1、 液压闸式剪板机的设计摘要：近年来工业告诉的发展，在这过程中剪板机起到了举足轻重的作用，在通过分析现状和实地考察的前提下，选择了优势比较大的闸式剪板机作为设计对象，在设计中通过各种剪板机的性能、实用性、经济的对比体现它的优点，完成了三维设计，平面图设计，剪切力计算，强度、刚度校核，最终设计出完成的剪板机。关键词：液压闸式、剪板机、刀架、刀间间隙、挡板。全套 CAD 图纸，联系 153893706第一章 前言1.1 课题选择的背景和缘由自从第二次工业革命之后，机械工业在工业中占了很大的比重，要生产出各种大型机械，就得有相应的材料例如：45、HT250、Q235 等等的加工材料，这些加工材料又少不
2、了剪板机的剪切，所以剪板机在现代工业发展中同样起到了很大的作用。为了能更好的完成剪板机功能，探索一种即节能又经济的剪板机，我选择了闸式剪板机的设计。1.1.1 剪板机发展现状介绍随着科技的不断发展，剪板机的功能和精度也得到了很大的提高，国外已经向着自动化，多功能化、智能化、节能化等方面发展。随着工业的不断发展，生产率得到了很大的提高，人们的生活质量得到了很大的提高，这些往往都离不开生产设备的技术改进，在这当中剪板机就是一个重要的角色，剪板机在很多的场合都用到了它，在所有的机械设备生产厂中都有剪板机的运作声音。剪板机按工作方来分大概可以分为：机械试和液压式。机械式使用电动机来带动刀架的运动从而完
3、成剪板的任务。液压式剪板机是用液压油缸来带动刀架的运动。剪板机的工作原理都很简单就是刀架的来回运动，通过调整刀尖间隙来完成剪板厚度的大小。为了让生产率得到更大的提高我提出了自己关于剪板机的设计和想法。在报告中我会从剪板机的分类、功能、市场前景、发展趋势等方面做一定的阐述，并做一定的比较最终做出一个合理的设计方案。1.2 课题设计的目的和意义为了跟上快速发展的机械工业，必然少不了加工工具，而剪板机就是一种加工的工具，顺应现代社会的发展潮流，所有的机械装置都朝着节能化、智能化、高精度、低成本的方向发展。设计的目的就是，通过各种能查的资料作为设计依据，在前人设计的理论和实践经验基础上，加入自己的想法
4、和可行性理论，把剪板机做得更加完善，更加适应现代社会的发展。课题设计的意义，在课题设计中我们能学到很多的东西，在设计是导师讲解了很多有关机械产品设计的要求和设计经验，让我受益匪浅。为我以后的工作打下了很好的基础。不但能学到机械产品的设计方法和步骤。这次设计是我们亲自动手做的，不论是在实地考察还是资料的查阅，都让我们学到了很多大学 4 年没有学到的东西。在设计中我们不断的用到了以前所学的东西，由于时间过长，很多的东西也都忘记了。我们过又回到了大一大二重新复习相关知识并将其巩固。所以这也是一个很大的设计意义，让我们把忘记的知识重新闻喜路一遍。13 闸式剪板机设计的主要内容和基本要求1.3.1 剪板
5、机的相关知识概述剪板机按传动方式不同，分为机械传动式和液压传动式。剪切厚度小于 10mm 的剪板机多为机械传动，剪切厚度大于 10mm 的多为液压传动。 剪板机按上刀片对下刀片的位置不同可分为平刃剪切和斜刃剪切。平刃剪切时，板料与上下刃口全长同时接触，剪切力大，消耗功率大，振动也大。但是剪切质量较好，剪切的板料比较平直，无扭曲变形。平刃剪切剪板机的传动方式多为机械传动，多用于小型剪板机和薄板下料。斜刃剪切是采用渐入剪切的方式，故瞬间剪切尺寸小于板料宽度。斜刃剪切质量不如平刃剪切，有扭曲变形。但是剪切力和能量消耗比平刃剪切要小，故在大、中型剪板机中采用。 剪板机按其刀架运动方式不同分为直线式和摆
6、动式。直线式结构比较简单（状如闸门，故又称闸式），制造方便，刀片截面为矩形，四个边均可做刀刃，故较耐用。摆式剪板机的刀架在剪切时围绕一固定点做摆动运动，优点是上、下剪刃之间的摩擦及磨损较小，刀片变形小，剪切精度高。但摆动刀架在剪切过程 中承受正、反交替扭矩，故刀架宽度不能过大。因而摆式结构主要用于板厚大于 6mm，板宽不大于 4 000mm 的剪板机。 剪板机的技术参数。剪板机的主参数以剪切厚度和剪切板料宽度来表示。剪板机的主要技术参数有：可剪板厚、可剪板宽、剪切角度以及行程次数。机械剪板机机械剪扳机是利用电动机来带动上下两个刀片的往复运动来完成剪板的工作，它是一种发明和利用都比较早的机器，实
7、用性比较好，但是噪音大、污染环境但是在中小型企业中用的还是比较的多。机 械 剪 板 机 采 用 抵 抗 键 形 式 离 合 器 结 构 和 开 式 齿 轮 传 动 ， 并 采 用 较 先 进 电器 (脚 踏 开 关 、 手 动 开 关 )操 作 ， 噪 音 小 操 作 维 护 方 便 。 采 用 全 钢 焊 接 结 构 ， 结 构简 单 ， 操 作 简 便 ， 造 型 美 观 ， 能 耗 低 。 广 泛 用 于 冶 金 、 轻 工 、 机 械 、 五 金 、 电 机 、电 器 、 汽 车 维 修 、 五 金 制 造 及 其 它 金 属 薄 板 加 工 行 业 。（1）机 械 剪 板 机 的 特
8、 性1、 机 器 为 全 钢 焊 接 机 构 ， 液 压 上 传 动 ， 振 动 消 除 应 力 ， 机 器 强 度 高 、 刚 性好 。 液 压 摆 式 剪 板 机 是 通 过 采 用 主 油 缸 （ 固 定 在 墙 板 上 ） 做 向 下 剪 切 运 动 、 氮 气缸 回 程 ， 因 此 简 化 液 压 系 统 、 运 行 更 稳 定 。 摆 式 剪 板 机 的 上 刀 架 在 剪 切 过 程 中 绕一 固 定 轴 线 作 圆 弧 摆 动 ， 通 过 杠 杆 作 用 ， 支 点 受 力 小 ， 可 提 高 剪 切 刃 寿 命 、 机 器 寿 命 ， 整 机 结 构 紧 凑 ， 并 能 无
9、极 调 节上 刀 架 的 行 程 量 ， 大 大 提 高 工 作 效 率 。 2、 数 控 系 统 功 能 （ 荷 兰 Delem） ： 全 中 文 显 示 ， 便 于 操 作 。 后 挡 料 装 置 为机 动 块 调 整 ， 具 有 单 向 和 双 向 定 位 功 能 ， 能 有 效 消 除 丝 杠 间 隙 ， 具 有 退 让 选 料 功能 ， 避 免 挡 料 装 置 与 工 件 的 干 涉 ， 减 少 磨 损 ， 提 高 定 位 精 度 ， 具 有 自 动 或 手 动 搜索 参 考 点 功 能 。 具 有 断 电 位 置 记 忆 功 能 ， 对 参 数 、 位 置 及 程 序 进 行 现
10、场 保 护 。 具有 多 步 加 工 编 程 功 能 ， 可 实 现 多 步 动 运 行 ， 完 成 多 工 步 零 件 一 次 性 加 工 ， 提 高 生产 效 率 。 3、 采 用 防 护 栅 与 电 器 箱 联 锁 人 生 安 全 保 护 装 置 。 4、 采 用 先 进 的 集 成 式 液 压 系 统 ， 可 靠 性 好液压式剪板机液 压 式 剪 板 机 是 利 用 小 型 电 动 机 带 动 油 泵 、 液 压 阀 等 液 压 元 件 的 运 动 ， 从 而 来 带动 液 压 缸 中 的 活 塞 完 成 来 回 的 往 复 直 线 运 动 ， 进 而 带 动 上 刀 片 把 工 件
11、断 。 液 压 剪 板 机 分 类液 压 剪 板 机 的 英 文 名 称 ： Hydraulic Shearing Machine 分 为 摆 式 与 闸 式 摆 式 剪 板 机 由 于 是 圆 弧 运 动 ,而 圆 弧 刀 片 制 作 又 相 当 困 难 ,一 般 是 用 刀 片 之后 做 垫 铁 补 偿 ,所 以 所 得 出 的 间 隙 并 不 精 确 ,剪 出 来 的 板 料 也 不 是 很 理 想 .因 为是 弧 形 运 动 ,其 刀 片 也 不 能 做 成 矩 形 ,而 应 做 成 锐 角 ,所 以 刀 片 的 受 力 情 况 也 不 理想 ,刀 片 损 伤 也 较 厉 害 .做 摆
12、 式 剪 板 机 国 内 代 表 为 闸 式 液 压 剪 板 机 就 克 服 了 以 上 所有 毛 病 .但 目 前 国 内 厂 家 能 做 闸 式 剪 板 机 的 并 不 多 ,主 要 代 表 为 黄 石 引 进 比 利 时LVD 公 司 的 剪 板 机 1.3.2 各 种 剪 板 机 市 场 现 状 分 析1.3.2.1 机械剪板机行业市场规模分析2005-2009 年机械剪板机行业总资产发展情况分析表 2.1.1.1 机械剪板机行业总资产发展梯形图从以上的梯形图来看，可以很清晰的看出，随着我国工业的不断发展，企业用剪板机的利用率越来越高，生产剪板机的企业生产值也是越来越高，这说明剪板机的
13、市场空间很大。企业更期盼着一种高效率的剪板机出现在市场，这样就降低了企业的生产成本同时也提高了其他产品的生产率。机械剪板机行业市场集中度分析表 2.1.2.1 机械剪板机市场份额曲线图从 2004 年到 2008 年的累计市场份额的排名来看，机械剪板机一直是在前五名，这说明机械剪板机在大部分的企业多有利用，由于机械剪板机的生产成本不是很高，导致它的价格也不高，所以在生产精度不是很高的机器的就可以用机械式剪板机。液压式剪板机的市场分析产品市场发展特征曲线图 2.2.1.1 液压剪板机产品所处行业生命周期曲线图从上图可以看出，液压式剪板机是一种技术型的剪板机，从研发到技术成熟又一段过渡期，所以在销
14、售方面也就承一个横 S 形的增长，液压式剪板机的技术成熟之后就可以大批量的生产，也可以完成一些精度很高的工件，它是一种机械特性很好剪板机，在大中的企业都具备液压式的大小型剪板机。剪板机行业与宏观经济周期相关性研究液压剪板机产品行业与宏观经济周期相关性图 2.2.2.2 液压剪板机产品行业与宏观经济周期相关性曲线图在 03 年到 08 年之间，液压式剪板机的行业生产增长率随着 GDP 的增长率的平缓前进而缓慢上升，液压式剪板机的生产值缓慢的增长，说明液压式剪板机的技术研究越来越成熟，新的液压式剪板机拥有的功能越来越多，完成的加工精度越来越高。1.3.3 机械式和液压式剪板机的特性对比分析机械剪板
15、机是一种很难实现自动化控制的机器，由于它的工作噪音大对环境的污染也比较的大，它的刀间间隙很难调整，但由于它的价格便宜所以在很多的中小型企业都采用机械式剪板机来完成工作的需要。液压式剪扳机是一种可以实现自动化控制的机器，由于它是液压油控，它的噪音小工作环境好，它的刀间间隙可以实现自动控制，机械性能好加工精度高。但是它的价格比较高，在大中型企业中都采用液压式剪板机加工工件。随着工业的不断发展，对机器的工作精度要求越来越高，所以在未来的机械行业中液压式剪板机的上产总值会越来越大。对液压技术的要求越高。在液压剪板机中有分为摆式剪板机和闸式剪板机， 液压摆式剪板机由于是圆弧运动，而圆弧刀片制作又相当困难
16、，一般是用刀片之后做垫铁补，所以所得出的间隙并不精确，剪出来的板料也不是很理想，因为是弧形运动，其刀片也不能做成矩形，而应做成锐角，所以刀片的受力情况也不理想，刀片损伤也较厉害，做摆式剪板机国内代表为天水机床厂与上海冲剪机床厂。闸 式 剪 板 机 采 用 框 架 结 构 采 用 全 钢 焊 接 ； 四 角 八 面 直 角 导 轨 、 精 度 高 ， 刚 性好 ， 并 采 用 液 压 预 紧 。 液 压 系 统 采 用 二 通 插 装 集 成 阀 ； 整 个 系 统 采 用 “PLC”可 编 程 序 控 制 器 ； 并 可 配 置 行 程 数 显 、 光 电 保 护 装 置 及 移 动 工 作
17、台 （ 方 便 更 换 模具 ） ， 闸 式 剪 板 机 具 有 上 滑 块 及 下 液 压 垫 的 双 动 功 能 ， 工 作 压 力 行 程 可 在 规 定 范围 内 按 工 艺 要 求 调 节 ， 操 作 简 便 采 用 按 钮 集 中 控 制 。 具 有 调 整 、 手 动 及 半 自 动 三种 操 作 方 式 。这 样 对 比 下 来 ， 液 压 闸 式 剪 板 机 是 一 种 可 以 实 现 智 能 化 控 制 的 ， 高 精 度 的 钢材 剪 断 机 械 ， 在 未 来 的 高 效 率 、 高 精 度 、 高 要 求 的 工 业 要 求 下 能 满 足 需 求 。 并 且在 设
18、计 中 我 会 借 鉴 一 些 先 进 的 技 术 争 取 做 处 一 个 高 效 率 、 高 精 度 、 高 节 能 并 环 保的 闸 式 剪 板 机 。1.3.4 闸式剪板机的设计基本要求关于设计参数的要求：1、可剪板厚：6mm 2、可剪板宽：2000mm3、剪切角度：1 4、行程次数：10 次/min毕业设计内容要求：1、结合课题进行必要的调研实习，并撰写调研报告一份(不少于 3000 汉字)。2、结合课题查阅必要的外文资料，并翻译外文资料一份(不少于 3000 汉字)。3、闸式剪板机的整体方案设计和论证。4、闸式剪板机的机械结构设计和校核。5、闸式剪板机液压系统的设计和计算。6、创建闸
19、式剪板机的三维模型。7、绘制闸式剪板机的工程图样，图幅总量折合不少于 3.5 张 A0。8、撰写毕业设计说明书一份(正文部分不少于 45 页，折合约 23 万汉字)。第二章 方案论证剪板机主要是通过滑块上刀片的往复直线运动来实现切断功能，能实现这个目的主要由液压传动和机械传动两种。2.1 本课题主要功能要求本次毕业设计的主题是闸式剪板机的设计，剪板机是一种完成剪切功能的机械产品，在设计中我们不但要满足它相关的剪板功能，同时还要有一些调整和控制装置，例如，闸式剪板机要有上刀架装置、压紧装置、刀片间隙调整装置、挡板装置等。2.2 课题可采用的设计方案2.2.1 液压传动方案剪板机液压传动系统原理图
20、如图 2-1 所示，其原理：手动换向阀 6 推向左位（即左位接入系统） ，此时活塞在压力油的作用下向下运动，对板料进行剪切加工，当加工完成后，将阀 6 手柄推向右位（即右位接入系统） ，活塞向上运动，即刀片上抬，到了一定位置，将阀 6 手柄推入中位，这样活塞就停留在此位置不动。然后剪切第二次时，重复上述操作。手动换向阀 6 也可改为电气控制的换向阀，从而实现自动连续剪切，提高效率。 .油箱 .粗过滤器 .液压泵 4.溢流阀 5.调速阀 6.手动三位四通换向阀 7.液压缸 8.滑块图 2-1 液压传动系统原理图液压剪板机采用液压传动，使机器工作时平稳，噪声小，安全可靠，可以进行单次连续剪切，剪板
21、厚度也较机械传动的厚，但是液压系统是利用液体作为中间介质来传递动力的，剪切力大时，油压也相应的高，对液压元件的精度、强度要求也高，制造成本也相应的较高，而且液压系统不可避免的存在，泄露问题，会造成污染，油温的变化会引起油液粘度变化，影响液压传动工作的平稳性，所以适应环境能力小 2。另外，液压剪板机的维修也不方便，需要掌握一定的专业知识，因此此次设计不选用此方案。2.2.2 机械传动方案凸轮机构方案图 2-3 曲柄滑块机构原理图该机构具有结构简单、加工容易、维修方便、经济实用的优点，故采用此方案即曲柄滑块机构作为执行机构比较合适 3。2.3 设计方案经济技术指标的对比分析机械传动方案，机械传动是
22、一种利用电动机为主要动力装置，在用机械传动的方法来达到传动的目的。首先，从机械设计的本身设计来进行评价，机械设计方案比较复杂，由于有很多的传动系，在传动过程中会有很大的误差存在，同时加工的费用也很高。机械剪板机的机架采用 Q235 进行焊接而成，着是最为经济的一种方法。从经验上来计算 Q235 钢材的价格是 5000 元一吨，在算上它的加工费用，在计算加工费用时的经验是，如果焊接比较多那么加工费就是材料费用的 12 倍，若是螺栓连接多就是材料费的 23 倍，如果是要用特种加工方法来加工那就是 34 倍。由以上的经验公式就可以算出机械式剪板机机架的费用为 10000 元，机械剪板机的上刀架、下刀
23、架、挡板装置、和驱动系统的费用按经验来计算时机架加工费用的 5 倍左右，所以机械设计方案的加工成本费用为 6 万左右。机械式剪板机的安装比较复杂，有一个很大功率的电动机必须要很大强度的机架来安装，这样的话会导致安装的不稳定，在机器运行中不会很平稳、可靠，在维修的时候也不太方便，在连接的地方要留出安装空间，机械剪板机会占用一个比较大的空间。机械式剪板机在运动过程中的摩擦会比液压式的大，这就会导致它的使用寿命变短，经济性降低，综合分析就是机械式剪板机的使用寿命低、加工费用高昂、安装空间大、同时噪音也会很大。设计方案不是很适合。液压传动方案，液压系统是一种可以在市场上直接买到得产品，不需要我们自己设
24、计，这就个我们带来了很大的方便。在设计任务相同的情况液压式剪图 2-2 凸轮机构原理图凸轮机构的工作原理如图 2-2 所示：主轴的转动带动凸轮传动，凸轮升程时推动滑块（即刀片）作剪切动作。回程时，滑块在弹簧的作用下上升到开始位置，准备下一个动作循环。凸轮机构的优点是可以根据从动件的运动规律来选择机构的尺寸和确定凸轮轮廓线。缺点是凸轮机构一般用于控制机构而不是用于执行机构，因为其工作压力不能太大，否则会严重磨损凸轮的轮廓及推杆，导致该机构不能实现预期的动作要求，不能保证机器的稳定性，因此该方案不予采用。曲柄滑块机构方案曲柄滑块机构的工作原理如图 2-3 所示：通过主轴转动带动曲柄转动，曲柄通过连
25、杆使滑块作上下往复运动，实现剪切动作。图 2-3 曲柄滑块机构原理图该机构具有结构简单、加工容易、维修方便、经济实用的优点，故采用此方案即曲柄滑块机构作为执行机构比较合适 3。2.4 设计方案经济技术指标的对比分析机械传动方案，机械传动是一种利用电动机为主要动力装置，在用机械传动的方法来达到传动的目的。首先，从机械设计的本身设计来进行评价，机械设计方案比较复杂，由于有很多的传动系，在传动过程中会有很大的误差存在，同时加工的费用也很高。机械剪板机的机架采用 Q235 进行焊接而成，着是最为经济的一种方法。从经验上来计算 Q235 钢材的价格是 5000 元一吨，在算上它的加工费用，在计算加工费用
26、时的经验是，如果焊接比较多那么加工费就是材料费用的 12 倍，若是螺栓连接多就是材料费的 23 倍，如果是要用特种加工方法来加工那就是 34 倍。由以上的经验公式就可以算出机械式剪板机机架的费用为 10000 元，机械剪板机的上刀架、下刀架、挡板装置、和驱动系统的费用按经验来计算时机架加工费用的 5 倍左右，所以机械设计方案的加工成本费用为 6 万左右。机械式剪板机的安装比较复杂，有一个很大功率的电动机必须要很大强度的机架来安装，这样的话会导致安装的不稳定，在机器运行中不会很平稳、可靠，在维修的时候也不太方便，在连接的地方要留出安装空间，机械剪板机会占用一个比较大的空间。机械式剪板机在运动过程
27、中的摩擦会比液压式的大，这就会导致它的使用寿命变短，经济性降低，综合分析就是机械式剪板机的使用寿命低、加工费用高昂、安装空间大、同时噪音也会很大。设计方案不是很适合。液压传动方案，液压系统是一种可以在市场上直接买到得产品，不需要我们自己设计，这就个我们带来了很大的方便。在设计任务相同的情况液压式剪板机要比机械式剪板机简单很多。从传动方面来看，液压传动就只需要一个液压缸和液压马达就能完成传动需求，传动的跨度不会很大，而且它的传动系很简单就是一个皮带轮传动就能满足要求，这是液压设计方案的一大优点。液压设计方案的加工成本计算，外围机架加工费用同机械式相差不大，但是液压设计方案的其他部件要比机械式剪板
28、机便宜得多，按经验公式计算，闸式剪板机的部件大多是由焊接完成，所以加工费用是材料费用的 23 倍，经计算后有闸式剪板机的总费用为 4 万元左右，相比之下较机械式剪板机得加工成本低 2 万元。2.4 本课题拟采用的设计方案 综合考虑，本次剪板机设计的总体方案为电动机经过一级带轮传动完成挡板装置的往复运动，上刀架由液压缸来带动完成上下往复运动同时完成剪板功能要求，剪板机的剪切力是 18 吨，行程为 50mm，每分钟剪板 10 次。通过以上的经济技术指标分析后，确定了毕业设计的方案就为闸式液压剪板机的设计，液压设计系统图如图 2-3 所示。图 2-3 系统传动简图第三章参数计3.1 本课题主要设计参
29、数由第二章中选择了液压传动方案，对于液压闸式剪板机中主要的参数就是机架外形尺寸、上刀架、下刀架、刀片间隙调整装置尺寸、油缸缸径尺寸等。从设计任务书中得到基本要求尺寸有：1、可剪板厚：6mm 2、可剪板宽：2000mm3、剪切角度：1 4、行程次数：10 次/min3.2 主要尺寸参数的确定由审计任务书中所给 4 项数据要求，对剪板机的外形尺寸进行设计和确定，首先计算出剪板机所需的剪切力。如下：一、剪切力的计算：假设剪切面上剪切应力分布是均匀分布的。则剪切力的公式为：F= F s在使用计算中由于剪切应力分布是均匀的所以有剪切应力公式为：= （1）AsA 表示剪切面的面积。Fs 为剪切面上的剪切力
30、， 与剪切面相切，故为切应力。由设计任务书上有剪切板得厚度为 6mm,宽度为 2000mm，剪切面积为：A=hL=62000=12000mm 2由经验可以取=15MP由公式（1）有：F =A=15MP12000=1.810 Ns 5失效、安全因数和强度计算。 由脆性材料制成的构件，在拉力作用下，当变形很小的时候就会突然断裂。塑性材料制成的构件，在拉断之前先已出现塑性变形，由于不能保持原有的形状和尺寸，它已不能正常工作，可以把断裂和塑性变形统称为失效。受压短杆的被压溃、压扁同样也是失效。上述这些失效现象都是强度不足造成的，可是构件失效并不都是强度问题。例如，若机床主轴变形过大，即使未出现塑性变形
31、，但是还是不能保证加工精度，这也是失效，是刚度不足造成的。受压细长杆的被压弯，则是稳定性不足引起的失效。此外，不同的加载方式，如冲击、交变应力等，以及不同的环境条件，如高温、腐蚀介质等，都可以导致失效。着主要讨论强度问题。脆性材料断裂时的应力是强度极限 ,塑性材料到达屈服时的应力是屈服极限 ，这两者都是构件失效时的极限应力。为了保证构件有足够的强度，在载荷作用下构件的实际应力 （称为工作应力） ，显然要低于极限应力。强度计算中，以大于 1 的因数除极限应力，并将所得结果称为许用应力，用来表示。对塑性材料，= sn对脆性材料，= b式中，大于 1 的因数 或 称为安全因数。把许用应力作为构件工作
32、应力的最高限度，sn即要求工作应力 不超过许用应力。于是得构件轴向拉伸或压缩时强度条件为 = AFN根据以上强度条件，便可以进行强度校核、截面设计和确定许可载荷等强度计算三、扭转力矩的计算在研究扭转的应力和变形之前，先讨论作用于轴上的外力偶矩及很截面上的内力。作用于轴上的外力偶矩往往是不会直接给出，经常是给出轴的传送功率和轴的转速。2 =P100060neM= 9549 mNe. min/rkwP在作用于轴上的所有外力偶矩都求出后，即可用截面法研究横截面上的内力。现以下图所示圆轴为例，假想地将圆轴沿 nn 截面分为两部分，并取部分 I 作为研究对象。由于整个轴是平衡的，所以 I 部分也处于平衡
33、状态，这就要求截面 nn 上的内力系必须归结为一个内力偶矩T，且由部分 I 的平衡方程 =0，求出eMT = 0eT = eMT 称为 nn 截面上的扭矩，它是 I,II 两部分在截面上相互作用力的分布内力系的合力偶矩。如果取部分 II 作为研究对象，仍然可以求得 T=Me 的结果，其方向则与用部分 I 求得的扭矩相反。为了使无论用部分 I 或是部分 II 求得的同一截面上的扭矩非但数值相等，而且符号也相同，把扭矩 T 的符号规定如下：若按右手螺旋法则把 T 表示为矢量，当矢量方向与截面的外法线的方向一致是，T 为正；反正为负。根据这一法则，在图中的扭矩不论是 I 部分还是 II 部分都是正的
34、。若作用于轴的外力偶多于两个，也与拉伸（压缩）问题中画轴力图一样，可以用图线来表示各截面上的扭矩沿轴线变化的情况，图中以横轴表横截面的位置。纵轴表示相应的截面上的扭矩。这种图就称为扭矩图。通过以上的，计算和校核之后，可以基本确定出剪板机的外形尺寸，机架长为 2000mm,板厚为 50mm,机架高为 1700mm，液压缸直径暂时设计为 100mm.。3.3 主要运动参数的确定本机器用于剪切厚度为16mm,宽度为2500mm的钢板。被剪切板料强度以450N/mm 2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。液压闸式剪板机的主要运动装置是液压油缸，这项内容就是液压缸的选择。液压缸的工
35、作原理缸筒固定：一腔连续地输入压力油。当油的压力足以克服活塞杆上的所有负载时，活塞以速度连续向另一腔运动，活塞杆对外界做功。反之亦然，活塞杆固定：一腔连续地输入压力油时，则缸筒向另一方向运动。反之亦然，液压缸的组成液压缸组成：活塞、缸体、活塞杆、端盖、密封。液压缸的分类按结构形式分：活塞缸：又分单杆活塞缸，双杆活塞缸柱塞缸：又分径向柱塞泵和轴向柱塞泵一一机器的基本参数主要技术规格 单位 大小 1 剪板料强度 N/mm2 4502 液体最大工作压力 MPa 20 3 被剪最大板厚 mm 64 被剪最大板宽 mm 25005 剪切角 1306 行程次数 min -1 167 立柱间距离 mm 27
36、20 8 后挡料最大距离 mm 6009 刀片长度 mm 260010 工作台距地面高度 mm 800 11 主电机总功率 kW 7.512 后挡料电机 kW 0.55 13 轴向柱塞泵流量 Ml/r 2514 机器重量 kg 4800 二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
37、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。一一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。液压系统图1:1.网式过滤器2. 轴向柱塞泵3.直通单向阀4.组合阀5.压力表开关6.压力表7.球阀8.电磁换向阀9直动型溢流阀液压系统循环表：电磁阀 主油缸 压料缸+ 下压 压紧- 快
38、退 复位四.分析液压执行元件的主要参数(一).各液压缸的载向力计算1.主油缸的载向力:上刀架向下行程的载向力。Fw1=R+Ffs+FaR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=10020=200Nm运动部件的质量Fw1=R+Fa=6302.压料缸的载合力:压料缸的载合力,主要有下压力与惯性力。3.Fa=ma=7520=1500NFw2=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
39、 F(N)下压 63.2104 70.22104主油缸 回程 0.2104 0.22104压紧 25.15104 32.65104压料缸 复位 0.15104 0.165104(二).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。(三).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70.22104N。工作在活塞干受压状态,如图2。F=Fw/m=P 1A1-P2A2式中：A1（/4）D 2无杆腔活塞有效作用面积m 2A2(/4)(D2-d2)有杆缸活塞有效作用面积m 2P1液压缸工作腔压力P2液压缸回油腔压力D活塞直径
40、d活塞杆直径D= = =0.18m)1(42DF41025.374因为压制过程中回油小P20就取D=0.18m按手册d/D=0.7，则活塞杆直径Dn=0.70.18=0.126取d=0.5m2.压料缸的活塞直径和活塞杆直径D2= = =0.109m)1(42F641025.38取D2=0.11D2=0.70.11=0.77m按手册d取，d=0.08m五.选择液压元件(一).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：PpP1+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Q
41、pQpK(Qmax)K=1.1为漏损系数液压泵规格选择查选用25MCY141B轴向柱塞泵。Q=25L/minP=31.5Mpa(二).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/1=(P1+P1)q vn/p=(1.34+0.2)102(4.78+10.43)10-3/(600.7)=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。(三).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,
42、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/min WU-100X100-J 2 直通单向阀 P=31.5Mpa d=20mm A-Ha20l 3 组合阀 自制 4 压力表开关 P=32Mpa d=8mm KJF-L8H-S5 压力表 P=25Mpa d=100mm Y-60 6 球阀 P=31.5Mpa d=15mm YJ20-J15W7 电磁换向阀 P=31.5Mpa d=6mm 24EI1-H6B-T8 直动型溢流阀 P=31.5Mpa DBDS6K10/31.5(四).确定油箱的面积容积油箱主要功能是：储存液压系统工作所需的足够油液；散发系统工作中产
43、生的热量；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24min,中压系统为57min,中高压或高压大功率系统为612min。 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：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
44、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2.54mm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。吸、回、泄油管的设置 泵的吸油管与系统回油管应尽量远离，
45、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23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。 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。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
46、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。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。 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。防污密封 油箱盖板
47、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。油温控制 油箱正常工作温度应在1565之间，必要时应设温度计和热交换器。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。V=mqvp=525L=125L油箱见图：图31吸油箱2网式滤油器3.滤油网4.通气孔5.回油管6.顶盖7.油面指示器8.隔板9放油塞（1）油箱的容积上面计算出油箱的有效容积为125175L，因为此剪板机对油箱没有特殊要求，因此可设计成长方体，长宽高分别为：油箱壁厚为5，材料为普通碳钢（2）进油管滤油器的选用因此50机器为普通液压系统，采用回式滤油器，选用WV40180（3）空气滤油器的选用此机器对空气、油质要求不高选用一般空气滤油器，这儿选用：KGQ型空气滤油器。图3：六.液压系统性能验算由于本液压系统比较简单,压力损失验算可以从略。又由于系统采用轴向柱塞泵供油,它依靠缸体内往复运动使密封工作容积变化来实现吸油的,其具有配合精度高,密封性能好的优点,加上柱塞泵主要零件处于受压状态,使材料强度性能得到充分利用,故柱塞泵常做成高压泵.同时油箱容量可以取较大值,系统发热温升不大,故不必进行温升验算。3.4 挡板装置中电动机的选型
