50-龙眼去核机.pdf

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1、I 摘摘 要要 中国龙眼栽培面积和产量居世界首位。被人们推崇为“果中圣品”是典型 的亚热带水果，盛产于我国南方广东、广西和福建各省。龙眼除鲜食外，主要 用于加工制作龙眼干等。 事实上，制作龙眼干和龙眼肉罐头等龙眼深加工，均需要进行去核加工工 序。常用的去核方法有手工去核和机械去核，手工去核效率低，卫生状况差。 机械去核方法主要有剖分去核法、机械手去核法、对辊去核法、凸齿轮滚筒分 离凹板去核法、桶杆去核法、打浆去核法等，这些方法存在去净率不理想，损 失率高，果肉破碎严重，不利于果肉的进一步加工。 为此，研究卫生、高效、可靠、损失率低的龙眼去核设备，为促进龙眼深 加工和提高龙眼产品附加值具有重要的

2、意义。 本方案提出了一种先进行龙眼破口，再利用顶杆去核的新型龙眼去核方法。 类似桶杆去核方法，但在龙眼核被桶出前，先利用特殊刀具使龙眼破口张开果 壳和果肉，在破开口被撑开的状态下，用顶杆将龙眼核顶出。以龙眼先破口再 去核的设计思想，提出了“一推一顶”的去核运动原理。 关键词：关键词：农业机械，去核机，气压传动，刀具，压片 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 目目 录录 摘摘 要要 I 1.1 前言前言 1 1.2 本课题题目背景及设计意义本课题题目背景及设计意义 1 1.2.1 题目背

3、景及国内外发展现状题目背景及国内外发展现状 1 1.2.2 国内目前去核机的基本状况国内目前去核机的基本状况 2 1.3 本课题的意义本课题的意义 4 2 龙眼去核机方案设计龙眼去核机方案设计 . 5 2.1 设计要求及原始参数设计要求及原始参数 . 5 2.2 设计任务分析设计任务分析 5 2.3 龙眼去核机整体设计龙眼去核机整体设计 6 2.3.1 去核机的结构形式去核机的结构形式 6 2.3.2 工艺流程工艺流程 6 2.3.3 传动方案的初定传动方案的初定 6 3 去核机动力系统的设计去核机动力系统的设计 . 8 3.1 传动系统设计传动系统设计 . 8 3.1.1 液压传动与气压传动

4、方案的对比液压传动与气压传动方案的对比 8 3.1.2 气动系统的设计气动系统的设计 9 3.2 气压传动机械传动系统设计气压传动机械传动系统设计 10 3.2.1 设计及计算设计及计算 10 3.3 气压回路的设计气压回路的设计 . 19 4 龙眼去核机机械本体设计龙眼去核机机械本体设计 . 23 4.1 主体机架的形式设计主体机架的形式设计 . 23 4.1.1 机架结构设计机架结构设计 24 4.1.2 去核装置设计去核装置设计 25 4.1.3 破口刀具设计破口刀具设计 26 4.1.4.导入部件导入部件 26 4.1.5 破口部件破口部件 27 4.1.6 去核部件去核部件 28 4

5、.2 辅助部件的设计辅助部件的设计 . 29 4.2.1 导向元件选择导向元件选择 29 4.2.2 定位部件定位部件 29 结结 论论 30 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 致致 谢谢 31 参考文献参考文献 32 附附 录录 34 翻翻 译译 35 The Strength of Mechanical Elements 35 Residual Stresses . 38 Shafts and Coupling 41 华天des i g n 华天des i g n h t t p

6、 :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 1 1 绪论绪论 1.1 前言前言 20 世纪 90 年代之前我国研制了一些去核脱壳机械。去核的工作原理是以 “捅” ， “撕裂和剥离”的方法使果核和果肉分离。前者由于捅核前龙眼没有被 彻底破坏，果核上连带果肉，造成果肉损失和果汁流失，去核后的果肉完整性 较差；后者是用于榨汁喝打浆，不考虑果肉的完整性，把果肉从果核上“剥” 下来，完成作业后的果肉呈碎块状。因此，设计去核后果肉完整性较好的去核 机，具有重要的现实意义。 龙眼去核脱壳机械目前开发难度比较大，产企业规模普遍较小，产品用途 单一，品种数量少，不能满足市

7、场需求。因此，应向市场需求量更大的方向去 研发，以龙眼加工果汁为主导方向，走出龙眼只加工桂圆肉的传统格局，转向 果汁，果酒等市场份额较大的深加工方向。 1.2 本课题题目背景及设计意义本课题题目背景及设计意义 1.2.1 题目背景及国内外发展现状题目背景及国内外发展现状 1 概述 核果类水果主要是指葡萄、桃、杏、李、山楂、红枣等它们在水果总产 量中占有较大比例以它们为原料，加工成饮料、罐头、果脯及果干制品时去 核作业是一项十分重要的前处理工艺以往主要采用人工作业，不仅占用大量 的劳力，劳动强度大生产效率低，且产品质量难以控制。因此，实行水果去核 的机械化作业是一种必然的发展趋势。国外 6O 年

8、代就着手去核机的研制80 年 代，美国、意大年和荷兰等国已相继出现了粘槐去核机、撖榄去核机等去核 工序基本上实现了机械化 我国是从80年代后期开始着手对去核机进行研制的， 并陆续推出一些产品由于一些问题尚未真正解决，因此，真正在生产中推广 应用的并不多，在众多的果品加工厂中，去核作业至今基本上仍依靠手工或者 十分简陋的工具完成。近年来随着人民生活木平的不断提高，人们对食品质 量的要求也越来越严格，生产厂家也意识到，前处理工序对产品质量有着不可 忽视的影响，各厂家纷纷寻找合适的前处理设备由于许多前处理设备在国内 尚属空白，例如葡萄去核机等用户的需求难以满足。因此，开发性能优良的去 核机及其它前处

9、理设备是形势所需。 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 2 美国 FMC 公司 80 年代向市场推出了一种自动转矩式粘核桃去核机。每分钟 可加工 8O 十桃子，其生产率约 80kg/h 左右。l：对桃子进行定位和输送。杯子 底部有一带凸起的小转轴(见图 1)小轴在链条带动下始终旋转着只要杯内桃 子的凹部不在小凸起的上方，桃子外圈就会与凸起接触并被其带动旋转着，直 到图示正确位置为止。这时，桃子保持直立状态，劈刀将果内劈成两半后持挑 子的两个橡胶夹板相向转动 150。 ，使果内与核分离。

10、该机可以整天加工季节连 续工作而不必停机润精谓节和清洗也十分方便。由于它保持了去核后果内的 完整性， 因此比较适合于罐头、 果脯和果干加工厂使用 由于该机结构较复杂， 成本较高。国内罐头、果脯等食品均属常年日产品，因此，在我国推广起来存 在一些难度。 意大利BERTUZZI公司推出了一种去核机，其原理如图2所示它适合于桃、 李等核果的果内与果核的分离图中2心部材料为碳钢外面覆盖一层弹性适中 的橡胶层，辊子3由数十齿状圆盘组成各盘问有一定闻隔，在两辊子上方有一 推压装置，当它将物料推人两辊子之间时转轴l在两辊子的挤压下，果内被挤入 齿轮中的齿间间隔(图中5)，而果核剜使蒗于2的橡胶层变形而凹人橡

11、胶层中(图 中4)。当转过一定角度后，橡胶的弹性作用使果核脱离2而进果核收集斗在辊 子下方有一可调的分离装置使内核有效分离I在齿下方还有一个类似梳子的装置 将嵌在3齿盘问的果内梳出，落人果内收集斗。从而达到核内分离的目的。它适 用于带内果汁饮料、果装、果酱、果汁饮料等品种的去核工序，具有生产效率高 等特点，有较高的推广价值 1.2.2 国内目前去核机的基本状况国内目前去核机的基本状况 1.2.2.1 行业特征 山楂去核机 近年来，我国相继研制出了系列半自动山楂去核机。减轻了劳动强度，提高了生 产率。目前投入使用的有两种：一种由12把去核刀组成，班产量800kgI另一种由 16把刀组成， 产量1

12、0O0kg一一般中小果品加工厂有12白去核机就能满足几年生 产要求 该机结构如图3所示。 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 3 它由上刀、下刀、果模以及传动机构等组成果横有分离式和组合式两种，前者 靠人工周转，后者由链传动自动周转。工作时要靠人工把山樯放入果模，由专们 机构推动果模进入或退出工作状态一当果模进到工作位置时， 去核机的上下刀几 乎同时切入果内中，下刀在山楂花萼处切入一定深度后，即自行下落，上刀则继 续下行，直至把果核从圆形切口中捅出，捅出物一般呈灯笼状。该机去核干净，

13、切口整齐，它还可对海棠、太平果去芯，若配置相应的刀具和果模，也适用于鲜 枣去核和莲籽去芯作业。 芒果去核打浆机 我国江苏靖江食品机械厂生产的一种MD-25型芒果多用打浆机，主要用在 芒果去皮后的打浆上。该机在物料出n前设有螺旋排列的三十弯齿与刮板同步旋 转， 用以进一步去掉粘在核上的果内。 该机较适音于芒果的去核。 在生产实践中， 曾用桃子作过试验，但效果不甚理想，主要是桃核易碎。 1.2.2.2 前景展望 我国地域辽阔、资源丰富具有得天独厚的发展果蔬加工业的良好条件。果 蔬深加工已成了农民致富的一条主要途径， 不论是社会效益还是经济效益都是十 分可观的但是我们也看到，在果树种植业蓬勃发展的今

14、天许多地区的果品加 工厂其前处理生产环节，仍采取落后的手工作坊如去核、去皮、清洗等由 于缺乏性能优良的设备，加工手段跟不上，生产效率低下产品质量不稳定，有 些地区还出现鲜果积压甚至腐烂现象，给果品厂及果农造成不应有的经济损 失 因此， 在我国 发展去核机械等前处理设备， 取代手工作业是一种岿然趋势。 只有这样。才会有丰富多样的食品来满足人们前需尊。才能保护果农种植的积极 性。为此，机械都把“去核机”等前处理设备的研制开发作为“十二五”攻关项 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 4 目“

15、天然果浆饮料加工成套设备”的重要内窖之一。上述两种去核设备在中国 食品报上作广告全国不步厂家纷纷来来电、来信订贷或询问有关事宜， 杜会匣响强烈可以相信。虽着经济的不断发展，杜会购买力的不断提高，将会 有更多的水果去核机和其它前处理设备研制出来。并迅速转化为生产力，促使我 国果蔬加工业蓬勃发展起来。 1.3 本课题的意义本课题的意义 为了给我走向社会打下坚固的技术基础，我选龙眼去核机作为毕业设计题 目，该题综合性强，需要我们有扎实的专业课程基础理论知识及计算机基础，在 整个设计过程中我们可以充分发挥自己主动性、积极性。培养我综合能力和实际 解决问题的能力，让我们的理论知识得以实践，鉴于目前我国专

16、用机械行业的发 展空间比较大，研究专用去核机械方面的课题对我们个人和社会都有积极意义， 也是对综合能力的培养和锻炼，一方面巩固、增长专业知识，培养综合运用知识 的能力，为以后的工作积累经验，所以我选择龙眼去核机作为毕业设计。 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 5 2 龙眼去核机方案设计龙眼去核机方案设计 2.1 设计要求及原始参数设计要求及原始参数 适用范围 ：适用于大批量水果生产 生产能力 ：35kg/h 生产类型 ：大批生产。 2.2 设计任务分析设计任务分析 20 世纪 90

17、年代后期我国研制了一些荔枝去核脱壳机械1, 2 。去核的工 作原理是以“捅” 、 “撕裂和剥离”的方法使果肉和果核分离。前者由于捅核前芽 眼没有被彻底破坏, 果核上连带果肉, 造成果肉损失和果汁流失, 去核后的果 肉完整性较差; 后者是用于榨汁和打浆, 不考虑果肉的完整性, 把果肉从果核 上“剥”下来, 完成作业后的果肉呈碎块状。因此, 设计去核后果肉完整性较好 的去核机, 具有重要的现实意义。龙眼起源并生长于亚热带地区，在每年七八月 份的高温，高潮季节成熟，生理代谢旺盛，呼吸作用强烈，果肉多汁，高糖低酸， 内含丰富。其强烈的呼吸作用影响龙眼的保鲜效果，鲜果不易储藏。因而有时没 写地区还出现鲜

18、果积压贱卖、腐烂的现象造成“丰产不丰收” ，给果农造成不应 有的经济损失。目前我国人均水果占有量仅 50kg，与世界平均水平（目前世界 人均水果占有量的平均水平为 70kg）尚有较大差距，在这种情况下出项的水果 大量滞销现象，其实是水果生产加工水平较低状态下的“假滞销” 。 近年来，随着经济的发展和人民水平的提高，劳动力费用在加工作业成本中 所占的比例越来越高，人们对食品质量的要求也越来月严格。因此，实现龙眼去 核的机械化作业显得尤为重要。研究出工作可靠、高校、卫生的去核设备，对促 进龙眼深加工产品的开发和提高产品质量具有重要的意义， 加快农产品深加工技 术与设备的研究开发，对提高农副产品的附

19、加值，实现农民增收，进而提过加入 WTO 环境下我国农业的国际竞争力具有积极的意义。 工作原理 （1） 龙眼导入要求：龙眼送进导槽时，用自动定心机构保证不同尺寸的 龙眼能够保持在中间位置。 （2） 龙眼破口要求： 自制三角刀片破口， 导槽上方有弹性压片压住龙眼， 保证破口在去核过程中张开。 （3） 气压逻辑控制要求：水平推杆先将龙眼推至预定位置后立即返回， 在返回的同时垂直顶杆工作。 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 6 2.3 龙眼去核机整体设计龙眼去核机整体设计 2.3.1 去核

20、机的结构形式去核机的结构形式 龙眼去核机作为一种专用的机械设备， 其整体结构可根据具体生产去核机的 类型来决定， 其大部分为卧式， 主要传动形式有气压传动和液压传动。 去核机主， 结合实际厂家的具体情况选择传动形式为气压传动， 如图 2.3.1-1 所示它采用机 电气一体化技术，先破口再去核的原理，该装置采用三角刀片使龙眼破口张开果 壳和果肉后，利用压缩空气驱动气缸带动顶杆快速顶出龙眼核，降低了龙眼去核 损失率。龙眼去核损失率与刀片厚度、顶杆直径、气压和气体流量等因素有关。 实验结果表明，刀片厚度，顶杆直径、气体流量和气压对龙眼去核损失率的影响 程度依次增大，在刀片厚度为 2.5mm,顶杆直径

21、为 7.0mm,气压为 0.55Mpa，气体 流量为 6.0m3/h 时,龙眼去核的损失率最低可达 5.14%。 2.3. 1-1 龙眼去核机的结构 2.3.2 工艺流程工艺流程 本机针对龙眼进行去核，要求将龙眼按顺序压入，通过气动开关控制升降伸 缩气缸实现去核活塞的往复；通过气控阀控制动力气缸的升降来作用于龙眼去 核。 2.3.3 传动方案的初定传动方案的初定 本设计的龙眼去核机，动力系统有两种方案机电传动和液压气压传动。比较 两种传动方式，机电传动，传动范围广，传动精度高，结构复杂，受空间限制， 成本高；液压与气压传动，元件布置不受空间限制，易实现频繁启动、制动和换 向；本机械要求频繁换向

22、，频繁启动与制动，所以初选传动方式为液压或气压传 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 7 动。本产品暂定气压传动本作品采用空气压缩机驱动两个气缸，龙眼在落料口落 下，一个气缸推动龙眼，使其在导管内在自动定心机构的夹持下做平动，龙眼在 运动过程中用特殊的刀片使其破口，为去核做准备；当龙眼推至适当位置时，另 一气缸快速推动顶针而顶出龙眼核。如此不停的循环动作。 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .

23、c o m / 8 3 去核机动力系统的设计去核机动力系统的设计 3.1 传动系统设计传动系统设计 3.1.1 液压传动与气压传动方案的对比液压传动与气压传动方案的对比 传动系统的设计， 主要根据工作条件和工厂的实际情况来决定要什么样的传 动类型，主要考虑两种传动方式：气压传动与液压传动，气压传动以空气为工作 介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便，与液压传动 相比不必设置回收的油箱和管道；因空气的粘度很小（约为液压油动力粘度的万 分之一） ，其损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送。外泄漏不会像液压 传动那样严重污染环境；与液压传动相比，气压传动动作迅速、反应快、维护简

24、 单、工作介质清洁，不存在介质变质等问题；工作环境适应性好，特别在易燃、 易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中，比液压、电子、电气控制 优越；成本低，过载能自动保护。液压传动特点：液压传动装置运行平稳、反应 快、惯性小，能高速启动、制动和换向；同等功率情况下，液压传动装置体积小、 重量轻、结构紧凑。如相同功率的液压马达的重量只有电动机的；能在运行中方 便地实现无级调速，且调速范围大，最大可达 1：2000(一般为 1：100)；操作简 单、方便，易于实现自动化，当它电气联合控制时，能实现复杂的自动工作循环 和远距离控制；易于实现过载保护；液压元件能自行润滑，使用寿命较长；液压 元件实

25、现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。 表 3-1 比较一下气压液压的传动优缺点 传动方式 气压传动 液压传动 优点 能源经济，其工作介质是空气，取之不尽用之不竭工作介质是液压油，需补充和更换 防火防爆，工作环境条件适应强 相对气动环境要求较高 能源损失小，容易实现集中供应和远距离输送 每台装置需要一台泵站， 而且安装不 能太远 适用于高速间歇 适合于中、低速连续运动 自保持能力强， 即断电后由于气体的压缩性机械装置 能在较长的一段时间停留在原来的位置上 可靠性高，寿命长 寿命短 安全方便，气动元件结构简单、轻便、安装维修方便结构复杂，安装维修不方便 缺点 稳定性差 稳定性好 输出

26、功率小 输出功率大 噪声大 噪声小 润滑性差 润滑性好 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 9 考虑到能源经济型，寿命可靠性和维修方便性以及供能形式，我选择气压传 动。 3.1.2 气动系统的设计气动系统的设计 3.1.2.1 具体步骤如下： （1）先根据参考资料，确定合适的设计方案。 （2）通过计算、分析设计执行元件的参数：气缸的内径、壁厚，活塞杆的 直径，耗气量的计算，验算设计结果，导向装置的设计，驱动元件的选择，管路 设计，底座的设计. （3）根据动力和总体参数的选择和计算，进行

27、总体设计。 3.1.2.2 传动方案 该去核机的功能：将龙眼推入，运动顺序推力缸 A 推出至压板位置，然后 升降缸 B 带动去核顶针顶到预设位置，然后 B 缸回收，最后上推力缸回缩，返回 原点位置， 任务要求： 执行元件：气动气缸； 控制方式：气动控制； 主要设计参数参数： 运动负载质量0.02kg； 推力缸负载100N 运动方式：直角坐标； 控制要求：位置控制； 气缸 A 工作行程300 mm； 气缸 B 工作行程100 mm； 移动速度控制30m/min。 图 3-1 气压传动示意图 参阅各种气压设计书籍和论文，对照设计任务要求，并通过对以前学习 过的课程进行综合考虑，设计出的气动去核机的

28、示意图如图 1 所示。去核机 采用气压传动，选用品质精良的气动元件组合而成，为直角坐标式去核机结 构，实现水平缸的伸缩、竖直缸的升降，可以方便的通过节流阀调节合适的 执行元件的速度，完成物件平面移动。 由于该系统要求该气动去核机的动作逻辑顺序为： 升降气缸 A 推出 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 10 （A1）推力缸 B 去核动作 B1推力缸 B 退刀动作 B0升降气缸 A 下降 A0装卸工件，完成一级缸的装配。设计时要注意缸 A、B 的运动先 后顺序，两缸不能发生干涉，防止龙眼

29、被弹簧片弹回。 3.2 气压传动机械传动系统设计气压传动机械传动系统设计 本方案的机械设计中重在气缸的设计，气缸 A 的作用是实现横向移动，气缸 B 的作用是实现纵向的提升及下降。对气缸结构的要求一是重量尽量轻，以达到 动作灵活、运动速度高、节约材料和动力，同时减少运动的冲击，二是要有足够 的刚度以保证运动精度和定位精度 气缸的设计流程图如图 3 所示 图 3 气缸设计流程图 气缸按供气方向分，可分为单作用缸和双作用缸。单作用缸只是往缸的一侧 输入高压气体，靠其它外力使活塞反向回程。双作用缸则分别向缸的两侧输入压 力气体，活塞的正反向运动均靠液压力完成。由于单作用气压缸仅向单向运动， 有外力使

30、活塞反向运动，而双作用单活塞气缸在压缩空气的驱动下可以像两个方 向运动但两个方向的输出力不同，所以该方案采用单作用单活塞缸。 3.2.1 设计及计算设计及计算 3.2.1.1 纵向气缸的设计计算与校核: 由设计任务可以知道，要驱动的负载大小位 0.02Kg，小载荷受力缸，考虑到 气缸未加载时实际所能输出的力，受气缸活塞和缸筒之间的摩擦、活塞杆与前气 缸之间的摩擦力的影响。 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 11 在研究气缸性能和确定气缸缸径时，常用到负载率 ： 表 3-2 气缸的运动

31、状态与负载率 阻性负载（静负载） 惯性负载的运动速度 v 500mm/s =0.8 0.65 0.5 0.3 运动速度 v=30m/min=500mm/s，取=0.50，所以实际液压缸的负载大小为： F=F0/=200N 气缸内径的确定 项目 计算公式 缸 径 单 作 用 气 缸 推 力 Fpo p F D pu 23. 1 p F D pu 6 . 123 . 1 拉 力 Fpo p F D po 27. 1 p F D po 65 . 1 23 . 1 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o

32、m / 12 D=1.23=15.6mm F气缸的输出拉力 N； P 气缸的工作压力 Pa 按照 GB/T2348-1993 标准进行圆整，取 D=32mm 气缸缸径尺寸系列 气缸缸径尺寸系列 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180）200（220）250320400500630 3.2.1.2 活塞杆直径的确定 由 d=0.3D 估取活塞杆直径 d=8mm 表 3-3 活塞杆直径系列 （ mm ） 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56

33、 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 3.2.1.3 缸筒长度的确定 缸筒长度 S=L+B+30 L 为活塞行程；B 为活塞厚度 活塞厚度 B=(0.6 1.0)D= 0.7X32=22.4mm 由于气缸的行程 L=300mm ,所以 S=L+B+30=400mm 导向套滑动面长度 A: 一般导向套滑动面长度 A， 在 D80mm 时, 可取 A=(0.61.0)d。 所以 A=20mm 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o

34、b a o .c o m / 13 最小导向长度 H： 根据经验，当气缸的最大行程为 L，缸筒直径为 D，最小导向长度为： H=L/20+D/2 代入数据 即最小导向长度 H=15 +50 =65 mm 活塞杆的长度 l=L+B+A+65=300+56+25+65=446 mm 3.2.1.4 气缸筒的壁厚的确定 由液压气动技术手册可查气缸筒的壁厚可根据薄避筒计算公式进行计 算：式中 缸筒壁厚（m） ； D缸筒内径（m） ； P缸筒承受的最大工作压力（MPa） ； 缸筒材料的许用应力（MPa） ； 实际缸筒壁厚的取值：对于一般用途气缸约取计算值的 7 倍；重型气缸约取 计算值的 20 倍，再圆

35、整到标准管材尺码。 参考液压与气压传动缸筒壁厚强度计算及校核 ,我们的缸体的材料选择 45 钢，=600 MPa， =20 MPa n 为安全系数 一般取 n=5； 缸筒材料的抗拉强度(Pa) P缸筒承受的最大工作压力（MPa） 。当工作压力 p16 MPa 时，P=1.5p； 当工作压力 p16 MPa 时，P=1.25p 由此可知工作压力 0.5 MPa 小于 16 MPa，P=1.5p=1.50.5=0.75 MPa =3.56mm 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 14 参照

36、下表 气缸筒的壁厚圆整取 =8 mm 表 3-4 气缸筒的壁厚 3.2.1.5 气缸耗气量的计算 Q = = =1.5 3.2.1.6 气缸进排气口直径 d0 v空气流经进排气口的速度，可取 v=10 15） 选取 v = 12 m/s 由公式 d0 = 2 代入数据得 d0 = 3.26mm 表 3-5 气缸进排气口直径 ( mm ) 气缸内径 D 进排气口直径 d0 40 50 63 80 100 125 140 160 180 6 10 15 20 所以取气缸排气口直径为 6 mm Q 工作压力下输入气缸的空气流量（） V-空气流经进排气口的速度，可取 v=10 25） 材料 气缸直径

37、50 80 100 125 160 200 250 320 壁厚 铸铁 HT15-33 7 8 10 10 12 14 16 16 铜 A3、45 5 7 8 8 9 9 11 12 铝合金 ZL3 812 1214 1417 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 15 3.2.1.7 活塞杆的校核 由于所选活塞杆的长度 L10d， 所以不但要校核强度校核， 还要进行稳定性校核。 综合考虑活塞杆的材料选择 45 钢。 参考机械设计手册单行本 由液压气动技术手册 稳定性校核： 由公式 FP

38、0 式中 FP0 活塞杆承受的最大轴向压力（N） ； FP0=100N FK 纵向弯曲极限力（N） ； nK 稳定性安全系数，一般取 1.5 4。综合考虑选取 1.6 K活塞杆横截面回转半径，对于实心杆 K=d/4 代入数据 K =32/4=8mm 由于细长杆比 85 即 FK = 实心圆杆： J = 式中 L 气缸的安装长度 ； m 末端系数；选择固定自由 m = 1 E 材料弹性模量，钢材 E = 2.1 10 11 P a ； J 活塞杆横截面惯性矩（m 4） ； 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a

39、o .c o m / 16 d 活塞杆的直径（m） ； L 气缸的安装长度为活塞杆的长度为 446mm 代入数据得 FK =5.355 N 因为 = 1.34 FP0 所以活塞杆的稳定性满足条件； 强度校核： 由公式 d ， n 为安全系数 一般取 n=5； 缸筒材料的抗拉强度(Pa) 45 钢的抗拉强度，=600 MPa ，= 20 MPa 则 dmin = 4.16 mm d ，所以强度满足要求； 综上所述：活塞杆的稳定性和强度满足要求。 通过机械设计手册查的气缸 10A-5，符合要求，其参数为： 缸径 D: 32 A: 22 BB: 8 华天des i g n 华天des i g n h

40、 t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 17 D: 10 DD: M61 E: 44 EA: 44 EE: ZG1/8 H: 29 K: 32 KK: M10*1.25 EV:ZG1/4 VZ:155 VR:99 LL:93 MM:12 P:18 RD:28 RR:33*33 VF:15 WF:25 YP:17.5 如图 3-3 图 3-3 推力缸 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 18 3.2.1.9 连接与密封 气缸的连接与

41、密封直接影响气缸的性能和使用寿命， 正确的选用连接和密封 装置，对保证气缸正常工作有着十分重要的意义。 缸筒与缸盖的连接形式主要有拉杆式螺栓连接、 螺钉式、 钢筒螺纹、 卡环等， 本气缸四根采用拉杆式双头螺栓连接， 由于工作压力小于 1MPa， 不需要强度校核。 根据许用静载荷，查机械设计手册表 24-2-10，分别选用 M10、M6 的螺栓。 对于活塞与气缸筒之间采用两个 Y 型密封圈， 其它摩擦副均使用 O 型密封圈 密封。O 型密封圈密封可靠，结构简单，摩擦阻力小。O 型密封圈安装后，比被 密封表面的内径大。Y 型密封圈密封可靠，使用寿命长，摩擦阻力较 O 型圈大。 华天des i g

42、n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 19 3.3 气压回路的设计气压回路的设计 3.3.1 气压气动程序的设计 根据气压缸的运动顺序，其行程程序为【A1B1B0A0】,气缸动作到位后压下 行程开关发出信号（a1,a0,b1,b0）作为控制回路的输入。考虑每一时刻仅 有一个汽缸动作的简单情况，每个气缸动作后只有一个行程开关被压下，然后也 只有一个气缸控制回路指挥下动作。 若每个动作都能用前一个动作得到位信号直 接控制下一个动作执行，这个程序就是标准程序。 此气压不是标准程序，需要对程序进行校核，在程序【A1

43、B1B0A0】中动作 B1 和动作 A0 由同一个信号组合 a1b0 控制，所以程序将不能正常进行，该程序 为非标准程序，要进行程序的校正，校正程序应适当的位置插入记忆原件来破坏 其二义性，将重复的最小项切断。记忆元件可选用二位三通或二位五通阀，这样 在后续的逻辑设计中记忆元件与执行元件一样，都视为逻辑系统的控制对象。如 图 3-5 所示行程程序为C1A1B1C0B0A0 AB a0 C a1 A1 * A0* A C1 * B0*C0*B1* B b0b1 c0 c1 q 图 3-5 气压回路原理图 3.3.2 气压回路的设计 原理图是根据程序和逻辑原理图绘制出来的气压原理如图 3-5，各部

44、件的功能： 1）气缸 气缸执行元件，将压缩空气的压力转变成机械能的能量转换装置，用于实现 直线往复运动。通过上面的设计计算可以确定气缸的基本尺寸和使用要求，选择 10A-5 标准型气缸，气缸的安装形式为固定式安装轴向支座，输出力的大小与气 压大小有关， 一般气压为 0.5MPa， 其输出压力不大， 综合考虑气压机等工作状况， 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 20 选用比较常见的单作用活塞缸，故选用 10A-5 型气缸。选水平推缸行程为 300， 垂直缸行程为 100 2）方向控制阀

45、 基本功能是对气体流动产生通、断作用，气体流通方向的改变作用。手动阀 的选择：手动阀 Q，起作用是启动系统的总开关，Q23R5C 系列推拉式手动阀，其 型号为 Q23R5C-L8-L8T 公称通径/mm 8 工作介质 经过滤干燥的压缩空气 环境温度范围/C -2580(但不结冰) 工作压力范围/Mpa 0-0.8 有效截面积/mm2 8 操作力/N 50 3）行程控制阀 基本功能是控制缸的行程，用来实现预设的动作。 行程控制阀主要有限位开 关触动限位阀来实现行程控制的， 所以选择 K23JD 系列二位三通单电控先导截止 式换向阀来控制行程，其型号为 K23JD，主要参数： 通径(mm) 6 工

46、作介质 压缩空气 工作压力(Mpa) 0.20.8 温度(T) 550 换向频率(Hz) 6 泄漏量(cm3/min) 50 接管螺纹 M10X1, G1/8 K23JD 系列二位三通单电控先导截止式换向阀 4）方向电磁控制阀 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 21 此类阀的作用主要控制气缸的伸缩，根据设计要求和实际市场供求情况，我选择 比较常见的 3K 系列二位五通单电控先导板接式换向阀_导线型控制阀， 3K25D-B6 其主要参数： 通径/mm 6 接管螺纹 Rc1/8_Rc1/

47、4 有效截面积 S 值/mm2 14(12) 换向时间/ms 40(60) 环境温度/C -540 介质温度/C -550 工作压力/Mpa 0.151.0 润滑 有无润滑油均可 功率消耗/W 3 额定电压/V DC:24 AC:220 3K25D-B6 4）气源空压机选择计算 空气压缩机的选择主要依据气动系统的工作压力和流量。 气源的工作压力应比气动系统中的最高工作压力高 20%左右，因为要考虑 供气管道的沿程损失和局部损失。如果系统中某些地方的工作压力要求较低，可 以采用减压阀来供气。空气压缩机的额定排气压力分为低压（0.71.0MPa） 、中 压（1.010MPa） 、 高压（10100

48、MPa）和超高压（100MPa 以上） ，可根据实际需 求来选择。常见使用压力一般为 0.7-1.25。 首先按空压机的特性要求，选择空压机的类型。再根据气动系统所需要的 工作压力和流量两个参数，确定空压机的输出压力 pc 和吸入流量 qc，最终选取 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 22 空压机的型号。 1）空压机的输出压力 pc pc=p+p=0.62MPa pc：空压机的输出压力 p：气动执行元件的最高使用压力 p：气动系统的总压力损失。 一般情况下，另p=0.150.2MPa。 2）空压机的吸入流量 qc 不设气罐，qb=q max 设气罐，qb=q sa =6m3/h qb：气动系统提供的流量 qmax：气动系统的最大耗气量 qsa：气动系统的平均耗气量 空压机的吸入流量，qc=kqb q