毕业设计（论文）-拉剪式纵剪机液压系统设计（系统部分）【全套图纸】 .pdf

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） i 摘要 纵剪机的作用主要是将较宽的金属卷沿长度方向剪切成多条所需宽度的带 材。 本次设计中对拉剪式纵剪机的液压系统设计做了一个详细的介绍。设计过程 中系统地分析了系统的工作状况，以及在该工作状况下系统所要达到的工作要 求，进而选择能满足要求的液压回路，通过相关参数的计算，根据产品的样本选 型，以达到系统的要求，最后进行了液压系统性能的验算。我此次设计负责的是 系统部分的设计，设计的重点是压臂、支板、芯轴和小车回路的设计计算和相关 元件的选取以及相关回路集成块的设计。 利用液压传动控制技术对剪切机进行改进，具有噪声小、剪切平稳等优点， 是一种新形式的液压剪切机，能够更好地服务于剪切行业的发展，更好地适应国 内外市场的需求，因此具有良好的市场前景。 本次设计中涉及到了液压集成块的设计。 液压集成块以其体积小， 安装方便， 结构紧凑，沿途损失小等优点也是液压技术发展的一大趋势，所以设计多种液压 集成块，将所有元件集成在一起，使整体局部紧凑、合理。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 关键词：纵剪机；液压系统；液压集成块 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） ii abstract the main role of the slitting machine is shearing the wide metal rolls into a plurality of desired width along the length direction. this design has done a detailed introduction on the hydraulic system of tension shear slitting machine. in the design, the working conditions is analyzed, and the requirements of the system under this conditions is also analyzed, so that we can choice the hydraulic circuit that meets the requirements. the most components are selected through the calculation of the relevant parameters, based on a sample of the products selection, to meet the system requirements. at last, has had a checking on the performance of the hydraulic system. i was responsible for the design of system. the design focuses on the pressing arm, supporting plate, the core shaft and the small loop designing, and selected the relevant components, and designed the hydraulic integrated block of the related circuit. making some reconstructions 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 type 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. this design also relates to the hydraulic integrated block .the hydraulic integrated block have the advantage of small volume, convenient install, compact instruction, the small loss of pipeline, comes to be the important advanced tendency in 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） iii the technology of hydraulic transmission. so i must use this equipment to integrate many components, that its overall layout is compact and reasonable. key words: slitting machine; hydraulic system; the hydraulic integrated block 目录 摘要 i abstract ii 前言 1 第一章 工况分析 3 第二章 总体参数确定 5 第三章 设计方案 6 3.1 液压工作介质的选择 6 3.2 液压回路的选择 6 3.2.1 调速方式的选择 6 3.2.2 调压方式的选择 6 3.2.3 换向方式的选择 7 第四章 拟定液压传动系统 8 4.1 上料小车部分 8 4.2 上料芯轴部分 11 4.3 开卷部分 13 4.4 横向切割部分 14 4.5 圆盘剪切机部分 16 4.6 压臂部分 17 4.7 支架部分 19 4.8 芯轴部分 21 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） iv 4.9 运卷小车部分 23 第五章 液压系统参数计算与元件选择 24 5.1 压臂部分 24 5.2 支板部分 28 5.3 芯轴部分 29 5.4 小车部分 33 第六章 其他回路各个标准件的确定 37 第七章 液压泵与相应电动机的确定 39 7.1 系统中的最高压力 p p 的确定 39 7.2 液压泵的最大流量 q p的确定 39 7.3 泵和电动机的选择 39 第八章 非标准件的设计 40 8.1 液压集成块的设计 41 8.2 底板 41 8.3 电动机与油泵的联合支架 41 8.4 油箱的设计计算 42 8.5 油箱盖 44 第九章 有关标准件的选择 45 9.1 联轴器 45 9.2 滤油器 45 9.3 空气滤清器 45 9.4 液位指示器 45 9.5 压力表 45 9.6 压力表开关 46 9.7 管件 46 9.8 管接头 45 第十章 液压系统计算 48 10.1 压力损失验算 48 10.1.1 沿程压力损失 48 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） v 10.1.2 局部压力损失 49 10.1.3 阀类元件局部压力损失 49 10.2 系统效率的估算 50 10.3 发热温升估算 50 结束语 52 参考文献 53 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 1 前言 剪切机是随着工业自动化进程的深入而得到越来越广泛的应用。近几十年 来，国内的轧钢生产得到了长足的发展，由于市场对产品不断提出新的要求，生 产厂对各种剪切机的要求也在不断的变化。在焊管的生产工艺中，带材纵剪是关 键工序之一，因此，纵剪机是极其重要的设备。过去的下料设备一般采用圆棒剪 切机、机械鳄鱼剪床等，都是采用皮带轮、齿轮传动，噪音大，占地面积大，节 拍固定，灵活性差。因此，需要开发一种新形式的液压剪床，以适应国内外市场 的需求。精密加工是现代机械加工发展的方向之一，它对毛坯的体积（重量）误 差， 断面形状及其他几何参数提出越来越高的要求，而现在的下料方法普遍存在 能耗高、效率低、材料消耗大和下料质量差等问题。因此，针对旧式剪切机的上 述缺点，展开对液压系统剪切机的研究是符合市场需要的。剪切机的种类很多， 从不同的角度出发，有不同的分法。 按剪切方式可分为横剪和纵剪；按被剪切 钢板的温度分为热剪和冷剪； 按剪切机的驱动方式分为机械剪、 液压剪和气动剪; 按机架的形式分为开式剪和闭式剪；按剪切钢板的品种又分为钢坯剪切机、钢板 剪切机、型钢剪切机和切管机 等。通常，按剪切机的剪刃形状与配置等特点可 分为平行刃剪切机、斜刃剪切机和圆盘剪切机。 我所做的设计主要涉及到纵剪机，纵剪机又称纵剪线，纵切机，分条机，是 金属分切设备的一种称呼。1.用途：适用于进行金属带料的纵向剪切工作,并将 分切后的窄条重新卷绕成卷。2.优点：操作方便,切割质量高、材料利用率高、 切割速度无级调速等特点。3.结构：由开卷（放卷） 、引料定位、分条纵剪、卷 取（收卷）等组成。4.适用材料：马口铁、硅钢片，铝带、铜、不锈钢板、镀锌 板等。 主要利用圆盘剪切机完成纵剪工作，圆盘式剪切机这种剪切机的上下剪刃 是圆盘状的。剪切时，圆盘刀以相等于钢板的运动速度做圆周运动，形成了一对 无端点的剪刃。圆盘剪通常设置在板材或带材的剪切线上，用来纵向剪切运动的 板材或带材。 液压传动相对于传统的传动方式有很多的优点： 1）传动平稳 在液压传动装置中，由于油液的压缩量非常小，在通常压力 下可以认为不可压缩，依靠油液的连续流动进行传动。油液有吸振能力，在油路 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 2 中还可以设置液压缓冲装置， 故不像机械机构因加工和装配误差会引起振动扣撞 击，使传动十分平稳，便于实现频繁的换向；因此它广泛地应用在要求传动平稳 的机械上，例如磨床几乎全都采用了液压传动。 2）质量轻体积小 液压传动与机械、电力等传动方式相比，在输出同样功 率的条件下， 体积和质量可以减少很多， 因此惯性小、 动作灵敏； 这对液压仿形、 液压自动控制和要求减轻质量的机器来说，是特别重要的。例如我国生产的1m3 挖掘机在采用液压传动后，比采用机械传动时的质量减轻了1t。 3）承载能力大 液压传动易于获得很大的力和转矩，因此广泛用于压制机、 隧道掘进机、万吨轮船操舵机和万吨水压机等。 4）容易实现无级调速 在液压传动中，调节液体的流量就可实现无级凋速， 并且凋速范围很大，可达2000：1，很容易获得极低的速度。 5）易于实现过载保护 液压系统中采取了很多安全保护措施，能够自动防 止过载，避免发生事故。 6）液压元件能够自动润滑 由于采用液压油作为工作介质，使液压传动装 置能自动润滑，因此元件的使用寿命较长。 7）容易实现复杂的动作 采用液压传动能获得各种复杂的机械动作，如仿 形车床的液压仿形刀架、数控铣床的液压工作台，可加工出不规则形状的零件。 8）简化机构 采用液压传动可大大地简化机械结构，从而减少了机械零部 件数目。 9）便于实现自动化 液压系统中，液体的压力、流量和方向是非常容易控 制的，再加上电气装置的配合，很容易实现复杂的自动工作循环。目前，液压传 动在组合机床和自动线上应用得很普遍。 10）便于实现“三化” 液压元件易于实现系列比、标准化和通用化也易 于设计和组织专业性大批量生产， 从而可提高生产率、 提高产品质量、 降低成本。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 3 第一章 工况分析 本人所设计的液压系统是为焊管厂所使用的，属于低压系统。该设备是由 上料小车、开卷、送料、圆盘刀片纵剪机、阻尼预分料、收卷机组、卸料小车、 控制系统等组成的生产线， 主要功能是将较宽的金属卷沿长度方向剪切成多条所 需宽度的带材。为轧制、冲裁、冷弯成型、冲压等工序制备坯料。通过调整上、 下刀轴的距离，以适应不同厚度的板材；更换不同规格的刀片隔圈、隔套，可分 剪成不同宽度带材。 工作概况如下： 图 1-1 纵剪机工作简图 上料小车将钢卷从外运到工作位置下方并将其竖直抬起至与芯轴同心的位 置。 芯轴水平伸出将钢卷固定。 开卷机开始动作，对钢卷进行松卷，向纵剪机输送带钢。 剪断机将不规则的带钢端头部分剪断。 纵剪机进行纵剪。 芯轴胀缩缸胀紧并将经过纵剪的带钢夹紧。 压臂压下形成带钢的张力，有利于带钢的卷取。 芯轴旋转卷取带钢。 卸料小车将纵剪完毕的带钢运走。 系统中各个部分的动作顺序及步骤在后述的的液压回路选择中会作比较详细的 分析，这里只作简单介绍。能运用液压系统完成的工作有： 小车的前进与后退。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 4 钢卷的抬起 开卷刀片的摆动与伸长。 圆盘剪切机刀片的调整。 压臂的运动。 支板的运动 芯轴部分的胀缩。 卸料小车的前进与后退。 假定该液压系统的应用于内蒙地区，环境常年较干旱。设备设置在厂房内， 冬天室内有暖气， 室内温度在 10左右， 夏天有天窗通风， 即使室外温度达 35 以上，室内温度不超过 30，一般为 25左右。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 5 第二章 总体参数确定 参考12p21-30 表 21-2-11 预选系统压力为 6.5mpa。参考3p209 由于液 压元件的出入流量较小，油路上的元件不多，所以压力损失估取为 1mpa。 基本参数： 带厚 0.153.0 mm 最大带宽 310mm 卷材内径 508mm/610mm 卷材外径 1600mm 卷材最大重量 1500kg 该系统属于低压系统，对密封性要求不高。 下表为本人所设计的部分的液压缸的具体参数， 其中行程和动作时间为参考其他同类 设计假定。 表 2-1 名 称 作用 行程（mm） 时间(s) 压 臂 缸 压臂抬起 200 3 压臂放下 200 4.5 支 板 缸 支板抬起 150 3 支板放下 150 2 芯 轴 缸 芯轴胀紧 30 1.2 芯轴缩小 30 2 小 车 缸 小车前进 800 5.2 小车后退 800 5 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 6 第三章 设计方案 因为本系统在车间内非行走机器，所以选用开始回路，即油泵抽油产生高压 油，经过执行元件回油箱，油液经过沉淀、冷却，所以对油液的性能要求不是很 高，可以节约资金。液压站体积很小，电动机、泵、底板、液压集成块全部固定 在油箱盖上。本系统在生产过程中精确度要求不是很高。 3.1 液压工作介质的选择 根据统计， 液压系统的故障 75%以上是由于液压介质及其污染所造成的， 因 此选择和使用液压系统工作介质，对提高液压设备的工作可靠性，延长元件和系 统的工作寿命，保证设备安全运行都有重要意义。由于前述中已经假定了工作环 境，所以液压油的工作环境温度上限为 30，温度下限为 5。因为液压系统附 近没有明火和高温热源的存在，所以没有着火的危险，选用一般矿物油。黏度是 液压油液选用中最重要的考虑因素，因为黏度过大，将增大液压系统的压力损失 和发热，导致系统效率下降，反之将会使泄漏增大，也使系统效率下降。参考3 p201 表 5- 31 、表 5- 32、表 5- 33 液压油定为 hm 油，黏度等级为 46.。 工作液体选定之后，若使用不当，将会因液体的性质变化导致液压系统工作 时常。因此在液压油使用中，一方面要注意工作条件的变化对其性能的影响，另 一方面要特别注意防止液体被污染（油液中的污染物主要有固体颗粒、水、空气 及各种化学物质；高水基液体中的微生物也是一种污染物） 。在工作液体储藏、 搬运及加注过程中及液压系统设计、制造中，应采取一定的防护、过渡措施防止 油液被污染，使油液的清洁度符合有关规定，且应对使用中的油液定期抽样检验 并定期换油。 3.2 液压回路的选择 3.2.1 调速方式的选择 因为所采用的为定量泵，所以使用节流调速回路，调速方式简单，一次性投 资少，节流调速回路中的进、回油路调速为恒压系统，系统的刚性较好，本系统 中采用调速阀，速度刚性很好，但会增加少量的功率损失。 3.2.2 调压方式的选择 因本系统中的压力流量均不相同，所以必须根据实际情况调压。系统中总压 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 7 力由所接入的溢流阀来调定，保证系统压力恒定，并且限制了最高压力，可以自 我保护。 由于只有一个油泵所以在各个支路中必须选择减压阀来获得适合个支路 的工作压力。当没有执行元件工作时，对油泵进行卸荷，这样可以延长液压泵的 寿命，节省动力消耗，降低系统发热，提高效率和操作想的安全性。 3.2.3 换向方式的选择 因为本系统中的动作比较简单，所以选用电磁换向阀比较适合，且能满足工 作要求。中位技能都选用“o”型和“y”型。 图 3-1 “o”型电磁换向阀 图 3-2“y”型电磁换向阀 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 8 第四章 拟定液压传动系统 液压传动系统的主要组成： 1) 执行元件（液压缸、液压马达） 2) 液压泵 3) 控制调节元件。包括各种压力、流量及方向控制阀，用以控制和调节液 流的压力，速度和方向，以满足机器的工作性能要求和实现各种不同的 工作循环。 4) 辅助元件。如油箱、冷却器、过滤器、蓄能器、管道、管件以及控制仪 表等。 该设备是由上料小车、开卷、送料、圆盘刀片纵剪机、阻尼预分料、收卷机 组、卸料小车、控制系统等组成的生产线，主要功能是将较宽的金属卷沿长度方 向剪切成多条所需宽度的带材。 为轧制、 冲裁、 冷弯成型、 冲压等工序制备坯料。 通过调整上、 下刀轴的距离， 以适应不同厚度的板材； 更换不同规格的刀片隔圈、 隔套，可分剪成不同宽度带材。 先逐个分析各个动作的执行过程，确定各个方案并选取其中最佳。 4.1 上料小车部分：上料小车需要完成的动作有将钢卷水平地运往工作位置正下 方， 然后将钢卷升起到与芯轴同心的位置以便芯轴能够插入进行固定，当芯轴固 定好钢卷后需要上料小车下降，然后水平移出工作位置正下方。在这里上料小车 需要有两个液压缸来控制小车的运动：一个控制其水平方向上的来回运动;另一 个控制其在竖直方向上的升降。下降时可以考虑选用柱塞缸中的单杆柱塞缸，可 以靠上料小车的自重回程。 根据上述分析可知，上料下车的水平运动过程不需要有特殊的速度要求，只 需完成动作即可，但是由于小车的自重和钢卷的重量比较大，在小车由运动到停 止时需要设置一定的装置来缓冲小车的惯性。液压缸可以选用单杆活塞缸，这种 缸较为普遍且适用于各类机械。 方案（一） ： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 9 图 4-1 上料小车水平运动回路 1 (图中省略了油箱，泵站，过滤器，溢流阀以及单向阀部分，下同) 在液压缸的一侧油路上接入行程节流阀，电磁铁 1ya 得电时换向阀左位接 入油路，液压缸向右运动，当活塞行至预定位置时，挡块压下行程节流阀使运动 部件逐渐减速直至停止，从而避免冲击。电磁铁都断电小车长时间停止运动。电 磁铁 2ya 得电时换向阀接入油路，液压缸向左运动，小车从工作位置撤出。 方案（二） ： 图 4-2 上料小车水平运动回路 2 参考6 p211 该方案通过将液压马达与小车的车轮轴进行连接，当电磁铁 1ya 得电时换向阀左位接入油路，液压马达转动带动车轮转动，小车前进；当电磁铁 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 10 2ya 得电时换向阀右位接入油路，小车后退；当电磁铁断电时小车停止运动。利 用回路中的双单向节流阀来调节小车的运动速度， 而回路中的平衡阀用来使小车 运动时保持平稳。 方案（一）利用行程节流阀来使小车缓冲，用以平衡其惯性，简单，经济， 但小车的速度调节方面和运动时的平稳性不如方案（二） ，方案（二）较（一） 性能要好， 但是由于其在结构设计上比较复杂， 从而使其造价要高出 （一） 很多， 根据前述中对上料小车的要求，所以方案（一）符合设计要求。 对于上料小车在竖直方向上的运动时，小车应该能够可以在特定位置上停 留， 且应该能够保证在这个位置上停留时不会因为重力作用而下滑，所以应该在 回路上设置液压锁。 方案（一） ： 图 4-3 上料小车竖直运动回路 1 由于现在上料小车的结构大都选用剪叉型结构， 所以液压缸在工作时会与地 面有一定的夹角，该回路当电磁铁 1ya 得电时换向阀左位接入油路，压力油经 左边液控单向阀进入液压缸左腔，同时控制口打开右边液控单向阀，使液压缸右 腔的回油可经右边液控单向阀流回油箱，液压缸活塞向右运动，推动小车上升； 当到达工作位置时电磁铁断电换向阀中位接入油路，因阀的中位技能为 y 型(h 型也可)，所以两个液控单向阀均关闭，小车停止上升，由于有液压锁所以小车 长时间停放也不会由于重力作用而下降，从而避免了安全隐患；当电磁铁 2ya 得电时换向阀右位接入油路，液压缸向左运动，小车下降。小车升降速度靠接入 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 11 油路的调速阀调节。 方案（二） ：液压缸考虑选用单杆柱塞缸，柱塞缸结构简单，制造、维修方便， 可以靠小车自身重量回程，节约能源。 图 4-4 上料小车竖直运动回路 2 当电磁铁 1ya 得电时换向阀左位接入油路，液压缸上升，推动小车上升；当电 磁铁断电换向阀中位接入油路，通过远程控制使油路通道打开，小车靠自身重力 下降; 当电磁铁 2ya 得电时换向阀右位接入油路，由于无法向液压缸中供油， 小车保持位置不变。 方案（一）中的柱塞液压缸的特点是缸体的内壁与柱塞不接触，而只靠导向 套与柱塞接触导向，缸体内壁可以不加工或只进行粗加工，工艺性能好，加工成 本低。但是柱塞缸的体积、重量都比较大，水平安装时，柱塞压向一边，容易造 成密封件和导向套的单边磨损，因此，柱塞缸最适宜垂直立式安装使用。小车的 运动时有一部分时间要求液压缸能够与地面成一定的夹角， 所以这里对于柱塞缸 有一定的弊端，要舍弃。方案（二）运用单杆活塞缸没有上述的缺点，而且该回 路锁紧可靠、持久、经得起负载变化的干扰，可以比较准确的控制小车在竖直方 向上的升降，可以选用。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 12 4.2 上料芯轴部分：芯轴的运动形式用两种：第一种，芯轴需要左右做水平运动 来横向穿入钢卷来固定，当钢卷消耗完时，芯轴需要水平移回，用以保证能够固 定下一卷钢带;第二种，芯轴需要转动用以配合开卷机实现开卷动作。 方案（一） ：芯轴左右运动时可以利用液压缸来实现，但卷筒需能够承受一定的 径向压力，用以支撑钢带的重量。 图 4-5 上料芯轴水平伸出动作回路 该回路当电磁铁 1ya 得电时换向阀左位接入油路，芯轴伸出。当两个电磁铁都 断电时芯轴在水平方向上不运动，用以固定钢卷，当电磁铁 2ya 得电时换向阀 右位接入油路，芯轴回程，方便下一卷钢带运到工作位置上。伸出和回去的速度 靠接在进油口的调速阀调节。 方案（二） ：由于对芯轴左右运动时速度上没有明显要求，亦可放弃液压缸运用 机械方法，比如曲柄滑块机构，实现往复运动。 图 4-6 曲柄滑块机构 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 13 方案 （一） 中运用液压系统对芯轴进行控制， 基于整个纵剪机液压系统设计， 能够节约一定的成本，而（二）中利用机械方法，需要设计另外的锁紧装置，以 使芯轴在伸出时不至于受到外力向内收回。选取方案（一） 。 开卷机工作时，需要芯轴能够转动，用以配合开卷机的工作，由于是配合开 卷机来实现开卷，所以不需要有比较大的转速和较多的转动圈数，但是运用液压 来实现该运动时，需要选用低转速的液压马达，比较运用电动机需要花费比较大 的成本，所以这里选用电动机配合减速器来实现运动。 4.3 开卷部分：开卷部分所需要完成的动作有：开卷刀片的抬起即摆动一定的角 度然后伸出至于钢卷相接触以使当钢卷转动时，能够完成开卷动作. 方案（一） ：当开卷刀片摆动一定角度时，可选用摆动液压马达。 图 4-7 开卷刀片摆动回路 1 该回路当电磁铁 1ya 得电时换向阀左位接入油路，液压马达摆动一定的角 度，当到达指定位置时，两个电磁铁断电，开卷刀片停止运动，然后刀片伸出， 完成开卷准备工作。当电磁铁 2ya 得电时换向阀右位接入油路，液压马达摆回 原始位置。 方案（二） ：可以利用液压缸竖直固定，液压缸一端与滑块相连，滑块与一端固 定的杆相连，但是需要加个液压锁，以保证开卷机刀片在外力的作用下不至于被 压缩，而使动作不能完成。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 14 图 4-8 开卷刀片摆动回路 2 该回路当电磁铁 1ya 得电时换向阀左位接入油路，压力油经左边液控单向 阀进入液压缸左腔，同时控制口打开右边液控单向阀，使液压缸右腔的回油可经 右边液控单向阀流回油箱，液压缸活塞向上运动，推动与滑块相连的杆摆动；当 到达工作位置时电磁铁断电换向阀中位接入油路，因阀的中位技能为 y 型(h 型 也可)，所以两个液控单向阀均关闭，杆摆动一定的角度后，固定不动。当电磁 铁 2ya 得电时换向阀右位接入油路，开卷机刀片摆回原始位置。 方案（一）中利用摆动液压马达来实现开卷刀片的摆动动作，准确，反应快 速，但是费用要比较高，不经济。而此步骤中的动作并不经常使用，所以选用比 较经济但是控制精度并不高的方案（二）比较合适。 对于开卷机刀片需要完成伸长动作时， 其原理和基本要求与上述中上料芯轴 部分的伸长功能相似，可选择与其相同的液压回路来完成其工作。 4.4 横向切割部分：当开卷动作完成后，可利用人工完成导入阶段，然后进行横 向切割，切除钢卷头部因焊接时所产生的不规则部分，因钢卷的厚度并不厚只有 0.15mm.3mm，而横切的工序并不多，所以可利用工人手工进行横切，亦可利 用斜刀片剪切机进行横向冷剪。 由于单面传动斜刀片剪切机因其结构简单，制造方便，应用较为广泛。 方案（一） ：可以利用曲柄连杆结构实现动作，由于下剪传动斜刀片剪切机，可 使剪切机高度降低，从而减轻重量，所以可以采用。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 15 图 4-9 下切式斜刀剪运动回路 1 参考2 p287 在下切式斜刀片剪切机中，液压驱动得到了广泛应用。上图为 采用液压缸串联同步的下切式斜刀片剪切机简图。当电磁铁 1ya 得电时换向阀 左位接入油路，液压油先进入左液压缸的无杆腔，而将液压缸有杆腔的油液排入 右液压缸的无杆腔，右液压缸的无杆腔则与回油管相联。只要使左边液压缸无杆 腔的面积与右边液压缸无杆腔的面积相等， 就可以实现下刀台两个液压缸同步升 降运动的要求。 方案（二） ： 图 4-10 下切式斜刀剪运动回路 2 该回路使用节流阀供给两个液压缸，在瞬间得到等量的油以达到同步工作， 该系统简单、经济，同步精度约为 2%5%。利用在进油口上加调速阀实现进油 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 16 口节流调速，在回油口接有背压阀。 方案 （一） 中利用两个液压缸的串联来实现液压缸的同步运动， 简单， 经济。 而方案（二）中利用节流阀来实现同步，但是所使用的元件要远比方案（一）中 多，且我们要应用的下切式斜刀片剪切机中要求的同步精度并不高，方案（一） 中的回路就能够满足要求，所以选用方案（一） 。 4.5 圆盘剪切机部分：这里分两种动作，第一种要求能够调节圆盘剪切机刀片与 钢带之间的距离使之与钢带相接触以使能够完成纵向剪切的工作， 而且在剪切过 程中要保证刀片与钢带之间的压力保持不变，以提高剪切质量，这里要设计成自 动调节位置的保压回路。 方案（一） ： 图 4-12 利用蓄能器的保压回路 由于这里支路需保压，液压泵通过单向阀向支路输油，当支路压力高到压力 继电器的调定值时，单向阀关闭，支路蓄能器中的高压油与液压缸高压腔相通实 现保压并补偿泄漏。 方案（二） ： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 17 图 4-13 利用液控单向阀的保压回路 该回路在缸的进油路上串联一个液控单向阀， 利用锥形阀座的密封性能实现 保压。若采用点接触式压力表，可控制压力波动范围和补压动作。当压力上升之 上触点调定压力时。上触点接通，电磁铁断电，系统由液控单向阀保压。当压力 下降至下触点调定压力时，电磁铁 1ya 得电时换向阀左位接入油路，泵供油， 使压力回升，实现保压。 方案（三） ：可以不设置保压回路利用机械锁紧结构来固定上下刀刃的距离。 图 4-14 圆盘剪上下刀轴调整回路 方案（一）中的回路适用于保压时间长，压力稳定性要求高的场合。而方案 （二）中的回路始于保压时间不太长、保压稳定性要求不太高(压力变化为 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 18 12mpa)，但要求功率损失较小的场合。根据分析和对所设计回路的要求并参考 相关资料选用方案（三） 。 圆盘剪切机的另外一种工作形式为通过液压马达或电动机带动使刀片所固 定的公共轴转动，以完成纵向剪切动作，且要求速度能够调节用来剪切不同厚度 的钢带。通过参考轧钢机械等有关书籍，生产中此部分的功用大都通过电动机带 动在利用减速器来调节速度。 4.6 压臂部分： 压臂部分所起的作用是压下形成带钢的张力， 有利于带钢的卷取， 压住钢带使其能够在芯轴的带动下能够完成卷取任务， 而且还能够辅助钢带的导 向任务，防止经纵向剪切的钢带走偏，以使卷取不理想，无法完成客户的要求。 这里压臂部分相当于一个杠杆结构， 通过调整与液压缸固定的一端使与钢带接触 的另一端能够得到调整，应具有一定的保压作用。 方案（一） ： 图 4-15 利用液控单向阀的保压回路 该回路在缸的进油路上串联一个液控单向阀， 利用锥形阀座的密封性能实现 保压。若采用点接触式压力表，可控制压力波动范围和补压动作。当压力上升至 上触点调定压力时。上触点接通，电磁铁断电，系统由液控单向阀保压。当压力 下降至下触点调定压力时，电磁铁 1ya 得电时换向阀左位接入油路，泵供油， 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 19 使压力回升，实现保压。在进油口上接了一个调速阀用来调节压臂压下时或者抬 起时的速度。而在回油路上接个背压阀可以增加回路工作时的平稳性。 方案（二） ： 图 4-16 利用蓄能器的保压回路 由于这里支路需保压，液压泵通过单向阀向支路输油，当支路压力高到压力 继电器的调定值时，单向阀关闭，支路蓄能器中的高压油与液压缸高压腔相通实 现保压并补偿泄漏。该回路适于保压时间长，压力稳定性要求高的场合。 本系统中对压臂部分的要求并不高，只需保持一定的压力，使钢带能够获得 一定的张力，以利于卷取工作的完成。保压时间也不是很长，所以可选用方案 （一） 。 4.7 支架部分：支架是安装在芯轴的下方，用于辅助卷取的结构。它可以支撑住 钢卷， 给予一定的力使钢带在卷取过程中钢带不至于产生松弛的想象。它是一个 “v”字型结构，可以随钢卷的卷取而运动，钢卷不断的增大，而使“v”字型 的角度逐渐变大，张开。这就要求构成“v”字型结构的两个液压缸，具有一定 的调速能力，保压能力和同步运动的特性。节流调速可以适用小功率、低速，对 速度稳定性要求较高的场合，而对容积调速回路，主要的优点是没有节流损失和 溢流损失，因而效率高，油液温升小，适用高速、大功率调速系统，缺点是变量 泵和变量马达的结构较复杂， 成本较高。 此支架部分由于是在低速条件下工作的， 所以可选用节流调速，而为了提高回路的综合性能，一般常用进油节流调速，并 在回路上加背压阀，使其兼备两者的优点。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 20 方案（一） ： 图 4-17 支架动作回路 1 该回路使用节流阀供给两个液压缸，在瞬间得到等量的油以达到同步工作， 该系统简单、经济，同步精度约为 2%5%。利用在进油口上加调速阀实现进油 口节流调速，在回油口上接有背压阀。在缸的进油路上串联一个液控单向阀，利 用锥形阀座的密封性能实现保压。若采用点接触式压力表，可控制压力波动范围 和补压动作。当压力上升之至触点调定压力时。上触点接通，电磁铁断电，系统 由液控单向阀保压。当压力下降至下触点调定压力时，电磁铁 1ya 得电时换向 阀左位接入油路，泵供油，使压力回升，实现保压。 方案（二） ： 图 4-18 支架动作回路 2 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 21 该回路串联的两个液压缸来完成同步运动，缸 1 的有活塞杆油腔 a 与缸 2 的无活塞杆油腔 b 的受压面积相等，每次循环中，如缸 1 或缸 2 先到达底部， 则限位开关作用使电磁换向阀 3 或 4 励磁，进行油压补偿，向 a、b 腔补入或放 出部分油流，使两个液压缸完成其全部行程。通过进口处安装调速阀实现调速， 利用 x 型中位机能实现保压。 方案（三） ： 图 4-19 支架动作回路 3 参考6 p212 该回路当电磁铁 1ya 得电时换向阀左位接入油路，支架上升， 当接触到钢卷时压力上升，当压力升至压力继电器的设定值时，电磁铁使电磁截 止阀球阀切换至左位，随着卷轴的卷取，卷材卷径增大，缸无杆腔压力上升，缸 无杆腔中的多余油液经单向调速阀、溢流阀、电磁截止球阀后回油箱，液压缸中 活塞下降；当电磁铁都断电时支架停止运动；当电磁铁 2ya 得电时换向阀右位 接入油路，液压缸下降，支架回程。 由于方案（三）能随着卷材卷径的增大自动的张开，可以不用设计别的辅助 行元件来控制支架部分的张开，可以节约成本，所以选用方案（三） 。 4.8 芯轴部分：此部分中主要包括卷取机胀缩机构的设计，胀缩缸完成的工作过 程有液压缸前进使芯轴膨胀，可以使钢带卷取时直径增大，以方便在卷取完毕的 时候将钢卷卸下。由于卷取机卷筒选用非自锁式的卷筒，所以这里要求要具有一 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 22 定的保压作用。 方案（一） ： 图 4-20 利用液控单向阀的保压回路 该回路在缸的进油路上串联一个液控单向阀， 利用锥形阀座的密封性能实现 保压。若采用点接触式压力表，可控制压力波动范围和补压动作。当压力上升之 至触点调定压力时。上触点接通，电磁铁断电，系统由液控单向阀保压。当压力 下降至下触点调定压力时，电磁铁 1ya 得电时换向阀左位接入油路，泵供油， 使压力回升，实现保压。 方案（二） ：参考7 p44 图 4-21 利用蓄能器的保压回路 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 23 由于这里支路需保压，液压泵通过单向阀向支路输油，当电磁铁 1ya 得电 时换向阀左位接入油路，支路压力高到压力继电器的调定值时，单向阀关闭，支 路蓄能器中的高压油与液压缸高压腔相通实现保压并补偿泄漏。 根据芯轴胀缩缸部分的要求这里选用方案（二）比较合适。 对于芯轴卷取部分， 由于参考资料大都选用电动机来带动而且液压卷取机方 面的参考资料比较少，所以这里选用电动机带动来完成卷取工作。 4.9 运卷小车部分：运卷小车负责的部分是将纵剪完的钢卷从工作位置运出，由 于这里小车的功用及要求都和前述中的小车运料部分相同， 所以可选用与其相同 的液压回路。 根据前述中对液压回路方案的选用，拟定系统原理图，详见图纸。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 24 第五章 液压系统参数计算与元件选择 由于本人主要负责拉剪式纵剪机的液压系统设计的系统部分， 即压臂、 支板、 运卷小车、芯轴等四部分的参数计算与元件选择。 液压系统的主要参数计算是指确定液压执行元件的工作压力和最大流量， 液 压执行元件的工作压力可以根据工作过程中的最大负载来确定。 参考3 p181 为了保证系统不致因过渡过程中过高的动态压力作用被破坏， 系统应有一定的压力储备量，通常推荐液压泵的额定压力可比 0 p（系统中的最 大工作压力）高 25%60%（高压系统取小值，中低压系统取大值） 。液压泵的额 定流量与 0 q 相当，不宜超过太多。 5.1 压臂部分 图 5-1 压臂受力简图 首先确定钢带在剪切时的剪切速度，剪切速度要根据生产率，被切钢板厚度 和机械性能来确定。剪切速度太大会影响剪切质量，太小又会影响生产率。常用 的剪切速度可按下表来选取。参考8 p181 表 9- 6 表 5-1 钢板厚度/mm 25 510 1020 2035 剪切速度/m/s 1.02.0 0.51.0 0.250.5 0.20.3 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 25 由于本人设计要求的钢板厚度为 0.153.0mm，所以剪切速度暂定为 2.0m/s， 材料为 45 钢，密度为 7.85 3 10kg/ 3 m ，带宽为 310mm，卷材外径1600mm.由 于压臂头与钢带的接触面积比较小，取为 10mm 的接触长度，接触部分的体积、 厚度取最大厚度 3mm， 则体积 v=310310=9300mm 3=93001093 m =9.310 6 3 m 则该部分的的质量为 m= v=7.85 3 10kg/ 3 m 9.310 6 3 m =73.00510 3 kg 离心力的公式为 f= r 2 mv 其中 r 为半径 （5- 1） f= 8 . 0 210005.73 23 =0.365 n 由于离心力对于压臂来说太小，所以可以忽略不计。 根据参考相关资料估测压臂自重约为 400 kg，各部分尺寸和受力分析如下： 图 5-2 压臂受力分析图 m5 . 0l1= ml5 . 1 2 即重心到支点的位置，此部分尺寸为估测 ml2 3 = 则根据平衡关系得： 21 glfl = （5- 2） 即：f=g l l 1 2 =g 5 . 0 5 . 1 =3117608 . 9400= n 由于此部分液压缸选用单杆活塞缸，参照工厂实测和12 p21- 312 液压缸直 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 26 径定位 63mm 活塞杆直径定位 45mm。参考3 p175 这里背压选为 0.8mpa. 则根据公式有 )063 . 0 ( 4 14 . 3 1027 . 1 11760f p 2 3 1 22 1 + = + = a ap （5- 3） =4.17mpa 式中： 1 a 液压缸无杆腔的面积 2 a 液压缸有杆腔的面积 1 p 液压缸进口的压力 2 p 液压缸出口的压力 摩擦阻力来自于液压缸本身及液压缸所驱动的运动部件， 如液压缸中的活塞 与缸筒内壁，活塞杆与导向套之间的密封摩擦。在上述计算中已将背压选取为较 大值，所以这里可以不着重复考虑。 惯性负载是指工作时执行机构的加速和减速的惯性力对工作压力的影响。 因为压臂抬起与放下属于旋转加速 = i 2 i mj i r j 为转动惯量 （5- 4） mz=jb mz为转动力矩 （5- 5） b= t b 为角加速度 （5- 6） =arctan 5 . 0 2 . 0 =21.8=0.0602=0.1212 加速时间t选为t=0.2s b= t =0.606 j=4001.5 2 =900 mz=9000.606=17126 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业设计） 27 惯性负载力 f1= 5 . 0 mz =3425.2 n 因为惯性负载相对于工作负载较小，因而可以忽略不计。 根据公式： v= a v q 式中： v 为活塞杆的速度 （5- 7） a 为进油腔的面积 q 为流量 v 为容积效率 通常选为 1 当压臂放下时 v= 5 . 4 2 . 0 m/s q= v va =va = 4 （0.063）2 v =1.3851