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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計說明書
題 目： 皮革剪板機設(shè)計
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
學(xué) 號：
姓 名：
指導(dǎo)教師：
完成日期： 2014年5月28日
目錄
摘要………………………………………………………………………………………1
1 緒論……………………………………………………………………………………3
1.1 研究的背景、目的和意義…………………………………………………………3
1.2 剪板機的分類及應(yīng)用………………………………………………………………3
1.3 設(shè)計的意義…………………………………………………………………………4
1.4 剪板機設(shè)計步驟……………………………………………………………………5
2 皮革剪板機總體結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………6
2.1 皮革剪板機設(shè)計要求………………………………………………………………6
2.2 配個剪板機總體布局………………………………………………………………6
2.3 主要部件的設(shè)計……………………………………………………………………7
3 剪板機基本性能參數(shù)…………………………………………………………………10
3.1 剪切力確定…………………………………………………………………………10
3.2 壓料力的確定………………………………………………………………………11
3.3 剪切角的確定………………………………………………………………………11
3.4 上刀片的行程量……………………………………………………………………12
4 剪板機機械設(shè)計………………………………………………………………………13
4.1 整體設(shè)計……………………………………………………………………………13
4.2 機架…………………………………………………………………………………15
4.3 刀架…………………………………………………………………………………16
4.4 刀具…………………………………………………………………………………18
5 液壓部分設(shè)計…………………………………………………………………………20
5.1 基本方案……………………………………………………………………………20
5.2供油方式卸荷回路…………………………………………………………………21
5.3 液壓系統(tǒng)性能的驗算………………………………………………………………23
5.4 液壓系統(tǒng)的調(diào)試……………………………………………………………………29
5.5 液壓系統(tǒng)的維護及注意事項………………………………………………………30
6 結(jié)論……………………………………………………………………………………32
參考文獻…………………………………………………………………………………33
摘 要
本文設(shè)計了一臺簡易剪板機，能夠?qū)崿F(xiàn)對厚度10mm，寬度700mm行剪切，剪斷時間小于10s，重點就機架、刀架等重要部件進行了設(shè)計，在設(shè)計中通過對比國內(nèi)外剪板機，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，同時經(jīng)濟、合理的剪板機，具體設(shè)計思路上：減少了剪切的時間并且提高了剪切精度。采用人工送料以降低成本。近年來，隨著模具技術(shù)和沖壓技術(shù)的發(fā)展，剪板機的應(yīng)用范圍在不斷地擴大，數(shù)量在不斷地增加。預(yù)計不久的將來，剪板機在沖壓用剪板機中的比例將會愈來愈大。
關(guān)鍵詞 機架; 刀架; 剪切精度
Abstract
This text designed to the infrastructure design of guillotine shear, can carry out to shear to slice the plank material thickness 10 mm, the width 700mm, clipping time is smaller than 10 second, the point carried on a design for the parts with important etc. of the machine, knife and passed contrast to the infrastructure design of guillotine shear at home and abroad in the design and tried hard for to design structure simple, operate simple, economic in the meantime, reasonable of the infrastructure design of guillotine shear, for the put type knife formely and connect the pole type knife carried on innovation: consumedly reduced to shear to slice of time and raised to shear to slice accuracy.In recent years, along with molding tool technique and hurtle to press a technical development, the infrastructure design of guillotine shear at constantly extension, amount at constantly increment.Anticipate near future, the infrastructure design of guillotine shear at blunt press to use to shear the comparison in the infrastructure design of guillotine shearr will be bigger and bigger.
Keywords Machine；Knife；hear to slice accuracy.
1 緒 論
1.1 研究的背景、目的和意義
隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，剪板機床的發(fā)展越來越成為機械制造行業(yè)的中流砥柱，通用型高性能剪板機，廣泛適用于航空、汽車、農(nóng)機、電機、電器、儀器儀表、醫(yī)療器械、家電、皮具、五金等行業(yè)。
鍛壓機械是指在鍛壓加工中用于成形和分離的機械設(shè)備，1842年，英國工程師史密斯創(chuàng)制第一臺蒸汽錘，開始了蒸汽動力鍛壓機械的時代。1795年，英國的布拉默發(fā)明水壓機，但直到19世紀(jì)中葉，由于大鍛件的需要才應(yīng)用于鍛造。隨著電動機的發(fā)明，十九世紀(jì)末出現(xiàn)了以電為動力的機械剪板機和空氣錘，并獲得迅速發(fā)展。二十世紀(jì)初，鍛壓機械改變了從19世紀(jì)開始的向重型和大型方向發(fā)展的趨勢，轉(zhuǎn)而向高速、高效、自動、精密、專用、多品種生產(chǎn)等方向發(fā)展。于是出現(xiàn)了每分種行程2000次的剪板機。所謂剪板機一般是指每分鐘的行程次數(shù)為普通剪板機的5—10倍的剪板機。剪板機是帶有自動送料裝置，可完成板料高效率、精密加工的機械剪板機，具有自動、高速、精密三個基本要素。
近十多年來，隨著對發(fā)展先進制造技術(shù)的重要性獲得前所未有的共識，沖壓成形技術(shù)無論在深度和廣度上都取得了前所未有的進展，其特征是與高新技術(shù)結(jié)合，在方法和體系上開始發(fā)生很大變化。計算機技術(shù)、信息技術(shù)、現(xiàn)代測控技術(shù)等沖壓領(lǐng)域的滲透與交叉融合，推動了先進沖壓成形技術(shù)的形成和發(fā)展。 冷沖壓生產(chǎn)的機械化和自動化，為了滿足大量生產(chǎn)的需要，沖壓設(shè)備已由單工位低速剪板機發(fā) 展到多工位剪板機。一般中小型冷沖件，既可在多工位剪板機上生產(chǎn)，也可以在剪板機上采用多工位級進模加工，是冷沖壓生產(chǎn)達到高度自動化。
在汽車、航空航天、電子和家用電器領(lǐng)域，需要大量的金屬板殼零件，特別是汽車行業(yè)要求生產(chǎn)規(guī)?；④囆蛡€性化和覆蓋件大型一體化。進入21 世紀(jì)，我國汽車制造業(yè)飛速發(fā)展，面對這一形勢，我國的板材加工工藝及相應(yīng)的沖壓設(shè)備都有了長足的進步。
1.2剪板機的分類及應(yīng)用
剪板機屬于直線剪切機類，主要用于剪裁各種尺寸金屬板材的直線邊緣。在軋鋼、汽車、飛機、船舶、拖拉機、橋梁、電器、儀表、鍋爐、壓力容器等各個工業(yè)部門中有廣泛應(yīng)用。
剪板機種類較多，按其工藝用途和結(jié)構(gòu)類型可以分為：
1.平刃剪板機 剪切質(zhì)量好，扭曲變形小，但剪切力大，耗能大。機械傳動的較多。該剪板機上下兩刀刃彼此平行，常用于軋鋼廠熱剪切初軋方坯和板坯；按其剪切方式又可分為上切式和下切式。
2.斜刃剪板機剪板機的上下兩刀片成一個的角度，一般上刀片是傾斜的，其傾斜角一般為1°～6°。斜刃剪板機剪切力比平刃剪板機小，故電機功率及整機重量等大大減小，實際應(yīng)用最多，剪板機廠家多生產(chǎn)此類剪板機。該類剪板機按刀架運動形式分閘式剪板機和擺式剪板機；按主傳動系統(tǒng)不同分為液壓傳動和機械傳動兩類。
3.多用途剪板機：
(1)板料折彎剪切機：即在同一臺機械上可完成剪切和折彎兩種工藝。
(2)聯(lián)合沖剪機：即可完成板材的剪切，又可對型材進行剪切，多用于下料工序。
4.專用剪板機：
(1)板材開平線剪板機：用于板材開卷校平線上，為配合生產(chǎn)線速度快剪切要求而設(shè)計的高速剪板機，厚板線上多為液壓高速剪板機，薄板線上多配氣動剪板機;高速線上配有飛剪機，連續(xù)生產(chǎn)，效率高。
(2)鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)線剪板機：多用于角鋼、H型鋼自動生產(chǎn)線完成剪斷工序。
(3)冷彎成型線剪板機：例如汽車縱梁冷彎線、車廂側(cè)擋板生產(chǎn)線、彩鋼板成型線等生產(chǎn)線上配置的專用剪板機等。
1.3設(shè)計的意義和設(shè)計步驟
畢業(yè)設(shè)計和畢業(yè)論文是本科生培養(yǎng)方案中的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生通過畢業(yè)論文，綜合性地運用幾年內(nèi)所學(xué)知識去分析、解決一個問題，在作畢業(yè)論文的過程中，所學(xué)知識得到疏理和運用，它既是一次檢閱，又是一次鍛煉。通過這次檢驗，不但可以提高學(xué)生的綜合訓(xùn)練設(shè)計能力、科研能力（包括實際動手能力、查閱文獻能力，撰寫論文能力）、還是一次十分難得的提高創(chuàng)新能力的機會，并從下個方面得到訓(xùn)練：
1.學(xué)會進行方案的比較和可行性的論證；
2.了解設(shè)計的一般步驟；
3.正確使用各種工具書和查閱各種資料；
4.培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)和解決實際問題的能力。
利用所學(xué)的機械各方面的知識，我選擇這個課題為我的畢業(yè)設(shè)計，進行大膽的嘗試。設(shè)計中主要以課本和各種參考資料作為依據(jù)，從簡單入手，循序漸進，逐步掌握設(shè)計的一般方法，把所學(xué)的知識形成一個整體，以適應(yīng)以后的工作需要。當(dāng)然，初次設(shè)計，知識有限，經(jīng)驗不足，一些問題考慮不周，也可能存在有某些錯誤和遺漏，懇請各位老師批評指正。
剪板機是各類機械產(chǎn)品的一種，設(shè)計時著手于其原理和主要部件的計算校核，了解剪板機的工作狀態(tài)，以此為基礎(chǔ)設(shè)計刀架、機架等各類零部件，液壓部分可以采用簡單的單缸液壓系統(tǒng)，主要考慮保證液壓平衡性能。
1.3 剪板機設(shè)計步驟
設(shè)計中一般采用三階段法，即總體設(shè)計、部件設(shè)計和零件設(shè)計或者初步設(shè)計、技術(shù)設(shè)計與工藝設(shè)計。在實驗設(shè)計與計算機輔助設(shè)計（CAD）中，多采用既分階段又與平行兼顧的設(shè)計，以便相互協(xié)調(diào).
總體設(shè)計程序為：
1.明確設(shè)計思想
2.分析綜合要求
3.收集資料、對剪板機進行學(xué)習(xí)研究
4.設(shè)計剪板機總體方案
5.對剪板機各零件進行三維建模
6.剪板機總體三維圖，并導(dǎo)出工程圖
7.畫出剪板機主要零件圖
8.撰寫設(shè)計說明書。
2 皮革剪板機總體結(jié)構(gòu)
2.1皮革剪板機設(shè)計要求
設(shè)計要求是進行每項工程設(shè)計的依據(jù)。在制定基本方案并進一步著手剪板機各部分設(shè)計之前，必須把設(shè)計要求以及與該設(shè)計內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清楚。
1.主機的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等；
2.剪板機的工作過程及其各部件的配合形式；
3.各動作機構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)；
4.對調(diào)速范圍、運動平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要求；
5.對防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求；
6.對效率、成本等方面的要求。
2.2 皮革剪板機總體布局
剪板機的總體布局是設(shè)計剪板機時影響全局性的決策部署。在總體布局確定后，才能確定部件之間的相對位置及運動關(guān)系，進一步具體設(shè)計剪板機?？傮w布局的影響是多方面的，其中，刀具的剪切軌跡是首要決定的。刀具的剪切軌跡確定后，剪板機的布局、傳動、結(jié)構(gòu)及外形等就可以初步?jīng)Q定。被加工工件的尺寸、重量和技術(shù)要求與剪板機的布局有密切關(guān)系?？傮w布局還需要考慮人的因素，能夠滿足操作要求，必須有利于減輕操作者的勞動強度，以提高工作
圖 2.1
效率，并應(yīng)注意留出必要的維修空間。
數(shù)控皮革剪板機機械部分的總體布局如圖2.1所示，主要由X軸輸送帶裝置、Z軸刀具進給裝置、上刀架、下刀架、牌坊架、橫梁等組成。剪切材料厚度10mm，寬度700mm，設(shè)計整個剪板機的尺寸為：長1790mm，寬1200mm，高1270mm。
剪切過程主要有Z軸上刀具的進給運動，X軸傳送帶的送料，通過兩個運動來實現(xiàn)對皮革的裁剪。剪切過程中，下刀架固定下刀具保持不動，通過電動機控制上刀架帶動上刀具在X軸上進行往復(fù)運動，將傳送帶送進來的皮革按事先設(shè)定的尺寸進度進行裁剪。
2.3 主要部件的設(shè)計
對主要部件的設(shè)計要能滿足皮革剪板機的精度、剛度等性能上的要求。
1. 牌坊架 如圖2.2所示。牌坊架是支撐皮革剪板機工作的重要零件，設(shè)計Z軸高度1020mm，X軸長度度550mm，Y軸寬度200mm。
圖 2.2
2 橫梁 如圖2.3所示。橫梁由2個牌坊架支撐，用于固定電動機及導(dǎo)
柱。設(shè)計Z軸高度200mm，X軸長度1200，Y軸寬度500mm。
圖 2.3
3 導(dǎo)柱 如圖2.4所示。導(dǎo)桿用于防止刀具在上下運動中產(chǎn)生沿Y軸的左右搖晃。設(shè)計Z軸高度925mm，直徑100mm。
圖2.4
4 上托板 如圖2.5所示。上刀架用于固定刀具和連接電動機帶動刀具沿Z軸的上下剪切運動。設(shè)計Z軸高度462mm，X長度1300mm，Y軸寬度300mm。
圖2.5
5 其他零件如下列各圖所示。
圖2.6
圖2.7
圖2.8
圖2.9
3剪板機基本性能參數(shù)
3.1 剪板機的基本性能參數(shù)
決定剪板機的性能的主要有：剪板機的剪切力，壓料力，剪切角和上刀片的行程量。
3.1 剪切力確定
斜刃剪板機的總剪切力比平刃剪板機的小，它包含三個組成部分：基本剪切力；被剪下部分板料的彎曲抗力以及板料在剪切區(qū)變形的彎曲抗力?？偧羟辛εc剪切角的關(guān)系接近反比例，即隨著剪切角的增加而減小。
板材為10mm厚板材，屬于中厚型板材，這種板材的一般材料為Q235，屈服點為235MPa，抗拉強度為375-460MPa，因此，確定各函數(shù)值如下。
3.2 壓料力的確定
切過程中，上刀片對板料作用著一個向前的水平推力T。為防止板料的位移，壓料力必須使板料頂面和底面上產(chǎn)生的水平方向摩擦力大于T。
剪切開始，上刀片的切入深度達到被剪板厚的瞬間，板料頂面和底面產(chǎn)生的摩擦力均為
當(dāng)剪切繼續(xù)進行超過上述瞬間，則板料頂面摩擦力為
而板料底面的摩擦力仍然不變
應(yīng)該說，壓料力隨總剪切力增大而增大。但是壓料力和被剪板寬也有一定關(guān)系，當(dāng)剪切板寬較大時離開剪切區(qū)域較遠的壓料腳的作用不大。為此，總壓料力為
3.3 剪切角的確定
從剪切力的公式可以清楚的看到，剪切角增大則剪切力下降，從而減輕機器的重量。但剪切角增大帶來的最不利的后果是窄條料的嚴(yán)重扭曲，其次是增大刀架的行程量（也就是增加機器的高度和減少每分鐘行程次數(shù)）。 通過對比國內(nèi)外剪板機的主要參數(shù)，決定把剪切角定為3°。
3.4 上刀片的行程量
上刀片的行程量主要與剪切角和被剪板寬及板厚有關(guān)。剪切板料所必需的最小行程量由下式?jīng)Q定：
式中h’——最小開口距，即上刀片在上死點位置時工作臺面到上刀刃之間的距離（毫米）
4 剪板機機械設(shè)計
4.1整體設(shè)計
4.1.1 方案選擇
1.機械傳動剪板機
(1)下傳動剪板機
被剪板厚≤6.3mm的剪板機多采用機械下傳動結(jié)構(gòu)，它具有機器高度小，垂心低和重量輕的特點。
(2)單邊齒輪傳動的剪板機
機械傳動的剪板機大部分采用這種結(jié)構(gòu)，即最后一級齒輪裝在曲軸的一端。結(jié)構(gòu)比較簡單，但是曲軸很長，制造和裝配都比較困難。被剪板厚≥25mm時可考慮用雙邊齒輪傳動的形式。
(3)雙邊齒輪傳動剪板機
對于大規(guī)格的剪板機，長曲軸的鍛造和機械加工都非常困難。如果采用雙邊齒輪傳動，其傳動部件的重量要比單邊齒輪傳動的減輕20～30%
(4)蝸桿傳動剪板機
蝸桿傳動由于傳動比較大，因此傳動鏈縮短，結(jié)構(gòu)緊湊，機器高度降低。此外蝸桿傳動具有傳動平穩(wěn)、噪音小的優(yōu)點。國產(chǎn)剪板機曾經(jīng)采用過這種結(jié)構(gòu)，但是蝸桿傳動效率較低，制造和裝配困難。特別用在大規(guī)格的剪板機上，損耗功率就比較明顯地增大。而且維護和修理業(yè)困難，因此沒有得到廣泛的采用。一般適用于被剪板厚≤13mm的剪板機。
2.液壓傳動剪板機
目前，液壓傳動剪板機的比重日增，國產(chǎn)剪板機中也在逐步采用液壓傳動。液壓傳動有較多的優(yōu)點：
(1)工作安全、可以防止因超載而引起的機器事故
(2)操作方便，可以實現(xiàn)單次行程、連續(xù)行程、點動和中途停止返程等動作，因此易于實現(xiàn)單機自動和用于流水線上
(3)機器的體積小、重量輕、制造容易
(4)機器振動小，工作平穩(wěn)，刀具壽命可延長
但是也帶來一些不足之處：
(1)行程次數(shù)較低
(2)電機功率增大
(3)液壓元件容易發(fā)生故障，不易即時得到更換
綜上所述，結(jié)合設(shè)計的要求和借鑒其他剪板機的優(yōu)缺點，確定采用直線運動刀架的液壓——機械傳動方案，用單缸驅(qū)動，安放在剪板機頂端，活塞推動刀架，刀架沿著導(dǎo)柱平行移動，實現(xiàn)板材的剪切，在保證剪切速度，剪切力的同時，使得整體結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低等特點。
4.1.2 機體設(shè)計
剪板機的機體結(jié)構(gòu)見圖如下
圖4.1
剪板機的機體頂端用于安放電動機，用螺釘固定；頂端橫梁套在機架上，采用間隙配合，也是用螺釘固定。與梁接口處是用焊接連接；機箱中間用于放置上下刀架、上下托板，兩邊導(dǎo)柱將刀架用銅套套在其上，平衡刀架的運動。
4.1.3 整體布局與傳動系統(tǒng)設(shè)計
1.整體布局 本課題設(shè)計的剪板機機屬于個人作業(yè)機器，所以只需要安放在地面即可，考慮到周圍的環(huán)境因素，將剪板機機的整體結(jié)構(gòu)簡圖（如圖1）所示。剪板機的整體布局是由機架、橫梁、刀架、托板等四大部分，其中主動系統(tǒng)主要由電動機、液壓系統(tǒng)等部分組成；刀架按照被剪板料寬度長度要求而設(shè)計；托板、工作臺主要起固定及支撐刀架等零件，以方便人員操作。此種設(shè)計合理的安排了機器的空間位置，方便搬遷及維修。
2.傳動系統(tǒng) 此次傳動系統(tǒng)由電動機為動力，通過液壓系統(tǒng)，使得上刀架向下直線運動，到達位置裁剪板料，完成剪板任務(wù)。
4.2機架
剪板機的機架通常由左右立柱、工作臺、和連接橫梁所組成。這幾個部分的連接形式常見的有三種：整體焊接、組合（用榫頭和螺栓來連接）和組合——焊接（即組合后再焊接）。一般來講，整體焊接的機架剛性最好，但由于體積龐大，對焊后進行退火和機械加工帶來困難。有的工廠將焊后退火的工作臺和連接梁先進行加工，然后以較少的焊縫和左右立柱焊接。這樣既能保證機架足夠的剛度又能減少焊接時的變形和焊接過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。組合的機架剛性較差，但易于制造（不需要大型機床加工）。目前生產(chǎn)的組合機架往往用榫頭和螺栓來連接，組合——焊接的機架比組合機架的剛度好一些。
圖4.2
剪板機剪切瞬間作用于機架上的力有：
在計算立柱強度時應(yīng)考慮最壞的載荷條件，假設(shè)總剪切力全部作用在一個連桿上，即是每一塊立柱上承受總剪切力。作用于，每一塊立柱上的壓料力可考慮總壓料力的半數(shù)。
4.3 刀架
4.3.1 刀架分類
刀架是剪板機的重要部件，被剪板料的剪切精度和端口質(zhì)量在很大程度上與刀架以及機架上導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此應(yīng)該注意刀架的強度和剛度。
目前常見的刀架結(jié)構(gòu)有三種：整體焊接的直線運動刀架、組合——焊接的直線運動刀架及整體焊接的擺動刀架。
整體焊接的直線運動刀架如果刀架沿垂線運動，一般上刀片只有兩個刃，如果刀架沿前傾線運動則刀片可作成四個刃。這種結(jié)構(gòu)可用于上軸式和側(cè)軸式剪板機。
組合——焊接的直線運動刀架中，水平板和筋板先焊好，然后用螺栓固定到立板上。調(diào)節(jié)螺栓使刀架在水平面內(nèi)造成凸弧線，而在剪切時由于水平推力迫使刀架彎曲造成凹弧線，如果調(diào)節(jié)適當(dāng)，兩項彎曲將互相抵消而使剪切精度得到提高。刀架運動由偏心軸和連桿獲得，一般都沿前傾運動。被剪板厚￡10毫米時前傾角采取3°。連桿的下端（上端）作用在刀架立板頂端的小偏心軸上。
整體焊接結(jié)構(gòu)的擺動刀架多數(shù)用于液壓——機械傳動的剪板機。根據(jù)活塞和刀架的連接方式基本山有三種形式：
1.側(cè)面柱塞油缸的刀架；
2.活塞和油缸兩端鉸接式的刀架；
3.帶有柱塞的刀架。
這三種刀架斷面應(yīng)考慮抗彎和抗扭。
4.3.2 刀架計算與校核
行計算時可以忽略去剪切角引起的刀片方向的水平分力，因為剪切角比較?。ㄋ椒至Φ淖畲笾挡怀^0.06）。刀架導(dǎo)軌上的單位壓力隨著被剪點的推移而變化，最大單位壓力應(yīng)在剪切開始位置確定，因為此時的剪切力只作用在一個連桿上。刀架產(chǎn)生的撓度和最大應(yīng)力應(yīng)在刀架的中間斷面確定，因為此時剪切力產(chǎn)生的彎矩最大。
剪板機的下刀刃是一條水平直線，為了讓刀架在擺動中實現(xiàn)上刀刃自左至右對板料的均勻連續(xù)剪切，上刀刃上的所有點都必須沿著以刀架回轉(zhuǎn)中心O為圓心，以剪切半徑R為半徑的圓弧ss擺動。為了實現(xiàn)斜剪，上刀刃自左至右必須與水平傾斜一個角度，即上刀片刃口與下刀片刃口之間有一個夾角，通常稱為剪切角。綜上所述，上刀刃自左至右既要在ss圓弧線上又要沿剪切角上升，它的軌跡就形成了一條圓柱螺旋線，其軌跡方程式為：
在載荷的最危險條件下（剪切力作用于中間斷面）計算刀架的應(yīng)力和剛度。整體焊接刀架斷面的計算如下，先確定斷面對垂直坐標(biāo)軸和水平坐標(biāo)軸的重心位置以及慣性矩，然后計算出慣性矩積和斷面慣性主軸的轉(zhuǎn)角。
當(dāng)確定彎矩時作用在刀架上的力引向斷面的重心，當(dāng)確定扭矩時該軸引向扭矩軸。 繞扭矩軸的扭矩由下式求得
由已經(jīng)得到的彎矩，求得作用在刀架上的彎曲應(yīng)力
查資料得Q235刀架的許用應(yīng)力值為60MPa,液壓剪板機則為80MPa。
刀架在水平面內(nèi)的允許撓度
式中h——被剪板厚
4.4 刀具
剪板機的下刀片都具有四個刃。刀架沿前傾直線運動的剪板機上刀片可以具有兩個刃或者四個刃。刀架沿弧線運動的剪板機上刀片只宜有兩個刃，而且必須將上刀片用螺釘或者墊片調(diào)整為一個空間曲面，因此上刀片的長度盡可能增大以減少接縫數(shù)。如果接縫處調(diào)整不當(dāng)將導(dǎo)致刀具磨損的加劇和被剪板邊偏差的增大。
刀片頂面應(yīng)稍低于工作臺面，偏差為-0.20毫米。
國產(chǎn)剪板機刀片材料常用6CrW2Si，（熱處理后硬度為RC58-60)。T7A,9CrSi，Cr12P1，Cr12Mo和Cr6VP也可作刀片的材料。國外實驗用硬質(zhì)合金B(yǎng)K15或BK20鑲在剪刀片上來提高兩次刃磨的間隔時間。
刀片刃部應(yīng)經(jīng)常保持清潔，并應(yīng)涂上含有二硫化鉬或石墨的潤滑脂。
5 液壓部分設(shè)計
5.1 基本方案
5.1.1調(diào)速方案
液壓執(zhí)行元件確定之后，其運動方向和運動速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。 方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過換向閥的有機組合實現(xiàn)所要求的動作。對高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來實現(xiàn)。
速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合——容積節(jié)流調(diào)速。
節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場合。
容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達的排量來達到調(diào)速的目的。其優(yōu)點是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運動速度高的液壓系統(tǒng)。
容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
節(jié)流調(diào)速又分別有進油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進油節(jié)流起動沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負載荷的場合，旁路節(jié)流多用于高速。 調(diào)速回路一經(jīng)確定，回路的循環(huán)形式也就隨之確定了。
節(jié)流調(diào)速一般采用開式循環(huán)形式。在開式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開式回路結(jié)構(gòu)簡單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。
容積調(diào)速大多采用閉式循環(huán)形式。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行元件的排油口相通，形成一個封閉的循環(huán)回路。其結(jié)構(gòu)緊湊，但散熱條件差。
經(jīng)過比較選用容積調(diào)速系統(tǒng)
5.1.2 壓力控制方案
液壓執(zhí)行元件工作時，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級或無級連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護作用。
在有些液壓系統(tǒng)中，有時需要流量不大的高壓油，這時可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。
在系統(tǒng)的某個局部，工作壓力需低于主油源壓力時，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。
5.1.3 順序動作方案
主機各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運行，有的則是隨機的或人為的。工程機械的操縱機構(gòu)多為手動，一般用手動的多路換向閥控制。加工機械的各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動到一定位置時，通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續(xù)的動作。行程開關(guān)安裝比較方便，而用行程閥需連接相應(yīng)的油路，因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場合。
另外還有時間控制、壓力控制等。例如液壓泵無載啟動，經(jīng)過一段時間，當(dāng)泵正常運轉(zhuǎn)后，延時繼電器發(fā)出電信號使卸荷閥關(guān)閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機床、擠壓機壓力機等場合。
通過比較，考慮本設(shè)計動作方案為通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續(xù)的動作。某一執(zhí)行元件完成預(yù)定動作時，回路中的壓力達到一定的數(shù)值，通過壓力繼電器發(fā)出電信號或打開順序閥使壓力油通過，來啟動下一個動作。
5.2 供油方式卸荷回路
整機的液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。
為便于液壓系統(tǒng)的維護和監(jiān)測，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測元件（如壓力表、溫度計等）。
大型設(shè)備的關(guān)鍵部位，要附設(shè)備用件，以便意外事件發(fā)生時能迅速更換，保證主要連續(xù)工作。
各液壓元件盡量采用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，在圖中要按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓元件職能符號的常態(tài)位置繪制。對于自行設(shè)計的非標(biāo)準(zhǔn)元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。系統(tǒng)圖中應(yīng)注明各液壓執(zhí)行元件的名稱和動作，注明各液壓元件的序號以及各電磁鐵的代號，并附有電磁鐵、行程閥及其他控制元件的動作表。
考慮到剪板機工作時所需的功率，我們可以采用容積調(diào)速方式。為滿足速度的有級變化，用壓力補償變量液壓泵供油。即在快速下降時，液壓泵以全流量供油，當(dāng)轉(zhuǎn)換成慢速加壓剪斷時泵的流量減小在最后5mm內(nèi)，使變量泵減到零。當(dāng)液壓缸反向回程時，泵的流量恢復(fù)到全流量，液壓缸的運動方向采用三位四通M電磁換向閥控制，停機時換向閥處于中位，使液壓泵卸荷。為防止上刀架及上刀片由于自重而出現(xiàn)速度失控現(xiàn)象，在液壓缸無桿腔回油路上設(shè)置一個內(nèi)控單向順序閥。本機采用行程控制，利用行程開關(guān)來切換電液換向閥，以實現(xiàn)自動循環(huán)。綜上擬定的剪板機的液壓系統(tǒng)原理如圖5.1所示。
本系統(tǒng)主要是實現(xiàn)刀架的提升和下降，所以對流量和速度的要求不高，選用定量泵即可。液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。
為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對長時間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。
油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器，進入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護元件的要求，通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。
由于工作要求，本系統(tǒng)中需要卸荷回路，設(shè)計采用二位二通電磁換向閥實現(xiàn)。
圖5-1 液壓系統(tǒng)圖
1-雙聯(lián)葉片泵 2-溢流閥 3-順序閥 4-單向閥 5-三位四通電磁換向閥
6-調(diào)速閥 7、10-單向閥 8-二位三通機動換向閥 9-壓力繼電器
11-二位二通電磁換向閥 12-濾油器 13-壓力表開關(guān)
5.3 液壓系統(tǒng)性能的驗算
液壓系統(tǒng)初步設(shè)計是在某些估計參數(shù)情況下進行的，當(dāng)各回路形式、液壓元件及聯(lián)接管路等完全確定后，針對實際情況對所設(shè)計的系統(tǒng)進行各項性能分析。對一般液壓傳動系統(tǒng)來說，主要是進一步確切地計算液壓回路各段壓力損失、容積損失及系統(tǒng)效率，壓力沖擊和發(fā)熱溫升等。根據(jù)分析計算發(fā)現(xiàn)問題，對某些不合理的設(shè)計要進行重新調(diào)整，或采取其他必要的措施。
5.3.1 負載分析及運動分析
上刀架作上下直線往復(fù)運動，且行程?。ㄖ挥?50mm），故可選用單桿液壓缸作執(zhí)行器，取缸的機械效率。
根據(jù)技術(shù)要求和已知參數(shù)對液壓工況負載進行計算
液壓缸外負載力分析計算結(jié)果
快速下 啟動加速
等速 0
慢速剪切 初壓
終壓
快速回程 啟動
等速
制動
說明：(1)由于忽略摩擦力，故快速下降等速時外負載力為0
(2)剪切時切刀上的工作負載分為兩階段，初壓階段負載力緩慢地線性增加約達總切力的5%，終壓階段，負載力急劇增加到最大剪切力，上升規(guī)律近似于線性。初壓行程約占工作行程的2/3，終壓行程約占工作行程的1/3。
剪板機各工況持續(xù)時間
快速下行
慢速剪切 初壓
終壓
快速回程
5.3.2 確定液壓缸參數(shù)
1.液壓缸尺寸計算
根據(jù)機械設(shè)計手冊，我們預(yù)選液壓缸的設(shè)計壓力為5Mpa，將液壓缸的無桿腔作為主工作腔，考慮到液壓缸下行時，上刀架及上刀片自重采用液壓方式平衡，則可計算出液壓缸無桿腔的有效面積為
液壓缸內(nèi)徑
按國標(biāo)GB/Ｔ2348---1993 取標(biāo)準(zhǔn)值D=120mm=12cm
根據(jù)快速下行與快速上升的速度比確定活塞桿直徑d
求出d=84.8mm 取標(biāo)準(zhǔn)值d=85mm
液壓缸的實際有效面積為：
2液壓缸壓力與流量計算
快速下行 啟動階段
恒速階段
慢速加壓 初壓階段
終壓階段
快速回程 啟動階段
恒速階段
制動階段
3.功率計算
快速下行（啟動）階段：
快速下行（恒速）階段：
慢速加壓初壓階段：
慢速加壓終壓階段：在行程只有5mm，持續(xù)時間僅，壓力與流量的變化情況較為復(fù)雜，為此做如下處理：
壓力由0.243MPa增至4.86MPa，其變化規(guī)律可近似用一線性函數(shù)P（t）表示，即
流量從226.08減其變化規(guī)律，也可近似用一線性函數(shù) q（t）表示，即
從而得此階段功率方程
令 ，求得極值點t=0.1184s
此處最大功率為
在t=0.1184s出，壓強
流量
快速回程階段：
啟動
恒速
制動
5.3.3 活塞的設(shè)計
活塞有整體式和組合式兩大類。整體式活塞結(jié)構(gòu)簡單可靠，但加工比較復(fù)雜，適用于活塞尺寸小，活塞桿較短的場合。組合式活塞的典型結(jié)構(gòu)有焊接式，螺紋聯(lián)接，卡環(huán)聯(lián)接，雙螺母聯(lián)接。本設(shè)計采用雙螺母聯(lián)接。
活塞桿的設(shè)計
(1)活塞桿的直徑取為d=2/5D=80mm
(2)活塞桿的強度和穩(wěn)定性校核
液壓缸支承點和活塞桿端點的最大長度液壓缸屬于短行程，按軸向拉伸或壓縮計算強度。
所以強度符合要求
1.活塞桿頭部取平頭圓柱形 活塞桿采用表面硬化處理，如45鋼表面高頻淬火，硬化層深度0.05—1毫米(或直徑的3%)，硬度45—55HRC，表面應(yīng)鍍硬鉻，厚度15—25微米，防腐要求特別高時，則要先鍍一層軟鉻或鎳，后鍍硬鉻，鍍后拋光，用于低負載、低速或良好環(huán)境時，活塞桿表面可以不處理。
活塞桿外徑公差取，直線度誤差小于等于0.02毫米每一百毫米,表面粗糙度，精度要求高是取。
所以 符合強度要求
2.活塞桿頭部取平頭圓柱形 活塞桿采用表面硬化處理，如45鋼表面高頻淬火，硬化層深度0.05—1毫米(或直徑的3%)，硬度45—55HRC，表面應(yīng)鍍硬鉻，厚度15—25微米，防腐要求特別高時，則要先鍍一層軟鉻或鎳，后鍍硬鉻，鍍后拋光，用于低負載、低速或良好環(huán)境時，活塞桿表面可以不處理。
活塞桿外徑公差取，直線度誤差小于等于0.02毫米每一百毫米,表面粗糙度，精度要求高是取。
活塞桿的運動速度較快，運動部件質(zhì)量較大時，為了防止運動部件到終端時與缸的端蓋產(chǎn)生撞擊，液壓缸應(yīng)該有緩沖裝置。緩沖裝置利用油液的節(jié)流原理實現(xiàn)制動。常見的緩沖裝置有環(huán)形間隙式、節(jié)流可變式和節(jié)流口可調(diào)式。每種還有多種結(jié)構(gòu)形式。環(huán)形間隙緩沖裝置由活塞上的圓形凸臺和液壓缸端蓋上的凹形腔組成.當(dāng)活塞移動接近端蓋時,凸臺進入凹孔,將封閉在活塞與端蓋間的油液從環(huán)狀間隙中擠出。活塞速度被減慢，形成緩沖。這種裝置結(jié)構(gòu)簡單，開始作用時緩沖效果很大，但效果逐漸減弱，緩沖作用還受油溫的影響。形成環(huán)狀間隙的凸臺可以做成圓錐形階梯形和拋物線形等，可以改進其緩沖效果。
圖5.2環(huán)形間隙式、節(jié)流可變式液壓缸
在系列化的成品液壓缸中，由于事先無法知道液壓缸的實際速度和運動部件的質(zhì)量，為簡單起見，多采用環(huán)形間隙式緩沖。
節(jié)流可變式緩沖裝置在活塞上開有軸向的三角形節(jié)流槽，活塞與端蓋間的油液須經(jīng)三角槽流出，而使活塞制動。緩沖均勻，制動精確。出油口須裝單向閥，用于反向啟動。
節(jié)流口可調(diào)緩沖裝置也有凸臺和凹孔結(jié)構(gòu)，還在液壓缸的端蓋上裝有節(jié)流閥和單向閥，活塞與端蓋間的油液經(jīng)針形節(jié)流閥開口，可改變吸收能量的大小。單向閥用于反向啟動。這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用較廣泛。
考慮到本液壓缸的結(jié)構(gòu)和所承受的重力和沖擊不大，本設(shè)計所采用的是節(jié)流可變式緩沖裝置。
5.4 液壓系統(tǒng)的調(diào)試
液壓系統(tǒng)總體布局有集中式、分散式。
集中式結(jié)構(gòu)是將整個設(shè)備液壓系統(tǒng)的油源、控制閥部分獨立設(shè)置于主機之外或安裝在地下，組成液壓站。如冷軋機、鍛壓機、電弧爐等有強烈熱源和煙塵污染的冶金設(shè)備，一般都是采用集中供油方式。
分散式結(jié)構(gòu)是把液壓系統(tǒng)中液壓泵、控制調(diào)節(jié)裝置分別安裝在設(shè)備上適當(dāng)?shù)牡胤健C床、工程機械等可移動式設(shè)備一般都采用這種結(jié)構(gòu)。
液壓閥的配置形式
1.板式配置 板式配置是把板式液壓元件用螺釘固定在平板上，板上鉆有與閥口對應(yīng)的孔，通過管接頭聯(lián)接油管而將各閥按系統(tǒng)圖接通。這種配置可根據(jù)需要靈活改變回路形式。液壓實驗臺等普遍采用這種配置。
2.集成式配置 目前液壓系統(tǒng)大多數(shù)都采用集成形式。它是將液壓閥件安裝在集成塊上，集成塊一方面起安裝底板作用，另一方面起內(nèi)部油路作用。這種配置結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便。
預(yù)安裝時，先將液壓系統(tǒng)，液壓缸固定在規(guī)定的基礎(chǔ)上，然后根據(jù)圖紙要求把液壓系統(tǒng)各部件的進出油口按原理圖管路連線要求用要求的管路連接起來，彎管處橢圓度不低于97%；
正式安裝前，要將管道內(nèi)部沖洗干凈，本套設(shè)備要求沖洗后管道內(nèi)部清潔度不低于17/14（ISO4406），相當(dāng)于Nas8級；
正式安裝時，各管口要求擦拭干凈，不準(zhǔn)有砂粒、焊渣等污物進入管道內(nèi)，管道安裝完畢后，可在適當(dāng)位置上安裝管夾，以防止管道震動。
1.調(diào)試前準(zhǔn)備工作
(1)用加油泵往油箱中加入規(guī)定牌號的液壓油液，將油液加至液面高度達液位計最高位置。
(2)按照液壓原理圖，將各液壓元件的手柄打到正確的啟、閉位置上，鎖定。
2.調(diào)試運行
(1)首次啟動電機時，注意保證電機正確的旋轉(zhuǎn)方向；在啟動前，給油泵灌入清潔的引液。
(2)啟動油泵電油泵空運轉(zhuǎn)數(shù)分鐘之后，方可將系統(tǒng)壓力逐步調(diào)節(jié)至設(shè)機，待計要求。
(3)系統(tǒng)壓力油液輸出正常后，按前面所說各調(diào)試好控制元件調(diào)的控制參數(shù)。
3.液壓系統(tǒng)的用液及對污染的控制
(1)液壓所用油液對液壓系統(tǒng)能否正常使用具有十分重要的意義，除系統(tǒng)設(shè)計的合理、元件制造的質(zhì)量 和維護使用等條件外，油液的適用性和油液清潔度是一個十分重要的因素。
(2)液壓油液作為液壓傳動的工作介質(zhì)，除了傳替能量外，還有潤滑液壓元件運動副以及保護金屬不被銹蝕等作用。
(3)液壓油液污染嚴(yán)重時，液壓系統(tǒng)工作性能惡化，容易產(chǎn)生故障、元件加速磨損、壽命縮短、甚至造成設(shè)備和操作的重大事故。
4.調(diào)試運行中應(yīng)注意的問題
(1)在正常運行情況下，各截止閥手柄應(yīng)按原理圖處于正確的位置，并將其鎖定；
(2)溢流閥、節(jié)流閥調(diào)定值應(yīng)按前面的數(shù)值調(diào)定，并將其鎖定；
(3)在沒有電源的情況下，可以手動按下電磁球閥23QDF6B/315E24實現(xiàn)手動換向，實現(xiàn)閥門開關(guān)及系統(tǒng)泄荷。
5.5 液壓系統(tǒng)的維護及注意事項
1.液壓系統(tǒng)應(yīng)加入規(guī)定牌號的液壓油液，不得將不同牌號的液壓油液混合使用。
2.應(yīng)保證液壓系統(tǒng)內(nèi)所使用的液壓油液的污染度等級不低于規(guī)定的污染度等級要求；系統(tǒng)第一次投入運行三個月后，應(yīng)將液壓油液過濾一次或更換，并清洗油箱；以后，一般每一年換一次油液；油液每三個月應(yīng)化驗一次，對于已經(jīng)變質(zhì)老化或被嚴(yán)重污染的液壓油液應(yīng)及時更換。
3.不得隨意將壓力控制繼電器的控制點變動，以免影響系統(tǒng)正常工作。
4.要經(jīng)常檢查儀表及其它元件功能是否正常，如要維修更換，請注意型號和說明書要求。
5.每班檢查一次油箱內(nèi)的液面高度，如異常應(yīng)檢查各元件和管線滲漏點；如果發(fā)現(xiàn)滲漏點，在不影響使用的情況下作好標(biāo)記，停機時進行處理，如滲漏嚴(yán)重，應(yīng)立即停機處理。
6.要保持液壓系統(tǒng)周圍環(huán)境的清潔，要求周圍環(huán)境的相對濕度不大于85%，且無雨雪侵蝕。
7.液壓系統(tǒng)要定期檢修，過濾或更換液壓油液，并清洗油箱。
6 結(jié)論
本次設(shè)計在收集了大量資料后進行了一下幾個方面的設(shè)計
1. 剪板機基本參數(shù)的確定：包括剪切應(yīng)力、壓料力、上刀片行程量的確定；
2. 主要零部件的設(shè)計：包括剪板機的機體。刀架、刀具選擇等等；
3. 液壓系統(tǒng)的設(shè)計：包括供油方式、液壓缸設(shè)計、活塞設(shè)計等等；
同時利用Solid Edge對零部件建立了實驗?zāi)Ｐ停⑼瓿闪似じ锛舭鍣C機械
結(jié)構(gòu)的虛擬裝配，成功建立了剪板機的虛擬樣機，為建模節(jié)省了大量的時間。
在設(shè)計過程中遇到了許多困難，如刀架的布置、運動方式等等，都在老是的知道下得以解決。
由于經(jīng)驗不足，設(shè)計中尚有許多不足，我相信在老師的指導(dǎo)下和今后的實踐中這些不足都將不復(fù)存在。
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