自动剪板机设计说明书.doc

装订线长 春 大 学 毕业设计（论文）纸 自动剪板机设计摘要本文设计了一台自动剪板机，此剪切机用于剪切厚为0.20.3mm，最大宽度为2000毫米的板带，裁剪的钢板规格为1m2m3mm.剪断时间小于10s，重点就剪板机对刀机构、送料机构、剪板机结构进行了设计，在设计中通过对比国内外剪板机，力求设计出结构简单，操作方便，同时经济、合理的剪板机，具体设计思路上：利用液压系统控制刀架，大大减少了剪切的时间并且提高了剪切精度，采用自动送料机构以提高剪板机的自动化性能。近年来，随着模具技术和冲压技术的发展，剪板机的应用范围在不断地扩大，数量在不断地增加，预计不久的将来，剪板机在冲压用剪板机中的比例将会越来越大。关键词对刀机构 送料机构 剪板机结构 Automatic cutting machine designAbstract This paper designed an automatic cutting machine, the shearing machine is used for cutting thick 0.2 0.3 mm, maximum width of 2000 mm plate band, cutting the steel plate specifications for 1 m * 2 m * 3 mm. Cut the time less than 10 s, mainly on the plate on the knife body, conveying mechanism, shearing machine structure design, by comparing the shearing machine at home and abroad in the design, make every effort to design a simple structure, convenient operation, economy, reasonable shearing machine at the same time, the specific design idea: use hydraulic system control tool post, greatly reducing the shear time and improved the precision of shearing, automated conveying mechanism in order to improve the automation of the shearing machine performance. In recent years, with the development of the mould and stamping technology, the application range of the shearing machine is constantly expanding, the number is constantly increasing, is expected in the near future, plate shears in the stamping with ratio of shearing machine will be bigger and bigger.Keywords The tool Conveying mechanism Shearing machine body 目 录前言1第1章 剪板机基本性能参数 1.1剪板机规格与技术特征 1.2剪板机基本性能参数 1.2.1剪切力确定 1.2.2压料力的确定 1.2.3剪切角的确定 1.2.4上刀片的行程量第2章 方案论证 2.1液压传动方案 2.2 机械传动方案 2.1.2机体设计2.1.3整体布局2.3机架 2.3刀架2.3.1刀架分类2.3.2刀架计算与校核 2.4托料装置 2.5刀具 2.6送料机构第3章 液压部分设计 3.1基本方案 3.1.1调速方案 3.1.2压力控制方案 3.1.3顺序动作方案 3.2供油方式卸荷回路 3.3液压系统性能的验算 4.3.1负载分析及运动分析 4.3.2确定液压缸参数 4.3.3活塞的设计 4.3.4动力元件选择 3.4液压系统的调试 3.5液压系统的维护及注意事项结论致谢参考文献附录 前 言 剪板机是借于运动的刀片和固定的刀片，采用合理的刀片间隙，对各种厚度的金属板材施加剪切力，使板材按所需要的尺寸断裂分离的设备。剪板机常用来剪裁直线边缘的板料毛坯。剪切能保证被剪板料剪切表面的直线性和平行度要求，并减少板材扭曲，以获得高质量的工件。板金行业的下料剪切工具，广泛适用于机械工业，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，餐饮家具各种机械行业，主要作用就是用于金属剪切在使用金属板材较多的工业部门，都需要根据尺寸要求对板材进行切断加工，所以剪板机就成为各工业部门使用最为广泛的板料剪断设备。我的毕业设计选择的题目是“自动剪板机设计”，自动剪板机设计，主要要求剪板机实现自动剪切的过程，可实现用于剪切厚为0.23mm，最大宽度为2000毫米的板带，裁剪的钢板规格为1m2m3mm.由于时间仓促和作者的知识水平有限，论文中的错误和不足在所难免，请各位老师给予批评指正。 第1章 剪板机基本性能参数1.1 剪板机规格与技术特征本次设计题目要求达到剪切厚度0.23mm，剪切最大宽度为2000mm，裁剪的钢板规格为1m2m3mm,剪断时间10s，主要技术特征包括剪板厚，可剪板宽，喉口深度，剪切角度，行程次数（机械传动空载，液压传动满载）参考文献1得到一般剪板机的规格与技术特征如下:表2-1 剪板机的规格与技术特征可剪板厚（毫米）可剪板宽（毫米）喉口深度 (毫米)剪切角度行程次数 不少于次/分钟标准型加大型机械传动空载液压传动满载0.23mm25003454000300131.2 剪板机基本性能参数决定剪板机性能的主要有：剪板机的剪切力，压料力，剪切角和上刀片的行程量。 1.2.1 剪切力确定斜刃剪板机的总剪切力比平刃剪板机的小，它包含三个组成部分：基本剪切力；被剪下部分板料的弯曲抗力以及板料在剪切区变形的弯曲抗力。总剪切力与剪切角的关系接近反比例，即随着剪切角的增加而减小。 N式中 k刀片的磨钝系数，100时，k=1.15-1.2 被剪金属的抗拉强度 被剪金属的伸长率 h被剪板厚（毫米） 剪切角（度） 刀片间隙（毫米） y刀片间隙的相对值，y=/h C压料脚轴线到下刀刃的距离（毫米），从表2-1中查得 X压料脚距离的相对值，X=C/h Z弯曲系数，取0.95表2-2 压料脚轴线到下刀刃的距离h（毫米）2.56.31012.51632C（毫米）657090板材为10mm厚板材，属于中厚型板材，这种板材的一般材料为Q235，屈服点为235MPa，抗拉强度为375-460MPa，因此，确定各函数值如下。k1.15-1.2，取1.2375-460MPa，取400MPa26%h10（毫米）3（度）0.6-0.7（毫米）,500MPa时，=（6-7%）h=0.60.7，取0.6y0.06，y=/hC70X7，X=C/hZ弯曲系数，取0.95因此=N1.2.2 压料力的确定在剪切过程中，上刀片对板料作用着一个向前的水平推力T。为防止板料的位移，压料力必须使板料顶面和底面上产生的水平方向摩擦力大于T。剪切开始，上刀片的切入深度达到被剪板厚的瞬间，板料顶面和底面产生的摩擦力均为 N;当剪切继续进行超过上述瞬间，则板料顶面摩擦力为 N；而板料底面的摩擦力仍然不变;T=0.3 N；因此 ，当 时， N 应该说，压料力随总剪切力增大而增大。但是压料力和被剪板宽也有一定关系，当剪切板宽较大时离开剪切区域较远的压料脚的作用不大。为此，总压料力为 N式中b被剪板宽（毫米）带入函数值，得到值为N1.2.3 剪切角的确定从剪切力的公式可以清楚的看到，剪切角增大则剪切力下降，从而减轻机器的重量。但剪切角增大带来的最不利的后果是窄条料的严重扭曲，其次是增大刀架的行程量（也就是增加机器的高度和减少每分钟行程次数）。通过对比国内外剪板机的主要参数，决定把剪切角定为3。1.2.4 上刀片的行程量上刀片的行程量主要与剪切角和被剪板宽及板厚有关。剪切板料所必需的最小行程量由下式决定： mm式中h最小开口距，即上刀片在上死点位置时工作台面到上刀刃之间的距离（毫米） b被剪板宽（毫米） 刀片超越量（毫米），查阅表2-3表2-3 刀片超越量h （毫米）6.3 1016 2032 4060（毫米）当h不可调时 38101520当h可调时10（-6）10（-16）15（-32）20（-60）h通过查阅资料得到值为2025mm，取值为20mm，因此得到值为100mm。 第2章 方案论证剪板机主要是通过滑块上刀片的往复直线运动来实现切断功能，能实现这个目的主要由液压传动和机械传动两种。2.1 液压传动方案剪板机液压传动系统原理图如图2-1所示，其原理：手动换向阀6推向左位（即左位接入系统），此时活塞在压力油的作用下向下运动，对板料进行剪切加工，当加工完成后，将阀6手柄推向右位（即右位接入系统），活塞向上运动，即刀片上抬，到了一定位置，将阀6手柄推入中位，这样活塞就停留在此位置不动。然后剪切第二次时，重复上述操作。手动换向阀6也可改为电气控制的换向阀，从而实现自动连续剪切，提高效率。 .油箱 .粗过滤器 .液压泵 4.溢流阀 5.调速阀 6.手动三位四通换向阀 7.液压缸 8.滑块图2-1 液压传动系统原理图液压剪板机采用液压传动，使机器工作时平稳，噪声小，安全可靠，可以进行单次连续剪切，剪板厚度也较机械传动的厚，但是液压系统是利用液体作为中间介质来传递动力的，剪切力大时，油压也相应的高，对液压元件的精度、强度要求也高，制造成本也相应的较高，而且液压系统不可避免的存在，泄露问题，会造成污染，油温的变化会引起油液粘度变化，影响液压传动工作的平稳性，所以适应环境能力小2。另外，液压剪板机的维修也不方便，需要掌握一定的专业知识，因此此次设计不选用此方案。2.2 机械传动方案2.1.2 凸轮机构方案 图2-1-2 凸轮机构原理图 凸轮机构的工作原理如图2-2所示：主轴的转动带动凸轮传动，凸轮升程时推动滑块（即刀片）作剪切动作。回程时，滑块在弹簧的作用下上升到开始位置，准备下一个动作循环。凸轮机构的优点是可以根据从动件的运动规律来选择机构的尺寸和确定凸轮轮廓线。缺点是凸轮机构一般用于控制机构而不是用于执行机构，因为其工作压力不能太大，否则会严重磨损凸轮的轮廓及推杆，导致该机构不能实现预期的动作要求，不能保证机器的稳定性，因此该方案不予采用。 2.1.2 曲柄滑块机构方案 曲柄滑块机构的工作原理如图2-3所示：通过主轴转动带动曲柄转动，曲柄通过连杆使滑块作上下往复运动，实现剪切动作。图2-3 曲柄滑块机构原理图该机构具有结构简单、加工容易、维修方便、经济实用的优点，故采用此方案即曲柄滑块机构作为执行机构比较合适3。2.2 机架剪板机的机架通常由左右立柱、工作台、和连接横梁所组成。这几个部分的连接形式常见的有三种：整体焊接、组合（用榫头和螺栓来连接）和组合焊接（即组合后再焊接）。一般来讲，整体焊接的机架刚性最好，但由于体积庞大，对焊后进行退火和机械加工带来困难。有的工厂将焊后退火的工作台和连接梁先进行加工，然后以较少的焊缝和左右立柱焊接。这样既能保证机架足够的刚度又能减少焊接时的变形和焊接过程中产生的内应力。组合的机架刚性较差，但易于制造（不需要大型机床加工）。目前生产的组合机架往往用榫头和螺栓来连接，组合焊接的机架比组合机架的刚度好一些。 图2-2 机架 剪板机剪切瞬间作用于机架上的力有：总剪切力（N） 压料力（N）T推力（N）；可以考虑T=0.3N刀架对机架导轨的反力（N）在计算立柱强度时应考虑最坏的载荷条件，假设总剪切力全部作用在一个连杆上，即是每一块立柱上承受总剪切力。作用于，每一块立柱上的压料力可考虑总压料力的半数。2.3 刀架 2.3.1 刀架分类 刀架是剪板机的重要部件，被剪板料的剪切精度和端口质量在很大程度上与刀架以及机架上导轨的结构有关，因此应该注意刀架的强度和刚度。目前常见的刀架结构有三种：整体焊接的直线运动刀架、组合焊接的直线运动刀架及整体焊接的摆动刀架。整体焊接的直线运动刀架如果刀架沿垂线运动，一般上刀片只有两个刃，如果刀架沿前倾线运动则刀片可作成四个刃。这种结构可用于上轴式和侧轴式剪板机。组合焊接的直线运动刀架中，水平板和筋板先焊好，然后用螺栓固定到立板上。调节螺栓使刀架在水平面内造成凸弧线，而在剪切时由于水平推力迫使刀架弯曲造成凹弧线，如果调节适当，两项弯曲将互相抵消而使剪切精度得到提高。刀架运动由偏心轴和连杆获得，一般都沿前倾运动。被剪板厚10毫米时前倾角采取3。连杆的下端（上端）作用在刀架立板顶端的小偏心轴上。整体焊接结构的摆动刀架多数用于液压机械传动的剪板机。根据活塞和刀架的连接方式基本山有三种形式：1.侧面柱塞油缸的刀架；2.活塞和油缸两端铰接式的刀架；3.带有柱塞的刀架。这三种刀架断面应考虑抗弯和抗扭。 2.3.2 刀架计算与校核 在进行计算时可以忽略去剪切角引起的刀片方向的水平分力，因为剪切角比较小（水平分力的最大值不超过0.06）。刀架导轨上的单位压力随着被剪点的推移而变化，最大单位压力应在剪切开始位置确定，因为此时的剪切力只作用在一个连杆上。刀架产生的挠度和最大应力应在刀架的中间断面确定，因为此时剪切力产生的弯矩最大。剪板机的下刀刃是一条水平直线，为了让刀架在摆动中实现上刀刃自左至右对板料的均匀连续剪切，上刀刃上的所有点都必须沿着以刀架回转中心O为圆心，以剪切半径R为半径的圆弧ss摆动（图4)。为了实现斜剪，上刀刃自左至右必须与水平倾斜一个角度，即上刀片刃口与下刀片刃口之间有一个夹角，通常称为剪切角。综上所述，上刀刃自左至右既要在ss圆弧线上又要沿剪切角上升，它的轨迹就形成了一条圆柱螺旋线，其轨迹方程式为： 式中刀架摆角图3-5 上刀刃轨迹在载荷的最危险条件下（剪切力作用于中间断面）计算刀架的应力和刚度。整体焊接刀架断面的计算如下，先确定断面对垂直坐标轴和水平坐标轴的重心位置以及惯性矩，然后计算出惯性矩积和断面惯性主轴的转角。按下式确定该断面对主轴和的惯性矩当确定弯矩时作用在刀架上的力引向断面的重心，当确定扭矩时该轴引向扭矩轴。绕扭矩轴的扭矩由下式求得 NM式中刀架宽度因此=32458N =11260N图3-6 上刀架下面确定作用在图5剖面c-c上的弯矩。由产生的弯矩 NM由力产生的弯矩 NM式中刀架宽度因此=16229NM =5630NM由已经得到的弯矩，求得作用在刀架上的弯曲应力 MPa MPa求得=16MPa =5.6MPa查资料得Q235刀架的许用应力值为60MPa,液压剪板机则为80MPa。刀架在水平面内的允许挠度 式中h被剪板厚因此=0.02mm2.4 托料装置剪切薄板时，如果被剪下部分悬出工作台很长，板料就容易向下弯曲，因此要考虑托料装置，托料装置有两种：一种是从被剪板料底面向上拖住，另一种是从被剪板料上面吸住。从底面拖住的托料装置中，托料摆杆在电磁铁工作时处于水平位置，板料就被拖住。剪切开始前电磁铁就断开，托料摆杆由于自重而向下摆开。从上面吸住板料的电磁辊装置中。电磁辊装置由几组电磁辊所组成，电磁辊装在支架的孔内，每个支架由两根拉杆悬挂在刀架的水平板上。当不需要电磁辊时可提起拉杆并将插销旋转180，板料就可以自由通过。孔的直径略大于电磁辊的支撑轴径，当板料局部隆起时相应的电磁辊就被抬起。电磁辊的吸力可以调节使其略大于被剪下部分的重量，如果吸力小于被剪下部分的板料重量则板料容易向下弯曲。吸力的值可以根据板料相接触的辊子数量来确定，如果吸力过大则可以提起几组辊子，或者提升支架的一端使局部辊子和板料相接触。考虑到成本和简单问题，因此选择前一种。2.5 刀具剪板机的下刀片都具有四个刃。刀架沿前倾直线运动的剪板机上刀片可以具有两个刃或者四个刃。刀架沿弧线运动的剪板机上刀片只宜有两个刃，而且必须将上刀片用螺钉或者垫片调整为一个空间曲面，因此上刀片的长度尽可能增大以减少接缝数。如果接缝处调整不当将导致刀具磨损的加剧和被剪板边偏差的增大。刀片顶面应稍低于工作台面，偏差为-0.20毫米。国产剪板机刀片材料常用6CrW2Si，（热处理后硬度为RC58-60)。T7A,9CrSi，Cr12P1，Cr12Mo和Cr6VP也可作刀片的材料。国外实验用硬质合金BK15或BK20镶在剪刀片上来提高两次刃磨的间隔时间。刀片的尺寸参阅下表3-2表3-2 刀片尺寸被剪板厚h（毫米）刀片尺寸T*H（毫米）螺孔直径d（毫米）12.520*601341625*8017202532*12022324045*15033刀片刃部应经常保持清洁，并应涂上含有二硫化钼或石墨的润滑脂。2.6 送料机构 2.6.1 执行机构的选择与比较大致有几条途径：（1）利用机构中运动构件暂时脱离运动链，使后续构件实现停歇；（2）利用构件上一点在圆弧段或直线段上运动，使与之相连的构件实现停歇；（3）利用两种运动的叠加使构件实现间歇运动；（4）其他。工业上常用的简单间歇机构，如棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构等，虽具有结构简单、制造方便。运动可靠等优点，但在动力性能、动停比（运动时间和停歇时间之比）方面很难满足设计要求。所以常用组合机构来满足设计要求。2.6.2 传动方案的确定合理的传动方案首先要满足工作机的性能要求，适应工作环境，工作可靠，此外还应使传动装置的结构简单，尺寸紧凑，加工方便，成本低廉，传动效率高和使用维修方便，要同时满足这些要求是比较困难的，因此要通过分析比较多种传递方案，选择出保证重点要求的最佳传动方案。当采用由几种传动形式组成的多级传动时，要充分考虑各种传动形式的特点，合理的分配其传动顺序。在选择时，应注意以下各种传动件的特性：（1） 带传动的承载能力小，传递相同转矩时，结构尺寸较其他传动形式大，但传动平稳，能吸振缓冲，因此，宣布置在高速级。（2） 链传动不均匀有冲击，不适用于高速级，应布置于低速级。（3） 斜齿圆柱齿轮传动的平稳，较直齿轮较好，常用在高速级或要求传动平稳的场合。（4） 开式直齿圆柱齿轮传动的工作环境一般较差，润滑条件不好，因而磨损严重，寿命较短，应布置在低速级。（5） 圆锥齿轮传动只用于需要改变轴的布置方向的场合。由于圆锥齿轮加工比较困难，所以应将其布置在传动的高速级，并限制传动比，以减小直径和模数。（6） 蜗杆传动可以实现较大的传动比，结构紧凑，传动平稳，但传动效率较低，故使用于中小功率的高速传动中。（7） 星轮机构可以实现间歇传动且无刚性冲击同时兼有槽轮机构的启动型性能，有兼有齿轮机构等速转位的优点，适应性较广，但是星轮机构往往制造比较困难。（8） 不完全齿轮机构结构简单，容易制造，工作可靠，十几小时运动时间和静止时间的比例可在较大范围内变化。其缺点是有较大的冲击，所以只适用于低速、轻载场合。 综上所述，考虑各方面，选择带传动和直齿圆柱齿轮进行若干个减速级和两个加速级的传动，利用星轮作间歇传动。 传动方案采用v带传动，齿轮传动。 优点：结构简单，传动平稳；成本低廉；过载保护；缓冲吸振。采用窄v带传动，传动效率较高。可承受较大的预紧力，速度快、挠曲次数高，还可减少带传动的尺寸。 利用星轮做间歇传动，虽然制造比较困难，但是此机构的传动时间和间歇时间之比方便控制，利于达到要求时间比。且受力情况较好，无刚性冲击。2.6.3 送料装置通过两个轮子的转动从而带动板料运动。行程选用2000mm，按照图示机构有：行程H=nd，n为滚子转动圈数，d为滚子直径。为方便设计传动比选用滚子周长为：400mm。又直径 d=周长/ 所以可算得直径为：127.324mm。此时滚子转动五圈即达到要求行程。星轮转动180度传动滚子转动五圈，由此可得，齿轮总传动比为1：10为均匀分布载荷，可初步确定个齿轮齿数；令两个大的主动齿轮1、3的齿数分别为100 ，60；从动小齿轮2、4的齿数分别为30 ，20；这样传动比刚好达到1：10。齿轮模数确定（参照机械原理第七版180页） 表10-1 圆柱齿轮标准模数系列表（GB/T 13571987）优先选用的模数有：0.12 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50（单位：mm）分度圆直径 d=m*z，所以，初步选择模数为2，可得，各齿轮分度圆直径为齿轮1 ：d1=200mm 齿轮2 ：d2=60mm齿轮3 ：d3=120mm 齿轮4 ：d4=40mm模数的确定也可根据实际工作的需要另行选定。2.6.4 间歇传送机构此处间歇传送机构采用星轮机构，为了让机构在运转时没有较大的刚性冲击，所以，设计星轮时，首先，必须让首末两针齿切向进入或对出星轮的齿槽；其次，针轮的首齿与其相啮合的第一个齿槽的啮合过程应使星轮逐渐加速直至正常速度为止，而针轮的末齿与星轮的最后一个齿槽的啮合过程，应使星轮逐渐减速直到停歇为止。机构简图如下所示：两个圆弧板起到锁止狐的作用转动一周有两个停歇段主动轮转一周，从动轮转半周。星轮的边缘有齿槽，具体形状由运动曲线确定。以为曲线复杂，故此处未画出齿槽具体形状。机械传动总体示意图： 机构的装配：由于此机构的传动部分和剪切部分由一个原动件输出功率，所以在机构的装配时需要有一定的要求，以保证时间上的合理配合。主要是针轮所连接的两个构件星轮和连杆；装配时，星轮处于间歇中间时刻时，连杆达到最大位移。即连杆此时所在平面过针轮的回转中心轴线。 如下图所示： 星轮的凹圆弧板的弧线中点处于针轮间歇中央，即 此时星轮应经停歇1/20倍周期；连杆所联接的摇杆刚好达到顺时针最大转角。 第3章 液压部分设计3.1 基本方案 3.1.1 调速方案液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合容积节流调速。节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常用于有负载荷的场合，旁路节流多用于高速。调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。经过比较选用容积调速系统 3.1.2 压力控制方案液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。3.1.3 顺序动作方案主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床、挤压机压力机等场合。通过比较，考虑本设计动作方案为通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来启动下一个动作。3.2 供油方式卸荷回路整机的液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件（如压力表、温度计等）。大型设备的关键部位，要附设备用件，以便意外事件发生时能迅速更换，保证主要连续工作。各液压元件尽量采用国产标准件，在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。对于自行设计的非标准元件可用结构原理图绘制。系统图中应注明各液压执行元件的名称和动作，注明各液压元件的序号以及各电磁铁的代号，并附有电磁铁、行程阀及其他控制元件的动作表。考虑到剪板机工作时所需的功率，我们可以采用容积调速方式。为满足速度的有级变化，用压力补偿变量液压泵供油。即在快速下降时，液压泵以全流量供油，当转换成慢速加压剪断时泵的流量减小在最后5mm内，使变量泵减到零。当液压缸反向回程时，泵的流量恢复到全流量，液压缸的运动方向采用三位四通M电磁换向阀控制，停机时换向阀处于中位，使液压泵卸荷。为防止上刀架及上刀片由于自重而出现速度失控现象，在液压缸无杆腔回油路上设置一个内控单向顺序阀。本机采用行程控制，利用行程开关来切换电液换向阀，以实现自动循环。综上拟定的剪板机的液压系统原理如图所示：图4-1 液压系统图 1-双联叶片泵 2-溢流阀 3-顺序阀 4-单向阀 5-三位四通电磁换向阀 6-调速阀 7、10-单向阀 8-二位三通机动换向阀 9-压力继电器 11-二位二通电磁换向阀 12-滤油器 13-压力表开关本系统主要是实现刀架的提升和下降，所以对流量和速度的要求不高，选用定量泵即可。液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。由于工作要求，本系统中需要卸荷回路，设计采用二位二通电磁换向阀实现。3.3 液压系统性能的验算液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当各回路形式、液压元件及联接管路等完全确定后，针对实际情况对所设计的系统进行各项性能分析。对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切地计算液压回路各段压力损失、容积损失及系统效率，压力冲击和发热温升等。根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计要进行重新调整，或采取其他必要的措施。 3.3.1 负载分析与运动分析 上刀架作上下直线往复运动，且行程小（只有250mm），故可选用单杆液压缸作执行器，取缸的机械效率 。根据技术要求和已知参数对液压工况负载进行计算液压缸外负载力分析计算结果快速下降 启动加速 等速 0慢速剪切 初压 终压 快速回程 启动 等速 制动 说明：(1)由于忽略摩擦力，故快速下降等速时外负载力为0 (2)剪切时切刀上的工作负载分为两阶段，初压阶段负载力缓慢地线性增加约达总切力的5%，终压阶段，负载力急剧增加到最大剪切力，上升规律近似于线性。初压行程约占工作行程的2/3，终压行程约占工作行程的1/3。剪板机各工况持续时间快速下行 慢速剪切 初压 终压 快速回程 3.3.2 确定液压缸参数 1.液压缸尺寸计算根据机械设计手册，我们预选液压缸的设计压力为5Mpa，将液压缸的无杆腔作为主工作腔，考虑到液压缸下行时，上刀架及上刀片自重采用液压方式平衡，则可计算出液压缸无杆腔的有效面积为 液压缸内径 按国标GB/2348-1993 取标准值D=120mm=12cm 根据快速下行与快速上升的速度比确定活塞杆直径d 求出d=84.8mm 取标准值d=85mm 液压缸的实际有效面积为： 2.液压缸压力与流量计算 快速下行 启动阶段 恒速阶段 P=0 q=0慢速加压 初压阶段 终压阶段 快速回程 启动阶段 q=0 恒速阶段 制动阶段 q=03.功率计算快速下行（启动）阶段：快速下行（恒速）阶段：慢速加压初压阶段： 慢速加压终压阶段：在行程只有5mm，持续时间仅，压力与流量的变化情况较为复杂，为此作如下处理： 压力由0.243MPa增至4.86MPa，其变化规律可近似用一线性函数P（t）表示，即 流量由226.08减其变化规律，也可以近似用一线性函数q(t)表示，即 从而得此阶段功率方程 令，求得极值点t=0.1184s 此处最大功率为 在t=0.1184s处，压强 流量 快速回程阶段： 启动 恒速 制动 3.3.3 活塞的设计活塞有整体式和组合式两大类。整体式活塞结构简单可靠，但加工比较复杂，适用于活塞尺寸小，活塞杆较短的场合。组合式活塞的典型结构有焊接式，螺纹联接，卡环联接，双螺母联接。本设计采用双螺母联接。活塞杆的设计(1)活塞杆的直径取为d=2/5D=80mm(2)活塞杆的强度和稳定性校核液压缸支承点和活塞杆端点的最大长度液压缸属于短行程，按轴向拉伸或压缩计算强度。所以符合强度要求1.活塞杆头部取平头圆柱形活塞杆采用表面硬化处理，如45钢表面高频淬火，硬化层深度0.051毫米(或直径的3%)，硬度4555HRC，表面应镀硬铬，厚度1525微米，防腐要求特别高时，则要先镀一层软铬或镍，后镀硬铬，镀后抛光，用于低负载、低速或良好环境时，活塞杆表面可以不处理。活塞杆外径公差取，直线度误差小于等于0.02毫米每一百毫米,表面粗糙度0.30.4m，精度要求高时取0.10.2m。所以 符合强度要求2.活塞杆头部取平头圆柱形活塞杆采用表面硬化处理，如45钢表面高频淬火，硬化层深度0.051毫米(或直径的3%)，硬度4555HRC，表面应镀硬铬，厚度1525微米，防腐要求特别高时，则要先镀一层软铬或镍，后镀硬铬，镀后抛光，用于低负载、低速或良好环境时，活塞杆表面可以不处理。活塞杆外径公差取，直线度误差小于等于0.02毫米每一百毫米,表面粗糙度0.30.4m，精度要求高时取0.10.2m。活塞杆的运动速度较快，运动部件质量较大时，为了防止运动部件到终端时与缸的端盖产生撞击，液压缸应该有缓冲装置。缓冲装置利用油液的节流原理实现制动。常见的缓冲装置有环形间隙式、节流可变式和节流口可调式。每种还有多种结构形式。环形间隙缓冲装置由活塞上的圆形凸台和液压缸端盖上的凹形腔组成.当活塞移动接近端盖时,凸台进入凹孔,将封闭在活塞与端盖间的油液从环状间隙中挤出。活塞速度被减慢，形成缓冲。这种装置结构简单，开始作用时缓冲效果很大，但效果逐渐减弱，缓冲作用还受油温的影响。形成环状间隙的凸台可以做成圆锥形阶梯形和抛物线形等，可以改进其缓冲效果。图4-2 环形间隙式、节流可变式液压缸在系列化的成品液压缸中，由于事先无法知道液压缸的实际速度和运动部件的质量，为简单起见，多采用环形间隙式缓冲。节流可变式缓冲装置在活塞上开有轴向的三角形节流槽，活塞与端盖间的油液须经三角槽流出，而使活塞制动。缓冲均匀，制动精确。出油口须装单向阀，用于反向启动。节流口可调缓冲装置也有凸台和凹孔结构，还在液压缸的端盖上装有节流阀和单向阀，活塞与端盖间的油液经针形节流阀开口，可改变吸收能量的大小。单向阀用于反向启动。这种结构应用较广泛。考虑到本液压缸的结构和所承受的重力和冲击不大，本设计所采用的是节流可变式缓冲装置。3.3.4 动力元件选择可以看到液压缸工作的整个过程中最高工作压力出现在加压结束时P=4.86MPa，此时缸的输入量极小，且进油路元件较少，故泵至缸间的进油路压力损失估取为，可以算得泵最高工作压力，液压泵的最大供油量按液压缸最大输入流量进行估算，取泄露系数K=1.1，则，根据以上计算结果查阅手册，选用规格相近的25YCY1B压力补偿斜盘式轴向柱塞泵，其额定压力为32MPa,排量为25ml/s。最大工作压力出现在终压阶段，由此时的液压缸工作压力式和流量式可算得此时液压泵的最大理论功率取泵的总效率，则液压泵的实际功率即所需电动机功率为 查阅相关手册，选用Y8024型三相交流异步电动机，其额定功率为0.75kw，额定转速为1390r/min。按所选电动机转速和液压泵的排量，液压泵的最大理论流量为大于计算所需流量18.612L/min，满足适用要求。根据所选择的液压泵规格及系统工作情况，容易选择系统的其它液压元件，一并列出，如下表4-2：表4-2 液压元件规格序号液压件名称通过的最大实际流量（L/min）型号规格规格1双联叶片泵18YB-10/12(10/12)L/min6.3MPa2溢流阀7.296Y-25B 25L/min6.3MPa3顺序阀18XY-25B25L/min6.3MPa续表4-2 4单向阀18I-25B 25L/min6.3MPa5三位四通电磁换向阀4434D-63B 63L/min6.3MPa6调速阀18Q-25B25L/min6.3MPa7、10单向阀18I-25B25L/min6.3MPa8二位三通机动换向阀18