液壓剪切機(jī)設(shè)計

1、本套設(shè)計有全套圖紙,有意者聯(lián)系, 522192623第一章緒論1.1 剪切機(jī)的類型、特點及選型用于對軋件進(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,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)動力來分,可分為電動和液壓兩類剪切機(jī)。平行刀片剪切機(jī):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(jī)。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(jī):兩個刀片中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,其傾斜角為16。它用來橫向冷剪或熱剪鋼板,帶

2、鋼,薄板坯,故又稱為鋼板剪切機(jī)。有時,也用于剪切成束的小型鋼材。圓盤式剪切機(jī):兩個刀片均成圓盤狀。用來縱向剪切運(yùn)動中的鋼板(帶鋼的邊,或?qū)摪?帶鋼剪成窄條。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)刀片在剪切軋件時跟隨軋件一起運(yùn)動。用來橫向剪切運(yùn)動中的軋件(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)剪切軋件時刀片的運(yùn)動特點,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)的特點實際下刀固定不動,上刀則是上下運(yùn)動的。剪切軋件的動作由上刀來完成,其剪切機(jī)構(gòu)由最簡單的曲柄連桿機(jī)構(gòu)組成。除了

3、剪切機(jī)本體之外,一般還配有定尺機(jī)構(gòu),切頭收集與輸送裝置等。由于下刀固定不動,為使剪切工作順利進(jìn)行,剪切的軋件厚度大于3060mm時,需在剪切機(jī)后裝設(shè)擺動臺或擺動輥道,其本身無驅(qū)動裝置。剪切時,上刀壓著軋件下降,迫使擺動臺也下降。當(dāng)剪切完畢,上刀上升時,擺動臺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)的特點是:上下刀都運(yùn)動,但剪切軋件的動作由下刀來完成,剪切時上刀不運(yùn)動。由于剪

4、切時下刀臺將軋件抬離輥道,故在剪切機(jī)后不設(shè)擺動臺,而且這種剪切機(jī)的機(jī)架不承受剪切力。由于上述兩個特點,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,以減輕整個剪切機(jī)組的設(shè)備重量。第二章液壓剪切機(jī)的設(shè)計計算設(shè)計參數(shù)剪切機(jī)型式:油壓小車移動式被剪鋼坯斷面尺寸:180180 mmmm165225 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

5、里取h=180mm;f是為了保證鋼坯有一些翹頭時,仍能通過剪切機(jī)的必要儲備,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=5 50mm,取q1=20mm;s上下刀片的重疊量,取 s=520mm,這里取s=10;q 2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為所設(shè)計的方坯剪切機(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算:

6、L=(22.5bmax(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=(22.5bmax=(22.5225=450562.5 mm,取L=500 mm 刀片斷面高度及寬度h=(0.651.5h (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 mmmm165225 mmmm則:h=(0.651.5h =(0.651.5 180=117270mm,取h=210mmb= h/(2.53=7084mm;取b=70mm最后根據(jù)表8-2(軋鋼機(jī)械(第

7、三版P259剪切刀片的尺寸最后確定為bhL=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/min6.3 300 300 70210 12162.1.3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(jī)械(第三版P259 表8-2,選擇理論空行程次數(shù)為:1216次/min。2.2 剪切機(jī)能力參數(shù)

8、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(dá)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(jī)的剪切力與剪切功剪切公稱能

9、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)計剪切機(jī)時,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,mmmax 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切力提高的系數(shù),其數(shù)值根據(jù)剪

10、切機(jī)能力選擇,中型剪切機(jī),K=1.2。按鋼坯斷面尺寸:180180 mmmmFmax=180180=32400 mm2按鋼坯斷面尺寸:165225 mmmmFmax= 165225=37125 mm2故: Pmax=KmaxFmax=1.2100165225=3.89 MN2當(dāng)軋件材料為27SiMn時因為該剪切材料無單位剪切阻力實驗數(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;Fmax軋件最大的原始斷面面積,mm2,根據(jù)上述 1中

11、計算可知,Pmax=0.61.2200165225=5.35 MN綜合以上計算結(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。而實際工程中,考慮到我們設(shè)計結(jié)構(gòu)的要求,確定為5.0 MN,相當(dāng)于500T液壓鍵切機(jī)。剪切功的計算根據(jù)剪切功可以近似而方便的計算出鍵切機(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,可按以下公式計算: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=963000 Nm第三章液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算液壓系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一

12、個組成部分,液壓系統(tǒng)的設(shè)計要同主機(jī)的總體設(shè)計同時進(jìn)行。著手設(shè)計時,必須從實際情況出發(fā),有機(jī)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(jìn)行每項工程設(shè)計的依據(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(jī)工作循環(huán):上刀下降,鎖緊小車右移下刀上升,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)動要平

13、穩(wěn),為使機(jī)構(gòu)具有所要求的精確運(yùn)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(jī)型式:油壓小車移動式被剪鋼坯斷面尺寸:180180 mmmm165225 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液壓缸的載荷計算是作用在活如圖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塞桿上的外部載荷,Fm是活塞與缸壁以及活塞桿與導(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

14、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)動分為啟動、工進(jìn)、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,Fw=G=4100N 式中:G-下刀臺重量;工進(jìn)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=5.35106+41005.35106N;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。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)軌的摩擦力。Fw=sG (3-1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

15、數(shù)導(dǎo)軌類型導(dǎo)軌材料運(yùn)動狀態(tài)摩擦系數(shù)滑動導(dǎo)軌鑄鐵對鑄鐵啟動時:低速(0.16/m s0.150.200.10.120.050.08滾動導(dǎo)軌鑄鐵對滾柱(珠淬火鋼導(dǎo)軌對滾柱0.0050.02 靜壓導(dǎo)軌鑄鐵0.005G=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,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/2+d/2

16、;(3-2式中:G 輥道車,剪體,鋼坯總重,G=225239N ; G 4剪切力,G 4=5.35610; 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=250mm ; d 軸承內(nèi)徑,d=70mm ;故:Mn=(225239+5.36610(0.05250/2+0.00370/2 =7.76610N/mm外載荷:Fw=2Mn Dc=7.610/125=62080N (3-3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。 同上.摩擦阻力矩:Mn=(G 1 +G 3(KDc/2+d/2=(

17、178000+40000(0.01250/2+0.00470/2 =303020N/mm ;外載荷:Fw=2Mn Dc=30。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(jī)構(gòu)的自重相對于軸心向下的轉(zhuǎn)矩.其最大轉(zhuǎn)矩約T=G Sm=78000.18=1404N m (3-4 式中:G 上刀臺及其相連機(jī)構(gòu)自重,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 So =14040.43Nm m=3265N ; (3-5 同理,上刀臺上升時,抬升缸下降,其外載荷Fw=-T So =-14040.43Nm m=-3265N ;

18、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=mFw (3-6 m 液壓缸的機(jī)械效率,一般取0.900.95,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4100 4316 工進(jìn) 5.35106 5.63106 快退 -4100 -4316 橫移缸 啟動33786 35564 右移 62080 65342 左移2424 2552 抬升缸下降 3265 3437 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,

19、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(jì),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,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(KN50工作壓力(MP0.81 1.52 2.53 34 45 5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)

20、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(MP0.8235 28 810 1018 2032500T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)計手冊單行本液壓傳動與控制表32及表33(參考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計手冊表19-6-33.2.3 計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸剪切缸剪切缸最大載荷時,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)計手冊。缸筒內(nèi)徑:(2124/1mF D p P =-(

21、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=0.7 P 1供油壓力,取21MPaP 2回油背壓,依據(jù)下表選P 2=1MPa表3-5 按工作壓力選取徑比參考表工作壓力(MPa 5.0 5.07.0 7.0 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)計手冊單行本液壓傳動與控制表23.4

22、-5及23.4-4故有:(66624 5.63100.592m 592mm 37D =-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 2221 3m 44D A = (3-8 (222222d 3.1460050086350mm 44D A -= (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2max4F d = (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:625.631030.53

23、.145004a MP =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,在其啟動時負(fù)載最大,F=65347N ,此時,橫移缸受拉(12212211F P A P A A A=-=-由上述的公式可得下式: (21241FD p P =-(3-11式中:活塞桿的徑比,=0.65; 1P 供油壓力,1P =6.3MPa ; 2P 回油背壓,2P =0.5MPa 。 則:(6264653470.1571573.14 6.31010.620.510D m mm =-由文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計手冊取標(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

24、d=110mm ;則液壓缸有效面積:2221 3.1416020096mm 44D A = (222222d 3.1416011010598mm 44D A -=活塞桿強(qiáng)度校核2max4F d =2653476.883.141104a MP =所以強(qiáng)度符合要求,校核完畢。抬升缸當(dāng)抬升缸抬升時,其負(fù)載F=3628N ,此時,活塞桿受壓(2124/1mF D p P =-式中:活塞桿的徑比,=0.65; 1P 供油壓力,1P =6.3MPa ; 2P 回油背壓,2P =0.5MPa 。 則: (662434373.14 6.3100.51010.65D =-0.027m =27由文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計手冊,

25、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 2221 3.1432804mm 44D A = (222222d 3.143220490mm 44D A -=活塞桿強(qiáng)度校核 2max4F d =2343710.93.14204a MP =所以強(qiáng)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=2.52/minmm =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為剪切周期開始,橫移缸,抬升缸開始動作,抬升缸抵

26、達(dá)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=0.82/minmm =0.4min=24s即在t=24s 時剪斷鋼坯。抬升缸:抬升缸抬升即上刀臺下降時間約取t 1=5sv 1=1L t =0.455m s =5.4m/min 抬升缸下降即上刀臺上升時間約取t 2=3sv 2=2L t =0.453m s =9m/min 式中: L=450m=0.45,液壓缸行程。剪切缸:抬升缸自鎖后,剪切缸即開始動作。 工進(jìn)時間 t 3=t-t 1=

27、19s 工進(jìn)速度 v 3=3H t =0.319m s =0.95m/min 快退時間 t 4=6s 快退速度 v 4=4H t =0.310m s=1.8m/min 橫移缸:右移時間 t 5=24s 右移速度 v 5=2m/min左移時間 t 6=6s 左移速度 v 6=6L t =0.86m s =8m/min 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(yùn)動速度 v/m/min 結(jié)構(gòu)參數(shù) A/mm 2流量 Q/L/min 計算公式 上刀下降 抬

28、升缸 5.4 804 4.3 Q=A 1v 小車啟動 橫移缸 0 10598 0 Q=A 2v 小車右移 橫移缸 2 10598 21.2 Q=A 2v 下刀上升 剪切缸 0.95 282600 268.0 Q=A 1v 下刀下降 剪切缸 1.8 86350 155.0 Q=A 2v 上刀上升 抬升缸 9 490 4.4 Q=A 2v 小車左移橫移缸820096160.7Q=A 1v3.2.6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(jìn)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 P

29、 2MPa結(jié)構(gòu)參數(shù)mm 2 工作壓力 P 1/MPa計算公式A1A2上刀下降抬升缸3437 0.5 804 490 4.582211F P APA+=小車啟動橫移缸35564 0 20096 10598 1.772211F P APA+=小車右移橫移缸65347 0.5 20096 10598 3.512211F P APA+=下刀上升剪切缸5.631062826086350 20.02211F P APA+=下刀下降剪切缸-4316 0.52826086350 0.952112F P APA+=上刀上升抬升缸-3628 1 804 490 1.632112F P APA+=小車左移橫移缸25

30、52 0.5 20096 10598 1.182112F P APA+=3.2.7擬定液壓系統(tǒng)工況圖 圖3-1各缸位移時間圖 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)。由液壓作為主傳動的剪切機(jī)叫做液壓剪切機(jī)。一個完整的液壓系統(tǒng)由五部分組成,即動力組件、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)計到。剪切機(jī)動力組件的作用是將原動機(jī)的機(jī)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

31、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(dá)的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,驅(qū)動負(fù)載做直線往復(fù)運(yùn)動。小方坯液壓剪切機(jī)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(yùn)動機(jī)構(gòu)可以采用液壓缸直接驅(qū)動,由剪切機(jī)的特點決定,可采用單活塞桿液壓缸,其有效工作面積大,雙向不對稱,往返不對稱的直線運(yùn)動。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

32、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。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號機(jī)械油。擬定液壓執(zhí)行組件運(yùn)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(jìn)速度由變量泵調(diào)節(jié)

33、,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(hù)作用。為減小回路中液壓沖擊,采用電液換向閥。M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

34、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(jìn)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。M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(yùn)動,必須使小車移動速度與鋼坯運(yùn)動速度相等,這就需要用速度傳感器將鋼坯的運(yùn)動速度與橫移缸的運(yùn)動速度測出,然后進(jìn)行比較,將差值快速的轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺鹘o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)動速度,并且與它同步運(yùn)動;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

35、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)到兩缸同時動作。 M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,刀片移動到上行程時,通過上行程開關(guān)發(fā)出電信號,使剪切缸,抬升缸和橫移缸均反向動作剪切缸觸發(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,停止動作抬升缸觸發(fā)行程開關(guān)時,停止動作等待下一周期運(yùn)行。液壓源的選擇剪

36、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。3.3.2擬定液壓系統(tǒng)圖 M M 圖3-7 液壓原理圖表3-9 剪切機(jī)電磁鐵工作循環(huán)表動作名稱 發(fā)訊元件電磁鐵DT 1DT2DT 3DT 4DT 5DT 6DT 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 - - -

37、- - + 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Pp1p P P P + (3-12 式中:1P 液壓缸最大工作壓力;1P =20.2MPaP 進(jìn)油路上總壓力損失,P =0.8MPa則:P P =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125%125%21.026.25N P P P MPa =2.液壓泵流量的確定max P Q K

38、 Q (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; max Q 高壓系統(tǒng)液壓缸最大總流量,max Q =268L/min 則:P Q =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 。(參考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計手冊(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 1p P P P + 式中:1P 液壓缸最大工作壓力;1P =4.58MPaP 進(jìn)油路上的總壓力損失,P =0.92MPa則:P P =4.58+0.92=

39、5.5 MPa考慮儲備取7 MPa 。2.液壓泵流量的確定max P Q K Q 式中:K 系統(tǒng)泄露系數(shù),一般取K=1.11.3,這里取K=1.1; max Q 高壓系統(tǒng)液壓缸最大總流量,max Q =160.7L/min 則:P Q =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)計手冊第四卷P19-136表19-5-16 3.4.2電動機(jī)功率的確定 高壓系統(tǒng)電動機(jī)的確定 驅(qū)動液壓泵的功率為:310N NPP Q P =(3-14 式中:N P 液壓泵最大工作壓力,N

40、P =21.0MPa N Q 液壓泵額定流量,N Q =364L/minp 液壓泵總效率,p =0.85則:6321.010*.8560P KW =考慮到剪切時間很短,而電動機(jī)一般允許在短時間內(nèi)超載25%,因此,150120125%P KW = 故根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊第五卷,選定Y315m 4w 型三相異步電動機(jī),其額定功率為132KW ,同步轉(zhuǎn)速為1500r/min 低壓系統(tǒng)電動機(jī)的確定310N NPP Q P =式中:N P 液壓泵最大工作壓力,N P =7MPaN Q 液壓泵額定流量,N Q =171L/minp 液壓泵總效率,p =0.85則6337101711023.5100.8560P

41、 KW -=故根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊第五卷,選定Y225M-6型三相異步電動機(jī),其額定功率為30KW ,同步轉(zhuǎn)速為1000r/min 。 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閥類元件的實際流量,可選出這些元件的型號和規(guī)格,見下表表3-10液壓剪切機(jī)液壓閥及附件明細(xì)表序號名稱 通徑型號 規(guī)格 最大實際流量 數(shù)量壓力 MPa流量 L/min 1 截止閥 50 CJZ-F50L 25 268 1 2過濾器50 QUIE400403240026813 安全閥30 BG-03-V32 25 96 14 單向閥20 RVP20B 31.5 300 268 15 截止閥50 CJZ-F50L 2

42、5 16 壓力表Y-200 025 31 17 電磁換向閥16 4WEG16G20B 28 300 268 18 單向調(diào)速閥30 MSA30EF 21 300 268 19 蓄能器50 NXQ2-L100 31.5 600 535 110 單向閥40 RVP40B 31.5 600 535 111 過濾器55 QUIE70010 32 700 535 112 冷卻器32 2LQFW-A5.3F 10 - 535 113 單向閥40 RVP40B 31.5 600 535 114 電磁換向閥 6 4WE6G50B 35 80 4.41 115 雙液控單向閥 6 Z2S6 31.5 60 4.41

43、 116 截止閥50 CJZ-F50L 165 217 過濾器50 QUIE40040 32 400 165 118 溢流閥30 BG-03-32 0.525 300 268 119 單向閥20 RVP20B 31.5 300 160.7 120 截止閥50 CJZ-F50L 160.7 121 壓力表Y-200 025 31 122 減壓閥32 DRC32-1 31.5 300 160.7 123 電磁換向閥16 4WEG16G20B 28 300 160.7 124 單向閥16 RVP16B 31.5 260 160.7 125 比例流量閥16 2FRE16 31.5 180 160.7

44、13.4.4 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)徑計算 2qd v= (3-15 (2 管道壁厚計算 2bPdn= (3-16 式中:d 油管內(nèi)徑q 管內(nèi)流量(3m /s v 管中油液的流速 油管壁厚P 管內(nèi)工作壓力,MPan 安全系數(shù),P17.5MPa 時,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

45、-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)工作壓力所選管道的內(nèi)徑與(Pa 壁厚(mm 高壓吸油管 364 1.3 77 7.2 21 80,10 高壓壓油管 268 5 34 3.0 20 40,5.5 高壓回油管 268 2.5 48 0.2 0.5 50,3 低壓吸油管 171 1.0 60 3.7 7 65,4 低壓壓油管 160.7 5 26 0.8 3.51 32,2.5 低壓回油管160.72410.20.550,33.4.5 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),

46、(由文獻(xiàn)液壓系統(tǒng)設(shè)計圖集表2.4-3高壓系統(tǒng)取a=10q 液壓泵每分鐘排出壓力油的容積,V Q =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3.5.1 驗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1P 、管件局部損失2P 和控制閥的壓力損3P 三部分組成:123P P P P =+(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即快速退回時進(jìn)油路的壓力損失。此管長L=12,管內(nèi)徑d=0.03m ,快速退

47、回時,通過流量Q=160.7L/min=2.68310-3/m s 。選用L-HM46號礦物油型液壓油,正常運(yùn)轉(zhuǎn)后油的運(yùn)動黏度取524.610/v m s -=,油的密度為3850/kg m =。油液在管路中的實際流速為: 3222.68103.79/3.140.0344Q v m s d -= (3-19 雷諾數(shù) e 53.790.03R 24724.610vd-= (3-20 圓形光滑管道,其臨界雷諾數(shù)(e R 2300L =(e e R R L 液流為紊流。沿程壓力損失: 212L v P d = (3-21 式中:沿程阻力系數(shù),0.250.31640.045R e= L 管道長度,L=

48、12md 管道內(nèi)徑,d=0.03mv 液體流速,v=3.79m/s液體的密度,=8503/kg m則:2112 3.790.0458500.110.032a P MP =2.局部壓力損失 2242v P = (3-22式中: 局部阻力系數(shù),=1.12;v 液體流速,v =3.79m/s ;液體密度,=8503/kg m則:22850 3.794 1.120.0272a P MP = 3控制閥的壓力損失23VW N Q P P Q = (3-23 式中:VW P 閥的額定壓力損失,MPaQ 通過閥的實際流量,L/minN Q 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

49、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: 2223165.7160.7160.70.20.310.243260300250a P MP =+= 4.進(jìn)油路上的壓力總損失1230.110.0270.2430.38a P P P P MP =+=+=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1P 、管件局部損失2P 和控制閥的壓力損3P 三部分組成:123P P P P =+1沿程壓力損失由于液體在同一管路中,

50、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(jìn)油路的壓力損失。此管長L=12,管內(nèi)徑d=0.025m ,快速退回時,通過流量Q=4.41L/min=0.07310-3/m s 。選用L-HM46號礦物油型液壓油,正常運(yùn)轉(zhuǎn)后油的運(yùn)動黏度取524.610/v m s -=,油的密度為3850/kg m =。油液在管路中的實際流速為: 3220.07100.14/3.140.02544Q v m s d -= 雷諾數(shù)e 50.140.025R 764.610vd-= 圓形光滑管道,其臨界雷諾數(shù)(e R 2300L =(e e R R L 液流為層流。

51、沿程壓力損失: 212L v P d = 式中:沿程阻力系數(shù), e640.842R = L 管道長度,L=12md 管道內(nèi)徑,d=0.025mv 液體流速,v=1.06m/s液體的密度,=8503/kg m則:21120.140.8428500.00340.0252a P MP = 2局部壓力損失 2242v P =式中: 局部阻力系數(shù),=1.12;v 液體流速,v =0.14m/s ;液體密度,=8503/kg m則:228500.144 1.120.000072a P MP = 3控制閥的壓力損失23VW N Q P P Q = 式中:VW P 閥的額定壓力損失,MPaQ 通過閥的實際流量,L/minN Q 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(jìn)油路上,依次經(jīng)過液控單向閥,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 。則: 223 4.41 4.410.20.30.0.0276015a P MP =+= 4進(jìn)油路上的壓力總損失1230.00340.000070.0270.03047a P P P P MP =+=+=經(jīng)