板材剪切机液压系统设计.doc

辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 36 页板材剪切机液压系统设计摘要针对传统剪切机存在的噪音大、占地面积大、灵活性差等问题，本设计采 用了液压驱动方式，解决了上述方面的缺陷。其设计内容剪切机的总体设计计 算，主要零部件的设计计算和液压系统的设计，其中液压系统的设计还包括液 压元件的设计。本文利用液压传动控制技术对剪切机进行改进设计，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。 关键词：剪切机;液压系统;液压元件Abstract Aim at the existing traditonal shearing machine that has high noise, large areas and poor flexibility etc problems, the design uses a hydraulic-driven approach to address these deficiencies. It mainly includes three partial contents: the overall design calculation of the shear machine, the design calculation of the main components and hydraulic system design. The hydraulic system design has mainly included the design of the hydraulic components. This paper makes some reconstuction 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 typle 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.Key words: Shearing machine, Hydraulic system, Hydraulic components目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1课题的背景和意义11.2 剪切机的发展及现状11.2.1剪切机介绍11.2.2 剪切机的分类21.2.3国内研究现状31.3剪切机特点41.4剪切机使用注意事项5第2章 剪切机及其基本参数62.1剪切机工作原理62.3 剪切次数的确定92.4摆臂受力情况分析92.5油缸系统设计92.5.1剪切缸设计92.5.2压紧缸设计10第3章 液压系统设计及工况分析123.1液压系统的基本组成123.2设计要求133.3工况分析133.4.1液压缸的内径和活塞杆直径133.4.2 液压缸的流量143.5速比153.6活塞的理论推力和拉力153.7拟定液压系统原理图153.8液压油路原理16第4章 液压元件的选择184.1 确定液压泵规格和驱动电动机功率184.2 液压控制阀的选用194.2.1压力控制阀的选用原则194.2.2确定系统液压阀204.3液压辅助元件的选用214.3.1蓄能器选用214.3.2压力表及压力表开关选用214.3.3液压管路及其连接214.3.4空气过滤器选用224.3.5液位计选用22第5章 液压系统性能演算245.1系统压力损失计算245.2计算液压系统发热及温升265.2.1系统的发热功率26第6章 阀台的设计296.1阀台连接概述296.2阀台的设计296.2.1确定阀台的数量296.2.2液压元件位置的布置30第7章 泵站的设计33结 论34致谢35参考文献36第1章 绪论1.1课题的背景和意义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。近二十年 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。 在钢板弹簧的生产工艺中，钢板剪切下料是关键工序之一，因此，下料机 是其重要的板簧设备。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。板料高速剪切机是一种新型 的剪切下料设备，它采用液压系统驱动，实现高速剪切；板料高速剪切机的液 压系统，是保证板料高速剪切机实现动作循环和决定其性能优劣的核心环节。 板料高速剪切机要求液压系统工作可靠、响应灵敏度高，具有广阔的市场前景。 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。1.2 剪切机的发展及现状1.2.1剪切机介绍剪切机是机床的一种，它采用液压驱动，安全性能可靠，操作方便。剪切机工作刀口长度：400mm、600mm、700mm、800mm、1000mm、1200mm；剪切力从63吨至400吨八个等级，适合不同规模不同要求用户。安装不须底脚螺丝，无电源的地方可用柴油机作动力。剪切机适用于金属回收加工厂、报废汽车拆解场、冶炼铸造行业，对各种形状的型钢及各种金属材料进行冷态剪断、压制翻边，以及粉末状制品、塑料、玻璃钢、绝缘材料、橡胶的压制成型。 1.2.2 剪切机的分类剪切机的种类很多。对剪切机的分类，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。下面按剪切机的剪刃形状的分 类对三种结构分别进行介绍:平行刃剪切机 斜刃剪切机 圆盘剪切机（1）平行刃剪切机 平行刃剪切机的两个剪刃是彼此平行的，它通常用来在热态下横向剪切方 形及矩形断面的钢坯。也可用来冷剪型材，将刀片做成成型剪刃来剪切非矩形 断面的钢板。平行刃剪切机按剪切机构的运动特点，分为上切式和下切式两种 型式。上切式剪切机的下剪刃是固定的，由上剪刃的上下运动进行剪切。其剪 切机构通常采用曲柄连杆机构。下切式剪切机的两个剪刃都运动，剪切过程是 通过下剪刃上升来实现剪切的，其剪切机构通常有偏心轴式和浮动式。平行刃 剪切机，在工作时能承受的最大剪切力是它的主要参数，故人们习惯上以最大 剪切力来命名。（2）斜刃剪切机 斜刃剪切机的一个剪刃相对另一个剪刃成某一角度放置。斜刃剪切机按剪 切机构的运动特点也可分为上切式、下切式和复合式等。 上切式斜刃剪:这种剪切机的下剪刃平直而固定，上剪刃是倾斜的并上下 运动实现剪切。上切式斜刃剪通常是作为单独设备，用来剪切宽的板材，当板 材厚度大于 20mm 时，可用在连续作业线上横切板材，但要有摆动辊道，另外， 当板材厚度大于 25mm 不能用圆盘剪切边时，在连续作业线上的两边设置上切 式斜刃剪进行切边。 下切式斜刃剪:这种剪切机的上剪刃是固定的，由下剪刃上下运动进行剪 切。由于它是下剪刃向上运动进行剪切，故不需要设置摆动辊道，一般多用于 连续作业线上横切带材。这种剪刃机的剪刃通常上剪刃是倾斜的，下剪刃是水 平的。但近来采用上剪刃是水平的，下剪刃是倾斜的愈来愈多，生产经验证明， 这种型式能够保证钢板的剪切面相对带材中心线及表面垂直度。其缺点是由于压板要放在下面而造成结构复杂化。 复合式斜刃剪:在连续式作业线上的尾部，为了将原来焊接起来的长带材 分成一定重量的卷材，设有复合式斜刃剪切机。这种剪中间有固定的双刃刀架， 上下有活动刀架，也称上下双层斜刃剪切机。当带材通过固定双刃刀架上部， 带材由一台卷取机卷取。当需要分卷时，上活动刀架下降切断带材，后面的带 材通过固定双刃刀架下部，由另一台卷取机卷取。（3）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。值得注意的还有塑性力学 Durkcer 公设的提出者 Ducrker 等力学家的工作。1.2.3国内研究现状技术工艺是衡量一个企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能 不断领先于竞争者的重要指标依据。随着国内液压剪切机市场的迅猛发展，与 之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。了解国内外 液压剪切机生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势，对于企业 提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。 丁时锋等人1针对板料剪切生产线采用人工控制，定长过程耗时过多，钢板 长度尺寸不一致，同时剪切过程总是简单的重复劳动，工人劳动强度大等问题， 改为继电器接触器控制，但控制柜接线复杂，使用维护不便。为了解决剪切过 程中的板料定长问题，减少加工工时，提高生产效率，同时为了提高生产的自 动化程度，并保证生产的稳定，对原系统进行了改造，设计了一种基于 PLC 的 板料液压剪切机系统。该系统工作性能稳定，完全解决了剪切过程中板料的定 长问题，提高了生产线的自动化程度，并切实提高了生产线的生产效率。 在棒料剪切机液压系统的研究方面， 杜诗文等人2应用液压大系统建模方法 建立了数学模型，构建了仿真模型，对棒料高速剪切机液压系统动态特性进行 了建模与仿真研究。实践表明：采用液气联合驱动、径向夹紧的棒料高速剪机，生产效率高，棒料剪切断面质量得到显著提高。仿真结果表明：液压系统 具有良好的动态特性，液压大系统建模方法与理论可广泛应用于液压系统动态 特性分析 为了解决精轧生产线取料问题，梁春光等人 通过对剪切及剪应力的分析， 同时根据液压剪的工作原理，进行了 HC520-3 新型液压剪主要几何尺寸及其结 构参数的设计。实验结果证明：该液压剪能快速剪切 20mm 以下的铬不锈钢以 及合金钢等，不但保证了轧材的表面质量，还保护了设备，且经济效益显著。 液压剪切机构的设计有两种方案，一种是主剪切驱动缸安置在机架的一侧， 而且是只有一个主液压缸。当液压缸产生向外的推力后，利用杠杆关系将推力 进行放大，并转换成向下的推力，然后推动上刀架向下运动进行剪切，美国的 PCO 中板厂就是采用的这种剪切机构。 另一种是采用两个主剪切驱动缸直接安装 在机架的顶部，推动上刀架两端向下运动进行剪切。第二种剪切机构是一种新 型式，也是第一次采用。两种方案都是可行的，但比较而言，采用第设计相对于第二种机构要小得多，而且单一的主缸产生推力比起第 二种方案需两缸同步产生的推力来讲，控制要简单得多，需用的液压油量也相 对较少，仅液压系统就能省下不少的投资；另外，由于主缸放置在机架的侧面， 避免了向上热气流的直接烘烤，对主驱动缸的保护有一定的1.3剪切机特点(1).电机按需求采用可编程控制器；(2).液压系统采用先进的插装阀或滑阀系统控制，实行按钮集中操作的液压机；(3).其压力、速度和行程可根据工艺需要进行调节，并能完成压制成型和定型两种工艺方式。液压剪切机，该系列机型适用于金属回收加工厂、报废汽车拆解场、冶炼铸造行业，对各种形状的型钢 剪切机及各种金属结构进行冷态剪断，加工成合格炉料。该系列产品特点：采用液压驱动，安全性能可靠，操作方便。工作刀口长度：400mm、600mm、700mm、800mm、1000mm、1200mm；剪切力从63吨至400吨八个等级，适合不同规模不同要求用户的选择。安装不须底脚螺丝，无电源的地方可用柴油机作动力特点：（1）采用液压驱动，操作方便，维修简单。（2）工作刀口长度：400mm，600mm700mm800mm1000mm1200mm,剪切力从63吨至400吨共8个等级。700mm以上刀口的剪切机，特别适用于剪切报废汽车。（3）安装无须底脚螺丝，无电源的地方可用柴油机作动力。1.4剪切机使用注意事项1.未经学习，不了解机器结构、性能和操作规程者不得擅自开动机器。2. 机器各润滑处应按要求，每班至少加注一次润滑油。3. 加入油箱内的液压油，应严格使用高品质的抗磨液压油，必须经过严格过滤，并且应经常保持足够的油量，不足时应立即加注油液。4. 油箱每半年应清洗并更换新油一次，但第一次清洗过滤油液不能超过一个月，使用过一次的新油液经过严格过滤后允许再用一次。5. 当出现比较严重漏油或在工作中发生异常现象时，应立即停车，分析原因并排除故障，不得强行带病运转。6. 机器在运转或打包过程中，不得进行修理或用手抚摸运动部位，严禁用手或脚在料箱内按压物料。7. 泵、阀、压力表进行调整时，必须要有经验的技术工人进行，如发现压力表有故障，应立即检查检查或更新表第2章 剪切机及其基本参数2.1剪切机工作原理2.1.1 现有剪切机结构原理及存在问题 通过生产实践和科学实验证实:剪切过程是由压入变形和剪切滑移两个阶段 组成，剪切过程的实质是金属塑性变形的过程。当上剪刃下移与 钢板接触后，剪刃便开始压入钢板，由于 P 力在开始阶段比较小，在钢板剪切 断面上产生的剪切力小于钢板本身的抗剪能力，因此钢板只能发生局部塑性变 形，故这一阶段称为压入变形阶段。随着上剪刃下移量增加，钢板压入变形增 大，力 P 也不断增加。当剪刃压入到一定深度，即力 P 增加到一定值时，钢板 的局部压入变形阻力与剪切断面的剪切力达到相等，剪切过程处于由压入变形 阶断过渡。 到剪切滑移阶段的临界状态。当剪切力大于钢板本身的抗剪能力时，钢板 沿着剪切面产生相对滑移，开始了真正的剪切，这一阶段被称为剪切滑移阶段。 在剪切滑移阶段，由于剪切断面不断变小，剪切应力也不断变小，直至钢板的 整个断面被剪断为止，完成一个剪切过程。下面分析一下剪切过程中作用力的 变化。为了便于分析，应该忽略剪刃与钢板之间的摩擦力、剪刃的间隙、钢板 的重量以及其它因素。 由图2-1看出，当剪刃压入钢板后，上下剪刃对钢板的压力P形成一力偶Pa, 此力矩使钢板转动，但在钢板转动过程中，将遇到剪刃侧面的阻挡，即剪刃侧 面给钢板以侧推力T，则上下剪刃的侧推力又构成另一力偶Tc，力图阻止钢板转 动。随着刀片的逐渐压入，钢板转动角度不断增大，当转过一个角度Y后便停止 转动，此时两个力矩平衡，即图 2-1 剪切原理图2.2液压剪切机的主要参数计算2.2.1 板材剪切机剪切力计算： 斜刃剪板机的剪切力由三个部分组成: =+纯剪切力; 钢板被剪掉部分的弯曲力， 即被剪掉部分在剪切时对上刀片沿着钢板 折边线作用产生的弯曲力; 钢板在剪切区域内的弯曲力， 在此区域内由于上刀片的压力使属形 成局布变形弯曲。 经理论分析、计算后，纯剪切力用下式表达，板材剪切机总剪切力 P 由下是确定： 式中的第二项为分力 P2,第三项为分力 P3。 式中系数 Z-系数，实验研究表明，此系数与钢板被剪掉部分的宽度 d、钢板材料的延伸率 以及刀片倾角 等因素有关，即其变化规律 h系数的最大值为 0.95；Y-刀片相对侧隙，即为刀片侧隙 与钢板厚度 h 的比值，Y=/H,当 h 5 毫米时取 0.07h；h=10-25 毫米时，取 =0.5 毫米。X-压板相对距离，即为压板中心离下刀片侧边缘 c，与钢板厚度 h 的比值，即：X=c/h。考虑到压板的作用，初步计算可取 X=10。弹簧钢的材料性能参数如下:钢号60si2Mn屈服强度/Mpa1200抗拉强度/MPa1300延伸率5%断面收缩率25%状态热轧HB（不大于）321 选取剪切倾斜角 =5.度， =dtan/h, 其中 d=100, h=25, 代入数据得 =7。 则 根据 z- 曲线可以取 z=0.9，初步选定计算剪切力所需的参数=5.度，z=0.9，=5%，b=1200Mpa，h=25mm，Y=/h=0.02，X=c/h=10 代入剪切力计算公式得 P=1.2106N 2.3 剪切次数的确定根据生产要求，剪切机所要求达到的剪切次数确定为最快每20分钟剪切1次。2.4摆臂受力情况分析 剪切力 P=1.2106N， 阻力臂 =330mm。 设推力为 F， 动力臂 =1560.6mm。 由力矩平衡公式得 P= F，代入数据得 F=260KN。 实际中，剪切液压缸提供的推力应大于此值，安全因数 n=1.2,，所以液压提供的 实际推力 F=1.2F=312KN。压紧缸的液压推力为F=62.5KN2.5油缸系统设计液压缸是液压传动的执行元件，他和主机工作机构有直接的联系，对于不同的机械和机构，液压缸有不同的用途和工作要求。 液压缸的主要尺寸包括液压的內径D、缸的长度L、活塞杆直径d。主要根据液压缸的负载、活塞运动速度行程等因素来确定上述参数。2.5.1剪切缸设计1.液压缸工作压力的确定 液压缸要承受的负载包括有效工作负载、摩擦阻力和惯性力等。液压缸的 工作压力按负载确定。对于不同用途的液压设备，由于工作条件不同，采用的 压力范围也不同。设计时，液压缸的工作压力可按负载大小及液压设备类型参考：表3-1液压缸的公称压力（单位：MPa，GB7938-87）0.631.01.62.54.06.310.016.025.031.540 表3-2各类液压设备常用的工作压力（单位：MPa）设备类型一般车床一般冶金设备农用机械、小型工程机械液压机、重型机械、轧机压下工作压力16.36.31610162032 由以上可选定液压缸的工作压力 P 为 20MPa。2.缸筒内径 D。液压缸的缸筒内径 D 是根据负载的大小来选定工作压力或 往返运动速度比，求得液压缸的有效工作面积，从而得到缸筒内径 D，再从 GB234880 标准中选取最近的标准值作为所设计的缸筒内径。 无活塞杆侧的缸筒内径 D 为：根据国家标准,选取液压缸的标准内径 D 为 140mm 3.活塞杆外径 d。活塞杆外径 d 通常先从满足速度或速度比的要求来选择， 然后再校核其结构强度和稳定性。活塞杆是传递力的重要零件，它承受拉力、 压力、弯曲力和振动冲击等多种作用力，必须有足够的强度和刚度。 取速比，则根据国家标准 GB/T2348-1993，活塞杆的直径应选择 d=100 mm 4.缸筒长度 L 的确定。缸筒长度 L 由最大工作行程加上各种结构需要来确 定，即：L=I+B+A+M+C式中 I 为活塞的最大工作行程；B 为活塞宽度，一般为（0.6-1）D；A 为活 塞杆导向长度；M 为活塞杆密封长度，由密封方式确定；C 为其他长度。 活塞杆的最大行程 I 为剪切过程摆臂转过的角度与摆臂长度的乘积，即： ,活塞宽度一般导向套滑动面的长度 A，在 D80mm 时取 A=(0.6-1.0)D,在 D80mm 时取 A=(0.6-1.0)d；活塞的宽度 B 则取 B= (0.6-1.0)D。故选取 A=d=100 mm 经查表，根据具体情况最后确定刚筒长度 L=740 mm 5.缸筒壁厚的确定。 缸筒壁厚为 ，根据剪切机的实际工作情况，确定缸筒壁厚 =25mm 6.缸筒壁厚一般按薄壁缸筒计算公式计算：= 2.5.2压紧缸设计1.工作压力确定 由于压紧缸工作压力低于剪切缸的工作压力所以取压紧缸的工作压力为P为8MPa2.缸筒内径 D：根据国家标准,选取液压缸的标准内径 D 为 100mm 3. 活塞杆外径 d：取速比，则根据国家标准 GB/T2348-1993，活塞杆的直径应选择 d=70mm 4. 缸筒长度 L 的确定：L=I+B+A+M+C经查表L=680mm5.缸筒壁厚的确定。 缸筒壁厚为 ，根据剪切机的实际工作情况，确定缸筒壁厚 =20mm 6.缸筒壁厚一般按薄壁缸筒计算公式计算：=第3章 液压系统设计及工况分析3.1液压系统的基本组成1） 能源装置液压泵。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的 机械能 转换成液压能，给系统提供压力油液。 2） 执行装置液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机 械能， 推动负载做功。 3） 控制装置液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和 方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功 能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀 又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流 阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例 控制阀。 4） 辅助装置油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等. 通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。 5） 工作介质液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能 量或信息。 采用液压系统有以下特点： 在同等的体积下，液压装置能比其他装置产生更多的动力，在同等的功 率下，液压装置的体积小，重量轻，功率密度大，结构紧凑，液压马达的体积 和重量只有同等功率电机的 12%。 液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易于 实现快速启动，制动和频繁的换向。液压装置可在大范围内实现无级调速，（调速范围可达到 2000），还可 以在运行的过程中实现调速。液压传动易于实现自动化，他对液体压力，流量和流动方向易于进行调 解或控制。 液压装置易于实现过载保护。液压元件以实现了标准化，系列化，通用化，压也系统的设计制造和使 用都比较方便。3.2设计要求 本机主要用于剪切钢板，用来生产汽车钢板弹簧的。剪切机在剪切钢板时 液压缸通过做弧形摆动提供推力。主机运动对液压系统运动的要求：剪切机在 剪切钢板时要求液压装置能够实现无级调速，而且能够保证剪切运动的平稳性， 并且效率要高，能够实现一定的自动化。 3.3工况分析本剪切机是一种剪切性能好，专门用来剪切小型方坯，生产汽车钢板弹簧 的机构，工件装配时可通过夹紧机构来剪切不同宽度的钢板。该机构主要有两 部分组成：机械系统和液压系统。机械机构主要起传递和支撑作用，液压系统 主要提供动力，它们两者共同作用实现剪切机的功能。 剪切工作负载的情况 推程过程：F=312KN 回程过程：KN压快工作负载的情况：推程过程：=68.5KN回程过程：32.1KN3.4液压缸参数的初步确定3.4.1液压缸的内径和活塞杆直径在油缸系统设计中，根据计算出来的液压缸所需提供的推力已经计算出液 压缸的 内径 D=140mm，活塞杆的直径 d=100mm。 由此求得液压缸面积的实际有效面积为：剪切液压缸 压块液压缸：3.4.2 液压缸的流量液压缸的流量余缸径和活塞的运动有关系，当液压缸的供油量 Q 不变时， 除去在行程开始和结束时有一加速和减速阶段外，活塞在行程的中间大多数时 v 间保持恒定速度 m ，液压缸的流量可以计算如下： 式中： A 活塞有效面积 活塞的容积效率 采用弹形密封圈时 =1，采用活塞环时=0.98式中:为液压缸的最大运动速度 ，一般去=0.10.2m/s=0.1m/s代入数据，剪切液压缸得:=L/min代入数据，压紧液压缸得:=L/min3.5速比液压缸活塞往复运动时的速度之比剪切液压缸速比： 计算速比主要是为了确定活塞杆的直径和要否设置缓冲装置。速比不宜过 大或过小，以免产生过大的背压或造成活塞杆太细，稳定性不好。3.6活塞的理论推力和拉力活塞杆伸出时的理论推力为KN活塞杆缩回时的理论拉力为KN3.7拟定液压系统原理图 系统工作压力由设备类型、载荷大小、结构要求和技术水平确定。工作压力高，省材料，结构紧凑，重量轻，是现在液压发展的方向，但要注意治漏、 噪音控制和可靠性问题的妥善处理。由于本设备的剪切力大，而驱动上刀架的 液压缸布置在机架上，要求设备的结构小，安装和检修要方便。应以选择高压为主，但压力太高，其治漏、检修等问题又比较难处理。根据工厂的生产经验， 在进行分析和考虑各种相关因素之后将系统压力确定为 20Mpa。 板材剪切机液压系统原理图1变量液压泵；2，3电磁溢流阀；4，7压力表及开关；5单向阀；6减压阀；8，9二位四通电磁换向阀；10单项顺序阀；11液控单项阀；12单向节流阀；13压块液压缸；14剪刀液压缸3.8液压油路原理启动升压：电磁特3YA通过换向阀3（右移），其他都不动。进油路：变量泵1单向阀5蓄能器剪刀下降：电磁铁 2YA , 3YA都得电。进油路：变量泵1单向阀5电磁换向阀9液压缸14上腔回油路：液压缸14下腔单向节流阀12液控单向阀11电磁换向阀9右位油 箱剪刀上升：3YA得电进油路：变量泵1单向阀5电磁换向阀9左位液控单向阀11单向节流阀12液压缸14下腔回油路：液压缸14上腔换向阀9左位油箱压块压紧：1YA得电，3YA得电进油路：变量泵1单向阀5减压阀6电磁换向阀8右位液压缸13上腔回油路：液压缸13下腔单向顺序阀10电磁换向阀8右位油箱压块松开：3YA得电进油路：变量泵1单向阀5减压阀6电磁换向阀8左位单向顺序阀10液压缸13下腔回油路：液压缸13上腔电磁换向阀8左位油箱系统卸荷：电磁换向阀全部失电，由于液控单向阀11的作用液压缸14停在原位不 动。 卸荷油路：变量泵1单向阀5电磁溢流阀2，3油箱第4章 液压元件的选择4.1 确定液压泵规格和驱动电动机功率 由前面工况分析，由最大压制力和液压主机类型，初定上液压泵的工作压 力取为 20Mpa，考虑到进出油路上阀和管道的压力损失为 1MPa （含回油路上的 压力损失折算到进油腔），则液压泵的最高工作压力为 上述计算所得的 是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段 出现的动态压力往往超过静态压力，另外考虑到一定压力贮备量，并确保泵的 寿命，其正常工作压力为泵的额定压力的 80%左右因此选泵的额定压力 应满 足： 液压泵的最大流量应为： = (q ) max + q = 1.1 (94.16+ 2.5) = 96.66 L / min式中: 液压泵的最大流量( q) max 同时动作的各执行所需流量之和的最大值，如果这时的溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量 2 3 L/min 。 系统泄漏系数，一般取 = 1.1 1.3 ，现取 = 1.1 。 由于液压系统的工作压力高，负载压力大，功率大。大流量。所以选轴向 柱塞变量泵。柱塞变量泵适用于负载大、功率大的机械设备（如龙门刨床、拉 床、液压机），柱塞式变量泵有以下的特点：1) 工作压力高。因为柱塞与缸孔加工容易，尺寸精度及表面质量可以达 到很高的要求， 油液泄漏小， 容积效率高， 能达到的工作压力， 一般是 （200 400 ） 105 Pa ，最高可以达到 1000 105 Pa 。 2) 流量范围较大。因为只要适当加大柱塞直径或增加柱塞数目，流量变增大。3) 改变柱塞的行程就能改变流量，容易制成各种变量型。 4) 柱塞油泵主要零件均受压，使材料强度得到充分利用，寿命长，单位功率重量小。但柱塞式变量泵的结构复杂。材料及加工精度要求高，加工量大， 价格昂贵。 5) 根据以上算得的 和 在查阅相关手册机械设计手册成大先 P17-174 得：现选用 XBY-F75轴向柱塞泵，排量 75ml/r，额定压力 28Mpa，额定转速 1500r/min，驱 动功率 58KW，容积效率 93% ，重量 70kg，容积效率达 93%。 由前面得知，本液压系统最大功率出现在工作缸压制阶段，这时液压泵的 供油压力值为 28Mpa，流量为已选定泵的流量值。 液压泵的总效率。柱塞 泵为 0.80 0.85 ，取 0.82。 选用 1500r/min 的电动机，则驱动电机功率为：故选用电机 YH280S-6，其额定功率为 75KW。4.2 液压控制阀的选用液压系统应尽可能多的由标准液压控制元件组成，液压控制元件的主要选 择依据是阀所在的油路的最大工作压力和通过该阀的最大实际流量，下面根据 该原则依次进行压力控制阀，流量控制阀和换向阀的选择。 4.2.1压力控制阀的选用原则 压力：压力控制阀的额定压力应大于液压系统可能出现的最高压力，以保证压力控制阀正常工作。 压力调节范围：系统调节压力应在法的压力调节范围之内。流量：通过压力控制阀的实际流量应小于压力控制阀的额定流量。 结构类型：根据结构类性及工作原理，压力控制阀可以分为直动型和先导 型两种，直动型压力控制阀结构简单，灵敏度高，但压力受流量的变化影响大， 调压偏差大，不适用在高压大流量下工作。但在缓冲制动装置中要求压力控制 阀的灵敏度高，应采用直动型溢流阀，先导型压力控制阀的灵敏度和响应速度 比直动阀低一些，调压精度比直动阀高，广泛应用于高压，大流量和调压精度 要求较高的场合。 此外，还应考虑阀的安装及连接形式，尺寸重量，价格，使用寿命，维护 方便性，货源情况等。 流量控制阀 压力：系统压力的变化必须在阀的额定压力之内。 流量：通过流量控制阀的流量应小于该阀的额定流量。 测量范围：流量控制阀的流量调节范围应大于系统要求的流量范围，特别 注意，在选择节流阀和调速阀时，所选阀的最小稳定流量应满足执行元件的最 低稳定速度要求。方向控制阀压力：液压系统的最大压力应低于阀的额定压力 流量：流经方向控制阀最大流量一般不大于阀的流量。滑阀机能：滑阀机能之换向阀处于中位时的通路形式。操纵方式：选择合适的操纵方式，如手动，电动，液动等。方向控制阀在该系统 中主要是指电磁换向阀，通过换向阀处于不同的位置， 来实 现油路的通断4.2.2确定系统液压阀电磁溢流阀：型号：DAW10B1-30/31.5YG24Z4 流量：40L/min规格：10通径, 31.5Mpa减压阀：型号：DR10DP40/315-YM 流量：80L/min规格：10通径，31.5Mpa单向阀：型号：CRG-10-35-50 流量：250 L/min规格：10通径，25 Mpa液控单向阀：型号：SL10PB2-30 流量：120L/min规格：10通径，31.5Mpa单向顺序阀：型号：DZ10DP3-40/210Y 流量：150L/min规格：10通径，21Mpa单向节流阀：DRVP10S-10 流量：75L/min规格：10通径， 31.5MPa电磁换向阀电磁换向阀9：型号：4WE10C10DAG24 流量：100L/min规格：10通径，31.5MPa电磁换向阀8：型号：4WE10Y10DAG24 流量：100L/min规格：10通径，31.5MPa4.3液压辅助元件的选用4.3.1蓄能器选用蓄能器是将压力液体的液压能转化为势能储存起来，当系统需要时再由势能转化为液压能而做功的容器。因此，蓄能器可以作为辅助的或者应急的动力源；可以补充系统的泄漏，稳定系统的压力，以及吸收泵的脉动和回路上的液压冲击等。由于系统中，蓄能器的主要作用是吸收液压回路的液压冲击，所以选用NXQ216/31.5FR型气囊式蓄能器（四平液压件厂）。4.3.2压力表及压力表开关选用YTXG型磁感式电接点压力表使用于测量无爆炸危险的非结晶和凝固的，无腐蚀的液体，气体，蒸汽等介质的压力，磁敏式传感器开关装置，具有指针系统不带电，输出容量大，动作稳定可靠，使用寿命长等特点。其性能优于电接点压力表和磁助式电接点压力表。所以选用：YTXG-100压力表 ，选用KF-L8/20E压力表开关 4.3.3液压管路及其连接该液压系统的管路包括吸油管路、压油管路、和回油管路，是用来实现压力能的传递，还有泄油管路、控制管路和旁通管路。管路材料用15号冷拔无缝钢管，该钢管尺寸准确，质地均匀，强度高，可焊接性好。管路內径计算：式中: 通过管道内的流量/s d管內允许流速m/s则：所以选取，公称通经20，內径30mm油箱的有效容积的计算： V=式中：a经验系数，冶金机械选用10液压泵的流量。则： V=966.6L选取1000L的油箱按V=0.8abh求得油箱各边乘积： 取a为1.25m ， b， h 分别为1m。4.3.4空气过滤器选用空气滤清器主要负责清除空气中的微粒杂质的装置。活塞式机械（内燃机、往复压缩机等）工作时，如果吸入空气中含有灰尘等杂质就将加剧零件的磨损，所以必须装有空气滤清器。空气滤清器由滤芯和壳体两部分组成。空气滤清器的主要要求是滤清效率高、流动阻力低、能较长时间连续使用而无需保养。所以选择QUQ3-25X404.3.5液位计选用选用YWZ-100T型液位计第5章 液压系统性能演算 5.1系统压力损失计算管路系统上的压力损失的沿程损失，管件局部损失，和控制阀的压力损失，三部分组成： 由于液体在同一管路中，液体的平均流速越大，它的沿程压力损失就越大，因此我们所需剪切工作进行时进油路的压力损失。此管长，管内径，快速退回时，通过流量。选用L-HM46 号矿物油，正常运转后油的运动黏度取，油的密度为。油液在管路中的实际流速为：雷诺数: 因为：圆形光滑管道，其临界雷诺数 所以为层流。沿程压力损失： 式中： 沿程阻力系数， L管道长度， L=12m d管道內径，d=0.03m v液体流速，v=2.22m/s 液体的密度，=850kg/则： 局部压力损失：式中： 局部阻力系数，=1.12 v液体流速，v=2.22m/s 液体的密度，=850kg/则：MPa控制阀的压力损失：式中： 阀的额定压力损失，MPa通过阀的实际流量，L/min 阀的额定流量，L/min则： =0.2 +0.3 +0.2 =0.535MPa压力总损失： 0.535+0.0093+0.36=0.904 MPa由于上述方法计算出压块油路：0.024+0.002+0.56=0.586 MPa5.2计算液压系统发热及温升5.2.1系统的发热功率液压系统工作时，除了执行元件驱动外负载荷输出有效功率外，其余功率损失全部转化为热量，使油温升高：由于系统较复杂，故用下式计算发热功率： 式中：工作循环输入主系统的平均功率， 执行元件的平均有效功率，对于本系统来说，P是整个工作循环中柱塞泵的平均输入功率：式中： 一个工作循环的总时间; ，分别为第i台泵的实际输出压力、流量、效率; 第i台泵的工作时间；柱塞泵正常工作时=0.82则： P=MPa系统总输出功率：式中： 一个工作循环的总时间，S 液压缸外负载，N 液压缸的行程,m 由前面计算结果及给定参数可知： 总的发热功率为：计算散热功率：油箱的散热面积近似公式得： 6.66油箱散热功率为： 式中：油箱的散热系数,取K=15W/KA油箱散热面积，A=6.66油箱与环境温度之差，取=50因此，油箱的散热能力远远不能满足系统的散热要求,而管路的散热能力又很小，所以，需要另外设置冷却器。冷却器所需冷却面积的计算及选型冷却器面积为： 式中：K冷却器的散热系数，取K=300 W/K平均温升，液压油的进口温度， =液压油的出口温度， 冷却水进口温度， 冷却水进口温度， 则：考虑靠冷却器在使用过程中散热面上回有沉积和附着物，会影响散热效果，因此，实际选用的散热面积应该比计算大30%，即： A=1.631.3=2.119按此面积选用2LQFWA2.5F型冷却器。散热面积为3.0第6章 阀台的设计6.1阀台连接概述液压阀是用来控制液压系统中油液的流动方向或调节其压力和流量的。液压阀连接方式有管式，板式和法兰连接三种形式。管式阀通过阀体上的螺纹孔直接与管接头、管路连接;而法兰连接主要用于大型阀，像我们设计的剪切机回路中所用的阀大多用法兰连接，因此比较简单。但是，用干着两种连接发誓的各个阀只能分散布置，并用由于与管路直接相连，使装卸更不方便，目前已较少的采用。现在采用较广泛的是将阀板式元件用油路板或集成块进行连接的方式。这两种连接方式通道间均不用管子，液压阀板是板式元件安装板。各个液压元件之间的连接管道全部由阀板内部钻孔构成，代替了管子连接。阀板背后（或侧面）引出通向液压泵、油箱以及连接各执行元件的通道，在孔口有螺纹，安装管接头，用以接管。采用板式连接的有点是结构紧凑，整齐有利于集中控制，拆装方便围观整齐美观。由于发件管路长度缩短，故还能提高动