畢業(yè)設(shè)計(jì)_液壓剪切機(jī)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 350 211 2F PAP A?? 上刀 上升 抬升缸 3628 1 804 490 211 2F PAP A?? 小車左移 橫移缸 2552 20216 10598 211 2F PAP A?? 3 液壓剪切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 17 擬定液壓系統(tǒng)工況圖 圖 31 各缸位移時(shí)間圖 圖 32 各缸速度時(shí)間圖 3 液壓剪切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 18 圖 33 各液壓缸的壓力循環(huán)圖 制定液壓系統(tǒng)基本方案和擬定液壓系統(tǒng)圖 制定基本方案 ： 剪切機(jī)動 力組件的作用是將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個(gè)液壓系統(tǒng)提供動力。在本套系統(tǒng)中采用一個(gè)定量泵和一個(gè)變量泵供油。 執(zhí)行組件（如液壓缸和液壓馬達(dá)）的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動負(fù)載做直線往復(fù)運(yùn)動。小方坯液壓剪切機(jī)主要采用三個(gè)執(zhí)行組件，剪切缸、上刀臺抬升缸和輥道小車橫移缸，對于單純且簡單的直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)可以采用液壓缸直接驅(qū)動，由剪切機(jī)的特點(diǎn)決定，可采用單活塞桿液壓缸，其有效工作面積大，雙向不對稱，往返不對稱的直線運(yùn)動。 剪切機(jī)控制組件（即各種液壓閥）在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體 的壓力、流量、和方向。根據(jù)控制功能的不同，其液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又可分為溢流閥（安全閥）、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流閥、集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和 3 液壓剪切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 19 比例控制閥。系統(tǒng)中將用到大部分常見的控制組件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化。 擬定液壓執(zhí)行組件運(yùn)動控制回路 （ 1） 剪切缸基本回路的確定 1） 容積節(jié)流調(diào)速回路 容積節(jié)流調(diào)速回路一般用變量泵供油，用流量控制閥調(diào) 節(jié)調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與所需油量相適應(yīng)。液壓缸慢進(jìn)速度由變量泵調(diào)節(jié)，以減少功率損耗和系統(tǒng)發(fā)熱；快退時(shí)由調(diào)速閥調(diào)節(jié)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 因剪切缸回程時(shí)，所受負(fù)載為負(fù)，故調(diào)速閥裝在回程回油路上。 2） 壓力控制方案 剪切缸在剪斷鋼坯時(shí)剪切力突然消失，使活塞由于慣性突然前沖，引起液壓沖擊，故在液壓缸端部安裝蓄能器，吸收多余能量，減少液壓沖擊，實(shí)現(xiàn)緩沖。此回路用變量泵供油， 故在回路中設(shè)置安全閥起安全保護(hù)作用 ,為減小回路中液壓沖擊。 M 圖 34 剪切缸基本回路 3 液壓剪切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 20 （ 2） 抬升缸基本回路確定 雙液控單向閥鎖緊回路：由于上刀臺在剪切時(shí)承受極大的載荷，為了在極大沖擊下仍具有較好的剪切效果，上刀臺必須具有高的位置精度，采用雙液控單向閥鎖緊回路。它能在液壓缸不工作時(shí)使活塞迅速平穩(wěn)、可靠且長時(shí)間地被鎖緊，不為向上的剪切力所移動。當(dāng)液壓缸上腔不進(jìn)油時(shí)液控單向閥關(guān)閉，液壓缸下腔不能回油，活塞被鎖緊不能下落。但由于液控單向閥有一定泄露，因此，鎖緊時(shí)間不能太長。但因抬升缸所需鎖緊時(shí)間僅為 19s。故滿足要求。 M 圖 35 抬升缸基本回路 （ 3） 橫移缸基本回路的確定 為實(shí)現(xiàn)同步剪切運(yùn)動，必須使小車移動速度與鋼坯運(yùn)動速度相等，這就需要用速度傳感器將鋼坯的運(yùn)動速度與橫移缸的運(yùn)動速度測出，然后進(jìn)行比較，將差值快速的 3 液壓剪切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 21 轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺鹘o橫移缸的主控閥，使液壓小車的橫移速度迅速達(dá)到鋼坯的運(yùn)動速度，并且與它同步運(yùn)動；而當(dāng)剪切機(jī)將鋼坯剪斷后，小車有需要快速的退回，因此，有必要選用高控制精度的比例閥。 由于橫移缸和抬升缸共用定量泵，且橫移缸負(fù)載遠(yuǎn)大于抬升缸，要求兩缸互不干擾動作，故在橫移 缸回路加減壓閥，以控制抬升缸回路壓力，達(dá)到兩缸同時(shí)動作。 M 圖 36 比例閥調(diào)速回路 制定順序動作方案 ： 鋼坯斷面接觸定尺裝置觸球時(shí)，發(fā)出電信號，啟動抬升缸和橫移缸電磁鐵開始動作 → 抬升缸完成預(yù)定動作時(shí)觸發(fā)行程開關(guān)，關(guān)閉抬升缸電磁鐵，使抬升缸自鎖，并啟動剪切缸電磁鐵使其動作 → 當(dāng)剪切缸剪切鋼坯完畢，刀片移動到上行程時(shí)，通過上行程開關(guān)發(fā)出電信號，使剪切缸，抬升缸和橫移缸均反向動作 → 剪切缸觸發(fā)下行程開 關(guān)時(shí)，停止動作 → 橫移缸觸發(fā)左側(cè)行程開關(guān)時(shí)，停止動作 → 抬升缸觸發(fā)行程開 關(guān)時(shí)，停止動作 → 等待下一周期運(yùn)行 。 3 液壓剪切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 22 液壓源的選擇 ： 剪切缸承受負(fù)載壓力大，屬于高壓系統(tǒng)。而柱塞泵的柱塞與缸體內(nèi)孔均為圓柱表面，易得到高精度的配合，可在高壓下工作，故選用柱塞泵。 橫移缸和抬升缸所承受負(fù)載不是很大，屬于中壓系統(tǒng)，可使用定量葉片泵為動力源。 液壓元件的選擇 液壓泵的選擇 （ 1） 高壓液壓泵的選擇 1） 確定液壓泵的最大工作壓力 Pp 1pP P P? ? ?? （ 312） 式中： 1P ——液壓缸最大工作壓力； 1P = P?? ——進(jìn)油路上總壓力損失， P?? = 則： P =+= MPa 因?yàn)?所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大 25%～ 60% 所以 選取的液壓泵要求額定壓力為 : 1 2 5 % 1 2 5 % 2 1 . 0 2 6 . 2 5NPP P M P a? ? ? ? 2） 液壓泵流量的確定 maxPQ K Q? ? （ 313） 式中： K——系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取 K=～ ，這里取 K=； maxQ? ——高壓系統(tǒng)液壓缸最大總流量， maxQ? =268L/min。 則： PQ =268=322 L/min 故選用 A7V250 型斜軸式軸向柱塞泵，其額定壓力為 35MPa，額定流量為 364 L/min，額定轉(zhuǎn)速為 1500r/min。（參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第四卷）》 P19175 表 3 液壓剪切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 23 19551） （ 2） 低壓系統(tǒng)液 壓泵的選擇 1） 確定液壓泵的最大工作壓力 Pp 1pP P P? ? ?? 式中 ： 1P ——液壓缸最大工作壓力； 1P =； P?? ——進(jìn)油路上的總壓力損失， P?? =。 則： P =+= MPa 考慮儲備取 7 MPa。 2） 液壓泵流量的確定 maxPQ K Q? ? 式中： K——系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取 K=～ ，這里取 K=； maxQ? ——高壓系統(tǒng)液壓缸最大總流量， maxQ? =。 則： PQ ==169 L/min 故選用 YBC171B 型葉片泵，其額定壓力為 7MPa，額定流 171 L/min，額定轉(zhuǎn)速為 1000r/min。（參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第四卷 P19136 表 19516） 電動機(jī)功率的確定 （ 1） 高壓系統(tǒng)電動機(jī)的確定 驅(qū)動液壓泵的功率為： 310NNPPQP ?? （ 314） 式中： NP ——液壓泵最大工作壓力， NP =； NQ ——液壓泵額定流量， NQ =364L/min； p? ——液壓泵總效率， p? =； 3 液壓剪切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 24 則： 632 1 .0 1 0 3 6 4 1501 0 0 .8 5 6 0P K W???? 考慮到剪切時(shí)間很短，而電動機(jī)一般允許在短時(shí)間內(nèi)超載 25%，因此， 150 120125%P KW?? 故根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第五卷，選定 Y315m—4w 型三相異步電動機(jī)，其額定功率為 132KW，同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min （ 2） 低壓系統(tǒng)電動機(jī)的確定 310NNPPQP ?? 式中： NP ——液壓泵最大工作壓力， NP =7MPa； NQ ——液壓泵額定流量， NQ =171L/min； p? ——液壓泵總效率， p? =； 則 : 6337 1 0 1 7 1 1 0 2 3 . 51 0 0 . 8 5 6 0P K W?? ? ????? 故根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第五卷，選定 Y225M6 型三相異步電動機(jī)，其額定功率為 30KW，同步轉(zhuǎn)速為 1000r/min。 油管內(nèi)徑的確定 由于本液壓系統(tǒng)管路較為復(fù)雜，取主要幾條管路，根據(jù)以下公式確定他們的內(nèi)徑和壁厚，其數(shù)值見表 （ 1） 管道內(nèi)徑計(jì)算 : 2 qdv?? （ 315） （ 2） 管道壁厚計(jì)算 : 2bPdn? ?? （ 316） 式中： d——油管內(nèi)徑 ； 3 液壓剪切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 25 q——管內(nèi)流量 ( 3m /s)； v——管中油液的流速 ； ? ——油管壁厚 ； P——管內(nèi)工作壓力， MPa ； n——安全系數(shù)， P7MPa 時(shí)，取 n=8， P 時(shí)，取 n=4； σb——管道材料的抗拉強(qiáng)度，取 σb=450Mpa； 管道內(nèi) 的流速可以參考表 311： 表 311 允許流速推薦值 管道 推薦流速（ m/s） 液壓泵吸油管道 ～ 一般取 1 以下 液壓系統(tǒng)壓油管道 3～ 6 壓力高、油管短、粘度小取小值 液壓系統(tǒng)回油管道 ～ 表 312 主要管路內(nèi)徑表 管路名稱 通過流量（ L/min） 允許速度 （ m/s） 管內(nèi)徑 （ mm） 管道壁厚 （ mm） 管內(nèi)工作壓力（ Pa） 所選管道的內(nèi)徑與壁厚（ mm） 高壓吸油管 364 77 21 80， 10 高壓壓油管 268 5 34 20 40， 高壓回油管 268 48 50， 3 低壓吸油管 171 60 7 65， 4 低壓壓油管 5 26 32， 低壓回油管 2 41 50， 3 油箱的有效面積的確定 油箱容量的經(jīng)驗(yàn)公式： V=aq （ 317） 式中： a——與系統(tǒng)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，高 壓系統(tǒng)取 a=10。 3 液壓剪切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 26 式中： q——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積， VQ =364+171=535L/min。 則： V=10512=5350L 選標(biāo)準(zhǔn)值： V=6300L。 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 橫移缸回路的壓力損失 ： 管路系統(tǒng)上的壓力損失由管路的沿程損失 1P? 、管件局部損失 2P? 和控制閥的壓力損 3P? 三部分組成： 1 2 3P P P P? ? ? ? ? ? ?? ? ? （ 318） （ 1） 沿程壓力損失 由于液體在同一管路中，液體的平均流速越大，它的沿程壓力損失就越大，因此，我門所需考慮的是橫移缸流量最大時(shí)即快速退回時(shí)進(jìn)油路的壓力損失。此管長 L=12，管內(nèi)徑 d=，快速退回時(shí)，通過流量 Q= 310? 3/ms。選用 LHM46號礦物油型液壓油，正常運(yùn)轉(zhuǎn)后油的運(yùn)動黏度取 10 /v m s??? ，油的密度為3850 /kg m?? 。 油液在管路中的實(shí)際流速為： 3