液壓剪切機設(shè)計

1、1 緒論剪切機類型、特點以及選型 : 對軋件進行切頭，切尾或剪切成規(guī)定尺寸的機械稱為 剪切機。根據(jù)剪切機刀片的形狀，配置以及剪切的方式等特點，剪切機可以分為平行 刀片剪切機，斜刀片剪切機，圓盤式剪切機和飛剪機三種。按驅(qū)動力來分，可以分為 電動和液壓兩類剪切機。平行刀片剪切機是兩個刀片彼此平行。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。有時，也用兩個成型刀片來冷軋管 坯及小型圓鋼等。斜刀片剪切機是有一個刀片相對于另一刀片是成某一角度傾斜布置的，一般是上 刀片傾斜，其傾斜角度為 1 6。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。有時，也用

2、于剪切成束的小型鋼材。圓盤式剪切機是兩個刀片均成圓盤狀。用來縱向剪切運動中的鋼板的邊，或?qū)?板剪成窄條。一般均布置在連續(xù)式鋼板軋機的縱切機組的作業(yè)線上。飛剪機是剪切機刀片在剪切軋件時跟隨軋件一起運動。用來橫向剪切運動中的軋 件（鋼坯，鋼板，帶鋼和小型型材等） ，一般安裝在連續(xù)式軋機的軋制線上或橫切機組 作業(yè)線上2 液壓剪切機的設(shè)計計算設(shè)計參數(shù)：剪切機型式：被剪鋼坯斷面尺寸：油壓小車移動式180180 mm mm165225 mm mm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 剪切機結(jié)構(gòu)參數(shù)的

3、確定2.1.1 刀片行程2-1)刀片計算公式：H=h+f+q1+q2+s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；是為了保證鋼坯有一些翹頭時，仍能通過剪切機的必要儲備，通常 50 75，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=5 20mm這, 里取 s=10；q2 下刀低于輥道表面的距離， q2=5 20 mm,這里取 q2=20；故有： H=180+60+20+20+20=300mm圖 2-1 平行刀片剪切機刀片行程1- 上刀； 2-下刀； 3-軋

4、件； 4- 壓板2.1.2 刀片尺寸的確定刀刃長度 :因為所設(shè)計的方坯剪切機，且屬于中型剪切機（ P=2.58.0 ），所以剪刃長度按如 下公式計算：L=（22.5 ）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=225m；m 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=（0.65 1.5）h2-3)3)b=h/(2.52-4) 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 mm

5、 mm165225 mm mm則：h=(0.65 1.5)h =(0.65 1.5) 180=117270mm取, h=210mmb= h /（2.5 3）=7084mm取; b=70mm最后根據(jù)表 8-2 （軋鋼機械（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基本參數(shù)。如下表：表 2-1 熱軋剪切機基本參數(shù)最大剪切力刀片行程刀刃長度刀片斷面尺寸理論空行程次數(shù)MNmm次 /min6.33003007021012162.1.3 剪切機理論空行程次數(shù)剪切機的每分鐘理論空行程次數(shù)代表了剪切機的生產(chǎn)率。理論空行程次數(shù)的提高 受到電動機功率

6、和剪切機結(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 斷的上下運動的周期次數(shù)。因此，實際剪切次數(shù)小于理論空行程次數(shù)。依據(jù)設(shè)計要求 和軋鋼機械（第三版） P259 表 8-2 ，選擇理論空行程次數(shù)為： 1216 次/min2.2 剪切機能力參數(shù)計算2.2.1 剪切過程分析軋件的整個剪切過程可氛圍兩個階段，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，上下刀片對軋件的作用力 P 組成力矩 Pa，此力矩是軋件沿圖方向轉(zhuǎn)動，而上下刀片側(cè)面對軋件的作用力 T 組成的力矩 Tc 將力圖阻止軋件的轉(zhuǎn)動， 隨著刀片的逐漸壓入，軋件轉(zhuǎn)動

7、角度不斷增大，當(dāng)轉(zhuǎn)過一個角度 后便停止轉(zhuǎn)動，此 時力矩平衡，即 Pa=Tc。軋件停止轉(zhuǎn)動后，刀片壓入達到一定深度時，為克服了剪切面上金屬的剪切阻力， 此時，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 平行刀片剪切機的剪切力與剪切功剪切公稱能力的確定 : 剪切機的力能參數(shù)包括剪切力和電機功率。 剪切力是剪切機 的主要參數(shù)，驅(qū)動剪切機的電機功率及剪切機主要零件尺寸的確定，完全使用或充分 發(fā)揮剪切機的能力都與剪切力有關(guān)。在設(shè)計剪切機時，首先要根據(jù)所剪軋件最大斷面尺寸來確定剪切機公稱能力，它 是根據(jù)計算的最大剪切力并參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和資料來確定的3 液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計

8、與計算液壓系統(tǒng)是液壓機械的一個組成部分，液壓系統(tǒng)的設(shè)計要同主機的總體設(shè)計同時 進行。著手設(shè)計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓 傳動的優(yōu)點，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方 便的液壓傳動系統(tǒng)。3.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟與設(shè)計要求3.1.1 設(shè)計要求設(shè)計要求是進行每項工程設(shè)計的依據(jù)。在制定基本方案并進一步著手液壓系統(tǒng)各 部分的設(shè)計之前，必須把設(shè)計要求以及與該設(shè)計內(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）液壓剪切機工作循環(huán)：上刀下降，鎖緊 小車右移 下刀上升，剪切鋼

9、坯 下刀下降（快退） 上刀 升起 小車左移（快退）。（3）剪切運動要平穩(wěn)，為使機構(gòu)具有所要求的精確運動，需要依靠上下刀臺的平 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)計參數(shù)剪切機型式： 油壓小車移動式被剪鋼坯斷面尺寸：180180 mm mm165225 mm mm代表鋼種：Q235-A剪切溫度：27SiMn750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 液壓缸的載荷計算如圖 3-1 表示一個液壓缸簡圖。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

10、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（1）剪切缸的載荷力工礦分析：剪切缸運動分為啟動、工進、快退三個動作循環(huán)。當(dāng)剪切缸啟動時，液壓缸負(fù)載只有下刀臺本身的重力，F(xiàn)w=G=4100N式中： G下刀臺重量；工進時，活塞桿承受剪切力，其外載荷是剪切力及下刀臺自重Fw=Pmax+G=5.35 106+4100 5.35 106N；快退時, 工作負(fù)載主要是下刀臺本身重力，其值為負(fù)Fw=-G=-4100N 。(2) 橫移缸的載荷力： 橫移缸在啟動過程中，其外載荷主要是小車和橫移輥道對導(dǎo)

11、軌的摩擦力3-1)Fw= sG式中： s靜摩擦系數(shù)， s=0.15 ；由表 3-1 查。G 小車及剪體總重， N；表 3-1 摩擦系數(shù) 導(dǎo)軌類型導(dǎo)軌材料運動狀態(tài)摩擦系數(shù)滑動導(dǎo)軌鑄鐵對鑄鐵啟動時：低速( 0.16m/ s )高速( 0.16m / s )0.15 0.200.1 0.120.05 0.08滾動導(dǎo)軌鑄鐵對滾柱(珠) 淬火鋼導(dǎo)軌對滾柱0.005 0.02靜壓導(dǎo)軌鑄鐵0.005G=G1+G2+G3 ；式中： 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=

12、33786N；小車右移時，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導(dǎo)軌產(chǎn)生的摩擦阻力，即車輪踏面在軌道上的滾動摩擦阻力和車輪軸承的摩擦阻力。摩擦阻力矩：Mn=(G+G4)(KDc/d/2)3-2)G=225239N；式中： G輥道車，剪體，鋼坯總重，6G4 剪切力， G4=5.3510 ；K 滾動摩擦系數(shù)， K=0.01 ； 車輪軸承摩擦系數(shù)， =0.004；Dc 車輪外徑， Dc=250m；md 軸承內(nèi)徑， d=70mm；6故： Mn= (225239+5.3610 )( 0.05 250/2+0.003 70/2 )6=7.76 10 N/mm6外載荷： Fw= Mn =7.

13、76 10 /125=62080N(3-3 )Dc2小車左移時，小車受剪體及橫移輥道的重力對導(dǎo)軌產(chǎn)生的摩擦阻力，即車輪踏面在軌道上的滾動摩擦阻力和車輪軸承的摩擦阻力。摩擦阻力矩：Mn =(G1 +G3)(KDc/2+d/2 )=(178000+40000)(0.01250/2+0.004 70/2 )=303020N/mm ；外載荷： Fw= Mn =303020/125=2424.2N。Dc2(3) 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及其相連機構(gòu)的自重相對于軸心向下的轉(zhuǎn)矩. 其最大轉(zhuǎn)矩為：T=GSm=7800 0.18=1404Nm(3-4 )式中： G上刀臺及其相連機構(gòu)自重，

14、 G=7800N；Sm 上刀臺重心到軸心距離，約為 Sm=0.18m；故上刀臺下降時，抬升缸抬升，其外載荷：Fw=T =1404Nm =3265N；So 0.43m3-5)同理，上刀臺上升時，抬升缸下降，其外載荷：Fw=-T =- 1404Nm =-3265N；So 0.43m各液壓缸的外載荷力計算結(jié)果列于表 3-1由公式活塞上載荷力：F=Fw3-6)式中： m 液壓缸的機械效率，一般取 0.90 0.95 ，這里取 m =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41004316工進5

15、.35 1065.63 106快退-4100-4316橫移缸啟動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)濟條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大 執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對某些元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制， 從材料消耗角度看也不經(jīng)濟，反之，壓力選得太高，對泵、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，對于固定的尺寸不太受 限制的設(shè)備，

16、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）0.8 11.5 22.5 33 4455500T 液壓剪切機屬中型剪切機，其剪切缸最大載荷達 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。（參考文獻機械設(shè)計手冊 單行本液壓傳動與控制表 32 及表 3 3）（參考文獻機械設(shè)計手冊表 19-6-3 ）3.2.3 計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸F=5.63106N（1）剪切缸剪切缸最大載

17、荷時，為剪切缸剪切工作狀態(tài)，其載荷力為參考文獻機械設(shè)計手冊 。缸筒內(nèi)徑：D3-7)式中： D缸筒內(nèi)徑F 最大載荷力， F=5.63 106N；活塞桿徑比，依據(jù)下表選=0.7 ；P1 供油壓力，取 21MPa；P2 回油背壓，依據(jù)下表選 P2=1MP；a表 3-5 按工作壓力選取徑比參考表工作壓力（ MPa） 5.05.0 7.07.0徑比0.5 0.550.620.700.7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)0.2 0.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.4 0.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.5 1.5用補油泵的閉式回路0.8 1.5回油路較復(fù)雜的工程機械1.2

18、 3回油路較復(fù)雜，且直接回油箱可忽略不記本表摘自機械設(shè)計手冊單行本液壓傳動與控制表 23.4-5 及 23.4-4故有：0.592m592mm4 5.63 1063.14 21 106 1 106 1 0.72取 D=600mm活塞桿直徑： d=0.7D=420mm， 取標(biāo)準(zhǔn)值 :d=500mm則22液壓缸有效面積：A1 D 3.14 600 282600mm 2（3-8 ）442 2 2 2D2 d2 3.14 6002 50022A286350mm2（3-9 ）2 4 4液壓缸行程 L=H=300 ；式中：H 刀片行程 ,H=300 ；活塞桿強度校核：F maxd24(3-10 )式中：

19、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：65.63 1063.14 500230.5MPa活塞桿材料為碳鋼故=100120MPa；因為 所以強度符合，校核完畢。(2) 橫移缸當(dāng)橫移缸右移時，在其啟動時負(fù)載最大， F=65347N，此時, 橫移缸受拉F P1A2 P2A1A2 1 2 A1由上述的公式可得下式：3-11)4Fp1 1 2 P2式中：活塞桿的徑比， =0.65 ；P1 供油壓力， P1=6.3MPa；P2回油背壓， P2 =0.5MPa 。則：D46 65347 26 0.157m 157mm3.14 6.3 106 1

20、 0.622 0.5 106由文獻機械設(shè)計手冊取標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑： D=160m，m所以活塞桿直徑為 d=0.65D=104mm；取標(biāo)準(zhǔn)值 :d=110mm；則液壓缸有效面積：A1D 2 3.14 1602220096mmA2D2 d2223.14 1602 1102210598mm2活塞桿強度校核：F max653474d23.1645347 2 6.88MPa11024所以強度符合要求，校核完畢。(3) 抬升缸當(dāng)抬升缸抬升時，其負(fù)載 F=3628N，此時，活塞桿受壓4F / m p1 1 2 P2式中：活塞桿的徑比， =0.65 ；P1供油壓力，P1=6.3MPa；P2回油背壓，P2 =0.5MP

21、a。則：4 34373.14 6.3 106 0.5 106 1 0.6520.027m =27 由文獻機械設(shè)計手冊 ，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：A1D2 3.14 322 804mm 24D2 d2活塞桿強度校核 ：A2F max4d23.14 322 2022490mm23.134437202 10.9MPa2024所以強度符合要求，校核完畢。3.2.4 計算各工況所需時間及速度剪切鋼坯工作循環(huán)周期T=2.5m=1.25min2m/min式中： 2.5m鋼坯定尺長度；2m/min 拉坯速度；故剪切工作

22、全過程應(yīng)在 1.25min 之內(nèi)完成。由鋼坯接觸定尺裝置觸球為剪切周期開始，橫移缸，抬升缸開始動作，抬升缸抵 達指定位置后剪切缸動作，剪斷鋼坯即剪切缸觸發(fā)行程開關(guān)上觸點，為剪切缸，抬升 缸，橫移缸反向行程開始時間。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=0.8m=0.4min=24s2m/min即在 t=24s 時剪斷鋼坯。1）抬升缸：抬升缸抬升即上刀臺下降時間約取 t1=5s ；v1=L 0.45m= =5.4m/min t15s抬升缸下降即上刀臺上升時間約取 t2=3s ；L 0.45m v2= = =9m/mint23s

23、式中： L=450m=0.45 ，液壓缸行程。2)剪切缸：抬升缸自鎖后，剪切缸即開始動作。工進時間：t3=t-t1=19s工進速度：v3=Ht3=0.3m=0.95m/min19s快退時間：t4=6s快退速度：v4=H= t4 =0.3m=1.8m/min10s(3) 橫移缸：右移時間：t5=24s右移速度：v5=2m/min左移時間：t6=6s左移速度：v6=L t60.8m= =8m/min6s式中： L小車行程。3.2.5 計算液壓執(zhí)行元件實際所需流量 根據(jù)已經(jīng)確定的液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸，可以計算出各個執(zhí)行元件在各個工作階段的實際所需流量。表 3-7 各工況所需流量工況執(zhí)行元件 名稱運動速度

24、 v/m/min結(jié)構(gòu)參數(shù)A/mm2流量 Q/L/min計算公式上刀下降抬升缸5.48044.3Q=A1v小車啟動橫移缸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上刀上升抬升缸94904.4Q=A2v小車左移橫移缸820096160.7Q=A1v3.2.6 計算液壓執(zhí)行元件的實際工作壓力由于液壓系統(tǒng)工作時回油路安裝有背壓閥，所以系統(tǒng)的實際工作壓力需要將其考 慮進去，如下表所示為各個缸的實際工作壓力。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P2MP

25、a結(jié)構(gòu)參數(shù) mm2工作壓力P1/MPa計算公式A1A2上刀 下降抬升 缸34370.58044904.58F P2 A2 P1A1小車 啟動橫移 缸35564020096105981.77F P2 A2 P1A1小車 右移橫移 缸653470.520096105983.51F P2 A2 P1A1下刀 上升剪切 缸5.63 10602826008635020.0F P2 A2 P1A1下刀 下降剪切 缸-43160.5282600863500.95P1 F P2 A1A2上刀 上升抬升 缸-362818044901.63P F P2 A1P1A2小車 左移橫移 缸25520.520096105

26、981.18P F P2 A1P1A23.2.7 擬定液壓系統(tǒng)工況圖圖 3-2 各缸速度時間圖圖 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)圖制定基本方案： 剪切機動力組件的作用是將原動機的機械能轉(zhuǎn)化為液體的壓力能， 指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。在本套系統(tǒng)中采用一個定量泵和 一個變量泵供油。執(zhí)行組件（如液壓缸和液壓馬達）的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)化為機械能，驅(qū)動 負(fù)載做直線往復(fù)運動。小方坯液壓剪切機主要采用三個執(zhí)行組件，剪切缸、上刀臺抬 升缸和輥道小車橫移缸，對于單純且簡單的直線運動機構(gòu)可以采用液壓缸直接驅(qū)動， 由剪切機的特點決定，可采用單活塞桿液壓

27、缸，其有效工作面積大，雙向不對稱，往 返不對稱的直線運動。剪切機控制組件（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，實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化擬定液壓執(zhí)行組件運動控制回路（ 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

28、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) 行元件的流量，并使其供油量與所需油量相適應(yīng)。液壓缸慢進速度由變量泵調(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，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作用 , 為減小回路中液壓沖擊圖 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：由于上刀臺在剪切

29、時承受極大的載荷，為了在極大沖擊 下仍具有較好的剪切效果，上刀臺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使活塞迅速平穩(wěn)、可靠且長時間地被鎖緊，不為向上的剪 切力所移動。當(dāng)液壓缸上腔不進油時液控單向閥關(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，鎖緊時間不能太長。但因抬升 缸所需鎖緊時間僅為 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現(xiàn)同步剪切運動，必須使小車移動速度與鋼坯運動速度相等，這就需要用速 度傳感器將鋼坯的運動速度與橫移缸的運動速度測出，然后進行比較，將差值快速的轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺鹘o橫移缸的

30、主控閥，使液壓小車的橫移速度迅速達到鋼坯的運動 速度，并且與它同步運動；而當(dāng)剪切機將鋼坯剪斷后，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)載遠大于抬升缸，要求兩缸互不干擾動作，故在橫移缸回路加減壓閥，以控制抬升缸回路壓力，達到兩缸同時動作。圖 3-6 比例閥調(diào)速回路制定順序動作方案：鋼坯斷面接觸定尺裝置觸球時，發(fā)出電信號，啟動抬升缸和橫移缸電磁鐵開始動作 抬升缸完成預(yù)定動作時觸發(fā)行程開關(guān)，關(guān)閉抬升缸電磁鐵， 使抬升缸自鎖，并啟動剪切缸電磁鐵使其動作 當(dāng)剪切缸剪切鋼坯完畢，刀片移動到剪抬升上行程時，通過上行程開關(guān)發(fā)出電信號，使剪切缸，抬升

31、缸和橫移缸均反向動作 切缸觸發(fā)下行程開關(guān)時，停止動作 橫移缸觸發(fā)左側(cè)行程開關(guān)時，停止動作 缸觸發(fā)行程開 關(guān)時，停止動作 等待下一周期運行。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力源。3.4 液壓元件的選擇3.4.1 液壓泵的選擇（ 1）高壓液壓泵的選擇1 ）確定液壓泵的最大工作壓力 PpPp P1P（3-12 ）式中： P1 液壓缸最大工作壓力； P1=20.2MPaP 進油路上總壓力損失，P =0.8MPa則：PP=20.

32、0+1.0=21.0 MPa因為所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大 25% 60% 所以選取的液壓泵要求額定壓力為 :PN 125% PP 125% 21.0 26.25MPa2 ）液壓泵流量的確定QP K Qmax（ 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；Qmax 高壓系統(tǒng)液壓缸最大總流量，Qmax =268L/min 。則：QP =1.2 268=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 。（參考文獻機械設(shè)計手冊（第四卷） P19-

33、175 表19-5-51 )（ 2）低壓系統(tǒng)液壓泵的選擇1 ）確定液壓泵的最大工作壓力 PpPp P1P式中： P1 液壓缸最大工作壓力； P1=4.58MPa；P 進油路上的總壓力損失，P =0.92MPa。則：PP =4.58+0.92=5.5 MPa考慮儲備取 7 MPa。2 ）液壓泵流量的確定QP K Qmax式中： K系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取 K=1.11.3 ，這里取 K=1.1；Qmax 高壓系統(tǒng)液壓缸最大總流量，Qmax =160.7L/min 。則：QP =1.1 160.7=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

34、，額定轉(zhuǎn)速為1000r/min 。（參考文獻機械設(shè)計手冊第四卷 P19-136表 19-5-16 ）3.4.2 電動機功率的確定1）高壓系統(tǒng)電動機的確定驅(qū)動液壓泵的功率為：3-14)PN QN103 P式中： PN 液壓泵最大工作壓力， PN =21.0MPa；QN 液壓泵額定流量， QN =364L/min ；液壓泵總效率， p =0.85；150125%120KW故根據(jù)機械設(shè)計手冊第五卷，選定Y315m4w 型三相異步電動機，其額定功則：21.0 106 364P 3 150KW103 0.85 60考慮到剪切時間很短，而電動機一般允許在短時間內(nèi)超載 25%，因此，率為 132KW，同步轉(zhuǎn)

35、速為 1500r/min（2）低壓系統(tǒng)電動機的確定PNQN103 P式中： PN 液壓泵最大工作壓力， PN =7MPa；QN 液壓泵額定流量， QN =171L/min ；則:637 106 171 10 3 P 3 23.5KW103 0.85 60p液壓泵總效率，p =0.85 ；故根據(jù)機械設(shè)計手冊第五卷，選定 Y225M-6 型三相異步電動機，其額定功率為 30KW，同步轉(zhuǎn)速為 1000r/min 。3.4.3 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)徑計算 :d 2 qv3-15)2) 管道壁厚計算 :Pdn3

36、-16)式中： d油管內(nèi)徑；q 管內(nèi)流量 （ m3/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，取 n=4； b管道材料的抗拉強度，取 b=450Mpa；管道內(nèi)的流速可以參考表 3-11 ：表 3-11 允許流速推薦值管道推薦流速（ m/s）液壓泵吸油管道0.5 1.5 一般取 1 以下液壓系統(tǒng)壓油管道3 6 壓力高、油管短、粘度小取小值液壓系統(tǒng)回油管道1.5 2.6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）

37、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160.72410.20.550，33.4.4 油箱的有效面積的確定油箱容量的經(jīng)驗公式：V=aq（3-17 ）式中：a與系統(tǒng)有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)，高壓系統(tǒng)取 a=10式中： q液壓泵每分鐘排出壓力油的容積， QV =364+171=535L/min則：V=10512=5350L選標(biāo)準(zhǔn)值：V=6300L。3.5 液壓系統(tǒng)性能驗算橫移缸回路的壓力損失：管路系統(tǒng)上的壓力

38、損失由管路的沿程損失P1 、管件局部損失 P2 和控制閥的壓力損P3三部分組成：P1P2P33-18)1）沿程壓力損失L=12，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即快速退回時進油路的壓力損失。此管長33管內(nèi)徑 d=0.03m，快速退回時，通過流量 Q=160.7L/min=2.68 10 3 m3 / s 。選用 L-HM46號礦物油型液壓油，正常運轉(zhuǎn)后油的運動黏度取v 4.6 10 5m2 / s ，油的密度為3850kg /m 。油液在管路中的實際流速為：雷諾數(shù) ：Qd22.68 10 33.140.03244vd3.7

39、90.034.610 53.79m / sv2472Re3-19)3-20)eL所以圓形光滑管道，其臨界雷諾數(shù) Re L 2300Re Re L因為液流為紊流。沿程壓力損失：P1Lvd23-21)式中：沿程阻力系數(shù)，0.3164R e0.250.045 ；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， =850kg / m3；則：P1 0.04512 3.7920.03 2850 0.11MPa（2）局部壓力損失式中： 局部阻力系數(shù)，P2=1.12 ；3-22)v 液體流速， v =3.79m/s ；3p 液體密度， =850kg

40、 /m3；則：P24 1.12850 3.7920.027MPa3）控制閥的壓力損失P3PVWQQN3-23)式中： PVW 閥的額定壓力損失， MPa；Q 通過閥的實際流量， L/min ；QN 閥的額定流量， L/min ；根據(jù)液壓原理圖，橫移缸快退時，壓力油從葉片泵出口到橫移缸的進油路上，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：P3 0.22165.7 22600.32160.7 23002160.7 22500.243MPa4）進油路上的壓力總損失：PP1P2 P30.11 0.0270.

41、243 0.38MPa經(jīng)驗算，實際壓力損失比估計的壓力損失小一些，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 P1 、管件局部損失 P2 和控制閥的壓力 損 P3 三部分組成：PP1P2P3進油路上的壓力總損失：P P1 P2 P3 0.0034 0.00007 0.027 0.03047 MPa經(jīng)驗算，實際壓力損失比估計的壓力損失小一些，葉片泵的工作壓力滿足。 因橫移缸和抬升缸共用葉片泵，故其總壓力損失為：P0P 0.594 0.03 0.624MPa則定量泵各階段出口壓力分別為：橫移小車啟動時：PP11.170.6241.794MPa剪切前：PP23.510.62

42、44.134MPa剪切后：PP31.180.6421.822MPa剪切缸回路的壓力損失：管路系統(tǒng)上的壓力損失由管路的沿程損失P1 、管件局部損失 P2 和控制閥的壓力損 P3 三部分組成：PP1P2P3進油路上的壓力總損失：P P1 P2 P3 0.068 0.012 0.399 0.411MPa由以上計算結(jié)果，得小車 =啟動、右移、左移時，葉片泵的出口壓力分別為：PP1 20.0 0.411 20.411MPaPP 2 0.95 0.411 1.361MPa經(jīng)驗算，實際壓力損失比估計的壓力損失小，柱塞泵的工作壓力滿足使用要求4 液壓缸的設(shè)計計算液壓缸是液壓傳動的執(zhí)行元件，它和主機工作機構(gòu)有直

43、接的聯(lián)系，對于不同的機 種和機構(gòu)，液壓缸具有不同的用途和工作要求。因此，在設(shè)計液壓缸之前，必須對整 個液壓系統(tǒng)進行工況分析，編制工況圖，選定系統(tǒng)的工作壓力( 詳見第三章 )，然后根據(jù)使用要求進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。4.1 計算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸主要有三個：缸筒內(nèi)徑 D、活塞桿外徑 d 和缸筒長度 L。在上一 章中已經(jīng)作過缸筒內(nèi)徑 D及活塞桿外徑的計算，此處從略。缸筒內(nèi)徑 :D 32 活塞桿外徑 :d 20 4.1.1 缸筒長度 L缸筒長度由最大工作行程長度加上各種結(jié)構(gòu)需要來確定，即：L=I+B+A+M+C(4-1 )式中： I 活塞的最大工作行程； l=450 ；B 活塞寬度，一般為 (0

44、.6-1)D; 取B=132=32；A 活塞桿導(dǎo)向長度，取 (0.6-1.5)D; 取 A=1 32=23 ；M 活塞桿密封長度，由密封方式定；C 其他長度，取 C=30。故缸筒長度為： L=32+30+450+32+13=555。4.1.2 最小導(dǎo)向長度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到導(dǎo)向套滑動面中點的距離稱為最小導(dǎo)向長度 H（如圖 4-1 所示） 。如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始撓度 （ 間隙引起的撓度) 增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計時必須保證有一最小導(dǎo)向長度圖 4-1 油缸的導(dǎo)向長度對于一般的液壓缸，其最小導(dǎo)向長度應(yīng)滿足下式：4-2)HL/20+D/2式中： L 液

45、壓缸最大工作行程 (m);L=0.45m ；D缸筒內(nèi)徑 (m) ，D=0.08m； 故最小導(dǎo)向長度 H 38.5 。4.2 液壓缸主要零部件設(shè)計4.2.1 缸筒1)缸筒結(jié)構(gòu)缸筒與缸頭的連接用螺紋連接，其特點是：徑向尺寸小，質(zhì)量小，使用廣泛。裝時應(yīng)防止密封圈扭轉(zhuǎn)圖 4-2 缸筒的外螺紋連接（ 2）缸筒計算1 ）缸筒外徑按機械設(shè)計手冊第四卷 P212 表 19-6-12 缸筒厚度 計算公式= 0 + C1 + C2 ()式中： 0 為缸筒材料強度要求的最小值 （） ；C1 缸筒外徑公差余量 （ ） ；C2 腐蝕余量 （ ） ；經(jīng)分析/D 0.08 ，可用薄壁缸筒的實用計算式： PmaxD/(2 )

46、 (m)式中： Pmax 缸筒內(nèi)最大工作壓力（ Mpa）； Pmax=1.06Mp；a 缸筒材料的許用應(yīng)力（ Mpa）； = b/n b 缸筒材料的抗拉強度（ Mpa）；b=500 Mpa；n 安全系數(shù)，通常取 n = 5 。計算得： = 0.00424 (m) 。缸筒的外徑為： D1 =D2=42（mm）。4-3)4-4)按機械設(shè)計手冊第四卷 P214 表 19-6-13 活塞缸外徑尺寸系列取 D1 =50（mm）。2 ）缸筒壁厚度驗算對最終采用的缸筒厚度主要應(yīng)做兩方面的驗算：額定工作壓力Pn 應(yīng)低于一定的極限值，以保證工作安全：Pn 0.35 s (D12 D02)/D12 ( MPa )

47、4-5)= 0.35 300 (0.0422 0.0322)/0.0422= 44 MPa式中：s 為缸筒材料的屈服強度（ MPa），s=290 MPa；由于 7MPa 44MPa所以上述參數(shù)選擇合理。4.2.2 活塞經(jīng)以上計算活塞桿直徑 d=20 ，缸筒內(nèi)徑 D=32。故活塞與活塞桿加工為一體，材料為 45 鋼。在外徑套尼龍 6 的活塞套以增強耐磨 性。其結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：圖 4-3 活塞的密封密封方式采用 Yx形密封圈，使用壓力可達 32 Mpa，密封性能較好。桿外端，由于工作時軸線固定不動，故采用小螺柱頭。圖 4-4 小螺柱頭4.2.3 活塞桿的導(dǎo)向套和密封活塞桿導(dǎo)向套裝載液壓缸的有桿側(cè)端蓋

48、內(nèi)，用以對活塞桿進行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封 裝置以保證缸筒有桿腔的密封，外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時把雜質(zhì)，灰 塵及水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)型式，有軸套式和端蓋式兩 種。此處采用軸套式。圖 4-5 導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)其優(yōu)點是導(dǎo)向套一般安裝在密封圈與缸筒油腔之間，以利用缸內(nèi)的壓力油對導(dǎo)向套進行潤滑4.2.4 緩沖裝置液壓缸一般都設(shè)置緩沖裝置，特別是對大型、高速或要求高的液壓缸，為了防止 活塞在行程終點時和缸蓋相互撞擊，引起噪聲、沖擊，則必須設(shè)置緩沖裝置。緩沖裝 置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時封住活塞和缸蓋之間的部分油 液，強迫它從小孔或細(xì)縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動，逐漸減 慢運動速度，達到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。圖 4-6 緩沖原理如圖 4-6 為恒節(jié)流面積緩沖裝置。當(dāng)緩沖柱塞進入與其相配的缸蓋上的內(nèi)孔時， 孔中的液壓油只能通過間隙 排出，使活塞速度降低。由于配合間隙不變，故隨著活 塞運動速度的降低，起緩沖作用。5 閥板的設(shè)計5.1 閥板連接概述液壓閥是用來控制液壓系統(tǒng)中油液的流動方向或調(diào)節(jié)其壓力和流量的。液壓