液壓剪切機(jī)的設(shè)計(jì)

1、第一章 緒 論1.1 剪切機(jī)的類型、特點(diǎn)及選型用于對(duì)軋件進(jìn)行切頭，切尾或剪切成規(guī)定尺寸（定尺）的機(jī)械稱為剪切機(jī)。根據(jù)剪切機(jī)刀片形狀，配置以及剪切方式等特點(diǎn)，剪切機(jī)可分為平行刀片剪切機(jī)，斜刀片剪切機(jī)，圓盤式剪切機(jī)和飛剪機(jī)。按驅(qū)動(dòng)力來分，可分為電動(dòng)和液壓兩類剪切機(jī)。平行刀片剪切機(jī)：兩個(gè)刀片彼此平行。用于橫向熱剪初軋坯（方坯，板坯）和其它方形和矩形斷面的鋼坯，故又稱為鋼坯剪切機(jī)。有時(shí)，也用兩個(gè)成型刀片來冷軋管坯及小型圓鋼等。斜刀片剪切機(jī)：兩個(gè)刀片中有一個(gè)刀片相對(duì)于另一刀片是成某一角度傾斜布置的，一般是上刀片傾斜，其傾斜角為16。它用來橫向冷剪或熱剪鋼板，帶鋼，薄板坯，故又稱為鋼板剪切機(jī)。有時(shí)，也用于

2、剪切成束的小型鋼材。圓盤式剪切機(jī)：兩個(gè)刀片均成圓盤狀。用來縱向剪切運(yùn)動(dòng)中的鋼板（帶鋼）的邊，或?qū)摪澹◣т摚┘舫烧瓧l。一般均布置在連續(xù)式鋼板軋機(jī)的縱切機(jī)組的作業(yè)線上。飛剪機(jī)；剪切機(jī)刀片在剪切軋件時(shí)跟隨軋件一起運(yùn)動(dòng)。用來橫向剪切運(yùn)動(dòng)中的軋件（鋼坯，鋼板，帶鋼和小型型材，線材等），一般安裝在連續(xù)式軋機(jī)的軋制線上或橫切機(jī)組作業(yè)線上。平行刀片剪切機(jī)根據(jù)剪切軋件時(shí)刀片的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，平行刀片剪切機(jī)可分為上切式和下切式兩大類。1上切式平行刀片剪切機(jī)這種剪切機(jī)的特點(diǎn)實(shí)際下刀固定不動(dòng)，上刀則是上下運(yùn)動(dòng)的。剪切軋件的動(dòng)作由上刀來完成，其剪切機(jī)構(gòu)由最簡單的曲柄連桿機(jī)構(gòu)組成。除了剪切機(jī)本體之外，一般還配有定尺機(jī)構(gòu)，切頭

3、收集與輸送裝置等。由于下刀固定不動(dòng)，為使剪切工作順利進(jìn)行，剪切的軋件厚度大于3060mm時(shí)，需在剪切機(jī)后裝設(shè)擺動(dòng)臺(tái)或擺動(dòng)輥道，其本身無驅(qū)動(dòng)裝置。剪切時(shí)，上刀壓著軋件下降，迫使擺動(dòng)臺(tái)也下降。當(dāng)剪切完畢，上刀上升時(shí)，擺動(dòng)臺(tái)在其平衡裝置作用下也回升至原始位置。此類剪切機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單，廣泛用于剪切中小型鋼坯。此外，隨著快速換刀的生產(chǎn)需要，也出現(xiàn)了能快速換刀的上切式平行刀片剪切機(jī)，用來剪切初軋鋼坯和軋板。當(dāng)然，其設(shè)備重量會(huì)有較大的增加，結(jié)構(gòu)也稍復(fù)雜些。2. 下切式平行刀片剪切機(jī)這種剪切機(jī)的特點(diǎn)是：上下刀都運(yùn)動(dòng)，但剪切軋件的動(dòng)作由下刀來完成，剪切時(shí)上刀不運(yùn)動(dòng)。由于剪切時(shí)下刀臺(tái)將軋件抬離輥道，故在剪切機(jī)后不

4、設(shè)擺動(dòng)臺(tái)，而且這種剪切機(jī)的機(jī)架不承受剪切力。由于上述兩個(gè)特點(diǎn)，下切式平行刀片剪切機(jī)普遍用來剪切中型和大型鋼坯和板坯，以減輕整個(gè)剪切機(jī)組的設(shè)備重量。第二章 液壓剪切機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)剪切機(jī)型式： 油壓小車移動(dòng)式被剪鋼坯斷面尺寸： 180180 mmmm 165225 mmmm代表鋼種： q235-a 27simn剪切溫度： 750拉坯速度： 2m/min剪切小車及橫移輥道重量： 17.8t鋼坯定尺長度： 2.5m2.1剪切機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定2.1.1刀片行程刀片計(jì)算公式 h=h+f+q1+q2+s （2-1）式中：h刀片行程（指刀片的最大行程）；h被切鋼坯的斷面高度，這里取h=180mm；f是為

5、了保證鋼坯有一些翹頭時(shí)，仍能通過剪切機(jī)的必要儲(chǔ)備，通常5075，這里取 60； q1 為了避免上刀片受鋼坯沖撞，而使壓板低于上刀的距離，q1=550mm, 取q1=20mm; s 上下刀片的重疊量，取 s=520mm,這里取s=10；q2下刀低于輥道表面的距離，q2=520 mm,這里取q2=20； 故有： h=180+60+20+20+20=300mm刀片行程關(guān)系如圖 2-1 所示圖2-1 平行刀片剪切機(jī)刀片行程1-上刀；2-下刀；3-軋件；4-壓板2.1.2 刀片尺寸的確定刀刃長度 因?yàn)樗O(shè)計(jì)的方坯剪切機(jī)，且屬于中型剪切機(jī)（p=2.58.0），所以剪刃長度按如下公式計(jì)算： l=（22.5）

6、bmax （2-2）式中： l刀刃長度，mm; bmax被切鋼坯橫斷面的最大寬度，mm；取bmax=225mm;則： l=（22.5）bmax =（22.5）225=450562.5 mm，取l=500 mm刀片斷面高度及寬度 h=(0.651.5)h (2-3) b=h/(2.53) (2-4)式中：h刀片斷面高度，mm; h 被切鋼坯斷面高度，mm; b刀片斷面高度，mm;由鋼坯斷面尺寸： 180180 mmmm 165225 mmmm則：h=(0.651.5)h =(0.651.5) 180=117270mm,取h=210mmb= h/(2.53)=7084mm;取b=70mm最后根據(jù)表

7、8-2（軋鋼機(jī)械（第三版）p259）剪切刀片的尺寸最后確定為bh=70210800 由（表8-2）確定的熱鋼坯剪切機(jī)基本參數(shù)。如下表:表2-1熱軋剪切機(jī)基本參數(shù)最大剪切力mn刀片行程mm刀刃長度刀片斷面尺寸理論空行程次數(shù)次/min6.33003007021012162.1.3剪切機(jī)理論空行程次數(shù) 剪切機(jī)的每分鐘理論空行程次數(shù)代表了剪切機(jī)的生產(chǎn)率。理論空行程次數(shù)的提高受到電動(dòng)機(jī)功率和剪切機(jī)結(jié)構(gòu)形式的限制。理論剪切次數(shù)是指每分鐘內(nèi)剪刃能夠不間斷的上下運(yùn)動(dòng)的周期次數(shù)。因此，實(shí)際剪切次數(shù)小于理論空行程次數(shù)。依據(jù)設(shè)計(jì)要求和軋鋼機(jī)械（第三版）p259 表8-2，選擇理論空行程次數(shù)為：1216次/min。2

8、.2 剪切機(jī)能力參數(shù)計(jì)算2.2.1 剪切過程分析軋件的整個(gè)剪切過程可氛圍兩個(gè)階段，即刀片壓入金屬與金屬滑移。壓入階段作用在軋件的力，如圖2-2所示。圖2-2 軋件的剪切過程當(dāng)?shù)镀瑝喝虢饘贂r(shí)，上下刀片對(duì)軋件的作用力p組成力矩pa，此力矩是軋件沿圖方向轉(zhuǎn)動(dòng)，而上下刀片側(cè)面對(duì)軋件的作用力t組成的力矩tc 將力圖阻止軋件的轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著刀片的逐漸壓入，軋件轉(zhuǎn)動(dòng)角度不斷增大，當(dāng)轉(zhuǎn)過一個(gè)角度后便停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)力矩平衡，即pa=tc。軋件停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，刀片壓入達(dá)到一定深度時(shí)，為克服了剪切面上金屬的剪切阻力，此時(shí)，剪切過程由壓入階段過渡到滑移階段，金屬沿剪切面開始滑移，直到剪斷為止。2.2.2平行刀片剪切機(jī)的剪切力

9、與剪切功剪切公稱能力的確定剪切機(jī)的力能參數(shù)包括剪切力和電機(jī)功率。剪切力是剪切機(jī)的主要參數(shù)，驅(qū)動(dòng)剪切機(jī)的電機(jī)功率及剪切機(jī)主要零件尺寸的確定，完全使用或充分發(fā)揮剪切機(jī)的能力都與剪切力有關(guān)。在設(shè)計(jì)剪切機(jī)時(shí)，首先要根據(jù)所剪軋件最大斷面尺寸來確定剪切機(jī)公稱能力，它是根據(jù)計(jì)算的最大剪切力并參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和資料來確定的。1）.當(dāng)軋件材料為q235-a時(shí) 最大剪切力為： pmax=kmaxfmax (2-5)式中：fmax 被剪軋件最大的原始斷面面積，mm max 被剪軋件材料在相應(yīng)剪切溫度下最大的單位剪切阻力，mpa根據(jù)圖8-7.a（軋鋼機(jī)械），取max=100mpa;k 考慮由于刀刃磨鈍、刀片間隙增大而使剪

10、切力提高的系數(shù)，其數(shù)值根據(jù)剪切機(jī)能力選擇，中型剪切機(jī)，k=1.2。 按鋼坯斷面尺寸： 180180 mmmm fmax=180180=32400 mm2 按鋼坯斷面尺寸： 165225 mmmm fmax= 165225=37125 mm2故： pmax=kmaxfmax=1.2100165225=3.89 mn2） 當(dāng)軋件材料為27simn時(shí)因?yàn)樵摷羟胁牧蠠o單位剪切阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，所以最大剪切力為： pmax=0.6kbtfmax (2-6)式中：k同軋件材料q235-a一樣，k=1.2； bt被剪軋件材料在相應(yīng)剪切溫度下的強(qiáng)度極限，mpa，根據(jù)表8-4（軋鋼機(jī)械），取bt=200mpa； f

11、max軋件最大的原始斷面面積，mm2，根據(jù)上述 1） 中計(jì)算可知， pmax=0.61.2200165225=5.35 mn綜合以上計(jì)算結(jié)果，并考慮到今后剪切軋件品種的擴(kuò)大，且結(jié)合我國國標(biāo)所規(guī)定的系列標(biāo)準(zhǔn)，將剪切機(jī)公稱剪切力確定為6.3 mn。而實(shí)際工程中，考慮到我們?cè)O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的要求，確定為5.0 mn，相當(dāng)于500t液壓鍵切機(jī)。剪切功的計(jì)算根據(jù)剪切功可以近似而方便的計(jì)算出鍵切機(jī)功率。剪切功與剪切力和刀片行程有關(guān)，當(dāng)不考慮刀片磨鈍等因素時(shí)，可按以下公式計(jì)算： a= pmaxh (2-7) 式中：a 剪切功，nmh鋼坯厚度，mpmax最大剪切力，n則： a= pmaxh=5.351801000=9

12、63000 nm第三章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算液壓系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個(gè)組成部分，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。3.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求3.1.1設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行每項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。在制定基本方案并進(jìn)一步著手液壓系統(tǒng)各部分的設(shè)計(jì)之前，必須把設(shè)計(jì)要求以及與該設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清楚。1)剪體結(jié)構(gòu)比較簡單，最大的剪切力受工作液體壓力限制，且要能夠保證不致過載和損壞。2)液壓剪切機(jī)工作循環(huán)：上刀下降，鎖緊小車

13、右移下刀上升，剪切鋼坯下刀下降（快退）上刀升起小車左移（快退）。3)剪切運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)，為使機(jī)構(gòu)具有所要求的精確運(yùn)動(dòng)，需要依靠上下刀臺(tái)的平穩(wěn)和附加的約束來獲得，這均需由液壓系統(tǒng)來控制。3.1.2設(shè)計(jì)參數(shù)剪切機(jī)型式： 油壓小車移動(dòng)式被剪鋼坯斷面尺寸： 180180 mmmm 165225 mmmm代表鋼種： q235-a 27simn剪切溫度： 750拉坯速度： 2m/min剪切小車及橫移輥道重量： 17.8t鋼坯定尺長度： 2.5m3.2進(jìn)行工況分析，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)3.2.1液壓缸的載荷計(jì)算如圖3-1表示一個(gè)液壓缸簡圖。各有關(guān)系數(shù)標(biāo)注圖上，其中fw是作用在活塞桿上的外部載荷，fm是活塞與缸

14、壁以及活塞桿與導(dǎo)向套之間的密封阻力。作用在活塞桿上的外載荷包括工作載荷fg,導(dǎo)軌的摩擦力ff,由于速度變化而產(chǎn)生的慣性力fa。圖3-1 液壓缸受力情況剪切缸的載荷力工礦分析：剪切缸運(yùn)動(dòng)分為啟動(dòng)、工進(jìn)、快退三個(gè)動(dòng)作循環(huán)。當(dāng)剪切缸啟動(dòng)時(shí)，液壓缸負(fù)載只有下刀臺(tái)本身的重力，fw=g=4100n 式中：g-下刀臺(tái)重量；工進(jìn)時(shí)，活塞桿承受剪切力，其外載荷是剪切力及下刀臺(tái)自重。fw=pmax+g=5.35106+41005.35106n；快退時(shí),工作負(fù)載主要是下刀臺(tái)本身重力，其值為負(fù)。fw=-g=-4100n。橫移缸的載荷力 橫移缸在啟動(dòng)過程中，其外載荷主要是小車和橫移輥道對(duì)導(dǎo)軌的摩擦力。fw=sg （3-

15、1） 式中： s靜摩擦系數(shù)，s=0.15；由表3-1查的 g小車及剪體總重，n；表3-1 摩擦系數(shù)導(dǎo)軌類型導(dǎo)軌材料運(yùn)動(dòng)狀態(tài)摩擦系數(shù)滑動(dòng)導(dǎo)軌鑄鐵對(duì)鑄鐵啟動(dòng)時(shí)：低速（）高速（）0.150.200.10.120.050.08滾動(dòng)導(dǎo)軌鑄鐵對(duì)滾柱（珠）淬火鋼導(dǎo)軌對(duì)滾柱0.0050.02靜壓導(dǎo)軌鑄鐵0.005 g=g1+g2+g3； g1小車及橫移輥道重量，g1=17800n； g2鋼坯重量，g2=7239n； g3剪體重量，g3=40000n； g=g1+g2+g3=225239n； 外載荷：fw=sg=33786n；小車右移時(shí)，橫移缸外載荷為小車鋼坯、剪體、橫移輥道的重力和剪切力對(duì)導(dǎo)軌產(chǎn)生的摩擦阻力，

16、即車輪踏面在軌道上的滾動(dòng)摩擦阻力和車輪軸承的摩擦阻力。摩擦阻力矩： mn=(g+g4)(kdc/2+d/2）； （3-2）式中：g輥道車，剪體，鋼坯總重，g=225239n； g4剪切力，g4=5.35； k滾動(dòng)摩擦系數(shù)，k=0.01； 車輪軸承摩擦系數(shù)，=0.004； dc車輪外徑，dc=250mm； d軸承內(nèi)徑，d=70mm； 故：mn=（225239+5.36）（0.05250/2+0.00370/2） =7.76n/mm外載荷：fw=7.76/125=62080n （3-3） 小車左移時(shí)，小車受剪體及橫移輥道的重力對(duì)導(dǎo)軌產(chǎn)生的摩擦阻力，即車輪踏面在軌道上的滾動(dòng)摩擦阻力和車輪軸承的摩擦阻

17、力。 同上.摩擦阻力矩： mn=（g1 +g3）（kdc/2+d/2） =（178000+40000）（0.01250/2+0.00470/2） =303020n/mm；外載荷：fw=303020/125=2424.2n。抬升缸的負(fù)載力抬升缸在抬升和下降過程均只受上刀臺(tái)及其相連機(jī)構(gòu)的自重相對(duì)于軸心向下的轉(zhuǎn)矩.其最大轉(zhuǎn)矩約 t=gsm=78000.18=1404nm （3-4） 式中： g上刀臺(tái)及其相連機(jī)構(gòu)自重，g=7800n； sm上刀臺(tái)重心到軸心距離，約為sm=0.18m；故上刀臺(tái)下降時(shí)，抬升缸抬升，其外載荷 fw=3265n； （3-5）同理，上刀臺(tái)上升時(shí)，抬升缸下降，其外載荷fw=-=-

18、=-3265n；各液壓缸的外載荷力計(jì)算結(jié)果列于表3-1由公式： 活塞上載荷力f= （3-6）液壓缸的機(jī)械效率，一般取0.900.95，這里取=0.95；求得相應(yīng)的作用于活塞上的載荷力，并列于表3-2表3-2 各液壓缸載荷力液壓缸名稱工況液壓缸外載荷fw/n活塞上載荷力f/n剪切缸啟動(dòng)41004316工進(jìn)5.351065.63106快退-4100-4316橫移缸啟動(dòng)3378635564右移6208065342左移24242552抬升缸下降32653437上升-3265-34373.2.2初選系統(tǒng)的工作壓力壓力的選擇要根據(jù)載荷的大小和設(shè)備的類型來定，還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情

19、況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢(shì)必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)某些元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經(jīng)濟(jì)，反之，壓力選得太高，對(duì)泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必須要提高設(shè)備成本。一般來說，對(duì)于固定的尺寸不太受限制的設(shè)備，壓力可以選的低一些。具體選擇可參考下表3-3和表3-4表3-3 按載荷選擇工作壓力載荷（kn）50工作壓力（mp）0.811.522.5334455表3-4 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力機(jī)械類型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械建筑機(jī)械液壓鑿巖機(jī)液壓機(jī)大中型挖掘機(jī)重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力（mp）

20、0.82352881010182032500t液壓剪切機(jī)屬中型剪切機(jī)，其剪切缸最大載荷達(dá)5.63mn。剪切系統(tǒng)為高壓系統(tǒng)，依據(jù)上述表格初步確定系統(tǒng)工作壓力為21mpa。橫移缸最大負(fù)載65347n，抬升缸3437n，均為低壓系統(tǒng)。初步確定系統(tǒng)工作壓力為6.3mpa。（參考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本液壓傳動(dòng)與控制表32及表33）（參考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表19-6-3）3.2.3 計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸剪切缸 剪切缸最大載荷時(shí)，為剪切缸剪切工作狀態(tài)，其載荷力為f=5.63106n參考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。缸筒內(nèi)徑： （3-7）式中：d缸筒內(nèi)徑f最大載荷力，f=5.63106n活塞桿徑比，依據(jù)下表選=0.7p

21、1供油壓力，取21mpap2回油背壓，依據(jù)下表選p2=1mpa表3-5 按工作壓力選取徑比參考表工作壓力（mpa）5.05.07.07.0徑比0.50.550.620.700.7 表3-6執(zhí)行元件背壓力選擇參考表系統(tǒng)類型背壓力簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.23回油路較復(fù)雜，且直接回油箱可忽略不記本表摘自機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本液壓傳動(dòng)與控制表23.4-5及23.4-4故有：取d=600mm活塞桿直徑：d=0.7d=420mm ，取標(biāo)準(zhǔn)值d=500mm 則液壓缸有效面積

22、（3-8） （3-9）液壓缸行程 l=h=300.式中： h刀片行程,h=300;活塞桿強(qiáng)度校核 （3-10）式中： fmax活塞桿所受的最大載荷，fmax =5.63106； d活塞桿直徑，d=420mm。所以有：活塞桿材料為碳鋼故 =100120mpa強(qiáng)度符合，校核完畢。橫移缸當(dāng)橫移缸右移時(shí)，在其啟動(dòng)時(shí)負(fù)載最大，f=65347n，此時(shí),橫移缸受拉 由上述的公式可得下式： （3-11）式中：活塞桿的徑比，=0.65；供油壓力，=6.3mpa；回油背壓，=0.5mpa。則：由文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑：d=160mm，所以活塞桿直徑為d=0.65d=104mm 取標(biāo)準(zhǔn)值 d=110mm；則液壓

23、缸有效面積： 活塞桿強(qiáng)度校核所以強(qiáng)度符合要求，校核完畢。抬升缸當(dāng)抬升缸抬升時(shí)，其負(fù)載f=3628n，此時(shí)，活塞桿受壓式中：活塞桿的徑比，=0.65；供油壓力，=6.3mpa；回油背壓，=0.5mpa。則： 0.027m =27由文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑 d=32mm，活塞桿直徑為d=0.65d=19.8mm 取標(biāo)準(zhǔn)值 d=20則液壓缸有效面積 活塞桿強(qiáng)度校核 所以強(qiáng)度符合要求，校核完畢。3.2.4.計(jì)算各工況所需時(shí)間及速度剪切鋼坯工作循環(huán)周期t=1.25min式中： 2.5m鋼坯定尺長度 2m/min拉坯速度.故剪切工作全過程應(yīng)在1.25min之內(nèi)完成。由鋼坯接觸定尺裝置觸球?yàn)榧羟兄芷陂_始

24、，橫移缸，抬升缸開始動(dòng)作，抬升缸抵達(dá)指定位置后剪切缸動(dòng)作，剪斷鋼坯即剪切缸觸發(fā)行程開關(guān)上觸點(diǎn)，為剪切缸，抬升缸，橫移缸反向行程開始時(shí)間。待各缸全部退回，剪切一周期結(jié)束，等待下一周期開始，依次循環(huán)。由小車行程約800mm，即0.8m，得t=0.4min=24s即在t=24s時(shí)剪斷鋼坯。抬升缸：抬升缸抬升即上刀臺(tái)下降時(shí)間約取t1=5sv1=5.4m/min抬升缸下降即上刀臺(tái)上升時(shí)間約取t2=3sv2=9m/min式中： l=450m=0.45，液壓缸行程。剪切缸：抬升缸自鎖后，剪切缸即開始動(dòng)作。工進(jìn)時(shí)間 t3=t-t1=19s工進(jìn)速度 v3=0.95m/min快退時(shí)間 t4=6s快退速度 v4=1

25、.8m/min橫移缸：右移時(shí)間 t5=24s右移速度 v5=2m/min左移時(shí)間 t6=6s左移速度 v6=8m/min 式中： l小車行程。3.2.5計(jì)算液壓執(zhí)行元件實(shí)際所需流量根據(jù)已經(jīng)確定的液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸，可以計(jì)算出各個(gè)執(zhí)行元件在各個(gè)工作階段的實(shí)際所需流量。表3-7 各工況所需流量工況執(zhí)行元件名稱運(yùn)動(dòng)速度v/m/min結(jié)構(gòu)參數(shù)a/mm2流量q/l/min計(jì)算公式上刀下降抬升缸5.48044.3q=a1v小車啟動(dòng)橫移缸0105980q=a2v小車右移橫移缸21059821.2q=a2v下刀上升剪切缸0.95282600268.0q=a1v下刀下降剪切缸1.886350155.0q=a2v上

26、刀上升抬升缸94904.4q=a2v小車左移橫移缸820096160.7q=a1v3.2.6計(jì)算液壓執(zhí)行元件的實(shí)際工作壓力由于液壓系統(tǒng)工作時(shí)回油路安裝有背壓閥，所以系統(tǒng)的實(shí)際工作壓力需要將其考慮進(jìn)去，如下表所示為各個(gè)缸的實(shí)際工作壓力。表3-8各工況工作壓力工況執(zhí)行元件名稱負(fù)載f/n背壓力p2mpa結(jié)構(gòu)參數(shù)mm2工作壓力p1/mpa計(jì)算公式a1a2上刀下降抬升缸34370.58044904.58小車啟動(dòng)橫移缸35564020096105981.77小車右移橫移缸653470.520096105983.51下刀上升剪切缸5.6310602826008635020.0下刀下降剪切缸-43160.52

27、82600863500.95上刀上升抬升缸-362818044901.63小車左移橫移缸25520.520096105981.183.2.7擬定液壓系統(tǒng)工況圖圖3-1各缸位移時(shí)間圖圖3-2 各缸速度時(shí)間圖圖3-3各液壓缸的壓力循環(huán)圖3.3制定液壓系統(tǒng)基本方案和擬定液壓系統(tǒng)圖3.3.1制定基本方案確定剪切機(jī)液壓系統(tǒng)的總組成及作用 用于將軋件剪切成規(guī)定尺寸的機(jī)械稱為剪切機(jī)。由液壓作為主傳動(dòng)的剪切機(jī)叫做液壓剪切機(jī)。一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)由五部分組成，即動(dòng)力組件、執(zhí)行組件、控制組件、輔助組件和液壓油。在小方坯液壓剪切機(jī)系統(tǒng)中都將被設(shè)計(jì)到。剪切機(jī)動(dòng)力組件的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)

28、中的油泵，它向整個(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。在本套系統(tǒng)中采用一個(gè)定量泵和一個(gè)變量泵供油。執(zhí)行組件（如液壓缸和液壓馬達(dá)）的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。小方坯液壓剪切機(jī)主要采用三個(gè)執(zhí)行組件，剪切缸、上刀臺(tái)抬升缸和輥道小車橫移缸，對(duì)于單純且簡單的直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以采用液壓缸直接驅(qū)動(dòng)，由剪切機(jī)的特點(diǎn)決定，可采用單活塞桿液壓缸，其有效工作面積大，雙向不對(duì)稱，往返不對(duì)稱的直線運(yùn)動(dòng)。剪切機(jī)控制組件（即各種液壓閥）在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量、和方向。根據(jù)控制功能的不同，其液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又可分為溢流閥（安全閥）、減壓閥、順序閥、壓力繼電

29、器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流閥、集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。系統(tǒng)中將用到大部分常見的控制組件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化。系統(tǒng)的輔助組件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、壓力表、油位溫度計(jì)等，起連接、輸油、貯油、過濾、貯存壓力和測量等的作用。液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)。有各種礦物油、乳化油和合成型液壓油幾大類。系統(tǒng)選用20號(hào)機(jī)械油。擬定液壓執(zhí)行組件運(yùn)動(dòng)控制回路1、 剪切缸基本回路的確定1）容積節(jié)流調(diào)速回路容積節(jié)流調(diào)速回路一般用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件

30、的流量，并使其供油量與所需油量相適應(yīng)。液壓缸慢進(jìn)速度由變量泵調(diào)節(jié)，以減少功率損耗和系統(tǒng)發(fā)熱；快退時(shí)由調(diào)速閥調(diào)節(jié)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。因剪切缸回程時(shí)，所受負(fù)載為負(fù)，故調(diào)速閥裝在回程回油路上。2）壓力控制方案剪切缸在剪斷鋼坯時(shí)剪切力突然消失，使活塞由于慣性突然前沖，引起液壓沖擊，故在液壓缸端部安裝蓄能器，吸收多余能量，減少液壓沖擊，實(shí)現(xiàn)緩沖。此回路用變量泵供油，故在回路中設(shè)置安全閥起安全保護(hù)作用。為減小回路中液壓沖擊，采用電液換向閥。圖3-4剪切缸基本回路2、抬升缸基本回路確定雙液控單向閥鎖緊回路：由于上刀臺(tái)在剪切時(shí)承受極大的載荷，為了在極大沖擊下仍具有較好的剪切

31、效果，上刀臺(tái)必須具有高的位置精度，采用雙液控單向閥鎖緊回路。它能在液壓缸不工作時(shí)使活塞迅速平穩(wěn)、可靠且長時(shí)間地被鎖緊，不為向上的剪切力所移動(dòng)。當(dāng)液壓缸上腔不進(jìn)油時(shí)液控單向閥關(guān)閉，液壓缸下腔不能回油，活塞被鎖緊不能下落。但由于液控單向閥有一定泄露，因此，鎖緊時(shí)間不能太長。但因抬升缸所需鎖緊時(shí)間僅為19s。故滿足要求。圖3-5抬升缸基本回路3、 橫移缸基本回路的確定為實(shí)現(xiàn)同步剪切運(yùn)動(dòng)，必須使小車移動(dòng)速度與鋼坯運(yùn)動(dòng)速度相等，這就需要用速度傳感器將鋼坯的運(yùn)動(dòng)速度與橫移缸的運(yùn)動(dòng)速度測出，然后進(jìn)行比較，將差值快速的轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳給橫移缸的主控閥，使液壓小車的橫移速度迅速達(dá)到鋼坯的運(yùn)動(dòng)速度，并且與它同步運(yùn)動(dòng)

32、；而當(dāng)剪切機(jī)將鋼坯剪斷后，小車有需要快速的退回，因此，有必要選用高控制精度的比例閥。由于橫移缸和抬升缸共用定量泵，且橫移缸負(fù)載遠(yuǎn)大于抬升缸，要求兩缸互不干擾動(dòng)作，故在橫移缸回路加減壓閥，以控制抬升缸回路壓力，達(dá)到兩缸同時(shí)動(dòng)作。圖3-6 比例閥調(diào)速回路制定順序動(dòng)作方案鋼坯斷面接觸定尺裝置觸球時(shí)，發(fā)出電信號(hào)，啟動(dòng)抬升缸和橫移缸電磁鐵開始動(dòng)作 抬升缸完成預(yù)定動(dòng)作時(shí)觸發(fā)行程開關(guān)，關(guān)閉抬升缸電磁鐵，使抬升缸自鎖，并啟動(dòng)剪切缸電磁鐵使其動(dòng)作 當(dāng)剪切缸剪切鋼坯完畢，刀片移動(dòng)到上行程時(shí)，通過上行程開關(guān)發(fā)出電信號(hào)，使剪切缸，抬升缸和橫移缸均反向動(dòng)作 剪切缸觸發(fā)下行程開關(guān)時(shí)，停止動(dòng)作 橫移缸觸發(fā)左側(cè)行程開關(guān)時(shí)，停

33、止動(dòng)作 抬升缸觸發(fā)行程開關(guān)時(shí)，停止動(dòng)作 等待下一周期運(yùn)行。液壓源的選擇剪切缸承受負(fù)載壓力大，屬于高壓系統(tǒng)，。而柱塞泵的柱塞與缸體內(nèi)孔均為圓柱表面，易得到高精度的配合，可在高壓下工作，故選用柱塞泵。橫移缸和抬升缸所承受負(fù)載不是很大，屬于中壓系統(tǒng)，可使用定量葉片泵為動(dòng)力源。3.3.2擬定液壓系統(tǒng)圖圖3-7 液壓原理圖表3-9 剪切機(jī)電磁鐵工作循環(huán)表動(dòng)作名稱發(fā)訊元件電磁鐵dt1dt2dt3dt4dt5dt6dt上刀下降xk3-+-小車右移xk3-+-鎖緊上刀xk5-下刀上升xk5+-上刀快退xk1-+-小車左移xk1-+下刀快退xk1-+-上刀復(fù)位xk6-小車復(fù)位xk4-下刀復(fù)位xk2-3.4液壓元

34、件的選擇3.4.1液壓泵的選擇高壓液壓泵的選擇1）.確定液壓泵的最大工作壓力pp （3-12）式中：液壓缸最大工作壓力；=20.2mpa進(jìn)油路上總壓力損失，=0.8mpa則：=20.0+1.0=21.0 mpa所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%60%選取的液壓泵要求額定壓力為2）.液壓泵流量的確定 （3-13）式中： k系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取k=1.11.3，這里取k=1.2； 高壓系統(tǒng)液壓缸最大總流量，=268l/min則： =1.2268=322 l/min故選用a7v250型斜軸式軸向柱塞泵，其額定壓力為35mpa，額定流量為364 l/min，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min。（參

35、考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四卷）p19-175表19-5-51）低壓系統(tǒng)液壓泵的選擇1）.確定液壓泵的最大工作壓力pp 式中：液壓缸最大工作壓力；=4.58mpa進(jìn)油路上的總壓力損失，=0.92mpa則：=4.58+0.92=5.5 mpa考慮儲(chǔ)備取7 mpa。2）.液壓泵流量的確定式中： k系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取k=1.11.3，這里取k=1.1； 高壓系統(tǒng)液壓缸最大總流量，=160.7l/min則： =1.1160.7=169 l/min故選用yb-c171b型葉片泵，其額定壓力為7mpa，額定流171 l/min，額定轉(zhuǎn)速為1000r/min。（參考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷p19-136表19-

36、5-16）3.4.2電動(dòng)機(jī)功率的確定高壓系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的確定驅(qū)動(dòng)液壓泵的功率為： （3-14）式中：液壓泵最大工作壓力，=21.0mpa液壓泵額定流量，=364l/min液壓泵總效率，=0.85則：考慮到剪切時(shí)間很短，而電動(dòng)機(jī)一般允許在短時(shí)間內(nèi)超載25%，因此， 故根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五卷，選定y315m4w型三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率為132kw，同步轉(zhuǎn)速為1500r/min 低壓系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的確定式中：液壓泵最大工作壓力，=7mpa液壓泵額定流量，=171l/min液壓泵總效率，=0.85則故根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五卷，選定y225m-6型三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率為30kw，同步轉(zhuǎn)速為1000r/m

37、in。3.4.3液壓閥的選擇 根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個(gè)閥類元件的實(shí)際流量，可選出這些元件的型號(hào)和規(guī)格，見下表表3-10液壓剪切機(jī)液壓閥及附件明細(xì)表序號(hào)名稱通徑型號(hào)規(guī)格最大實(shí)際流量數(shù)量壓力mpa流量l/min1截止閥50cjz-f50l2526812過濾器50quie400403240026813安全閥30bg-03-v32259614單向閥20rvp20b31.530026815截止閥50cjz-f50l2516壓力表y-2000253117電磁換向閥164weg16g20b2830026818單向調(diào)速閥30msa30ef2130026819蓄能器50nxq2-l10031.56005

38、35110單向閥40rvp40b31.5600535111過濾器55quie7001032700535112冷卻器322lqfw-a5.3f10-535113單向閥40rvp40b31.5600535114電磁換向閥64we6g50b35804.41115雙液控單向閥6z2s631.5604.41116截止閥50cjz-f50l165217過濾器50quie4004032400165118溢流閥30bg-03-320.525300268119單向閥20rvp20b31.5300160.7120截止閥50cjz-f50l160.7121壓力表y-20002531122減壓閥32drc32-131

39、.5300160.7123電磁換向閥164weg16g20b28300160.7124單向閥16rvp16b31.5260160.7125比例流量閥162fre1631.5180160.713.4.4 油管內(nèi)徑的確定由于本液壓系統(tǒng)管路較為復(fù)雜，取主要幾條管路，根據(jù)以下公式確定他們的內(nèi)徑和壁厚，其數(shù)值見表(1) 管道內(nèi)徑計(jì)算 （3-15）（2） 管道壁厚計(jì)算 （3-16）式中： d油管內(nèi)徑 q管內(nèi)流量(/s) v管中油液的流速 油管壁厚 p管內(nèi)工作壓力，mpa n安全系數(shù)，p17.5mpa時(shí)，取n=4 b管道材料的抗拉強(qiáng)度，取b=450mpa管道內(nèi)的流速可以參考表3-11：表3-11允許流速推薦

40、值管道推薦流速（m/s）液壓泵吸油管道0.51.5一般取1以下液壓系統(tǒng)壓油管道36 壓力高、油管短、粘度小取小值液壓系統(tǒng)回油管道1.52.6表3-12 主要管路內(nèi)徑表管路名稱通過流量（l/min）允許速度（m/s）管內(nèi)徑（mm）管道壁厚（mm）管內(nèi)工作壓力（pa）所選管道的內(nèi)徑與壁厚（mm）高壓吸油管3641.3777.22180，10高壓壓油管2685343.02040，5.5高壓回油管2682.5480.20.550，3低壓吸油管1711.0603.7765，4低壓壓油管160.75260.83.5132，2.5低壓回油管160.72410.20.550，33.4.5 油箱的有效面積的確定

41、油箱容量的經(jīng)驗(yàn)公式：v=aq （3-17）式中： a與系統(tǒng)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，（由文獻(xiàn)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖集表2.4-3）高壓系統(tǒng)取a=10 q液壓泵每分鐘排出壓力油的容積，=364+171=535l/min則： v=10512=5350l選標(biāo)準(zhǔn)值： v=6300l。3.5 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算3.5.1 驗(yàn)算回路中的壓力損失橫移缸回路的壓力損失 管路系統(tǒng)上的壓力損失由管路的沿程損失、管件局部損失和控制閥的壓力損三部分組成： （3-18）1）.沿程壓力損失由于液體在同一管路中，液體的平均流速越大，它的沿程壓力損失就越大，因此，我門所需考慮的是橫移缸流量最大時(shí)即快速退回時(shí)進(jìn)油路的壓力損失。此管長l=12，管內(nèi)

42、徑d=0.03m，快速退回時(shí)，通過流量q=160.7l/min=2.68。選用l-hm46號(hào)礦物油型液壓油，正常運(yùn)轉(zhuǎn)后油的運(yùn)動(dòng)黏度取，油的密度為。油液在管路中的實(shí)際流速為： （3-19）雷諾數(shù) （3-20）圓形光滑管道，其臨界雷諾數(shù)液流為紊流。沿程壓力損失： （3-21）式中： 沿程阻力系數(shù)， l管道長度，l=12m d管道內(nèi)徑，d=0.03m v液體流速，v=3.79m/s 液體的密度，=850則：2）.局部壓力損失 （3-22）式中：局部阻力系數(shù)，=1.12；液體流速，=3.79m/s；液體密度，=850則：3）控制閥的壓力損失 （3-23）式中： 閥的額定壓力損失，mpa q通過閥的實(shí)際

43、流量，l/min閥的額定流量，l/min根據(jù)液壓原理圖，橫移缸快退時(shí)，壓力油從葉片泵出口到橫移缸的進(jìn)油路上，依次經(jīng)過單向閥，其額定壓力損失為0.2mpa，電液換向閥，其額定壓力損失為0.3mpa；和單向閥，其額定壓力損失為0.21mpa。則： 4）.進(jìn)油路上的壓力總損失經(jīng)驗(yàn)算，實(shí)際壓力損失比估計(jì)的壓力損失小一些，符合要求。抬升缸回路的壓力損失管路系統(tǒng)上的壓力損失由管路的沿程損失、管件局部損失和控制閥的壓力損三部分組成：1）沿程壓力損失由于液體在同一管路中，液體的平均流速越大，它的沿程壓力損失就越大，因此，我門所需考慮的是橫移缸流量最大時(shí)即快速退回時(shí)進(jìn)油路的壓力損失。此管長l=12，管內(nèi)徑d=0

44、.025m，快速退回時(shí)，通過流量q=4.41l/min=0.07。選用l-hm46號(hào)礦物油型液壓油，正常運(yùn)轉(zhuǎn)后油的運(yùn)動(dòng)黏度取，油的密度為。油液在管路中的實(shí)際流速為： 雷諾數(shù) 圓形光滑管道，其臨界雷諾數(shù)液流為層流。沿程壓力損失： 式中： 沿程阻力系數(shù)， l管道長度，l=12m d管道內(nèi)徑，d=0.025m v液體流速，v=1.06m/s 液體的密度，=850則：2）局部壓力損失 式中：局部阻力系數(shù)，=1.12；液體流速，=0.14m/s；液體密度，=850則：3）控制閥的壓力損失式中： 閥的額定壓力損失，mpa q通過閥的實(shí)際流量，l/min閥的額定流量，l/min根據(jù)液壓原理圖，橫移缸快退時(shí)，壓力油