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QC11Y 自动剪板机设计 - 1 - 1 绪论 1.1 论文工作的理论意义和应用价值 随着工业技术的不断进步，制造业得到快速发展，生产规模不断扩大，专业分工更 加细化，生产过程对控制系统的自动化要求及产品质量精度要求越来越高。在生产制造 业中的金属板材制造业，需要根据尺寸要求对板材进行切断加工，所以剪板机就成为金 属板材制造业中使用最为广泛的板料剪断设备。PLC 剪板机以其灵活性、快速性、可靠 性和性价比高等特点取代传统继电器剪板机控制系统，而且具有操作简单、运行可靠、 编程简单、适应性强、控制精度高的明显优势。 本次课题的目的在于设计一套对金属板材剪切的具有PLC控制的自动化剪板机生产 系统，使其能更好的满足板料加工的要求，降低生产成本，提高生产效率，增强企业的 竞争力。 随着我国制造业的发展，自动剪板机的发展越来越成为机械制造行业的中流砥柱， 自动化也是我国现代化建设的必经之路。板料的加工需要更准确，更精确，更安全，保 证被剪板料剪切表面的直线度和平行度要求，并减少板材扭曲的现象，尽可能缩短加工 时间，改善操作人员的工作环境。 自动剪板机主要用于剪切金属板材，是重要的金属板材加工机床。其不仅用于机械 制造业，还是金属板材配送中心必不可少的装备，应用范围特别广泛，例如机械工业、 冶金工业、汽车、造船、电器电气工程设备、板金加工、钢管焊接、电子工业、航天航 空工业、农业机械制造、餐饮家具等各种行业，剪板机成为各工业部门使用最为广泛的 板料剪断设备。本次的设计在满足这些要求的基础上，能保证各种生产能顺利的进行， 并且减少不合格品的数量。 1.2 目前研究的概况 随着社会的进步， 时代的发展， 自动剪板机也在不断地进步， 越来越完善。 在汽车、 航空航天、电子和家用电器领域，需要大量的金属板壳零件，特别是汽车行业要求生产 规模化、车型个性化和覆盖件大型一体化。进入 21 世纪，我国汽车制造业飞速发展， 面对这一形式，我国的板材加工工艺及相应的冲压设备都有了长足的进步。 随着电子工业的发展，小型电子零件的需求日趋高涨，促进了高精度、高效率的自 动剪板机的发展。目前，日本已成为自动剪板机技术的领军，在 100KN 的压力，8mm 冲 QC11Y 自动剪板机设计 - 2 - 程下，滑块速度可达 4000 次/min，我国金丰、江苏扬锻、高将精机、江苏扬力、徐锻 和西安通力等公司都有自动剪板机产品。 当前，我国机械制造业中自动化装备少，水准低，不仅在数量上同世界先进国家有 较大差距，而且在品种上、质量上、应用上，同世界先进水平也存在阶段性差距。在这 种国情下，要把庞大的劳动力大军从机械制造生产岗位上撤下来，投入巨额资金改造现 有的大量落后设备和研制大量的现代自动化装备及控制装置， 在科学技术水准和人员素 质不太高的情况下采用先进的技术装备， 都是不现实的。 而大力发展低成本自动化技术， 确实潜力大，前景好，投资少，见效快，可以收到事半功倍的经济效果，适合我国现阶 段的发展需要和国情。 我国机械制造业存在大量的通用设备，在发展现代机械自动化技术时，可以应用微 电子技术改造这些已有通用设备。比如用数显、数控装置改造通用设备，提高单及自动 化程度；用可编程程序控制改造通用机床、专用机床、组合机床及其自动设备与半自动 设备组成的生产线，这样可以把计算机功能完备、编程灵活、适应性强的优点和继电器 控制简单、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来。这是一条低成本、高效益、符合 我国国情的机械自动化技术发展应用新途径。我国剪板机技术为适应市场发展，不断提 高装机水平，提高板材剪切技术及质量水平。 近年来，美国的维德曼公司和日本的天田公司相继开发了一种新型剪板机，这种剪 板机是数控装置，应用在板材成型柔性制造系统。这种数控剪板机与现有的剪板机的区 别是有两个相互垂直的刀刃。因此可以对板料进行直角剪切，这对排样后从大张板料上 套裁矩形板件十分有用， 如在普通剪板机上， 必须先要把板料送到剪板机刀刃进行横切， 然后再将板料旋转900再次送进去进行竖向剪切工作， 耗时耗力， 不易于提高劳动强度。 在设计优化方面， 国外在设计剪板机过程中通常以传统设计方法与现代过程中设计理念 相结合，同时广泛的使用各种 CAE 以及模拟软件，对设备实际运行情况进行仿真模拟， 进而了解设备结构的力学性能，同时修改不合理的结构，使设备性能达到使用要求。 1.3 未来的发展趋势 自动剪板机随着科学技术的发展及剪板机制造技术的提高， 以及社会对剪板机产品 多样化的需求不断扩大，自动剪板机产品的更新换代非常之迅速，自动剪板机产品品种 的多样化，使得剪板机出产规模已由过去的大批量出产方式为主转向以中、小批量轮番 出产占主导地位的局面，促进了剪板机数控机床的发展。 数控机床的发展泛起向两端扩展的方向，即一端是发展高技术、高功能的数控剪板 机产品，另一端是发展简易、廉价的数控剪板机车床及兼有手动与功能的手动型数控剪 板机机床，以满足出产中多层次的要求。 QC11Y 自动剪板机设计 - 3 - 在现行通用的经济型数控剪板机车床中，其纵、横向的自动进给运动均由步进电机 伺服驱动，共需要两套伺服系统。而在普通剪板机车床中，其纵、横向剪板机进给运动 则是由相互自锁的机械传动加以实现，无法实现两坐标联动功能。唯仿形剪板机车床例 外，它只有两坐标联动功能，可以车靴圆柱面、圆锥面和圆弧面等。其斜向仿形运动在 尺度样件（硬靠模）的控制下，通过液压伺服控制系统，作出与纵向主进给运动相适应 的仿形进给，从而实现了两坐标的联动功能。 国外的剪板机的技术功能越来越齐全，操作越来越方便，随着国外技术日新月异的 发展，自动剪板机必将实现智能化，体系开放化、驱动数据化、通信网络化、设备运行 的高速化和加工高精化。 (1)减少工序，提高设备利用率，减小劳动强度，提高工作效率。 (2)向自动化、智能化、集成化和信息化发展。机械技术和电子技术相结合，将先 进的微电子技术、电力电子技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现自 动化和智能化，以适应多批次少批量的柔性生产模式。 (3)向成套化， 系统化和规模化发展。 将自动剪板机上下料的单元组合为成套系统， 加强加工设备与物料搬运机械的有机结合，提高自动化程度，改善人机系统。 (4)采用新理论、新方法、新技术提高设计质量。通过计算机模拟与仿真，开展对 板料厚度变化的研究，寻求参数与机种的最佳匹配与组合；开展对可靠性的试验研究， 全面采用极限状态设计法、 概率设计法和可靠性设计等， 利用CAD提高设计效率与质量， 与计算机辅助制造系统相衔接，实现产品设计与制造一体化。 (5)用新结构、新部件、新材料和新工艺提高产品性能。结构方面采用薄壁型材和 异型钢，减少结构的拼接焊缝，采用各种高强度低合金钢新材料，提高承载能力，改善 受力条件，减轻自重和美化外形。在机构方面进一步开发新型传动零部件，简化机构， 以焊代铸，采用机电液一体化技术，提高使用性能和可靠性。开发性能好、成本低、可 靠性高的调速系统和电控系统。 1.4 设计内容及章节安排 本次的论文设计主要是对自动剪板机进行结构设计， 并需要绘制出剪板机的装配图， 还要对它的液压控制系统进行设计，主要是对元件的选用和原理图的绘制。通过查找各 种参考资料完成此次的设计。 细分就是需要对结构进行强度的计算以及材料型号的选定， 还要对其组成部分绘制零件图，并且还要完成装配图，使其合理的装配成一个完整的剪 板机；对于液压系统，要绘制出它的系统原理图，运行方式的选择，然后还要进行液压 元件的各种参数计算，其中包括各元器件规格型号的选用。 此次的设计说明书一共分为四章。第一章是绪论，一共分为 4 节，主要讲述了论文 QC11Y 自动剪板机设计 - 4 - 工作的理论意义和应用价值，目前研究的概况和发展趋势的研究概况，这里说的是国内 外发展情况，还有就是对工作内容的讲述和工作安排；第二章就是自动剪板机结构设计 的细则，它分为 6 节，里面有各种结构的尺寸以及各种参数的计算；第三章就是液压系 统的设计，它也是分为 6 节，有的节里面还分为几个部分，首先是对液压系统方案的选 择，然后是各元件的选择，最后是原理图的绘制以及液压系统工作原理的描述。第四章 就是对本次设计的总结与展望。在这四章之后还要有一个致谢和参考文献的记录。 QC11Y 自动剪板机设计 - 5 - 2 自动剪板机结构设计 剪板机主要是由机架、工作台、压料装置、上下剪刀以及它们的刀架组成的。机架 在整个结构中起着支撑固定的作用，它承载着所有的零件，保证系统能够平稳运行。工 作台是用来承载下刀架及其他零件。压料装置是用来压紧板材，保证其在剪切过程不移 动。上下剪刀分别要固定在各自的刀架上，它的作用就是剪切板料。 设计参数如下表所示： 表 2.1 剪板机设计参数 序号 名称 数值 单位 1 整体尺寸 4000*1800*2000 mm 2 可剪最大板厚 10 mm 3 可剪最大板宽 3000 mm 4 被剪材料强度 400 N/mm2 5 剪切角 2 6 工进速度 25 mm/s 7 刀具长度 3200 mm 8 工作台离地面高 800 mm 2.1 自动剪板机机架设计及计算 机架作为有着支撑功用的存在，它包含有立柱、工作台和各种梁。大多数自动剪板 机的机架都是采用组合焊接的方式， 这种方法相比较而言稳定性还是很好的， 比较可靠， 刚度也是很好的。机架的尺寸就是上面所要求的尺寸。机架是一个比较重要的存在，它 不光要承受放置在它上面的部件的重量， 还要保证系统在运行时能够处于一个稳定的环 境，不会发生晃动等一系列情况，也不会因为内部运作的剧烈而发生机架本身的破损等 情况。根据以往经验，机架材料一般选用灰铸铁，在 120MPa-175MPa。灰铸铁它是属 于脆性材料的，则它的安全系数 n 选择为 2。那么许用应力 = = 120 1.2 = 100MPa (2-1) QC11Y 自动剪板机设计 - 6 - 机架结构如图所示： 图 2.1 机架 在剪刀进行剪切的过程中，机架会受到来自剪刀的剪切力剪（在 2.6 进行详细计 算得出剪= 275KN） ，还有压料装置的压紧力压（在 3.2 进行详细计算得出压= 165KN） ，推力 T。其中， T = 0.3剪= 0.3 275 = 82.5KN (2-2) F = 剪+ 1 2 压+ = 440KN (2-3) = A = 440103 40001800106 103= 60MPa (2-4) 因为 = 60MPa 38,所以设计合理。 如图所示，是下滚轮的结构图，下滚轮装置的位置是不变的。先将滚轮轴承固定在 支撑轴上，然后支撑轴通过支撑架固定在支撑板上。 1. 端盖 2.紧固螺栓 3.支撑架 4.滚轮轴承 5.支撑轴 6.轴用挡圈 7.支撑板 图 2.3 下滚轮图 如图所示，是前滚轮的结构图，滚轮轴承放于销轴上，轴孔中装有碟形弹簧，能够 调节位移，用螺栓将装置固定在机架支撑板上。 QC11Y 自动剪板机设计 - 10 - 1. 支撑架紧固螺栓 2.端盖紧固螺栓 3.支撑轴 4.碟形弹簧组 5.机架支撑板 6.导向销钉 7.滚轮 轴承 8.销轴 9.支撑架 图 2.4 前滚轮图 如图所示，是上滚轮的结构图，滚轮轴承装于偏心轴上，偏心轴通过轴承定于支撑 板上，通过转动偏心轴使得前滚轮能够动起来。 QC11Y 自动剪板机设计 - 11 - 1. 两侧支撑板 2.轴用挡圈 3.支撑轴承 4.孔用挡圈 5.偏心轴 6.滚轮轴承 图 2.5 上滚轮图 2.5 自动剪板机设计参数 2.5.1 剪切行程 计算上剪刀行程的公式： = p+ = 1+ s + 1+ r + maxtan (2-9) 其中， max是可剪最大板宽， 有上面可知为 3000mm； 是剪切角， 由上表可知为 2； 1是台架与压板之间有多远，这个值可由可剪最大板厚求得，即1= 10 + 5075 = 6085，我选择 60mm；s 是两剪刀重合的部分值，它在 5-25mm 之间，我选择 15mm；1是 压料板到上剪刀是有多远，它也是在 5-25mm 之间，我选 20mm；r 是下剪刀到台架有多 远，它在 5-20mm 之间，我选 15mm。 根据上面的选择的数值，最后计算得见切行程= 214.76mm。由于还要把腋亚缸 的幻充行程包括在里面，还有一些小小的误差之类的，最后敲定剪切行程为 240mm。 2.5.2 剪切力 竖直方向上的剪切力包含了剪切过程的三个力，一个是纯俭且立，一个是被剪掉的 那块板材的万曲力，还有一个就是剪且剩下那快板材的弯曲力。有： 垂= 0.6 2 tan （1 + Z tan 0.6 + 1 1+ 10 2 ） (2-10) 是被剪板材的抗拉强度，是被剪板材的伸长率，h 是被剪板厚， 是剪切角。 是刀的间隙，C 是压料脚轴线到下剪刀的距离，x 是压料脚距离的相对值，x = 。 Z 是弯曲系数，取 Z 为 0.95，y 是刀片间隙的相对值，y = h 。 预先设定的是 400MPa，低合金工具钢的一般取 0.26，预设值 h 为 10mm，剪切角是 2，=3mm， 则 y=0.3，C 取 70mm，因为 h 在 10-12.5 区间，则 x=0.7。将上述数值代入上式中，计 算结果为垂=348.48KN。 水平方向上的剪切力大约为垂直方向上的 20%-30%，在这里选择 20%，得 水=69.696kN。 那么合力 QC11Y 自动剪板机设计 - 12 - 剪=水 2 + 垂 2 = 275KN (2-11) 综上可知，求得的剪切力可以满足最大剪切厚度的要求，设计合理。 QC11Y 自动剪板机设计 - 13 - 3 液压系统的设计 在 QC11Y 自动剪板机中， 压料装置的压紧是通过液压缸来实现的， 是根据液压油的 压力与弹簧的弹性力的关系来实现压紧与放松； 还有就是剪刀的上下行也是通过液压系 统来实现， 通过液压油分别进入两缸的有杆腔和无杆腔使得剪刀能向下剪切和向上回程。 接下来开展液压系统的设计。 3.1 液压系统总体设计方案 3.1.1 方案的确定 本次设计中有两部分用到了液压缸，一部分是剪切刀的驱动，一部分是板料的压紧 装置。常规的运作，要先将板料压紧后才能进行剪切，所以这样就有了压料液压缸先动 作，驱动剪切刀的液压缸在压紧后动作。进行完一次剪切的任务后，驱动剪切刀的液压 缸依赖液压油反方向运行，压料液压缸是依赖这弹性力反方向运行。 3.1.2 液压缸连接方式 在这次的设计中，剪切刀是由左右两个液压缸一起控制的，那么，就必须要保证两 液压缸能够同步运行，否则就会使剪切刀产生倾斜，那么就可能会影响到剪切质量，可 能会是剪切粘连、剪不断等情况，还可能是剪切刀过度向下而撞到两边的支撑板，进而 对工作效率产生一定的影响还会对元件的寿命造成影响。 足以见得两缸能够同步运行的 重要性。根据这一需求，有如下几种缸的连接方式： （1） 两缸串联 图 3.1 串联缸 QC11Y 自动剪板机设计 - 14 - 如图所示，两缸通过串联的方式进行连接，并且，若要保证两缸能够同步运行，需 要保证左缸与右缸直接连接的那两部分的面积大小相同。 （2） 两缸并联 图 3.2 并联缸 如图所示，两缸并联，两缸可以是同时通入液压油，同时驱动剪切刀运动，而图中 的调节换向阀则是用来使剪切刀进行回程的。 （3） 两缸并联 图 3.3 并联缸 2 QC11Y 自动剪板机设计 - 15 - 如图所示，此种方式较前两种方式而言略显复杂，但同样的，它是左右完全对称相 同的，也是可以做到使两缸能够同步运行的，因为两个液压泵是由一个电动机控制的。 以上就是液压缸连接方式的选择方案，正如上面所提到的，第三种方式较前两种方 式相比来看有些复杂，元件数量还增多，需要两个液压泵，两个二位四通的换向阀，成 本略高； 而前两种方式的比较来看， 无论在什么条件下都不能保证两液压缸的同步运行， 导致剪刀发生倾斜，影响剪切质量。而并联缸，在两并联支路的油路路程相同的情况下 是可以保证两液压缸的同步运行。 考虑到多方面条件， 最终我决定了用两缸串联的方式。 3.2 液压系统原理 液压系统原理图如图所示： 1.油箱 2.液位计 3.空气滤清器 4.过滤器 5.电动机 6.液压泵 7.单向阀 8.溢流阀 9.换向阀 10.压料板 11.压力继电器 12.换向阀 13.单向阀 14.液压缸 15.刀架 16.单向节流阀 图 3.4 液压系统原理图 QC11Y 自动剪板机设计 - 16 - 图 3.5 进给控制线路图 它的工作原理： 没开始工作的时候， 它的回路是不通的， 是静止的。 当开始工作时， 首先 YV1 通电，电磁阀 9 的阀芯向左运行，使它的右部分接入回路；与此同时，电动机 也通上了电，这样液压泵就进入了工作状态，液压油顺着油管走到液压元件中，先从 1 中通过 2 进入到液压泵 4 中，然后流过单向阀 7，接着走入换向阀；然后液压油行至压 料板的液压缸 10 中，液压油的压力越来越大直至克服弹簧力使活塞杆向下运行。因为 上面的换向阀并没有得电， 所以油路是不通的， 并且还有一个单向阀， 油路也是不通的， 油并不能行至上面的缸中，更不能驱动剪刀。当活塞杆压紧板料后，压力继电器 11 检 测到预设值，然后发出信号，此时二位一通换向阀就会得电，即 YV3 得电，阀芯向右运 动， 使左部分接入回路， 回路接通， 液压油通过该换向阀行至左边的液压缸的有杆腔中， 由于左边的液压缸的无杆腔和右边的液压缸的有杆腔的面积是相同的， 那么两杆就会一 起向下运行剪切作业，油通过上图的两个液压元件再次流入油箱中。当剪刀完成剪切工 作，向下运行至预设位置，碰至行程开关，再次发一个指示，那么就会使得三位四通换 向阀的 YV1 和二位一通的 YV3 换向阀失电，与此同时 YV2 得电，那么换向阀 9 的阀芯就 会向右运动，使它的左部分接入回路。那么液压油将沿着反方向推动系统的运行，先是 通过换向阀 9 的左部分，然后经过单向调速阀 16，接着流入到右边的液压缸的无杆腔， 同理同步运行，液压油分别通过二位一通阀和三位四通阀流入油箱。在这一过程中，压 料板的液压缸中的液压油也随之流回油箱，由于弹簧力的存在，活塞杆慢慢向上抬起， 松开板料。剪刀向上运行至预设位置，碰至行程开关，发个信号，图中的换向阀全部失 电， 各油口都处于封闭的状态， 回路处于断的状态， 剪刀就会停在上方也不会有所运动。 这样就完成了一次剪切，如此反复运行，直至切完一整个板料。 3.3 液压缸的参数计算与选型 由上述可知剪= 275KN，除此之外，该自动剪板机在工作过程中由于存在摩擦等 因素造成一部分损失，所以最大剪切力 F 应选择为 280KN。预先选用两个液压缸，那么 QC11Y 自动剪板机设计 - 17 - 每个液压缸上的理论工作压力为 140KN。该自动剪板机设计为立式的，并且刀的移动距 离不是很大，因此我选择缸筒固定的立置单杆活塞缸，从而根据活塞杆的上下移动来控 制刀的上下运动，进行对板料的剪切。接下来，利用公式 F = P (1 杆 1) = P （ 1 2 4 杆 1 2 4 ） (3-1) 式中，P工作压力 1液压缸无杆腔直径 杆 1液压缸活塞杆直径 F作用在每个液压缸上的力 当 P7Mpa，杆 1= 0.71，则 1= 4 0.51 = 41.4105 0.513.141.6107 = 0.148m = 148mm (3-2) 根据下表： 表 3.1 液压缸缸筒内径尺寸系列 单位：mm 8 40 125 320 10 50 （140） 400 12 63 160 500 16 80 （180） 630 20 （90） 200 25 100 （220） 32 （110） 250 可得液压缸内径1标准尺寸为 160mm，则活塞杆直径 杆 1= 0.71= 0.7 160 = 112mm (3-3) 无活塞杆腔面积 1= 1 2 4 = 3,14160160 4 = 2.01 106mm2= 201cm2 (3-4) 有活塞杆腔面积 2= 1 2 4 杆 1 2 4 = (16021122) 4 = 1.024 106mm2= 102.4cm2 (3-5) QC11Y 自动剪板机设计 - 18 - 液压缸实际工作压力 实= P2= 1.6 107 102.4 104= 163.84KN 140KN (3-6) 综上可知此处设计合理。 根据需要，需保证两个液压缸能够同步运作，所以选择两液压缸并联的方式，并且 它们的尺寸是相同的。左缸的无活塞杆腔的面积与右缸的无活塞杆腔的面积相同，即有 右缸有活塞杆腔的面积3= 1= 201mm2，且 3= 2 2 4 杆 2 2 4 (3-7) 杆 2= 0.72 (3-8) 所以， 2= 14.8cm。 同理，由上表得右缸内径2标准尺寸为 160mm。 则活塞杆直径 杆 2= 0.72= 0.7 160 = 112mm (3-9) 右缸无活塞杆面积 4= 2 2 4 = 2.01 106mm2= 201cm2 (3-10) 压料板包含了 10 个小型油缸，在进行剪切的时候，上剪刀对被剪板材产生一水平 方向的力，所以就要靠压料板所施加的力来平衡这个力。资料显示，计算这个压料板提 供的力的公式为 F = 1 2 剪 2500 = 1 2 275 3000103 2500 = 165KN (3-11) 那么每个油缸需要供给 16.5KN 的力。由公式 F = P 3 2 4 (3-12) 可得 3= 4 = 41.65104 3.141.6107 = 34.56mm (3-13) 根据上表 3-1，可得油缸内径3的标准尺寸为 40mm。小型油缸的活塞杆直径 杆 3= 0.73= 28mm (3-14) 那么小型液压缸的实际压力 F = p 3 2 4 = 1.6 107 3.14402 4 106 103= 20.096KN (3-15) 因为 20.09615，20.096 10 = 200.96 165,设计合理，可以应用。因为此款压 QC11Y 自动剪板机设计 - 19 - 料装置设有弹簧，压紧板料时，液压油从油箱进入无杆腔，当结束时，由于弹性力的存 在，油又从无杆腔进入油箱。厂家根据我们提供的尺寸就可以制造出这样的小型油缸， 以满足我们的需要。 图 3.6 压料液压缸实物图 由于压料液压缸大小有限，并且它的活塞杆的行程不必太长，在这方面可以节约时 间，又考虑到板料表面不一定均匀，行程又不能太短，综上两方面考虑，并查找行程系 列，取得标准值，最终选取压料液压缸活塞杆行程为 50mm。 表 3.2 活塞杆行程系列 单位：mm 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 3.4 液压泵流量的计算与选型 表 3.3 各类液压泵的性能及应用 类型 齿轮泵 叶片泵 螺旋泵 柱塞泵 内啮合 外啮合 单作 用 双作 用 轴向 径向 渐开摆线式 斜盘斜轴轴配阀 QC11Y 自动剪板机设计 - 20 - 性能 参数 线式 式 式 流式 流 盘 式 压 力 范 围 /M Pa 低 压 型 2.5 1.6 2.5 6.3 6.3 2.5 40 40 35 70 中 、 高 压 型 30 16 30 21 32 10 排量范 围/mL 1 0.33 00 2.515 0 0.365 0 1320 0.54 80 19200 0.2 560 0.23 600 1625 00 72.36,所以电动机选择合理。 表 3.5 电动机型号系列表 电动机型号 额定功率/kw 满载转速/ （r/min） 堵转转矩 额定转矩 最大转矩 额定转矩 同步转速 1500r/min，4 极 Y801-4 0.55 1390 2.2 2.2 Y802-4 0.75 1390 2.2 2.2 Y90S-4 1.1 1400 2.2 2.2 Y90L-4 1.5 1400 2.2 2.2 Y100L.1-4 2.2 1420 2.2 2.2 Y100L.2-4 3 1420 2.2 2.2 Y112M-4 4 1440 2.2 2.2 Y132S-4 5.5 1440 2.2 2.2 Y132M-4 7.5 1440 2.2 2.2 Y160M-4 11 1460 2.2 2.2 Y160L-4 15 1460 2.2 2.2 Y180M-4 18.5 1470 2.0 2.2 Y180L-4 22 1470 2.0 2.2 Y200L-4 30 1470 2.0 2.2 QC11Y 自动剪板机设计 - 24 - 3.6 液压元件的选择 液压系统里是包含着特别多的液压元件的， 每个液压元件都有存在的意义的作用的。 如果有一个元件出现问题，那么它将影响到整个系统的运作，甚至可能会破坏到某一环 节，从而阻碍了整个工作的正常进行，影响了工作效率，进而可能影响到企业的利润。 并且每一个元件的型号都是有一定依据进行选择的，要能符合系统的需要，否则将会影 响系统正常安全的运行。 3.6.1 油管的选择 任何一个液压系统中都必须要有油管的存在，油管就像是电路中导线一样的作用， 将各元器件连接起来，使之能形成通路构成回路，使得整个系统能够运作起来。而液压 系统中的介质则是液压油，液压油通过油管从液压泵运送到液压缸以驱动系统，并且还 能通过油管从液压缸重新回到油箱中进行回程。足以见得油管的地位也是很高的。现实 中存在着各种各样的油管，它们的材质和形状不尽相同。有钢管、铜管、尼龙管、橡胶 管等。 （1）钢管又有无缝钢管和焊接钢管两种。无缝钢管主要用在高压系统，焊接钢管 主要用在中低压系统。钢管承压能力好，价格也很便宜，强度也很高，刚度也很好，但 装配和弯曲有些难。 （2）铜管有黄铜管和纯铜管两种。铜管装配比较方便，也比较容易弯曲，但是强 度有点低，抗振的能力也有点差，材料的价格也是比较高的，然后它还比较容易让液压 油被氧化，这是比较不好的地方。铜管通常是用在比较难装配之处，亦或是用在中低压 系统。 （3）尼龙管的价格呢是比较便宜的，它的硬度不是很高，所以它弯曲比较容易， 这又导致了它的寿命不是很长，它有两个承压能力，一个是 2.5MPa，一个是 8MPa。尼 龙管普遍用在低压系统。 （4）橡胶管分为高压橡胶管和低压橡胶管。高压橡胶管的钢丝层越多，油管的耐 压能力就会越好，而低压橡胶管是帆布或棉线组成的编织层。橡胶管主要是用在有相对 运动的元件之间的相连。 综上考虑以上几种油管各自的优点和缺点，最后我选择用钢管和高压橡胶管。根据 它们的特点，主要是应用钢管，在有弯曲和结合处使用高压橡胶管，我认为这样的应该 是比较合适的，在一些程度上也是可以减少一些费用，提高整个系统的稳定性。 接下来进行油管的计算： 其中分别选取吸油管、 压油管、 回油管液压油流速为 1m/s、 5m/s、2m/s。 QC11Y 自动剪板机设计 - 25 - 吸油管内径 1= 2 = 287.9810 3 3.14160 103= 43.22mm (3-22) 查表得内径标准值1= 40mm 压油管内径 2= 2 = 287.9810 3 3.14560 103= 19.32mm (3-23) 查表得内径标准值2= 20mm 回油管内径 3= 2 = 287.9810 3 3.14260 103= 30.56mm (3-24) 查表得内径标准值3= 32mm 3.6.2 油箱的选择 油箱的主要作用是存储液压油，除此之外它还具有散热、沉淀污物、析出液压油中 渗入的空气等作用。油箱以上的优点能促进系统更好的工作，选择优质的油箱，甚至可 以提高系统的工作效率。 油箱有开式结构和闭式结构， 本次的自动剪板机属于固定设备， 所以选择开式结构。开式结构又分为整体式和分离式。整体式虽然结构紧凑，泄露易回 收，但它的散热的性能差，维修不方便。而分离式恰恰与它相反，它的散热的能力、维 护能力和维修性都很不错，即便它占地空间略大。所以，我选择分离式油箱。 油箱容积的估算经验公式： V = q = 8 87.98 = 703.84L (3-25) 其中为经验系数，又此系统属于高压系统，在 6-12min 区间，选取 = 8min。 3.6.3 其他元件的选择 （1）在油箱和液压泵之间需要一个过滤器来滤去油中杂质，液压油中的杂质会影 响到工作精度，甚至有可能破坏系统中的元器件。此处是吸油处，所以选择 WF 系列的 过滤器，然后根据系统的工作压力为 280KN，流量为 87.98L/min，而且次系统属于高压 回路，要选择滤芯强度高的，综上，最后选择过滤器 WF2071。 （2）在油箱上放一支液位计，用来检测油箱中的油量，防止系统运行中油液不足 而影响正常工作，检测油液是否在规定的范围内，以保证系统能够安全的运行。根据油 箱容积 703.84L，选则液位计量程为 0-1000L。 （3）在油箱中还需放入一个空气滤清器，因为空气中有很多杂质，若是这样的空 气进入到液压油中会影响工作精度，对系统而言是不利的，某种程度上可能对元件产生 QC11Y 自动剪板机设计 - 26 - 影响。 （4）在液压泵上方需要有一个单向阀，目的就是为了防止油液倒流。此处选择普 通单向阀就可以，因为不需要有控制的单向流动；根据压油管内径 20mm，选择单向阀 DXF20-G。 （5）此处还需要一个溢流阀起安全阀的作用，防止系统过载，用来保护系统的。 根据系统的压力 17.5MPa，溢流的压力要大于 17.5MPa，选择溢流阀 YF-B10H2。 （6）若要剪刀能够实现上下运行，则回路需要有进油和回油两个过程，这两个过 程选择用一个两位以上的换向阀。若是进程用一个阀，回程用一个阀，增加了与元件数 量，以及回路的复杂度，成本也增加了，用一个阀控制也比较方便。那么系统就需要有 一个换向阀，进油需要一位两通，回油需要一位两通，并且这两个动作都是依靠外界来 驱动的，当没有外界的时候系统不通油的，处于静止状态，这需要一位，所以是三位四 通换向阀，而要满足在中位时系统不运行，则中位机能应选 O 型。选择 O 型可以保证断 电不通油，剪刀可以处于它所在的位置而保持静止不动。机动换向阀不适合；液动换向 阀主要用于控制流量较大的回路，此回路流量并不是很大，这样做没什么必要；相比较 而言电磁换向阀应用的比较广泛，并且只用于控制小流量回路，比较符合此液压系统的 小流量。综上，我决定选三位四通电磁换向阀 FW-02-3C2-D24。 （7）压料板要压紧板料，这个压力要使得板料既不能被压料板压坏，又要保证剪 刀在剪切过程中板料不会发生移动，这次我选择用压力继电器来反映这个压力值，用压 力继电器最直观，相比较其他的方法，这个也比较准确。当压力达到预设值，它就会发 送信号，系统就会进行下一步。根据上面工作压力为 17.5MPa，也就是 175bar，选择压 力继电器 EDS510-250-1-000。 （8）当要剪的板材被紧压后，开是向液压缸中通油以方便驱使剪刀运动。由于是 有进油和回油两个过程，首先会想到用一个三位阀，但三位阀最少的是四通，这样做造 价高。但其实也可以选择一个并联的只能单向通油的回路，一进一出。在压料板压紧板 料之前液压缸是不能通油的，而在系统收到压紧后的信号后，要使液压缸开始通油，这 样换向阀是一个比较好的选择，因为它是单向的进油，选择电磁的原因同三位四通阀， 不通电的时候则要不通油，所以二位二通的电磁换向阀是比较好的。回油就不用像进油 那样控制严格，它只需要进油的时候不通，回油的时候通，自然就能想到单向阀。所以 决定把二位二通电磁换向阀与单向阀并联。 二位二通 2WE-6-E。 系统流量算是比较小的， 就选换向阀的通径为 6mm。根据回油管内径 32mm，选择单向阀 DXF30-G。 （9）剪刀回程时，一般是讲究快进慢退，我选择用一个节流阀来改变它的回程时 的速度，但节流阀所在的管路也是进程时液压油进入油箱所要经过的管路，为了不改变 它的速度，影响效率，用单向节流阀可以满足实现这一条件。根据泵的输出流量 87.98L/min，选则单向节流阀 SRT-10,板式，最大流量 200L/min，它是最符合的。 QC11Y 自动剪板机设计 - 27 - 表 3.6 元件型号表 元件名称 型号 过滤器 WF2071 单向阀 DXF20-G 溢流阀 YF-B10H2 三位四通换向阀 FW-02-3C2-D24 压力继电器 EDS510-250-1-000 二位二通换向阀 2WE-6-E 单向阀 DXF30-G 单向节流阀 SRT-10 QC11Y 自动剪板机设计 - 28 - 4.结论与展望 4.1 结论 （1） 对剪板机结构的组成部件进行设计， 并用 CAD 画出它的零件图， 还经过计算， 算出它的强度、刚度以及稳定性来保证能够达到要求，保证系统能够安全正常运行。 （2）利用 CAD 绘制出它的装配图，各部分能够合理的配合，平稳运行。 （3） 设计一个由液压缸组成的压料装置， 保证板材在被剪切的时候能够不发生位移， 通过计算选用合理型号规