1、全 日 制 普 通 本 科 生 毕 业 设 计琼脂压榨机液压系统的设计DESIGN OF HYDRAULIC PRESSURE SYSTEM FOR THE AGAR MILL 目 录摘 要 .1关键词 .11 前言 .12 琼脂压榨机的组成及液压传动性能特点 .22.1 琼脂压榨机的组成 .22.2 传动性能特点 .34 液压系统设计 .44.1 压榨机工作循环 .44.2 工况分析 .44.3 拟定液压系统原理图 .54.3.1 确定供油方式 .54.3.2 调速方式的选择 .54.3.3 速度换接方式的选择 .55 液压执行元件载荷计算及元件的选择 .75.1 各液压缸的载荷力计算 .7
2、5.1.1 压榨缸的载荷力 .75.1.2 顶出缸载荷力 .75.1.3 计算顶出液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率值 .85.2 液压缸主要尺寸的确定 .95.3 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格 .115.4 液压阀的选择 .135.5 其它辅助元件及液压油 .136 液压系统的验算 .156.1 压力损失计算 .156.2 估算系统效率、发热和温升 .167 总结 .17参考文献 .18致 谢 .191琼脂压榨机液压系统的设计摘 要：首先明确琼脂压榨机机对液压系统的要求，然后通过给定的技术参数表里的液压系统设计参数，确定液压执行元件的载荷力、系统工作压力以及液压缸的主要结构尺寸
3、，制定系统方案，拟定液压系统图，然后进行液压元件的选择，最后对系统性能进行验算。在具体的结构设计中，主要是针对系统中涉及到的阀类元件的安装，油路板的设计等。关键词： 琼脂；液压系统；工作压力Design of hydraulic pressure system for the Agar MillAbstract: First ,clear about the hydraulic pressure system request of agar mill, then passes the technique outside and inside fluid department which dec
4、ides, the definite fluid good parts Dutch strength, the department working strength as well as the fluid cylinders main construction size, the formulation is a plan, decides the fluid department, however next the fluid part, finally is the performance line calculated. In the concrete construction, i
5、s mainly parts peaceful which in the department involves, oil duct board and so on Key words: agar mill; hydraulic pressure system; working pressure1 前言 琼脂是从海藻、海草等海洋植物中提取的一种高蛋白制品，具有极高的食用、营养和药用价值，是食品、保健品、制药、化工等产品中必不可少的添加材料。琼脂产品在国际、国内具有广阔的消费市场，在东南亚地区销量很大。随着我国人民生活水平和保健水平的不断提高，整个社会对这种产品的需求量将会越来越大。在我国、我省
6、广阔的海洋领域中拥有丰富的海藻海草植物，从这些海洋植物中提取琼脂产品，也是开发利用我国丰富海洋资源的一项具体措施。在从海洋植物中提取琼脂的过程中，除了一系列的提取工艺外，将已提取好的琼脂半流体中所含的水份去除干净是确保琼脂质量的一道重要工序 1-3。传统的琼脂压榨机都是采用机械螺旋式压榨原理 1-2，该压榨机由于其本身固有2的缺点, 很难做到压榨的过程既要保持对压榨琼脂具有一定的压榨力，又要保持压板以一定的缓慢速度平稳下移的工作要求，因而在压榨时存在着压榨效率低、浪费原料大、工人劳动强度大、操作繁琐等缺点。与传统的螺旋式机械压榨机相比，液压自动压榨机安全、可靠、快捷、自动化程度高，劳动强度低，
7、生产效率和产品质量高。为了满足琼脂在榨过程的上述工作要求， 本文将琼脂压榨机设计成液压压榨机，利用流体传动与控制技术传动平稳准确、输出推力大、易于实现自动控制的优点，达到多机同时时工作并自功完成压榨过程的目的。2 琼脂压榨机的组成及液压传动性能特点2.1 琼脂压榨机的组成琼脂液压压榨机是以海洋植物为原料提取一种高蛋白制品的主要设备，主要由机架、压榨缸、压榨板、压榨箱、压榨箱底板、顶出缸、液压系统及电控系统组成，其结构示意图如图1所示。图 1 琼脂压榨机示意图Fig.1 agar mill structure schematic drawing1 顶出缸 2 压榨箱底板 3 机架 4 压榨箱 5
8、 液压站 6 压榨板 7 压榨缸2.2 传动性能特点压榨机经常产生较强的重吸作用，大大降低抽出效果。这主要是由于压榨机中的有效压缩时间和排汁面积不足，而且在琼脂压榨机辊子间蔗层较紧密处压出的蔗汁，大部分是向着较疏松处(即入蔗口方向)流动再落到辊子表面上排走，蔗汁穿过蔗层的方向和蔗层前进的方向正好相反，这就大大增加了排汁困难和增强重吸作用。3琼脂压榨机液压传动系统消耗的动力很大，其一由于琼脂在压榨（去除水份）前是胶质状态，因此压榨琼脂时要将胶质状的琼脂包裹在过滤布中，然后将包裹着琼脂的过滤布一层层地叠起放入压榨箱中；在对胶质状琼脂的压榨过程中既要保持压板对被压榨琼脂具有一定的压榨力，又要保持压板
9、以一定的压榨工艺速度缓慢下移，以确在保胶质状琼脂水份被除去的过程中，琼脂不被从过滤布中挤出，而浪费原料。其二消耗于排脂：因为海洋植物的表层非常紧密，纤维之间的空隙很少，对通过的液体有很大的阻力；要将琼脂压过植物标尺排出，必须克服这些阻力，因为时间短而汁量大，必然要消耗很大的动力。而且，压榨机中压出的琼脂向入口方向排出，自然被刚进入的原料吸收，随后又再将它压出，周而复此，重复作功，更大幅度增加了动力消耗 3。3 设计要求及给定参数由于琼脂在压榨(去除水份) 前是胶质状态, 因此压榨琼脂时要将胶质状的琼脂包裹在过滤布中, 然后将包裹着琼脂的过滤布一层层地叠起放人压榨箱中; 在对琼脂的压榨过程中既要
10、保持压板压榨的琼脂具有一定的压榨力, 又要保持压板以一定的速度缓慢下移, 以确保胶质状的琼脂在去除水份的过程中, 不被从过滤布中挤出来而浪费原料。其主要由机架1、压榨缸2、压板3、压榨箱4、压榨箱底板5、顶出缸6、液压和电气控制系统7等部分组成。琼脂在压榨前要将它们分别装进许多预先准备好的过滤袋中, 并将过滤袋的口反折好, 防止压榨过程中脂从过滤袋中挤出来；然后将它们一层层叠好放入压榨箱底板5上(此时压榨箱底板5被顶出缸6推至压榨箱4的上面,以便于工人装卸料), 再将压榨箱底板5落至压榨箱4的底部；随后让压板3快速接近压榨箱4,当压板3与要压榨的琼脂开始接触时, 压板3变成慢速移动并逐渐开始进
11、人压榨琼脂的状态；为了提高压榨的工作效率应使压板开始压榨琼脂的速度相对较快,当压板的压榨行程达到总行程的三分之一左右时,压板3 压榨琼脂的速度将减慢,直致压榨完成；此后压板3快速退回到其原始位置, 与此同时顶出缸6将压榨好的琼脂从压榨箱4中顶出, 这样就完成了一个压榨循环。上述压榨缸的工作循环为：快速下降一慢速 l 下移一慢速2下移一终点停止一快速上移一原点停止；压榨箱顶出缸的工作循环为:顶出一复位。琼脂压榨过程中各阶段的压榨速度根据其工艺要求可以在一定的范围内任意调节； 压板的压榨力根据其工艺要求也可以在一定的范围内任意调节。另外两台压榨主机工作时应能独立或同时使用, 且彼此的工作状况不受干
12、扰；工作参数的调节应方便、灵活、快捷。表 1 设计要求和给定参数Table 1 Design requirements and certain parameters项目 符号 参数 单位4整机质量 M 1000 Kg压榨箱尺寸 LxBxH 0.8x0.8x1.5 m最大压榨行程 S 1.2 m额定压榨力压榨工进速度一 压榨工进速度二 FNV1V240050-6015-30KNcm/hcm/h快进速度 V 快 1-2 m/min供油压力 Ps 21 MPa4 液压系统设计4.1 压榨机工作循环要求压榨机完成的整个工作循环是：快进 工进一 工进二 终点停止 快退 原位停止。工作循环图如图 2 所示
13、。图 2 工作循环Fig.2 working cycle 4.2 工况分析负载分析即确定主机负载的变化规律，通常用负载-时间（F-t，T-t）或负载-位移（F-x， T-）曲线表示，称负载循环图。液压系统承受的负载可由主机规格或样机实测确定，也可由理论分析得出。当理论分析确定实际负载时，应考虑工作负载、摩擦负载、惯性负载等。主机负载即液压缸负载、液压马达负载。首先根据已知条件（由压榨行程 1.2m，查出液压杠的行程取 1.25m，并且，工进一的行程是在压榨工作行程的 2 处转换为工进二的，即约在总行程 950mm 处），绘制运动部件的速度循环图，如图 3 所示。然后计算各阶段的外负载并绘制负载
14、图。压榨机快进时，没受到作用力，所以快进时外负载约等到于零；工进时，外负载取约等于额定压榨力 400kN；快退时，外负载也约等于压板重力。故负载循环图如图 4 所示。快退起点工进二工进一快进终点停止5图 3 速度循环图 图 4 负载循环图Fig.3 velcocity cycle Fig.4 load cycle4.3 拟定液压系统原理图4.3.1 确定供油方式琼脂液压自动压榨机的液压系统，在压榨缸快速下移和快速退回的工作过程中，其液压系统为空载状态，即液压系统是一种低压大流量的工作状态；而该机在压榨工作进给的过程中需要很低的速度和很大的压榨力，即液压系统是一种高压小流量的工作状态。为了使液压
15、系统获得较高的系统效率，并具有多缸工作互不干扰的性能，在该液压系统的设计中需采用低压大排量泵和高压小排量泵组成的双泵供油回路多速、多压控制系统，故泵源系统宜选用双泵供油。此设计采用双联齿轮泵 4-10。4.3.2 调速方式的选择在中小型的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。考虑到该设备在工作时对低速性能和速度负载特性没什么要求，决定采用调速阀调速。这种调速方法有调速容易、结构简单的特点 4-10。4.3.3 速度换接方式的选择本系统采用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也比较容易，但速度换接的平稳性比较差。若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程
16、阀切换的速度换接回路。但在此设计中，对平稳性要求不高，故此回路满足 4-10。最后把所选的液压回路组合起来，即可组合成图 5 所示的液压系统原理图。6图 5 液压系统原理图Fig.5 schematic diagram of hydraulic pressure system此液压系统工作原理：为了使液压系统获得较高的系统效率，并且有多缸工作互不干扰的性能，液压系统采用双联齿轮泵（即低压大排量泵 3 和高压小排量泵 2 组成的双泵供油回路）供油，泵 2、3 的工作压力分别由溢流阀 4 和电磁溢流阀 5 调定，当系统的任何一个液压缸需要快速进和快速退回时，系统通过低压大排量泵 3 实现供油，当泵
17、 3 不工作时，可通过电磁溢流阀 5 实现其卸荷；当系统的任何一个压榨缸需要工作进给时，通过高压小排量泵 2 与溢流阀 4 调速阀 10、11、18、19 和压榨缸12、13 等组成节流调速回路，来满足各压榨缸的压榨工作要求，由于高压泵 2 的排量很小，尽管其压力较高，但功率并不大，因此可以不考虑该泵的卸荷问题；压榨缸12、13 和顶出缸 14、15 的换向分别由电磁换向阀 8、9 和电磁换向阀 22、23 完成；单项顺序阀 16、17 用作平衡阀，防止压榨缸 12、13 在重力的作用下滑，使压榨缸能在任何位置停住，以确保压榨过程的安全。本设计压榨过程的工作状态转换采用行程开关来实现，其电气控
18、制部分可采用可编程控制器（PLC）控制方式。琼脂压榨机的液压系统电磁铁的动作顺序如表 1 所示.7表 2 电磁阀动作循环表Tab.2 operating cycle of valve电磁块工况1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA 9YA快速下行 + + +慢速一 + + + +慢速二 + +快速退回 + + +原位停止5 液压执行元件载荷计算及元件的选择5.1 各液压缸的载荷力计算5.1.1 压榨缸的载荷力 压榨缸在压榨板快进过程中是轻载，其外载荷主要是压榨板及其联动部件的启动惯性力和导轨的摩擦力。工进时，运动，其外载荷就是挤压时的载荷力。终点停止时，液压缸除要保持一
19、定的压力，还要保持压板以一定的速度缓慢下移。根据锯架液压缸的工作要求选择双作用活塞缸 4-10，设液压缸两有效面积为 A1和 A2，且 A1=2A2,即 d=0.707D。为防止液压缸发生前冲现象，液压缸回油腔背压 P2取 0.6MPa，而液压缸快退时背压取 0.5MPa。5.1.2 顶出缸载荷力 顶出缸的载荷力在整个压榨过程中式变化的，计算时，只需求出最大载荷力。(2)式中 d顶杆直径，由给定参数知：d=0.03mm；P最大压力，已知 p=185.22MPa；由此求得 131KNWF表 3 各液压缸的载荷力Tab. 3 Various hydraulic cylinders loading force液压缸名称 工况 液压缸外载荷 活塞上载荷力/WFKN/WFKN快进 300 333压榨缸 终点停止 4000 4444快速退回 980 1088顶出缸 顶出 1000 111124dp
