【文章內(nèi)容簡介】 切過程中自動讓開板料，減少板料與上刀片間的摩擦，提高上刀片的使用壽命，提高剪切質(zhì)量。 剪板機(jī)的工作原理：剪板機(jī)剪切后應(yīng)能保證被剪切板 料剪切面的直線度和平行度要求，并盡量減少板材扭曲以獲得高質(zhì)量的工件。剪板機(jī)的上刀片固定在刀架上，下刀片固定在工作臺上，工作臺上安裝有托料球，以便于板料在上面滑動時不被劃傷。后擋料用于板料定位，位置由電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。壓料缸用于壓緊板料，以防止板料在剪切時移動。護(hù)欄是安全裝置，以防止發(fā)生工傷事故?；爻桃话憧康?dú)猓俣瓤?，沖擊小。 機(jī)械式和液壓式剪板機(jī)的特性對比分析 機(jī)械剪板機(jī)是一種很難實(shí)現(xiàn)自動化控制的機(jī)器，由于它的工作噪音大對環(huán)境的污染也比較的大，它的刀片間隙很難調(diào)整，但由于它的價格便宜所以在很多的中小 型企業(yè)都采用機(jī)械式剪板機(jī)來完成工作的需要。 液壓式剪扳機(jī)是一種可以實(shí)現(xiàn)自動化控制的機(jī)器，由于它是液壓油控，它的噪音 4 小工作環(huán)境好，它的刀片間隙可以實(shí)現(xiàn)自動控制，機(jī)械性能好加工精度高。但是它的價格比較高，在大中型企業(yè)中都采用液壓式剪板機(jī)加工工件。 隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對機(jī)器的工作精度要求越來越高，所以在未來的機(jī)械行業(yè)中液壓式剪板機(jī)的上產(chǎn)總值會越來越大。對液壓技術(shù)的要求越高。在液壓剪板機(jī)中又分為擺式剪板機(jī)和閘式剪板機(jī)， 液壓擺式剪板機(jī)由于是圓弧運(yùn)動，而圓弧刀片制作又相當(dāng)困難，一般是用刀片之后 作 墊鐵補(bǔ)，所以所得出的間 隙并不精確，剪出來的板料也不是很理想，因?yàn)槭腔⌒芜\(yùn)動，其刀片也不能做成矩形，而應(yīng)做成銳角，所以刀片的受力情況也不理想，刀片損傷也較厲害，做擺式剪板機(jī)國內(nèi)代表為天水機(jī)床廠與上海沖剪機(jī)床廠 。 閘式剪板機(jī)采用框架結(jié)構(gòu)采用全鋼焊接；四角八面直角導(dǎo)軌、精度高，剛性好，并采用液壓預(yù)緊。液壓系統(tǒng)采用二通插裝集成閥；整個系統(tǒng)采用 “PLC” 可編程序控制器；并可配置行程數(shù)顯、光電保護(hù)裝置及移動工作臺（方便更換模具），閘式剪板機(jī)具有上滑塊及下液壓墊的雙動功能，工作壓力行程可在規(guī)定范圍內(nèi)按工藝要求調(diào)節(jié)，操作簡便采用按鈕集中控制。具 有調(diào)整、手動及半自動三種操作方式。 這樣對比下來，液壓擺式剪板機(jī)是一種容易實(shí)現(xiàn)智能化控制，高精度控制的鋼材剪板機(jī)器，在未來高效率、高精度、高要求的工業(yè)中可以滿足需求。并且在設(shè)計(jì)中借鑒一些先進(jìn)的技術(shù)，爭取設(shè)計(jì)出一臺高效率、高精度、高節(jié)能、綠色環(huán)保的液壓擺式剪板機(jī)。 設(shè)計(jì)此剪板機(jī)的適用范圍：本機(jī)器用于剪切厚度為 ～ 12mm，寬度為 2500mm 的鋼板； 設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)可剪最大厚度 12mm； 可剪最大板寬 2500mm； 剪切角為 2176。 ； 行程次數(shù) 10min . 5 第 2 章 方案論證 剪板機(jī)剪切時板料在剪板機(jī)的上、下刀片作用下受剪產(chǎn)生分離變形，又通過上下刀片的往復(fù)直線運(yùn)動完成連續(xù)的剪切動作，能實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)的有機(jī)械傳動和液壓傳動兩種方式。 課題可采用的設(shè)計(jì)方案 液壓傳動方案 剪板機(jī)的液壓傳動系統(tǒng)原理簡圖如下圖所示 圖 液壓系統(tǒng)原理圖 40,41,42— 電磁溢流閥； 30,31— 直控單向順序閥； 10,11， 20,21— 直通單向閥； 整個液壓傳動系統(tǒng)的工作原理 6 （ 1）系統(tǒng)泄荷：此時電磁換向閥不得電，齒輪泵輸出的油液經(jīng)單向閥 插裝閥 40直接回 油箱。 （ 2）上刀架下行：此時電磁鐵得電，電磁換向閥 42換向斷開，溢流閥 41（調(diào)節(jié)壓力 20MPa）處于工作狀態(tài)，油液首先進(jìn)入壓料缸，隨著油液壓力的升高至順序閥 30的調(diào)定壓力（ 1— 2MPa）時，壓力油進(jìn)入左右至油缸的上腔，推動刀架下行。 （ 3）上刀架回程：此時由剪切行程時間繼電器或行程下死點(diǎn)限位開關(guān)發(fā)出電訊號，電磁鐵失電，液壓系統(tǒng)泄荷，上刀架在兩只氮?dú)飧椎淖饔孟聦?shí)現(xiàn)上行，左、右主油缸上腔的油液經(jīng)插裝閥 插裝閥 40 回油箱，壓料缸在彈簧力的作用下回程，缸內(nèi)油液經(jīng)插裝閥 40回油箱。 機(jī)械傳動方案 凸 輪滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 圖 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)原理圖 該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、維修方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，故采用此方案即曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較合適 。 各種設(shè)計(jì)方案的對比 液壓傳動與機(jī)械傳動相比，有如下優(yōu)點(diǎn) : ，調(diào)速范圍大。 ，質(zhì)量輕，功率大，即功率比質(zhì)量大。一方面，在相同輸出功率前提下，其體積小，質(zhì)量輕，慣性小，動作靈敏，這對于液壓自動控制系統(tǒng)具有重要的意義。另一方面，在體積或重量相近的情況下，其輸出功率大，能傳遞較大的扭矩或推力。 7 ，方 便，省力，易實(shí)現(xiàn)自動化控制和過載保護(hù)。 ，運(yùn)動平穩(wěn)。 ，液壓元件有自我潤滑作用，使用壽命長。 ，從而省去了中間的減速裝置，使傳動簡化。 液壓傳動的缺點(diǎn)： ，有時是在較高的壓力下工作的，因此在有相對運(yùn)動的表面間不可避免地要產(chǎn)生漏油，同時，由于湍流并不是絕對不可以壓縮的，油管等也會彈性變形，所以液壓傳動不宜用在傳動比要求較嚴(yán)格的場合。 “液壓沖擊和空穴現(xiàn) 象”會產(chǎn)生很大的振動和噪聲。 ，由于存在機(jī)械摩擦，壓力損失，泄漏損失，因而易使油液發(fā)熱，總效率降低，故液壓傳動不宜用于遠(yuǎn)距離傳動。 ，故不易在高溫及低溫下工作。液壓傳動裝置對油液的污染也敏感，故要求有良好的過濾設(shè)備。 ，一般情況下又要求有獨(dú)立的能源，這些可能使產(chǎn)品成本提高。 ，不易迅速排除。 綜合所述，液壓傳動由于其優(yōu)點(diǎn)比較突出，故在工農(nóng)業(yè)各個部門獲得廣泛應(yīng)用。它的某些缺點(diǎn)隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā) 展，提高，正在逐步得到克服。采用液壓傳動可使工程機(jī)械易于實(shí)現(xiàn)智能化，節(jié)能化和環(huán)?；@已成為當(dāng)前和未來工程機(jī)械的發(fā)展趨勢。 本課題擬采用的設(shè)計(jì)方案 綜合考慮，本次剪板機(jī)設(shè)計(jì)的總體方案為電動機(jī)經(jīng)過一級帶輪 傳動完成擋板裝置的往復(fù)運(yùn)動 ， 上刀架由液壓缸來帶動完成上下往復(fù)運(yùn)動同時完成剪板功能要求 ，剪板機(jī)的剪切力是 45 噸，每分鐘剪板 10次。 通過以上的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)分析后，確定了畢業(yè)設(shè)計(jì)的方案為擺式液壓剪板機(jī)的設(shè)計(jì)，液壓 設(shè)計(jì)系統(tǒng)圖如圖所示。 8 圖 系統(tǒng)傳動簡圖 9 第 3 章 參數(shù)計(jì)算 本課題主要設(shè)計(jì)參數(shù) 上一章中傳動方案選擇了液壓傳動，可知液壓擺式剪板機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)有機(jī)架外形尺寸、上刀架、下刀架、刀片間隙調(diào)整裝置尺寸、油缸缸徑尺寸等。從設(shè)計(jì)任務(wù)書中得到基本要求尺寸有： 可剪板厚： 12mm 可剪板寬： 2500mm 剪切角度： 2176。 行程次數(shù) ： 10次 /min 主要尺寸參數(shù)的確定 由設(shè)計(jì)任務(wù)書中所給 4 項(xiàng)數(shù)據(jù)要求，對剪板機(jī)的外形尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)和確定，首先必須計(jì)算出剪板機(jī)的剪切力，如下： 一、剪切力的計(jì)算： 假設(shè)剪切面上剪切應(yīng)力分布是均勻分布的。則剪切力的公 式為 [1]： F= Fs () 在使用計(jì)算中由于剪切應(yīng)力分布是均勻的所以有剪切應(yīng)力公式為： σ =s/A ? [σ ] () A表示剪切面的面積。 Fs為剪切 面上的剪切力， σ 與剪切面相切，故為切應(yīng)力。 由設(shè)計(jì)任務(wù)書上有剪切板得厚度為 12mm,寬度為 2500mm，剪切面積為： A=h L= 12 2500 = 30000mm2 由經(jīng)驗(yàn)可以取 [σ ] = 15MP 由公式 (31)有： Fs =σ A=15MP 30000= 105 N 二、剪板機(jī)零部件的失效、安全因數(shù)和強(qiáng)度計(jì)算 [15]： 由脆性材料制成的構(gòu)件，在拉力作用下，當(dāng)變 形很小的時候就會突然斷裂。塑性材料制成的構(gòu)件，在拉斷之前先已出現(xiàn)塑性變形，由于不能保持原有的形狀和尺寸，它已不能正常工作，可以把斷裂和塑性變形統(tǒng)稱為失效。 受壓短桿的被壓潰、壓扁同樣也是失效。上述這些失效現(xiàn)象都是強(qiáng)度不足造成的，可是構(gòu)件失效并不都是強(qiáng)度問題。例如，若機(jī)床主軸變形過大，即使未出現(xiàn)塑性變形，但是還是不能保證加工精度，這也是失效，是剛度不足造成的。受壓細(xì)長桿的被壓彎，則是穩(wěn)定性不足引起的失效。此外，不同的加載方式，如沖擊、交變應(yīng)力等，以及不 10 同的環(huán)境條件，如高溫、腐蝕介質(zhì)等，都可以導(dǎo)致失效。著主要討 論強(qiáng)度問題。 脆性材料斷裂時的應(yīng)力是強(qiáng)度極限 ? ,塑性材料到達(dá)屈服時的應(yīng)力是屈服極限? ，這兩者都是構(gòu)件失效時的極限應(yīng)力。為了保證構(gòu)件有足夠的強(qiáng)度，在載荷作用下構(gòu)件的實(shí)際應(yīng)力 ? （稱為工作應(yīng)力），顯然要低于極限應(yīng)力。強(qiáng)度計(jì)算中，以大于 1的因數(shù)除極限應(yīng)力，并將所得結(jié)果稱為許用應(yīng)力，用 [? ]來表示。 對塑性材料， [? ]= ssn? () 對脆性材料， [? ]= bbn? () 式中，大于 1 的因數(shù) sn 或 bn 稱為安全因數(shù)。把許用應(yīng)力 [? ]作為構(gòu)件工作應(yīng)力的最高限度，即要求工作應(yīng)力 ? 不超過許用應(yīng)力 [? ]。于是得構(gòu)件軸向拉伸或壓縮時強(qiáng)度條件為 ? = AFN ? [? ] () 根據(jù)以上強(qiáng)度條件，便可以進(jìn)行強(qiáng)度校核、截面設(shè)計(jì)和確定許可載荷等強(qiáng)度計(jì)算。三、扭轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算 [7] 在研究扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力和變形之前，先討論作用于軸上的外力偶矩及很截面上的內(nèi)力。 作用于軸上的外力偶矩往往是不會直接給出，經(jīng)常是給出軸的傳送功率和軸的轉(zhuǎn)速。 2π 60n eM =P 1000 ? ?mNeM . = 9549 ????min/r kwnP () 在作用于軸上的所有外力偶矩都求出后，即可用截面法研究橫截面上的內(nèi)力。假想地將圓軸沿 n— n截面分為兩部分，并取部分 I作為研究對象。由于整個軸是平衡的，所以 I部分也處于平衡狀態(tài)，這就要求截面 n— n上的內(nèi)力系必須歸結(jié)為一個內(nèi)力偶矩T，且由部分 I的平衡方程 ∑ eM =0，求出 T – eM = 0 T 稱為 n— n 截面上的扭矩，它是 I,II 兩部分在截面上相互作用力的分布內(nèi)力系 11 的合力偶矩。 如果取部分 II 作為研究對象，仍然可以求得 T=Me 的結(jié)果，其方向則與用部分 I求得的扭矩相反。為了使無論用部分 I或是部分 II 求得的同一截面上的扭矩非但數(shù)值相等，而且符號也相同，把扭矩 T的符號規(guī)定如下：若按右手螺旋法則把 T表示為矢量，當(dāng)矢量方向與截面的外法線的方向一致是， T 為正；反正為負(fù)。根據(jù)這一法則，在圖中的扭矩不論是 I部分還是 II 部分都是正的。 若作用于軸的外力偶多于兩個，也與拉伸（壓縮）問題中畫軸力圖一樣，可以用圖線來表示各截面上的扭矩沿軸線變化的情況，縱軸表示相應(yīng)的截面上的扭矩。這種圖就稱為扭矩圖。 通過以上的，計(jì)算和校核之后，可以基本確定出剪板機(jī)的外形尺寸，機(jī)架長為3090mm,機(jī)架寬為 2030mm,機(jī)架高為 1940mm。 主要運(yùn)動參數(shù)的確定 本機(jī)器用于剪切厚度為 ～ 12mm,寬度為 2500mm 的鋼板。 被剪切板料強(qiáng)度以 450N/mm2 為準(zhǔn) ,如需剪切其它強(qiáng)度的板料時 ,應(yīng)相應(yīng)減薄被剪板料的厚度。 液壓擺式剪板機(jī)的主要運(yùn)動裝置是液壓油 缸，這項(xiàng)內(nèi)容就是液壓缸的選擇。 液壓缸的工作原理： 缸筒固定 ：在油 腔連續(xù)地輸入壓力油 。 當(dāng)油的壓力足以克服活塞桿上的所有負(fù)載時 ， 活塞以 一定 速度連續(xù)向另一腔運(yùn)動 ， 活塞桿對外界做功 。 反之亦然 ， 活塞桿固定 ：一腔連續(xù)地輸入壓力油時 ， 則缸筒向另一方向運(yùn)動 。 反之亦然 ， 液壓缸的組成液壓缸組成 ： 活塞 、 缸體 、 活塞桿 、 端蓋 、 密封 。 機(jī)器的基本參數(shù) 主要技術(shù)規(guī)格 單位 大小 剪板料強(qiáng)度 N/mm2 450 系統(tǒng)最大工作壓力 MPa 20 被剪最大板厚 mm 12 被剪最大板寬 mm 2500 剪切角 2176。 行程次數(shù) min1 10 刀片長度 mm 2600 工作臺距地面高度 mm 810 12 確定液壓執(zhí)行元件的形式 本系統(tǒng)的剪切動作由上刀架向下運(yùn)行完成剪切工作。 此向下行程可采用氮?dú)飧?，本系統(tǒng)需要具有對金屬板的壓緊功能 ,也就是本系統(tǒng)的壓緊裝置。當(dāng)主油缸克服回程支承力時上刀架向下行程 ,壓料裝置及上刀架在瞬間獲得順序動作以壓緊加工金屬板。 同時本系統(tǒng)必需具備卸荷功能 ,當(dāng)上刀架主油缸完成剪切目的至死點(diǎn)位置時 ,整個油路卸荷 ,同時 ,上刀架回程 ,壓料裝置隨之復(fù)位。 擬定液壓系統(tǒng)圖 液壓執(zhí)行元 件以及各回路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定之后 ,就可以跟據(jù)功能需要 ,市場經(jīng)濟(jì)性合理地選用液壓元器件 ,根據(jù)液壓傳動系統(tǒng)的五個組成部分： (1)動力元件 ,(2)執(zhí)行元件 ,(3)控制元件 ,(4)輔助元件 ,(5)工作介質(zhì)。將設(shè)計(jì)選用的元器件有機(jī)地結(jié)合在一起 ,兼液壓動作循環(huán)表 。 表 液壓系統(tǒng)循環(huán)表 電磁閥 氮?dú)飧? 壓料缸 + 下壓 壓緊 — 快退 復(fù)位 分析液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù) 一、各液壓缸的載向力計(jì)算 [9] 主油缸的載向力 :上刀架向下行程的載向力。 Fw1= afs FFR ?? () R— 液壓執(zhí)行的工作負(fù)載 Ffs— 垂直于上刀架的負(fù)載（因?yàn)榈都転榇怪毕蛳逻\(yùn)動，可以不計(jì)） Fa— 慣性負(fù)載 aF =ma=100 20=2021N m— 運(yùn)動部件的質(zhì)量 13 由第二章中計(jì)算出了剪切力為 45kN,有兩個油缸所以， R為 22500N。 Fw1 = aFR? = :壓料缸的載合 力 ,主要有下壓力與慣性力。 aF = ma=75 20=1500N 2wF = aFR? =45+= 各液壓缸的外載荷力計(jì)算結(jié)果列于表中取液壓缸的機(jī)械效率為 ,求得相應(yīng)的作用活塞上的載荷力 ,并列于 下 表。 表 液壓缸載荷力 液壓缸名稱 工況 液壓缸外載荷 Fw(F) 活塞中載荷 F(N) 主油缸 下壓 104 104 回程 104 104 壓料缸 壓緊 104 104 復(fù)位 104 104 二、初選系統(tǒng)的工作壓力 剪板機(jī)為中型剪板機(jī)械 ,初步確定系統(tǒng)工作壓力為 20Mpa。 三、計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 主油缸最大載荷時為下壓工況 ,其載荷力為 410 N。工作在活塞干受壓狀態(tài) ,如圖。 14 圖 液壓油缸 F= wF /η m=P1A1P2A2 () 式中 ： A1— （ π /4） D2— 無桿腔活塞有 效作用面積 m2 A2— (π /4)( 21 dD? )— 有桿缸活塞有效作用面積 m2 P1— 液壓缸工作腔壓力 P2— 液壓缸回油腔壓力 D— 活塞缸外直徑 d— 活塞桿直徑 D=)]1([ 4 221 ?? ?? DD F=44 ?? ??= () 因?yàn)閴褐七^程中回 油小 P2≈ 0 就取 D= 按手冊 d/D=[1]，則活塞桿直徑 nD = = 取 d= 壓料缸的活塞直徑和活塞桿直徑 D2 =)]1([ 4 221 ??