毕业设计（论文）酸菜自动包装生产线注液系统结构设计（含全套CAD图纸）.doc

本科学生毕业设计酸菜自动包装生产线注液系统结构设计完整版CAD图纸，联系 153893706系部名称： 机电工程学院 专业班级： 机械设计制造及自动化 08-1班学生姓名： 指导教师： 职 称： 讲 师 二一二年六月The Graduation Design for Bachelor's DegreeThe infusing liquid system of the product line of acid vegetable automatic packing LineCandidate： Specialty： Mechanical Design Manufacture & AutomationClass： 08-1Supervisor：Heilongjiang Institute of Technology2012-06·Harbin摘 要近半个多世纪以来，随着生产与流通日益社会化、现代化，产品包装正以崭新的面貌崛起，受到人们普遍重视。本设计主要目的是实现酸菜加工的自动化。其间介绍了灌装机的概念、种类。主要是针对酸菜自动包装生产线注液系统进行的设计主要通过对机械设计的学习、了解和掌握，来确定酸菜自动包装生产线注液系统的各个组成零件并最后组装。通过计算和结构优化设计，决定采用气泵为动力源，以气缸的往复运动及两个单向阀的反向安装来实现酸菜自动包装生产线注液系统的吸液和注液，从而实现由比较简单的结构完成要求的目的。设计后的酸菜自动包装生产线注液系统具有结构简单、紧凑、制造和维修容易、操作简单，成本低。广泛用于中小型食品生产企业。关键词：气泵；气缸；单向阀；电池换向阀；行程开关；贮液缸；自动控制ABSTRACTWith the socialization and modernization of the production and circulation since more than half a century，products packing is flourishing with a completely new feature and attached importance widely.The main purpose of this design is to realize the automatization of acid vegetable processing. It introduces the conception and category of the filling machine. The design aims at the infusing liquid system of the product line of acid vegetable automatic packing. We confirm every part of the system and install it according to the study of machinical design. We decide to use the air pump as the power fountain and realize sucking liquid and infusing liquid by the reciprocating of air urn and the reversed setting of two mon-return valves after calculating.Consequently,we achieve the purpose with a more simple configuration.The infusing liquid system of the product line of acid vegetable automatic packing have simple configuration,. It is tighten and easy to produce, mend and handle .Also it cost low .It is widely used in small and middle food manufactories.Key word: air pump；air urn；mon-return valve；eleceromagnetism cross valve；limit switch；stores the fluid cylinder；auto control目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 课题背景11.2 课题目的与意义11.3 我国食品和包装机械的发展现状31.3.1 食品和包装机械工业初具规模31.3.2 基本形成了为食品加工业提供成套装备的能力31.3.3 在部分领域形成了大型关键单机生产制造能力31.3.4 我国食品和包装机械工业与发达国家还有较大差距31.4食品和包装机械近期发展重点领域和方向4第2章 灌装机62.1 灌装机概述62.2 国内饮料灌装机械的发展概况62.3 液体灌装设备的分类72.4本章小结8第3章 注液系统的总体方案93.1 注液系统的工艺方案93.2 注液总体原理示意图93.2 动力源的选择93.4 注液系统的传动方案103.5 本章小结.10第4章 系统各部分组件的计算及选用114.1 贮液缸的选用114.2 单向阀的选用114.3 双作用双活塞杆气缸计算及选用124.4 耗气量计算154.5 活塞杆直径校核164.6 气缸的运行速度174.7 换向阀的选用184.8 行程开关的选用194.9 管道的选择194.10 方向控制装置204.11 气动控制部分204.12 本章小结21第5章 框架结构的设计225.1 固定板的设计225.2 外框架的设计225.3 储液箱的设计225.4 本章小结23结 论24参考文献25致 谢26附 录A27附 录B35第1章 绪 论1.1 课题背景随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，我国食品工业得到快速发展，已经成为我国国民经济的支柱产业。2002年食品工业总产值达到10554亿元，占全国工业总产值10%左右，食品工业的利税总额占全国工业部门利税总额的20%左右。居全国各产业部门之首。食品和包装机械行业作为食品工业提供装备的工业，形成于20世纪七十年代末与八十年代初，经过八十年代的快速发展，九十年代的高速增长，目前已进入结构调整、产品质量升级、提高创新能力的关键时期。2002年食品和包装机械全行业总产值近400亿元，已成为机械工业系统十四大行业之一，初步满足了我国食品工业的需要。包装机械化的重意义现代包装的基本含义是：对不同批量的产品，选用某种有保护性、装饰性的包装材料或包装容器，并借助适当的技术手段实施包装作业，以达到规定的数量和质量，同时设法改善外部结构，降低包装成本，从而在流通直至消费的整个过程中使之容易储存搬运，防止产品破损变质，不污染环境，便于识别应用和回收废料，有吸引力，广开销路，不断促进扩大再生产。本文研究的是自动包装机生产线的注液系统。大量事实表明，实现包装的机械化和自动化，尤其是实现具有高度灵活性(或称柔性)的自动包装线，不仅体现了现代生产的发展方向，同时也可以获得巨大的经济效益。1.2 课题目的与意义 无论在国内或国外，包装工作已涉及到各行各业，面广量大，对人民生活、国际贸易和国防建设都带来深刻的影响，甚至在现实生活中出现了过去准以想象的新情况：未经包装出售的商品变得越来越少了，而且包装上的失败往往会使很好的产品得不到成功的销售。因而不妨这样说，在将来，如果没有现代化的包装就没有商品的生产和销售；可是如果没有先进的工业与科学技术的综合发展，也不可能出现高水平的现代化包装。迄今，一些科学技术发达的国家，在食品、医药、轻工、化工、纺织、电子、仪表和兵器等工业部门，已经程度不同地形成了由原料处理、中间加工和产品包装三大基本环节所组成的包装连续化和自动化的生产过程，有的还将包装材料加工、包装容器成型及包装成品储存系统都联系起来组成高效率的流水作业线。再者，为使包装成品更好地进入流通领域，大都配有专用的自动化仓库，并采用托盘集装箱运输。（如图1.1所示的现代化酒厂自动包装线的工艺流程简图就是一个颇有代表役的例子。）图 1.1 现代化酒厂自动包装线的工艺流程简图(1)能增加花色品种，改善产品质量，加强市场竞争能力。现代包装机械所能完成的工作已远远超出了简单地模仿人的动作，甚至可以说在很多场合用巧妙的机械方法包装出来的成品，不论在式样、质地或精度等方面，大都是手工操作无法胜任和媲美的。随着商品的多样化，这一点越来越引起了人们的重视。另外，用机械手代替人手，就足以最大限度地避免操作人员同产品直接接触时可能产生的感染，从而保证食品、药物的清洁卫生和金属制品的防锈防蚀。(2)能改善劳动条件，避免污染危害环境。对有剧毒、刺激性的、低温、潮湿性的、爆炸、放射性的，以及必须放置在暗室中的物品，实现了包装的机械化和自动化便可大大改善操作条件，避免污染危害环境。至于对需要进行长期、频繁、重复的以及其他笨重的包装工作，如能实现机械化和自动化，则能大大减轻体力劳动强度，增进工人健康和提高生产效率。(3)能节约原材料，减少浪费，降低成本。有些粉末、被体物料在手工包装过程中容易发生逸散、气泡、飞溅现象，若改为机械包装则会大大减少损失。(4)能提高生产效率，加速产品的不断更新。机械包装的生产能力往往比手工包装提高几倍、十几倍甚至几十倍，无疑这格会更好地适应市场的实际需要，合理安排劳动力，为社会多创造助富。由此可见，实现包装机械化和建立现代包装工业，乃是关系到国家长远规划的一件大事，也是搞好社会主义四个现代化的一项重要内容。1.3 我国食品和包装机械的发展现状1.3.1食品和包装机械工业初具规模目前我国食品和包装机械生产企业达6000余家，其数量在世界各国中居第一位，产品品种3000多种。2002年全行业总产值395.36亿元。其中年产值500万元以上生产企业1133家，2002年产品销售收入345.16亿元，其余4000多家为小型企业，其中近一半为兼营企业。2002年食品加工和包装机械出口交货值2.61亿美元，其中包装机械出口交货值1.38亿美元，开始走向世界。1.3.2 基本形成了为食品加工业提供成套装备的能力食品工业的发展，促进了食品加工和包装机械工业的发展。食品和包装机械的发展又为食品工业的发展提供了重要的装备保障。初步形成了以大学工艺基础研究、院所技术创新和工程转化应用技术开发、企业产品生产制造的分工协作产业发展体系，在一批产品加工领域形成了企业为主体的关键单机生产制造能力和以院所为主体的工程成套装备能力。1.3.3在部分领域形成了大型关键单机生产制造能力近10年有几百项较高技术水平加工设备相继问世并投入生产，达到国外20世纪80年代末90年代初水平，个别机型达到世界先进水平。微波技术、速冻技术、真空技术、膨化技术、超微粉碎技术、微胶囊技术、二氧化碳超临界萃取技术等高新技术已逐步应用到食品加工装备中。1.3.4我国食品和包装机械工业与发达国家还有较大差距我国食品与包装机械工业起步晚、基础差，目前达到或接近世界先进水平的加工装备仅占全部的5%10%；整个行业落后2025年。每年还需要进口大量的食品和包装机械，以满足我国食品工业之需要。技术创新和工程转化能力十分薄弱我国绝大多数食品加工和包装机械制造企业属于中小企业，基本上不具备自主研发能力；由于科研投入不足，研究院所和高等院校的实验条件不完善，造成我国市场上的产品主要还是仿制、测绘或稍加改造的国产化，产业主体技术依靠国外，有自主知识产权的产品少，与世界上食品和包装机械工业强国相比相差甚远，整体技术水平落后2025年。在工程转化和技术集成方面还没有形成有效的产、学、研结合机制，在低水平上各自为战、重复引进、重复研发的现象相当普遍；工艺研究、装备开发、生产制造相互脱节，工程成套及工程转化能力弱。产品结构与质量、性能有待改善我国食品和包装机械行业目前存在的主要问题可归结为五多五少，即：单机多，成套少；主机多，辅机少；技术含量低的产品多，高技术、高附加值、高生产率的产品少；初加工设备多，深加工设备少；通用机型多，特殊要求、特殊物料加工的机型少。产品性能与国外同类产品相比，生产能力低、能耗高。较好的产品小时生产能力仅是国外先进水平的1/2，能耗成倍地高于国外先进产品水平，尤其是大型设备性能差距更大，致使国内大型生产线基本都从国外引进。产品质量方面，存在着工作稳定性、可靠性差，造型落伍，外观粗糙，基础件和配套件寿命短等问题。只有少数产品制定了可靠性标准，无故障时间比国外先进水平的同类产品低得多，仅是它们的1/21/3。企业规模小、布局不合理在企业规模方面，一是集中度不高，二是人均劳动生产率低。我国食品和包装机械工业，从企业数量看还不少，有6000余家,比食品和包装机械工业强国都多，其中有近2000多家不够稳定，每年有近15%的企业转产或倒闭，但又有15%的企业加入这个行业。产值及销售额超过亿元的企业仅有十几家，最好的企业产值和销售额刚过10亿元，上市企业仅有一家；年销售额过3000万元的企业仅有50家，这50家企业的总销售额仅有80亿元，集中度仅达到20.66%。多数企业年产值在几百万到一千万之间，低于100万的企业为数还不少。人均劳动生产率多数企业在10万人民币以下。布局上，我国食品和包装机械工业生产企业主要集中在浙江、江苏、上海、山东、广东、辽宁、北京和河南等省市,上述8省市生产企业占全国食品和包装机械工业总数的64%，而西北地区的甘肃、宁夏、青海和新疆4个省区生产企业只占总数的0.8%，分布极不均衡。1.4食品和包装机械近期发展重点领域和方向加快发展食品和包装机械的技术创新速度，推动产品结构、企业结构和技术结构的调整。选择食品工业中主要行业的技术装备，如大豆加工设备、玉米加工设备、马铃薯加工设备、油料加工设备、乳品加工设备、肉类加工设备、果蔬保鲜与加工设备、饮料加工设备、方便食品和功能性食品加工设备、水产品深加工、食品包装机械、 食品和包装机械共性技术和设备等“重点突破”，依靠技术创新，结合技术改造和关键技术引进与消化吸收，提高食品工业装备的自动化水平，向多品种、成套化、大型化方向发展。第2章 灌装机2.1 灌装机概述液体灌装是包装的重要组成部分，主要包括在食品领域中对啤酒、饮料、乳品、白酒、葡萄酒、植物油和调味品的包装，还包括洗涤类日化、矿物油和农药等化工类液体产品的包装。液体灌装机械有相当一大部分用于食品行业，尤其是饮料制造业。2.2 国内饮料灌装机械的发展概况饮料港装机械是伴随饮料工业的产生而产生，并追随饮料工业的发展而进步的。1809年美国研制出玻璃瓶灌装机；1902年市场上出现酒装番茄酱的压力灌装机；1912年发明了皇冠盖封口机；不久集灌装和封口于一体的灌装压盖机问世；在20世纪末，啤酒酿造业发达的德国制造出手动啤酒酒装和压盖机。含气饮料的酒装工艺难度大，酒装设备的发展大约经历了三个阶段。第一阶段是1952-1957年间，完成了含气饮料灌装机由差压灌装向等压灌装的过渡，采用的是机械阀。第二阶段是1957-1979年，这期间首先是德国HK公司，之后是法国和前苏联，发明研制了等压弹簧阀。弹簧阀在等压状态下，借助弹簧力将充液阀打开，破瓶后充液阀可自动关闭，这样不仅使滔装机酌控制机构简化，而且延长了灌装阀的有效工作时间，为灌装机的高速化创造了条件。弹簧阀的出现是液体等压灌装发展史上的一个重要阶段，至今等压灌装机仍普遍采用弹簧阀只是功能更完善，结构更加合理。第三阶段是以德国SEN公司发明的电动阀为标志，电动阀中气阎和水阀的开启和关闭由可编程控制器控制，对灌装时间、灌装速度进行严格和可靠地界定。我国饮料递装机械制造业起步晚，20世纪60年代前基本上是空白，当时国内啤酒厂和汽水厂都是使用美国和日本20世纪3040年代的设备，工艺落后，机械陈旧，严重影响了我国啤酒和饮料工业的发展，1967年我国才开始研究和生产灌装机械。进入20世纪70年代我国先后引进了一些国外灌装生产线，在装备一些饮料生产企业的同时也促进了我国包装机械行业进入了一个新的发展时期。机械、轻工、军工等领域的一些企业开始在仿制和消化吸收国外技术的基础上，开发了各种中小型的灌装机械，提供给国内一大批饮料厂，促进了我国饮料业的发展。进入20世纪80年代，我国采用技术贸易结合的方式，引进德国SEN公司20000瓶h的啤酒灌装线和日本三菱公司18000瓶h的含气饮料灌装线的制造技术，到1991年又引进了德国KHS公司36000瓶h的啤酒灌装线及生产技术。这样，我国不仅能够生产中小型的灌装机，而且开始生产大型灌装机，技术水平上了一个台阶，将我国液体灌装设备制造业的整体水平提高到一个新的水平。2.3 液体灌装设备的分类表2.1 液体灌装设备分类表分类方法灌装机机型主要特点按灌装阀灌装原理分类等压式灌装机用于啤酒，碳酸饮料及其他含气饮料的包装，也可以灌装不含气饮料负压式灌装机用于不含气饮料，酒类灌装灌装阀很少有滴漏现象常压式灌装机容积定量，重力灌装。用于酒类，乳品，调味品及矿物油，药品，保健品等化工类产品灌装，液损很小压力式灌装机用于不含气饮料的液面灌装，灌装速度较快，无液损容积式压力灌装机背压式灌装，定量准确并可调节，用于植物油，洗涤类日用化工产品等低粘稠液体灌装称重式定量灌装机用于饮料原浆，酒类，药品和植物油等要求定量准确液体的灌装，称量方法有电子称和机械称两种按灌装阀排列形式分类直线式灌装机间歇式步进输送，适用于特殊形状包装容器，大容积的液体包装，生产效率较低回转式灌装机由直线式灌装机发展而成的普通形式，高速连续工作，生产效率较高按包装容器分类玻璃瓶灌装机包装含气或不含气液体的等压，负压，常压压力灌装机聚酯瓶灌装机包装含气或不含气饮料，乳品，植物油，调味品，洗涤类日用化学品等液体的等压，负压，常压压力灌装机金属二片易拉罐灌装机包装啤酒，碳酸饮料等含气液体的等压灌装金属三片易拉罐灌装机包装果汁，素菜汁，植物蛋白饮料等不含气液体的常压灌装机复合纸包装灌装机无菌包装，灌装乳品，果汁，素菜汁等不含气饮料按包装容器的封口形式分类皇冠盖压封灌装机包装含气或不含气饮料冠形瓶，玻璃瓶封口塑料盖压封灌装机包装不含气饮料，瓶盖为撕开式塑料防盗盖塑料盖拧封灌装机包装含气或不含气饮料，塑料防盗盖为抓盖拧封铝质扭断盖压纹封口灌装机玻璃瓶或塑料瓶螺旋口的铝制盖压纹封口，用于含气或不含气饮料灌装易拉罐二重卷边封口灌装机包装啤酒，含气饮料或果汁，植物蛋白饮料的易拉罐等压，常压灌装三（四）旋盖旋封灌装机广口玻璃瓶封口，用于包装果汁，果酱类产品锡箔热封灌装机容积式灌装，乳制品塑料包装的封口软木塞压封灌装机干葡萄酒软木塞封口，负压或常压灌装压塞-塑料盖拧封灌装机洗涤类日化产品包装，复合封口方式锡箔热封-塑料盖拧封灌装机乳制品类饮料包装，复合封口方式2.4本章小结灌装机是针对液体包装的，主要在食品领域中，所以灌装机在包装机械中占重要地位。我国的罐装机械制造业起步晚，随着我国科技的进步，并吸收国外先进的技术，我国的灌装机有了整体的水平提高。 液体的罐装设备可以根据不同的工作原理、排列形式、容器、封口形式分为各种罐装设备。认真了解、分析液体包装生产设备的工作原理、方法，为进一步设计酸菜自动包装生产线注液系统提供模型。第3章 注液系统的总体方案3.1 注液系统的工艺方案注液系统的工艺方案该系统的工艺方案为：吸液贮液注液注液完返回吸液，其具体分析如下：首先该系统的工作方式为往复式的，即在吸液和注液之间使用行程开关来控制执行机构的行程。完成吸液和注液过程，所需的液体通过进给系统将液体输入储液箱，储液箱的液位控制器自动控制液面的高度。但需要工作的时候液体在自重和大气压强的作用下进入注液系统的管道，经动力源作用将其注入食品包装袋里，这样往复运动。注液和吸液这两个动作分别进行，不能互相干扰，即吸液只能从储液箱中吸取，注液只能往包装袋中注液，通过安装两个相反的单向阀来实现。3.2 注液总体原理示意图图4.1 注液原理图3.3 动力源的选择目前，市场上常见的动力源主要有：电动机、汽油机、柴油机、液压马达、气轮机和气动马达。因为液压马达的结构复杂，汽油机的各项成本较高等因素，在农用机械的应用领域之中，较多使用电动机和柴油机作为动力源。考虑到本设计要加工的物料基本上归属于食品行业的生产原料，为了减少污染的来源，所以选用电动或者气动作为动力源。初步计划选用低压气泵（0.4MPa）为动力源。3.4注液系统的传动方案 传动方案：该系统的传动系统为：电机带动气泵将气压能传递给减压阀，调到0.4Mpa压力进入管道，在经电磁换向阀进入气缸的左腔，推动活塞杆向右运动，液体在大气压强和自重的作用下经单向阀流入贮液缸中，贮液缸为液压缸。由于安装单向阀1，不能倒吸液体。但吸液动作完成后，活塞杆压下行程开关a1，电磁换向阀换向，气泵的气压作用与气缸的右腔，与上一动作相同工作实现注液过程。 选用这样的方案比机械式的传动方案结构简单、紧凑，性能优越，能到达工作的要求。3.4本章小结.注液工作原理(1)当汽缸的活塞向右运动时，上边的单向阀关闭，下边的单向阀开启，从而实现汽缸的吸液过程。(2)当汽缸的活塞向左运动时，上边的单向阀开启，下边的单向阀关闭，从而实现汽缸的注液过程。预计结果设计后的白菜包装生产线具有结构简单、紧凑、制造容易，成本低。广泛用于中小型食品生产企业。第4章 系统各部分组件的计算及选用4.1 贮液缸的选用由于系统要求每次注液量在20ml-30ml之间，所以贮液缸的容积应大于30ml。即 ( 4.1) (4.2) 根据上式确定贮液缸的体积和尺寸。采用不锈钢筒，端盖与缸筒之间铆接紧固，轴向尺寸小，外型美观，无给油润滑，使用寿命长等特点。刚好符合抗酸性，体积小的设计要求。具体参数如下：表4.1贮液缸各项参数内径（mm）40动作型式复动型固定型式 LB型使用压力范围Kgf/cm²0.051.0保证耐压力Kgf/cm²13.5使用温度范围 -25至80（不解冻条件下）使用速度范围 mm/s50700缓冲型式缓冲垫片 4.2 单向阀的选用由于气动系统的工作压力较低，约为0.4 Mpa ，所以选用由广东肇庆方大气动有限公司生产的KA-L6单向阀，其具体参数如下表：表4.2 KA-L6单向阀参数公称通径（mm）6工作压力范围/MPa0.05-0.8环境/介质温度（）5-50有效截面积 10开启压力/MPa0.03关闭压力/MPa0.015换向时间/s 0.03泄露量/ 104.3 双作用双活塞杆气缸计算及选用下面来重点研究双作用双活塞杆气缸。从气源出来的压缩空气经减压阀减压后，压力稳定在0.4MPa 。然后，压缩空气经过电磁换向阀后和一个双作用活塞式汽缸相连。如上图所示。当A气缸左腔进气时，活塞杆右伸出，带动贮液缸活塞向右运动，即为吸液过程。当运动25mm后，A气缸右端活塞杆上触点压下行程开关，此时，左腔气体经电磁换向阀与大气相通，排气。当A气缸右腔进气时，活塞杆向左运动，即为注液过程。同样运动25mm后。A气缸右端活塞杆上触点压下行程开关此时，右腔气体经电磁换向阀与大气相通，排气。由于所需推力小，属于高速轻载情况，且气缸安装空间有限，所以决定选用铝合金，不锈钢迷你汽缸。因为汽缸动作时间短，活塞运动速度大，所以活塞杆的直径较粗，现选为d=18 mm，活塞直径选为D=20 mm ，活塞行程根据要求定为 L=25 mm。则活塞腔面积为S1,活塞杆面积为S2 。从减压阀出来的进气压强为P1 。由以下公式可计算汽缸的输出力 （4.3）式中： 气缸的理论输出力， （4.4）大气阻力， （4.5）气缸活塞杆的输出推力，重力加速度10/活塞直径, 活塞杆直径，活塞杆面积， 活塞有杆端面积， 缸筒与密封件表面的摩擦阻力，视加工情况而定， 摩擦阻力因子，工程上常取为0.2气缸的进气压强，大气压强，部分运算结果如下 (4.6) （4.7） （4.8） （4.9） （4.10）现来计算左腔进气的情况，此时右腔排气，接大气，压强为大气压力。此阶段为吸液过程，并可分为以下五个阶段。第一阶段：在汽缸刚启动时，由于气体有压缩性，且气体经过管路和各种阀体到达汽缸的进气腔后，还需要有一定的时间富集，才能克服各种阻力推动活塞向右伸出。此时，气缸的右腔与大气相连，气缸左腔的压力处于持续上升阶段。同时，由于贮液缸活塞未移动，所以,还未达到最大值。公式为： （4.11）第二阶段：经过一定的时间富集后，气缸达到临界状态，气缸活塞虽未移动，但有运动的趋势。此时，气缸右腔与大气相连，无杆腔的压力仍处于持续上升阶段。 (4.12)代入数据为 (4.13) 第三阶段：气缸克服各种阻力作功，拉动贮液缸活塞向右运动。此时，气缸右腔与大气相连，排气，左腔压力达到最大值。公式为： (4.14)代入数据为： (4.15)第四阶段：由于气缸活塞向右伸出，左腔的体积持续增大，致使左腔的压力下降，但活塞依旧向右运动。及下降。公式为: (4.16)第五阶段：贮液缸活塞达到最大伸出量，A气缸活塞右端触点压下行程开关，吸液过程结束。此时，为最大值，并一直保持住，直到电磁阀换向，气缸进入注液阶段。注液过程与吸液过程类似，此时电磁阀换向，右腔进气，左腔排气，接大气，压强为大气压，过程现简述如下：第一阶段：气缸的左腔与大气相连，右腔的压力处于持续上升阶段。贮液缸活塞未移动，所以为零, 还未达到最大值。公式为： (4.17)第二阶段：气缸达到临界状态，气缸活塞虽未移动，但有运动的趋势。此时，右腔的压力仍处于持续上升阶段。公式为： (4.18)代入数据为： (4.19)第三阶段：气缸克服各种阻力作功，贮液缸活塞向左运动，气缸的左腔与大气相连并排气，右腔的压力达到最大值。公式为： (4.20)代入数据为： (4.21)第四阶段：由于右腔的体积持续增大，致使右腔的压力下降，但活塞依旧向左运动。和下降。公式为： (4.22)第五阶段：A气缸活塞右端触点压下，注液过程结束，气缸完成一个往复运动。此时，为最大值73.5，并一直保持住，直到电磁阀换向，气缸进入下一个循环。以上是气缸的一个往复运动的全程分析，气缸在规定时间内究竟需要多少个往复运动由实际生产要求决定，并由事先编好的程序控制。4.4 耗气量计算下面要计算气缸的耗气量Q,并设n为气缸每分钟往复的次数。由以下公式可计算气缸的耗气量。 (4.23)式中 ： 代入数值计算得 (4.24)在实际生产中，由于不需要经常变换注液状态，所以该气缸往复的频率很低， n 值不大，因而 Q值也很小。4.5 活塞杆直径校核当气缸带负载工作时，其活塞杆受压缩载荷大，容易引起活塞杆弯曲，因此必须将活塞杆作受压杆来处理，以决定活塞杆的直径和长度。活塞杆的材料为Q235A，屈服极限为216235Mpa，现取最小值216Mpa。当活塞杆的长度H10d时，按强度条件计算，此时活塞杆直径由载荷决定，而与长度无关，或者说活塞杆所受的应力应小于活塞杆材料的许用应力，即 (4.25)故 (4.26)式中 ： 代入数值计算 (4.27) d = 18mm 0.6mm ，所以满足设计要求。如活塞杆的长度H10d时,应按纵向弯曲极限力计算,这时活塞杆直径与长度需同时考虑,活塞杆直径不仅和外载荷有关,而且和长度及安装形式及材料的性能有关。4.6气缸的运行速度由于气体的压缩性，且气体需要有一定的时间富集才能推动气缸，所以这段时间设为T1。此时气缸压力持续上升，活塞不运动。在T1点，气缸处于临界状态。当活塞运动后一段时间后，气缸压力上升至最大值，这段时间设为T2。过T2点后，由于进气腔的容积变大，使得进气腔的压力降低，直至活塞达到最大行程，这段时间设为T3。所以，一个循环过程的总时间。T要求小于0.1秒，行程L为32mm，a为活塞缸的加速度。 (4.28)对上式积分可反推出所需时间T。但由于在这三段时间内进气腔的压力一直处于变化中，至使活塞的加速度也处于变化中，如求时间和加速度的二重积分，则因积分曲线过于复杂，而难于计算。所以，现在根据经验公式来估算时间T。如推力取最大值23.7N，则加速度为 (4.29) (4.30)这是理想情况下（即气缸的推力在瞬间就达到最大值并一直保持到活塞运动停止，=1）算出的总时间。为效率因子（值的大小受管路的长度、汽缸的行程、活塞大端面积等因素影响）。值取为0.50.75，代入式（3.14）、（3.15）得T=0.0670.10.1秒，所以满足设计要求。同理可得回程阶段所需的总时间为：，但对回程时间不做要求。根据以上参数要求，具体参数如下表所示：表4.3气缸参数内径（mm）40动作型式复动型工作介质空  气固定型式LB型使用压力范围Kgf/cm²0.11.0保证耐压力Kgf/cm²1.5使用温度范围 070使用速度范围 mm/s50700缓冲型式缓冲垫片4.7 换向阀的选用因气缸反映速度快，所以要求换向阀动作灵敏，所以决定选用广东肇庆方大气动有限公司生产的型号为Q25DC-6的二位五通电磁换向阀。具体参数如下表所示：表4.4 Q25DC-6型电磁换向阀参数型号Q25DC-6压力范围MPa0.15-0.80公称通径/mm6有效截面积/10工作介质过滤的压缩空气使用温度范围-5-50换向时间/s 0.04工作电压/ VDC：244.8 行程开关的选用本系统采用触点下压的形式实现对换向阀的控制，所以选用由沈阳二一三电器有限责任公司生产的LXW6-11DG型行程开关。具体参数如下表所示：表4.5 LXW6-11DG型行程开关参数型号LXW6-11DG动作力/N3.92±1.96复位力/N0.49动作行程/mm0.5±0.2误差/mm0.3 额定电压/VAC380机械寿命/万次100电气寿命/万次1004.9管道的选择包括管子和各种管接头。它把气动控制元件、气动执行元件以及辅助元件等连接成一个完整的气动控制系统。在总气管和支气管等一些固定不动、不需要经常装拆的地方，由于注射液体呈弱酸性，具有一定的腐蚀性，故选用铝塑复合管，该管内外层均为特殊聚乙烯（PE）材料；中间铝合金及胶接PE与铝之间的胶合层组成。烯是一种无毒，无异味的塑料，具有良好的耐撞击，耐腐蚀，抗天候性能。中间层纵焊铝合金使管子不易弯曲不反弹，铝塑复合管拥有金属管坚固耐压和塑料管抗酸耐腐的两大特点。（公称通径为6mm）4.10 方向控制装置由两个单向阀组成，主要控制吸液和注液。如图4-1所示，当主动气缸A向右运动时，从动贮液缸也随之向右运动，左方单向阀关闭，上方单向阀开启完成