出全球首台水压机。
1905年,其又将载体水,变换为密度更轻的油,持续优化当前的水压机性能,
自20世纪初,全球回归片刻宁静的时刻,液压传动技术才逐步获得相对广泛的实际应用。
尤其自1920年起,液压传动技术逐步获得相对迅猛的蓬勃发展。
在这之中,各种类型的液压元件应运而生,广泛应用于工业领域当中。
1925年,全球知名学者维克斯,曾经研发出全球首个叶片泵,这即为后期各种类型的液压元件以及相应的各类辅助元件的最初雏形。
20世纪初,全球知名学者康斯坦丁·尼斯克,曾经以理论方面和实践方面入手,基于能量波动传递现象,进行相对深入的试验,并于1910年获得取得良好研究成果。
在这之中,该学者尤其基于液力联轴节以及相应的液力变矩器两大元件,获得历史性的进展。
21世纪初,全球大部分国家均处于第二次世界大战的阴霾笼罩之下。
在此背景下,西方发达国家美国逐步致力于将液压传动技术,应用至工业领域的机床当中,这项应用比例甚至达到30%。
需要注意的是,虽然相较于西方发达国家而言,日本在此方面的起步相对较晚,然而,日本在1955年,逐步致力于推进自身各项液压传动技术的迅猛发展,并获得尤其突出的成效。
日本仅耗费二三十年,其自身的液压传动技术就已经到达全球的领先水平。
相较于其他多样化传动机构而言,液压传动机构实则蕴含着诸多优势。
例如:
其表现出尤为广泛的功率范围,能够进行良好调速,与此同时,其响应速度尤其迅猛,在实际工作过程当中,可以保持优良的稳定性。
正因如此,其在工业领域当中,逐步获得相对广泛的实际应用。
在当前时期,各种类型的液压传动技术,逐步充斥于全球的多样化领域当中,其中重点涵盖机械制造领域、家用电器领域、航空航天领域、轻工纺织业领域、海洋工程领域以及相应的抢险救灾领域等诸多领域。
相比之下,其实气压传动装置的使用时间也很长。
自18世纪初,全球范围内纷纷盛行产业革命,在此背景下,气压传动技术逐步获得相对稳定的蓬勃发展,并愈发应用于多样化领域之中。
例如:
矿山风钻、火车所涉及的刹车装置,均应用到气压传动技术。
但是,仅在当前时期,气压传动才逐步实现自动化。
而在以往全球各个国家,仅仅将气压传动技术,看作为无需耗费高昂的经济成本,即可实现的工业自动化的工具。
值得一提的是,自20世纪60年代起,全球气压传动技术逐步获得相对稳定的迅猛发展。
现如今,该元件的发展速度甚至远远高于液压元件的发展速度,并自成一派。
对于气压传动技术而言,其广泛应用于各种类型的工业设备当中。
其所涉及的关键领域,重点涵盖机械领域、钢铁领域、橡胶领域、化工领域、包装领域以及相应的烟草领域等。
除此之外,其还在现今的核工业领域以及航天领域当中,逐步获得相对广泛的实际应用。
现如今,两者正逐步致力于实现自身的高压、高功率、低噪声、高集成化以及轻量化等诸多特性,并在现今已经获得相对良好的成效。
与此同时,因为其和微电子技术之间保持着极为紧密的关系,故而将可在有限的空间内,控制其表现出相对较高的功率。
正因如此,两者在多样化领域当中,逐步获得相对广泛的实际应用。
值得一提的是,现如今,中国科学技术逐步获得相对稳定的迅猛发展。
在此背景下,工业领域当中的多样化部门,均对当前的液压传动系统提出相对严苛的实际要求。
近年来,液压传动已经和各种类型的电子技术之间进行紧密协作,在智能机器人领域、宇宙航领域以及多样化电液伺服系统当中,逐步获得相对广泛的实际应用。
在当前时期,液压传动技术旨在基于下述方向,来实现相对稳定的蓬勃发展:
1.尽可能节约本就有限的自然能源,大力拓宽低能耗元件,有效增强既定的元件效率;
2.大力研发创新型的液压介质及其各类元件,例如:
石油基液压介质等;
3.保护人类赖以生存的生态环境,尽可能减少液压元件的噪声分贝;
4.尤其关注于液压油产生的污染管控问题;
5.有效提高电气-液压控制力度,尽可能增强控制性能以及相应的操作性能;
6.极为关注于密封技术的重要性,提高研发力度,有效预防漏油现象的发生;
7.其它方面。
第一章竹材旋切机的概述
1.1竹材旋切机的结构及其工作原理
对于本文所研究的竹材旋切机而言,其重点涵盖下述基本部分。
其中包含机械部分,此外还涉及到液压部分。
此机器在正常工作过程当中所遵循的基本原理如下:
首先,基于持续旋转的摩擦导辊,有效推进竹材进行不停旋转;与此同时,借助于进经油缸的作用,持续推进摩擦辊进行一系列进给运动,在此期间,还需针对被旋切竹材,持续提供必要的正压推力,才能使其于滚柱压尺以及相应的刀刃位置产生旋切,以此来产出单板。
通常情况下,液压系统旨在借助于进给油缸以及相应的摩擦导辊的作用,基于竹材表现为多样化材质及其各种径级的前提下,达到持续推进竹材的效果。
值得一提的是,在此情况,还应当针对压尺架进行不停的回转以及压紧等一系列工序。
此机器在正常工作过程当中所遵循的基本原理示意图,详见图1。
对于此类旋切机床而言,其不仅实际结构相对简单,而且无需耗费高昂的经济成本,极富推广价值。
除此之外,因为其中所涉及的刀具不需要进行一系列进给运动,故而将能有效减少既定的切削功率,从而尽可能降低机床所含有的功率损耗。
图1
1.2主要技术指标
对于本文所研究的竹材旋切机而言,其所涉及的各项参数详细如下:
旋切长度应该满足:
旋切厚度应该满足:
旋切速度应该满足:
旋切直径应该满足:
进给速度需要保持:
第二章确定液压系统方案
通常情况下,当针对液压系统,进行实际设计的过程当中,尤为关键的即为确定恰当适宜的方案。
这是由于,唯有选择科学合理的回路,并将其进行细致整合,以此来构建出完善的系统,才能便于后期确定工作原理。
众所周知,无论何种复杂的液压系统,全部经由若干基本回路进行协调构建。
而构建这些回路的关键部分,即为各种类型的液压元件。
故而需要基于液压系统所应当满足的性能特点等,来挑选出恰当适宜的液压元件,才能成功构建出科学完善的液压系统。
在此次毕业设计中,仅需要求液压系统能够满足一系列进给动作即可。
然而在此过程中,必须使得系统当中的两个油缸,保持运行步调的完全一致。
总而言之,本文所设计的液压系统,可以切实满足基本的动作要求,并且无需耗费高昂的经济成本,即可达到相对较高的实际效率。
2.1确定基本回路
本文基于竹材旋切机在实际工作过程当中,所需遵循的基本原理,来使其满足一系列基本要求。
在此次毕业设计中,仅要求液压系统能满足一系列进给动作即可。
然而系统当中的两个油缸,必须保持运行步调的完全一致。
故而本文决定选择同步回路。
2.2同步回路的选择
2.2.1调速阀的同步回路
详见图2,该机器当中的两个液压缸,通过并联的方式独立运行。
两者的进油路依次串接某特定的调速阀,仅需对其进行适当调节,即可控制液压缸的流速,使得两者沿着某特定的方向保持单向同步。
对于此类回路而言,其实际结构相对简洁,然而,调节过程却极为繁琐,并且很容易受到来源于油温等诸多因素的实际影响。
由此得知,其无法保证相对良好的精确性,并不适用于负载变化尤为显著的领域。
图2
2.2.2机械联结的同步回路
详见图3,此类同步基本方式相对简洁,并且无需耗费高昂的经济成本,可以有效保证位置同步的基本要求。
然而,因为其所涉及的机械零件,将会在实际制造的过程中亦或为安装的过程当中,不可避免的产生一定的误差,故而无法切实保障良好的同步精度。
除此之外,该方法需要两个液压缸保持基本一致的负载,不然将会导致系统卡死。
图3
2.2.3串联液压缸的同步回路
详见图4,此类方式相对简洁,并且无需耗费高昂的经济成本,仅需切实保障两缸所表现出的有效面积完全一致即可。
首先,松开管接头,并即刻向缸内进行充油,同时保持排气,直至油液清亮,才将管接头关闭。
其次,使得管路以及相应的油缸,保持良好的密封状态,有效预防空气的干扰。
图4
第三章液压元件及辅件的设计、选择
3.1初选系统工作压力
当选择系统工作压力的过程中,应当考虑到来源于载荷以及设备种类的影响,并且还需针对执行元件尤为适宜的装配空间等一系列因素,进行综合考量。
如果载荷保持为恒定状态,则工作压力将会相对较低。
在此情况下,必须尽可能提高执行元件所涉及的结构尺寸,这无疑将会耗费较高的经济成本。
然而,如果将系统的工作压力设定的相对较高,则必须采用质地优良的泵以及阀等多样化元件,这样设备成本必将增强。
通常情况下,假设某些设备所含有的固定尺寸不存在严格限制,则最好选择不太高的工作压力。
通过查阅相关资料,本文决定将系统工作压力选定为5MP。
3.2计算液压缸尺寸:
本文将F设定成20000N,并且将η设定成0.9。
活塞面积详细如下:
A=F/ηp=2.0×104/0.9×5×106=0.444×10-2m2
通过查阅表[7],本文将液压缸内径设定成80mm,并且将外径设定成95mm。
当处于液压缸工作压力P≤10MPa的情况下,系统中所涉及的活赛往复速度比
,将等同为1.33,[8]基于公式d=D
本文决定将活塞杆直径设定成d=40mm。
在此情况下,液压缸所表现出的工作压力应当如下:
P=
=
实际工作压力应当如下;
油缸所表现出的有效工作面积A,应当如下:
qmim—旨在代表流量阀所表现出的最小稳定流量,本文将其设定成50ml/min;
vmin—旨在代表活塞所表现出的最低进给速度,本文将其设定成15mm/min。
由上可知,油缸所表现出的有效工作面积应当如下:
A=
=
m2
=
m2
通过细致验算,将能上述活塞面积可切实满足系统提出的最小稳定速度需求。
3.3液压泵的选择:
液压缸所应满足的最小流量如下:
d2
本文将泄露系统设定成k=1.1,则在此情况下,液压泵所表现出的实际流量如下:
q
通过查阅表[7],本文决定选择叶片泵YB-A9B-L.其所表现出的理论排量为4.45ml/r,与此同时,该泵表现出的理论流量为8.9L/min,除此之外,电动机表现出的最大功率为
通过查阅相关表格,本文决定将电动机型号设定成Y80M2-2:
其所表现出的额定功率为1.1KW,此外效率表现为77%。
3.4液压辅助元件的计算及选择
1)基于叶片泵所含有的额定流量为8.9L/min。
通过查阅表
。
本文决定选择公称直径表现为D=8mm的钢管,与此同时,选择外径表现为14mm的钢管;此外还将管接头连接螺纹设定成
2)管接头基本类型
如果基于材料进行细致划分,则管接头将能涵盖下述类型。
其中重点涵盖金属管接头以及相应的快速接头。
其中前者的实际应用范围极为广泛,其还涉及到扩口式管接头以及焊接式管接头等。
这些管接头所表现出的基本特征详细如下:
扩口式管接头:
其无需使用额外的密封件;并且工作压力不超过8MP,基本结构相对简洁。
卡套式管接头:
其旨在借助于卡套变形的作用来实现密封,工作压力不超过31.5MP,然而需要满足较高的尺寸精度。
焊接式管接头:
其旨在借助于“0”型密封圈的作用来实现密封,工作压力不超过31.5MP,然而在安装过程中必须焊接。
球面焊接式管接头:
其旨在借助于球面的作用来实现密封,工作压力不超过35MP,然而需要满足较高的尺寸精度。
综上所述,经由综合考量,本文决定采用扩口式管接头。
3.4.1油箱的设计
油箱旨在对燃油进行良好的存储,其通常可以细分为两种类型,其中包含开式油箱,此外还涉及到闭式油箱。
前者的油箱盖中,安装性能优良的空气过滤器,其基本结构相对简洁,并且安装过程尤其便利,故而其在现今的液压系统中,已经获得相对广泛的实际应用。
相比之下,后者通常作为压力油箱进行使用,用于储存不够活泼的惰性气体。
若基于形状角度对其进行细分,则油箱还能细分成两种类型,其中包含矩形油箱,此外还涵盖圆罐形油箱。
工程领域普遍运用前者。
3.4.2油箱的设计要点[6]
(1)油箱应当表现出充足的容积,才能便于散热,并在系统暂停工作时,容纳其中的全部工作介质。
(2)油箱底部需要保持倾斜,并安装相应的油塞;
(3)油箱需要设定入孔,便于后期清洁;
(4)箱壁必须安装性能优良的油面指示器和温度计;
(5)油箱必须设有通气孔和注油孔;
(6)吸油管以及相应的回油管需保持一定距离;
(7)两侧的隔板高度,应当位于液面高度比例的2/3~3/4之中。
(8)两侧管道均需没入最低液面下端,才能有效预防回油飞溅现象的发生。
(9)油箱内壁需要采用质地优良的耐油涂料。
(10)油箱附近需要安装密封盖板,箱底应当设定放油阀。
(11)油箱底部必须和地面保持高于150mm的距离,才能方便进行搬运,并保持散热。
油箱双侧需要设定吊耳,便于后期吊运。
此外还需设定相应的液位计,达到跟踪监视液位的效果。
( 12)有必要针对油箱内部,进行妥善的防腐处理,其所运用到的基本方式如下:
①酸洗之后即刻磷化。
此类方式通用全部介质,然而仅仅适用于体积较小的油箱。
②喷丸之后即刻涂抹防锈油。
此类方式通常适用于矿物油以及相应的合成液压油,尤其适合大型油箱。
③喷砂之后即刻涂抹氧化铝。
此类方法不适合水-乙二醇,其他介质全部通用。
④喷砂之后即刻喷塑。
此类方法通用于全部介质。
然而仅仅适用于体积较小的油箱。
在上述过程当中,不仅应当考虑到介质的适用范围,而且应当基于制造时间以及经济性等角度,进行综合考量。
在某特定的情况下,最好选用不锈钢制油箱。
综上所述,本文成功设计出油箱,然而因为本文所设计的机器不会持续运转,故而笔者并未设定温度计,仅以隔板来代替。
3.4.3油箱容量的计算
基于相关公式,能够针对油箱容积,进行相对深入的细致计算,详细如下
。
本文将长:
宽:
高设定成
其中,本文将油箱长设定成380mm,将油箱宽设定成360mm,此外还将油箱高设定成300mm。
3.5其它元件、辅件的选择
3.5.1吸油滤油器
对于滤油器而言,其一般表现出下述基本形式及其相关特性:
(1)油泵吸油管表面,需要安装性能优良的网式滤油器,旨在有效保护油泵,延长其使用寿命。
这种结构相对简洁,并表现出尤为显著的通油能力,然而却无法达到良好的过滤效果;
(2)线隙式滤油器所采用的过滤材料,通常强度不佳,故而仅仅适用于低压系统。
此类结构相对简洁,并表现出尤为显著的通油能力,可以达到良好的过滤效果,然而很难进行清洗;
(3)纸芯滤油器一般仅仅针对油进行粗略过滤,故而需要将其和其他性能良好的滤油器进行组合运用。
此类结构表现出良好的过滤效果和精度,然而无法进行清洗,一旦堵塞,必须更换纸芯;
(4)烧结式滤油器通常适用于某特定的高端液压系统,其可以基于恶劣的高温环境下进行工作,表现出尤其卓越的抗腐蚀能力;
(5)磁式滤油器通常针对多样化磨料等进行过滤,但很难进行维护;
(6)片式滤油器通常适用于常规的过滤当中,表现出尤为显著的通油能力,稳固性佳。
3.5.2选择滤油器的基本要求
(1)表现出良好的过滤精度;
(2)表现出显著的各类性能;
(3)滤芯强度达标;
(4)表现出突出的耐久性,可适应恶劣的温度环境;
(5)可有效抵御来源于滤油的侵蚀;
(6)便于清洁;
(7)无需耗费高昂的经济成本。
综上所述,本文决定采用网式滤油器。
其所表现出泵流量为8.9L/min。
故而本文选择远胜其两倍的TLW-25滤油器。
3.5.3溢流阀的选择
本文将系统所涉及的溢流阀,设定成板式溢流阀,其所表现出的系统压力为5MP,与此同时,流量表现出8.9L/min。
综上所述,本文决定采用Y1-25B直动式溢流阀型号。
3..5.4压力表开关选择
因为系统所表现出的管道公称直径为8mm。
故而本文通过综合考量,决定采用KF-L8/12E压力表开关。
此系统所涉及的多样化元件以及相应的各类辅件型号,详见表3-1:
表3-1
吸油滤油器
压力
损失
液位计
溢流阀
叶片泵
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