液壓剪切機液壓系統(tǒng)設(shè)計
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泵站裝配圖.dwg
液壓剪切機總裝配圖.dwg
液壓剪切機液壓系統(tǒng)設(shè)計論文.doc
液壓原理圖.dwg
閥板圖.dwg
液壓剪切機液壓系統(tǒng)設(shè)計
摘要
剪切機廣泛地被運用在軋鋼機械中，本文中涉及的是連鑄機采用剪切機對各種型號的鋼坯進行定尺處理。液壓剪切機比火焰切割機運行成本低，而在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更大的動力；同樣在同等的功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。所以從各種角度看選擇液壓剪切機是比較合理的。液壓剪切機是用液壓作為主傳動的剪切機，該剪切機采用平行刀片式的下切式。下切式剪切機的上下兩個刀片都是運動的，但剪切扎件的動作是由下刀片來完成的。目前被廣泛應(yīng)用于初軋和鋼坯車間。
剪切機液壓系統(tǒng)主要由三部分組成。分別是下刀臺系統(tǒng)、輥道小車驅(qū)動系統(tǒng)和上刀臺抬升系統(tǒng)。其中下刀臺剪切系統(tǒng)主要控制下刀片的進刀和快退；輥道小車驅(qū)動系統(tǒng)主要用于前進時保持剪切機與鋼坯同速，剪切完成后快速返回；上刀臺抬升系統(tǒng)用來移動上刀臺。其中下刀臺剪切缸單獨采用變量泵驅(qū)動，而輥道下車油缸和上刀臺抬升缸共用一個定量泵，其動作由換向閥實現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：剪切機 、 輥道小車 、 油缸
Abstract
Shearing machine is widely used in steel rolling machines,this paper introduces the continuous casting machine by useing shearing machine to handle various types of steel billet. Hydraulic shearing machine has lower operating cost than flame cutting machines. However, in the same volume, the hydraulic device generates mush power than electrical equipment. In the same power, the hydraulic device small volume, light weight and compact structure. So from various perspectives, choosing hydraulic shearing machine is more reasonable. Hydraulic
shearing machine is a kind of shearing machine that uses hydraulic pressure as the main drive. It chooses the down-cut sheet of parallel slice. The up-cut sheet and the down-cut sheet of down-cut shearing machine are movable, but the action of shearing the rolled piece is done by down-cut sheet. At present, it is widely used in the workshop of bloom and billet.
The hydraulic system of shearing machine mainly consists of three parts: the system of down-cut bed, the driving system of table roller vehicle and the system lifted by top-cut set. Its down-cut bed’s shearing system. Mainly controls advancement and retreat of the down-cut slice. The driving system of table roller vehicle is used to keep the shearing machine having the same speed with billet and resets quickly after finishing shearing. The lifting system of top-cut table can drift the top-cut bed. And the shear cylinder of down-cut bed is driven by variable pump independently, while the cylinder of table roller and lifting vat of top-cut bed are used a quantitative pump, and the operation is done by using reversing valve.
Key words: shearing machine；table roller vehicle； fuel tank
目錄
摘要 ………………………………………………………………………………I
Abstract …………………………………………………………………………II
第一章 緒 論………………………………………………………………………1
1.1 剪切機的類型、特點及選型………………………………………… 1
第二章 液壓剪切機的設(shè)計計算………………………………………………… 4
2.1 剪切機結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定……………………………………………… 4
2.1.1刀片行程…………………………………………………………… 4
2.1.2刀片尺寸的確定…………………………………………………… 5
2.1.3剪切機理論空行程次數(shù)…………………………………………… 6
2.2 剪切機能力參數(shù)計算……………………………………………………6
2.2.1剪切過程分析……………………………………………………… 6
2.2.2平行刀片剪切機的剪切力與剪切功………………………………7
第三章 剪切機液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算……………………………………10
3.1 剪切機的設(shè)計要求與參數(shù)……………………………………………10
3.1.1設(shè)計要求……………………………………………………………10
3.1.2設(shè)計參數(shù)……………………………………………………………10
3.2 進行工況分析，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)…………………………11
3.2.1液壓缸的載荷計算…………………………………………………11
3.2.2初選系統(tǒng)的工作壓力………………………………………………14
3.2.3液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸計算………………………………………15
3.2.4各工況所需時間及速度的計算……………………………………19
3.2.5液壓執(zhí)行元件實際所需流量的計算………………………………20
3.2.6液壓執(zhí)行元件實際工作壓力的計算………………………………21
3.2.7擬定液壓系統(tǒng)工況圖………………………………………………22
3.3 制定液壓系統(tǒng)基本方案和擬定液壓系統(tǒng)圖………………………… 23
3.3.1制定基本方案………………………………………………………23
3.3.2擬定液壓系統(tǒng)圖……………………………………………………28
3.4 液壓元件的選擇………………………………………………………29
3.4.1 液壓泵的選擇…………………………………………………… 29
3.4.2 電動機功率的確定………………………………………………31
3.4.3 液壓閥的選擇……………………………………………………32
3.4.4 油管內(nèi)徑的確定…………………………………………………33
3.4.5 油箱的有效面積的確定…………………………………………35
3.5 液壓系統(tǒng)性能驗算……………………………………………………35
3.5.1 驗算回路中的壓力損失………………………………………… 35
3.5.2 驗算液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升………………………………………… 43
第四章 液壓缸的設(shè)計計算………………………………………………………48
4.1 計算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸……………………………………………… 48
4.1.1 缸筒長度L…………………………………………………………48
4.1.2 最小導(dǎo)向長度的確定…………………………………………… 48
4.2 液壓缸主要零部件設(shè)計………………………………………………49
4.2.1 缸筒……………………………………………………………… 49
4.2.2 活塞……………………………………………………………… 52
4.2.3 活塞桿的導(dǎo)向套和密封………………………………………… 52
4.2.4 緩沖裝置………………………………………………………… 53
4.2.5 放氣裝置………………………………………………………… 53
4.2.6 油口……………………………………………………………… 54
第五章 閥板的設(shè)計………………………………………………………………55
4.1 閥板連接概述…………………………………………………………55
4.2 閥板的設(shè)計……………………………………………………………55
4.2.1 確定閥板的數(shù)量………………………………………………55
4.2.2 液壓元件位置的布置…………………………………………56
4.2.3 閥板材料及孔徑的確定………………………………………56
參考文獻 …………………………………………………………………………57
結(jié)束語 ……………………………………………………………………………59
第一章 緒 論
1.1 剪切機的類型、特點及選型[13]
用于對軋件進行切頭，切尾或剪切成規(guī)定尺寸（定尺）的機械稱為剪切機。根據(jù)剪切機刀片形狀，配置以及剪切方式等特點，剪切機可分為平行刀片剪切機，斜刀片剪切機，圓盤式剪切機和飛剪機。按驅(qū)動力來分，可分為電動和液壓兩類剪切機。
平行刀片剪切機：兩個刀片彼此平行。用于橫向熱剪初軋坯（方坯，板坯）和其它方形和矩形斷面的鋼坯，故又稱為鋼坯剪切機。有時，也用兩個成型刀片來冷軋管坯及小型圓鋼等。
斜刀片剪切機：兩個刀片中有一個刀片相對于另一刀片是成某一角度傾斜布置的，一般是上刀片傾斜，其傾斜角為1°～6°。它用來橫向冷剪或熱剪鋼板，帶鋼，薄板坯，故又稱為鋼板剪切機。有時，也用于剪切成束的小型鋼材。
圓盤式剪切機：兩個刀片均成圓盤狀。用來縱向剪切運動中的鋼板（帶鋼）的邊，或?qū)摪澹◣т摚┘舫烧瓧l。一般均布置在連續(xù)式鋼板軋機的縱切機組的作業(yè)線上。
飛剪機；剪切機刀片在剪切軋件時跟隨軋件一起運動。用來橫向剪切運動中的軋件（鋼坯，鋼板，帶鋼和小型型材，線材等），一般安裝在連續(xù)式軋機的軋制線上或橫切機組作業(yè)線上。
平行刀片剪切機
根據(jù)剪切軋件時刀片的運動特點，平行刀片剪切機可分為上切式和下切式兩大類。
1．上切式平行刀片剪切機
這種剪切機的特點實際下刀固定不動，上刀則是上下運動的。剪切軋件的動作由上刀來完成，其剪切機構(gòu)由最簡單的曲柄連桿機構(gòu)組成。除了剪切機本體之外，一般還配有定尺機構(gòu)，切頭收集與輸送裝置等。由于下刀固定不動，為使剪切工作順利進行，剪切的軋件厚度大于30～60mm時，需在剪切機后裝設(shè)擺動臺或擺動輥道，其本身無驅(qū)動裝置。剪切時，上刀壓著軋件下降，迫使擺動臺也下降。當(dāng)剪切完畢，上刀上升時，擺動臺在其平衡裝置作用下也回升至原始位置。此類剪切機由于結(jié)構(gòu)簡單，廣泛用于剪切中小型鋼坯。此外，隨著快速換刀的生產(chǎn)需要，也出現(xiàn)了能快速換刀的上切式平行刀片剪切機，用來剪切初軋鋼坯和軋板。當(dāng)然，其設(shè)備重量會有較大的增加，結(jié)構(gòu)也稍復(fù)雜些。
2. 下切式平行刀片剪切機
這種剪切機的特點是：上下刀都運動，但剪切軋件的動作由下刀來完成，剪切時上刀不運動。由于剪切時下刀臺將軋件抬離輥道，故在剪切機后不設(shè)擺動臺，而且這種剪切機的機架不承受剪切力。由于上述兩個特點，下切式平行刀片剪切機普遍用來剪切中型和大型鋼坯和板坯，以減輕整個剪切機組的設(shè)備重量。
本次設(shè)計所剪的鋼坯為連鑄小方坯□160×160㎜和□180×225㎜，因此選用平行刀片下切式剪切機。
剪切機按照驅(qū)動力來劃分，可分為電動和液壓兩類。
電機驅(qū)動又有直流電動機和交流電動機兩種。大中型剪切機多采用直流電動機驅(qū)動，并以啟動工作制進行剪切。在大型剪切機上，除了采用電動機驅(qū)動外，還可以采用液壓驅(qū)動。采用液壓驅(qū)動比電動機驅(qū)動有許多優(yōu)點：
在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更大的動力；同樣在同等的功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。
1)液壓裝置工作比較平穩(wěn)，便于實現(xiàn)頻繁及平穩(wěn)的換向；
2)液壓裝置能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速,還可以在運行過程中進行調(diào)速；
3)與電氣或壓縮空氣配合后液壓驅(qū)動易于實現(xiàn)自動化；
4)液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護，液壓缸和液壓馬達都能長期在失速狀態(tài)下工作而不會發(fā)熱，這時電氣驅(qū)動裝置和機械傳動裝置無法辦到的。此外，液壓現(xiàn)在采用較廣泛的是將閥板式元件用油路板或集成塊進行連接的方式。這兩種連接方式通道間均不用管子，液壓閥板是板式元件安裝板。各個液壓元件之間的連接管道全部由閥板內(nèi)部鉆孔構(gòu)成，代替了管子連接。閥板背后（或側(cè)面）引出通向液壓泵、油箱以及連接各執(zhí)行元件的通道，在孔口有螺紋，安裝管接頭，用以接管。采用板式連接的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，整齊，有利于集中控制，拆裝方便，外形整齊美觀。由于閥件管路長度縮短，故還能提高動作的速度。唯一的缺點是閥板鉆孔困難，泄露不易檢查。
4.2 閥板的設(shè)計[22][24]
4.2.1 確定閥板的數(shù)量
在設(shè)計板式元件較多的液壓系統(tǒng)時，為了避免鉆深孔，可將整個液壓系統(tǒng)的分支回路分解成幾部分。然后按所分成的幾部分系統(tǒng)回路分別設(shè)計閥板，將各閥板都固定在一個框架上，再在各個閥板之間用油管連接起來，即可組成整個液壓系統(tǒng)的閥板。在本設(shè)計方案中只有橫移缸和抬升缸所在的液壓回路中的閥需要進行閥板設(shè)計。根據(jù)經(jīng)驗可知，各部分進行閥板設(shè)計的液壓元件不能超過3～5個，液壓元件過多，則閥板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于加工，裝配。因此，本設(shè)計選擇橫移缸回路進行設(shè)計，包括一個液控換向閥和一個比例調(diào)速閥。
4.2.2 液壓元件位置的布置
1.要盡量縮小閥板正面尺寸，可以采取如下措施：
1）液壓元件非安裝面可以伸出閥板之外，如電磁閥的電磁鐵等；
2）液壓元件之間的距離不宜過大，一般取b=5～10㎜；
3）為了便于控制調(diào)節(jié)，應(yīng)將壓力閥和流量閥布置在正面；
4）應(yīng)盡量減少鉆孔數(shù)量和鉆孔深度；
5）應(yīng)使電磁換向閥的閥芯沿水平布置。
2.盡可能將主壓力油路相通的各元件油口沿坐標(biāo)軸排列在一條直線上，以便于用一個橫向孔將它們連接起來，再與液壓泵壓力油管接頭相連，以減少鉆孔的數(shù)量布置合理。
3.壓力表開關(guān)布置在閥板的最上方，如果必須放在中間，則應(yīng)留出安裝壓力表的位置。
4.2.3 閥板材料及孔徑的確定
閥板的材料一般為鑄鐵或鍛鋼，低壓固定設(shè)備可用鑄鐵，高壓強振場合要選用鍛鋼，塊體加工成方形。
各通油口的內(nèi)徑要滿足允許流速的要求，一般來說，與閥直接相通的孔徑應(yīng)等于所裝閥的油孔通徑。油孔之間的壁厚d不能太小，一方面防止使用過程中，由于油液的壓力而擊穿，另一方面避免加工時，因油孔的偏斜而誤通。對于中、低壓系統(tǒng)，d不得小于5mm，高壓系統(tǒng)應(yīng)更大些。
詳細設(shè)計見閥板零件圖。
參考文獻
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結(jié)束語
歷時近四個月的畢業(yè)設(shè)計已接近尾聲， 在指導(dǎo)老師和其他同學(xué)的幫助下終于順利完成了。雖然設(shè)計已經(jīng)結(jié)束了，但是我始終感覺還保留著設(shè)計時的那種嚴(yán)謹態(tài)度。在設(shè)計中，我深刻體會到了基礎(chǔ)知識的重要性，“萬丈高樓平地起”。沒有堅實的基礎(chǔ)知識，所有的夢想，所以的目標(biāo)都將會變?yōu)榛糜?，永遠不會實現(xiàn)。
我這次畢業(yè)設(shè)計最主要的任務(wù)是坯液壓剪切機液壓系統(tǒng)的設(shè)計。通過這次設(shè)計，我更加了解了流體控制及液壓系統(tǒng)的真正內(nèi)涵。另外，通過各個方面資料的搜集，我對機械工程有了更深的認識和了解，懂得了更多機械方面的知識。
畢業(yè)設(shè)計是我大學(xué)四年中規(guī)模最大、時間最長、應(yīng)用知識最深而且范圍最廣的一次設(shè)計，也是最能鍛煉的一次設(shè)計。這次畢業(yè)設(shè)計使我在大學(xué)四年所學(xué)知識得到真正的應(yīng)用。而且，在這次畢業(yè)設(shè)計中，我還學(xué)到了不少新的知識，也使我以前不明白的或者沒有注意到的問題通過畢業(yè)設(shè)計較徹底地了解了。這次畢業(yè)設(shè)計，也使我的知識水平從以前的感性認識上升到理性認識，使所以的知識點融會貫通。在即將離校走向社會，走向新的環(huán)境之前，能有這樣一個系統(tǒng)的獨立實踐機會，這將對我今后走上工作崗位有著及其重要的意義。
畢業(yè)在即，我深深地感謝老師們的耐心指導(dǎo)，特別是我的指導(dǎo)老師xxx老師在設(shè)計中對我的細心的指導(dǎo)和幫助。同事我還要感謝所有在設(shè)計中幫助過我的同學(xué)們。
本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）1液壓剪切機液壓系統(tǒng)設(shè)計摘要剪切機廣泛地被運用在軋鋼機械中，本文中涉及的是連鑄機采用剪切機對各種型號的鋼坯進行定尺處理。液壓剪切機比火焰切割機運行成本低，而在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更大的動力；同樣在同等的功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。所以從各種角度看選擇液壓剪切機是比較合理的。液壓剪切機是用液壓作為主傳動的剪切機，該剪切機采用平行刀片式的下切式。下切式剪切機的上下兩個刀片都是運動的，但剪切扎件的動作是由下刀片來完成的。目前被廣泛應(yīng)用于初軋和鋼坯車間。剪切機液壓系統(tǒng)主要由三部分組成。分別是下刀臺系統(tǒng)、輥道小車驅(qū)動系統(tǒng)和上刀臺抬升系統(tǒng)。其中下刀臺剪切系統(tǒng)主要控制下刀片的進刀和快退；輥道小車驅(qū)動系統(tǒng)主要用于前進時保持剪切機與鋼坯同速，剪切完成后快速返回；上刀臺抬升系統(tǒng)用來移動上刀臺。其中下刀臺剪切缸單獨采用變量泵驅(qū)動，而輥道下車油缸和上刀臺抬升缸共用一個定量泵，其動作由換向閥實現(xiàn)。關(guān)鍵詞：剪切機 、 輥道小車 、 油缸本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）2AbstractShearing machine is widely used in steel rolling machines,this paper introduces the continuous casting machine by useing shearing machine to handle various types of steel billet. Hydraulic shearing machine has lower operating cost than flame cutting machines. However, in the same volume, the hydraulic device generates mush power than electrical equipment. In the same power, the hydraulic device small volume, light weight and compact structure. So from various perspectives, choosing hydraulic shearing machine is more reasonable. Hydraulicshearing machine is a kind of shearing machine that uses hydraulic pressure as the main drive. It chooses the down-cut sheet of parallel slice. The up-cut sheet and the down-cut sheet of down-cut shearing machine are movable, but the action of shearing the rolled piece is done by down-cut sheet. At present, it is widely used in the workshop of bloom and billet.The hydraulic system of shearing machine mainly consists of three parts: the system of down-cut bed, the driving system of table roller vehicle and the system lifted by top-cut set. Its down-cut bed’s shearing system. Mainly controls advancement and retreat of the down-cut slice. The driving system of table roller vehicle is used to keep the shearing machine having the same speed with billet and resets quickly after finishing shearing. The lifting system of top-cut table can drift the top-cut bed. And the shear cylinder of down-cut bed is driven by variable pump independently, while the cylinder of table roller and lifting vat of top-cut bed are used a quantitative pump, and the operation is done by using reversing valve.Key words: shearing machine；table roller vehicle； fuel tank本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）3目錄摘要 ………………………………………………………………………………IAbstract …………………………………………………………………………II第一章 緒 論………………………………………………………………………11.1 剪切機的類型、特點及選型………………………………………… 1第二章 液壓剪切機的設(shè)計計算………………………………………………… 42.1 剪切機結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定……………………………………………… 42.1.1 刀片行程…………………………………………………………… 42.1.2 刀片尺寸的確定…………………………………………………… 52.1.3 剪切機理論空行程次數(shù)…………………………………………… 62.2 剪切機能力參數(shù)計算……………………………………………………62.2.1 剪切過程分析……………………………………………………… 62.2.2 平行刀片剪切機的剪切力與剪切功………………………………7第三章 剪切機液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算……………………………………103.1 剪切機的設(shè)計要求與參數(shù)……………………………………………103.1.1 設(shè)計要求……………………………………………………………103.1.2 設(shè)計參數(shù)……………………………………………………………103.2 進行工況分析，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)…………………………113.2.1 液壓缸的載荷計算…………………………………………………113.2.2 初選系統(tǒng)的工作壓力………………………………………………143.2.3 液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸計算………………………………………153.2.4 各工況所需時間及速度的計算……………………………………193.2.5 液壓執(zhí)行元件實際所需流量的計算………………………………20本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）43.2.6 液壓執(zhí)行元件實際工作壓力的計算………………………………213.2.7 擬定液壓系統(tǒng)工況圖………………………………………………223.3 制定液壓系統(tǒng)基本方案和擬定液壓系統(tǒng)圖………………………… 233.3.1 制定基本方案………………………………………………………233.3.2 擬定液壓系統(tǒng)圖……………………………………………………283.4 液壓元件的選擇………………………………………………………293.4.1 液壓泵的選擇…………………………………………………… 293.4.2 電動機功率的確定………………………………………………313.4.3 液壓閥的選擇……………………………………………………323.4.4 油管內(nèi)徑的確定…………………………………………………333.4.5 油箱的有效面積的確定…………………………………………353.5 液壓系統(tǒng)性能驗算……………………………………………………353.5.1 驗算回路中的壓力損失………………………………………… 353.5.2 驗算液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升………………………………………… 43第四章 液壓缸的設(shè)計計算………………………………………………………484.1 計算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸……………………………………………… 484.1.1 缸筒長度 L…………………………………………………………484.1.2 最小導(dǎo)向長度的確定…………………………………………… 484.2 液壓缸主要零部件設(shè)計………………………………………………494.2.1 缸筒……………………………………………………………… 494.2.2 活塞……………………………………………………………… 524.2.3 活塞桿的導(dǎo)向套和密封………………………………………… 524.2.4 緩沖裝置………………………………………………………… 534.2.5 放氣裝置………………………………………………………… 534.2.6 油口……………………………………………………………… 54第五章 閥板的設(shè)計………………………………………………………………55本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）54.1 閥板連接概述…………………………………………………………554.2 閥板的設(shè)計……………………………………………………………554.2.1 確定閥板的數(shù)量………………………………………………554.2.2 液壓元件位置的布置…………………………………………564.2.3 閥板材料及孔徑的確定………………………………………56參考文獻 …………………………………………………………………………57結(jié)束語 ……………………………………………………………………………59本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）6第一章 緒 論1.1 剪切機的類型、特點及選型 [13]用于對軋件進行切頭，切尾或剪切成規(guī)定尺寸（定尺）的機械稱為剪切機。根據(jù)剪切機刀片形狀，配置以及剪切方式等特點，剪切機可分為平行刀片剪切機，斜刀片剪切機，圓盤式剪切機和飛剪機。按驅(qū)動力來分，可分為電動和液壓兩類剪切機。平行刀片剪切機：兩個刀片彼此平行。用于橫向熱剪初軋坯（方坯，板坯）和其它方形和矩形斷面的鋼坯，故又稱為鋼坯剪切機。有時，也用兩個成型刀片來冷軋管坯及小型圓鋼等。斜刀片剪切機：兩個刀片中有一個刀片相對于另一刀片是成某一角度傾斜布置的，一般是上刀片傾斜，其傾斜角為 1°～6°。它用來橫向冷剪或熱剪鋼板，帶鋼，薄板坯，故又稱為鋼板剪切機。有時，也用于剪切成束的小型鋼材。圓盤式剪切機：兩個刀片均成圓盤狀。用來縱向剪切運動中的鋼板（帶鋼）的邊，或?qū)摪澹◣т摚┘舫烧瓧l。一般均布置在連續(xù)式鋼板軋機的縱切機組的作業(yè)線上。飛剪機；剪切機刀片在剪切軋件時跟隨軋件一起運動。用來橫向剪切運動中的軋件（鋼坯，鋼板，帶鋼和小型型材，線材等） ，一般安裝在連續(xù)式軋機的軋制線上或橫切機組作業(yè)線上。平行刀片剪切機根據(jù)剪切軋件時刀片的運動特點，平行刀片剪切機可分為上切式和下切式兩大類。1．上切式平行刀片剪切機本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）7這種剪切機的特點實際下刀固定不動，上刀則是上下運動的。剪切軋件的動作由上刀來完成，其剪切機構(gòu)由最簡單的曲柄連桿機構(gòu)組成。除了剪切機本體之外，一般還配有定尺機構(gòu)，切頭收集與輸送裝置等。由于下刀固定不動，為使剪切工作順利進行，剪切的軋件厚度大于 30～60mm 時，需在剪切機后裝設(shè)擺動臺或擺動輥道，其本身無驅(qū)動裝置。剪切時，上刀壓著軋件下降，迫使擺動臺也下降。當(dāng)剪切完畢，上刀上升時，擺動臺在其平衡裝置作用下也回升至原始位置。此類剪切機由于結(jié)構(gòu)簡單，廣泛用于剪切中小型鋼坯。此外，隨著快速換刀的生產(chǎn)需要，也出現(xiàn)了能快速換刀的上切式平行刀片剪切機，用來剪切初軋鋼坯和軋板。當(dāng)然，其設(shè)備重量會有較大的增加，結(jié)構(gòu)也稍復(fù)雜些。2. 下切式平行刀片剪切機這種剪切機的特點是：上下刀都運動，但剪切軋件的動作由下刀來完成，剪切時上刀不運動。由于剪切時下刀臺將軋件抬離輥道，故在剪切機后不設(shè)擺動臺，而且這種剪切機的機架不承受剪切力。由于上述兩個特點，下切式平行刀片剪切機普遍用來剪切中型和大型鋼坯和板坯，以減輕整個剪切機組的設(shè)備重量。本次設(shè)計所剪的鋼坯為連鑄小方坯□160×160㎜和□180×225㎜，因此選用平行刀片下切式剪切機。剪切機按照驅(qū)動力來劃分，可分為電動和液壓兩類。電機驅(qū)動又有直流電動機和交流電動機兩種。大中型剪切機多采用直流電動機驅(qū)動，并以啟動工作制進行剪切。在大型剪切機上，除了采用電動機驅(qū)動外，還可以采用液壓驅(qū)動。采用液壓驅(qū)動比電動機驅(qū)動有許多優(yōu)點：在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更大的動力；同樣在同等的功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。1)液壓裝置工作比較平穩(wěn)，便于實現(xiàn)頻繁及平穩(wěn)的換向；2)液壓裝置能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速,還可以在運行過程中進行調(diào)速；本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）83)與電氣或壓縮空氣配合后液壓驅(qū)動易于實現(xiàn)自動化；4)液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護，液壓缸和液壓馬達都能長期在失速狀態(tài)下工作而不會發(fā)熱，這時電氣驅(qū)動裝置和機械傳動裝置無法辦到的。此外，液壓元件能自行潤滑，使用壽命較長；5)液壓元件易于實現(xiàn)通用化和自動化；6)用液壓驅(qū)動來實現(xiàn)直線運動遠比機械傳動簡單。綜上所述，雖然電動剪切機在操作和維護方面簡單，但與液壓剪切機相比，它的體積和重量大；而液壓剪切機卻不同，目前液壓技術(shù)已成熟，使操作和維護已不成問題，故本設(shè)計選用液壓剪切機。因此，本次設(shè)計的最終選型為平行刀片下切式液壓剪切機。本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）9第二章 液壓剪切機的設(shè)計計算設(shè)計參數(shù)剪切機型式： 油壓小車移動式被剪鋼坯斷面尺寸： □180×180 mm×mm□165×225 mm×mm代表鋼種： Q235-A 27SiMn剪切溫度： ≥750℃拉坯速度： 2m/min剪切小車及橫移輥道重量： 17.8T鋼坯定尺長度： 2.5m2.1 剪切機結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定2.1.1 刀片行程刀片計算公式 [2]H=h+f+q1+q2+s （2-1）式中：H—刀片行程（指刀片的最大行程） ；h—被切鋼坯的斷面高度，這里取 h=180mm；f—是為了保證鋼坯有一些翹頭時，仍能通過剪切機的必要儲備，通常50～75，這里取 60；q1— 為了避免上刀片受鋼坯沖撞，而使壓板低于上刀的距離，本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）10q1=5～50mm,取 q1=20mm;s— 上下刀片的重疊量，取 s=5～20mm,這里取 s=10；q 2—下刀低于輥道表面的距離，q 2=5～20 mm,這里取 q2=20；故有： H=180+60+20+20+20=300mm刀片行程關(guān)系如圖 2-1 所示圖 2-1 平行刀片剪切機刀片行程1-上刀；2-下刀；3-軋件；4-壓板2.1.2 刀片尺寸的確定2.1.2.1 刀刃長度因為所設(shè)計的方坯剪切機，且屬于中型剪切機（P=2.5～8.0） ，所以剪刃長度按如下公式計算：L=（2～2.5）b max （2-2）式中：L—刀刃長度，mm;bmax—被切鋼坯橫斷面的最大寬度，mm；取 bmax=225mm;則：L=（2～2.5）b max =（2～2.5）×225=450～562.5 mm，取 L=500 mm本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）112.1.2.2 刀片斷面高度及寬度 h′=(0.65～1.5)h (2-3)b′=h′/(2.5～3) (2-4)式中：h′—刀片斷面高度，mm;h —被切鋼坯斷面高度，mm;b′—刀片斷面高度，mm;由鋼坯斷面尺寸： □180×180 mm×mm□165×225 mm×mm則：h′=(0.65～1.5)h =(0.65～1.5) ×180=117～270mm,取 h′=210mmb′= h′/(2.5～3)=70～84mm;取 b′=70mm最后根據(jù)表 8-2（《軋鋼機械》 （第三版）P259）剪切刀片的尺寸最后確定為 b′×h′×Ｌ=70×210×800由（表 8-2）確定的熱鋼坯剪切機基本參數(shù)。如下表:表 2-1 熱軋剪切機基本參數(shù)最大剪切力MN刀片行程mm刀刃長度㎜刀片斷面尺寸㎜理論空行程次數(shù)次/min6.3 300 300 70×210 12～162.1.3 剪切機理論空行程次數(shù)剪切機的每分鐘理論空行程次數(shù)代表了剪切機的生產(chǎn)率。理論空行程次數(shù)的提高受到電動機功率和剪切機結(jié)構(gòu)形式的限制。理論剪切次數(shù)是指每分鐘內(nèi)剪刃能夠不間斷的上下運動的周期次數(shù)。因此，實際剪切次數(shù)小于理論空行程次數(shù)。依據(jù)設(shè)計要求和《軋鋼機械》 （第三版）P259 表 8-2，選擇理論空行程次數(shù)為：12～16 次/min。本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）122.2 剪切機能力參數(shù)計算2.2.1 剪切過程分析軋件的整個剪切過程可氛圍兩個階段，即刀片壓入金屬與金屬滑移。壓入階段作用在軋件的力，如圖 2-2 所示。圖 2-2 軋件的剪切過程當(dāng)?shù)镀瑝喝虢饘贂r，上下刀片對軋件的作用力 P 組成力矩 Pa，此力矩是軋件沿圖方向轉(zhuǎn)動，而上下刀片側(cè)面對軋件的作用力 T 組成的力矩 Tc 將力圖阻止軋件的轉(zhuǎn)動，隨著刀片的逐漸壓入，軋件轉(zhuǎn)動角度不斷增大，當(dāng)轉(zhuǎn)過一個角度 γ 后便停止轉(zhuǎn)動，此時力矩平衡，即 Pa=Tc[2]。軋件停止轉(zhuǎn)動后，刀片壓入達到一定深度時，為克服了剪切面上金屬的剪切阻力，此時，剪切過程由壓入階段過渡到滑移階段，金屬沿剪切面開始滑移，直到剪斷為止。2.2.2 平行刀片剪切機的剪切力與剪切功2.2.2.1 剪切公稱能力的確定剪切機的力能參數(shù)包括剪切力和電機功率。剪切力是剪切機的主要參數(shù)，驅(qū)動剪切機的電機功率及剪切機主要零件尺寸的確定，完全使用或充分發(fā)揮剪切機的能力都與剪切力有關(guān)。本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）13在設(shè)計剪切機時，首先要根據(jù)所剪軋件最大斷面尺寸來確定剪切機公稱能力，它是根據(jù)計算的最大剪切力并參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和資料來確定的。1）.當(dāng)軋件材料為 Q235-A 時最大剪切力為 [2]：Pmax=K·τmax·Fmax (2-5)式中：Fmax —被剪軋件最大的原始斷面面積，mmτmax —被剪軋件材料在相應(yīng)剪切溫度下最大的單位剪切阻力，MPa根據(jù)圖 8-7.a（《軋鋼機械》 ） ，取 τmax=100MPa;K—考慮由于刀刃磨鈍、刀片間隙增大而使剪切力提高的系數(shù)，其數(shù)值根據(jù)剪切機能力選擇，中型剪切機，K=1.2。按鋼坯斷面尺寸： □180×180 mm×mmFmax=180×180=32400 mm2 按鋼坯斷面尺寸： □165×225 mm×mmFmax= 165×225=37125 mm2故： Pmax=K·τmax·Fmax=1.2×100×165×225=3.89 MN2） 當(dāng)軋件材料為 27SiMn 時因為該剪切材料無單位剪切阻力實驗數(shù)據(jù)，所以最大剪切力為：Pmax=0.6K·σbt·Fmax (2-6)式中：K—同軋件材料 Q235-A 一樣，K=1.2；σbt—被剪軋件材料在相應(yīng)剪切溫度下的強度極限，MPa，根據(jù)表 8-4（《軋鋼機械》 ）本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）14，取 σbt=200MPa；Fmax—軋件最大的原始斷面面積，mm 2， 根據(jù)上述 1） 中計算可知，Pmax=0.6×1.2×200×165×225=5.35 MN綜合以上計算結(jié)果，并考慮到今后剪切軋件品種的擴大，且結(jié)合我國國標(biāo)所規(guī)定的系列標(biāo)準(zhǔn)，將剪切機公稱剪切力確定為 6.3 MN。而實際工程中，考慮到我們設(shè)計結(jié)構(gòu)的要求，確定為 5.0 MN，相當(dāng)于 500T 液壓鍵切機。2.2.2.2 剪切功的計算根據(jù)剪切功可以近似而方便的計算出鍵切機功率。剪切功與剪切力和刀片行程有關(guān)，當(dāng)不考慮刀片磨鈍等因素時，可按以下公式計算 [2]：A= Pmax·h (2-7)式中：A— 剪切功，N·mh—鋼坯厚度，mPmax—最大剪切力，N則：A= Pmax·h=5.35×180×1000=963000 N·m本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）15第三章 液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算液壓系統(tǒng)是液壓機械的一個組成部分，液壓系統(tǒng)的設(shè)計要同主機的總體設(shè)計同時進行。著手設(shè)計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng) [1][4][5][8][11]。3.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟與設(shè)計要求3.1.1 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液壓系統(tǒng)各部分的設(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)剪體結(jié)構(gòu)比較簡單，最大的剪切力受工作液體壓力限制，且要能夠保證不致過載和損壞。2)液壓剪切機工作循環(huán)：上刀下降，鎖緊 小車右移 下刀上升，剪切鋼坯 下刀下降（快退）??上刀升起 小車左移（快退） 。3)剪切運動要平穩(wěn)，為使機構(gòu)具有所要求的精確運動，需要依靠上下刀臺的平穩(wěn)和附加的約束來獲得，這均需由液壓系統(tǒng)來控制。3.1.2 設(shè)計參數(shù)本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）16剪切機型式： 油壓小車移動式被剪鋼坯斷面尺寸： □180×180 mm×mm□165×225 mm×mm代表鋼種： Q235-A 27SiMn剪切溫度： ≥750℃拉坯速度： 2m/min剪切小車及橫移輥道重量： 17.8T鋼坯定尺長度： 2.5m3.2 進行工況分析，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)3.2.1 液壓缸的載荷計算 [1]如圖 3-1 表示一個液壓缸簡圖。各有關(guān)系數(shù)標(biāo)注圖上，其中 FW是作用在活塞桿上的外部載荷，F(xiàn)m 是活塞與缸壁以及活塞桿與導(dǎo)向套之間的密封阻力。作用在活塞桿上的外載荷包括工作載荷 Fg,導(dǎo)軌的摩擦力 Ff,由于速度變化而產(chǎn)生的慣性力 Fa。圖 3-1 液壓缸受力情況3.2.1.1 剪切缸的載荷力本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）17工礦分析：剪切缸運動分為啟動、工進、快退三個動作循環(huán)。當(dāng)剪切缸啟動時，液壓缸負載只有下刀臺本身的重力，F(xiàn)w=G=4100N 式中：G---下刀臺重量；工進時，活塞桿承受剪切力，其外載荷是剪切力及下刀臺自重。Fw=Pmax+G=5.35×106+4100≈5.35×10 6N；快退時,工作負載主要是下刀臺本身重力，其值為負。Fw=-G=-4100N。3.2.1.2 橫移缸的載荷力 [2]橫移缸在啟動過程中，其外載荷主要是小車和橫移輥道對導(dǎo)軌的摩擦力。Fw=μsG （ 3-1）式中：μs—靜摩擦系數(shù)，μs=0.15；由表 3-1 查的G—小車及剪體總重，N；表 3-1 摩擦系數(shù) μ [2]導(dǎo)軌類型 導(dǎo)軌材料 運動狀態(tài) 摩擦系數(shù)滑動導(dǎo)軌 鑄鐵對鑄鐵啟動時：低速（ ）0.16/ms??高速（ ）./?0.15～0.200.1～0.120.05～0.08滾動導(dǎo)軌 鑄鐵對滾柱（珠）淬火鋼導(dǎo)軌對滾柱0.005～0.02靜壓導(dǎo)軌 鑄鐵 0.005本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）18G=G1+G2+G3；G1—小車及橫移輥道重量，G 1=17800N；G2—鋼坯重量，G 2=7239N；G3—剪體重量，G 3=40000N；G=G1+G2+G3=225239N；外載荷：Fw=μsG=33786N；小車右移時，橫移缸外載荷為小車鋼坯、剪體、橫移輥道的重力和剪切力對導(dǎo)軌產(chǎn)生的摩擦阻力，即車輪踏面在軌道上的滾動摩擦阻力和車輪軸承的摩擦阻力。摩擦阻力矩：Mn=(G+G4)(KDc/2+μd/2） ； （3-2）式中：G—輥道車，剪體，鋼坯總重，G=225239N；G4—剪切力，G 4=5.35× ；610K—滾動摩擦系數(shù)，K=0.01；μ— 車輪軸承摩擦系數(shù)，μ=0.004；Dc—車輪外徑，Dc=250mm；d—軸承內(nèi)徑，d=70mm；故：Mn=（225239+5.36× ） （0.05×250/2+0.003×70/2）610=7.76× N/mm6外載荷：Fw= =7.76× /125=62080N （3-3）2MnDc6小車左移時，小車受剪體及橫移輥道的重力對導(dǎo)軌產(chǎn)生的摩擦阻力，即車輪踏面在軌道上的滾動摩擦阻力和車輪軸承的摩擦阻力。本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）19同上.摩擦阻力矩：Mn=（G 1 +G3） （KDc/2+μd/2）=（178000+40000） （0.01×250/2+0.004×70/2）=303020N/mm；外載荷：Fw= =303020/125=2424.2N。2MnDc3.2.1.3 抬升缸的負載力抬升缸在抬升和下降過程均只受上刀臺及其相連機構(gòu)的自重相對于軸心向下的轉(zhuǎn)矩.其最大轉(zhuǎn)矩約 T=G×Sm=7800×0.18=1404N·m （3-4）式中：G—上刀臺及其相連機構(gòu)自重，G=7800N；Sm—上刀臺重心到軸心距離，約為 Sm=0.18m；故上刀臺下降時，抬升缸抬升，其外載荷 Fw= = =3265N； （3-TSo140.3Nm5）同理，上刀臺上升時，抬升缸下降，其外載荷Fw=- =- =-3265N；TSo140.3m各液壓缸的外載荷力計算結(jié)果列于表 3-1由公式： 活塞上載荷力 F= （3-6）mFw?―液壓缸的機械效率，一般取 0.90～0.95，這里取 =0.95；m? m?求得相應(yīng)的作用于活塞上的載荷力，并列于表 3-2表 3-2 各液壓缸載荷力本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）20液壓缸名稱 工況液壓缸外載荷Fw/N活塞上載荷力F/N啟動 4100 4316工進 5.35×106 5.63×106剪切缸快退 -4100 -4316啟動 33786 35564右移 62080 65342橫移缸左移 2424 2552下降 3265 3437抬升缸上升 -3265 -34373.2.2 初選系統(tǒng)的工作壓力 [1]壓力的選擇要根據(jù)載荷的大小和設(shè)備的類型來定，還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對某些元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經(jīng)濟，反之，壓力選得太高，對泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必須要提高設(shè)備成本。一般來說，對于固定的尺寸不太受限制的設(shè)備，壓力可以選的低一些。具體選擇可參考下表 3-3 和表 3-4表 3-3 按載荷選擇工作壓力載荷（KN） 50工作壓力（MP）17.5MPa 時，取 n=4σ b—管道材料的抗拉強度，取 σ b=450Mpa管道內(nèi)的流速可以參考表 3-11：表 3-11 允許流速推薦值管道 推薦流速（m/s）液壓泵吸油管道 0.5～1.5 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 1.5～2.6表 3-12 主要管路內(nèi)徑表管路名稱通過流量（L/min）允許速度管內(nèi)徑（mm）管道壁厚（mm）管內(nèi)工作壓力所選管道的內(nèi)徑與本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）41（m/s） （Pa） 壁厚（mm）高壓吸油管 364 1.3 77 7.2 21 80，10高壓壓油管 268 5 34 3.0 20 40，5.5高壓回油管 268 2.5 48 0.2 0.5 50，3低壓吸油管 171 1.0 60 3.7 7 65，4低壓壓油管 160.7 5 26 0.8 3.51 32，2.5低壓回油管 160.7 2 41 0.2 0.5 50，33.4.5 油箱的有效面積的確定油箱容量的經(jīng)驗公式：V=aq （3-17）式中：a—與系統(tǒng)有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)， （由文獻《液壓系統(tǒng)設(shè)計圖集》表 2.4-3）高壓系統(tǒng)取 a=10q—液壓泵每分鐘排出壓力油的容積， =364+171=535L/minVQ則：V=10×512=5350L選標(biāo)準(zhǔn)值： V=6300L。3.5 液壓系統(tǒng)性能驗算3.5.1 驗算回路中的壓力損失3.5.1.1 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 、管件局部損失 和控制閥1P?2P?的壓力損 三部分組成：3P?（3-123P????本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）4218）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即快速退回時進油路的壓力損失。此管長 L=12，管內(nèi)徑 d=0.03m，快速退回時，通過流量Q=160.7L/min=2.68× 。選用 L-HM46 號礦物油型液壓油，正常運轉(zhuǎn)310?/ms后油的運動黏度取 ，油的密度為 。524.6v??3850/kgm??油液在管路中的實際流速為：（3-322.810.79/4Qvsd???19）雷諾數(shù) （3-e53.790R247461vd?????20）圓形光滑管道，其臨界雷諾數(shù)???eL?∴液流為紊流。沿程壓力損失：（3-21LvPd????21）式中：—沿程阻力系數(shù)， ?0.253164.Re??本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）43L—管道長度，L=12m d—管道內(nèi)徑，d=0.03mv—液體流速，v=3.79m/s—液體的密度， =850??3/kgm則： 21.790.45850.13aPMP????2）.局部壓力損失（3-224vP????22）式中：—局部阻力系數(shù)， =1.12；??—液體流速， =3.79m/s；vv—液體密度， =850??3/kgm則： 22850.7941..aPMP????3）控制閥的壓力損失（3-23VWNQ??????23）式中：本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）44—閥的額定壓力損失，MPaVWP?Q—通過閥的實際流量，L/min—閥的額定流量，L/minN根據(jù)液壓原理圖，橫移缸快退時，壓力油從葉片泵出口到橫移缸的進油路上，依次經(jīng)過單向閥，其額定壓力損失為 0.2MPa，電液換向閥，其額定壓力損失為 0.3MPa；和單向閥，其額定壓力損失為 0.21MPa。則： 2223165.7160.7160.70..3.435aP MP?????????????????????????4）.進油路上的壓力總損失 1230.1270.43.8aP??經(jīng)驗算，實際壓力損失比估計的壓力損失小一些，符合要求。3.5.1.2 抬升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 、管件局部損失 和控1P?2P?制閥的壓力損 三部分組成：3P?123???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即快速退回時進油路的壓力損失。此管長 L=12，管內(nèi)徑 d=0.025m，快速退回時，通過流量Q=4.41L/min=0.07× 。選用 L-HM46 號礦物油型液壓油，正常運轉(zhuǎn)310?/ms后油的運動黏度取 ，油的密度為 。524.6v??3850/kgm??本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）45油液在管路中的實際流速為：3220.710.4/45Qvmsd?????雷諾數(shù) e50.12R764v?????圓形光滑管道，其臨界雷諾數(shù)???e3L?∴液流為層流。沿程壓力損失：21LvPd????式中：—沿程阻力系數(shù)， ?e640.82RL—管道長度，L=12m d—管道內(nèi)徑，d=0.025mv—液體流速，v=1.06m/s—液體的密度， =850??3/kgm則： 210.140.842850.34. aPMP?????2）局部壓力損失224v???本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）46式中：—局部阻力系數(shù)， =1.12；??—液體流速， =0.14m/s；vv—液體密度， =850??3/kgm則： 22850.1441..07aPMP????3）控制閥的壓力損失 23VWNQ??????式中：—閥的額定壓力損失，MPaVWP?Q—通過閥的實際流量，L/min—閥的額定流量，L/minN根據(jù)液壓原理圖，橫移缸快退時，壓力油從葉片泵出口到橫移缸的進油路上，依次經(jīng)過液控單向閥，其額定壓力損失為 0.2MPa，電液換向閥，其額定壓力損失為 0.3Mpa。則： 2234.14.10030.765aPMP??????????????????4）進油路上的壓力總損失1230.4.07.20.347aPPP???????本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）47經(jīng)驗算，實際壓力損失比估計的壓力損失小一些，葉片泵的工作壓力滿足。因橫移缸和抬升缸共用葉片泵，故其總壓力損失為： 0.5940.3.624aPMP?????則定量泵各階段出口壓力分別為：橫移小車啟動時： 1.7621.P剪切前： 2350.43Pa??剪切后： 8.PM3.5.1.3.剪切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 、管件局部損失 和控1P?2P?制閥的壓力損 三部分組成：3P?123???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即剪切工進時進油路的壓力損失。此管長 L=12，管內(nèi)徑 d=0.040m，快速退回時，通過流量Q=268L/min=4.47× 。選用 L-HM46 號礦物油型液壓油，正常運轉(zhuǎn)后310/ms油的運動黏度取 ，油的密度為 。524.6v???3850/kgm??油液在管路中的實際流速為： 3224.71.6/0Qvsd????雷諾數(shù) 本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）48e53.604R3961vd?????圓形光滑管道，其雷諾數(shù)?e0?∴液流為層流。沿程壓力損失：21LvPd????式中：—沿程阻力系數(shù)， ?0.25e364.R?L—管道長度，L=12m d—管道內(nèi)徑，d=0.040mv—液體流速，v=3.56m/s—液體的密度， =850??3/kgm則： 21.560.4280.6. aPMP?????2）局部壓力損失 22v???式中：—局部阻力系數(shù)， =1.12；??—液體流速， =3.56m/s；vv—液體密度， =850??3/kgm則：本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）49228503.61..1aPMP????3）控制閥的壓力損失 23VWNQ??????式中：—閥的額定壓力損失，MPaVWP?Q—通過閥的實際流量，L/min—閥的額定流量，L/minN根據(jù)液壓原理圖，橫移缸工進時，壓力油從葉片泵出口到橫移缸的進油路上，依次經(jīng)過單向調(diào)速閥，其額定壓力損失為 0.2MPa，電液換向閥，其額定壓力損失為 0.3MPa。則： 22368680.0.3039aPMP??????????????????4）進油路上的壓力總損失123.68.12..41a?由以上計算結(jié)果，得小車=啟動、右移、左移時，葉片泵的出口壓力分別為：120.4120.9536PMPa???經(jīng)驗算，實際壓力損失比估計的壓力損失小，柱塞泵的工作壓力滿足使用要求。3.5.2 驗算液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升3.5.2.1 系統(tǒng)的發(fā)熱功率本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）50液壓系統(tǒng)工作時，除執(zhí)行元件驅(qū)動外載荷輸出有效功率外，其余功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量，使油溫升高。由于系統(tǒng)較復(fù)雜，故用下式計算發(fā)熱功率：（3-heP??24）式中：—工作循環(huán)輸入主系統(tǒng)的平均功率，p—執(zhí)行元件的平均有效功率，eP對于本系統(tǒng)來說，P 是整個工作循環(huán)中柱塞泵、葉片泵的平均輸入功率：（3-1nipPQtt???25）式中：—一個工作循環(huán)所用的總時間；t， ， —分別為第 i 臺泵的實際輸出壓力、流量、效率；iPiQpi?—第 i 臺泵的工作時間。it具體的 ， ， 值見表 3-12。iipi表 3-12 各工況兩泵輸入功率額定流量（L/min）出口壓力（MPa） 總輸入功率（KW）工況變量泵 定量泵 變量泵 定量泵 變量泵 定量泵時間（s）小車啟動 364 171 - 3.524 - -很短本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）51上刀下降小車右移364 171 - 3.914 - 4.08 5鎖緊上刀下刀上升364 171 20.41 3.914 124.8 4.08 19各缸快退 + 171 1.361 1.784 11.9 7.0 6柱塞泵工作正常時， =0.85，卸荷時 =0.3；p?p?葉片泵工作正常時， =0.75則： 14.08512.94.081.967.012.37755P KW???? ?????? ?? ?系統(tǒng)總輸出功率為： （3-1nwiiPFst??26）式中：—個工作循環(huán)所用的總時間，st?—液壓缸外負載，N；wiF—液壓缸的行程，m。is由前面計算結(jié)果及給定參數(shù)可知：本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）52表 3-13 液壓缸的負載與行程表工況液壓缸外負載 F（N）行程（mm）上刀下降 3265 450小車啟動 33786 —小車右移 62080 800下刀上升 5350000 300下刀下降 4100 300上刀上升 3265 450小車左移 2424 800則： ? ?6132650.4280.5310.4.32650.420.854.eP KW?????????總的發(fā)熱功率為：=102.0-55.4=46.6KWheP??3.5.2.2.計算散熱功率前面初步求得油箱的有效容積為 6300L 即 6.3 。3m根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第四卷，表 17-8-158 中的油箱散熱面積近似公式得：（3-3226..7AVm?27）油箱散熱功率為：（3-hcPKAT??本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）5328）式中：K—油箱的散熱系數(shù)，取 ??216/KWmC??AA—油箱散熱面積，A=22.7 2—油箱與環(huán)境溫度之差，取 =50T?T??則： 162.75018.246.hc hPKWP?????因此，油箱的散熱能力遠遠不能滿足系統(tǒng)的散熱要求，而管路的散熱能力又很小，所以，需要另外設(shè)置冷卻器。3.5.2.3. 冷卻器所需冷卻面積的計算及選型冷卻面積為：（3-hcmPAKt???29）式中：K—冷卻器的散熱系數(shù)，取 ??30/2WC??A—平均溫升，mt?12127.5mtt????—液壓油的進口溫度， =60℃1t 1t—液壓油的出口溫度， =50℃2 2—冷卻水進口溫度， =25℃1t? 1t?—冷卻水出口溫度， =30℃2 2則： 本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）543246.1820.4375Am????考慮靠冷卻器在使用過程中散熱面上回有沉積和附著物，會影響散熱效果，因此，實際選用的散熱面積應(yīng)該比計算的要大 30%，即：A=1.3×3.4=4.42 2按此面積選用 2LQFW-A5.3F 型多管式冷卻器，其散熱面積為 5.3 ，配2m管時，系統(tǒng)中各執(zhí)行元件的回油和各溢流閥的溢出油都要通過冷卻器回到油箱，比例方向閥的排出油不經(jīng)過冷卻器直接進入油箱，以免背壓影響比例方向閥的調(diào)速精度。第四章 液壓缸的設(shè)計計算本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）55在上一章液壓系統(tǒng)的設(shè)計中，已對液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸作了計算，本章繼續(xù)對液壓缸的其余主要尺寸及結(jié)構(gòu)進行設(shè)計計算 [1]。液壓缸是液壓傳動的執(zhí)行元件，它和主機工作機構(gòu)有直接的聯(lián)系，對于不同的機種和機構(gòu)，液壓缸具有不同的用途和工作要求。因此，在設(shè)計液壓缸之前，必須對整個液壓系統(tǒng)進行工況分析，編制工況圖，選定系統(tǒng)的工作壓力(詳見第三章)，然后根據(jù)使用要求進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。本章只對抬升缸做上述設(shè)計計算。4.1 計算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸主要有三個：缸筒內(nèi)徑 D、活塞桿外徑 d 和缸筒長度 L。在上一章中已經(jīng)作過缸筒內(nèi)徑 D 及活塞桿外徑的計算，此處從略。缸筒內(nèi)徑 D—32㎜活塞桿外徑 d—20㎜（詳見第三章）4.1.1 缸筒長度 L缸筒長度由最大工作行程長度加上各種結(jié)構(gòu)需要來確定，即：L=l+B+A+M+C （4-1）式中： l—活塞的最大工作行程；l=450㎜B—活塞寬度，一般為(0.6-1)D;取 B=1×32=32㎜A—活塞桿導(dǎo)向長度，取(0.6-1.5)D;取 A=1×32=32㎜M—活塞桿密封長度，由密封方式定；C—其他長度，取 C=30㎜故缸筒長度為：L=32+30+450+32+13=555㎜4.1.2.最小導(dǎo)向長度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到導(dǎo)向套滑動面中點的距離稱為最小導(dǎo)向長度 H(如圖 4-1 所示)。如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始撓本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）56度(間隙引起的撓度)增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計時必須保證有一最小導(dǎo)向長度。圖 4-1 油缸的導(dǎo)向長度對于一般的液壓缸，其最小導(dǎo)向長度應(yīng)滿足下式：H≥L/20+D/2 (4-2)式中： L—液壓缸最大工作行程(m);L=0.45mD—缸筒內(nèi)徑(m)，D=0.08m。故最小導(dǎo)向長度 H≥38.5㎜4.2 液壓缸主要零部件設(shè)計4.2.1 缸筒4.2.1.1 缸筒結(jié)構(gòu)缸筒與缸頭的連接用螺紋連接，其特點是：徑向尺寸小，質(zhì)量小，使用廣泛。安裝時應(yīng)防止密封圈扭轉(zhuǎn)。圖 4-2 缸筒的外螺紋連接本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）574.2.1.2 缸筒材料一般要求有足夠的強度和沖擊韌性，對焊接的缸筒還要求有良好的焊接性能。故選用 30 鋼的無縫鋼管。4.2.1.3 對缸筒的要求1）有足夠的強度，能長期承受最高工作壓力和短期動態(tài)試驗壓力而不致產(chǎn)生永久變形；2）有足夠的剛度，能承受活塞的側(cè)向力和安裝的反作用力而不致彎曲；3）內(nèi)表面與活塞密封件及導(dǎo)向環(huán)的摩擦力作用下，能長期工作而摩擦少，尺寸公差等級和形位公差等級足以保證活塞密封件的密封性；4）需要焊接的缸筒還要求有良好的可焊性，以便再焊上法蘭或管接頭后不至于產(chǎn)生裂紋或過大的變形。 總之，缸筒是液壓缸的主要零件，它與缸蓋，缸底，油口等零件構(gòu)成密封的容腔，用以容納壓力油液，同時它還是活塞運動的“軌道” 。設(shè)計液壓缸缸筒時，應(yīng)該正確確定各部分尺寸，保證液壓缸有足夠的輸出力，運動速度和有效行程。同時必須具有一定的強度，能足以承受液壓力，負載力和意外的沖擊力，缸筒的內(nèi)表面應(yīng)具有合適的配合公差等級，以保證液壓缸的密封性，運動平穩(wěn)性和耐用性。4.2.1.4 缸筒計算1）缸筒外徑按《機械設(shè)計手冊》第四卷 P212 表 19-6-12 缸筒厚度 δ 計算公式δ= δ0 + C1 + C2 (ｍ) (4-3)式中： δ0 —— 為缸筒材料強度要求的最小值 (ｍ)；C1 —— 缸筒外徑公差余量(ｍ)；C2 —— 腐蝕余量(ｍ)；經(jīng)分析 δ/D ≤ 0.08，可用薄壁缸筒的實用計算式：δ≥ Pmax×D/（2[б]） (m) (4-4)本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）58式中：Pmax —— 缸筒內(nèi)最大工作壓力（Mpa） ； Pmax=1.06Mpa[б] —— 缸筒材料的許用應(yīng)力（ Mpa） ； [б] = бb/nбb —— 缸筒材料的抗拉強度（Mpa） ；бb=500 Mpan —— 安全系數(shù)，通常取 n = 5計算得：δ= 0.00424 (m)缸筒的外徑為 D1 =D＋2δ=42(mm)按《機械設(shè)計手冊》第四卷 P214 表 19-6-13 活塞缸外徑尺寸系列取 D1 =50(mm)2）缸筒壁厚度驗算對最終采用的缸筒厚度主要應(yīng)做兩方面的驗算：①、額定工作壓力 Pn 應(yīng)低于一定的極限值，以保證工作安全：Pn ≤ 0.35бs (D12 – D02)/D12 （MPa ） (4-5)= 0.35×300×(0.0422 – 0.0322)/0.0422= 44 MPaбs —— 為缸筒材料的屈服強度（MPa ） ，бs=290 MPa由于 7MPa <44MPa 所以上述參數(shù)選擇合理②、額定工作壓力也應(yīng)與完全塑性變形有一定的比例范圍，以免塑性變形的發(fā)生：Pn ≤（0.35 ～ 0.42）PPL （MPa） (4-6)PPL —— 缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力δ=18%。PPL = 2.3δslog D1/ D0 = 81.5 MPaPn ≤（0.35 ～ 0.42）×81.5= (28.53 ～ 34.08) MPa本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）59由于 7MPa <(28.53 ～ 34.08) MPa，所以選擇參數(shù)合理。4.2.2 活塞經(jīng)以上計算活塞桿直徑 d=20㎜，缸筒內(nèi)徑 D=32㎜。故活塞與活塞桿加工為一體，材料為 45 鋼。在外徑套尼龍 6 的活塞套以增強耐磨性。其結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：圖 4.3 活塞的密封密封方式采用 Yx 形密封圈，使用壓力可達 32 Mpa，密封性能較好。桿外端，由于工作時軸線固定不動，故采用小螺柱頭。圖 4.4 小螺柱頭4.2.3 活塞桿的導(dǎo)向套和密封活塞桿導(dǎo)向套裝載液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對活塞桿進行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封，外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時把雜質(zhì)，灰塵及水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）60型式，有軸套式和端蓋式兩種。此處采用軸套式。圖 4.5 導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)其優(yōu)點是導(dǎo)向套一般安裝在密封圈與缸筒油腔之間，以利用缸內(nèi)的壓力油對導(dǎo)向套進行潤滑。4.2.4 緩沖裝置液壓缸一般都設(shè)置緩沖裝置，特別是對大型、高速或要求高的液壓缸，為了防止活塞在行程終點時和缸蓋相互撞擊，引起噪聲、沖擊，則必須設(shè)置緩沖裝置。緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時封住活塞和缸蓋之間的部分油液，強迫它從小孔或細縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動，逐漸減慢運動速度，達到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。圖 4.6 緩沖原理如圖 4.6 為恒節(jié)流面積緩沖裝置。當(dāng)緩沖柱塞進入與其相配的缸蓋上的內(nèi)孔時，孔中的液壓油只能通過間隙 δ 排出，使活塞速度降低。由于配合間隙不變，故隨著活塞運動速度的降低，起緩沖作用。4.2.5 放氣裝置本科畢業(yè)設(shè)計（說明書）61液壓缸在安裝過程中或長時間停放重新工作時，液壓缸里和管道系統(tǒng)中會滲入空氣，為了防止執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行，噪聲和發(fā)熱等不正?，F(xiàn)象，需把缸中和系統(tǒng)中的空氣排出。對于要求不高的液壓缸往往不設(shè)專門的排氣裝置，而是將油口置于缸體兩端的最高處，如圖 4-7，這樣也就能利用液流將空氣帶到油箱而排出，但對于穩(wěn)定性要求較高的液壓缸，常常在液壓缸的最高處設(shè)專門的排氣裝置如排氣閥、排氣塞等。圖 4-7（a） （b ）所示為排氣塞結(jié)構(gòu)圖。松開螺釘即可排氣，將氣排完后擰緊螺釘液壓缸便可正常工作了。圖 4.7 放氣裝置4.2.6 油口油口包括油口孔和油口連接螺紋。油缸的進，出油口均可布置在端蓋或缸筒上，此處布置在缸筒上。由《機械設(shè)計手冊（第四卷