畢業(yè)設(shè)計(jì)----液壓剪切機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

摘要針對傳統(tǒng)剪切機(jī)存在的噪音大、占地面積大、靈活性差等問題，本設(shè)計(jì)采用了液壓驅(qū)動(dòng)方式，解決了上述方面的缺陷。其設(shè)計(jì)內(nèi)容剪切機(jī)的總體設(shè)計(jì)計(jì)算，主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還包括液壓元件的設(shè)計(jì)。本文利用液壓傳動(dòng)控制技術(shù)對剪切機(jī)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，具有噪聲小、剪切平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，是一種新形式的液壓剪切機(jī)，能夠更好地服務(wù)于剪切行業(yè)的發(fā)展，更好地適應(yīng)國內(nèi)外市場的需求，因此具有良好的市場前景。關(guān)鍵詞：剪切機(jī)，液壓系統(tǒng)，液壓元件AbstractAbstractAim at the existing traditonal shearing machine that has high noise, large areas and poor flexibility etc problems, the design uses a hydraulic-driven approach to address these deficiencies. It mainly includes three partial contents: the overall design calculation of the shear machine, the design calculation of the main components and hydraulic system design. The hydraulic system design has mainly included the design of the hydraulic components. This paper makes some reconstuction design for shearing machine with hydraulic transmission and control technology, and the improved shearing machine has advantages of low noise, smooth cutting and is a new typle hydraulic shears, which can serve the shearing industry and meet the needs of domestic and foreign markets better. Therefore the hydraulic shearing machine has a good market prospect.Key words: Shearing machine, Hydraulic system, Hydraulic components目 錄目錄摘要IAbstractII目 錄III第一章引言11.1課題的背景和意義11.2剪切機(jī)的發(fā)展及現(xiàn)狀21.2.1剪切機(jī)的分類21.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀4第二章總體設(shè)計(jì)計(jì)算62.1現(xiàn)有剪切機(jī)結(jié)構(gòu)原理及存在問題62.2設(shè)計(jì)要求92.3液壓剪切機(jī)的總體設(shè)計(jì)102.4 液壓剪切機(jī)的主要參數(shù)計(jì)算102.4.1剪切力的計(jì)算102.4.2剪刃長度的確定122.4.3剪切次數(shù)的確定13第三章 零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算143.1 擺臂的設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度校核143.2主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)163.2.1主軸設(shè)計(jì)計(jì)算163.2.2 軸承的選擇173.3機(jī)架的設(shè)計(jì)183.4靠板系統(tǒng)設(shè)計(jì)193.5油缸系統(tǒng)設(shè)計(jì)203.6 進(jìn)料及剪切系統(tǒng)設(shè)計(jì)223.7液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)233.7.1液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及工況分析243.7.2液壓缸參數(shù)的初步確定253.7.3擬定液壓系統(tǒng)原理圖263.7.4選擇液壓元件28結(jié) 論32參考文獻(xiàn)33致 謝34第一章 引言第一章 引言1.1課題的背景和意義剪切機(jī)是隨著工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程的深入而得到越來越廣泛的應(yīng)用。近二十年來，國內(nèi)的軋鋼生產(chǎn)得到了長足的發(fā)展，由于市場對產(chǎn)品不斷提出新的要求，生產(chǎn)廠對各種剪切機(jī)的要求也在不斷的變化。在鋼板彈簧的生產(chǎn)工藝中，鋼板剪切下料是關(guān)鍵工序之一，因此，下料機(jī)是其重要的板簧設(shè)備。過去的下料設(shè)備一般采用圓棒剪切機(jī)、機(jī)械鱷魚剪床等，都是采用皮帶輪、齒輪傳動(dòng)，噪音大，占地面積大，節(jié)拍固定，靈活性差。因此，需要開發(fā)一種新形式的液壓剪床，以適應(yīng)國內(nèi)外市場的需求。精密加工是現(xiàn)代機(jī)械加工發(fā)展的方向之一，它對毛坯的體積（重量）誤差，斷面形狀及其他幾何參數(shù)提出越來越高的要求，而現(xiàn)在的下料方法普遍存在能耗高、效率低、材料消耗大和下料質(zhì)量差等問題。板料高速剪切機(jī)是一種新型的剪切下料設(shè)備，它采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高速剪切；板料高速剪切機(jī)的液壓系統(tǒng)，是保證板料高速剪切機(jī)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作循環(huán)和決定其性能優(yōu)劣的核心環(huán)節(jié)。板料高速剪切機(jī)要求液壓系統(tǒng)工作可靠、響應(yīng)靈敏度高，具有廣闊的市場前景。因此，針對舊式剪切機(jī)的上述缺點(diǎn)，展開對液壓系統(tǒng)剪切機(jī)的研究是符合市場需要的1.2剪切機(jī)的發(fā)展及現(xiàn)狀1.2.1剪切機(jī)的分類剪切機(jī)的種類很多。對剪切機(jī)的分類，從不同的角度出發(fā)，有不同的分法。按剪切方式可分為橫剪和縱剪；按被剪切鋼板的溫度分為熱剪和冷剪；按剪切機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式分為機(jī)械剪、液壓剪和氣動(dòng)剪;按機(jī)架的形式分為開式剪和閉式剪；按剪切鋼板的品種又分為鋼坯剪切機(jī)、鋼板剪切機(jī)、型鋼剪切機(jī)和切管機(jī)等。通常，按剪切機(jī)的剪刃形狀與配置等特點(diǎn)可分為平行刃剪切機(jī)(見圖1.1)、斜刃剪切機(jī)(見圖1.2)和圓盤剪切機(jī)(見圖1.3)。下面按剪切機(jī)的剪刃形狀的分類對三種結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行介紹:圖1-1 平行刃剪切機(jī) 圖1-2 斜刃剪切機(jī) 圖1-3 圓盤剪切機(jī)（1）平行刃剪切機(jī)平行刃剪切機(jī)的兩個(gè)剪刃是彼此平行的，它通常用來在熱態(tài)下橫向剪切方形及矩形斷面的鋼坯。也可用來冷剪型材，將刀片做成成型剪刃來剪切非矩形斷面的鋼板。平行刃剪切機(jī)按剪切機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，分為上切式和下切式兩種型式。上切式剪切機(jī)的下剪刃是固定的，由上剪刃的上下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行剪切。其剪切機(jī)構(gòu)通常采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)。下切式剪切機(jī)的兩個(gè)剪刃都運(yùn)動(dòng)，剪切過程是通過下剪刃上升來實(shí)現(xiàn)剪切的，其剪切機(jī)構(gòu)通常有偏心軸式和浮動(dòng)式。平行刃剪切機(jī)，在工作時(shí)能承受的最大剪切力是它的主要參數(shù)，故人們習(xí)慣上以最大剪切力來命名。（2）斜刃剪切機(jī)斜刃剪切機(jī)的一個(gè)剪刃相對另一個(gè)剪刃成某一角度放置。斜刃剪切機(jī)按剪切機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)也可分為上切式、下切式和復(fù)合式等。上切式斜刃剪:這種剪切機(jī)的下剪刃平直而固定，上剪刃是傾斜的并上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)剪切。上切式斜刃剪通常是作為單獨(dú)設(shè)備，用來剪切寬的板材，當(dāng)板材厚度大于20mm時(shí)，可用在連續(xù)作業(yè)線上橫切板材，但要有擺動(dòng)輥道，另外，當(dāng)板材厚度大于25mm不能用圓盤剪切邊時(shí)，在連續(xù)作業(yè)線上的兩邊設(shè)置上切式斜刃剪進(jìn)行切邊。下切式斜刃剪:這種剪切機(jī)的上剪刃是固定的，由下剪刃上下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行剪切。由于它是下剪刃向上運(yùn)動(dòng)進(jìn)行剪切，故不需要設(shè)置擺動(dòng)輥道，一般多用于連續(xù)作業(yè)線上橫切帶材。這種剪刃機(jī)的剪刃通常上剪刃是傾斜的，下剪刃是水平的。但近來采用上剪刃是水平的，下剪刃是傾斜的愈來愈多，生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)證明，這種型式能夠保證鋼板的剪切面相對帶材中心線及表面垂直度。其缺點(diǎn)是由于壓板要放在下面而造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。復(fù)合式斜刃剪:在連續(xù)式作業(yè)線上的尾部，為了將原來焊接起來的長帶材分成一定重量的卷材，設(shè)有復(fù)合式斜刃剪切機(jī)。這種剪中間有固定的雙刃刀架，上下有活動(dòng)刀架，也稱上下雙層斜刃剪切機(jī)。當(dāng)帶材通過固定雙刃刀架上部，帶材由一臺(tái)卷取機(jī)卷取。當(dāng)需要分卷時(shí)，上活動(dòng)刀架下降切斷帶材，后面的帶材通過固定雙刃刀架下部，由另一臺(tái)卷取機(jī)卷取。（3）圓盤式剪切機(jī)這種剪切機(jī)的上下剪刃是圓盤狀的。剪切時(shí)，圓盤刀以相等于鋼板的運(yùn)動(dòng)速度做圓周運(yùn)動(dòng)，形成了一對無端點(diǎn)的剪刃。圓盤剪通常設(shè)置在板材或帶材的剪切線上，用來縱向剪切運(yùn)動(dòng)的板材或帶材。值得注意的還有塑性力學(xué)Durkcer公設(shè)的提出者Ducrker等力學(xué)家的工作。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀技術(shù)工藝是衡量一個(gè)企業(yè)是否具有先進(jìn)性，是否具備市場競爭力，是否能不斷領(lǐng)先于競爭者的重要指標(biāo)依據(jù)。隨著國內(nèi)液壓剪切機(jī)市場的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。了解國內(nèi)外液壓剪切機(jī)生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動(dòng)向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢，對于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場競爭力十分關(guān)鍵。丁時(shí)鋒等人1針對板料剪切生產(chǎn)線采用人工控制，定長過程耗時(shí)過多，鋼板長度尺寸不一致，同時(shí)剪切過程總是簡單的重復(fù)勞動(dòng)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題，改為繼電器接觸器控制，但控制柜接線復(fù)雜，使用維護(hù)不便。為了解決剪切過程中的板料定長問題，減少加工工時(shí)，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)為了提高生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，并保證生產(chǎn)的穩(wěn)定，對原系統(tǒng)進(jìn)行了改造，設(shè)計(jì)了一種基于PLC的板料液壓剪切機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定，完全解決了剪切過程中板料的定長問題，提高了生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度，并切實(shí)提高了生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。在棒料剪切機(jī)液壓系統(tǒng)的研究方面，杜詩文等人2應(yīng)用液壓大系統(tǒng)建模方法建立了數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建了仿真模型，對棒料高速剪切機(jī)液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了建模與仿真研究。實(shí)踐表明：采用液氣聯(lián)合驅(qū)動(dòng)、徑向夾緊的棒料高速剪切機(jī)，生產(chǎn)效率高，棒料剪切斷面質(zhì)量得到顯著提高。仿真結(jié)果表明：液壓系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)特性，液壓大系統(tǒng)建模方法與理論可廣泛應(yīng)用于液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析為了解決精軋生產(chǎn)線取料問題，梁春光等人3通過對剪切及剪應(yīng)力的分析，同時(shí)根據(jù)液壓剪的工作原理，進(jìn)行了 HC520-3新型液壓剪主要幾何尺寸及其結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：該液壓剪能快速剪切 20mm以下的鉻不銹鋼以及合金鋼等，不但保證了軋材的表面質(zhì)量，還保護(hù)了設(shè)備，且經(jīng)濟(jì)效益顯著。液壓剪切機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)有兩種方案，一種是主剪切驅(qū)動(dòng)缸安置在機(jī)架的一側(cè)，而且是只有一個(gè)主液壓缸。當(dāng)液壓缸產(chǎn)生向外的推力后，利用杠桿關(guān)系將推力進(jìn)行放大，并轉(zhuǎn)換成向下的推力，然后推動(dòng)上刀架向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行剪切，美國的PCO中板廠就是采用的這種剪切機(jī)構(gòu)。另一種是采用兩個(gè)主剪切驅(qū)動(dòng)缸直接安裝在機(jī)架的頂部，推動(dòng)上刀架兩端向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行剪切。第二種剪切機(jī)構(gòu)是一種新型式，也是第一次采用。兩種方案都是可行的，但比較而言，采用第一種機(jī)構(gòu)，其液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對于第二種機(jī)構(gòu)要小得多，而且單一的主缸產(chǎn)生推力比起第二種方案需兩缸同步產(chǎn)生的推力來講，控制要簡單得多，需用的液壓油量也相對較少，僅液壓系統(tǒng)就能省下不少的投資；另外，由于主缸放置在機(jī)架的側(cè)面，避免了向上熱氣流的直接烘烤，對主驅(qū)動(dòng)缸的保護(hù)有一定的好處4。32第二章 總體設(shè)計(jì)計(jì)算第二章 總體設(shè)計(jì)計(jì)算2.1現(xiàn)有剪切機(jī)結(jié)構(gòu)原理及存在問題通過生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí):剪切過程是由壓入變形和剪切滑移兩個(gè)階段組成，剪切過程的實(shí)質(zhì)是金屬塑性變形的過程。如圖1.1所示，當(dāng)上剪刃下移與鋼板接觸后，剪刃便開始壓入鋼板，由于P力在開始階段比較小，在鋼板剪切斷面上產(chǎn)生的剪切力小于鋼板本身的抗剪能力，因此鋼板只能發(fā)生局部塑性變形，故這一階段稱為壓入變形階段。隨著上剪刃下移量增加，鋼板壓入變形增大，力P也不斷增加。當(dāng)剪刃壓入到一定深度，即力P增加到一定值時(shí)，鋼板的局部壓入變形阻力與剪切斷面的剪切力達(dá)到相等，剪切過程處于由壓入變形階斷過渡。到剪切滑移階段的臨界狀態(tài)。當(dāng)剪切力大于鋼板本身的抗剪能力時(shí)，鋼板沿著剪切面產(chǎn)生相對滑移，開始了真正的剪切，這一階段被稱為剪切滑移階段。在剪切滑移階段，由于剪切斷面不斷變小，剪切應(yīng)力也不斷變小，直至鋼板的整個(gè)斷面被剪斷為止，完成一個(gè)剪切過程。下面分析一下剪切過程中作用力的變化。為了便于分析，應(yīng)該忽略剪刃與鋼板之間的摩擦力、剪刃的間隙、鋼板的重量以及其它因素。由圖2-1看出，當(dāng)剪刃壓入鋼板后，上下剪刃對鋼板的壓力P形成一力偶Pa, 此力矩使鋼板轉(zhuǎn)動(dòng)，但在鋼板轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，將遇到剪刃側(cè)面的阻擋，即剪刃側(cè)面給鋼板以側(cè)推力T，則上下剪刃的側(cè)推力又構(gòu)成另一力偶Tc，力圖阻止鋼板轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著刀片的逐漸壓入，鋼板轉(zhuǎn)動(dòng)角度不斷增大，當(dāng)轉(zhuǎn)過一個(gè)角度Y后便停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)兩個(gè)力矩平衡，即圖2-1剪切原理圖Pa=TC （1-1）假設(shè)在壓入變形階段，沿面積x和0.5Z(這里取鋼板寬度為1)上的單位壓力均勻分布且相等，則 （1-2） （1-3）式中：z剪刃壓入鋼板的深度。由圖2-1中的幾何關(guān)系，得 （1-4） （1-5）將式(1-3)、(1-4)、(1-5)代入式(1-1)中可得，剪切時(shí)，鋼板的轉(zhuǎn)角與剪刃壓入深度z的關(guān)系 （1-6）由式(1-6)知，剪刃的壓入深度z越大，鋼板轉(zhuǎn)角了也越大，這會(huì)導(dǎo)致鋼板剪切質(zhì)量下降。并且鋼板被剪斷后，翹起的鋼板端部會(huì)對設(shè)備產(chǎn)生沖擊。由式(1-3)知，當(dāng)鋼板轉(zhuǎn)角了增大時(shí)，側(cè)推力T隨之增大。這樣，不僅使剪刃臺(tái)與機(jī)架的滑道磨損加劇，而且當(dāng)上下剪刃臺(tái)的剛性較差時(shí)，還會(huì)改變剪刃的間隙，以致造成剪切困難。因此了角的增大對設(shè)備是很不利的。為了克服鋼板在剪切過程中轉(zhuǎn)動(dòng)帶來的缺點(diǎn)，一般剪切機(jī)都設(shè)置了專門的壓板裝置，其作用是給鋼板一個(gè)壓力Q，把鋼板緊緊壓在下剪刃臺(tái)上，從而達(dá)到克服鋼板轉(zhuǎn)動(dòng)的目的。在剪刃的壓入變形階段，鋼板作用在剪刃的力為 （1-7）由式（1-6）可得 ，則 （1-8）設(shè)，則式（1-8）可改寫為 （1-9）式中: p單位面積上的壓力(N/mm2);b鋼板的寬度(mm);h鋼板的厚度(mm);相對切入深度(%)。由上式可知，若認(rèn)為剪刃壓入階段的單位壓力P為常數(shù)，則總壓力P隨z值增加，即按一個(gè)拋物線增大，直到鋼板開始沿整個(gè)剪切斷面產(chǎn)生滑移時(shí)，P力達(dá)到最大值Pmxa。在剪切滑移階段，剪切力P按下式計(jì)算: （1-10）式中被剪切鋼板單位面積上的剪切抗力(N/mm2)。從上述分析可得出，剪切過程中作用力及其變化規(guī)律:剪切力隨著z的增加而變化，當(dāng)剪切力P為最大值后，鋼板開始產(chǎn)生滑移。剪切力P的值是同單位剪切抗力丁有關(guān)。單位剪切抗力丁并非常數(shù)，其數(shù)值大小和鋼板材質(zhì)、剪切溫度、剪切速度、剪刃形狀、剪刃間隙及相對切入深度等因素有關(guān)。單位剪切抗力T的確定有實(shí)驗(yàn)曲線法和理論計(jì)算法兩種。以下對影響單位剪切抗力公的因素進(jìn)行定性的描述:金屬性質(zhì):金屬材料的強(qiáng)度極限越高，則單位剪切抗力越大;塑性越低，對應(yīng)于。剪斷時(shí)的相對切入深度越小，即金屬斷的越早。因此單位剪切抗力與金屬的強(qiáng)度和塑性有關(guān)。剪切溫度:鋼板剪切時(shí)的溫度越高，單位剪切抗力越小，對應(yīng)于剪斷時(shí)相對切入深度則越大。變形速度:熱剪時(shí)，理論上變形速度與剪切速度成正比關(guān)系，單位剪切抗力隨變形速度增加而增加;冷剪時(shí)，剪切速度對單位剪切抗力的影響很小，一般可不加以考慮。剪刃側(cè)向間隙:剪刃側(cè)向間隙的大小，可以使剪切時(shí)的受力狀況發(fā)生變化。當(dāng)側(cè)向間隙由零逐漸增大時(shí)，鋼板的受力狀況分別為壓縮剪切彎曲狀態(tài)，側(cè)向間隙過小或過大都會(huì)使單位剪切抗力增加。因此，合理選擇和保持剪刃側(cè)向間隙的大小，對于正確使用剪切機(jī)是十分重要得。刀鈍半徑:刀鈍半徑的大小，直接影響單位剪切抗力的大小。刀鈍半徑越大，刀就越不“快”，剪切抗力就越大。但在壓入階段剪切力的計(jì)算中，不考慮刀鈍半徑的影響是允許得。剪切斷面的寬高比b/h：當(dāng)b/h小于1時(shí)，與b/h幾乎無關(guān)；當(dāng)b/h大于1時(shí)，值隨b/h的增大而迅速增大。除上述因素影響外，壓板、剪刃與鋼板的摩擦系數(shù)及剪刃的幾何形狀等因素，對單位剪切抗力也都有一定的影響，但這些因素相對來說影響很小，可以忽略不計(jì)?，F(xiàn)有剪切機(jī)一般存在占地面積廣、噪音大、節(jié)拍固定、靈活性差等問題，尚需解決。2.2設(shè)計(jì)要求1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：在現(xiàn)有設(shè)備剪切原理的基礎(chǔ)上，將電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)轉(zhuǎn)化為液壓傳動(dòng)，同時(shí)對相關(guān)的結(jié)構(gòu)、油缸大小進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。2設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)：根據(jù)所需剪切力、生產(chǎn)節(jié)拍優(yōu)化液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件和電機(jī)等。3設(shè)計(jì)液壓閥塊。4. 要求生產(chǎn)節(jié)拍最快每分鐘30次。2.3液壓剪切機(jī)的總體設(shè)計(jì)液壓剪切機(jī)的設(shè)計(jì)主要包括機(jī)架、擺臂、進(jìn)料及剪切系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、靠板系統(tǒng)和油缸系統(tǒng)等六部分的設(shè)計(jì)。上述六部分結(jié)構(gòu)是液壓驅(qū)動(dòng)式剪切機(jī)的主要組成部分，其結(jié)構(gòu)性能是影響剪切機(jī)能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的重要因素。每部分設(shè)計(jì)主要牽涉機(jī)構(gòu)關(guān)鍵部分受負(fù)載的分析狀況，必須考慮到機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)所要達(dá)到的要求這項(xiàng)重要因素。下面是剪切機(jī)的總體設(shè)計(jì)外形如圖2-2所示。1-機(jī)架;2-進(jìn)料及剪切系統(tǒng);3-擺臂;4-主軸系統(tǒng);5-靠板系統(tǒng);6-油缸系統(tǒng)圖2-2 剪切機(jī)外形圖2.4 液壓剪切機(jī)的主要參數(shù)計(jì)算2.4.1剪切力的計(jì)算斜刃剪板機(jī)的剪切力由三個(gè)部分組成:P=P1+P2+P3 (2-4)P1純剪切力;P2鋼板被剪掉部分的彎曲力，即被剪掉部分在剪切時(shí)對上刀片沿著鋼板折邊線作用產(chǎn)生的彎曲力;P3鋼板在剪切區(qū)域內(nèi)的彎曲力，在此區(qū)域內(nèi)由于上刀片的壓力使金屬形成局布變形彎曲。經(jīng)理論分析、計(jì)算后，純剪切力用下式表達(dá)，斜刃剪總剪切力P由下是確定：P=P1（1 + Z + ） =0.6b1 + Z + 式中的第二項(xiàng)為分力P2,第三項(xiàng)為分力P3。式中系數(shù)Z-系數(shù)，實(shí)驗(yàn)研究表明，此系數(shù)與鋼板被剪掉部分的寬度d、鋼板材料的延伸率以及刀片傾角等因素有關(guān)，即Z=f()=f(),其變化規(guī)律如下圖所示，系數(shù)的最大值為0.95；Y-刀片相對側(cè)隙，即為刀片側(cè)隙與鋼板厚度h的比值，Y=/H,當(dāng)h5毫米時(shí)取0.07h；h=10-25毫米時(shí)，取=0.5毫米。X-壓板相對距離，即為壓板中心離下刀片側(cè)邊緣c，與鋼板厚度h的比值，即：X=c/h?？紤]到壓板的作用，初步計(jì)算可取X=10。 圖2-3系數(shù)z與函數(shù)的關(guān)系 圖2-4壓板與刀片間的位置關(guān)系彈簧鋼的材料性能參數(shù)如下:表2-1鋼號60Si2Mn屈服強(qiáng)度/Mpa1200抗拉強(qiáng)度/Mpa1300延伸率5%斷面收縮率25%狀態(tài)熱軋HB（不大于）321選取剪切傾斜角=5.度，則=dtan/h, 其中d=100, h=25, 代入數(shù)據(jù)得=7。根據(jù)z-曲線可以取z=0.9，初步選定計(jì)算剪切力所需的參數(shù)：=5.度，z=0.9，=5%，b=1200Mpa，h=25mm，Y=/h=0.02，X=c/h=10代入剪切力計(jì)算公式得P=1.2106N2.4.2剪刃長度的確定剪刃尺寸包括剪刃長度、高度和寬度。這些尺寸主要根據(jù)所剪軋件的最大截面尺寸來選定。剪刃長度可按下述經(jīng)驗(yàn)公式確定。對剪切小方坯的剪切機(jī)，考慮經(jīng)常同時(shí)剪切幾根軋件，取剪刃長度L為被軋件寬度的34倍，即L=(34)Bmax （mm）式中Bmax 被軋件最大寬度，mm。對于剪切大、中型方坯的剪切機(jī)，剪刃長度LL=(22.5) Bmax （mm）對剪切板坯的剪切機(jī)，取剪刃長度L= Bmax +(100300) (mm)剪刃高度和寬度，可按下式確定h=（0.651.5）hmax （mm）b= h（2.53） （mm）式中 h剪刃斷面高度，mm； hmax被軋件最大高度，mm；由以上可知，本課題中設(shè)計(jì)的剪切機(jī)主要用于板坯，故剪刃長度L=Bmax+（100-300）mm，而B=100mm，取L=300mm剪刃高度h=1.2hmax=1.225=30mm剪刃寬度b= h /2.5=1.2mm2.4.3剪切次數(shù)的確定根據(jù)生產(chǎn)要求，剪切機(jī)所要求達(dá)到的剪切次數(shù)確定為最快每分鐘30次。第三章 零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算第三章 零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 擺臂的設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度校核擺臂，作為剪切機(jī)的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，一端與液壓缸的活塞桿通過螺栓連接，另一端裝有剪切刀。在擺臂的運(yùn)動(dòng)過程中主要受到液壓缸中活塞桿的推力作用和被剪鋼板的剪切反作用力，以及主軸對擺臂的支撐力。運(yùn)動(dòng)過程，實(shí)際上是以主軸的中心為矩的原點(diǎn)，液壓缸的推力形成動(dòng)力矩而剪切力的反作用力形成阻力距，是動(dòng)力矩克服阻力矩的關(guān)系。擺臂梁的設(shè)計(jì)遵守等強(qiáng)度梁的原則5。設(shè)計(jì)時(shí)為了節(jié)約材料，減輕自重，可改變截面尺寸，使抗彎截面系數(shù)隨彎矩而變化。在彎矩較大處采用較大截面，而在彎矩較小處采用較小截面。這種截面沿軸線變化的梁，稱為變截面梁。如變截面梁各橫截面面上的最大正應(yīng)力都相等，且都等于許用應(yīng)力，就是等強(qiáng)度梁。設(shè)梁在任一截面上的彎矩為M(x),而截面的抗彎截面系數(shù)為W（x）。根據(jù)上述等強(qiáng)度梁的要求，應(yīng)有max= M(x) W（x）=或者寫成 W（x）= M(x) ，這是等強(qiáng)度梁的W（x）沿梁軸線變化的規(guī)律。下面是對擺臂受力情況的分析：剪切力P=1.2106N，阻力臂d1=330mm。設(shè)推力為F，動(dòng)力臂d2=1560.6mm。由力矩平衡公式得 Pd1=Fd2，代入數(shù)據(jù)得 F=260KN。實(shí)際中，液壓缸提供的推力應(yīng)大于此值，安全因數(shù)n=1.2,，所以液壓提供的實(shí)際推力F=1.2F=312KN。然后得出主軸對擺臂的支撐力F1=p+ F=(1200+312)KN=1512KN由上述計(jì)算說明，根據(jù)等強(qiáng)度梁的原則，在設(shè)計(jì)擺臂時(shí)應(yīng)在受彎矩較大處采用較大橫截面面積，而在受彎矩較小處采用較小橫截面積。因擺臂的中間截面處受到的彎矩作用最大，在此只分析一下中間截面尺寸的確定。經(jīng)查表，可以得到擺臂材料ZG鑄鋼的許用應(yīng)力=175Mpa，然后確定中間截面的抗彎截面矩系數(shù)w=M/，由公式W=bh2/6，確定該截面的寬度和高度。在相等橫截面面積的情況下，將橫截面做成高而薄的形狀會(huì)比做成矮而厚的形狀承受的抗彎強(qiáng)度更高，同時(shí)這樣設(shè)計(jì)的擺臂自然會(huì)滿足強(qiáng)度要求。考慮到截面形狀的合理性和經(jīng)濟(jì)型，故擺臂的設(shè)計(jì)圖形如圖3-1所示： 圖3-1擺臂簡單示意圖擺臂的校核：擺臂的受力圖如圖3-2所示：圖3-2 擺臂受力圖擺臂的彎矩圖如圖3-3所示：322000KNm圖3-3 擺臂的彎矩圖 由材料力學(xué)公式得 其中W為中間截面的抗彎截面系數(shù)，由公式W=bh2/6得擺臂所用材料為ZG30Mn，經(jīng)查表可以得到強(qiáng)度極限=300Mpa，安全因數(shù)n=2.5，故。因此，擺臂的設(shè)計(jì)符合強(qiáng)度要求。3.2主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1主軸設(shè)計(jì)計(jì)算軸的設(shè)計(jì)包括軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軸的計(jì)算。軸的計(jì)算包括軸的強(qiáng)度計(jì)算、軸的剛度計(jì)算。軸的設(shè)計(jì)原則是，在滿足結(jié)構(gòu)要求和強(qiáng)度、剛度要求的條件下，設(shè)計(jì)出尺寸小、重量輕、安全可靠，工藝上經(jīng)濟(jì)合理，又便于維護(hù)檢修的軸。在一般情況下，軸的工作能力決定于它的強(qiáng)度和剛度。在設(shè)計(jì)軸時(shí)，除應(yīng)按工作能力準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算或校核計(jì)算外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還必須滿足其他一系列的要求，例如：1）多數(shù)軸上零件不允許在軸上做軸向移動(dòng)，需要用軸向固定的方法使它們在軸上有確定的位置；2）為傳遞轉(zhuǎn)矩，軸上零件還應(yīng)做周向篤定；3）對軸與其他零件間有相對滑動(dòng)的表面應(yīng)有耐磨性的要求；4）軸的加工、熱處理、裝配、檢驗(yàn)、維修等都應(yīng)有良好的工藝性。主軸的結(jié)構(gòu)圖如圖3-4所示：圖3-4 主軸結(jié)構(gòu)圖軸的受力圖如圖3-5所示：圖3-5 軸的受力圖主軸的彎矩圖如圖3-6所示： 326970KNm圖3-6 主軸彎矩圖主軸的轉(zhuǎn)矩圖如圖3-7所示： 486907Nm圖3-7 主軸轉(zhuǎn)矩圖主軸的校核：由主軸的彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖可知，在主軸的中截面處所收到的合彎矩值最大，故只需要校核此截面處的強(qiáng)度。中間截面的合彎矩為：M= Nm=5.86105 Nm 主軸所用材料為45號鋼，經(jīng)查表可以查得其強(qiáng)度極限= 340Mpa， 故 所以,主軸的強(qiáng)度符合要求。 3.2.2 軸承的選擇軸套在一些轉(zhuǎn)速較低，徑向載荷較高且間隙要求較高的地方（如凸輪軸）用來替代滾動(dòng)軸承（其實(shí)軸套也算是一種滑動(dòng)軸承），材料要求硬度低且耐磨，軸套內(nèi)孔經(jīng)研磨刮削，能達(dá)到較高配合精度，內(nèi)壁上一定要有潤滑油的油槽，軸套的潤滑非常重要，干磨的話，軸和軸套很快就會(huì)報(bào)廢，在本課題中推薦安裝時(shí)刮削軸套內(nèi)孔壁，這樣可以留下許多小凹坑，增強(qiáng)潤滑。3.3機(jī)架的設(shè)計(jì)機(jī)架的分類：按制造方法，機(jī)架可分為鑄造機(jī)架、焊接機(jī)架和螺栓聯(lián)接或鉚接機(jī)架。按機(jī)架材料可分為金屬機(jī)架、非金屬機(jī)架。非金屬機(jī)架又可分為混凝土機(jī)架、花崗巖機(jī)架、塑料機(jī)架或其它材料的機(jī)架。鑄造機(jī)架常用材料為鑄鐵、鑄鋼和鑄鋁。小型設(shè)備的機(jī)架則有用銅制或塑料制造，其制造工藝設(shè)計(jì)可參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊。機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：機(jī)架的設(shè)計(jì)主要保證剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性。機(jī)架設(shè)計(jì)的一般要求：在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，機(jī)架的重量應(yīng)要求輕、成本低；抗振性好；噪聲?。粶囟葓龇植己侠?，熱變形對精度的影響小；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機(jī)械加工；結(jié)構(gòu)便于安裝、調(diào)整及修理。剪切機(jī)機(jī)架在整個(gè)機(jī)構(gòu)中支撐擺臂、主軸等整個(gè)工作平臺(tái)的重量，并將其傳遞到基地上，它的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是滿足強(qiáng)度要求即可，保證在剪切機(jī)剪切過程中不會(huì)被壓潰即可，不會(huì)發(fā)生過大變形，其具體參數(shù)見圖3-8。圖3-8 機(jī)架結(jié)構(gòu)圖剪切機(jī)機(jī)架材料的選用，主要是根據(jù)機(jī)架的使用要求。多數(shù)機(jī)架形狀較復(fù)雜，故一般采用鑄造。本課題中的剪切機(jī)結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但對機(jī)架的強(qiáng)度和剛度要求較高，屬于受力較大的機(jī)架，所以機(jī)架的材料選取鑄造碳鋼。設(shè)計(jì)時(shí)，在機(jī)架受力較大的地方應(yīng)該注意通過加大鋼板厚度等方法增強(qiáng)機(jī)架的強(qiáng)度要求。鑄鋼件一般都要經(jīng)過熱處理。熱處理的目的是為了消除鑄造內(nèi)應(yīng)力和改善力學(xué)性能。鑄鋼機(jī)架的熱處理方法一般有正火加回火，退火、高 溫?cái)U(kuò)散退火和焊補(bǔ)后回火等。3.4靠板系統(tǒng)設(shè)計(jì)剪切機(jī)的靠板系統(tǒng)，是為了防止剪切機(jī)的上、下剪刃在剪切時(shí)因?yàn)檩S向力的緣故而發(fā)生相對錯(cuò)動(dòng)，造成不能正確的剪切工件?？堪逑到y(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是在適當(dāng)?shù)奈恢蒙咸砑訆A緊裝置，靠板系統(tǒng)上設(shè)有夾緊裝置，能夠解決剪切時(shí)擺臂的軸向偏移等問題，從而上、下剪刃之間有適當(dāng)?shù)募羧袀?cè)隙，可以更好地剪切鋼件。根據(jù)剪切機(jī)的具體工作情況，靠板系統(tǒng)的裝配位置見裝配圖，其設(shè)計(jì)的某些參數(shù)見圖3-9：1-支板；2-靠板；3-六角螺母M20;4-調(diào)節(jié)軸；5-內(nèi)六角螺栓；6-內(nèi)六角螺栓M1240;7-內(nèi)六角螺栓M1220；8-襯板；9-陪襯板圖3-9 靠板系統(tǒng)3.5油缸系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓缸是液壓傳動(dòng)的執(zhí)行元件，它和主機(jī)工作機(jī)構(gòu)有直接的聯(lián)系，對于不同的機(jī)種和機(jī)構(gòu)，液壓缸具有不同的用途和工作要求。液壓缸的主要尺寸包括液壓缸的內(nèi)徑D、缸的長度L、活塞桿直徑d。主要根據(jù)液壓缸的負(fù)載、活塞運(yùn)動(dòng)速度和行程等因素來確定上述參數(shù)。圖3-10：單活塞桿液壓缸示意圖液壓缸工作壓力的確定液壓缸要承受的負(fù)載包括有效工作負(fù)載、摩擦阻力和慣性力等。液壓缸的工作壓力按負(fù)載確定。對于不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，采用的壓力范圍也不同。設(shè)計(jì)時(shí)，液壓缸的工作壓力可按負(fù)載大小及液壓設(shè)備類型參考表3-1、表3-2來確定。表3-1 液壓缸的公稱壓力（單位：MPa,GB7938-87）0.631.01.62.54.06.310.016.025.031.540.0表3-2 各類液壓設(shè)備常用的工作壓力(單位：MPa)設(shè)備類型 一般機(jī)床 一般冶金設(shè)備農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械液壓機(jī)、重型機(jī)械、軋機(jī)壓下、起重運(yùn)輸機(jī)械工作壓力(MPa)16.36.31610162032由以上可選定液壓缸的工作壓力P為20MPa。缸筒內(nèi)徑D。液壓缸的缸筒內(nèi)徑D是根據(jù)負(fù)載的大小來選定工作壓力或往返運(yùn)動(dòng)速度比，求得液壓缸的有效工作面積，從而得到缸筒內(nèi)徑D，再從GB234880標(biāo)準(zhǔn)中選取最近的標(biāo)準(zhǔn)值作為所設(shè)計(jì)的缸筒內(nèi)徑。無活塞桿側(cè)的缸筒內(nèi)徑D為： D=10-3 m=10-3 m=140.97 mm根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2348-19936,選取液壓缸的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑D為140mm活塞桿外徑d。活塞桿外徑d通常先從滿足速度或速度比的要求來選擇，然后再校核其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性?；钊麠U是傳遞力的重要零件，它承受拉力、壓力、彎曲力和振動(dòng)沖擊等多種作用力，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。取速比=2，則d=D=1400.7=98 mm根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2348-1993，活塞桿的直徑應(yīng)選擇d=100 mm缸筒長度L的確定。缸筒長度L由最大工作行程加上各種結(jié)構(gòu)需要來確定，即：L=I+B+A+M+C式中 I為活塞的最大工作行程；B為活塞寬度，一般為（0.6-1）D；A為活塞桿導(dǎo)向長度；M為活塞桿密封長度，由密封方式確定；C為其他長度?；钊麠U的最大行程I為剪切過程擺臂轉(zhuǎn)過的角度與擺臂長度的乘積，即：I=1560.6 mm=327 mm，活塞寬度B=140m。一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長度A，在D80mm時(shí)取A=(0.6-1.0)D,在D80mm時(shí)取A=(0.6-1.0)d；活塞的寬度B則取B= (0.6-1.0)D。故選取A=d=100 mm經(jīng)查表，根據(jù)具體情況最后確定剛筒長度L=740 mm缸筒壁厚的確定。缸筒壁厚為=0+c1+c2 ，根據(jù)剪切機(jī)的實(shí)際工作情況，確定缸筒壁厚=25mm缸筒壁厚的校核。一般按薄壁缸筒計(jì)算公式計(jì)算：0=13 mm其中p=540/5=108， 所以缸筒的壁厚符合強(qiáng)度要求?；钊麠U的強(qiáng)度校核活塞桿在穩(wěn)定情況下，如果只受推力或拉力，可以近似的用直桿承受拉壓載荷的簡單強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行： 式中： F 活塞桿的推力 N d 活塞桿直徑 m 材料的許用應(yīng)力 MPa 活塞桿用45號鋼 代入數(shù)據(jù)：=39.74Mpa=136 Mpa因此，活塞桿的強(qiáng)度滿足要求。3.6 進(jìn)料及剪切系統(tǒng)設(shè)計(jì)剪切機(jī)的進(jìn)料及剪切系統(tǒng)，主要是指被剪件的輸送以及剪切時(shí)工件的夾緊和刀具的安裝機(jī)構(gòu)。其主要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下圖所示：1-三角支板；2-進(jìn)料曲座板；3-螺栓M2080;4-頂板；5-滑柱螺栓；6-螺母M20；7-剪刃；8-沉頭螺釘M1650；9-內(nèi)六角螺栓M2080；10-固刀調(diào)整板；11-螺栓M1225；12-壓板；13-靠板；14-下靠板圖3-11 進(jìn)料機(jī)架密切系統(tǒng) 剪切機(jī)在剪切鋼板時(shí)，由于剪切力在水平方向上存在一個(gè)分力，會(huì)對鋼板產(chǎn)生一個(gè)向左的推力，這樣會(huì)造成鋼板移動(dòng)而不能更好地剪切。因此需要依靠螺栓3的作用將鋼板加緊。此外，該機(jī)構(gòu)可以通過調(diào)節(jié)頂板4的位置用來剪切不同寬度的鋼板。3.7液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的基本組成 1）能源裝置液壓泵。它將動(dòng)力部分（電動(dòng)機(jī)或其它遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)）所輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能，給系統(tǒng)提供壓力油液。2）執(zhí)行裝置液壓機(jī)（液壓缸、液壓馬達(dá)）。通過它將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，推動(dòng)負(fù)載做功。3）控制裝置液壓閥。通過它們的控制和調(diào)節(jié)，使液流的壓力、流速和方向得以改變，從而改變執(zhí)行元件的力（或力矩）、速度和方向，根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為村力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為益流閥(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。4）輔助裝置油箱、管路、蓄能器、濾油器、管接頭、壓力表開關(guān)等.通過這些元件把系統(tǒng)聯(lián)接起來，以實(shí)現(xiàn)各種工作循環(huán)。5）工作介質(zhì)液壓油。絕大多數(shù)液壓油采用礦物油，系統(tǒng)用它來傳遞能量或信息。采用液壓系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：在同等的體積下，液壓裝置能比其他裝置產(chǎn)生更多的動(dòng)力，在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，功率密度大，結(jié)構(gòu)緊湊，液壓馬達(dá)的體積和重量只有同等功率電機(jī)的12%。液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于重量輕，慣性小，反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)，制動(dòng)和頻繁的換向。液壓裝置可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，（調(diào)速范圍可達(dá)到2000），還可以在運(yùn)行的過程中實(shí)現(xiàn)調(diào)速。液壓傳動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，他對液體壓力，流量和流動(dòng)方向易于進(jìn)行調(diào)解或控制。液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。液壓元件以實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，通用化，壓也系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造和使用都比較方便。3.7.1液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及工況分析（1）設(shè)計(jì)要求本機(jī)主要用于剪切鋼板，用來生產(chǎn)汽車鋼板彈簧的。剪切機(jī)在剪切鋼板時(shí)液壓缸通過做弧形擺動(dòng)提供推力。主機(jī)運(yùn)動(dòng)對液壓系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的要求：剪切機(jī)在剪切鋼板時(shí)要求液壓裝置能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速，而且能夠保證剪切運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，并且效率要高，能夠?qū)崿F(xiàn)一定的自動(dòng)化。(2)工況分析本剪切機(jī)是一種剪切性能好，專門用來剪切小型方坯，生產(chǎn)汽車鋼板彈簧的機(jī)構(gòu)，工件裝配時(shí)可通過夾緊機(jī)構(gòu)來剪切不同寬度的鋼板。該機(jī)構(gòu)主要有兩部分組成：機(jī)械系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)。機(jī)械機(jī)構(gòu)主要起傳遞和支撐作用，液壓系統(tǒng)主要提供動(dòng)力，它們兩者共同作用實(shí)現(xiàn)剪切機(jī)的功能。工作負(fù)載的情況推程過程：F1=312KN回程過程：F2=A2P106=(D2 d2)P106=150.72KN3.7.2液壓缸參數(shù)的初步確定1液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑在油缸系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，根據(jù)計(jì)算出來的液壓缸所需提供的推力已經(jīng)計(jì)算出液壓缸的內(nèi)徑D=140mm，活塞桿的直徑d=100mm。由此求得液壓缸面積的實(shí)際有效面積為：2液壓缸的流量液壓缸的流量余缸徑和活塞的運(yùn)動(dòng)有關(guān)系，當(dāng)液壓缸的供油量Q不變時(shí)，除去在行程開始和結(jié)束時(shí)有一加速和減速階段外，活塞在行程的中間大多數(shù)時(shí)間保持恒定速度，液壓缸的流量可以計(jì)算如下： 式中： A 活塞有效工作面積 活塞的容積效率 采用彈形密封圈時(shí)=1，采用活塞環(huán)時(shí) =0.98 為液壓缸的最大運(yùn)動(dòng)速度 m/s代入數(shù)據(jù)，得 Qmax=150L/min Qmin=75.4 L/min3活塞的運(yùn)動(dòng)速速單位時(shí)間內(nèi)壓力油液推動(dòng)活塞移動(dòng)的距離，為活塞的運(yùn)動(dòng)速度。運(yùn)動(dòng)速度可示為 v=Q/A m/min當(dāng)活塞桿伸出時(shí) v=0.327m/s當(dāng)活塞桿縮回時(shí) v =0.1635 m/s4速比液壓缸活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度之比 2計(jì)算速比主要是為了確定活塞桿的直徑和要否設(shè)置緩沖裝置。速比不宜過大或過小，以免產(chǎn)生過大的背壓或造成活塞桿太細(xì)，穩(wěn)定性不好。5 活塞的理論推力和拉力 活塞桿伸出時(shí)的理論推力為 F1=A1P106=312KN 活塞桿縮回時(shí)的理論拉力為 =156KN3.7.3擬定液壓系統(tǒng)原理圖1系統(tǒng)工作壓力由設(shè)備類型、載荷大小、結(jié)構(gòu)要求和技術(shù)水平確定。工作壓力高，省材料，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，是現(xiàn)在液壓發(fā)展的方向，但要注意治漏、噪音控制和可靠性問題的妥善處理。由于本設(shè)備的剪切力大，而驅(qū)動(dòng)上刀架的液壓缸布置在機(jī)架上，要求設(shè)備的結(jié)構(gòu)小，安裝和檢修要方便。應(yīng)以選擇高壓為主，但壓力太高，其治漏、檢修等問題又比較難處理。根據(jù)工廠的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在進(jìn)行分析和考慮各種相關(guān)因素之后將系統(tǒng)壓力確定為20Mpa。圖3-12 剪切機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖1變量液壓泵；2先導(dǎo)式溢流閥；3二位二通電磁換向閥；4、7壓力表及其開關(guān)； 5單向閥；6減壓閥；8二位四通電磁換向閥；9液控順序閥；10單向節(jié)流閥；11剪刀液壓缸；12蓄能器2液壓油路原理圖啟動(dòng)升壓 電磁鐵3YA通電換向閥3（右移），其他都不動(dòng)。 進(jìn)油路：變量泵1單向閥5蓄能器。剪刀下降 電磁鐵1YA，2YA，3YA都得電。 進(jìn)油路：變量泵1單向閥5換向閥8右位液壓缸11上腔。 回油路 ：液壓缸11下腔單向節(jié)流閥10液控順序閥9換向閥8右位油箱。剪刀上升 電磁鐵1YA，3YA得電。 進(jìn)油路：變量泵1換向閥8左位液控順序閥9單向節(jié)流閥液壓缸11下腔。 回油路：液壓缸11上腔換向閥8左位油箱。系統(tǒng)卸荷 電磁鐵全部失電。 由于液控單向閥9的作用，液壓缸11停在原位不動(dòng)。 卸荷油路：變量泵1單向閥5先導(dǎo)式溢流閥2油箱。3.7.4選擇液壓元件1確定液壓泵規(guī)格和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率由前面工況分析，由最大壓制力和液壓主機(jī)類型，初定上液壓泵的工作壓力取為20Mpa，考慮到進(jìn)出油路上閥和管道的壓力損失為（含回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油腔），則液壓泵的最高工作壓力為上述計(jì)算所得的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力，另外考慮到一定壓力貯備量，并確保泵的壽命，其正常工作壓力為泵的額定壓力的80%左右因此選泵的額定壓力應(yīng)滿足：液壓泵的最大流量應(yīng)為：式中液壓泵的最大流量同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行所需流量之和的最大值，如果這時(shí)的溢流閥正進(jìn)行工作，尚須加溢流閥的最小溢流量。系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取，現(xiàn)取。由于液壓系統(tǒng)的工作壓力高，負(fù)載壓力大，功率大。大流量。所以選軸向柱塞變量泵。柱塞變量泵適用于負(fù)載大、功率大的機(jī)械設(shè)備（如龍門刨床、拉床、液壓機(jī)），柱塞式變量泵有以下的特點(diǎn)：1） 工作壓力高。因?yàn)橹c缸孔加工容易，尺寸精度及表面質(zhì)量可以達(dá)到很高的要求，油液泄漏小，容積效率高，能達(dá)到的工作壓力，一般是（），最高可以達(dá)到。2） 流量范圍較大。因?yàn)橹灰m當(dāng)加大柱塞直徑或增加柱塞數(shù)目，流量變增大。3） 改變柱塞的行程就能改變流量，容易制成各種變量型。4） 柱塞油泵主要零件均受壓，使材料強(qiáng)度得到充分利用，壽命長，單位功率重量小。但柱塞式變量泵的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。材料及加工精度要求高，加工量大，價(jià)格昂貴。根據(jù)以上算得的和在查閱相關(guān)手冊機(jī)械設(shè)計(jì)手冊成大先P17-174得：現(xiàn)選用XBY-F75，排量75ml/r，額定壓力28Mpa，額定轉(zhuǎn)速1500r/min，驅(qū)動(dòng)功率58KW，容積效率，重量70kg，容積效率達(dá)93%。由前面得知，本液壓系統(tǒng)最大功率出現(xiàn)在工作缸壓制階段，這時(shí)液壓泵的供油壓力值為28Mpa，流量為已選定泵的流量值。液壓泵的總效率。柱塞泵為，取0.82。 選用1000r/min的電動(dòng)機(jī)，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為：故選用電機(jī)YH28UM-4，其額定功率為90KW。2控制閥的選用液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能多的由標(biāo)準(zhǔn)液壓控制元件組成，液壓控制元件的主要選擇依據(jù)是閥所在的油路的最大工作壓力和通過該閥的最大實(shí)際流量，下面根據(jù)該原則依次進(jìn)行壓力控制閥，流量控制閥和換向閥的選擇。（1）壓力控制閥壓力控制閥的選用原則壓力：壓力控制閥的額定壓力應(yīng)大于液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最高壓力，以保證壓力控制閥正常工作。壓力調(diào)節(jié)范圍：系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力應(yīng)在法的壓力調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)。流量：通過壓力控制閥的實(shí)際流量應(yīng)小于壓力控制閥的額定流量。結(jié)構(gòu)類型：根據(jù)結(jié)構(gòu)類性及工作原理，壓力控制閥可以分為直動(dòng)型和先導(dǎo)型兩種，直動(dòng)型壓力控制閥結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但壓力受流量的變化影響大，調(diào)壓偏差大，不適用在高壓大流量下工作。但在緩沖制動(dòng)裝置中要求壓力控制閥的靈敏度高，應(yīng)采用直動(dòng)型溢流閥，先導(dǎo)型壓力控制閥的靈敏度和響應(yīng)速度比直動(dòng)閥低一些，調(diào)壓精度比直動(dòng)閥高，廣泛應(yīng)用于高壓，大流量和調(diào)壓精度要求較高的場合。此外，還應(yīng)考慮閥的安裝及連接形式，尺寸重量，價(jià)格，使用壽命，維護(hù)方便性，貨源情況等。根據(jù)上述選用原則，可以選擇直動(dòng)型壓力閥，再根據(jù)發(fā)的調(diào)定壓力及流量和相關(guān)參數(shù)，可以選擇DBT式直動(dòng)式溢流閥，相關(guān)參數(shù)如下：型號：DBT1/315G24 流量： 120L/min規(guī)格：10通徑，32Mpa，板式聯(lián)接 （2）流量控制閥的選用原則如下： 壓力：系統(tǒng)壓力的變化必須在閥的額定壓力之內(nèi)。流量：通過流量控制閥的流量應(yīng)小于該閥的額定流量。測量范圍：流量控制閥的流量調(diào)節(jié)范圍應(yīng)大于系統(tǒng)要求的流量范圍，特別注意，在選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，所選閥的最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行元件的最低穩(wěn)定速度要求。該剪切機(jī)液壓系統(tǒng)中所使用的流量控制閥有單向節(jié)流閥，單向節(jié)流閥的規(guī)格和型號如下：型號： ALF3-E10B 公稱通徑：10mm公稱流量: 48L/min (3)方向控制閥的選用原則如下：壓力：液壓系統(tǒng)的最大壓力應(yīng)低于閥的額定壓力流量：流經(jīng)方向控制閥最大流量一般不大于閥的流量。滑閥機(jī)能：滑閥機(jī)能之換向閥處于中位時(shí)的通路形式。操縱方式：選擇合適的操縱方式，如手動(dòng)，電動(dòng)，液動(dòng)等。方向控制閥在該系統(tǒng)中主要是指電磁換向閥，通過換向閥處于不同的位置，來實(shí)現(xiàn)油路的通斷。所選擇的換向閥型號及規(guī)格如下：型號：22EF3B-E10B 額定流量：30L/min 規(guī)格：6通徑，壓力20Mp結(jié) 論結(jié)論將液壓傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用于剪切機(jī)，實(shí)現(xiàn)了剪切機(jī)在工作時(shí)噪音小，占地面積節(jié)省及靈活性好的功能，而且通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)高速剪切，大大提高了工廠的生產(chǎn)效率。采用液壓壓驅(qū)動(dòng)方式，剪切機(jī)不但工作可靠，響應(yīng)靈敏度高，而且傳動(dòng)時(shí)平穩(wěn)，效率高，從而解決了傳統(tǒng)剪切機(jī)普遍存在的一些缺陷問題。根據(jù)給定的生產(chǎn)要求以及對液壓系統(tǒng)工況情況的分析，選定了適合要求的液壓元件。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求，對剪切機(jī)的主要零部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核，從而理論上論證了這種設(shè)計(jì)方法的可行性。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 丁時(shí)鋒，李清香. 基于PLC的板料液壓剪切機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)改造J. 液壓與氣動(dòng)，2007(7)：7072.2 杜詩文，李永堂，雷步芳. 棒料高速剪切機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)特性研究J. 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