申世英 陳盼盼 石 輝 / 山東協(xié)和學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院

自動打包機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計

申世英 陳盼盼 石 輝 / 山東協(xié)和學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院

該文介紹了自動打包機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計，能夠有效地解決打包機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中主壓的保壓效果不理想和主壓缸的支承問題，改進(jìn)了打包機(jī)的液壓系統(tǒng)，提高了打包機(jī)的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

自動打包機(jī)；液壓系統(tǒng)；保壓；支承

1.引言

在印刷行業(yè)中，印刷產(chǎn)品的打包工作是非常重要的一個環(huán)節(jié)，打包機(jī)能夠代替人工打包，實現(xiàn)高效化作業(yè)。打包機(jī)主要將摞好的印刷產(chǎn)品捆扎成大小、重量一定的包裹，以便于存儲運(yùn)輸。液壓系統(tǒng)作為打包機(jī)的動力來源，是打包機(jī)的核心部件，而液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性是打包機(jī)正常工作的必要條件。隨著先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，液壓元件的日益更新，打包機(jī)的液壓系統(tǒng)采用了插裝閥集成控制，這大大優(yōu)化了打包機(jī)液壓系統(tǒng)的整體性能，降低了系統(tǒng)的故障率。但在實際應(yīng)用中，液壓系統(tǒng)仍存在一些問題影響打包機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，需要進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計以提高打包機(jī)液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確保打包機(jī)的高效運(yùn)行。

2.自動打包機(jī)液壓系統(tǒng)存在的問題

自動打包機(jī)工作時，主壓缸工作過程中，液壓系統(tǒng)容易出現(xiàn)下面2個問題。

（1）打包機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中主壓的保壓效果不理想，當(dāng)主壓缸的活塞桿推動主壓頭下降到一定的高度后，為了保持壓實不反彈，工藝要求主壓油缸上腔壓力在5min的時間內(nèi)壓力降不得大于3.5MPa。通常主壓缸的保壓效果不理想。

（2）自動打包機(jī)在工作過程中，會出現(xiàn)主壓頭正在下行時突然停止，然而主壓壓力繼續(xù)升高，但主壓頭呈靜止?fàn)顟B(tài)，出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，最終導(dǎo)致主壓缸活塞變形，缸筒被撐大出現(xiàn)嚴(yán)重變形，最終造成主壓缸報廢。

3.自動打包機(jī)液壓系統(tǒng)的改進(jìn)

針對上述描述的2個問題，針對自動打包機(jī)的液壓傳動原理的分析和研究，改進(jìn)液壓系統(tǒng)的設(shè)計。

3.1 主壓保壓液壓系統(tǒng)的改進(jìn)

打包機(jī)打包時，主壓頭運(yùn)行到下限位，所有電磁閥斷電，液壓泵處于卸載狀態(tài)，主壓缸上腔的高壓油通過控制油路，將插裝閥CV 1和CV 2關(guān)閉，于是，主壓缸上腔的高壓油原則上無處泄漏，因而能夠?qū)崿F(xiàn)保壓(如圖1所示)。

圖1 改進(jìn)前主壓保壓液壓系統(tǒng)

但是，控制油路先經(jīng)過電磁球閥進(jìn)入插裝閥CV 1的上腔，這時錐閥單元的A腔與C腔都是引自主壓缸上腔，是高壓腔，而B腔則與回油路連通，是低壓腔。保壓時由于此閥上下腔壓力高低不同，主壓上腔的壓力油會沿閥芯和閥套之間的間隙流向回油路，這樣實際上是在靠滑閥式的間隙密封來進(jìn)行保壓，而不是利用錐閥錐面密封無泄漏的優(yōu)勢，因而導(dǎo)致保壓效果不理想。為了解決這個問題,對液壓系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計 (如圖2所示)。

圖2 改進(jìn)后主壓保壓液壓系統(tǒng)

將錐閥單元的B腔與缸上腔連通，這樣C腔與B腔的控制油壓力相同，但C腔的受力面積大于B腔，所以閥芯依然能夠關(guān)閉。同時，因為B腔與C腔的油壓相同，所以控制油就不會由閥芯和閥套之間的間隙流向B腔了，而且泄漏量完全由錐閥錐面密封控制。經(jīng)過改進(jìn)，保壓效果明顯提高。

3.2 主壓支承液壓系統(tǒng)的改進(jìn)

自動打包機(jī)的工藝要求主壓頭在上限停留24h，下滑量不大于10mm。為了防止主壓頭在上限因重力作用而下滑，在主壓缸下腔的回路上增加一個背壓支承閥，但是效果并不理想。于是又增加液控?fù)Q向閥CV 5(如圖3所示)。

圖3 主壓支承液壓系統(tǒng)

正常工作時主壓頭要下行，需使主壓缸下腔壓力達(dá)到某一設(shè)定值(此值的設(shè)定應(yīng)略大于主壓頭的自重與主壓缸下腔環(huán)狀面積的比值)，這時主壓缸上腔引出的控制油路才能控制CV 5的液控?fù)Q向閥換向，CV 5才能開啟，主壓缸才能順利下行。但液控?fù)Q向閥在事故發(fā)生時沒有換向，處于閉死狀態(tài)，由于它的非正常工作導(dǎo)致CV 5終未開啟，于是主壓缸下腔至CV 5閥之間組成了一個封閉的高壓腔，導(dǎo)致事故發(fā)生。對主壓缸進(jìn)行受力分析，根據(jù)流體靜力學(xué)公式：

式中，

P1—主壓缸上腔(無桿腔)的壓強(qiáng)；

P2—主壓缸下腔(有桿腔)的壓強(qiáng)；

A1—主壓缸上腔(無桿腔)的面積；

A2—主壓缸下腔(有桿腔)的面積；

D—活塞的直徑，取D = 320mm；

d—活塞桿的直徑，取d = 280mm；

系統(tǒng)壓力設(shè)定為25MPa，即p1= 25MPa。所以p2= 106.67MPa。實際上，壓力還沒有達(dá)到這個極限值，液壓缸就已經(jīng)變形。為了解決這個問題，對液壓系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計 (如圖2所示)。取消液控?fù)Q向閥CV 5，同時更換背壓支承閥的型號。采用綜合性能指標(biāo)都比較高、啟閉可靠性高、內(nèi)泄小的背壓支承閥。更換背壓支承閥后，自動打包機(jī)的主壓缸運(yùn)行良好，并且主壓頭在上限的下滑量達(dá)到了工藝的要求，起到了對主壓缸的支承作用。

4.結(jié)束語

經(jīng)過改進(jìn)設(shè)計的自動打包機(jī)液壓系統(tǒng)，能夠有效解決自動打包機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中主壓的保壓效果不理想和主壓缸的支承問題，優(yōu)化了自動打包機(jī)的液壓系統(tǒng)。使自動打包機(jī)整體運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，并且各項指標(biāo)都達(dá)到了工藝的要求，提高了自動打包機(jī)的質(zhì)量。液壓系統(tǒng)作為自動打包機(jī)的核心部分，系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計就顯得尤為重要。但是隨著對液壓系統(tǒng)的深入探索與研究，越來越合理的液壓系統(tǒng)將為自動打包機(jī)提供越來越可靠的服務(wù)，從而使自動打包機(jī)的質(zhì)量更加可靠，在國內(nèi)外市場的競爭中立于不敗之地。

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本文系國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目（201613324075）。

申世英（1987-），女，山東日照人，碩士研究生，研究方向：液壓可靠性。