【文章內(nèi)容簡介】 機(jī)的驅(qū)動方式主要有兩種：電機(jī)驅(qū)動和液壓驅(qū)動。 電機(jī)驅(qū)動分為直流電機(jī)和交流電機(jī)兩種。一般小型剪板機(jī)多采用交流電機(jī)驅(qū)動，高速軸上裝有飛輪，電機(jī)為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，剪切動作必須用離合器來實(shí)現(xiàn)。常用的離合器是牙嵌式離合器，此種離合器的特點(diǎn)是傳遞力矩大，但剪切次數(shù)太高時(shí)，這種離合器就容易發(fā)生故障，因?yàn)樗鼊幼鲿r(shí)間長，同時(shí)在離合的瞬間不可避免地有沖擊現(xiàn)象。由于上述原因限制了剪切次數(shù)的進(jìn)一步提高。所以有些剪板機(jī)采用摩擦離合器，此種離合器雖然操作靈活，但在合閘瞬間會因滑動而發(fā)熱，引起磨損，特別是大型剪板機(jī)尤為明顯。大中型剪板機(jī)多采用直流電機(jī)驅(qū)動，并以啟動工作制進(jìn)行剪切。小型剪板機(jī)多采用交流電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，靠離合器來實(shí)現(xiàn)剪切。 液壓驅(qū)動比電機(jī)驅(qū)動有很多好的特點(diǎn)，比如結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小、操作方便、調(diào)節(jié)簡單等。但因?yàn)橐簤杭羟胁荒懿捎蔑w輪，剪切過程中所消耗的能量都要通過液壓系統(tǒng)供給， 因此液壓系統(tǒng)中使用的泵的電機(jī)容量就決定了剪切次數(shù)。為了減小電機(jī)功率，有些液壓剪切設(shè)備裝備了不同流量的泵，低壓大流量泵用于空行程，高壓小流量泵用于剪切行程。對于大型的剪板機(jī)，其剪切過程中輔助時(shí)間長，剪切次數(shù)不高，故采用液壓驅(qū)動是比較合理的選擇。但是要注意液壓系統(tǒng)中的泄露現(xiàn)象、剪切時(shí)的振動、事故多和維修工作量大等問題，這會降低剪板機(jī)的可靠性。 通過對兩種驅(qū)動方式的分析和比較，最后確定該橫切剪剪板機(jī)采用液壓驅(qū)動方式。該設(shè)備采用液壓驅(qū)動方式有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： a機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、布置緊湊。在上刀架上安裝有兩個(gè)液壓缸， 可實(shí)現(xiàn)對上刀架的驅(qū)動，結(jié)構(gòu)簡單、可靠。尤其是不用安裝驅(qū)動電機(jī)、同步機(jī)構(gòu)等大型零件，從而減小了設(shè)備重量。在設(shè)備進(jìn)行安裝和調(diào)試的時(shí)候，對安裝的要求不高，這樣就減小了安全隱患。而且其液壓缸的體積功率比很大，可使其布置起來有更高的靈活性，方便了設(shè)計(jì)人員進(jìn)行優(yōu)化。 b剪切動作平穩(wěn)可靠。液壓缸的動作可通過流量和壓力閥組驚醒可靠和精確的調(diào)節(jié)，通過使其在剪切的過程中達(dá)到產(chǎn)品對設(shè)備的要求，比起電機(jī)驅(qū)動方式來說，剪切過程中的功率傳遞環(huán)節(jié)要少，實(shí)現(xiàn)動作更加平穩(wěn)可靠。另外在剪切不同的鋼板時(shí)，還可對液壓系統(tǒng)的部分參數(shù)（比如壓力和流量 ）進(jìn)行靈活的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對剪切動作的調(diào)整。 c液壓系統(tǒng)能自動防止設(shè)備能力過載。當(dāng)剪刃進(jìn)行剪切時(shí)，驅(qū)動用的電機(jī)會發(fā)生堵轉(zhuǎn)，剪板機(jī)便是運(yùn)用這一特性進(jìn)行剪切工作。但如果遇到負(fù)載過大的情況，電氣系統(tǒng)的保護(hù)裝置便會工作，增加了一個(gè)維修環(huán)節(jié)。而液壓驅(qū)動的系統(tǒng)便不會出現(xiàn)這種情況，它能夠在負(fù)載增大超過其工作壓力進(jìn)行自動停止工作，實(shí)現(xiàn)自動保護(hù)。 d采用液壓壓板裝置，能增大壓板的壓力，而且其系統(tǒng)壓力可以進(jìn)行調(diào)整來控制壓板的壓下力，有效地提高了設(shè)備的剪切精度，普通的機(jī)械壓板采用彈簧裝置，依靠彈簧的壓力來實(shí)現(xiàn)對鋼板的壓下，這樣的裝置 由于結(jié)構(gòu)的限制，一是壓力不可能達(dá)到較大的值，二是調(diào)價(jià)壓力不容易實(shí)現(xiàn)。 設(shè)備采用液壓驅(qū)動方式的缺點(diǎn)及采取減小影響的措施如下： a剪板機(jī)生產(chǎn)效率地。設(shè)計(jì)兩分鐘每次，該設(shè)備能完全滿足生產(chǎn)要求。 b油泵電動機(jī)功率比電動機(jī)傳動的電動機(jī)功率大。通過對整個(gè)剪切工作制度的設(shè)計(jì)優(yōu)化，電機(jī)采用連續(xù)工作制，選用蓄能器對系統(tǒng)流量進(jìn)行補(bǔ)充和平衡，穩(wěn)定系統(tǒng)的壓力，減小工作中的沖擊。 c液壓缸同步的實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，在本剪板機(jī)中液壓缸的同步通過上刀架實(shí)現(xiàn)機(jī)械同步，不需要另外增加同步裝置。 確定剪板機(jī)的剪刃 通過以上的分析和比較，最終確 定剪板機(jī)的結(jié)構(gòu)為液壓雙面?zhèn)鲃有比屑舭鍣C(jī)。以下對設(shè)備的機(jī)構(gòu)和特點(diǎn)作簡單介紹。 設(shè)備本體結(jié)構(gòu)（見圖 ）主要包括剪板機(jī)機(jī)架、液壓缸、上刀架、壓料裝置、安全罩、入口臺架等部件。設(shè)備毛重約為 噸。 剪板機(jī)機(jī)架是主要受力部件，重約 25噸，為框架式全焊接結(jié)構(gòu)，整個(gè)機(jī)架由鋼板拼焊而成，關(guān)鍵的焊縫進(jìn)行磁粉和超聲波探傷。機(jī)架分為左右立柱、上橫梁、工作臺、油缸座、連接板等部件。上刀架固定安裝在左右立柱上，兩個(gè)剪切液壓缸的油缸座固定在上橫梁上，工作臺的托料裝置百年與板料傳送。如果機(jī)架采用鑄造加工，這樣會增加設(shè)備的剛性，但是 同時(shí)鑄造部件的重量過大，而機(jī)架的體積較大，運(yùn)輸和加工均不方便，將該件改成焊接件既減輕了設(shè)備的重量，又降低了設(shè)備的造價(jià)，同時(shí)通過探傷保證焊接件的質(zhì)量。 上刀架也是主要受力部件，同機(jī)架一樣也是焊接結(jié)構(gòu)。用鋼板焊接成全封閉的結(jié)構(gòu)，增加了部件的剛性。上刀架由剪切液壓缸的驅(qū)動，上下運(yùn)動進(jìn)行剪切動作，其行程由兩個(gè)行程開關(guān)調(diào)節(jié)，分別控制液壓缸的工進(jìn)和快進(jìn)，保證安裝操作并提高生產(chǎn)率。上剪刃采用小傾角的剪刃，這樣能保證剪切后的鋼板的翹曲程度較小。 圖 壓料裝置安裝在入口臺架的上方，用來把要剪切的鋼板緊壓在下剪刃上，保證剪切過程的可靠和安全；剪板機(jī)的壓料裝置采用液壓缸驅(qū)動，有足夠的壓料力，壓料可靠，而且其壓力可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。壓料裝置與上刀架順序東東，只有當(dāng)鋼板壓緊之后，上刀架然后才開始動作。 后擋料裝置安裝在上刀架的下方，用于調(diào)節(jié)要剪切鋼板的厚度。 間隙調(diào)整裝置用來調(diào)節(jié)剪刃間隙，以適應(yīng)剪切不同厚度、不同材質(zhì)的板料要求，以獲得良好的切口質(zhì)量。調(diào)節(jié)范圍在 0 到 之間。 剪板機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù) 剪板機(jī)的主要參數(shù)包括兩大類：一是設(shè)備 結(jié)構(gòu)參數(shù)，即刀片尺寸（長度、高度與厚度）和理論空行程次數(shù)；二是設(shè)備力能參數(shù)，即剪切力、剪切功、剪切力矩以及輸入功率。 剪板機(jī)的生產(chǎn)大綱見表 21，設(shè)備的參數(shù)按大綱的要求進(jìn)行計(jì)算。 剪切行程的確定 剪刃行程的大小，按照能夠順利完成鋼板的剪斷為原則。行程如果很小，翹頭的鋼板不能通過；行程太大，又會帶來一系列的問題。對液壓驅(qū)動的剪板機(jī)來說，則會使液壓缸的行程加大，使液壓缸的沖液時(shí)間增長，較小剪板機(jī)的每分鐘剪切次數(shù)，這樣就降低了生產(chǎn)率。剪切行程公式如下： Hx=Hp+HL=Hp+Bmaxtgα?????? ??????????? 式（ 21） Hp=H1+s+ε 1+r???????????????????? 式（ 22） 式中 H1 入口臺架到壓板下平面間的距離：一般取最大鋼板厚度加上 50~75mm，主要是為了保證其鋼板翹頭通過所留的余量。此處取 107mm； s 上下剪刃的重疊量，可在 5~25mm 內(nèi)選取。此處選 25mm； ε 1 壓板低于上剪刃的數(shù)值，以保證上剪刃不被鋼板撞擊。一般取 5~25mm，此處取 25mm； r 入口臺架高出下剪刃的數(shù)值，用以保證下剪刃不 被鋼板撞擊和磨損。一般可取 2~20mm，此處取 20mm； Bmax 被剪鋼板的最大寬度，此處取 1780mm α 剪刃傾角。此處取 3176。； H=（ 32+75） +25+25+20+1780 tg3176。 = 剪刃行程初定為 270mm。考慮到液壓缸兩端的緩沖行程，其行程亮度通過行程開關(guān)進(jìn)行位置控制，最終選定液壓缸的行程為 300mm。 斜刃剪剪刃長度主要是根據(jù)鋼板的最大寬度確定。一般按下式選取， L=Bmax+（ 100~300）（ mm）? ?????????? .. 式（ 23） 剪刃橫斷面尺寸的選取出了根據(jù)所要剪切的鋼板的斷面尺寸外，還要根據(jù)剪板機(jī)的公稱能力來作為選擇的依據(jù)，并應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)的剪刃以降低設(shè)備的成本。通過分析、比較剪刃供貨商的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)加以確認(rèn)。該熱軋機(jī)組生產(chǎn)的最大鋼板為1500mm，考慮到剪切時(shí)可進(jìn)行靈活操作，在一段剪刃磨損后，操作人員可將剪切位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，所以選取剪刃長度為 1780mm。 剪刃尺寸最后確定為： b h l=55 180 1780（ mm3） 剪刃斜角α 斜刃剪剪刃傾角的大小，直接影響 著剪切力的大小以及剪切質(zhì)量的好壞，傾角越大，剪切力越小，但與此同時(shí)，剪切時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向推力也越大，以致被剪切的鋼板可能被推出。因此，受到鋼板與剪刃之間摩擦條件的限制。另外剪刃傾角的大小對剪切質(zhì)量也有影響，當(dāng)很大時(shí)，剪切斷面會產(chǎn)生撕裂的現(xiàn)象，鋼板也會產(chǎn)生較大的變形。目前，剪板機(jī)剪刃斜角趨向于采用較小值。 為了克服剪切斷面產(chǎn)生撕裂的危險(xiǎn)，減小鋼板被剪切后的翹曲，該剪板機(jī)采用較小的剪刃傾角 3 度。這樣雖然增大了剪切了，但將主液壓缸在剪板上進(jìn)行合理的布置，并不加大主液壓缸的直徑。 剪切次數(shù) 按照工廠提出的生產(chǎn) 大綱要求，剪切次數(shù)定位 2次 /min。 剪切力的計(jì)算 斜刃剪板機(jī)的剪切力由三個(gè)部分組成： P=P1+P2+P3 ?????????????????? . 式（ 24） 式中 P1 純剪切力； P2 鋼板被剪掉部分的彎曲力，即被剪掉部分在剪切時(shí)對上刀片沿著鋼板折邊曲線作用的彎曲力 P3 鋼板在剪切區(qū)域內(nèi)的彎曲力，在此區(qū)域內(nèi)由于上刀片的壓力使金屬形成局部的碗形彎曲。 經(jīng)過理論分析、計(jì)算后，純剪切力用下式表達(dá)： P1= ?????????????? . 式（ 25） 考慮 P P3 后，總剪切力根據(jù) 諾沙里的公式，可按照下式計(jì)算： P= b （ 1+Z + ）=P1（ 1+Z + ） N?式（ 26） 式中 Z 系數(shù)，實(shí)驗(yàn)研究表明此系數(shù)與被剪掉部分的鋼板寬度 d、鋼板材料延伸率δ以及刀片傾角α等因素有關(guān)，即 Z=?（ ） = ?（λ），其變化規(guī)律如下圖所示，系數(shù)的最大值為 ； Y 刀片相 對側(cè)隙，即為刀片側(cè)隙Δ與鋼板厚度 h 的比值， Y= ????????????式（ 27） X 壓板相對距離，即為壓板中心離下刀片側(cè)邊緣 C（圖），與板厚 h的比值 X= ?????????????? ..式（ 28） 斜刃剪板機(jī)的剪功 A等于剪切力 P與刀片假定行程的乘積，即 A=Pbtanα??????????? . 式（ 29） 式中 b 鋼板寬度； 將產(chǎn)品大綱中最大的產(chǎn)品參數(shù)帶入以上的公式，通過計(jì)算，得出斜刃剪的最大剪切力，具體參數(shù)計(jì)算剪表 22. 設(shè)備參數(shù)表 表 22 設(shè)備 參數(shù) 產(chǎn)品 種類 最大板厚 mm 強(qiáng)度極限 Mpa 延伸率 剪刃間隙 mm 壓板距離 mm 純剪切分力 N 104 剛板彎曲分力N 104 剪切彎曲分力N 104 剪切合力 N 104 h σ b δ Δ H P1 P2 P3 P 產(chǎn)品一 20 1200 230 產(chǎn)品二 26 650 230 產(chǎn)品三 32 450 230 通過上表可以初步確定剪板機(jī)的公稱能力在 106N 這個(gè)級別，根據(jù)剪切合力和剪刃的做功行程計(jì)算剪切功見表 23. 設(shè)備剪 切功及功率計(jì)算參數(shù)表 表 23 產(chǎn)品種類 剪切合力 P 104N 最大板寬 b Mm 剪刃傾斜角α 剪切功 A kN m 剪切速度 v mm/s 剪切功率 N kW 產(chǎn)品一 2500 3176。 331 6 產(chǎn)品二 2500 3176。 268 6 產(chǎn)品三 2500 3176。 258 6 為了給液壓系統(tǒng)泵的選型提供依據(jù)，這里參照類似設(shè)備先 設(shè)定剪切速度 v以計(jì)算剪切功率。通過剪板機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和力能參數(shù)的計(jì)算可以初定設(shè)備的方案圖，為完成設(shè)計(jì)提供可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)。 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 剪板機(jī)采用液壓驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)剪切功能。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面：一是根據(jù)剪板機(jī)的工作特點(diǎn)來分析和確認(rèn)系統(tǒng)原理；二是對液壓系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，為液壓產(chǎn)品的選型提供數(shù)據(jù)參考。 液壓系統(tǒng)原理 系統(tǒng)工作壓力由設(shè)備類型，載荷大小、結(jié)構(gòu)要求和技術(shù)水平確定。工作壓力高，省材料，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，是現(xiàn)在液壓的發(fā)展方向，但要注意遺漏、噪音控制和可靠性問題的妥善處理。由于本設(shè)備 的剪切力大，根據(jù)工廠的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在進(jìn)行分析和考慮各種相關(guān)因素之后將系統(tǒng)壓力定位 20Mpa。 在進(jìn)行原理設(shè)計(jì)時(shí)，要注意以下幾個(gè)問題： a上刀架的運(yùn)動中有一段行程是空行程，系統(tǒng)不做功，所以液壓缸動作的行程有空行程和做功行程兩個(gè)階段，空行程是需要低壓大流量，做工行程需要高壓小流量。在計(jì)算電機(jī)功率和蓄能力器的參數(shù)時(shí)要認(rèn)真考慮。 b當(dāng)上刀架向下運(yùn)動而剪刃尚未進(jìn)行剪切之前，系統(tǒng)需要克服的阻力比較小，而上刀架本身自重又比較大（約為 10t），屬于一個(gè)重力系統(tǒng)。系統(tǒng)要求此時(shí)對上刀架的速度進(jìn)行控制，否則會出現(xiàn)超速現(xiàn)象，應(yīng)在系統(tǒng) 中增加平衡閥以保證剪板機(jī)工作的安全可靠。但要注意不能使用兩個(gè)平衡閥。 c當(dāng)上刀架快進(jìn)時(shí)，系統(tǒng)的流量大，易采用插裝閥進(jìn)行控制。插裝的流量大，能滿足系統(tǒng)的要求，二級控制可采用電液換向閥。 d基于剪板機(jī)的工作原理，系統(tǒng)宜采用手動變量恒功率軸向柱塞泵。恒功率