自動打包機液壓系統的設計

申世英 陳盼盼 石 輝 / 山東協和學院機電工程學院

自動打包機液壓系統的設計

申世英 陳盼盼 石 輝 / 山東協和學院機電工程學院

該文介紹了自動打包機液壓系統的設計，能夠有效地解決打包機在運轉過程中主壓的保壓效果不理想和主壓缸的支承問題，改進了打包機的液壓系統，提高了打包機的系統穩定性。

自動打包機；液壓系統；保壓；支承

1.引言

在印刷行業中，印刷產品的打包工作是非常重要的一個環節，打包機能夠代替人工打包，實現高效化作業。打包機主要將摞好的印刷產品捆扎成大小、重量一定的包裹，以便于存儲運輸。液壓系統作為打包機的動力來源，是打包機的核心部件，而液壓系統的穩定性是打包機正常工作的必要條件。隨著先進技術的發展，液壓元件的日益更新，打包機的液壓系統采用了插裝閥集成控制，這大大優化了打包機液壓系統的整體性能，降低了系統的故障率。但在實際應用中，液壓系統仍存在一些問題影響打包機的正常運轉。因此，需要進一步改進設計以提高打包機液壓系統的穩定性，確保打包機的高效運行。

2.自動打包機液壓系統存在的問題

自動打包機工作時，主壓缸工作過程中，液壓系統容易出現下面2個問題。

（1）打包機在運轉過程中主壓的保壓效果不理想，當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）自動打包機在工作過程中，會出現主壓頭正在下行時突然停止，然而主壓壓力繼續升高，但主壓頭呈靜止狀態，出現卡死現象，最終導致主壓缸活塞變形，缸筒被撐大出現嚴重變形，最終造成主壓缸報廢。

3.自動打包機液壓系統的改進

針對上述描述的2個問題，針對自動打包機的液壓傳動原理的分析和研究，改進液壓系統的設計。

3.1 主壓保壓液壓系統的改進

打包機打包時，主壓頭運行到下限位，所有電磁閥斷電，液壓泵處于卸載狀態，主壓缸上腔的高壓油通過控制油路，將插裝閥CV 1和CV 2關閉，于是，主壓缸上腔的高壓油原則上無處泄漏，因而能夠實現保壓(如圖1所示)。

圖1 改進前主壓保壓液壓系統

但是，控制油路先經過電磁球閥進入插裝閥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行保壓，而不是利用錐閥錐面密封無泄漏的優勢，因而導致保壓效果不理想。為了解決這個問題,對液壓系統進行改進設計 (如圖2所示)。

圖2 改進后主壓保壓液壓系統

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。經過改進，保壓效果明顯提高。

3.2 主壓支承液壓系統的改進

自動打包機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。于是又增加液控換向閥CV 5(如圖3所示)。

圖3 主壓支承液壓系統

正常工作時主壓頭要下行，需使主壓缸下腔壓力達到某一設定值(此值的設定應略大于主壓頭的自重與主壓缸下腔環狀面積的比值)，這時主壓缸上腔引出的控制油路才能控制CV 5的液控換向閥換向，CV 5才能開啟，主壓缸才能順利下行。但液控換向閥在事故發生時沒有換向，處于閉死狀態，由于它的非正常工作導致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，導致事故發生。對主壓缸進行受力分析，根據流體靜力學公式：

式中，

P1—主壓缸上腔(無桿腔)的壓強；

P2—主壓缸下腔(有桿腔)的壓強；

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；

系統壓力設定為25MPa，即p1= 25MPa。所以p2= 106.67MPa。實際上，壓力還沒有達到這個極限值，液壓缸就已經變形。為了解決這個問題，對液壓系統進行改進設計 (如圖2所示)。取消液控換向閥CV 5，同時更換背壓支承閥的型號。采用綜合性能指標都比較高、啟閉可靠性高、內泄小的背壓支承閥。更換背壓支承閥后，自動打包機的主壓缸運行良好，并且主壓頭在上限的下滑量達到了工藝的要求，起到了對主壓缸的支承作用。

4.結束語

經過改進設計的自動打包機液壓系統，能夠有效解決自動打包機在運轉過程中主壓的保壓效果不理想和主壓缸的支承問題，優化了自動打包機的液壓系統。使自動打包機整體運轉穩定，并且各項指標都達到了工藝的要求，提高了自動打包機的質量。液壓系統作為自動打包機的核心部分，系統的優化設計就顯得尤為重要。但是隨著對液壓系統的深入探索與研究，越來越合理的液壓系統將為自動打包機提供越來越可靠的服務，從而使自動打包機的質量更加可靠，在國內外市場的競爭中立于不敗之地。

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本文系國家級大學生創新訓練項目（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。