趙憲奎

（東方機(jī)器制造（昆明）有限公司，云南 昆明 650217）

全液壓廢料減容壓塊機(jī)的設(shè)計(jì)

趙憲奎

（東方機(jī)器制造（昆明）有限公司，云南 昆明 650217）

論文根據(jù)用戶提出的基本參數(shù)要求，推算出結(jié)構(gòu)尺寸并進(jìn)行試驗(yàn)，從試驗(yàn)中得到需要的液壓參數(shù)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓計(jì)算，并用SolidWorks軟件的有限元分析插件COSMOSXpress工具功能對(duì)主要受力梁進(jìn)行在載荷工況下的應(yīng)力分布和變形位移分析，校核受力梁的強(qiáng)度是否滿足使用要求。介紹了全液壓廢料減容壓塊機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，對(duì)主要部件設(shè)計(jì)過(guò)程作了簡(jiǎn)述。

廢料減容壓塊機(jī)；料倉(cāng)喂料；剪切裝置；全液壓；SolidWorks

0 引言

全液壓廢料減容壓塊機(jī)主要用于：煙草行業(yè)卷煙廠濾棒車間生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢濾棒和卷包車間生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的不合格的煙支經(jīng)過(guò)處理煙絲回收后產(chǎn)生的紙皮和過(guò)濾嘴、小包盒以及條煙盒廢料進(jìn)行壓縮減容回收處理的關(guān)鍵設(shè)備，能達(dá)到防止社會(huì)上的不法人員利用廢濾棒和小包盒以及條包盒制作假煙坑害消費(fèi)者，使廢料壓縮減容便于運(yùn)輸，降低運(yùn)輸成本。根據(jù)要求設(shè)計(jì)制造全液壓廢料減容壓塊機(jī)滿足市場(chǎng)需求十分必要。

1 根據(jù)基本參數(shù)要求進(jìn)行試驗(yàn)獲得液壓壓力參數(shù)

1.1 處理后的物料基本參數(shù)

松散的廢紙和香煙濾嘴經(jīng)過(guò)擠壓成塊后，物料體積需縮小16～20倍；松散的廢紙和香煙濾嘴經(jīng)過(guò)擠壓成塊后的尺寸：（100×10×150～250）mm長(zhǎng)，一小時(shí)處理 160～180公斤。

1.2 推算松散的物料體積

考慮到松散的物料密度不同，我們?nèi)』緟?shù)的中間值進(jìn)行推算。取物料體積需縮小18倍，取壓塊尺寸：（100×100×200）mm長(zhǎng)。設(shè)料槽寬為100mm，長(zhǎng)為650mm，求松散物料槽的高度 h。由 650×100×h＝18×（100×100× 200），得出：h＝553.85mm，取h＝554mm。松散物料的料槽容積尺寸為：100×650× 554。壓塊試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，如圖1所示。

1.3 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)用壓料槽

圖1 壓塊試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭DFig.1 Briquetting test model

圖2 實(shí)驗(yàn)用壓料槽Fig.2 Experiment with the pressure trough

壓料槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)：側(cè)板2上面開有刀口，上壓頭也有切料刀口。可將壓料槽和料倉(cāng)之間的物料剪切斷開。

1.4 液壓壓力參數(shù)測(cè)試

試驗(yàn)設(shè)備的液壓站：液壓站設(shè)有壓力表，電機(jī)功率為11kW，1450r/min，油泵是高壓齒輪泵，排量為25ml/r，試驗(yàn)用壓力油缸缸徑為100mm，活塞桿直徑為60mm，行程為500mm。

試驗(yàn)平臺(tái)為龍門架式，在上梁上固定液壓缸，液壓缸的上下腔通過(guò)液壓軟管和液壓站的電磁換向閥塊連接。

壓力試驗(yàn)是將條狀廢舊紙物料從加料口加入到料倉(cāng)并加滿，上壓頭將物料向下壓如圖3所示。將壓料槽側(cè)立起來(lái)，使側(cè)壓頭從上面向下壓，如圖4所示。經(jīng)過(guò)多次反復(fù)試驗(yàn)結(jié)果如下：

上壓頭刀口和下刀口在將多余的物料切斷時(shí)，壓力表上的壓力在9MPa左右，上壓頭下壓過(guò)程中最大壓力就是物料切斷時(shí)的壓力，試驗(yàn)結(jié)果取10MPa。

側(cè)壓頭下壓物料達(dá)到壓塊的尺寸時(shí)，壓力表上的壓力為11MPa左右。側(cè)壓頭試驗(yàn)結(jié)果取12MPa。這時(shí)可以滿足物料體積需縮小16～20倍。

圖3 上壓頭將物料向下壓Fig.3 Downward pressure on the indenter

圖4 壓料槽側(cè)立起來(lái)Fig.4 Celi up pressure trough

2 全液壓廢料減容壓塊機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 減容壓塊機(jī)結(jié)構(gòu)

陸也不見(jiàn)得認(rèn)同，卻還是包容。在招收下一屆研究生面試時(shí)，曾笑著問(wèn)考生：“你們對(duì)我的學(xué)生谷文達(dá)看法如何？”

全液壓廢料減容壓塊機(jī)主要由下壓剪切裝置、料倉(cāng)喂料裝置、阻力裝置、出料導(dǎo)向裝置、底座、液壓站和液壓油缸組成，全液壓廢料減容壓塊機(jī)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 全液壓廢料減容壓塊機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.5 Pressure trough internal structure

2.2 全液壓廢料減容壓塊機(jī)工作原理

由輸送機(jī)將廢紙料進(jìn)入料倉(cāng)后，存儲(chǔ)在料倉(cāng)中。當(dāng)物料到達(dá)一定高度，進(jìn)料光電管發(fā)出信號(hào)。料倉(cāng)喂料裝置進(jìn)料油缸動(dòng)作，將物料推入下壓剪切裝置的料槽中；垂直下壓油缸將壓料槽中的物料預(yù)壓緊同時(shí)剪斷壓料槽以外的物料，喂料裝置進(jìn)料油缸縮回；側(cè)壓油缸開始動(dòng)作擠壓物料，由于阻力裝置堵住出料口，在側(cè)壓油缸的不斷擠壓下將物料壓緊壓實(shí)，阻力裝置的壓力可調(diào)節(jié)，側(cè)壓油缸的不斷伸出推著物料推力克服阻力將阻力裝置頂起，阻力裝置上抬使得阻力油缸回縮，同時(shí)將物料推出。側(cè)壓油缸伸出到位后，迅速返回到位，此時(shí)阻力裝置壓住一個(gè)物料塊起活動(dòng)堵頭作用，垂直下壓油缸上升；垂直下壓油缸上升到位，完成一個(gè)工作循環(huán)。

3 全液壓廢料減容壓塊機(jī)主要部件設(shè)計(jì)

3.1 下壓剪切、阻力、出料導(dǎo)向及料倉(cāng)喂料裝置的設(shè)計(jì)

下壓剪切裝置是把壓料槽和龍門架設(shè)計(jì)為一體，壓料槽下部用35mm鋼板焊接成U形槽并和龍門架焊接在一體，龍門架立柱上裝有導(dǎo)軌同時(shí)起堵料作用，壓料槽一面設(shè)計(jì)成活動(dòng)堵板方便維修，進(jìn)料口在另一側(cè)面和料倉(cāng)相通，由喂料裝置將物料推入壓料槽，進(jìn)料口下部設(shè)計(jì)有下剪切刀片；上壓頭連接在下壓油缸的下端，下壓油缸的上端連接在龍門架的上橫梁上，上壓頭設(shè)有刀片，上壓頭順著龍門架立柱導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)下壓剪切功能。測(cè)壓油缸安裝在U形槽的一端，活塞桿上裝有測(cè)壓頭，當(dāng)下壓剪切完成后，測(cè)壓油缸伸出活塞桿帶著測(cè)壓頭擠壓物料，另一端設(shè)置有阻力裝置，如圖6所示。

阻力裝置是壓料槽的一個(gè)出料活門，阻力油缸起到液壓彈簧作用，在測(cè)壓頭擠壓物料時(shí)，阻力裝置給出足夠的阻力使物料被擠壓到要求的密度，測(cè)壓油缸再繼續(xù)伸出時(shí)，密實(shí)的物料將阻力裝置頂開，成塊的物料順著出料導(dǎo)向裝置到達(dá)接料小車或料箱。

料倉(cāng)喂料裝置設(shè)計(jì)是將喂料裝置設(shè)在料倉(cāng)內(nèi)部， 料倉(cāng)是一個(gè)矩形箱子， 上部設(shè)有入料口， 底部是圓弧形；喂料裝置上端有轉(zhuǎn)軸，在喂料油缸的推動(dòng)下，下端沿著料倉(cāng)底部的圓弧擺動(dòng)， 將物料推入下壓剪切裝置的壓料槽，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加料。

圖6 下壓剪切裝置、阻力裝置Fig.6 Under pressure shearing device

3.2 龍門架上橫梁應(yīng)力分析及變形位移分析

（1）工況分析。龍門架上橫梁相對(duì)U形槽來(lái)說(shuō)比較單薄受力也最大，所以只要校核龍門架上橫梁的強(qiáng)度就可以了，上橫梁是選用HK160b型鋼,在安裝下壓油缸的位置增加了一塊 10mm的鋼板，下壓油缸缸徑為100mm，活塞桿直徑為60mm，在液壓壓力為10MPa時(shí)的推力為7853.98kg，單一方向均布作用在油缸安裝板上，橫梁的重力影響較小所以不考慮重力的影響。采用SolidWorks三維軟件建立上橫梁的實(shí)體模型，用 Solid-Works軟件的有限元分析插件COSMOSXpress工具功能通過(guò)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行應(yīng)力分析和變形位移分析。

（2）分析結(jié)論。最大應(yīng)力為65.3MPa，遠(yuǎn)小于Q235－A的屈服應(yīng)力220MPa，說(shuō)明有足夠的強(qiáng)度，該局部應(yīng)力不會(huì)對(duì)上橫梁產(chǎn)生影響。上橫梁變形位移分布如圖7所示，變形量從0～0.17mm依次增大，最大變形量在上橫梁中部，0.17mm的變形量對(duì)龍門架產(chǎn)生的影響可以忽略不計(jì)。上橫梁的強(qiáng)度滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

3.3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和壓塊液壓壓力參數(shù)測(cè)試結(jié)果設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的確定。已知條件：上壓頭刀口和下刀口在將多余的物料切斷時(shí)，壓力表上的壓力在9MPa左右，上壓頭下壓過(guò)程中最大壓力就是物料切斷時(shí)的壓力，試驗(yàn)結(jié)果取 10MPa。側(cè)壓頭下壓物料達(dá)到壓塊的尺寸時(shí)，壓力表上的壓力為11MPa左右。側(cè)壓頭試驗(yàn)結(jié)果取12MPa。這時(shí)可以滿足物料體積需縮小16～20倍。每小時(shí)處理160～180kg。

圖7 油缸推力最大時(shí)的變形位移分布圖Fig.7 Cylinder thrust displacement is maximum when the distribution map

液壓系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)。考慮到各移動(dòng)件的摩擦力和一些韌性高的物料要求較大的剪切力，為了保證正常工作，將液壓系統(tǒng)最高壓力設(shè)為12MPa。下壓油缸用缸徑為100mm，活塞桿直徑為60mm的油缸。為加大側(cè)壓力，側(cè)壓油缸用缸徑為125mm，活塞桿直徑為70mm的油缸。喂料油缸缸徑為40mm，活塞桿直徑為22mm；阻力油缸缸徑為80mm，活塞桿直徑為45mm。

廢料壓塊后的密度基本近似刨花板的密度0.4（t/m3），計(jì)算出一個(gè)廢料壓塊重量為0.8kg。一小時(shí)要處理160～180kg時(shí)，一小時(shí)需要壓出200～225塊廢料。按一小時(shí)壓出225塊，全液壓廢料減容壓塊機(jī)壓出1塊廢料的一個(gè)工作循環(huán)時(shí)間為16s。根據(jù)已知條件和一小時(shí)需要壓出225塊廢料可以計(jì)算出液壓泵的排量為100mL/r。電機(jī)功率為30kW，轉(zhuǎn)速為1470r/min。全液壓廢料減容壓塊機(jī)采用PLC編程控制完成工作原理的工作循環(huán)。

（2）液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)。液壓系統(tǒng)原理如圖8所示。

（3）整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

整機(jī)結(jié)構(gòu)采用SolidWorks軟件建模并模擬裝配設(shè)計(jì)，圖紙準(zhǔn)確率高，速度快， 整機(jī)裝配圖（略）。

圖8 液壓系統(tǒng)原理圖Fig.8 The whole assembly

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)全液壓廢料減容壓塊機(jī)的液壓參數(shù)通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取過(guò)程、結(jié)構(gòu)和工作原理作了介紹，對(duì)全液壓廢料減容壓塊機(jī)的主要部件設(shè)計(jì)過(guò)程作了簡(jiǎn)述，用 SolidWorks軟件的有限元分析插件COSMOSXpress工具功能通過(guò)在計(jì)算機(jī)上對(duì)主要受力點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析和變形位移分析。采用SolidWorks軟件建模并模擬裝配設(shè)計(jì)再出工程圖，避免了零件相互干涉的問(wèn)題，減少了錯(cuò)誤，降低生產(chǎn)成本，保證了質(zhì)量。

[1]成大先，王德夫.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化工工業(yè)出版社，2000.

[2]GB/T3766－2001.液壓系統(tǒng)通用技術(shù)條件[S].中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,2002，06，01實(shí)施.

Full Hydraulic Waste Volume Reduction Press Block Machine Design

ZHAO Xian-Kui
（Oriental Star Machine Manufacture(Kunming）Co.,Ltd.，Kunming Yunnan 650217,China）

According to the requirements from the user,who offered the basic parameters,we calculate and test the structure size.The hydraulic parameters are obtained from tests.After that,we design the structure and calculate the hydraulic pressure.The analysis of deformation and stress distribution of the main bearing beam are finished by the software SolidWorks with the finite element COSMOSXpress plug-intool function.This analysis can check whether the force by the beam strength to meet the use requirements.The full hydraulic waste volume reduction structure and working principle of briquetting machine are described and the main parts of the design process are briefly pictured.

waste volume reduction；hopper feed；the shearing device；all hydraulic；SolidWorks

TH－39

：Adoi:10.3969/j.issn.1002－6673.2014.03.031

1002－6673（2014）03－076－03

2014－04－15

趙憲奎（1961-），男，工程師，畢業(yè)于甘肅工業(yè)大學(xué)，東方機(jī)器制造（昆明）有限公司技術(shù)部，現(xiàn)在主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)與新產(chǎn)品研發(fā)和技術(shù)管理工作。