金属废料压块机液压系统设计

收稿日期： 2011 － 10 － 18 作者简介： 胡万强 （ 1975—） ，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。E － mail： hwq@ xcu. edu. cn。
第 22 期
胡万强： 金属废料压块机液压系统设计
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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
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831 mm，所以选取长宽高为 1∶ 1∶ 1 的油箱。
油箱，根 据 公 式 0. 8x3 = 664 798. 75 × 103 求 得 x =
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
序号 1 2 3 4 5 6 7 8
名称 溢流阀 三位五通电磁换向阀 换向阀 调速阀 分流 － 集流阀 压力表 过滤器 电动机
Abstract： The framework specialty and operational principle of metal waste briquetting machine were introduced simply． The hydraulics system of the briquetting machine was designed． Some important components，such as fluid cylinder，oil pump，valves， were chosen． The main parameters were calculated and tested．
Design of Hydraulics System for the Metal Waste Briquetting Machine
HU Wanqiang （ College of Electrical and Information Engineering of Xuchang University，Xuchang Henan 461000，China）
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： TH137 文献标识码： B 文章编号： 1001 － 3881 （ 2012） 22 － 090 － 2
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 （ ST2） ： 进油路： 液压泵 1→单向阀 2→换向阀 21 （ 左位） →换向阀 27 →调速阀 23 →主 液压缸 39 左腔； 回油路： 主液压缸 39 右腔→换向阀 33→电磁换向阀 21 （ 左位） →溢流阀 29→油箱。 第二次进给 （ ST4） ： 进油路： 液压泵 1→单向阀 2→换向阀 21 （ 左位） →换向阀 27 →调速阀 22 →换 向阀 24→主液压缸 39 左腔； 回油路： 主液压缸 39 右 腔→换向阀 33 → 电 磁 换 向 阀 21 （ 左 位） → 溢 流 阀 29→油箱。 退回 （ SB6） ： 进油路： 液压泵 1 →单向阀 2 →换 向阀 21 （ 右位） →换向阀 28→调速阀 32→主液压缸 39 右腔； 回油路： 主液压缸 39 左腔→换向阀 30→换 向阀 21 （ 右位） →溢流阀 29→油箱。 （ ST3） 快退： 进油路： 液压泵 1 →单向阀 2→换 向阀 21 （ 右位） →换向阀 33→主液压缸 39 右腔； 回 油路： 主液压缸 39 左腔→换向阀 30→换向阀 21 （ 右 位） →换向阀 34→换向阀 33→主液压缸 39 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。
槡 槡 D = 4P = 1. 13 P
πΔpηm
Δpηm
式中： P 为活塞承受的最大推力 （ N） ，P = P1 + T1 +
T2 + P2 + P3 ，其中，P1 、T1 、T2 、P2 、P3 分别为作用
在活塞上的总推力、活塞密封与油缸内孔的摩擦力、
活塞杆与缸盖或导套处的摩擦力、回油腔中的背压力
2012 年 11 月 第 40 卷 第 22 期
机床与液压
MACHINE TOOL ＆ HYDRAULICS
Nov. 2012 Vol. 40 No. 22
DOI： 10． 3969 / j. issn. 1001 － 3881. 2012. 22. 031
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 461000)
Keywords： Metal recycling； Briquetting machine； Hydraulic system； Component selection
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。
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 － 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，
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机床与液压
第 40 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
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 油缸的内径 D 由油缸所需输出的最大拉力或推 力来确定，油缸内径
pp ≥p1 + Δp1 = 25 + 0. 3 = 25. 3 MPa 式中： p1 指 油 缸 工 作 压 力，其 值 为 25 MPa； Δp1 为 进、回油路总压力损失，由于该系统流速不大，且管
活塞杆直径 d = 63 mm。 盖缸和翻块缸参数： 内径 D = 100 mm，壁厚 δ =
验公 式， V油箱 = （ 3 ～ 7 ） V总 = 5 × 132 959. 75 = 664 798. 75 mL。根据国标 GB 2876-81 选取 1 000 L 的
11 mm，活塞杆直径 d = 50 mm。
和运动部件的惯性力，ηm 为油缸的机械效率，Δp 为 油缸进出油口的压力差。
根据公式，活塞杆直径
d = λvD 其中： λv 为液压缸活塞杆直径与缸内径比值。当活 塞杆受拉时，λv 一般取 0. 3 ～ 0. 5，当活塞杆受压时， 一般取 0. 5 ～ 0. 7。
（ 2） 油缸长度 L 和壁厚 δ
油缸长度 L 和壁厚 δ 分别根据公式： L≤ （ 20 ～
67. 285 × 10 －5 m3 / s。
根据以上设计计算，选用 MCY14-1B 型轴向柱塞
泵，其主要技术指标为： 公称排量 25 mL / r，额定压
力 32 MPa，额 定 转 速 1 500 r / min， 额 定 驱 动 功 率
24. 6 kW。
2. 3 油箱的设计
( ) 主液压 缸 不 带 活 wenku.baidu.com 杆 一 端 面 积 A1 = π
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 2
=
p·πD2 4tanα
·
l1 l2
·η1
η2
η3
（ 1）
其中： p 为 气 缸 系 统 压 力 （ MPa ） ； D 为 气 缸 直 径
型号 DBDH25P10 /25 型 4WE10DOAW220 － 50NZ5LV
d 2
2
=
( ) 3. 14 ×
250 2
2
= 49 062. 5
mm2 ，侧液压缸不带活塞杆
( ) ( ) 一端面积 A2 = π
d 2
2
= 3. 14 ×
125 2
2
= 12
265. 625
mm2 ，盖 缸 和 翻 块 缸 不 带 活 塞 杆 一 端 面 积 A3 =
( ) ( ) π
d 2
2
= 3. 14 ×
（ mm） ； α 为铰杆的理论压力角 （ °） ； l1 、l2 分别为 铰杆的主动臂、被动臂的长度 （ mm） ； η1 为气缸的 机械效率 （ 一般取 0. 85 ） ； ［6］ η2 为铰杆机构 的 机 械 效率； η3 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 － 杠杆增力双点浮动
100 2
2
= 7 850
mm2 。
主液压缸排油体积 V1 = l1 × A1 = 2 400 × 49 062. 5 = 117 750 mL ，2 个 侧 液 压 缸 排 油 体 积 2V2 = 2 × l2 × A2 = 7 359. 375 mL， 盖 液 压 缸 和 翻 块 缸 排 油 体 积 2V3 = 2 × l3 × A3 = 7 850 mL ，即 V总 = V1 + 2V2 + 2V3 = 117 750 + 7 359. 75 + 7 850 = 132 959. 75 mL。根据经
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，2009 （ 9） ： 53 － 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，2000（ 5） ： 87，97． 【3】孙承峰，钟康民． 解决铰杆 － 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， 2008，36（ 10） ： 255 － 256． 【4】ZHONG Kangmin，GUO Peiquan． Orthogonal Reinforcement Mechanism and Hydraulic Drive ［C］/ / Proceedings of Tenth World Congress on the Theory of Machines and Mechanisms，Oulu，1999： 2037 － 2042． 【5】姚远，钟康民． 基于铰杆 － 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，2009（ 7） ： 110 － 111． 【6】宋学义． 袖珍液压气动技术手册［M］． 北京： 机械工业出 版社，1995．
30） D 和 δ = 2［Dσp］来确定。
将相关参数代入以上公式，通过设计计算，最后
得出：
主缸参数： 内 径 D = 250 mm，壁 厚 δ = 26 mm，
活塞杆直径 d = 125 mm。
侧缸参数： 内 径 D = 125 mm，壁 厚 δ = 13 mm，
路简单，故取 Δp1 = 0. 3 MPa，所以取 pp = 26 MPa。 油泵 流 量 Qp ≥ K ( ΣQ) ≥ 1. 2 × 56. 1 × 10 －4 =