高速钢筋切断机液压剪切系统的设计与研究（课设）
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共82页)
编号：30366503
类型：共享资源
大小：35.06MB
格式：ZIP
上传时间：2019-12-11
上传人：遗****
认证信息
个人认证
刘**（实名认证）
湖北
IP属地：湖北
20
积分
- 关 键 词：
-
高速
钢筋
切断
液压
剪切
系统
设计
研究
- 资源描述：
-
高速钢筋切断机液压剪切系统的设计与研究（课设）,高速,钢筋,切断,液压,剪切,系统,设计,研究
- 内容简介：
-
5辽宁工程技术大学课程计 辽宁工程技术大学课 程 设 计题 目：钢筋切断机液压系统设计 班级：机电12-1班 姓名： 赵连儒 学 号： 1207060125 指导教师： 石树林 完成日期： 2016.1.6 任 务 书一、设计题目: 钢筋切断机液压系统设计二、设计要求1.拨盘快进拨动工件下降，加紧缸加紧工件。2.刀架快进接近工件。3.刀架工进慢速切断工件。4.拨盘及刀架同时退回，夹紧缸松开工件。三、上交材料1执行组件控制回路 （A2或A3） 1张2. 液压原理图 （A1或A2） 1张3课程设计说明书。（约5000-8000字） 1份四、进度安排本课程设计要求在3周内完成。1第l2天，查资料。2第37天，确定液压回路图草图。3第810天，完成液压回路总体方案设计4第1113天，完成执行组件控制回路的绘制。5第1415天，液压原理图的绘制。6第1618天，整理并完成设计说明书的编写。7第19天21天，完成图纸和说明书的输出打印，答辩。五、指导教师评语该生设计的过程中表现 ，设计内容反映的基本概念及计算 ，设计方案 ，图纸表达 ，说明书撰写 ，答辩表现 。综合评定成绩： 指导教师日期摘要 本次课程设计的题目是钢筋切断液压系统设计。我主要完成包括液压执行组件控制回路和液压系统原理图设计。本文在分析国内外钢筋切断机技术发展现状的基础上，结合已有的钢筋切断机液压系统方案，设计出一种新型的机电液一体化钢筋切断机液压系统回路。系统具有回路简单、响应迅速、控制可靠、功率损耗小等特点。为了保证液压回路的稳定性，我加入了容积调速回路，以及使用plc进行控制。关键词 钢筋切断机；液压系统AbstractThe curriculum design topic is steel cutting hydraulic system design. My main tasks include hydraulic execution component control circuit and hydraulic system principle diagram design. This article in the analysis of domestic and foreign steel cutting machine technology development based on, combined with the existing reinforced cutting machine hydraulic system scheme, design a model of the integration of mechanical, electrical and hydraulic reinforced cutting machine hydraulic system loop. System has simple circuit, quick response, reliable control, small power loss characteristics.In order to ensure the stability of hydraulic circuit, I joined the volume of the speed control loop, and the use of PLC control. Key words: teel bar cutter；hydraulic system目 录1 绪论611钢筋切断机的历史及现状61.2钢筋切断机基本结构81.3课题主要内容82 液压钢筋切断机的设计要求92.1设计要求92.2设计参数93 液压钢筋切断机基本方案的拟定93.1液压钢筋切断机的基本组成93.2 液压执行组件控制回路拟定103.2.1 切断缸基本回路的确定103.2.2 拨盘缸基本回路的确定113.2.3 夹紧缸基本回路的确定123.2.4 制定顺序动作方案133.2.5 液压泵的选择144 液压系统原理图的设计144.1 液压原理图的确定144.2 切断机电磁铁工作循环表155 设计体会166 参考文献1717辽宁工程技术大学课程计 1 绪论钢筋切断机是建筑机械的一种，主要用于钢筋加工。与其他切断机类设备相比，具有重量轻、耗能少、工作可靠、效率高等特点，因此近年来逐步被建筑工地和小型轧钢厂等单位广泛采用，在国民经济建设中发挥了重要的作用。实现钢筋切断机的自动化控制对确保工程质量、提高施工效率、加快工程进度，降低工人劳动强度等具有重要意。11钢筋切断机的历史及现状目前，国内混凝土结构建筑工程广泛采用各种型号的钢筋切断机对钢筋进行定尺切断。根据钢筋切断机传动方式的不同将其分为机械式和液压式两种，其中机械式钢筋切断机是以电机带动机械装置产生驱动力，驱动凸轮往复运动从而剪切钢筋；而液压式钢筋切断机是由液压系统提供动力，带动车刀往复运动从丽剪切钢筋。新中国成立初期，建筑工程中钢筋加工技术非常落后，主要依靠手工或简单工具，劳动强度大、生产效率低、工程质量很难保证。太原重型机械学院机器厂是国内最早生产钢筋切断机的厂家之一。他们于1958年首先引进苏联的卧式钢筋切断机图纸，生产了国内第一台钢筋切断机。随后又于约1985年引进了日本立式切断机和德国卧式切断机，并在此基础上研制开发了GQ40、GQ50、GQ65等一系列开式、封闭式及半封闭式切断机。该系列的钢筋切断机均是采用机械轮剪进行切断的。此外沈阳建筑工程学院工厂、陕西渭南农业科技股份有限公司、黑虎建筑机械公司等企业也生产过不同类型的机械式钢筋切断机。目前国内的钢筋加工多以机械轮剪式切断为主。其工作过程基本为：电动机输出动力经带传动和二级齿轮传动减速后，带动曲轴旋转，曲轴推动燕山大学工学硕+学位论文连杆使滑块和动刀片在机座的滑道中作往复直线运动，使动刀片和定刀片相错而切断钢筋。但是由于这种钢筋切断机采用带传动、齿轮传动、曲柄滑块机构，传动过程复杂，因此其剪切速率较低、功率损失较大。同时导致钢筋行走速度很低，一般在40rerain；每分钟切断次数也很少，一般为2831次，生产率比较低。此外由于刀具不随钢筋前进，因此在剪切时存在瞬时停顿，即“闷车”现象。它不仅会导致牵引轮与钢筋之间产生打滑，损伤钢筋约10mm长的表面，而且对钢筋切头表面质量的影响也很大，剪切误差大多为10mm20mm。液压式钢筋切断机的出现虽然晚于机械式切断机，但却有着不可比拟的技术优越性和高经济效益。其技术优越性大致表现在如下方面： （1）具有较高的工作性能 由于可以使用较高的液压力，因而钢筋切断机能以很高的冲击力进行剪切。 （2）具有较低的工作噪音摆脱了齿轮等机械传动，直接由油缸实现直线传动，因而结构简单，噪音小。 （3）具有较好的工作适应能力可对直径在6mm16ram之间的钢筋进行加工。同时，还可一机多用，采用不同的工作头即可实现多种用途，如弯管、穿孔等。 （4）具有较高的工作可靠性省去各种离合装置，不会由于离合装置不可靠而产生连切。同时，控制系统的引入，可以实现定尺剪切，并保证钢筋切口的表面质量。 （5）携带方便当输出力或者输出力矩相同时，液压工作头的重量远小于电动或气动工具。此外，采用超高压小流量液压技术，可以保证其体积小、重量轻。 而液压传动的缺点是成本高，传动效率低。不过液压元件大规模生产降低了元件的价格，会使其具有一定的竞争力。虽然液压传动的的效率比机械传动低，但它与电子控制系统有最佳配合特性，使其有很大的发展空间。 近年来，我国在钢筋加工技术装备方面有了长足的进步，但产品的技术水平与国外先进水平相比，尚有以下几个方面的差距。 （1）切断频率低 国内钢筋切断机每分钟切断次数一般2831次，而国外的钢筋切断机每分钟切断次数为4351次，最高切断次数甚至可以达到每分钟61次。 （2）设计合理性较差国内钢筋切断机的刀片采用单螺栓固定，且厚度较薄，而国外切断机刀片采用双螺栓固定，由此导致刀片的受力和寿命等综合性能都较国外有一定差距。国外的钢筋切断机在细节上设计更为合理。例如日本立式切断机的偏心距较国内的大，但是更利于用户更换刀片，调整剪切角度。 （3）自动化水平不高 国内钢筋切断机的控制精度较低，不适合工厂化加工作业。而国外钢筋切断机的操作控制技术和计算机、电子技术的应用都处于较高水平，机电液一体化程度较高，可以工厂化生产建筑用各种形式的钢筋。如奥地利的EVG公司的产品通过触摸显示屏可以直接编辑数据，由程序控制所需箍筋的形状和数量，能满足建设工程用各种形式钢筋。 （4）外观质量粗糙 国内钢筋切断机的观感较差、整机性能不尽如人意。而国外切断机的外罩采用一次性冲压成型，油漆经烤漆处理，色泽搭配美观大方。 从钢筋切断机械的发展趋势看，随着建筑设计与建筑施工技术的国际化，建筑工程设计与应用钢筋必将进入商品化供应时代，即根据建筑配筋表采购钢筋，钢筋加工由现场加工转成工厂化生产，商品化供应钢筋。而钢筋的工厂化生产就要求钢筋切断机必须实现自动控制一一钢筋自动送料，定尺后自动切断、落料。同时国外的产品充分融合液压技术、机械技术、电子技术等，形成以机械为筋骨、液压为肌肉、电气为神经的机电液一体化综合控制技术，充分发挥各自的优势，体现综合最优驱动及控制能力。因此，钢筋切断机不但要求实现定长剪切的高精度控制，同时要求其具有相对高的生产效率。所以，如何使钢簸切断机的机电液系统有机地高度集成，充分发挥各自优势，将是今后研究的主要方向。1.2钢筋切断机基本结构 虽然钢筋切断机的类型较多，但其目的都是为了满足各种功能、性能、效率、寿命的要求，所以在结构上都有一些基本的共同点。具体的表现如下。 （1）机体钢筋切断机的机体多采用钢板焊接结构。制造工艺简单、成本较低。也有采用箱式球铸结构的，如GQ60A封闭式钢筋切断机，与钢板焊接结构相比，机体变形小，整机密封性能好。 （2）剪切机构钢筋切断机多采用动刀片和定刀片进行剪切，由剪切机构对动刀片进行控制来实现其往复冲击运动的。根据剪切形式的不同，可分为旋转式剪切机构、上下移动式剪切机构、下移式剪切机构。其中，下移式剪切机构又可以分为摆动式、锤击式和液压式。目前国内多使用锤击式剪切机构。 （3）定尺部分定尺剪切讯号的发出有三种形式：机械信号，行程开关(接或非接触式)发出的电信号，光电码盘发出的电讯号。一般地说，定尺的精度主要取决于从发出讯号到切刀响应的时间误差。因为机械信号与刀具直联，响应时间很短，时间误差很小，所以目前机械定尺占主导地位。 （4）承料机构在钢筋矫直切断过程中，最后一道工序是承料和落料，它在加工工艺过程中也是很重要的一道工序。矫直后的钢筋在切断前要在承料架中向前运动，必须避免矫直的钢筋受划伤、变弯，同时还要保证切断后能及时落料。所以承料机构设计也是必须予以重视的。承料机构主要由不等边的大角钢、小角钢、支承柱和定长装置组成的。1.3课题主要内容本次课题主要设计钢筋切断机液压回路系统，使其达到机电液一体化。2 液压钢筋切断机的设计要求2.1设计要求 在液压钢筋切断机工作过程中，要求完成以下四个工艺动作： （1）拨盘快进拨动工件下降，加紧缸加紧工件。 （2）刀架快进接近工件。 （3）刀架工进慢速切断工件。 （4）拨盘及刀架同时退回，夹紧缸松开工件。2.2设计参数快进负载：G1=200N切断负载：G2=1200N返回负载：G3=300N快进返回速度：v1=1m/min工进速度：v2=0.3m/min切断缸活塞直径：D1=80mm切断缸活塞杆直径：d1=40mm拨盘缸活塞直径：D2=40mm拨盘缸活塞杆直径：d2=28mm回油腔背压：pb=0.4M夹紧缸夹紧时工作压力：5MP切断机工作环境温度：-10353 液压钢筋切断机基本方案的拟定3.1液压钢筋切断机的基本组成一个完整的液压钢筋剪切机系统由动力组件、执行组件、控制组件、辅助组件和液压油五个部分组成。动力组件的作用是将原动机的机械能转化为液压能，即液压系统中的油泵向整个液压系统提供动力，在本套系统中采用一个定量泵和一个变量泵供油。执行组件的作用是将液体的压力能转化为机械能，驱动负载作直线往复运动。本系统采用三个执行组件：切断缸、拨盘缸和夹紧缸。对于简单的直线运动机构，可以采用液压缸直接驱动。针对切断机的特点，可采用单活塞杆液压缸，其有效工作面积大，双向不对称，可作往返不对称的直线运动。控制组件在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。辅助组件包括邮箱、路由器、油管、及管接头、密封圈、压力表、油位温度计等。在液压系统中起连接、输油、储油、过滤、储存压力和测量等作用。液压油是液压系统中传递能量的工作介质。3.2 液压执行组件控制回路拟定3.2.1 切断缸基本回路的确定切断缸由两个基本回路组成，如图a所示（1） 容积节流调速回路 容积节流调速回路一般由变量泵供油，流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与所需油量相适应。液压缸慢进速度由变量泵调节，以减少功率损耗和系统发热。快退时由调速阀调速。此种调速回路效率较高，速度稳定性好，但结构较复杂。（2） 压力控制方案 切断缸在切段材料时，剪切力突然消失，使活塞由于惯性突然前冲，引起液压冲击，故在液压缸端部安装蓄能器，吸收多余能量，减少液压冲击，实现缓冲。由于采用变量泵供油，故在回路中设置安全阀起保护作用。3.2.2 拨盘缸基本回路的确定拨盘基本回路如图b所示。由于载物台在剪切时承受极大的载荷，为了在极大冲击下仍具有较好的剪切效果，载物台必须具有较高的精度。可采用双液控单向阀锁紧回路，它能在液压不工作时使活塞迅速、平稳、可靠并且长时间地被锁紧，不为向上的剪切力所移动。当以压缸上腔不进油时液控单向阀关闭，液压缸下腔不能回油，活塞被锁进不能不下落。由于液控单向阀有一定泄露，故此锁紧时间不能太长。但剪切过程较短，拨盘缸需要锁紧时间不长，故满足要求。3.2.3 夹紧缸基本回路的确定夹紧缸基本回路如图c所示。压力继电器起安全保护作用，实现压力互锁，即只有在元件被夹紧后，才能正常工作。3.2.4 制定顺序动作方案拨盘快进拨动工件下降夹紧缸夹紧工件 刀架快进接近工件刀架工进慢速切断工件拨盘及刀架同时退回加紧缸松开工件，一个工序结束。3.2.5 液压泵的选择切断缸承受负载压力大，属于中高压系统。而柱塞泵的柱塞与缸体内孔均为圆柱表面，以得到高精度的配合，可在高压下工作，故选用柱塞泵。4 液压系统原理图的设计4.1 液压原理图的确定根据系统工况要求，拟定液压原理图如所示。4.2 切断机电磁铁工作循环表工况电磁铁1YA2YA3YA4YA5YA夹紧缸夹紧拨盘缸下降刀架快进切断刀架返回夹紧缸放松拨盘缸上升5 设计体会通过这次课程设计，让我更加深刻了解课本知识，和以往对知识的疏忽得以补充。虽然这次课程是那么短暂的3周时间，我感觉到这些天我的所学胜过我这一学期所学，这次任务让我对课本知识的巩固和对基本公式的熟悉和应用，各种液压回路的应用及元器件的选择，使我做事的耐心和仔细程度得以提高。课程设计是培训学生运用本专业所学的理论知识和专业知识来分析解决实际问题的重要教学环节，是对三年所学知识的复习和巩固。同样，也促使了同学们的相互探讨，相互学习。因此，我们必须认真、谨慎、踏实、一步一步的完成设计。此次设计让我明白了一个很深刻的道理：团队精神固然很重要，担人往往还是要靠自己的努力，自己亲身去经历，这样自己的心里才会踏实，学到的东西才会更多。课程设计是一个重要的教学环节，通过课程设计使我们了解到一些实际与理论之间的差异。通过课程设计不仅可以巩固专业知识，为以后的工作打下了坚实的基础，而其还可以培养和熟练使用资料，运用工具书的能力，把我们所学的课本知识与实践结合起来，起到温故而知新的作用。课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门设计课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。总之，这次课程设计使我收获很多、学会很多、比以往更有耐心很多。感谢学校及老师给我们这次课程设计的机会，最真挚的感谢我们的辅导老师，在设计过程中，老师精心的辅导和不厌其烦地的态度才使得我们以顺利的完成这次设计，他那无私的奉献的精神照耀着我们对学习的热爱，同时也增加我们对知识的追求和欲望度。6 参考文献（1） 王晓晶，王昕，胡志栋，王洪艳. 液压系统设计实例教程. 化工 业出版社，2014.10（2）张利平. 现代液压技术应用220例. 化学工业出版社，2004.8（3）许福铃，陈尧明.液压与气压传动.北京：机械工业出版社，2002（4）李松晶，王清岩. 液压系统经典设计实例. 化学工业出版社， 2012.7国内图书分类号：露际幽书分类号：工学硕士学位论文高速钢筋切断机液压剪切系统的设计与研究硕士研究生导师副导师申请学位级别学科、专业所在单位授予学位单位康双琦孔祥东教授高英杰教授工学硕士机械电子工程机械工程学院燕山大学摘要摘要本文在分析国内外钢筋切断机技术发展现状的基础上，结合已有的钢筋切断机液压系统方案，基于液阻理论为指导，设计出一种新型的机电液一体化高速钢筋切断机液压系统回路。该系统具有回路简单、响应迅速、瞬间通流量大、控制可靠、功率损耗小等特点。分析了高速钢筋切断机的运动参数、结构参数与有效系统工作压力、流量及外负载的关系。研究了进回油蓄能器的参数选择方法及插装阀的压力一流量特性，阐述了影响系统速度刚度、功率特性等系统静态特性指标的因素，为实验样机的设计提供了参考。基于蓄能器、插装阀及动力元件等三个关键元件的动力学特性分析，根据冲、回程剪切运动特性的不同，分别建立了冲程、回程剪切系统数学模型，在中建立了相应的仿真模型。根据仿真结果，分析了蓄自器充气压力、有效系统工作压力对高速钢筋切断机动念特性的影响作用，特别是对时间响应指标的影响，为实验研究的可行性提供了依据。在实验样机上进行了大量实验，利用软硬件集成系统对实验系统实时在线控制、参数调整和数据采集。得到蓄能器不同充气压力下，系统工作压力不同时，插装阀前的压力响应曲线和工作缸位移响应曲线。实验结果表明高速切断机的运动规律与仿真所获得的规律一致，证明了系统数学模型的正确性及样机投入生产的可行性，实验达到了预期效果。关键词高速钢筋切断机；液压系统；液阻理论；系统建模与仿真：静态特性；动态特性燕山大学工学硕士学位论文，堍，豳销珊，洲，商，篮血如如，崦，】商缅。币口删，：，；卸血燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文高速钢筋切断机液压剪切系统的设计与研究，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。储签字藤鼬哆日州彳年月帅燕山大学硕士学位论文使用授权书高速钢筋切断机液压剪切系统的设计与研究系本人在燕山大学攻读硕士学位期问在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本人如需发表将署名燕山大学为第一完成单位及相关人员。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密口，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密口。（请在以上相应方框内打“”）作者签名：禽豳琦：；期：年月，弓同导师签名：缈甲日期捌弩影日第章绪论第章绪论钢筋切断机是建筑机械的一种，主要用于钢筋加工。与其他切断机类设备相比，具有重量轻、耗能少、工作可靠、效率高等特点，因此近年来逐步被建筑工地和小型轧钢厂等单位广泛采用，在国民经济建设中发挥了重要的作用。实现钢筋切断机的自动化控制对确保工程质量、提高施工效率、加快工程进度，降低工人劳动强度等具有重要意义。本课题主要研究设计了一种新型的液压式钢筋切断机，同时建立了该切断机的液压系统仿真模型，并分析了主要的静、动态特性指标。钢筋切断机的历史及现状目前，国内混凝土结构建筑工程广泛采用各种型号的钢筋切断机对钢筋进行定尺切断。根据钢筋切断机传动方式的不同将其分为机械式和液压式两种，其中机械式钢筋切断机是以电机带动机械装置产生驱动力，驱动凸轮往复运动从而剪切钢筋；而液压式钢筋切断机是由液压系统提供动力，带动车刀往复运动从丽剪切钢筋【。新中国成立初期，建筑工程中钢筋加工技术非常落后，主要依靠手工或简单工具，劳动强度大、生产效率低、工程质量很难保证。太原重型机械学院机器厂是国内最早生产钢筋切断机的厂家之一。他们于年首先引进苏联的卧式钢筋切断机图纸，生产了国内第一台钢筋切断机。随后又于约年引进了日本立式切断机和德国卧式切断机，并在此基础上研制开发了、等一系列开式、封闭式及半封闭式切断机。该系列的钢筋切断机均是采用机械轮剪进行切断的【”。此外沈阳建筑工程学院工厂、陕西渭南农业科技股份有限公司、黑虎建筑机械公司等企业也生产过不同类型的机械式钢筋切断机。目前国内的钢筋加工多以机械轮剪式切断为主。其工作过程基本为：电动机输出动力经带传动和二级齿轮传动减速后，带动曲轴旋转，曲轴推动燕山大学工学硕学位论文连杆使滑块和动刀片在机座的滑道中作往复直线运动，使动刀片和定刀片相错而切断钢筋【。但是由于这种钢筋切断机采用带传动、齿轮传动、曲柄滑块机构，传动过程复杂，因此其剪切速率较低、功率损失较大。同时导致钢筋行走速度很低，一般在；每分钟切断次数也很少，一般为次，生产率比较低【】。此外由于刀具不随钢筋前进，因此在剪切时存在瞬时停顿，即“闷车”现象。它不仅会导致牵引轮与钢筋之间产生打滑，损伤钢筋约长的表面，而且对钢筋切头表面质量的影响也很大，剪切误差大多为。液压式钢筋切断机的出现虽然晚于机械式切断机，但却有着不可比拟的技术优越性和高经济效益。其技术优越性大致表现在如下方面：）具有较高的工作性能由于可以使用较高的液压力，因而钢筋切断机能以很高的冲击力进行剪切。（具有较低的工作噪音摆脱了齿轮等机械传动，直接由油缸实现直线传动，因而结构简单，噪音小。（）具有较好的工作适应能力可对直径在之间的钢筋进行加工。同时，还可一机多用，采用不同的工作头即可实现多种用途，如弯管、穿孔等。（具有较高的工作可靠性省去各种离合装置，不会由于离合装置不可靠而产生连切。同时，控制系统的引入，可以实现定尺剪切，并保证钢筋切口的表面质量。（）携带方便当输出力或者输出力矩相同时，液压工作头的重量远小于电动或气动工具。此外，采用超高压小流量液压技术，可以保证其体积小、重量轻。而液压传动的缺点是成本高，传动效率低。不过液压元件大规模生产降低了元件的价格，会使其具有一定的竞争力。虽然液压传动的的效率比机械传动低，但它与电子控制系统有最佳配合特性，使其有很大的发展空间【】。近年来，我国在钢筋加工技术装备方面有了长足的进步，但产品的技第章绪论术水平与国外先进水平相比，尚有以下几个方面的差距，。）切断频率低国内钢筋切断机每分钟切断次数一般次，而国外的钢筋切断机每分钟切断次数为次，最高切断次数甚至可以达到每分钟次。圆设计合理性较差国内钢筋切断机的刀片采用单螺栓固定，且厚度较薄，而国外切断机刀片采用双螺栓固定，由此导致刀片的受力和寿命等综合性能都较国外有一定差距。国外的钢筋切断机在细节上设计更为合理。例如日本立式切断机的偏心距较国内的大，但是更利于用户更换刀片，调整剪切角度。（）自动化水平不高国内钢筋切断机的控制精度较低，不适合工厂化加工作业。而国外钢筋切断机的操作控制技术和计算机、电子技术的应用都处于较高水平，机电液一体化程度较高，可以工厂化生产建筑用各种形式的钢筋。如奥地利的公司的产品通过触摸显示屏可以直接编辑数据，由程序控制所需箍筋的形状和数量，能满足建设工程用各种形式钢筋。（）外观质量粗糙国内钢筋切断机的观感较差、整机性能不尽如人意。而国外切断机的外罩采用一次性冲压成型，油漆经烤漆处理，色泽搭配美观大方。从钢筋切断机械的发展趋势看，随着建筑设计与建筑施工技术的国际化，建筑工程设计与应用钢筋必将进入商品化供应时代，即根据建筑配筋表采购钢筋，钢筋加工由现场加工转成工厂化生产，商品化供应钢筋。而钢筋的工厂化生产就要求钢筋切断机必须实现自动控制一一钢筋自动送料，定尺后自动切断、落料。同时国外的产品充分融合液压技术、机械技术、电子技术等，形成以机械为筋骨、液压为肌肉、电气为神经的机电液一体化综合控制技术，充分发挥各自的优势，体现综合最优驱动及控制能力。因此，钢筋切断机不但要求实现定长剪切的高精度控制，同时要求其具有相对高的生产效率。所以，如何使钢簸切断机的机电液系统有机地高度集成，充分发挥各自优势，将是今后研究的主要方向。燕山大学工学硕士学：论文钢筋切断机结构及基本工作原理基本结构虽然钢筋切断机的类型较多，但其目的都是为了满足各种功能、性能、效率、寿命的要求，所以在结构上都有一些基本的共同点。具体的表现如下【，】。（）机体钢筋切断机的机体多采用钢板焊接结构。制造工艺简单、成本较低。也有采用箱式球铸结构的，如封闭式钢筋切断机，与钢板焊接结构相比，机体变形小，整机密封性能好。（）剪切机构钢筋切断机多采用动刀片和定刀片进行剪切，由剪切机构对动刀片进行控制来实现其往复冲击运动的。根据剪切形式的不同，可分为旋转式剪切机构、上下移动式剪切机构、下移式剪切机构。其中，下移式剪切机构又可以分为摆动式、锤击式和液压式。目前国内多使用锤击式剪切机构。（）定尺部分定尺剪切讯号的发出有三种形式：机械信号，行程开关（接或非接触式）发出的电信号，光电码盘发出的电讯号。一般地说，定尺的精度主要取决于从发出讯号到切刀响应的时间误差。因为机械信号与刀具直联，响应时间很短，时间误差很小，所以目前机械定尺占主导地位。（承料机构在钢筋矫直切断过程中，最后一道工序是承料和落料，它在加工工艺过程中也是很重要的一道工序。矫直后的钢筋在切断前要在承料架中向前运动，必须避免矫直的钢筋受划伤、变弯，同时还要保证切断后能及时落料。所以承料机构设计也是必须予以重视的。承料机构主要由不等边的大角钢、小角钢、支承柱和定长装置组成的。基本工作原理考虑到钢筋切断机主要是对钢筋进行剪切的，而且各种要求也是针对其剪切性能提出的。所以，本节对现有不同形式钢筋切断机的剪切原理进行较为详细研究。第章绪论如前所述，按钢筋切断机的剪切方式大体可将其分为三种：旋转式剪切，上下移动式剪切，下移式剪切【。下面分别对其工作原理一一进行阐述分析。卜犟引轮剪刨装置一承料架图旋转式剪切原理图图是采用旋转式剪切的钢筋切断机工作原理简图。一般情况下，该剪切系统主要由牵引轮、定长开关、电磁铁、牙嵌离合器、主动齿轮、切断齿轮、制动器、剪切装置和承料架等组成。当钢筋通过两切断齿轮中间的缝隙进入承料架并触动定长开关后，通过电磁铁带动牙嵌离合器使飞轮轴与主动齿轮轴联接，主动齿轮旋转一周带动切断齿轮旋转三分之一周，同时切断钢筋。切断齿轮上均布三对刀齿，三者轮流工作，以延长刀具寿命。这类钢筋切断机采用牙嵌离合器进行联接，受到工作原理的限制其联接速度不可过大，转差一般不超过，因此导致了钢筋前进速度不能过大。同时又由于切断齿轮的转动惯量比较大，启动和停止时的惯性力也比较大，故而容易造成连切。燕山大学工学硕士学位论文卜平引轮一曲柄连杆机构下刀台一摆动式上切川一平行四连杆机构图上下移动式剪切原理图图是采用上下移动式剪切的钢筋切断机工作原理简图。该系统主要由牵引轮、定长开关、电磁铁、转键离合器、曲柄连杆、平移式下切刀台、摆动式上切刀片、制动器和承料架等组成。当钢筋通过平移式下切刀台进入承料架并触动定长开关后，电磁铁带动转键离合器使飞轮轴与曲柄轴联接，益柄上的连杆推动平移式下切刀台在四连杆机构的作用下前进。摆动式上切刀片的一端固定在机架上，另一端刃口紧贴在平移式下切刀台的刃口处，当平移式下切刀台沿圆弧轨迹运动时，两刀片刃口相对运动，切断钢筋，曲柄使刀台复位，等待下一次剪切。这类钢筋切断机通过四连杆机构可使下切刀台自身平行地绕摆杆做摆动，是一种飞剪。剪切机构的运动质量与上一类机构相比小了许多，速度应当可以达到以上。但由于上切刀在剪切时刃口存在转动力矩，与下切刀刃口的磨损较严重。同时它在剪切过程中钢筋被向上抬起，牵引轮与剪切机构之间的距离不可过近，否则钢筋头部容易弯曲变形。还由于该设第章绪论计采用了转键离台器，使其剪切速度受到限制。卜犟引轮一身切装置一锑头承料柴图下切式剪切原理图下切式剪切系统的形式比较多，按刀具的驱动形式可分为：摆动式、锤击式及液压式。国内大多数带肋钢筋加工厂和预制构件厂使用的钢筋切断机均为锤击式，其工作原理简图如图。电机带动曲轴转动，锤头在曲轴的作用下高速不停地上下运动，在锤头的后面位置上有一个滑动刀台，刀台上有切断钢筋用的切刀。当钢筋前进到预定长度时，钢筋端头触动与滑动刀台相连的定尺扳，定尺板带动刀台前移。当刀台移到高速上下运动的锤头下时，锤头击打刀台上的刀架，刀架上的上切刀将钢筋切断，切断的钢筋落入承料架内，同时压缩弹簧将滑动刀台迅速推回原位置，以免被锤头第二次击打。这种钢筋切断机的剪切机构与定尺装置直接联接，没有中间环节，因此定尺的精确度极高，误差在以内。同时，由于该剪切机构不存在离合器装置，因此钢筋的前进速度较高，一般在之间。同时在剪切时，锤头可随刀台前进，因此切断的钢筋表面质量和断面质量较高。但该设备在使用过程中如果调整的不合适，刀台在锤头两次下行的间隔时间内不能及时返回，将造成钢筋的连切现象。燕山大学工学硕士学位论文课题的选取及研究的主要内容课题来源本课题来源于河北省博士基金项目“高速调直切断系统伺服随动机构及水体石油污染光纤荧光实时检测”，基金号为：一。本文拟从理论和实际两个方面对液压式钢筋切断机的切断系统进行研究，以保证钢筋的定尺剪切精度和切头断面的表面粗糙度。，课题研究的意义理论意义（）钢筋切断机简介对钢筋切断机的种类、结构、剪切机理以及功用进行较为详细的介绍，阐述目前国内钢筋切断机与国外同类产品的差距。这些工作将为本研究领域或相关领域的研究人员认识钢筋切断机提供条件。（）液压剪切系统设计合理利用插装阀结构简单、响应快、过流量大、抗污染能力强等特点，结合液阻理论设计适用于恶劣工况下高速、大流量的液压系统回路。该回路不仅剪切速度快，而且结构简单，能解决传统钢筋切断机速度与结构问的矛盾，值得设计其它建筑机械时参考。（）蓄能器研究建立较为准确完善的蓄能器模型，结合现有的蓄能器理论，经反复试验合理选择蓄能器参数，分析蓄能器在高速液压钢筋切断机系统中的作用。这些研究将为蓄能器在液压系统中的功用研究提供理论和实验上的补充。（）建立仿真模型液压系统的数学模型是对其进行研究分析的基础，由于液压系统运动时间极短且瞬间流量极大，因此必须考虑阀口进油处压力变化及油液的压缩性对系统的影响。而常用的液压系统建模都是建立在进油压力恒定、忽略油液压缩性的前提下。所以本课题对高速钢筋切断机液压系统数学模型的建立进行尝试性地探讨，将为今后相关研究提供理论基础。第章绪论现实意义随着建筑业及建筑技术的迅猛发展，许多工地对钢筋的要求也愈来愈严格，除材料及其直径要求外，为使预制构件受力均匀、美观整齐，还需对钢筋实施调直及其定尺切断（定尺误差应达到以内）。若调直钢筋超过一定长度，其切断误差将超过标准，并且钢筋直径越小，其超差越严重，必须实施二次切断，使劳动生产率降低。有些钢筋由于存在较大的定尺误差，而使结构内部受力不均匀，给工程带来巨大的危险。所以控制超差对切断机而言有着重要的现实意义，】。经济意义据不完全统计，我国的基本建设每年钢筋用量约为万吨，其中大部分需要切断加工。这就要求设计结构新颖、性能先进的切断机来提高剪切速度、改善切口质量、保证钢筋表面质量。以的钢筋需要切断加工来计算，约近万吨，每吨切断需要费用元，那么就是亿元。随着建筑设计与建筑施工技术的国际化，建筑工程设计与应用钢筋必将进入商品化供应时代。因此，本课题研究具有广阔的推广应用前景和巨大的经济与社会效益。课题研究的主要内容（）现有钢筋切断机的分析查阅、整理国内外钢筋切断机产品的技术资料及相关论文。详细介绍钢筋切断机的类型、结构及功用，并对各类钢筋切断机的剪切原理进行说明，分析各自的优缺点、应用场合和存在问题。（）新型钢筋切断机的工作原理和特点吸取钢筋切断机各种方案的优点，借鉴其他冲击机械（主要是打桩机械、凿岩机械）的动力系统实现方案，并结合建筑机械的发展趋势，提出一种新型高速液压钢筋切断机的设计方案。介绍该方案的工作原理并分析其特点。（）新型钢筋切断机的液压传动系统设计通过动力学设计，确定活塞结构参数。根据蓄能器理论分别进行高压蓄能器和低压蓄能器的参数选择。以插装阀的静态特性为标准，根据负载所需压力和流量选择插装阀。完成新型高速液压钢筋切断枫的初步设计。同时给出其静态特性指标。（）新型钢筋切断机的动态分析根据牛顿第二定理、热力学定理、流体力学的连续方程、伯努利方程和阀口流量公式建立描述高速钢筋切断机燕山大学工学硕士学位论文液压剪切系统的数学模型，运用软件包对其进行数字仿真。（）新型钢筋切断机的实验分析根据理论研究及仿真试验设计出新型高速液压钢筋切断机的样机。在样机上进行实验，采集活塞位移和系统压力数据。对实验结果进行分析，验证数学模型的正确性。第章高速钢筋切断机总体方案研究第章高速钢筋切断机总体方案研究钢筋切断机设计要点本课题的设计思路是采用液压缸驱动动刀头直接剪切，通过增大瞬间流入液压缸的工作流量来提高活塞的运动速度，缩短剪切时间。因此，在满足冲击功要求的前提下，尽可能提高系统流量，可实现提高钢筋剪切效率的目的，同时满足对钢筋的表面及其断口表面质量的要求。由于需要的剪切速度很高（），导致剪切时系统的进油流量峰值相当大，而剪切时间极短（），导致系统在一个周期内所需的平均流量却很低。为了解决这个矛盾，在结构上必须采取措施，以保证峰值流量的供给，同时最大可能地降低系统功率损耗。这是本课题研究要点之一。一般的液压系统都是在一个稳定的工况下进行工作的，因此阀进油口压力一定，系统中的压力波动较小。但是在本课题中，由于剪切时间极短，系统所需瞬间流量极大，导致进油口压力波动较大，如何吸收系统中的压力波动、改善系统的性能、延长系统使用寿命是本课题研究的要点之二。通过对实际系统进行抽象，将其特性用数学关系加以描述而得到系统的数学模型。通过进行数字仿真，模拟系统的运动情况、分析各种动态特性指标，为实际系统的设计提供参考。因此，如何准确地建立数学模型、进行反映实际的数学仿真是本课题研究的要点之三。上述三个研究要点突出了高速钢筋切断机系统研究的主要矛盾，对于研究新型钢筋切断机有指导意义。此外，密封、摩擦阻力、机械结构以及制造工艺等许多问题，也是研究钢筋切断机时必须考虑的问题。高速钢筋切断机原理、设计原则及方案比较液压钢筋切断机原理及设计原则目前国内外有多家企业设计制造液压式钢筋切断机，虽然工作原理不燕山大学工学硕士学位论文尽相同，但目的是共同的，都是解决如何使车刀定尺剪切、自动快速回程等问题。换句话说，就是如何有效的控制高压流体的压力、流量、流向。现有的液压式钢筋切断机中，主要是利用控制阀切换油路来实现对活塞的冲程和回程的控制，利用行程开关实现控制阀的切换。具体的原理图如图所示。图钢筋切断机液压系统原理图动作丌始时，压力油进入油缸的无杆腔，活塞杆作高速推进运动。此时，剪切钢筋的压力是无杆腔面积与系统压力的乘积，达到大力剪切的目的。钢筋切断后，行程开关控制电磁阀，使液压缸有杆腔侧进油，无杆腔侧回油，从而使活塞杆带动主切刀往回运动。在回程过程中，压力油进入面积较小的有杆腔，故能实现快速回程。主切刀回到初始位置后，由另一行程开关控制电磁阀，使主切刀停止，等待下一次剪切。也有的液压式钢筋切断机如一型和一型是采用了柱塞泵带动主切刀的结构，但不能实现快速回程，效率低，口不能有效地控制流体的压力、流量、流向。所以本课题仍然采用控制阀切换油路来实现对高压流体流向进行控制的思想。高速液压钢筋切断机方案考虑到对性能，尤其是时间的要求，以及对经济效益的追求，在确定第章高速钢筋切断机总体方案研究高速液压切断机方案时对不同的方案进行了比较。值得注意的是，在不同的方案中，有一个共同的特点，即采用了机电液联合控制。这是因为在剪切过程中，我们设定剪切信号来自于行程开关受行走钢筋的挤压产生的压力，如果将压力信号转换为电信号，不仅大大地方便控制部件的设计，同时控制的精度也大大地提高。但是，目前的设计都是针对液压传动系统进行的，只能实现开环控制。在高速液压钢筋切断机设计过程中，如何有效地实现伺服闭环控制，大幅度提高控制的精度，仍是今后进行深入研究工作的重点。方案一：燕山大学机械厂生产的型钢筋切断机就是采用图所示方案进行设计、研制的。调直钢筋在承料槽中行走，运行到给定位移后，触发承料槽上的行程开关，发出电信号。换向阀的电磁铁得电后，处于右位状态，油液经单向阀流入液压缸无杆腔，推动活塞杆右行切断钢筋，液压缸有杆腔油液经节流阀回油箱。钢筋切断后，行程开关控制电磁铁得电，同时失电，使三位四通换向阀处于左位状态，油液经单向阀流入液压缸有杆腔，推动活塞杆快速左移，液压缸无杆腔油液经节流阀回油箱。当动车刀回到初始位置后，由行程开关控制电磁铁失电，三位四通换向阀处于中位，动车刀停止，等待下次剪切。考虑到系统是典型的间歇式大流量液压系统，即剪切时需要的瞬间流量峰值很大，但一个工作周期的平均流量却很小，所以采取蓄能器节能回路来解决这个矛盾。蓄能器是液压系统中的一种能量储存装置。当需要供油量大时，即活塞带动车刀进行剪切运动时，蓄能器与液压泵一起供油；当要求供油量小时，即活塞停止运动时，泵输出的压力油就直接被蓄能器吸收储存起来。这样不仅可以解决瞬间流量的问题，还可以节约能源、吸收脉动、冲击，保护系统中的管路和工作元件。此方案的特点是结构简单，成本少，电气控制组成也不复杂，控制方法简单方便。同时为了保证钢筋切头质量，另设计了滑动装置，即剪切时刀片不是固定不动的，而是随着钢筋行走而行走。这样即可避免“闷车”现象，又可减少钢筋断面的划伤、弯曲等问题，能够使钢筋的切口误差达燕山大学工学硕士学位论文到。幽，型钢筋切断机系统原理图但是此方案调直钢筋行走速度不高，在；液压缸动作一个循环（切断并回位）为，秒，剪切时间较长。所以此方案适用于控制精度要求不高、成本要求较低的情况。方案二：系统原理图如图所示。与方案一相比，方案二用四个二通插装阀联合控制代替了三位四通换向阀对油路的控制。二通插装阀是近年来发展起来的一种新型液压元件，它具有通流量大、响应快、密封性好、集成度高第章高速钢筋切断机总体方案研究及抗污染能力强等优点。采用先导控制信号独立地对四个阻力进行控制，可以有效地避免被滑阀强制而同步操纵出现的缺点。如方案一中采用换向阀工作时，为了实现进、回油活塞速度不同，仅使回油流经调速阀，就必须再设置单向阀，保证进油时油液经单向阀旁路。而在方案二中，只要在插装阀、后分别加调速阀即可。图方案二的液压原理图冲程剪切时，钢筋触发行程开关，控制电磁铁、同时得电。此时插装阀芯、抬起。油液经插装阀进入液压缸有杆腔，推动活塞杆向右移动，剪切钢筋：同时液压缸无杆腔油液经插装阀。流回油箱。钢筋燕山大学工学硕士学倚论文切断后，行程开关控制电磁铁失电、同时得电，此时插装阀、抬起。油液经插装阀进入液压缸无杆腔，推动活塞杆左移，实现快速回程；同时液压缸有杆腔油液经插装阀，流回油箱。当动车刀回到初始位置后，出行程开关控制电磁铁失电，所有插装阀处于关闭状态，动车刀停止，等待次剪切。较之方案一，阀的响应时间减小了；阀口通径相同的情况下，阀的过流量也加大了，即系统的瞬时流量峰值增加了。所以，方案二需要的剪切时间可以更短，但是仍有不足之处，表现为以下几个方面：（）集成块较大考虑到系统所需的瞬时流量峰值相当大，所以采用通径的插装阀体，而一个通径的插装阀体所占空间是、重。此外还要考虑先导阀、控制盖板以及各个控制油路的布置，因此，集成块较大，费用较高。（）对插装阀的控制比较复杂，容易出现路路通现象由于插装阀回路是由一个个独立的控制液阻组合起来的，因此它们动作的一致性不能像滑阀系统那样可靠。如果先导电磁阀动作不协调或因换向冲击等原因，很可能造成进回油阀瞬时全通的情况。这样不仅将使车刀操纵失灵造成不良后果，而且还将使剪切过程中蓄能器储存的压力油流失。方案三：本文设计的新型高速钢筋切断机液压系统原理图如图所示。钢筋运行到给定位移处，触发承料槽上的行程开关，发出电信号。先导阀电磁铁得电，先导阀处于左位，插装阀的阀口开启，油液进入液压缸无杆腔，推动活塞杆冲程剪切。同时有杆腔的油液经管道与蓄能器油液、泵供油液合流经插装阀进入无杆腔。钢筋切断后，先导阀电磁铁失电，先导阀处于右位，插装阀的阀口关闭。泵向系统输出油液全部进入蓄能器中储存。当钢筋再次运行到给定位移后，行程丌关再次发出电信号，控制先导阀电磁铁得电，插装阀的阀口丌启，蓄能器油液与泵供油液合流进入液压缸有杆腔，推动活塞杆回程剪切。同时无杆腔的油液经开启的插装阀流回油箱。钢筋切断后，先导阀电磁铁失电，先导阀回复，插装阀的阀：关闭。泵向系统供油全部储存到蓄能第章高速钢筋切断机总体方案研究器中，等待下次剪切。图新型高速钢筋切断机液压系统原理图与方案一、二相比，本方案具有以下几个方面的优势：（）采用“单个控制液阻回路”不同于方案一的“单个元件组合回路”，方案三回路结构的基本单元是作为“单个控制液阻”的二通插装阀。因此，具有座阀控制的一系列优点，即可以实现无泄漏、响应快，静、动态特性好，不存在正开口控制所带来的缺陷，并且性能易受调整、工艺简单、便于大量生产和采用【，。（）符合“最小液阻原则”所谓“最小液阻原则”是指，在采用通过调整液流阻力进行流量控制的“控制液压传动”中，全部可控执行器的“受控腔”控制回路都可以通过最少或较少的液阻来加以组成（。很明显，三种方案中，方案三采用的功率级液阻最少。燕山大学工学硕士学位论文（）保证峰值流量供给如何解决系统一个周期的平均流量小，而剪切时进油峰值流量大的矛盾是本课题的研究要点之一。笔者在设计时采用两种措施。首先在进油路上采用高压蓄能器，储备非剪切时间系统供油，以便剪切时刻补油。其次在冲程时采用差动回路，减小因为无杆腔面积较有杆腔面积大导致的流量差，缓解蓄能器的补油压力，进一步降低系统的周期平均流量。【）解决了“路路通”问题由于系统回路是“单个控制液阻回路”，因此插装阀动作的一致性不可能象滑阀系统那样可靠，很可能造成进回油路瞬间全通的情况。设计时采用一个先导阀控制一个插装阀，保证控制的可靠性。此外，在剪切过程中保证一个插装阀开启、关闭的同时，另一个插装阀不动作，避免了因为先导电磁阀延迟可能出现的进回油阀瞬间全通的情况（）采取回油蓄能器吸收因管道影响而无法迅速泄掉的油液。同时在回油路上产生背压，减缓活塞冲击缸尾的速度，延缓液压缸使用寿命。方案三以液阻理论为指导，在原有液压系统方案的基础上进行大胆创新，很大程度上减小了剪切时间，提高了生产效率，对今后切断类的设计及研究有借鉴作用。所以本文主要就该方案进行讨论。本章小结本章首先根据钢筋切断机的性能要求研究了高速钢筋切断机的设计要点，确定系统设计及后续研究的方向。其次介绍了现有钢筋切断机液压系统的工作原理，讨论了系统的优缺点，并在现有方案的基础上提出了一种新型的基于液阻理论的高速钢笳切断机液压系统。通过与原有方案的比较，分析了此方案的理论优势和结构优势。第章高速切断机传动系统设计第章高速切断机液压剪切系统设计传动系统线性分析现实世界中的一切实际系统严格地说都属于非线性系统。线性系统只是实际系统在忽略次要非线性因素后所导出的理想化模型。但是，在对系统进行一定的简化后，完全可以把相当多的实际系统按照线性系统对待和处理，同时所得的结果可在足够的精度下吻合于系统实际运动状态。为了能够深入研究、分析新型钢筋切断机的运动规律及性能，建立和揭示系统结构、参数、动作和性能间的定性的和定量的关系，有必要对其进行线性化研究。然后，在研究结果的基础上，进一步分析实际系统的运动状态。假设条件进行系统线性化研究时，必须对液压切断机的运动作一些必要的简化和假设。虽然对系统的简化和假设不十分精确，但就线性数学模型来说已能很好的满足要求。（）油液是不可压缩的；（）活塞作等加（减）速运动，忽略冲击缸尾（头）后的短暂停顿和反弹速度；（）供油压力无波动；（）插装阀、先导阀均是瞬时启闭的，忽略先导阀换向时所需油量；（）回油背压为零。考虑到活塞可能经历加速、匀速、减速过程。在以上假设条件下，可认为在各个运动阶段内，活塞运动的加速度分别保持不变，速度图呈直线状。燕山大学工学硕士论文相关参数及符号钢筋切断机的各种参数分为三大类，其相应的符号如下（）性能参数直接反映剪切机构性能指标的有关参数。主要包括：剪切时间（、速度刚度（妫、总效率（日）、机械效率（露幻、压力效率（露）。（）结构参数与切断机结构有关的参数。主要包括：活塞质量（。）、活塞有杆腔面积叫）、活塞无杆腔面积。）、蓄能器充气容积似。（）作参数描述切断机工作状态的参数。主要包括：系统工作压力）、蓄能器充气压力。）、流量（）、活塞冲程剪切速度（）、活塞回程剪切速度（）、活塞行程（）、剪切行程，即钢筋直径（田、活塞冲程加速度（口、活塞冲程剪切加速度（幻）、活塞回程加速度（口）、活塞回程剪切加速度（）、冲程加速时间小冲程剪切结束时刻（屯）、冲程结束时间（力、回程加速时间（）、回程剪切结束时刻（幻）、回程结束时间（）。此外，液压缸剪切时，所受外负载力（既）。活塞动力学分析冲程运动学分析活塞在一次剪切过程中的速度变化如图所示。（）时间段油液推动活塞以加速度口运动。有三妻拉坪（）（）（）赴时间段切刀剪切钢筋。此时活塞在外负载力和液压力共同作用下以加速度运动。有：毕：一）屯：）（）口：坐一（）第章高速切断机传动系统设计图剪切速度图）时间段剪切结束。油液推动活塞以加速度运动。同时在瞬间活塞在缸尾（头）作用下停止。有上：；）。）（）。：）（）另有三（）一（）将式（）式（）整理得上？（）卜）（）：、日沙（一）活塞在回程剪切过程中的运动与冲程时相似，仅仅是加速度、速度及剪切时间的数值不同。由公式（）、公式（）以看出活塞有关运动学方面的工作参数乙、扫耳。一第章高速切断机传动系统设计图系统同程受力分析图冲程时，根据活塞的受力情况可以得到其加速度表达式：拢。一一疋同理，回程时活塞加速度关系式：一吒联立式（）、式（）、式（）、式（）可求得：彳。里，一日）（）业由式（）和式（）可以看出：）（）（一）（）活塞结构方面参数与系统本身结构参数、系统运动参数、工作油压及外负载的大小有关。（）活塞结构方面参数还要符合标准化生产。同时还应注意不宜使其过大，否则将增加系统的流量，导致阀规格更大，阀的响应时涮增大，进而影响整个系统的剪切时间。燕山大学工学硕士论文高压蓄能器参数设计由剪切系统的运动分析可知，进油蓄能器在一个工作周期内要进行两次补油和两次泄油，因此分析系统流量变化对于研究与设计蓄能器是很有必要的。输入流量计算有效流量与一般的液压系统不同，本系统在理想工况下，消耗的有效油量是冲（回）程中活塞移动时所消耗的压力油。考虑最大的消耗油量有屹（）于是，在一个周期内，活塞带动车刀剪切两次钢筋所需油量：。（）泄漏流量利用偏心圆环缝隙的流量公式，根据常见活塞密封处的配合尺寸，可求出活塞的泄漏计算系数，再根据不同阶段的压力和泄漏时间，便可求出在一个周期中因泄漏损失的压力油【。但是考虑到高速钢筋切断机工作时间极短，油量来不及泄漏。所以，可以近似认为一个周期内油缸的泄漏为零。输入流量根据上述分析可知，实际泵输入的流量表达式为：生：坐）。根据前面对系统原理和运动过程的分析，可以看出当活塞静止不动时，泵供的油液都补充到蓄能器中；当活塞丌始运动剪切时，蓄能器与泵同时供油。不妨设从零时刻开始活塞静止，直到。时刻活塞开始运动剪切。那么。时刻就是蓄能器充液排液的转折点（这里考虑工作一个周期泵刚好供蓄能器油液而无溢流的临界状态）。蓄能器排油体积计算冲程剪切过程中泵向系统供油液体积为第章高速切断机传动系统设计，（）液压缸回油体积为（）冲程剪切过程中蓄能器排油体积为巧圪一圪一三一（以署一以）（）回程剪切过程中泵向系统供油液体积为，（）回程剪切过程中蓄能器排油体积为：吃一咖三一：一掣（）蓄能器充气容积计算剪切系统工作一个周期的排油体积：（）式中，。一冲、回程中较大的蓄能器排油体积蓄能器的总容积，即充气容积为式中厂充气压力，一般取为助厂一最低工作压力，即系统正常工作的最低压力。最高工作压力，一般取为助，卜气体绝热指数，取，回油蓄能器参数设计）由于系统的剪切速度很高，其回油部分除了存在管路液阻、局部损失外，还存在惯性回油压与回油空穴。不仅破坏了油液的连续性，产生剧烈燕山大学工学硕士论文的振动，造成油管早期损坏，还会增加系统的功耗。同时如果回油卸荷不完全，会造成回油背压过高，会影响活塞剪切速度，更有甚者可能会导致的误动作。如果在回油路加设一个参数较为合理的回油蓄能器，将会使情况大为改善嘲。蓄能器气体状态方程：，曙：嘭（）令最高工作压力与最低工作压力之比：，则解得充气容积圪：挚（）式中卜流入回油蓄能器油液体积活塞在运动中向回油路排油时存在方程：。（）式中弦一活塞运动位移爿回油管路截面积一回油管路中油液的平均运动位移于是，有三（）式中无因次系数，且根据式（）、式（），有貉舭竭根据气体方程砰。嘭及公式（），解得胪小格。，第章高速切断机传动系统设计插装阀的静态特性二通插装阀是一种以二通型单向元件为主体、采用先导控制和插装式连接的新型液压控制元件。由于这种阀是用逻辑信号控制的，故也常称为逻辑阀。又由于它的阀芯通常采用筒形、锥形座阀结构，故也称为简形阀或锥阀。国外现在多称它为插装阀，简称阀。它具有结构简单、抗污染能力强、性能可靠、流动阻力小、响应快、冲击小、控制方式灵活等特点。阀的静态特性即压力一流量特性，是指稳态情况下，阀的负载流量珂、负载压力和位移三者之间的关系，即。（。，）阀的静态特性可用方程、曲线或特性参数（阀的系数）表征，它表示阀的工作能力和性能。静态特性曲线和阀系数可由实验测出。此外，对某些特定结构的阀也可以用解析法推导得到其曲线和阀系数。流量公式为了减少油温变化对控制精度带来的影响，提高控制效果，在液压元件中，几乎所有控制阀口、节流孔都做成薄刃型结构（、。此时的压力损失，以局部阻力损失为主，几乎不存在沿程阻力损失成份，因而与油液粘度变化无关，即其控制特性不受油温变化影响旧。插装阀节流口示意图如所示。幽节流口示意图燕山大学工学硕士论文插装阀节流口属于锥阀形式，因此其流量公式：一刎）盖卸（）式中阀口流量系数爿卜过流面积，爿）广阀口压差方向插装阀的压力流量特性一般来说，阀的压力一流量特性是非线性的。为便于分析，利用线性化理论对系统进行动态分析时，必须将这个方程线性化。将式（）在某一特定工作点礼附近展成台劳级数。：。盟血，盟印一一（）口忽略高阶无穷小量，上式可以写成旷：纠血纠卸（）“流量增益流量增益表示负载压降一定时，阀单位输入位移引起的负载流量变化的大小。根据式（）可得挈（）由式（）、式（）得到脚卢居卸（一爿。，流量一压力系数流量压力系数表示阀开度一定时，负载压降变化所引起的负载流量变化大小。根据式（）可得第章高速切断机传动系统设计：一堕印。）由式（）、式（）得到弘（。一扣刁压睁，、挥、一、。、静态性能指标分析液压系统是为了满足设备运动和动力控制调节的要求，以液体作为传递动力和运动的介质，通过设计，按一定的规律由基础元、器、辅、附件联结组成的统一体。而设计质量的认定、设计方案的选择都离不开评价。牲瓣蓐悯燕山大学工学硕十论文只有建立合理的评价指标体系，设计和评定才有根据。根据本系统的特点，仅对负载特性和功率特性指标进行分析【】。负载特性对于如图的情况，即系统冲程剪切时，活塞工作速度、活塞受力方程和进油路上的流量连续方程分别为”彳。（）彳。一一（）】证以兰（一）（）式中厂一流入液压缸的流量根据式（）、式（）、式（）有：盟：写等、三。一）一：一吒】（）。彳：“。、”。式中爿”插装阀的通流截面积由上式可以看出，当溢流阀的压力和插装阀的通流截面积调定之后，活塞工作速度随负载的增大而减小；反之，负载减少时活塞速度加大。但是不管负载如何变化，系统有效工作压力总是不变的。活塞速度受负载影响的程度，可以用回路速度刚性这个指标来评定，速度刚性是回路对负载变化抗衡能力的一种体现【。和一芸（）们根据式（）、式（）司得该回路的速度刚性为。姬而习鬲诵一一、；兰生：办鶣蚌鉆百兀生）二竺生二墨（）第章高速切断机传动系统设计图冲程剪切不意图，根据式（）可以看到：当插装阀通流截面积不变时，负载越小，速度刚度越高；当负载一定时，插装阀通流截面积越小，速度刚度越高，则活塞受负载波动的影响就越小，活塞运动就越平稳。不论是提高溢流阀的调定压力，还是增大液压缸的有效工作面积或减小插装阀的指数，都能提高该回路的速度刚性。当然，这些参数的变动受到其它条件的限制。功率特性考虑到液压缸工作一个周期的泄漏近似为零，所以由于泄漏引起的能力损失忽略不计。于是，一个周期输入的总液压功为。十昱。（）局部压力损失产生的能耗历高速钢筋切断机内部油路复杂，油液流动速度较大，所以产生的压力局部损失较大。漉道的复杂与流速过快，燕山大学工学硕士论文使得无法用线性分析方法推导较精确的数学模型。由于局部损失与流速的平方成正比，活塞回程与冲程的最大速度的大小显然对局部损失影响最大。所以采用下面的简化方法进行计算：，勿口出（）式中总局部损失系数，一流体的动压，。冲程时局部压力损失产生的能耗为毛三政等）吼廖三副。（鲁）阻钾）旃）防蟛慝掣卜。，、式中液压回路内部通流截面积平均值考虑到回程的流速没有冲程时的大，所以不妨取：耻霸警篇坐甍剖，回油阻力产生的能耗疡回油阻力系数反映的是回油阻力，产生于活塞回油腔，由此产生的能耗可以表示为脚三叫。三（）式中锄厂一冲程时回油阻力系数锄一回程时回油阻力系数但是考虑到回程时，油液直接回油箱，产生的回油阻力远小于冲程时，所以忽略不计。于是有女嘛（）机械效率回油阻力产生的能耗的机械效率为矿，一鲁学呦第章高速切断机传动系统设计压力效率考虑局部阻力产生的能耗，的压力效率为”一生：辔丝坐生堑型（）”总效率本章小结行：旦：卫。）本章将系统的一个动作周期分为冲程剪切阶段和回程剪切阶段，分别对其进行动力学分析，确定活塞结构参数。根据蓄能器理论分别确定高压蓄能器和低压蓄能器的参数。分析插装阀的静态特性指标，特别是阀的压力流量特性。最后给出新型高速钢筋切断机的各种主要静态特性指标计算公式。燕山大学工学硕士学位论文第章高速钢筋切断机系统性能仿真分析仿真技术是以相似原理、系统技术、信息技术咀及仿真应用领域的有关技术为基础，以计算机系统、与应用有关的物理效应设备及仿真器为工具，利用模型对系统（已有的或设想的）进行研究的一门多学科的综合性的技术。在系统的规划、设计、运行、分析及改造的各个阶段，仿真技术都具有重要的作用。本章以西螺纹钢为例，根据牛顿第二定律、热力学定理及伯努利方程等建立液压系统各部件的数学模型，并运用软件及其仿真软件包对系统的剪切过程进行数学仿真。数学模型建立系统数学模型的建立实际上包含两部分内容，一是系统基本单元的数学描述，并使之标准化；二是按系统构成的实际，用方程式描述诸基本单元之间的相互鞋系，建立整个系统的数学模型。构成系统的联系很多，全部罗列既无必要也难阻完全，为了分析和解决问题的方便，本文对实际系统中一些难以全而考虑同时对分析结果影响不大的因素作出如下假设：（）在工作过程中油液温度处处一致；（）油液的粘度不受压力的影响；（）除蓄能器的隔膜外，所有元件均为绝对刚体；（）蓄能器隔膜变形时无仟何抗力日质量为零；（）在一个工作循环内，泵的流量恒定不变；（）先导阀的动作瞬时完成；（）蓄能器的气体状态变化为绝热过程；（）插装阀两端的压力差卸不变：（）忽略油液质量，必要时仅当集中参数处理。（）忽略油液质量，必要时仅当集中参数处理。第章高速钢筋切断机系统性能仿真分析蓄能器子模型建立在分析蓄能器的数学模型时，首先将其简化为图所示的三部分：气腔部分、液腔部分和连接管道部分。然后分别应用热力学定律、流体连续性方程、伯努利方程，建立数学关系式【。为了分析方便，现做如下假设：（）蓄能器中冲入的氮气视为理想气体；（）油液在蓄能器中的流动可视为一元流动。上彳宁：一一一岛鼙图蓄能器模型简化图考虑到本设计中剪切过程很快，因此可以认为蓄能器充入的氮气在流动中既与外界无热量交换又无摩擦扰动，该过程可视为一个绝热过程。一定质量的理想气体在绝热状态下的方程为。嘭常数（）式中一气体绝对压力（。）气体体积（）一等熵指数（又称绝热指数），取七定义蓄能器气腔的初始状态为、，有燕山大学工学硕士学位论文胪牲（）【圪。：硪式中。油腔的截面积广气体流动速度根据高压蓄能器液面和连接管路过流断面上流量连续方程，得爿。（）式中厂一泄漏流量由于彳。，将式（）简化为。（）对高压蓄能器等效活塞进行受力分析，得。一。聊。一无。（）式中。皮囊的质量及油液折算到皮囊上的总质量卜皮囊在任意工作时刻的气体阻尼系数将式（）、式）带入式（）中，得胪街筹备卧斋窃（，根据高压蓄能器液面和连接管路过流断面上的伯努利方程，得”丛螳铂旦瓦（），喾（）式中高压蓄能器液面到连接管路过流断面的沿程阻力系数一单位重量流体处于蓄能器液压时具有的位能，单位重量流体处于过流断面时具有的位能将式（）和式（）带入式（）中，整理得蜴羔罕件，本文在建立蓄能器的数学模型时，并没有像一般文献那样将气体绝热第章高速钢筋切断机系统性能仿真分析方程在某个稳定工作点附近台劳展开，然后根据牛顿第二定理及流体连续性方程得出蓄能器出口压力与流量传递函数表达式。这主要是由于本文研究的液压系统在高速剪切、高频动作的情况不可能存在稳定工作点，因而无法将气体绝热方程台劳展开。所以论文尝试采用热力学定律、流体连续性方程、伯努利方程建立非线性的蓄能器数学模型。插装阀子模型建立本节讨论的二通插装阀是通过控制主阀芯位移来控制油液的方向及液流通断，即是一个方向控制阀。主阀芯运动是一个典型的质量一弹簧阻尼系统的运动，其简化图如图所示。其中，拜图为示意图，图为原理图。若先导阀电磁铁未得电，则主阀控制腔经液阻与主油路端相连通，显然此时主阀芯在油液、岛、尸及弹簧等作用下关闭，插装阀处于闭合状态。若先导阀电磁铁得电，则先导滑阀左移，液阻丑关闭，同时液阻开启。此时主阀控制腔经与回油路连通，主阀芯在油液、及弹簧等作用下开启，腔经主阀口与曰腔相连通。由于在本系统中，插装阀的关闭对本系统影响不大，所以本文主要对其开启进行分析研究。先导阀环节考虑到液压力、液动力的情况下，先导阀平移组件力平衡方程式中民广电磁铁通电产生的推力一口，、（冬一）一控制腔压力广油液作用滑阀面积如一先导阀处的液动力，其数值很小，可以忽略州厂一滑阀质量）卜滑阀开口度詹一阻尼系数墨一等效弹簧刚度燕山大学工学硕士学位论文），旷一弹簧的预压量厂一一一厂一一一一一（）二通插装阀示意图（）二通插装阀原理图图二通插装阀简图将式（）简化为七，考虑到采用二位三通滑阀做先导阀，所以根据伯努利方程导出的阀口流量与压差的关系，）三印（）尸式中厂一流经先导阀口流量阀口压差，显然其值为口一流量系数，紊流下，取为倒通流面积，是控制信号的函数根据第章中的公式（），得到先导阀线性流量方程口（）主阀环节主阀力平衡方程口一簟：（）（一）式中主阀进油口压力第章高速钢筋切断机系统性能仿真分析爿厂控制腔面积彳一主阀进油腔面积矿一主阀出油口压力删主阀质量广主阀位移卜阻尼系数肛一弹性系数一弹簧预紧量厂液压弹性系数将式（）简化为（一扣一，耐（）根据第章式（）得到插装阀主阀口流量公式一恬卸嗣动力元件子模型建立）（）本文所讨论的液压动力元件是由液压控制阀（插装阀和液压执行元件组成的。在大多数液压系统中，液压动力元件是一个关键性的部件，它的动态特性在很大程度上决定了整个系统的性能。为了方便研究，现假定如下（）阀与液压缸的连接管道对称且短而粗，管道中的压力损失和管道动态可以忽略；（）油温和体积弹性模量为常数；（）液压缸动作迅速，故而不考虑液压缸内、外泄漏。冲程剪切根据第章讨论，我们知道冲程剪切时系统是差动回路。其简图如图所示。燕山大学工学硕士学位论文图冲程剪切示意图（）流量连续性方程不考虑液压缸内、外泄漏的流量连续方程为矿哦圪云戌（）一。（）式中倪系统的等效容积弹性模量幺液压缸无杆腔流量液压缸无杆腔容积。液压缸无杆腔压力，忽略管道阻力，近似认为。口液压缸有杆腔流量厂液压缸有杆腔压力圪液压缸有杆腔容积液压缸的工作腔容积可写成圪圪。一。，圪一（）第章高速钢筋切断机系统性能仿真分析式中。厂一液压缸无杆腔容积爿。液压缸无杆腔面积液压缸有杆腔容积（）液压缸和负载的平衡方程液压动力元件的动态特性受负载特性的影响。负载力一般包括惯性力、粘性力、弹性力和任意负载力。一，茸色量戤五（）式中一油缸有杆腔面积厂一活塞及负载折算到活塞上的总质量活塞杆位移卜负载刚度广活塞及负载的粘性阻尼系数凡外负载力由式（）、式（）、式（）、式（）、式（）和式（）得下列状态方程主。口去钿戤，一】驴丧）驴瓦（以一引回程剪切系统回程剪切简图如图所示。（）流量连续性方程一吃缸吃缸）（）。一。，（）睁功睁砷件功佟瑚鲞些查兰三兰堡主兰垡丝兰。（）但液压缸和负载的平衡方程。聊。觉量，吒（）由式（）、式（）、式（）、式（）、式（）和式（）可得下列状态方程量。（）溉一占，一】（）或（以一鳓（）驴如）（）图回程剪切示意图一般的液压系统都是在稳定的前提下进行工作的，因而大多数文献所讨论的动力元件数学模型都是活塞处于中位时的阀控缸模型。因为在此情况下，压缩性流量为最大值，于是动力元件模型的固有频率最小，从而保证了在此条件下对动力元件进行动态分析是讨论了最不利的情况，即如果第章高速钢筋切断机系统性能仿真分析此时系统满足稳定性要求，那么在其他条件下系统一定也是稳定的。但是本系统着重于快速性要求，考虑稳定性对其研究没有实际意义。因此建立动力元件模型时进行了一些尝试，如放弃了“负载流量”的概念、承认在动态过程中。吼，考虑容腔变化引起的流量变化、考虑非线性因素，避免线性化误差，。系统仿真模型建立液压泵模块建立液压系统选择恒压定量柱塞泵。其移动部分的惯性和泵的内摩擦可以忽略不计。其特征模型可由以下方程描述：聍，（）式叶一乜机转速矿一液压泵排量口。一液压泵输出流踅风一液泵二压力（液眍泵泄漏系数中建立的泵模块的计算流程图如图所示泄蠹系数图泵仿真模型燕山人学工学硕士学位论文蓄能器模块建立蓄能器的特征模型可由以下方程描述：中建立的蓄能器模块的计算流程图如图所示图蓄能器仿真模犁其中，蓄能器液腔子模块如图所示，气腔子模块如图所示。（）圉蓄能器液腔模犁、第章高速钢筋切断机系统性能仿真分析蓄能器气腔模型插装阀模块建立插装阀的特性方程为（）当时（）当。时冲程时，插装阀流量方程，托而（）回程时，插装阀流量方程。，。（）中建立的插装阀模块的计算流程图如图所示。图中框图是一个模块，该框图包括两个状念状态和状态。当手动开关打开时，系统状态为状态，此时阀位移有数值输入；当手动开关打开时，系统状态为状态，此时阀口位移有零输入。燕山大学学硕士学位论文图插装阀模型动力元件模块建立根据式（）、式（）、式（）和式（）建立冲程时动力元件模型如图所示。图动力元件冲程剪切模型第章高速钢筋切断机系统性能仿真分析根据式（）、式（）、式（）和式（）建立冲程时动力元件模型如图所示。图动力元件同程剪切模型容腔模块建立在液压系统中存在两种有代表性的模型，其一是输出势变量特征，输出压力，需要流量作为输入；其二是输出流变量特征，输出流量，需要压力作为输入。液压元件通常具有多个油口并与管路相连，通过管路相连的多个元件之间构成液压容腔，属于输出势变量特征模型。在数学仿真中，把液压管路的汇交点定义为节点，对每个节点建立流量平衡方程，以表述节点压力与进出该节点流量之和的关系【蚓。在本设计中，将集成块中连接蓄能器、泵、液压缸的管路看成一个液压容腔，则该液压容腔的特征方程为。争，础（）式中容腔的液压体积中建立的容腔模模块的计算流程图如图所示。燕山大学工学硕士学位论文（）冲程容腔模型（）回程容腔模型图容腔模型。冲程模型建立根搬以上二所得的务于系统数学模型和冲狴剪切系统嘲潞简陵“以得到冲程盼剀时系统的模删如图所水。当系统进行冲程剪切时，蓄能器输出油液、泵输出油液与液压缸回油腔油液三者汇集在一起，通过插装阀流入液压缸有杆腔。从微观上看，三种流体在相交点附近冲击融合，流体微团受各种力的作用不仅有横向脉动，而且有相对于流体平均运动的反向运动，因而无法确定流体质点的运动方向及运动速度大小随时间变化的规律。所以在建模时，引入液压容腔的概念，并近似认为容腔内压力各处相等，建立该容腔的压力流量方程。第章高速钢筋切断机系统性能仿真分析图冲程剪切模型蟾回程模型建立根据以卜所褥的各系统数学模型和网程剪切系统回豫筒黟嘲以得到删程剪切时系统的模型，如图所示。图回程剪切模型谵仿真结果分析将蓄能器的充气压力分别取为、。其它参数如表。表液压系统模型参数也五甜爿口蚝一矿占。芦。将这些参数输入到冲程剪切仿真模型中，分别取系统工作压力为、。所得系统响应曲线如图所示。寸一矗磊工作压力。，（）蓄能器充气压力厂，一壤；奢薯峰。曜丝确而市广工作压力一工作压力工作压力）蓄能器充气压力第章高速钢筋切断机系统性能仿真分析（）蓄能器充气压力图冲程剪切位移响应曲线将表中的参数输入到回程剪切模型中，分别取系统工作压力为、。所得系统响应曲线如图所示。（）蓄能器充气压力（）蓄能器充气压力署且，兽嚣皿置“燕山大学工学硕十学位论文（）蓄能器充气压力图回程剪切位移响应曲线由于钢筋切断机在剪切钢筋时会出现“闷车”现象，所以希望设计的液压传动回路动作时间越短越好。而且本系统是个开环系统，当活塞杆运动到液压缸头（尾）时，会在外力的作用下强迫静止，因此仅仅需要关心的是时间指标。图中长虚线表示的是活塞杆有效行程，活塞杆第一次达到该位置的时间即为液压剪切系统的剪切时间，而在该直线以上的部分对实验来说是无效的，因此不予考虑。从图和图可以看出，在蓄能器充气压力为、系统工作压力为时，动刀片剪切所需时间最短，可以达到，能够满足设计要求，所以该系统设计方案可行，可以进一步进行实验验证。从图和图可以看出不论是冲程剪切还是回程剪切，随着系统的工作压力增大，活塞移动的速度越大，剪切所需的时间越短，变化的趋势很明显。在同一工作压力下，随着充气压力的增大，活塞的移动速度增大，剪切所需的时间越短，但是变化的趋势不大。一般的液压系统都是在一个稳定的工作点附近工作，因此其数学模型的建立是在液压缸两腔流量近似相等、忽略油液压缩性等简化的基础上进己第章高速钢筋切断机系统性能仿真分析行的。但是在建立高速钢筋切断机液压剪切系统的数学模型时，主要考虑的是系统快速性要求，不能像一般的液压系统那样建立以稳定性为前提的数学模型。由于此方面研究工作不多，所以本文仅尝试性地建立主阀进油口非恒压液压系统模型。本章小结本章首先简单介绍了。其次针对高速钢筋切断机各个子模块进行了详细的物理分析和数学推导，在环境下建立了各个子模块的模型。然后在此基础上，进一步建立了高速钢筋切断机冲程剪切和回程剪切模型，并分别得到了冲程及回程状态下活塞的位移响应曲线。从仿真曲线中可以看出，系统的剪切时间很短，说明该液压系统设计方案是可行的，可以研制实际样机。燕山大学工学硕士学位论文第章高速钢筋切断机实验研究本文在前面章节中对高速钢筋切断机进行了方案设计，静态特性指标、动态特性指标的理论分析和仿真研究，总结出高速钢筋切断机各组成部分的运动规律及特点。为了验证设计方案的可行性及仿真模型的正确性，进行了实验研究。实验系统设计新型高速钢筋切断机实验系统的测试平台结构如图所示。主要由液压系统、测量仪器、数据采集系统组成的。其中液压系统原理图如图所示。广一一一一一一一图一高速切断机实验系统测试平台第五章高速钢筋切断机实验研究液压系统图液压系统原理图本实验采用的实验平台为自行设计的钢筋切断机样机，实物照片如图所示。该样机在结构上采用缸、集成块、蓄能器集成于一体，以降低管路对时间响应的影响。图实验样机燕山大学工学硕十学位论文实验中采用的主要元件及主要参数如下：）动力源轴向柱塞式恒压变量泵（）的公称压力：，理论排量：，额定转速：（）执行元件单作用活塞液压缸（自制）；（）蓄能器及其附件蓄能器（一）的公称压力：，公称容积：；蓄能器（）的公称压力：，公称容积：；液控先导换向式充氮车（一一）充气压力范围：；（）控制阀件二通插装阀（）的公称压力：，公称流量：，先导式电磁换向阀（，公称压力：，公称流量；测量仪器位移传感器采用型精密数字位移计，北京京海泉传感科技有限公司，用于测量活塞单位时间的位移输出。压力传感器采用压力传感器，湖南宇航科技实业有限公司，用于测量进油腔压力随时间的变化。数据采集系统本实验利用软硬件集成系统完成实验系统的实时数据采集、实时显示及数据存储。数据采集系统简介实时仿真系统是由德国的数字信号处理及控制工程公司（）基于软件开发的一套实时控制平台工具。其硬件系统包括处理器、接口等，其处理器具有高速计算能力。按照产品类型分为单板系统和标准组件系统。本实验采用的是控制器板，实物照片如图。第五章高速钢筋切断机实验研究图控制板实物圈软件系统包括两部分：、实时代码的生成与下载组件（一）。这是连接和的纽带，通过该组件可以对实时工作空间（）进行扩展，同时实现模型到硬件代码的自动下载；二、测试组件。包括综合实验与测试环境组件、自动试验和参数调整组件、实时处理器通信组件以及实时动画组件口”。计算机实时控制调试采集系统在本实验中，首先要完成计算机实时控制采集系统的调试。其主要工作包括：在环境下建模；由把模型进行编译生成可执行代码，下载到提供的硬件控制器板上运行在软件系统中设计实时调试和信号采集窗口。本实验的实验界面如图所示。实验过程中，对液压系统中的执行元件运动情况以及液压进油路的压力变化进行数据采集，以数组树的形式保存在空间中，供进一步分析绘图使用。燕山大学工学硕士学位论文图钢筋切断机实验控制界面实验步骤打开建立的控制模型，然后打开中用靠作的实验控制调试窗口，将控制模型下载到系统中；（）给蓄能器充压到；（）打开系统将系统压力调定到；（）给定先导电磁换向阀信号，使高速切断样机分别进行冲程、回程动作，采集并保存数据；（）改变蓄能器充气压力至，分别在高速切断样机冲程、回程动作时实时采集数据。（）改变系统工作压力，重复步骤（）、（），采集数据。第五章高速钢筋切断机实验研究信号处理及抗干扰措施信号处理由于传感器输出的信号存在失真等问题，因此需要对其进行标定，并且使传感器工作在线性度最好的区域。抗干扰措施数据采集系统的数字电路元件中元件与元件间、导线与导线间、导线与元件问，导线与结构问都存在着分布电容。某一个导体上的信号电压（或噪声电压）可以通过分布电容使其他导体上的电位受到影响，产生共模干扰。同时，实验室中大功率用电设备通过供电线路的阻抗耦合产生电源干扰。这些干扰信号从数据采集系统的内部或外部引入系统中，造成系统误差增大”。因此，在高速钢筋切断机的数据采集系统中必须采取如下的抗干扰措施：（）传感器输出的模拟信号均由屏蔽线传送到数据采集系统的接线端子板，从而有效地克服静电感应造成的噪声信号。（）有效地布置测试系统的地线。地线包括机地线、控制板地线、位移传感器地线及压力变送器地线。它们应相互隔离、单独布线联接至总电源地线。（）采用软件消除干扰。即在数据采集程序中进行数字滤波。信号处理及抗干扰措施的采用使得系统采样数据可靠，从而保证了实验结果真实、可靠。实验结果分析本实验的目的是研究系统在其他参数不变的条件下，蓄能器充气压力变化对系统性能的影响，以及工作压力变化对剪切时间的影响。表、表是系统分别在空载和有载的情况下的实测数据。由于实验条件的限制，空载实验时，剪切位移曲线只对冲程过程进行数据采集；有载实验时，只对高速钢筋切断机冲程剪切动作进行数据采集。燕山大学工学硕十学位论文表空载实测数据，工作充气冲程系统压力变化范围系统压力波动时间悟力压力翦切时问冲程程冲程回程，口伫日表有载实测数据作充气剪切时间系统匿力变化范匝系统压力波动对阐压力压力冲程冲程冲程】，蓄能器充气压力对系统工作性能影响不同的蓄能器充气压力下，系统剪切动作时，插装阀进油口处压力变化曲线如图、图所示。由图可以看出，当蓄能器充气压力高于系统工作压力时，插装阀进油口处的压力曲线变化最为剧烈，压力波动范围最高可达，同时压力趋于平稳所需时间也最长，均在以上。当蓄能器充气压力与系统工作第五章高速钢筋切断机实验研究压力接近时，插装阀进油处的压力变化最为平稳，压力波动范围最大也仅为；而当蓄能器充气压力占系统工作压力左右时，插装阀进油口处的压力变化较为平稳，压力波动范围最大为。但是两者的压力波动趋于平稳所需时间均一样，在以下。同时，对比图所示的冲程、回程压力曲线图，可以看出在相同工况下，回程的压力波动变化较冲程的压力波动变化小。（）￥冲程压力曲线谳（）冲程乐力曲线，二嚣篆勰。滞一燃（）回程压力曲线（）同程压力曲线芒如”加”蚴踮帅苣警镕乏若。”一蕊一巧加：鲫一第五章高速钢筋切断机实验研究一一二籍黝裟一、？：一点麓矧晰目“葛雷薹而赢而两葡矿西丽苔。）（）冲程压力曲线图有载进油口处压力变化曲线分析图、图以及表、表中的相关数据可知：在高速钢筋切断机其它参数不变的情况下，改变蓄能器充气压力，会影响插装阀进油口的压力波动，进而影响系统的性能和系统寿命，同时会在一定范围内影响剪切时间。当蓄能器的充气压力高于系统工作压力时，蓄能器可近似看成刚性体，不能储存油液，也就无法起到辅助动力源的作用。因此当切断机动作时，只有泵源提供油液，系统剪切时间较长，压力波动很大。当蓄能器的充气压力低于系统工作压力时，钢筋切断机的剪切时间基本不变。但此时，蓄能器的充气压力决定着蓄能器的功效。当充气压力为工作压力的左右，蓄能器在很短的时间内最大程度上吸收系统中的压力冲击，将阀口进油处压力脉动降至最小。这是因为，当蓄能器的充气压力与系统的工作压力接近时，蓄能器的固有频率最高、响应最快，能够迅速的补充油液，减小系统的压力波动。当蓄能器的充气压力占工作压力的左右时，蓄能器的响应相对较慢，导致系统瞬问压力波动较大，但是由于此时蓄能器吸收压力脉动的效果很好，很快系统的压力波动降低，所以燕山大学学硕十学位论文上述两种情况下的压力趋于平稳所需时问一致。工作压力对系统工作。陛能影响在蓄能器充气压力相同、不同工作压力作用下，系统剪切动作时，活塞位移随时间变化曲线如图、图所示。空载时，蓄能器充气压力高于系统工作压力，活塞的运动速度较慢，尤其工作压力为时的位移曲线最为明显。当蓄能器充气压力低于系统工作压力时，在同一充气压力下，不同工作压力的活塞位移曲线基本一致。工作压力，（）冲程位移曲线（）冲程位移曲线第五章高速钢筋切断机实验研究，）冲秽位移曲线图空载活塞位移曲线由图可以看出，有载剪切时，活塞的位移曲线是近乎一条直线的变化，即整个剪切过程中，活塞是以匀速运动的。而且在同一充气压力下，不同工作压力的位移曲线基本一致。但工作压力越大，曲线的超调越大。同时对比图和图，可以看出，在同一工况下，活塞的速度变化不大。（）冲程位移曲线噌）若毫“燕山大学工学硕士学位论文拳疋。兰掣勰戮口蜘帅”弛加毛。暑第五章高速钢筋切断机实验研究分析图、图以及表、表中的相关数据可知：在高速钢筋切断机其它参数不变的情况下，改变系统工作压力，会影响剪切时问，同时在一定范围内影响系统的性能和系统寿命。当蓄能器的充气压力高于系统的工作压力时，只有泵源向系统提供油液。然而剪切时需要的油液瞬间流量极大，泵源无法及时补充，因此活塞的速度较小，系统的剪切时间较长。当蓄能器的充气压力小于系统的工作压力，即蓄能器参与补油时，同一充气压力下，不同系统工作压力的位移曲线基本一致。这是因为，实验用的是恒压变量泵，同时实验为静态剪切，所以系统供油充足，从而保证了活塞以近乎相同的速度运动。不论是空载剪切，还是有载剪切，整个剪切过程中，活塞是以匀速运动的。这说明有载剪切时，系统提供的剪切力远远大于实际需要的剪切力。导致有载剪切时活塞的位移曲线没有明显的斜率变化。实验与仿真对比分析铡螽磊蕊赢百高商石南百百商而鬲安验曲线仿真曲线，一，二二，（）活塞位移响应最快曲线）活塞位移响应最慢曲线图有载实验曲线与仿真曲线对比目燕山大学工学硕士学位论文图为有载实验曲线与仿真曲线对比图，其中图为系统在蓄能器充气压力为、有效工作压力为工况下的活塞位移曲线，图为系统在蓄能器充气压力为、有效工作压力为工况下的活塞位移曲线。由于活塞的有效行程只有，因此只需要比较研究二者在以内活塞杆的移动情况即可，如图中长虚线以下的曲线。将实验结果与仿真结果对比，可以看出二者在相同工况下的活塞位移响应曲线变化趋势是一致的，这说明在一定程度上仿真模型能够描述实验变化。在一般情况下，实验曲线的响应时间都慢于仿真曲线的响应时间。但是在图（冲，却是仿真蓝线慢于实验蓝线。这说明建立的系统仿真模型不能完全真实地反映实验情况。导致这种现象出现的原因可能有以下几种：（）在蓄能器充气压力为、系统有效工作压力为的工况下高速钢筋切断样机剪切钢筋时，所采集的实验结果包含位移传感器的随机误差，导致该次采集到的曲线反映的系统剪切时间变短。（进行仿真时，系统的参数如体积弹性模量、液压缸初始容积等设置不当，导致在蓄能器充气压力为、系统有效工作压力为工况下的仿真曲线响应较实际曲线的响应慢。（）建立仿真模型时，将插装阀主阀的开启过程理想化，认为主阀瞬间开启。同时将剪切钢筋时动刀头受到的外负载力简化为恒定值。这些线性化的处理虽然使仿真过程变得容易，但是可能对仿真结果造成一定的影响。根据以上的分析可以看出在相同工况下活塞的位移响应曲线变化趋势是一致的，说明建立的仿真模型在一定程度上反映了实际系统。但是由于将剪切过程理想化，导致某些工况（蓄能器充气压力、系统有效工作压力）下不能真实的反映实际剪切过程。因此，对实际剪切过程动刀头的受力分析与模型再现还需要做大量的研究，考虑用三维动画技术将实际剪切过程再现分析。第五章高速钢筋切断机实验研究本章小结本章首先介绍了实验采用的液压系统、数据采集系统，然后详细分析了在高速钢筋切断机样机上
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号