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西安科技大學(xué)高新學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
系 別：
機(jī)電信息學(xué)院
專(zhuān) 業(yè)：
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 號(hào)：
設(shè)計(jì)(論文)題目：
五金制釘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
起 迄 日 期:
設(shè)計(jì)(論文)地點(diǎn):
西安科技大學(xué)高新學(xué)院
指 導(dǎo) 教 師:
專(zhuān)業(yè)教研室負(fù)責(zé)人:
2012年 月 日
摘 要
本設(shè)計(jì)是通過(guò)對(duì)五金制釘機(jī)工作原理、工作的環(huán)境和工作的特點(diǎn)進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際，在進(jìn)行細(xì)致觀察后，對(duì)五金制釘機(jī)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)組成的各元件進(jìn)行了選型、計(jì)算和校核。
本文設(shè)計(jì)的五金制釘機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：液壓系統(tǒng)工作壓力8-16MPa； 切斷剪力165.64kN； 鐓粗力166.84kN; 每根金屬線的直徑為1.6mm, 每分鐘循環(huán)次數(shù)86次。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)完全滿足任務(wù)書(shū)的課題要求。
關(guān)鍵詞：五金制釘機(jī)，液壓設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
37
五金制釘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
Abstract
The design is based on metal nail-making machine working principle, the working environment and the working characteristics of the analysis, and combined with the practice, the careful observation, the metal nail-making machine structure of the overall design, the various parts of the selection, calculation and checking.
In this paper the design of hardware nail-making machine main technical parameters: hydraulic system working pressure 8-16MPa; cutting shear upsetting force of 165.64kN; 166.84kN; each wire diameter 1.6mm, 86 times the number of cycles per minute. After the design fully meets the demands of the subject.
Key Words: metal nail-making machine, hydraulic design, structural design
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 概述 6
1.1 液壓傳動(dòng)發(fā)展概況 6
1.2 液壓傳動(dòng)的工作原理及組成部分 6
1.2.1 液壓傳動(dòng)的工作原理 6
1.2.2 液壓傳動(dòng)的組成部分 7
1.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 8
1.4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求 9
1.4.1 設(shè)計(jì)步驟 9
1.4.2 明確設(shè)計(jì)要求 9
第2章 制釘機(jī)總體結(jié)構(gòu)與液壓原理設(shè)計(jì) 10
2.1主機(jī)的功能結(jié)構(gòu) 10
2.2 工作原理 11
2.3課題設(shè)計(jì)要求 13
第3章 制釘機(jī)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
3.1切斷液壓缸的主要參數(shù) 13
3.2 鐓粗液壓缸的主要結(jié)參數(shù) 13
3.3活塞桿強(qiáng)度計(jì)算 14
3.4液壓缸活塞的推力及拉力計(jì)算 15
3.4.1切斷液壓缸 15
3.4.2 鐓粗液壓缸 16
3.4活塞桿最大容許行程 16
3.5液壓缸內(nèi)徑及壁厚的確定 17
3.5.1液壓缸內(nèi)徑計(jì)算 17
3.5.2液壓缸壁厚計(jì)算 17
3.6液壓缸筒與缸底的連接計(jì)算 18
3.7 缸體結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì) 19
3.7.1缸體端部連接結(jié)構(gòu) 19
3.7.2缸體材料 19
3.7.3缸體技術(shù)條件 20
3.8 活塞結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì) 20
3.8.1活塞與活塞桿的聯(lián)接型式 20
3.8.2活塞的密封 20
3.8.3活塞的材料 21
3.8.4活塞的技術(shù)要求 21
3.9活塞桿結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì) 21
3.9.1端部結(jié)構(gòu) 21
3.9.2端部尺寸 21
3.9.3活塞桿結(jié)構(gòu) 22
3.9.4活塞桿的技術(shù)要求 22
3.10活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵 22
3.10.1導(dǎo)向套 22
3.10.2活塞桿的密封與防塵 23
3.11 缸蓋的材料 23
第4章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24
4.1系統(tǒng)液壓可以完成的工作循環(huán) 24
4.2 液壓執(zhí)行元件的配置 24
4.3 負(fù)載分析計(jì)算 24
4.4 液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇 25
4.4.1液壓泵的最大工作壓力 26
4.4.2計(jì)算液壓泵的最大流量 26
4.4.3選擇液壓泵的規(guī)格 27
4.4.4計(jì)算液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率并選擇原動(dòng)機(jī) 28
4.5其他液壓元件的選擇 28
4.5.1液壓閥及過(guò)濾器的選擇 28
4.5.2油管的選擇 29
4.5.3 油箱及其輔件的確定 30
4.6 液壓系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算 31
第5章 切斷夾緊裝置、機(jī)架的設(shè)計(jì) 32
5.1 機(jī)架的基本尺寸的確定 32
5.2 架子材料的選擇確定 33
5.3 主要梁的強(qiáng)度校核 33
參考文獻(xiàn) 36
總 結(jié) 37
致 謝 38
第1章 概述
1.1 液壓傳動(dòng)發(fā)展概況
液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來(lái)說(shuō)是一門(mén)新技術(shù)，但如從17世紀(jì)中葉巴斯卡提出靜壓傳遞原理、18世紀(jì)末英國(guó)制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)算起，也已有二三百年歷史了。近代液壓傳動(dòng)在工業(yè)上的真正推廣使用只是本世紀(jì)中葉以后的事，至于它和微電子技術(shù)密切結(jié)合，得以在盡可能小的空間內(nèi)傳遞出盡可能大的功率并加以精確控制，更是近10年內(nèi)出現(xiàn)的新事物。
本世紀(jì)的60年代后，原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)（微電子技術(shù)）等的發(fā)展再次將液壓技術(shù)推向前進(jìn)，使它發(fā)展成為包括傳動(dòng)、控制、檢測(cè)在內(nèi)的一門(mén)完整的自動(dòng)化技術(shù)，使它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各方面都得到了應(yīng)用。液壓傳動(dòng)在某些領(lǐng)域內(nèi)甚至已占有壓倒性的優(yōu)勢(shì)，例如，國(guó)外今日生產(chǎn)的95%的工程機(jī)械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動(dòng)線都采用了液壓傳動(dòng)。因此采用液壓傳動(dòng)的程度現(xiàn)在已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。
當(dāng)前，液壓技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項(xiàng)要求方面都取得了重大的進(jìn)展，在完善比例控制、數(shù)字控制等技術(shù)上也有許多新成就。此外，在液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化以及微機(jī)控制等開(kāi)發(fā)性工作方面，更日益顯示出顯著的成績(jī)。
我國(guó)的液壓工業(yè)開(kāi)始于本世紀(jì)50年代，其產(chǎn)品最初只用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，后來(lái)才用到拖拉機(jī)和工程機(jī)械上。自1964年從國(guó)外引進(jìn)一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)、同時(shí)進(jìn)行自行設(shè)計(jì)液壓產(chǎn)品以來(lái)，我國(guó)的液壓件生產(chǎn)已從低壓到高壓形成系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。80年代起更加速了對(duì)西方先進(jìn)液壓產(chǎn)品和技術(shù)的有計(jì)劃引進(jìn)、消化、吸收和國(guó)產(chǎn)化工作，以確保我國(guó)的液壓技術(shù)能在產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、人才培訓(xùn)、研究開(kāi)發(fā)等各個(gè)方面全方位地趕上世界水平。
1.2 液壓傳動(dòng)的工作原理及組成部分
1.2.1 液壓傳動(dòng)的工作原理
驅(qū)動(dòng)的液壓系統(tǒng)，它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開(kāi)停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管組成。它的工作原理：液壓泵由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)后，從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進(jìn)入液壓泵，當(dāng)它從泵中輸出進(jìn)入壓力管后，將換向閥手柄、開(kāi)停手柄方向往內(nèi)的狀態(tài)下，通過(guò)開(kāi)停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸左腔，推動(dòng)活塞和工作臺(tái)向右移動(dòng)。這時(shí)，液壓缸右腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。
如果將換向閥手柄方向轉(zhuǎn)換成往外的狀態(tài)下，則壓力管中的油將經(jīng)過(guò)開(kāi)停閥、節(jié)流閥和換向閥進(jìn)入液壓缸右腔，推動(dòng)活塞和工作臺(tái)向左移動(dòng)，并使液壓缸左腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油管。
工作臺(tái)的移動(dòng)速度是由節(jié)流閥來(lái)調(diào)節(jié)的。當(dāng)節(jié)流閥開(kāi)大時(shí)，進(jìn)入液壓缸的油液增多，工作臺(tái)的移動(dòng)速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時(shí)，工作臺(tái)的移動(dòng)速度減小。
為了克服移動(dòng)工作臺(tái)時(shí)所受到的各種阻力，液壓缸必須產(chǎn)生一個(gè)足夠大的推力，這個(gè)推力是由液壓缸中的油液壓力產(chǎn)生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。輸入液壓缸的油液是通過(guò)節(jié)流閥調(diào)節(jié)的，液壓泵輸出的多余的油液須經(jīng)溢流閥和回油管排回油箱，這只有在壓力支管中的油液壓力對(duì)溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預(yù)緊力時(shí)，油液才能頂開(kāi)溢流閥中的鋼球流回油箱。所以，在系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力是由溢流閥決定的，它和缸中的油液壓力不一樣大。
如果將開(kāi)停手柄方向轉(zhuǎn)換成往外的狀態(tài)下，壓力管中的油液將經(jīng)開(kāi)停閥和回油管排回油箱，不輸?shù)揭簤焊字腥?，這時(shí)工作臺(tái)就停止運(yùn)動(dòng)。
從上面的例子中可以得到：
1） 動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)來(lái)傳遞動(dòng)力的。
2）液壓傳動(dòng)用液體的壓力能來(lái)傳遞動(dòng)力，它與利用液體動(dòng)能的液力傳
動(dòng)是不相同的。
3）壓傳動(dòng)中的工作介質(zhì)是在受控制、受調(diào)節(jié)的狀態(tài)下進(jìn)行工作的，
因此液壓傳動(dòng)和液壓控制常常難以截然分開(kāi)。
1.2.2 液壓傳動(dòng)的組成部分
液壓傳動(dòng)裝置主要由以下四部分組成：
1）能源裝置——把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液液壓能的裝置。最常見(jiàn)的形式就是液壓泵，它給液壓系統(tǒng)提供壓力油。
2）執(zhí)行裝置——把油液的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。它可以是作直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸，也可以是作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓馬達(dá)。
3)制調(diào)節(jié)裝置——對(duì)系統(tǒng)中油液壓力、流量或流動(dòng)方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的裝置。例如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開(kāi)停閥等。這些元件的不同組合形成了不同功能的液壓系統(tǒng)。
4)輔助裝置——上述三部分以外的其它裝置，例如油箱、濾油器、油管等。它們對(duì)保證系統(tǒng)正常工作也有重要作用。
1.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)
液壓傳動(dòng)有以下一些優(yōu)點(diǎn)：
1） 在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動(dòng)力，因?yàn)?
液壓系統(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場(chǎng)中的磁力大出30~40倍。在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積和重量只有同等功率電動(dòng)機(jī)的12%左右。
2） 液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置
易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實(shí)現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)500次/min，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)1000次/min。
3） 液壓裝置能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá)2000），它還
可以在運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速。
4） 液壓傳動(dòng)易于自動(dòng)化，這是因?yàn)樗鼘?duì)液體壓力、流量或流動(dòng)方向易
于進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制的緣故。當(dāng)將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動(dòng)控制結(jié)合起來(lái)使用時(shí)，整個(gè)傳動(dòng)裝置能實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜的順序動(dòng)作，接受遠(yuǎn)程控制。
5） 液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。液壓缸和液壓馬達(dá)都能長(zhǎng)期在失速狀
態(tài)下工作而不會(huì)過(guò)熱，這是電氣傳動(dòng)裝置和機(jī)械傳動(dòng)裝置無(wú)法辦到的。液壓件能自行潤(rùn)滑，使用壽命較長(zhǎng)。
6） 由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、
制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也具有較大的機(jī)動(dòng)性。
7） 用液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)比用機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)單。
液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)是：
1） 液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)化，這是由液壓油液的可壓縮性和泄
漏等原因造成的。
2） 液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失
等），長(zhǎng)距離傳動(dòng)時(shí)更是如此。
3） 液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影
響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作。
4） 為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價(jià)
較貴，而且對(duì)油液的污染比較敏感。
5） 液壓傳動(dòng)要求有單獨(dú)的能源。
6） 液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)不易找出原因。
總的說(shuō)來(lái)，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是突出的，它的一些缺點(diǎn)有的現(xiàn)已大為改善，有的將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)一步得到克服。
1.4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個(gè)組成部分，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。
1.4.1 設(shè)計(jì)步驟
????液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟并無(wú)嚴(yán)格的順序，各步驟間往往要相互穿插進(jìn)行。一般來(lái)說(shuō)，在明確設(shè)計(jì)要求之后，大致按如下步驟進(jìn)行。
????1）確定液壓執(zhí)行元件的形式；
????2）進(jìn)行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)；
????3）制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖；
????4）選擇液壓元件；
????5）液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算；
1.4.2 明確設(shè)計(jì)要求
????設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行每項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。在制定基本方案并進(jìn)一步著手液壓系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)之前，必須把設(shè)計(jì)要求以及與該設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清楚。
????1）主機(jī)的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等；
????2）液壓系統(tǒng)要完成哪些動(dòng)作，動(dòng)作順序及彼此聯(lián)鎖關(guān)系如何；
????3）液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式，運(yùn)動(dòng)速度；
????4）各動(dòng)作機(jī)構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)；
????5）對(duì)調(diào)速范圍、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要求；
????6）自動(dòng)化程序、操作控制方式的要求；
????7）對(duì)防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求；
8）對(duì)效率、成本等方面的要求。
第2章 制釘機(jī)總體結(jié)構(gòu)與液壓原理設(shè)計(jì)
2.1主機(jī)的功能結(jié)構(gòu)
隨著射釘槍在包裝、廣告裝飾及家具制造、制鞋行業(yè)的廣泛運(yùn)用，作為其“子彈”的排釘?shù)男枨蟠罅吭黾印?
排釘?shù)闹圃爝^(guò)程：
a. 壓線——將一定直徑、一定強(qiáng)度的鐵絲在壓輥機(jī)上壓扁；
b. 排線——將若干條（一般為80～150條）壓扁的鐵線拉直并排在一起；
c. 并線——將排好的線用粘合劑粘合在一起并烘干，成為板料；
d. 制釘——將板料送到制釘機(jī)上成型。
液壓傳動(dòng)的制釘機(jī)主要由垂直切斷夾緊和水平鐓粗兩個(gè)液壓缸和送料機(jī)構(gòu)、氣缸驅(qū)動(dòng)的推料機(jī)構(gòu)組成。
制釘機(jī)共有6道工序：
第一工序：送料。送料機(jī)構(gòu)將板料送到切斷液壓缸下方；
第二工序：切料夾緊。切斷液壓缸帶動(dòng)切斷模及夾緊裝置下降，將板料切斷并夾緊，為下一工序作準(zhǔn)備；
第三工序：鐓粗。鐓粗液壓缸帶動(dòng)鐓頭前進(jìn)，將板料頭部鐓粗成為釘頭；
第四工序：鐓粗退回。鐓粗液壓缸帶動(dòng)鐓頭退后，離開(kāi)釘頭。
第五工序：切斷退回。切斷液壓缸上升，離開(kāi)板料；
第六工序：推料。推料氣缸動(dòng)作，將成品推出模具。
1-垂直切斷液壓缸； 2-水平鐓粗液壓缸； 3-鐓頭；
4-推料結(jié)構(gòu)； 5-板料； 6-切斷夾緊裝置
圖2.1 制釘機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖
2.2 工作原理
制釘機(jī)的液壓系統(tǒng)的油源為定量液壓泵（葉片泵），其最高工作壓力由溢流閥設(shè)定，二位二通電磁換向閥用于控制液壓泵的卸荷和供油。系統(tǒng)的執(zhí)行器為切斷液壓缸和鐓粗液壓缸，其中切斷液壓缸和鐓粗液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向均采用電磁換向閥作為導(dǎo)閥的液控順序閥控制。切斷液壓缸進(jìn)回油路中并聯(lián)的順序閥和單向閥用于該缸差動(dòng)反饋連接，液控順序閥在缸差動(dòng)時(shí)關(guān)閉回油路，在非差動(dòng)時(shí)，提供回油路。鐓粗液壓缸的回油路上串聯(lián)的溢流閥起背壓作用。系統(tǒng)中壓力繼電器作為電磁鐵通斷電的發(fā)信裝置，控制電磁換向閥的換向動(dòng)作。壓力表及其開(kāi)關(guān)分別用于調(diào)整系統(tǒng)最高壓力和壓力繼電器的動(dòng)作壓力時(shí)的顯示和觀測(cè)。
制釘機(jī)的液壓系統(tǒng)原理如圖2.2，系統(tǒng)的油源為定量液壓泵（葉片泵），其最高工作壓力由溢流閥2設(shè)定，二位二通電磁換向閥用于控制液壓泵的卸荷和供油。系統(tǒng)的執(zhí)行器為切斷液壓缸和鐓粗液壓缸，其中切斷液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向采用電磁換向閥14作為導(dǎo)閥的液控順序閥5、6、7控制；而鐓粗液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向采用電磁換向閥15作為導(dǎo)閥的液控順序閥9、10、11控制。切斷液壓缸進(jìn)回油路中并聯(lián)的順序閥12和單向閥13用于該缸差動(dòng)反饋連接，液控順序閥4在缸差動(dòng)時(shí)關(guān)閉回油路，在非差動(dòng)時(shí)，提供回油路，所以閥4的調(diào)壓值應(yīng)高于閥12的調(diào)壓值。鐓粗液壓缸的回油路上串聯(lián)的溢流閥8起背壓作用。系統(tǒng)中壓力繼電器17和19作為電磁鐵通斷電的發(fā)信裝置，控制電磁換向閥的換向動(dòng)作。壓力表及其開(kāi)關(guān)3、16、18分別用于調(diào)整系統(tǒng)最高壓力和壓力繼電器17、19的動(dòng)作壓力時(shí)的顯示和觀測(cè)。
圖2.2 制釘機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖
系統(tǒng)液壓可以完成的工作循環(huán)及原理如下：
a. 切斷液壓缸下降。此時(shí)換向閥14工作在左位。壓力油經(jīng)6流入上腔，推動(dòng)活塞下降，使順序閥12打開(kāi)，構(gòu)成差動(dòng)回路。下降到行程終點(diǎn)時(shí)，由于切斷模接觸到釘板使活塞負(fù)載增大，閥4打開(kāi)，下腔壓力油經(jīng)4流回油箱。
b. 鐓粗液壓缸前進(jìn)。切斷時(shí)油壓繼續(xù)上升，繼電器17動(dòng)作，使換向閥15右位得電，壓力油經(jīng)順序閥10進(jìn)入鐓粗液壓缸右腔，推動(dòng)活塞前進(jìn)，左腔油經(jīng)閥8回油箱。
c. 鐓粗和切斷液壓缸上升、鐓粗液壓缸后退。鐓粗釘頭時(shí)油路中壓力上升，使繼電器19動(dòng)作，換向閥14轉(zhuǎn)向右位，換向閥15轉(zhuǎn)為左位，使切斷缸上升、鐓粗缸后退。
d. 停止。上升行程開(kāi)關(guān)和后退行程開(kāi)關(guān)分別使換向閥14、15回到中位，切斷液壓缸、鐓粗液壓缸停止動(dòng)作。
2.3課題設(shè)計(jì)要求
主要技術(shù)參數(shù)：液壓系統(tǒng)工作壓力8-16MPa； 切斷剪力165.64kN； 鐓粗力166.84kN; 每根金屬線的直徑為1.6mm, 每分鐘循環(huán)次數(shù)86次。
第3章 制釘機(jī)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
制釘機(jī)的工作機(jī)構(gòu)主要是通過(guò)液壓缸來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。
3.1切斷液壓缸的主要參數(shù)
預(yù)選切斷液壓缸的設(shè)計(jì)壓力=16Mpa。將液壓缸的無(wú)桿腔作為主工作腔，考慮到切斷液壓缸下行時(shí)，滑塊自重采用液壓方式平衡，則可計(jì)算出切斷液壓缸無(wú)桿腔的有效面積
(3.1)
切斷液壓缸內(nèi)徑（活塞直徑）
(3.2)
按GB/T2348-1993，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)值D=125mm=12.5cm。
根據(jù)快速下行和快速上升的速度比確定活塞桿直徑d：由于
d=0.732D=0.732=91.5mm
取標(biāo)準(zhǔn)值d=90mm=9cm。
從而可算得切斷液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔的實(shí)際有效面積為
(3.3)
3.2 鐓粗液壓缸的主要結(jié)參數(shù)
要求動(dòng)力滑臺(tái)的快進(jìn)、快退速度相等，現(xiàn)采用活塞桿固定的單桿式液壓缸?？爝M(jìn)時(shí)采用差動(dòng)聯(lián)接，并取無(wú)桿腔有效面積等于有桿腔有效面積的兩倍，即。為了防止在墩粗時(shí)滑臺(tái)突然前沖，在回油路中裝有背壓閥，初選背壓。
初選最大負(fù)載工進(jìn)階段的負(fù)載F=22000N，按此計(jì)算則
(3.4)
鐓粗液壓缸直徑
由可知活塞桿直徑
按GB/T2348-1993將所計(jì)算的D與d值分別圓整到最相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得
按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出
3.3活塞桿強(qiáng)度計(jì)算
活塞桿在穩(wěn)定工作下，如果僅受軸向拉力或壓力載荷時(shí)，便可以近似的采用直桿承受拉、壓載荷的簡(jiǎn)單強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，
活塞桿應(yīng)力 (3.5)
或 (3.6)
式中P—活塞桿所受的軸向載荷
d—活塞桿直徑
—活塞桿制造材料的許用應(yīng)力
根據(jù)以上公式可知
切斷液壓缸
鐓粗液壓缸
可見(jiàn)，活塞桿的強(qiáng)度均滿足要求。
3.4液壓缸活塞的推力及拉力計(jì)算
液壓油作用在液壓缸活塞上的作用力P，對(duì)于一般單邊活塞桿液壓缸來(lái)說(shuō)，當(dāng)活塞桿前進(jìn)時(shí)的推力：
(3.7)
當(dāng)活塞桿后退時(shí)的拉力：
(3.8)
當(dāng)活塞桿差動(dòng)前進(jìn)時(shí)（即活塞的兩側(cè)同時(shí)進(jìn)壓力相同的壓力油）的推力：
(3.9)
式中 D—活塞直徑（即液壓缸內(nèi)徑）cm
d—活塞桿直徑 cm
-液壓缸的工作壓力
3.4.1切斷液壓缸
當(dāng)活塞桿前進(jìn)時(shí)的推力：
當(dāng)活塞桿后退時(shí)的拉力：
當(dāng)活塞桿差動(dòng)前進(jìn)時(shí)（即活塞的兩側(cè)同時(shí)進(jìn)壓力相同的壓力油）的推力：
液壓缸活塞的推力及拉力可以直接從附錄中的有關(guān)計(jì)算中查出；大部分也可以從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表11-133中直接讀出。
表11-133為活塞桿直徑d采用速度比計(jì)算得出，不同液壓缸直徑D和壓力下液壓缸活塞上的推力及拉力數(shù)值。
3.4.2 鐓粗液壓缸
當(dāng)活塞桿前進(jìn)時(shí)的推力：
當(dāng)活塞桿后退時(shí)的拉力：
當(dāng)活塞桿差動(dòng)前進(jìn)時(shí)（即活塞的兩側(cè)同時(shí)進(jìn)壓力相同的壓力油）的推力：
液壓缸活塞的推力及拉力可以直接從附錄中的有關(guān)計(jì)算中查出；大部分也可以從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表11-133中直接讀出。
表11-133為活塞桿直徑d采用速度比計(jì)算得出，不同液壓缸直徑D和壓力下液壓缸活塞上的推力及拉力數(shù)值。
圖3.1 液壓缸活塞的受力
3.4活塞桿最大容許行程
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表11-141和表11-142即可以概略的求出液壓缸的最大容許行程。
兩個(gè)液壓缸均采用如圖固定—自由模式進(jìn)行安裝。
圖3.2 安裝型式簡(jiǎn)圖
根據(jù)長(zhǎng)度公式 (3.12)
(3.13)
可知切斷液壓缸活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度l和實(shí)際行程S分別為
==52.54cm
=52.54-6=46.5cm
鐓粗液壓缸活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度l和實(shí)際行程S分別為
=
=72.78-5.5=67.28cm
3.5液壓缸內(nèi)徑及壁厚的確定
3.5.1液壓缸內(nèi)徑計(jì)算
當(dāng)P和p已知，則液壓缸內(nèi)徑D可按公式得：
(3.14)
式中 P—活塞桿上的總作用力，N
p—液壓油的工作壓力，KN
可知 切斷液壓缸的內(nèi)徑為125mm,鐓粗液壓缸的內(nèi)徑為90mm。
3.5.2液壓缸壁厚計(jì)算
一般，低壓系統(tǒng)用的液壓缸都是薄壁缸，薄壁可用下式計(jì)算：
(3.15)
式中，—缸壁厚度，m
p—液壓缸內(nèi)工作壓力，Pa
[σ]—?jiǎng)傮w材料的許用應(yīng)力
D—液壓缸內(nèi)徑，cm
當(dāng)額定壓力Pn≤16MPA時(shí)，Pp=Pn×150/100
當(dāng)額定壓力Pn＞16MPA時(shí)，Pp=Pn×125/100
(3.16)
—缸體材料的抗拉強(qiáng)度，Pa
n—安全系數(shù)，一般可取n=5
應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)計(jì)算出的液壓缸壁較薄時(shí)，要按結(jié)構(gòu)需要適當(dāng)加厚。
因此，根據(jù)上述公式可得，
切斷液壓缸
鐓粗液壓缸
故切斷液壓缸的壁厚為18mm，鐓粗液壓缸的壁厚為15mm。
關(guān)于液壓缸的安全系數(shù)，在設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)通常取n=5。但是這在比較平穩(wěn)的工作條件下，強(qiáng)度有些余量；相反，假如工作條件為動(dòng)載荷或沖擊壓力超過(guò)超耐壓力時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)狀態(tài)。因此合理的安全系數(shù)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用條件選取。
3.6液壓缸筒與缸底的連接計(jì)算
缸體法蘭連接螺栓計(jì)算
缸體與端部用法蘭連接或拉桿連接時(shí)，螺栓或拉桿的強(qiáng)度計(jì)算如下：
圖3.3 缸體聯(lián)接
螺紋處的拉應(yīng)力
(3.17)
螺紋處的剪應(yīng)力
(3.18)
合成應(yīng)力
(3.19)
式中 Z—螺栓或拉桿的數(shù)量
—材料為45鋼時(shí)，=30
3.7 缸體結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)
3.7.1缸體端部連接結(jié)構(gòu)
采用簡(jiǎn)單的焊接形式，其特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，重量輕，使用廣泛。缸體焊接后可能變形，且內(nèi)徑不易加工。所以在加工時(shí)應(yīng)小心注意。主要用于活塞式液壓缸。
3.7.2缸體材料
液壓缸缸體的常用材料為20、35、45號(hào)無(wú)縫鋼管。因20號(hào)鋼的機(jī)械性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件需要焊接時(shí)，則應(yīng)采用焊接性能比較號(hào)的35號(hào)鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用45號(hào)鋼，并應(yīng)調(diào)質(zhì)到241~285HB。
缸體毛坯可采用鍛鋼，鑄鐵或鑄鐵件。鑄剛可采用ZG35B等材料，鑄鐵可采用HT200~HT350之間的幾個(gè)牌號(hào)或球墨鑄鐵。特殊情況可采用鋁合金等材料。
3.7.3缸體技術(shù)條件
a. 缸體內(nèi)徑采用H8、H9配合。表面粗糙度：當(dāng)活塞采用橡膠密封圈時(shí)，Ra為0.1~0.4，當(dāng)活塞用活塞環(huán)密封時(shí)，Ra為0.2~0.4。且均需衍磨。
b. 熱處理：調(diào)質(zhì)，硬度HB241~285。
c. 缸體內(nèi)徑D的圓度公差值可按9、10或11級(jí)精度選取，圓柱度公差值應(yīng)按8級(jí)精度選取。
d. 缸體端面T的垂直度公差可按7級(jí)精度選取。
e. 當(dāng)缸體與缸頭采用螺紋聯(lián)接時(shí)，螺紋應(yīng)取為6級(jí)精度的公制螺紋。
f. 當(dāng)缸體帶有耳環(huán)或銷(xiāo)軸時(shí)，孔徑或軸徑的中心線對(duì)缸體內(nèi)孔軸線的垂直公差值應(yīng)按9級(jí)精度選取。
g. 為了防止腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)表面應(yīng)鍍以厚度為30~40的鉻層，鍍后進(jìn)行衍磨或拋光。
3.8 活塞結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)
3.8.1活塞與活塞桿的聯(lián)接型式
表3.1 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式
聯(lián)接方式
備注說(shuō)明
整體聯(lián)接
用于工作壓力較大而活塞直徑又較小的情況
螺紋聯(lián)接
常用的聯(lián)接方式
半環(huán)聯(lián)接
用于工作壓力、機(jī)械振動(dòng)較大的情況下
這里采用螺紋聯(lián)接。
3.8.2活塞的密封
活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu)，隨工作壓力、環(huán)境溫度、介質(zhì)等條件的不同而不同。常用的密封結(jié)構(gòu)見(jiàn)下表
表3.2 常用的密封結(jié)構(gòu)
密封形式
備注說(shuō)明
間隙密封
用于低壓系統(tǒng)中的液壓缸活塞的密封
活塞環(huán)密封
適用于溫度變化范圍大，要求摩擦力小、壽命長(zhǎng)的活塞密封
O型密封圈密封
密封性能好，摩擦系數(shù)?。话惭b空間小，廣泛用于固定密封和運(yùn)動(dòng)密封
Y型密封圈密封
用在20MPa下、往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度較高的液壓缸密封
結(jié)合本設(shè)計(jì)所需要求，采用O型密封圈密封比較合適。
3.8.3活塞的材料
液壓缸常用的活塞材料為耐磨鑄鐵、灰鑄鐵（HT300、HT350）、鋼及鋁合金等，這里采用45號(hào)鋼。
3.8.4活塞的技術(shù)要求
a. 活塞外徑D對(duì)內(nèi)孔的徑向跳動(dòng)公差值，按7、8級(jí)精度選取。
b. 端面T對(duì)內(nèi)孔軸線的垂直度公差值，應(yīng)按7級(jí)精度選取。
c. 外徑D的圓柱度公差值，按9、10或11級(jí)精度選取。
圖3.3 活塞
3.9活塞桿結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)
3.9.1端部結(jié)構(gòu)
活塞桿的端部結(jié)構(gòu)分為外螺紋、內(nèi)螺紋、單耳環(huán)、雙耳環(huán)、球頭、柱銷(xiāo)等多種形式。根據(jù)本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，為了便于拆卸維護(hù)，可選用內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)。
3.9.2端部尺寸
如圖，為內(nèi)螺紋聯(lián)接簡(jiǎn)圖。查表11-148，按照本設(shè)計(jì)要求，選用直徑螺距-螺紋長(zhǎng)=。
圖3.2 螺紋聯(lián)接簡(jiǎn)圖
3.9.3活塞桿結(jié)構(gòu)
活塞桿有實(shí)心和空心兩種，如下圖。實(shí)心活塞桿的材料為35、45號(hào)鋼；空心活塞桿材料為35、45號(hào)無(wú)縫鋼管。本設(shè)計(jì)采用實(shí)心活塞桿，選用45號(hào)鋼。
圖3.3 空心活塞桿 圖3.4 實(shí)心活塞桿
3.9.4活塞桿的技術(shù)要求
a. 活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為HB229~285，必要時(shí)，再經(jīng)過(guò)高頻淬火，硬度達(dá)HRC45~55。在這里只需調(diào)質(zhì)到HB230即可。
b. 活塞桿的圓度公差值，按9~11級(jí)精度選取。這里取10級(jí)精度。
c. 活塞桿的圓柱度公差值，應(yīng)按8級(jí)精度選取。
d. 活塞桿的徑向跳動(dòng)公差值，應(yīng)為0.01mm。
e. 端面T的垂直度公差值，則應(yīng)按7級(jí)精度選取。
f. 活塞桿上的螺紋，一般應(yīng)按6級(jí)精度加工（如載荷較小，機(jī)械振動(dòng)也較小時(shí)，允許按7級(jí)或8級(jí)精度制造）。
g. 活塞桿上工作表面的粗糙度為Ra0.63, 為了防止腐蝕和提高壽命，表面應(yīng)鍍以厚度約為40的鉻層，鍍后進(jìn)行衍磨或拋光。
3.10活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵
3.10.1導(dǎo)向套
a. 導(dǎo)向套的導(dǎo)向方式、結(jié)構(gòu)
表3.3 導(dǎo)向套的導(dǎo)向方式
導(dǎo)向方式
備注說(shuō)明
缸蓋導(dǎo)向
減少零件數(shù)量，裝配簡(jiǎn)單，磨損相對(duì)較快
管通導(dǎo)套
可利用壓力油潤(rùn)滑導(dǎo)向套，并使其處于密封狀態(tài)
可拆導(dǎo)向套
容易拆卸，便于維修。適用于工作條件惡劣、經(jīng)常更換導(dǎo)向套的場(chǎng)合
球面導(dǎo)向套
導(dǎo)向套自動(dòng)調(diào)整位置，磨損比較均勻
本設(shè)計(jì)采用缸蓋導(dǎo)向。
b. 導(dǎo)向套材料
導(dǎo)向套的常用材料為鑄造青銅或耐磨鑄鐵。由于選用的是和缸蓋一體的導(dǎo)向套，所以材料和缸蓋也是相同的，都選用耐磨鑄鐵。
c. 導(dǎo)向套的技術(shù)要求
導(dǎo)向套的內(nèi)徑配合一般取為H8/f9，其表面粗糙度則為Ra0.63~1.25。
3.10.2活塞桿的密封與防塵
這里仍采用O型密封圈，材料選擇薄鋼片組合防塵圈，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm。
3.11 缸蓋的材料
液壓缸的缸蓋可選用35、45號(hào)鍛鋼或ZG35、ZG45鑄鋼或HT200、HT300、HT350鑄鐵等材料。在這里選擇ZG45鑄鋼。缸蓋按9、10或11級(jí)精度選取。6.6液壓缸的排氣裝置
第4章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
制釘機(jī)的制作過(guò)程包括：切斷釘子的切斷液壓缸，鐓粗釘子的鐓粗液壓缸，將釘子鐓粗與夾緊的切斷夾緊裝置。針對(duì)切斷液壓缸與鐓粗液壓缸的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)整個(gè)制釘機(jī)工作的基礎(chǔ)，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了切斷液壓缸與夾緊液壓缸的結(jié)構(gòu)、切斷夾緊裝置、機(jī)架。并根據(jù)系統(tǒng)壓力、流量選擇了液壓閥、電機(jī)、泵。本文的設(shè)計(jì)能夠滿足制釘機(jī)要求(系統(tǒng)壓力16MPa,切斷力與夾緊力都滿足題目所要求的165.64KN和166.84KN,每分鐘循環(huán)86次)具有方便快捷制釘?shù)奶攸c(diǎn)。
4.1系統(tǒng)液壓可以完成的工作循環(huán)
a. 切斷液壓缸下降；
b. 鐓粗液壓缸前進(jìn)；
c. 切斷液壓缸上升和鐓粗液壓缸后退；
d. 停止。
4.2 液壓執(zhí)行元件的配置
由于制釘機(jī)要求立式布置，行程較小，故選用缸筒固定的立式單桿活塞桿（取缸的機(jī)械效率）。作為執(zhí)行元件，驅(qū)動(dòng)滑塊及剪切、墩粗機(jī)構(gòu)對(duì)板料進(jìn)行剪切、墩粗。
4.3 負(fù)載分析計(jì)算
a. 初選液壓缸的工作壓力為，移動(dòng)部件總重力，快進(jìn)快退的速度為1.7 m/s，加速、減速時(shí)間，靜摩擦因數(shù)，動(dòng)摩擦因數(shù)。
b. 負(fù)載分析中，暫不考慮回油腔的背壓力，液壓缸的密封裝備產(chǎn)生的摩擦阻力在機(jī)械效率中加以考慮。這樣需要考慮的力有：墩粗力、導(dǎo)軌摩擦力和慣性力。導(dǎo)軌的正壓力等于動(dòng)力部件的重力，設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦力為，動(dòng)摩擦力為，則
(3.1)
慣性負(fù)載是運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中的慣性力，其平均值可按下式計(jì)算
(3.2)
式中 g—重力加速度，
啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間，s；一般機(jī)械=0.1~0.5，輕載低速運(yùn)動(dòng)部件取小值，重載高速部件取大值，行走機(jī)械一般取。
上述三種負(fù)載之和即為液壓缸的外負(fù)載F。
4.4 液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇
確定液壓執(zhí)行元件的形式
液壓執(zhí)行元件大體分為液壓缸或液壓泵。前者實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，后者完成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，二者的特點(diǎn)及適用場(chǎng)合見(jiàn)下表4.1
表4.1 各執(zhí)行元件的特點(diǎn)
名 稱(chēng)
特 點(diǎn)
適 用 場(chǎng) 合
雙活塞桿液壓缸
雙向?qū)ΨQ(chēng)
雙作用往復(fù)運(yùn)動(dòng)
柱塞缸
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
單向工作，靠重力或其他外力返回
齒輪泵
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜
高轉(zhuǎn)速低扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
葉片泵
體積小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小
高轉(zhuǎn)速低扭矩動(dòng)作靈敏的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
擺線齒輪泵
體積小，輸出扭矩大
低速，小功率，大扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
軸向柱塞泵
運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、扭矩大、轉(zhuǎn)速范圍寬
大扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
徑向柱塞泵
轉(zhuǎn)速低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輸出大扭矩
低速大扭矩的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
注：A1——無(wú)桿腔的活塞面積
A2——有桿腔的活塞面積
常用液壓泵主要有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵等類(lèi)型，各種泵間的特性有很大差異。選擇液壓泵的主要依據(jù)是其最大工作壓力和最大流量。同時(shí)還要考慮定量或變量、原動(dòng)機(jī)類(lèi)型、轉(zhuǎn)速、容積效率、總效率、自吸特性、噪聲等因素。這些因素通常在產(chǎn)品樣本中均有反映。葉片泵也就是常說(shuō)的離心泵，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流量大，調(diào)節(jié)也很方便。故選擇葉片泵作為系統(tǒng)的油源。
通過(guò)查資料，得知葉片泵的額定壓力是16Mpa，中壓，排量1~350mL/r，最高轉(zhuǎn)速500~4000r/min，最大功率320kW，容積效率80~94%，總效率75~90%，適用黏度20~200mm2/s，自吸能力好，功率質(zhì)量比大，輸出壓力脈動(dòng)小，污染敏感度大，葉片磨損后效率下降較小，黏度對(duì)效率的影響較小，噪聲小~中，價(jià)格中，適用于機(jī)床、液壓機(jī)、注塑機(jī)、工程機(jī)械、飛機(jī)及要求噪聲較低的場(chǎng)合。
4.4.1液壓泵的最大工作壓力
液壓泵的最大工作壓力pp取決于執(zhí)行元件（液壓缸或液壓馬達(dá)）的最大工作壓力，即
ppp1+ (4.1)
式中 p1——液壓缸或液壓馬達(dá)的最大工作壓力，16MPa；
——系統(tǒng)進(jìn)油路上的總壓力損失[系統(tǒng)管路未曾確定前，可按經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估取，簡(jiǎn)單系統(tǒng)取=（0.2~0.5）106Pa，復(fù)雜系統(tǒng)取=（0.5~1.5）106Pa，該系統(tǒng)中取為0.5106Pa]。
故可知 pp16106+0.5106=16.5106Pa，即液壓泵的最大工作壓力為17Mpa。
4.4.2計(jì)算液壓泵的最大流量
主液壓缸的最大流量qP（m3/s）取決于系統(tǒng)所需流量qv
對(duì)于采用差動(dòng)缸回路的系統(tǒng)，液壓泵的最大流量為
qPqv=K(A1-A2)vmax (4.2)
式中 A1、A2——液壓缸無(wú)桿腔與有桿腔的有效面積，m3；
vmax——液壓缸的最大移動(dòng)速度，m/s；
K——系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般取1.1~1.3（大流量取小值，小流量取大值）。
由于制釘機(jī)每分鐘循環(huán)次數(shù)為86次，故可知兩個(gè)液壓缸循環(huán)一次約為0.7s，初選切斷液壓缸和鐓粗液壓缸前進(jìn)和后退的時(shí)間相同，故每次前進(jìn)或者后退的時(shí)間約為0.175s。故由公式
可知 (4.3)
=
(4.4)
可知 =0.175m/s
可知液壓缸的最大移動(dòng)速度為0.175m/s。
液壓缸的工作行程根據(jù)公式
S===0.15m (4.5)
故液壓泵的最大流量
切斷液壓缸
qv=K(A1-A2)=1.1 m3/s
鐓粗液壓缸
取液壓泵的最大流量為120
4.4.3選擇液壓泵的規(guī)格
按照液壓系統(tǒng)圖中擬訂的液壓泵的型式及上述計(jì)算得到的pp和qP值，由產(chǎn)品樣本或手冊(cè)選取相應(yīng)的液壓泵規(guī)格。為了保證系統(tǒng)不致因過(guò)渡過(guò)程中過(guò)高的動(dòng)態(tài)壓力作用被破壞，液壓泵應(yīng)有一定的壓力儲(chǔ)備量，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%~60%（高壓系統(tǒng)取小值，中低壓系統(tǒng)取大值）。
關(guān)于泵的流量，在實(shí)際選擇中，由于產(chǎn)品樣本上通常給出泵的排量、轉(zhuǎn)速范圍及典型轉(zhuǎn)速下不同壓力下的輸出流量，故在系統(tǒng)所需流量qv已知的情況下，泵的流量（L/min）、轉(zhuǎn)速n(r/min)與排量V（mL/r）應(yīng)綜合考慮。事實(shí)上，由于泵的輸出流量qP為
= 10-3 v (4.6)
式中 v——泵的容積效率，%；
所以，一般首先根據(jù)系統(tǒng)所需流量qv（L/min）和初選的液壓泵轉(zhuǎn)速n1(r/min)及泵的容積效率v（可從產(chǎn)品樣本查得或估取為v=0.9）計(jì)算泵排量參考值，即
Vg= (4.7)
然后再倒算（復(fù)算）出泵的實(shí)際流量即可，對(duì)于定量泵，最終選擇的泵流量盡可能與系統(tǒng)所需流量相符合。
根據(jù)上述計(jì)算公式，可知
Vg==mL/r
泵的輸出流量
=20m
根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品目錄，最后確定選取YB-25型單級(jí)葉片泵。
4.4.4計(jì)算液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率并選擇原動(dòng)機(jī)
a. 驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算
若工作循環(huán)中，泵的壓力和流量比較恒定（即工況圖上p-t曲線和q-t曲線變化較為平穩(wěn)），則液壓泵驅(qū)動(dòng)功率應(yīng)按下式計(jì)算
（W） (4.8)
式中 為液壓泵的最大工作壓力（Pa）和最大流量（m/s）；為液壓泵的總效率，取80%。
=
b. 電動(dòng)機(jī)的選擇
固定設(shè)備的液壓系統(tǒng)，其液壓泵通常用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
根據(jù)上述計(jì)算出的功率和液壓泵的轉(zhuǎn)速及其使用環(huán)境，從產(chǎn)品樣本或手冊(cè)中選定其型號(hào)規(guī)格[額定功率、轉(zhuǎn)速、電源、結(jié)構(gòu)型式（立式、臥式，開(kāi)式、封閉式等）]，并對(duì)其進(jìn)行超載能力核算，以保證每個(gè)工作階段電動(dòng)機(jī)的峰值超載量都低于25%~50%。
根據(jù)《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與使用》的參數(shù)信息，選擇同步轉(zhuǎn)速為3000r/min的Y225M-2三相異步電動(dòng)機(jī)。滿載轉(zhuǎn)速為2970r/min，額定功率為45kW，額定轉(zhuǎn)矩為2.2Nm。
4.5其他液壓元件的選擇
4.5.1液壓閥及過(guò)濾器的選擇
根據(jù)液壓閥在系統(tǒng)中的最高工作壓力與通過(guò)該閥的最大流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格。制釘機(jī)系統(tǒng)中，所有液壓閥的額定壓力都為，額定流量根據(jù)各閥通過(guò)的流量，所有元件的規(guī)格型號(hào)列于下表中。過(guò)濾器按液壓泵額定流量的兩倍選取吸油用線隙式過(guò)濾器。表中序號(hào)與系統(tǒng)原理圖中的序號(hào)一致。
表4.2 液壓元件明細(xì)表
序 號(hào)
元件名稱(chēng)
最大通過(guò)流量/L·
型 號(hào)
1
雙葉片葉片泵
120
YB25
2
溢流閥
4
Y-10B
3、16、18
壓力表
K-6B
4
溢流閥
4
Y-10B
5、6、7
液控順序閥
1.6
XY-25B
8
溢流閥
4
Y-10B
9、10、11
液控順序閥
1.6
XY-25B
12
順序閥
1.6
XY-25B
13
單向閥
20
I-25B
14、15
三位四通換向閥
32
35-63BY
17、19
壓力繼電器
20
二位二通換向閥
32
4.5.2油管的選擇
方案一：在液壓、氣壓傳動(dòng)及潤(rùn)滑的管道中常用的管子有鋼管、銅管、膠管等，鋼管能承受較高的壓力，價(jià)廉，但安裝時(shí)的彎曲半徑不能太小，多用在裝配位置比較方便的地方。這里作者們采用鋼管連接。
管道內(nèi)徑計(jì)算
(5.9)
式中 Q——通過(guò)管道內(nèi)的流量
v——管道內(nèi)允許流速
允許流速推薦值
表5.3 允許流速推薦值
油液流經(jīng)的管道
推薦流速 m/s
液壓泵吸油管道
0.5~1.5，一般取1以下
液壓系統(tǒng)壓油管道
3~6，壓力高，管道粘度小取大值
液壓系統(tǒng)回油管道
1.5~2.6
取=0.8m/s，=4m/s, =2m/s.分別應(yīng)用上述公式得
=20.2mm,=10.7mm,=15.2mm。根據(jù)內(nèi)徑按標(biāo)準(zhǔn)系列選取相應(yīng)的管子。按表37-9-1經(jīng)過(guò)圓整后分別選取=20mm，=10.7mm, =15mm。對(duì)應(yīng)管子壁厚。
方案二：根據(jù)選定的液壓閥的連接油口尺寸確定管道尺寸。液壓缸的進(jìn)、出油管按輸入、排出的最大流量來(lái)計(jì)算。由于本系統(tǒng)液壓缸差動(dòng)連接快進(jìn)快退時(shí)，油管內(nèi)通油量最大，其實(shí)際流量為泵的額定流量的兩倍達(dá)240L/min。
綜上所述，液壓缸進(jìn)、出油管直徑d按產(chǎn)品樣本，選用內(nèi)徑為15mm，外徑為19mm的10號(hào)冷拔鋼管（YB 231-70）。
4.5.3 油箱及其輔件的確定
油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲(chǔ)存油液外，還起著散發(fā)油液中的熱量（在周?chē)h(huán)境溫度較低的情況下則是保持油液中熱量）、分離油液中的氣泡、沉淀固體雜質(zhì)等作用。油箱中安裝有很多輔件，如空氣濾清器及液位計(jì)等。
設(shè)計(jì)油箱時(shí)應(yīng)考慮如下幾點(diǎn)：
a .油箱必須有足夠大的容積。以滿足散熱要求，停車(chē)時(shí)能容納液壓系統(tǒng)中所有的油；而工作時(shí)又保持適當(dāng)?shù)挠臀灰蟮取?
b. 吸油管及回油管應(yīng)插入最低油位以下。以防止吸油管吸入空氣；回油管飛濺產(chǎn)生氣泡。管口一般與油箱底、箱壁的距離不小于管徑的3倍。吸油管應(yīng)安裝80或100μm的網(wǎng)式或線隙式濾油器，安裝位置要便于裝卸或清洗濾油器?；赜凸芸谛鼻?5°角并面向箱壁，以防回油沖擊油箱底部的沉積物。
c. 吸油管和回油管的距離盡可能遠(yuǎn)一點(diǎn)，中間要設(shè)置隔板，使油液在油箱中流動(dòng)速度緩慢一點(diǎn)，時(shí)間長(zhǎng)一些，這樣能提高散熱、分離空氣及沉淀雜質(zhì)的效果。
d. 為了保持油液清潔，油箱應(yīng)有密封的頂蓋，頂蓋上應(yīng)沒(méi)有帶濾油網(wǎng)的注油口及帶空氣濾清器的通氣孔，注油及通氣一般都由一個(gè)空氣濾清器來(lái)完成。為了便于放掉油，油箱底應(yīng)有一定傾斜度，最低處設(shè)放油閥。
e. 箱壁上應(yīng)考慮安裝液面指示器、冷卻器。加熱器及溫度計(jì)等位置。
f.油箱也可以設(shè)計(jì)成完全密封的充壓式油箱，用以改善液壓的吸油狀況。一般充氣壓力為0.07~0.1MPa。
根據(jù)以上六點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及對(duì)照本設(shè)計(jì)的需要，繪制油箱簡(jiǎn)圖如下：
圖4-5 油箱簡(jiǎn)圖
初始設(shè)計(jì)時(shí)，先按經(jīng)驗(yàn)確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進(jìn)行校核。
初始設(shè)計(jì)時(shí)，先按經(jīng)驗(yàn)公式確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進(jìn)行校核。
在確定油箱尺寸時(shí)，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時(shí)，油箱不能溢出，以及系統(tǒng)最大可能充滿油時(shí)，油箱的油位不低于最低限度。初設(shè)計(jì)時(shí)，按經(jīng)驗(yàn)公式 (5.10)
式中 ——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積
——經(jīng)驗(yàn)系數(shù),按下表取 =5：
表5.4 各系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)
系統(tǒng)類(lèi)型
行走機(jī)械
低壓系統(tǒng)
中壓系統(tǒng)
鍛壓系統(tǒng)
冶金機(jī)械
1～2
2～4
5～7
6～12
10
中壓系統(tǒng)的油箱容積一般取液壓泵額定流量的5~7倍，故油箱容積為
=5120=600L
4.6 液壓系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算
驗(yàn)算的目的在于了解執(zhí)行元件能否得到所需工作壓力。系統(tǒng)進(jìn)油路上的壓力損失由管道的沿程壓力損失、局部壓力損失兩部分組成，即
=+（Pa） (5.11)
a. 沿程壓力損失
=（Pa） (5.12)式中 —沿程阻力系數(shù)，可按《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與使用》表2-34相應(yīng)的公式進(jìn)行計(jì)算，也可以由圖2-14查得；
—管道長(zhǎng)度，m；
—液體密度，；
—液流平均速度，。
因此由公式可得沿程壓力損失
=0.1（Pa）
b. 局部壓力損失
（Pa） (5.13)
式中 —局部阻力系數(shù)，其具體數(shù)值與局部阻力裝置的類(lèi)型和雷諾數(shù)有關(guān)，通常，當(dāng)Re＞時(shí)，；
—液體密度，；
—液流平均速度，。
因此由公式可得局部壓力損失
（Pa）
第5章 切斷夾緊裝置、機(jī)架的設(shè)計(jì)
由于切斷夾緊裝置主要通過(guò)兩個(gè)不同的液壓缸實(shí)現(xiàn)的，故在此不一一敘述了。
5.1 機(jī)架的基本尺寸的確定
機(jī)架是支撐及其所有附件的可移動(dòng)機(jī)構(gòu)。要保證拆裝方便、安全；重量要輕，便于移動(dòng)；架子要有足夠的空間安裝。而且每個(gè)總成之間要考慮它們之間的協(xié)調(diào)關(guān)系?？紤]到這些方面的因素后要確定的一些尺寸根據(jù)這些數(shù)據(jù)，大概確定架子的長(zhǎng)高。這樣架子的地面的結(jié)構(gòu)就確定了。支撐的部件是支撐板，支撐板固定在支承軸上，支承軸安裝在機(jī)架上。
為了使機(jī)架能夠方便移動(dòng)，須在架子上裝輪子，因此在架子的4個(gè)側(cè)面通過(guò)螺栓各連接兩個(gè)輪子，使得架子和輪子連接牢固?？拷D(zhuǎn)盤(pán)這端安裝有鎖止裝置，使得架子在任何位置都能停止固定。
5.2 架子材料的選擇確定
架子的結(jié)構(gòu)確定后，就需要準(zhǔn)備材料，買(mǎi)材料時(shí)要考慮鋼材的性能，同時(shí)也要考慮成本，再者還要考慮到其美觀，通過(guò)到市場(chǎng)調(diào)查分析后，臺(tái)架選用60㎜×60㎜的方鋼和50×50的角鋼組合制作。其規(guī)格如表一所示。
受力比較小的底架就用50㎜的角鋼制作，其他的受力大的轉(zhuǎn)架就用60㎜的方鋼制作。在轉(zhuǎn)架與支撐板的固定處需要用軸連接。
表5-1 鋼材的尺寸
規(guī)格
60㎜×60㎜
50㎜×50㎜
橫截面圖
長(zhǎng)度
500㎜
567㎜
材料
Q235
Q235
5.3 主要梁的強(qiáng)度校核
估算支撐的質(zhì)量為25㎏（250N），考慮到一些外在壓力，按照重量為600N進(jìn)行校核。支承軸160㎜，查機(jī)械工程材料 P105頁(yè)表5-2得，Q235鋼材的屈服強(qiáng)度σ b =375～460MPa，取σ b=375 MP a
解：和軸一樣建立如圖所示的坐標(biāo)系。
以軸心為x軸，垂直上平面的直線為y軸，一端點(diǎn)為圓點(diǎn)建立如圖6.1所示的平面直角坐標(biāo)系。
因?yàn)椋篎RD =600N ，把RDE從D點(diǎn)移到E后的受力情況如圖6.1所示。
圖5.1
得到一個(gè)F和一個(gè)力矩M=Fab×Lbe=600×0.300N·M=180 N·m
計(jì)算軸的集慣性矩Ip和抗彎截面系數(shù)Wz，因?yàn)椴牧虾洼S的是一樣的，
所以σ b=375 MP a ,
Ip=∫y2dA =10.16cm4; W= Ip/y max=6773.6884×10--6m3
所以
σ max= M max / W=180/（6773.69×10--6）P a=0.26MP a
也設(shè)安全系數(shù)：K=5
故：K×σ max=5×0.26MP a=1.5 MP a﹤σ b=375 MP a
因此：也可以做出結(jié)論轉(zhuǎn)架在安全系數(shù)為5的情況下也是安全的。
所以可以進(jìn)行制作。解：以軸心為x軸，垂直上平面的直線為y軸，一端點(diǎn)為圓點(diǎn)建立如圖2.2.1所示的平面直角坐標(biāo)系。軸的受力分析。軸的軸心受力簡(jiǎn)圖如圖2.2.1-b所示。通過(guò)受力圖可以明顯看出軸的最大彎矩是在BE點(diǎn)之間。
把F從C點(diǎn)移到B 后的受力情況如圖2.2.1- b 所示。
得到一個(gè)F和一個(gè)力矩M=F×Lbe