【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)的設計與計算 17 擬定液壓系統(tǒng)工況圖 圖 31 各缸位移時間圖 圖 32 各缸速度時間圖 3 液壓剪切系統(tǒng)的設計與計算 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 ： 剪切機動 力組件的作用是將原動機的機械能轉(zhuǎn)化為液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。在本套系統(tǒng)中采用一個定量泵和一個變量泵供油。 執(zhí)行組件（如液壓缸和液壓馬達）的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)化為機械能，驅(qū)動負載做直線往復運動。小方坯液壓剪切機主要采用三個執(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動機構(gòu)可以采用液壓缸直接驅(qū)動，由剪切機的特點決定，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動。 剪切機控制組件（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)的設計與計算 19 比例控制閥。系統(tǒng)中將用到大部分常見的控制組件，實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化。 擬定液壓執(zhí)行組件運動控制回路 （ 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。液壓缸慢進速度由變量泵調(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)較復雜。 因剪切缸回程時，所受負載為負，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，實現(xiàn)緩沖。此回路用變量泵供油， 故在回路中設置安全閥起安全保護作用 ,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)的設計與計算 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使活塞迅速平穩(wěn)、可靠且長時間地被鎖緊，不為向上的剪切力所移動。當液壓缸上腔不進油時液控單向閥關(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，鎖緊時間不能太長。但因抬升缸所需鎖緊時間僅為 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 為實現(xiàn)同步剪切運動，必須使小車移動速度與鋼坯運動速度相等，這就需要用速度傳感器將鋼坯的運動速度與橫移缸的運動速度測出，然后進行比較，將差值快速的 3 液壓剪切系統(tǒng)的設計與計算 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到鋼坯的運動速度，并且與它同步運動；而當剪切機將鋼坯剪斷后，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，且橫移缸負載遠大于抬升缸，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，達到兩缸同時動作。 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，發(fā)出電信號，啟動抬升缸和橫移缸電磁鐵開始動作 → 抬升缸完成預定動作時觸發(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 → 當剪切缸剪切鋼坯完畢，刀片移動到上行程時，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，停止動作 → 橫移缸觸發(fā)左側(cè)行程開關(guān)時，停止動作 → 抬升缸觸發(fā)行程開 關(guān)時，停止動作 → 等待下一周期運行 。 3 液壓剪切系統(tǒng)的設計與計算 22 液壓源的選擇 ： 剪切缸承受負載壓力大，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?? ——進油路上總壓力損失， P?? = 則： P =+= MPa 因為 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《機械設計手冊（第四卷）》 P19175 表 3 液壓剪切系統(tǒng)的設計與計算 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《機械設計手冊》第四卷 P19136 表 19516） 電動機功率的確定 （ 1） 高壓系統(tǒng)電動機的確定 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)的設計與計算 24 則： 632 1 .0 1 0 3 6 4 1501 0 0 .8 5 6 0P K W???? 考慮到剪切時間很短，而電動機一般允許在短時間內(nèi)超載 25%，因此， 150 120125%P KW?? 故根據(jù)《機械設計手冊》第五卷，選定 Y315m—4w 型三相異步電動機，其額定功率為 132KW，同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min （ 2） 低壓系統(tǒng)電動機的確定 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)《機械設計手冊》第五卷，選定 Y225M6 型三相異步電動機，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)徑計算 : 2 qdv?? （ 315） （ 2） 管道壁厚計算 : 2bPdn? ?? （ 316） 式中： d——油管內(nèi)徑 ； 3 液壓剪切系統(tǒng)的設計與計算 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，取 n=8， P 時，取 n=4； σb——管道材料的抗拉強度，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)驗公式： V=aq （ 317） 式中： a——與系統(tǒng)有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)，高 壓系統(tǒng)取 a=10。 3 液壓剪切系統(tǒng)的設計與計算 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 選標準值： V=6300L。 液壓系統(tǒng)性能驗算 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即快速退回時進油路的壓力損失。此管長 L=12，管內(nèi)徑 d=，快速退回時，通過流量 Q= 310? 3/ms。選用 LHM46號礦物油型液壓油，正常運轉(zhuǎn)后油的運動黏度取 10 /v m s??? ，油的密度為3850 /kg m?? 。 油液在管路中的實際流速為： 3