软质材料压缩包装液压回路的设计

软质材料压缩包装液压回路的设计

压缩软质材料软材料通常通过压缩包装来储存和运输，以减少棉花、纤维和其他原料的储存和运输空间。为了将软质材料的压缩比提高,通常采用液压驱动进行压缩。目前在用的软材压缩系统通常直接将液压油通入液压油缸的无杆腔推动活塞杆运动,这种压缩方式运行中不能改变运行速度,空行程和工作过程运行速度相同,效率较低1物料的压头快速压头,一个循环软质材料压缩系统的原理图如图1所示,由立柱、横梁、液压油缸和压头等部分组成。初始状态时,活塞杆缩回,压头处于压缩腔室的上部,物料从入口送入压头的下部。当物料填满之后,物料入口关闭,活塞杆驱动压头快速下降,当下降到物料入口的上部时,活塞杆开始正常速度下降,对物料进行压缩。当物料压缩成型后,变为慢速下降,此时可以进行穿捆扎带,当扎带穿完后,活塞杆快速上升,压头上升至物料入口上部时,物料入口打开,活塞杆上升到上限位时停止,完成一个循环。物料在自身的弹力下将捆扎带绷紧,将压缩成型并捆扎完毕的物料包运走之后即可开始下一个循环。2原油设备设计2.1插装阀的选型由于软材压缩系统液压油的流量较大,超过80L/min,工作压力最大16MPa,同时要求系统尺寸小、响应迅速、稳定性好,考虑以上因素,液压系统的方向控制和压力控制均采用插装阀2.2无线原理液压回路原理见图2所示。2.3电磁阀动作表所设计的液压回路中共有6个电磁阀,根据系统的运行要求,各个电磁阀的动作如表1所示。2.4插装锥阀的形成(1)空循环如图2所示,系统通电后处于初始状态,此时各个电磁阀均断电,双联叶片泵出口的液压油经过插装锥阀A和B直接流回油箱,此时处于空循环状态。(2)快速下降当压头下面物料填满后,电磁阀YA1和YA2通电,液压油经插装锥阀A、B、C、D进入插装锥阀F的下部。YA4通电,F上部钢球的右侧与油箱相连,钢球处于右位,液压油顶开插装锥阀F,进入液压油缸的无杆腔。液压油缸有杆腔的油经过插装锥阀G与F的进油回路联通,形成差动回路。在YA4通电时,插装锥阀G是处于锁死状态,一是保证插装锥阀C、D出来的液压油无法经过G进入液压油缸的有杆腔,同时在有杆腔油压增大时,会打开插装锥阀G,从而形成差动回路,此时活塞杆快速下降。此阶段为空行程,为了缩短空行程时间,提高工作效率,故设计为快速下降。(3)下降当压头接触到物料后,此时电磁阀YA1断电,YA2和YA4仍通电。因电磁阀YA1断电,插装锥阀A在液压油的作用下抬起,双联叶片泵一个泵的液压油经插装锥阀A流回油箱。此时只有一个液压油泵供油,流量减小,但仍为差动,其动作原理与快速下降相同,只是下降速度有所减小。此阶段为正常压缩阶段,物料在此阶段被压缩成形。(4)慢速下降当物料被压缩成形后,为了捆扎的方便,需要将物料再压缩一段距离,以便穿捆扎带。此时,电磁阀YA2和YA6通电。YA2通电保证继续提供液压油。YA6通电使插装锥阀F的上端与油箱相连,阀芯抬起,液压油缸有杆腔的回油直接经过插装锥阀H的底部流回油箱,取消了差动回路,活塞杆低速下降。(5)上升在捆扎带装好之后,活塞杆即可上升。此时电磁阀YA1、YA2和YA5通电。YA1、YA2通电,液压油全流量供给。YA5通电使插装锥阀G的上端与油箱相连,G被打开,而插装锥阀F上的钢球工作于左位,F关闭。此时液压油经插装锥阀G和平衡阀6进入液压油缸的有杆腔。电磁阀YA3通电,插装锥阀E打开,无杆腔的液压油经过插装锥阀E直接流回油箱,实现快速上升。(6)保压为了保证系统在停机时活塞杆不会因自身的重量而下降,在液压油缸有杆腔的出口设计了平衡阀6,平衡阀在无杆腔的油压达到一定值或有杆腔的油压达到设定值后会打开。而在系统停机时,通过调整平衡阀的动作设定值,可以保证活塞杆和压头的重量所产生的压力无法打开平衡阀,从而可以防止活塞杆和压头在停止时因自重而下滑。(7)安全保护如果泵的出口压力过大,将会顶开插装阀A和B的阀芯,液压油将直接流回油箱。如果活塞的无杆腔和有杆腔的压力过高,将会推动平衡阀6动作,有杆腔的油压会经过插装阀H流回油箱。3插装阀块的分析本设计中用到的液压元件除了插装阀阀块为非标件外,其他均为标准件或根据设计参数直接选择定型。插装阀阀块直接承受系统液压油的压力,如果设计不当,会产生裂纹,导致泄漏,或者在高压下被压溃,导致整个系统的失效为了不失一般性,选择插装阀G的阀块来进行分析。阀块的底部固定,其他面安装阀芯,其受力形式为内部承受压力,最大受压为20MPa。利用AnsysWorkbench软件分析的结果如图3和图4所示图4为阀块的变形云图,从图4中可以看出,阀块的最大变形量为0.073mm,其变形很小。变形较大的地方是在阀块两个表面的交接处,变形最大的地方并不是安装阀芯的圆柱孔内,故对阀的密封影响不大。4插装阀结构有限元分析本研究针对