申世英 陈盼盼 石 辉 / 山东协和学院机电工程学院

自动打包机液压系统的设计

申世英 陈盼盼 石 辉 / 山东协和学院机电工程学院

该文介绍了自动打包机液压系统的设计，能够有效地解决打包机在运转过程中主压的保压效果不理想和主压缸的支承问题，改进了打包机的液压系统，提高了打包机的系统稳定性。

自动打包机；液压系统；保压；支承

1.引言

在印刷行业中，印刷产品的打包工作是非常重要的一个环节，打包机能够代替人工打包，实现高效化作业。打包机主要将摞好的印刷产品捆扎成大小、重量一定的包裹，以便于存储运输。液压系统作为打包机的动力来源，是打包机的核心部件，而液压系统的稳定性是打包机正常工作的必要条件。随着先进技术的发展，液压元件的日益更新，打包机的液压系统采用了插装阀集成控制，这大大优化了打包机液压系统的整体性能，降低了系统的故障率。但在实际应用中，液压系统仍存在一些问题影响打包机的正常运转。因此，需要进一步改进设计以提高打包机液压系统的稳定性，确保打包机的高效运行。

2.自动打包机液压系统存在的问题

自动打包机工作时，主压缸工作过程中，液压系统容易出现下面2个问题。

（1）打包机在运转过程中主压的保压效果不理想，当主压缸的活塞杆推动主压头下降到一定的高度后，为了保持压实不反弹，工艺要求主压油缸上腔压力在5min的时间内压力降不得大于3.5MPa。通常主压缸的保压效果不理想。

（2）自动打包机在工作过程中，会出现主压头正在下行时突然停止，然而主压压力继续升高，但主压头呈静止状态，出现卡死现象，最终导致主压缸活塞变形，缸筒被撑大出现严重变形，最终造成主压缸报废。

3.自动打包机液压系统的改进

针对上述描述的2个问题，针对自动打包机的液压传动原理的分析和研究，改进液压系统的设计。

3.1 主压保压液压系统的改进

打包机打包时，主压头运行到下限位，所有电磁阀断电，液压泵处于卸载状态，主压缸上腔的高压油通过控制油路，将插装阀CV 1和CV 2关闭，于是，主压缸上腔的高压油原则上无处泄漏，因而能够实现保压(如图1所示)。

图1 改进前主压保压液压系统

但是，控制油路先经过电磁球阀进入插装阀CV 1的上腔，这时锥阀单元的A腔与C腔都是引自主压缸上腔，是高压腔，而B腔则与回油路连通，是低压腔。保压时由于此阀上下腔压力高低不同，主压上腔的压力油会沿阀芯和阀套之间的间隙流向回油路，这样实际上是在靠滑阀式的间隙密封来进行保压，而不是利用锥阀锥面密封无泄漏的优势，因而导致保压效果不理想。为了解决这个问题,对液压系统进行改进设计 (如图2所示)。

图2 改进后主压保压液压系统

将锥阀单元的B腔与缸上腔连通，这样C腔与B腔的控制油压力相同，但C腔的受力面积大于B腔，所以阀芯依然能够关闭。同时，因为B腔与C腔的油压相同，所以控制油就不会由阀芯和阀套之间的间隙流向B腔了，而且泄漏量完全由锥阀锥面密封控制。经过改进，保压效果明显提高。

3.2 主压支承液压系统的改进

自动打包机的工艺要求主压头在上限停留24h，下滑量不大于10mm。为了防止主压头在上限因重力作用而下滑，在主压缸下腔的回路上增加一个背压支承阀，但是效果并不理想。于是又增加液控换向阀CV 5(如图3所示)。

图3 主压支承液压系统

正常工作时主压头要下行，需使主压缸下腔压力达到某一设定值(此值的设定应略大于主压头的自重与主压缸下腔环状面积的比值)，这时主压缸上腔引出的控制油路才能控制CV 5的液控换向阀换向，CV 5才能开启，主压缸才能顺利下行。但液控换向阀在事故发生时没有换向，处于闭死状态，由于它的非正常工作导致CV 5终未开启，于是主压缸下腔至CV 5阀之间组成了一个封闭的高压腔，导致事故发生。对主压缸进行受力分析，根据流体静力学公式：

式中，

P1—主压缸上腔(无杆腔)的压强；

P2—主压缸下腔(有杆腔)的压强；

A1—主压缸上腔(无杆腔)的面积；

A2—主压缸下腔(有杆腔)的面积；

D—活塞的直径，取D = 320mm；

d—活塞杆的直径，取d = 280mm；

系统压力设定为25MPa，即p1= 25MPa。所以p2= 106.67MPa。实际上，压力还没有达到这个极限值，液压缸就已经变形。为了解决这个问题，对液压系统进行改进设计 (如图2所示)。取消液控换向阀CV 5，同时更换背压支承阀的型号。采用综合性能指标都比较高、启闭可靠性高、内泄小的背压支承阀。更换背压支承阀后，自动打包机的主压缸运行良好，并且主压头在上限的下滑量达到了工艺的要求，起到了对主压缸的支承作用。

4.结束语

经过改进设计的自动打包机液压系统，能够有效解决自动打包机在运转过程中主压的保压效果不理想和主压缸的支承问题，优化了自动打包机的液压系统。使自动打包机整体运转稳定，并且各项指标都达到了工艺的要求，提高了自动打包机的质量。液压系统作为自动打包机的核心部分，系统的优化设计就显得尤为重要。但是随着对液压系统的深入探索与研究，越来越合理的液压系统将为自动打包机提供越来越可靠的服务，从而使自动打包机的质量更加可靠，在国内外市场的竞争中立于不败之地。

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本文系国家级大学生创新训练项目（201613324075）。

申世英（1987-），女，山东日照人，硕士研究生，研究方向：液压可靠性。