剪板机液压系统设计文档格式.docx
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也可用来冷剪型材，将刀片做成成型剪刃来剪切非矩形断面的钢板。
平行刃剪切机按剪切机构的运动特点，分为上切式和下切式两种型式。
上切式剪切机的下剪刃是固定的，由上剪刃的上下运动进行剪切。
其剪切机构通常采用曲柄连杆机构。
下切式剪切机的两个剪刃都运动，剪切过程是通过下剪刃上升来实现剪切的，其剪切机构通常有偏心轴式和浮动式。
平行刃剪切机，在工作时能承受的最大剪切力是它的主要参数，故人们习惯上以最大剪切力来命名。
（2）斜刃剪切机
斜刃剪切机的一个剪刃相对另一个剪刃成某一角度放置。
斜刃剪切机按剪切机构的运动特点也可分为上切式、下切式和复合式等。
①上切式斜刃剪:
这种剪切机的下剪刃平直而固定，上剪刃是倾斜的并上下运动实现剪切。
上切式斜刃剪通常是作为单独设备，用来剪切宽的板材，当板材厚度大于20mm时，可用在连续作业线上横切板材，但要有摆动辊道，另外，当板材厚度大于25mm不能用圆盘剪切边时，在连续作业线上的两边设置上切式斜刃剪进行切边。
②下切式斜刃剪:
这种剪切机的上剪刃是固定的，由下剪刃上下运动进行剪切。
由于它是下剪刃向上运动进行剪切，故不需要设置摆动辊道，一般多用于连续作业线上横切带材。
这种剪刃机的剪刃通常上剪刃是倾斜的，下剪刃是水平的。
但近来采用上剪刃是水平的，下剪刃是倾斜的愈来愈多，生产经验证明，这种型式能够保证钢板的剪切面相对带材中心线及表面垂直度。
其缺点是由于压板要放在下面而造成结构复杂化。
③复合式斜刃剪:
在连续式作业线上的尾部，为了将原来焊接起来的长带材分成一定重量的卷材，设有复合式斜刃剪切机。
这种剪中间有固定的双刃刀架，上下有活动刀架，也称上下双层斜刃剪切机。
当带材通过固定双刃刀架上部，带材由一台卷取机卷取。
当需要分卷时，上活动刀架下降切断带材，后面的带材通过固定双刃刀架下部，由另一台卷取机卷取。
（3）圆盘式剪切机
这种剪切机的上下剪刃是圆盘状的。
剪切时，圆盘刀以相等于钢板的运动速度做圆周运动，形成了一对无端点的剪刃。
圆盘剪通常设置在板材或带材的剪切线上，用来纵向剪切运动的板材或带材。
值得注意的还有塑性力学Durkcer公设的提出者Ducrker等力学家的工作。
1.2.2国内研究现状
技术工艺是衡量一个企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。
随着国内液压剪切机市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。
了解国内外液压剪切机生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势，对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。
丁时锋等人[1]针对板料剪切生产线采用人工控制，定长过程耗时过多，钢板长度尺寸不一致，同时剪切过程总是简单的重复劳动，工人劳动强度大等问题，改为继电器接触器控制，但控制柜接线复杂，使用维护不便。
为了解决剪切过程中的板料定长问题，减少加工工时，提高生产效率，同时为了提高生产的自动化程度，并保证生产的稳定，对原系统进行了改造，设计了一种基于PLC的板料液压剪切机系统。
该系统工作性能稳定，完全解决了剪切过程中板料的定长问题，提高了生产线的自动化程度，并切实提高了生产线的生产效率。
在棒料剪切机液压系统的研究方面，杜诗文等人[2]应用液压大系统建模方法建立了数学模型，构建了仿真模型，对棒料高速剪切机液压系统动态特性进行了建模与仿真研究。
实践表明：
采用液气联合驱动、径向夹紧的棒料高速剪切机，生产效率高，棒料剪切断面质量得到显著提高。
仿真结果表明：
液压系统具有良好的动态特性，液压大系统建模方法与理论可广泛应用于液压系统动态特性分析
为了解决精轧生产线取料问题，梁春光等人[3]通过对剪切及剪应力的分析，同时根据液压剪的工作原理，进行了HC520-3新型液压剪主要几何尺寸及其结构参数的设计。
实验结果证明：
该液压剪能快速剪切Φ20mm以下的铬不锈钢以及合金钢等，不但保证了轧材的表面质量，还保护了设备，且经济效益显著。
液压剪切机构的设计有两种方案，一种是主剪切驱动缸安置在机架的一侧，而且是只有一个主液压缸。
当液压缸产生向外的推力后，利用杠杆关系将推力进行放大，并转换成向下的推力，然后推动上刀架向下运动进行剪切，美国的PCO中板厂就是采用的这种剪切机构。
另一种是采用两个主剪切驱动缸直接安装在机架的顶部，推动上刀架两端向下运动进行剪切。
第二种剪切机构是一种新型式，也是第一次采用。
两种方案都是可行的，但比较而言，采用第一种机构，其液压系统设计相对于第二种机构要小得多，而且单一的主缸产生推力比起第二种方案需两缸同步产生的推力来讲，控制要简单得多，需用的液压油量也相对较少，仅液压系统就能省下不少的投资；
另外，由于主缸放置在机架的侧面，避免了向上热气流的直接烘烤，对主驱动缸的保护有一定的好处[4]。
现在剪切机正向着数控方向发展，即数控剪切机。
其特点如下：
1.数控剪切机精度高对加工对象的适应性强[1]，适应模具等产品单件生产的特点，为模具的制造提供了合适的加工方法；
2.加工精度高，具有稳定的加工质量；
3.可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；
4.加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；
5.机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）；
6.机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；
7.有利于生产管理的现代化数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，使用了计算机控制方法，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础；
8.对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高；
9.可靠性高。
数控剪切机介绍：
一种数控剪切机，包括有机体（１）、电脑单片机和送料台面（１３），所述机体（１）上设有数控按钮（１２），并在机体（１）上安装有上下送料辊筒（１１），所述机体（１）内设有送料步进电机（５），所述辊筒与所述送料步进电机（５）传动连接，所述机体（１）的侧面设有刀架（９），所述刀架（９）上安装有上切刀（７），在机体（１）上固定安装下切刀（８），所述上切刀（７）可以随刀架（９）上下移动，其特征在于所述机体（１）内还设有剪切步进电机（６），所述电脑单片机通过电机驱动器与上述步进电机电连接，所述上切刀（７）由剪切步进电机（６）驱动。
数控剪切机，该数控剪切机包括有机体
（１）、电脑单片机和送料台面（１３），所述机体上设有数控按钮（１２），并在机体上安装有上下送料辊筒（１１），所述机体内设有送料步进电机（５），所述辊筒通过所述送料步进电机传动连接，所述机体的侧面设有刀架（９），所述刀架上安装有上切刀（７），在机体上固定安装下切刀（８），所述上切刀可以随刀架上下移动，其特征在于所述机体内还设有剪切步进电机（６），所述电脑单片机通过电机驱动器与上述步进电机电连接，所述上切刀由剪切步进电机驱动。
本实用新型的上切刀通过步进电机驱动后，使上切刀定位准确，步进电机启动力矩大，并可以自由调节剪切机的剪切速度、剪切深度，本实用新型由机体内的电脑单片机进行精确控制，稳定可靠工作，按照本实用新型设计主题所制作的数控剪切机，必将给电子、电器、电机行业的切带、切软管等带来积极的使用效果。
1.3剪切机特点
（1）.电机按需求采用可编程控制器；
（2）.液压系统采用先进的插装阀或滑阀系统控制，实行按钮集中操作的液压机；
（3）.其压力、速度和行程可根据工艺需要进行调节，并能完成压制成型和定型两种工艺方式。
液压剪切机，该系列机型适用于金属回收加工厂、报废汽车拆解场、冶炼铸造行业，对各种形状的型钢剪切机及各种金属结构进行冷态剪断，加工成合格炉料。
该系列产品特点：
①采用液压驱动，安全性能可靠，操作方便。
②工作刀口长度：
400mm、600mm、700mm、800mm、1000mm、1200mm；
剪切力从63吨至400吨八个等级，适合不同规模不同要求用户的选择。
③安装不须底脚螺丝，无电源的地方可用柴油机作动力……
特点：
（1）采用液压驱动，操作方便，维修简单。
（2）工作刀口长度：
400mm，600mm700mm800mm1000mm1200mm,剪切力从63吨至400吨共8个等级。
700mm以上刀口的剪切机，特别适用于剪切报废汽车。
（3）安装无须底脚螺丝，无电源的地方可用柴油机作动力。
1.概述
1.1.摘要
本机器用于剪切厚度为1～6mm,宽度为2500mm的钢板。
被剪切板料强度以450N/mm2为准,如需剪切其它强度的板料时,应相应减薄被剪板料的厚度。
本机器采用钢板焊接结构,液压传动,氮气缸回程,电气控制.工作平稳可靠,机器体积小,重量轻,刚性好,操作方便等优点。
调整刃口间隙迅速方便,机器设有前后挡料,后挡料采用机械传动,转数器显示数值,并能作手动微调,调节方便可靠.前挡料采用标尺计数,挡块定位,另外还设有灯光照明,便于划线剪切,通过时间继电器可任意调节上刀架的行程,以提高剪切窄板料的效率。
1.2.课题简介
本课题来源于江苏国力锻压机床有限公司，本课题设计的对象为剪板机。
此机器用于剪切厚度为1～6mm，宽度为2500mm的钢板，被剪切板料强度以450N/mm2为准,如需剪切其它强度的板料时,应相应减薄被剪板料的厚度。
与同类产品比较，本机器采用钢板焊接结构,液压传动,氮气缸回程,电气控制.工作平稳可靠,机器体积小,重量轻,刚性好,操作方便等优点。
由于此机器设计工作量大，设计时间的限制，以及诸多因素的影响，故选其液压控制部分作为我的设计内容，它包括了：
如何完成剪切，如何压料及卸料的过程。
剪板机的主机功能
本次设计的液压剪切机主要用于板料的剪切加工。
其主机由送剪刀，压块，料机,料架，等组成。
物料的压紧装置和剪切装置是由液压缸来执行的。
在各个工作机构的行程上，设置有电器行程开关，通过这些电器行程开关发出的信号和可编程控制器即PLC来实现自动控制。
剪板机的工作原理和结构原理
剪板机工作原理
剪切机在初始位置时，压紧装置1在工作位置的上方，行程开关SQ2被顶开。
剪切装置2也在上方位置，行程开关SQ4被压开。
行程开关SQ1和SQ5均为常开。
剪板机在进入工作状态前，物料放在用于送料的皮带上，然后启动液压系统并升压到工作压力后，开启送料小车4，把物料3向前传送，当物料被送到规定位置后物料压下行程开关SQ1发出信号，让送料小车4停止运动。
压块1由压紧装置的液压缸带动下落，这时行程开关SQ2接通。
当压块下行至压紧物料位置时触动SQ3，剪切装置2由剪切装置的液压缸带动向下运动，这时行程开关4接通。
剪切装置切断物料后物料下落，行程开关1复位断开。
每落一块板料到料架5上，SQ5接通一次，计一次数。
与此同时，压紧装置1和剪切装置2分别回程复位，完成一次工作循环。
然后自动重复上述过程。
以实现剪切机的自动控制。
剪板机结构原理图
2.剪板机液压系统的设计
2.1.机器的基本参数
主要技术规格单位大小
1剪板料强度N/mm2450
2液体最大工作压力MPa20
3被剪最大板厚mm6
4被剪最大板宽mm2500
5剪切角1°
30′
6行程次数min-116
7立柱间距离mm2720
8后挡料最大距离mm600
9刀片长度mm2600
10工作台距地面高度mm800
11主电机总功率kW7.5
12后挡料电机kW0.55
13轴向柱塞泵流量Ml/r25
14机器重量kg4800
2.2.确定液压执行元件的形式
本系统的剪切动作由上刀架向下行程完成剪切工作。
此向下行程可采用单作用单活塞缸,为确保剪切精度与稳定性,采用两个单作用单活塞缸串联完成下压动作.两个单作用单活塞缸作为本系统的主油缸。
本系统需要具有对金属板的压紧功能,也就是本系统的压料装置。
当主油缸克服回程支承力上刀架向下行程时,压料装置及上刀架在瞬间获得顺序动作以压紧加工金属板。
同时本系统必需具备卸荷功能,当上刀架主油缸完成剪切目的至死点位置时,整个油路卸荷,同时,上刀架回程,压料装置随之复位。
2.3拟定液压系统图
液压执行元件以及各回路的结构设计确定之后,就可以跟据功能需要,市场经济性合理地选用液压元器件,根据液压传动系统的五个组成部分：
（1）动力元件,
（2）执行元件,（3）控制元件,（4）辅助元件,（5）工作介质。
将设计选用的元器件有机地结合在一起,构成合理的液压系统图1,兼液压动作循环表1。
剪切机液压系统及其工作原理
变量液压泵1————供油
先导式溢流阀2———用于设定系统工作压力
电磁换向阀3————用于控制液压系统卸荷
电磁换向阀8————用于控制压紧装置的液压缸的换向
电磁换向阀9————用于控制剪切装置的液压缸的换向
单向顺序阀10————用于防止释压时压紧装置的液压缸压块因自重下落
液控单向阀11————用于剪切装置液压缸上位时的锁紧
单向节流阀12————用于剪切装置液压缸下降时的回油节流调速
液压缸13——————用于压紧装置
液压缸14——————用于剪切装置
液压系统循环表：
电磁阀
主油缸
压料缸
+
下压
压紧
-
快退
复位
剪板机压紧系统液压
2.4.分析液压执行元件的主要参数
2.4.1.各液压缸的载向力计算
主油缸的载向力:
上刀架向下行程的载向力。
Fw1=R+Ffs+Fa
R—液压执行的工作负载
Ffs—垂直于上刀架的负载（因为刀架为垂直向下运动，可以不计）
Fa—惯性负载
Fa=ma
=100×
20
=200N
m—运动部件的质量
Fw1=R+Fa
=630
2.压料缸的载合力:
压料缸的载合力,主要有下压力与惯性力。
=75×
=1500N
Fw2=R+Fa
=250+1.5
=251.5KN
各液压缸的外载荷力计算结果列于表2中取液压缸的机械效率为0.9,求得相应的作用活塞上的载荷力,并列于表2。
液压缸名称
工况
液压缸外载荷Fw（F）
活塞中载荷F（N）
63.2×
104
70.22×
回程
0.2×
0.22×
25.15×
32.65×
0.15×
0.165×
2.4.2.初选系统的工作压力
剪板机为中型剪板机械,初步确定系统工作压力为20Mpa。
2.4.3.计算液压缸的主要结构尺寸
1.确定主油缸的活塞及活塞杆直径
主油缸最大载荷时为下压工况,其载荷力为70.22×
104N。
工作在活塞干受压状态,如图2。
F=Fw/ηm=P1A1-P2A2
式中：
A1—（π/4）D2—无杆腔活塞有效作用面积m2
A2—（π/4）（D2-d2）—有杆缸活塞有效作用面积m2
P1—液压缸工作腔压力
P2—液压缸回油腔压力
D—活塞直径
d—活塞杆直径
D=
=
=0.18m
因为压制过程中回油小P2≈0
就取D=0.18m
按手册d/D=0.7，则活塞杆直径
Dn=0.7×
0.18
=0.126
取d=0.5m
2.压料缸的活塞直径和活塞杆直径
D2=
=0.109m
取D2=0.11
D2=0.7×
0.11
=0.77m
按手册d取，d=0.08m
2.5.选择液压元件
2.5.1.选择液压泵
液压泵是液压系统的动力元件,其功用是供给系统压力油,从能量观点看,它把原动机输入机械能转换为输出油液的压力能。
液压泵的工作压力：
Pp≥P1+△P1
由于本系统用一般节流阀,管路较简单故取△P1=0.5Mpa。
液压泵的流量Qp
Qp≥K（∑Qmax）
K=1.1为漏损系数
液压泵规格选择
查<
<
液压设计手册>
>
选用25MCY14—1B轴向柱塞泵。
Q=25L/min
P=31.5Mpa
2.5.2.电动机的功率确定
当机器上刀架下压时功率最大,按上刀架下压过程,估算电动机功率,若下压时系统进油路压力损失,液压泵总效率0.7。
则电动机功率为：
Pp=Ppqvp/η1
=（P1+∑△P1）qvn/ηp
=[（1.34+0.2）×
102（4.78+10.43）10-3]/（60×
0.7）
=63.8W
查电动机产品样本,选用YB2M-4型异步电动机,P=7.5Kw、n=1440r/min。
2.5.3.选择液压阀及相关辅助元件
根据所拟定的液压系统原理图,计算通过液压阀油液的最高压力和最大流量,选择液压元件的型号规格。
序号元件名称规格型号
1网式滤油器Q=100L/minWU-100X100-J
2直通单向阀P=31.5Mpad=20mmA-Ha20l
3组合阀自制
4压力表开关P=32Mpad=8mmKJF-L8H-S
5压力表P=25Mpad=100mmY-60
6球阀P=31.5Mpad=15mmYJ20-J15W
7电磁换向阀P=31.5Mpad=6mm24EI1-H6B-T
8直动型溢流阀P=31.5MpaDBDS6K10/31.5
2.5.4.确定油箱的面积容积
油箱主要功能是：
①储存液压系统工作所需的足够油液；
②散发系统工作中产生的热量；
③沉淀污物并逸出油中气体。
初步设计,油箱的有效容积（液面高度点油箱高度80%时,油箱容积）可按下述经验公式确定：
V=mqvp
式中：
V—油箱的有效容积,单位为L；
Q—液压泵的液压,单位为L/min；
m—系数,单位min,值的选取:
低压系统为2～4min,中压系统为5～7min,中高压或高压大功率系统为6～12min。
对于功率较大且连续工作的液压系统,必要时还应进行平衡计算,以最后确定油箱容积。
分析设计要点如下：
⑴基本结构为了在相同的容量下得到最大的散热面积，油箱外形以立方体或长六面体为宜。
如油箱的顶盖上要安放泵和电动机（也有的置于箱旁或箱下）以及阀的集成装置等，这基本决定了箱盖的尺寸；
最高油面只允许达到箱高的80%。
根据两点可决定油箱的三向尺寸。
当油箱容量较小时，可采用2.5—4mm的钢板直接焊接而成；
当油箱容量较大且较高时，一般采用角钢焊成骨架后再焊上钢板。
为使油箱能够承受安装其上的物体重量、机器运转时的转矩及冲击等，油箱应有足够的刚度，顶盖要适当加厚并用螺钉通过焊杂箱体上的角钢加以固定。
顶盖可以是整体式的，也可分为几块。
泵、电动机和阀的集成装置可直接固定在顶盖上，也可固定在图示安装板上。
安装板与顶盖之间应设置减震装置，如垫上橡胶板以缓和震动。
油箱底脚高度应在150mm以上，以便散热、搬移和放油。
油箱四周要有吊耳，以便起吊装运。
⑵吸、回、泄油管的设置泵的吸油管与系统回油管应尽量远离，为了防止吸油时吸人空气和回油时油液冲入油箱搅动液面，管口都应插入油箱最低油面以下，但离箱低的距离要大于管径的2—3倍。
回油管口应截成45°
斜角，以增大通流面积，并面向与回油管相距最近的箱壁以利于散热和沉淀杂物。
为防止箱底的沉淀物吸入液压泵，吸油管端部应装有足够能力的过滤器，过滤器离箱壁至少要有3倍管径的距离，距箱底不应小于20mm，以便四面进油。
⑶隔板的设置设置隔板的目的是将油箱内吸油区与回油区分开，以增大油液循环的路程，减缓油液循环的速度，便于分离回油带来的空气和污物，提高散热效果，一般设置一个隔板，高度最好为液面高度的3/4。
⑷加油口与空气过滤器的设置加油口一般设置在油箱顶部容易接近处，加油口应带有过滤网，平时加盖封闭。
空气过滤器的作用：
使油箱始终与大气相通，保证泵的自吸能力，滤除空气中的灰尘杂物。
目前生产的空气过滤器同时兼有吸油和通气的作用，是标准件，可按需选用。
⑸液位计的设置液位计用于监测油面高度，故其窗口尺寸应能满足对最高与最低液位的观察，并应安装在易于观察的地方。
液位计也是标准键，也可按需选用。
⑹放油口与清洗窗的设置图中油箱底面作成双斜面，也可作成向回油侧倾斜的单斜面，在最底处设放油口，平时用螺栓或放油阀堵住，换油时将其打开放走油污，换油时为便于泵清洗油箱，大容量的油箱侧壁设清洗窗，其位安排应便于吸油过滤器的装拆。
清洗窗口平时用侧版密封，清洗时再取下。
⑺防污密封油箱盖板和窗口连接处均需加密封垫，各进、出油管通过的孔均需装密封圈，以防止外部污物的入侵。
⑻油温控制油箱正常工作温度应在15～65℃之间，必要时应设温度计和热交换器。
⑼油箱内壁加工新油箱经喷丸、酸洗和表面清洗后，四壁可涂一层与工作液相容的塑料薄膜或耐油清漆。
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