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2 0 1 2年 1 1 月 第 4 0卷 第 2 2期 机床与液压 MACHI NE T OOL ＆ HYDRAUUCS NO V ． 2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 2 2 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 2 2 ． 0 3 1 金属废料压块机液压系统设计 胡 万 强 许 昌学院电气信息工程学院，河南许 昌4 6 1 0 0 0 摘要简述废旧金属压块机结构特点及工作原理，设计压块机液压系统，并对系统主要元件 如液压缸、油泵、阀 等进行了设计选型。 关键词金属回收；压块机；液压系统；元件选型 中图分类号T H 1 3 7 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 2 2 0 9 0 2 De s i g n o f Hy dr a u l i c s S y s t e m f o r t he M e t a l W a s t e Br i q ue t t i n g M a c hi ne HU W a nq i a n g C o l l e g e o f E l e c t r i c a l a n d I n f o r ma t i o n E n g i n e e r i n g o f X u c h a n g U n i v e r s i t y ，X u c h a n g H e n a n 4 6 1 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t T h ea me w o r k s p e c i a l t y a n d o p e r a t i o n a l p ri n c i p l e o f me t a l w a s t e b r i q u e t t i n g ma c h i n e w e r e i n t r o d u c e d s i mp l y ． T h e h y d r a u l i c s s y s t e m o f t h e b r i q u e t t i n g ma c h i n e wa s d e s i g n e d ． S o me i mp o r t a n t c o mp o n e n t s ， s u c h a s fl u i d c y l i n d e r ，o i l p u mp， v a l v e s ， w e r e c h o s e n ．T h e ma i n p a r a me t e r s w e r e c alc u l a t e d a n d t e s t e d ． Ke y wo r d s Me t a l r e c y c l i n g ； B r i q u e t t i n g ma c h i n e；Hy d r a u l i c s y s t e m ； C o mp o n e n t s e l e c t i o n 在工业生产中经常会产生一些废旧金属边料如铁 屑、铝屑等。如何将这些金属废料回收利用，减轻企 业成本以及环境污染就显得尤为重要。金属压块机作 为废 旧金 属边 料压 制机器 ，可 以将 金属 废料 压块 成 形，为相关企业提供合适的回炉料，这对改善企业生 产环境、降低工人劳动强度、提高人们的环保意识起 着十分重要 的作用。文中所研究的金属废料压块机外 形图如图 1 所示。主机采用多缸联动结构，有 1 个主 缸、2个侧缸 、1 个盖缸、1 个翻块缸共 5个液压缸。 主液压缸推动压头做前后往 复运动 ，侧缸推动压头做 左右往复运动 ，盖缸带动盖板作开合运动 ，翻块缸推 动翻块机构做翻转运动。 图1 金属废料压块机外形图 1 液压系统设计 液压系统作为金属压块机的重要驱动机构，主要 用来使压块机完成废旧金属的挤压、盖压、翻料等动 作 ，主要 由液压缸 、油 泵 、油压 马达和各 种 阀组 成。 根据系统的工作要求和特点 ，拟定的金属废料压块机 液压系统原理 图如 图 2 所示 。 主液压缸动作流程如下 第一次进给 s y 2 进油路液压泵 1 一单向阀 2 一换向阀 2 1 左位一换向阀 2 7 一调速阀2 3 一主 液压缸 3 9左腔 ；回油路 主液压缸 3 9 右 腔一换 向阀 3 3 一 电磁换 向阀 2 1 左位 一 溢流 阀 2 9 一油箱。 第二次进给 S T 4 进油路液压泵 1 一单向阀 2 一换向阀 2 l 左位一换 向阀2 7 一调速阀 2 2 一换 向阀2 4 一 主液压缸 3 9左腔 ；回油路 主液压缸 3 9右 腔一换 向阀 3 3 一 电磁 换 向 阀 2 1 左 位 一 溢 流 阀 2 9 一 油箱 。 退 回 S B 6 进油路 液压 泵 1 一 单 向阀 2 一 换 向阀 2 1 右位 一换向阀 2 8 一 调速阀 3 2 一 主液压缸 3 9右腔 ；回油路 主液压缸 3 9左腔一换 向阀 3 0 一换 向阀 2 1 右位 一溢流阀 2 9 一油箱 。 S T 3 快退 进油路 液压 泵 1 一单 向阀 2 一 换 向阀2 1 右位一换向阀3 3 一主液压缸3 9右腔；回 油路 主液压缸 3 9左腔一换 向阀 3 O 一 换向阀 2 1 右 位一换向阀3 4 一换向阀3 3 一主液压缸 3 9右腔。 侧液压缸、盖缸和翻块缸动作流程由于篇 幅有 限 ，不再赘述 。 收稿 日期 2 0 1 1 1 0 1 8 作者简介胡万强 1 9 7 5 一 ，男，讲师，主要从事机电设计及其控制方面的教学与研究工作。Em a i l h w q X C U ． e d u ． c n 。 第 2 2期 胡万强金属废料压块机液压系统设计 9 1 Y l 一 液压泵 2、6 、 l l 、 l 2 、l 4 、 3 l 、3 5 一单向阀 3 、2 1 一 电磁换 向阀 4 、 7 9 ， 1 3 、 1 5 1 7 、 1 9 、2 O、2 4 、2 6 、2 7 、2 8 、 3 0 、3 3 、3 4 、3 6 _ 换 向阀 5 、8、l 6 、 l 8 、2 2 、2 3 、 2 5 、3 2 、3 7 调速 阀 l 0 、2 9 溢流阀 3 8 分流集流阀 3 9 一主液压缸 4 O 侧液压缸 4 1 一盖缸 4 2 _ 翻块缸 图 2金属废料压块 机液 压系统原理图 2 液压系统部分重要元件选型 2 ． 2 液压泵的设计计算 2 ． 1 液压缸的设计计算 油泵的工作压力 1 液压缸内径 D及活塞杆直径设计计算P ≥p 。 a p 2 5 0 ． 3 2 5 ． 3 MP a 油缸的内径 D由油缸所需输出的最大拉力或推 式中 P ， 指油缸工作压力，其值为 2 5 MP a ；△ p 为 力来确定，油缸内径 进、回油路总压力损失，由于该系统流速不大，且管 厂 ⋯ 路简单 ，故取 卸 0 ． 3 MP a ，所以取P 2 6 M P a 。 一 √耵 卸 一 √△ p 叩 油 泵流量Q ≥K -Y Q ≥1 ． 2 5 6 ． 1 1 0 一 式中P为活塞承受的最大推力 N ，PP 6 7 ． 2 8 51 0 ～m ／ s P P ， ，其中，P 、T 1 、 、P 2 、P ， 分别为作用 根据以上设计计算，选用 MC Y 1 4 ． 1 B型轴向柱塞 在活塞上的总推力、活塞密封与油缸内孔的摩擦力 、 泵 ，其主要技术指标为公称排量 2 5 m L ／ r ，额定压 活塞杆与缸盖或导套处的摩擦力、回油腔中的背压力 力 3 2 M P a ，额 定转速 1 5 0 0 r ／ m i n ，额定 驱动功率 和运动部件的惯性力， 为油缸的机械效率，却 为 2 4 ． 6 k W 油缸进出油I 1 的压力差。 2 ． 3 油箱的设计 根据公式，活塞杆直径 ， 、 z ， ， 一 n 主液压缸不带活塞杆一端面积 A 1 T f l 萎 鑫 3 ． 14 ． 5 m m 2 0 3 0 撇压 缸 不 带 活 塞 杆 塞 杆 受 拉 时 ， A 一 般 取 ． ～ ． 5 ， 当 活 塞 杆 受 压 时 ， ⋯ ⋯ ＼ 2 ／ ⋯ ⋯ ～ ‘ ”” 。‘ 一般 和 壁 厚 占 ， 一 端 面 竹 2 - 1 2 2 6 5 ． 6 2 5 2 油 缸 长 度 和 壁 厚 6 。 。 ‘ ＼ ， ＼ z ， 油缸长度 L和壁厚 艿分别根据公式 ≤ 2 0～ m m ，盖缸 和 翻块 缸 不 带 活塞 杆 一 端 面积 A ， 3 0 D 和 6 来 确 定 。 可 f 孚 1 3 ． 1 4 f 1 ‘ 7 8 5 0 m m 2 。 二L j 、- 、 - 将相关参数代入以上公式 ，通过设计计算，最后 主液压缸排油体积 z 。 A 。 2 4 0 0 x 4 9 0 6 2 ． 5 得出 1 1 7 7 5 0 m L，2个侧液压缸排油体积 2 2f 主缸参数 内径 D 2 5 0 m m，壁厚 占 2 6 m m， A 7 3 5 9 ． 3 7 5 m L ，盖液压 缸 和 翻块缸 排油 体积 活塞杆直径 d1 2 5 m m。 2 2 z 3 X A 3 7 8 5 0 m L，即 V 1 2 v 2 侧缸参数 内径 D1 2 5 m m，壁厚 61 3 m m， 1 1 7 7 5 0 7 3 5 9 ． 7 5 7 8 5 01 3 2 9 5 9 ． 7 5 m L 。根据经 活塞杆直径 d 6 3 m m。 验公 式 ， 箱 3 ～7 5 X 1 3 2 9 5 9 ． 7 5 盖缸和翻块缸参数 内径 D 1 0 0 m m，壁厚 6 6 6 4 7 9 8 ． 7 5 m L 。根据国标 G B 2 8 7 6 - 8 1 选取 1 0 0 0 L的 1 1 m m，活塞杆直径 d 5 0 m m。 下转第 7 6页 7 6 机床与液压 第4 0卷 2 力学计算 上述所述的 5 个 图 ，只有图 1的输 出载荷是对称 相等的，但在实际中由于工件的高度差很小 若采用 图 1 的方法不能保证两个工件都能被夹紧，若采用图 2 _5的方案不但能同时夹紧工件 ，而且由于工件之 间微小高度差使得两边角度差很小 ，也就使得左右两 边的夹紧力 可以近 似相等 ，只需要 计算 左边 或右 边的夹紧力，而且认为这两者相等。那么，只需 要计算出图 1 的夹紧力就可近似代替图 2 5的夹紧 力 。 图 1 所示的夹紧力的计算公式为 F P． 1 T D Z l ⋯ 一 2 ⋯ 4t a n c ‘ 1 田2 3 其 中 P为 气 缸 系统 压 力 M P a ；D 为 气 缸 直 径 m m ；o t 为 铰杆 的理论 压力 角 。 ；f ． 、f 分别 为 铰杆 的主动臂 、被动臂 的 长度 m m ；叼 为 气缸 的 机械效 率 一 般取 0 ． 8 5 ；叼 为 铰杆 机构 的机 械 效率 ；7 7 为杠杆机构的机械效率。 3结束语 详细叙述了4种不同的铰杆 一杠杆增力双点浮动 夹紧气动夹具 ，通过分析比较它们的优缺点，为人们 选择一种结构简单、性能可靠 、操作方便的夹具提供 一 定的理论基础 。 1 采用气压传动较液压传动具有动作迅速、 无污染等优点，符合当前的绿色环保要求。 2 采用铰杆 一杠杆增力机构弥补 了气压传动 压力小的缺陷，使气压传动代替液压传动成为可能。 3 4种解决方法均是解决 自由度不足的问题， 通过增加一个 自由度 ，实现双点浮动夹 紧工件 。 4 实际应用 时 ，作 者推荐 采用 图 4和 5两 种 方案 。图 4采用低 副滑块装置可承受较 大的载荷 ，当 承受载荷较小时可采用高副滚轮装置。 参考文献 【 1 】 王金娥， 窦云霞， 钟康民． 四种基于铰杆增力机构的气动 压力机的技术性能对 比[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 9 9 5 3 55． 【 2 】孙蓓 ， 钟康民． 用固定式液压缸代替铰接式液压缸的两 种方法[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 0 5 8 7， 9 7 ． 【 3 】孙承峰， 钟康民． 解决铰杆 一 杠杆增力液压夹具 自由度 不足的新方法 滚动高副取代低副法[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 8 ， 3 6 1 0 2 5 5 2 5 6 ． 【 4 】 Z H O N G K a n g m i n ， G U O P e i q u a n ． O r t h o g o n a l R e i n f o r c e m e n t Me c h a n i s m a n d H y d r a u l i c D r i v e[ C] ／ ／ P r o c e e d i n g s o f T e n t h W o r l d C o n g r e s s o n t h e T h e o r y o f Ma c h i n e s a n d Me c ha n i s ms， Ou l u， 1 99 9 2 0 372 0 42． 【 5 】姚远 ， 钟康民． 基于铰杆 一 杠杆串联增力机构的双向浮 动夹紧气动夹具[ J ] ． 工艺与装备， 2 0 0 9 7 1 1 01 1 1 ． 【 6 】宋学义． 袖珍液压气动技术手册[ M] ． 北京 机械工业出 版社 。 1 9 9 5 ． 上接 第9 l页8 3 1 m m，所以选取长宽高为 1 l l的油箱。 油箱，根据公式 0 ． 8 x 6 6 4 7 9 8 ． 7 51 0 求得 阀类主要元件及其他主要辅助元件见表 1 所示。 表 1 阀类元件及其他辅助元件选择表 3结束语 对金属废料压块机进行 了简要介绍 ，然后根据压 块机工作要求和特点，设计了液压系统，并对系统主 要元件如主液压缸、侧液压缸、盖液压缸和翻块缸、 液压泵 、油箱和阀类等主要元件进行了设计计算和选 型。该系统已在某企业生产线上运行了一段时间，系 统稳定可靠 ，完全满足实际生产需要。 参考文献 【 1 】 成大先． 机械设计手册 单行本 液压传动[ M] ． 北京 化 学工业出版社， 2 0 04． 【 2 】 袁子荣． 液气压传动与控制[ M] ． 重庆 重庆大学出版 社 ， 2 0 0 2 ． 3 ． 【 3 】 张利平． 液压控制系统及设计[ M] ． 北京 化学工业出版 社 ， 2 0 0 4 ． 【 4 】 雷天觉． 液压工程手册[ M ] ． 北京 高等教育出版社， 2 O O 4 ．
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