連鑄小方坯液壓剪切機(jī)液壓系統(tǒng)

連鑄小方坯液壓剪切機(jī)液壓系統(tǒng),連鑄小方坯,液壓,剪切,系統(tǒng) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第一章 緒 論 1.1 連鑄技術(shù)的簡(jiǎn)介 連鑄設(shè)備在近些年有了長(zhǎng)足的發(fā)展，依據(jù)連鑄機(jī)的發(fā)展和演變的不同，連鑄機(jī)可分為：立式、立彎式、弧形和水平式。依據(jù)一個(gè)機(jī)組（即共用一個(gè)盛鋼桶的幾臺(tái)連鑄機(jī)）所澆注坯流數(shù)的不同，連鑄機(jī)可分為：?jiǎn)瘟?、雙流和多流連鑄機(jī)。工業(yè)中最多為8流。 連續(xù)鑄鋼生產(chǎn)所用的設(shè)備，實(shí)際上包括在連鑄作用線上的一整套機(jī)械設(shè)備。連鑄設(shè)備通?？煞譃橹黧w設(shè)備和輔助設(shè)備倆大部分。主體設(shè)備包括澆鑄設(shè)備—鋼包運(yùn)載設(shè)備，中間包及中間包小車或旋轉(zhuǎn)臺(tái)，結(jié)晶器及振動(dòng)裝置，二次冷卻支撐導(dǎo)向裝置；拉坯矯直設(shè)備－拉坯機(jī)、矯直機(jī)、引錠機(jī)、脫錠與引錠存放裝置；切割設(shè)備—火焰切割機(jī)與機(jī)械剪切機(jī)（擺式剪切機(jī)、步進(jìn)式剪切機(jī)等）。輔助設(shè)備主要包括：出坯及精整設(shè)備—輥道、拉（推）鋼機(jī)、翻鋼機(jī)、火焰清理機(jī)等；工藝設(shè)備—中間包烘烤裝置、吹氖裝置、脫氣裝置、保護(hù)渣供給與結(jié)晶潤(rùn)滑裝置等；自動(dòng)控制與測(cè)量?jī)x表—結(jié)晶器液面測(cè)量與顯示系統(tǒng)、過(guò)程控制計(jì)算機(jī)、測(cè)溫、測(cè)重、測(cè)長(zhǎng)、測(cè)速、測(cè)壓等儀表系統(tǒng)。 在連續(xù)鑄鋼的生產(chǎn)線上，出拉坯矯直機(jī)脫錠后的連鑄坯需按用戶或下部工序的要求，將鑄坯切成定尺或倍尺。因此在所有的連鑄設(shè)備中，切割設(shè)備是非常重要的一種設(shè)備。由于連鑄坯必須在連續(xù)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)切割，因而連鑄工藝對(duì)切割設(shè)備提出了特殊的要求，既不管采用什么型式的切割設(shè)備都必須與連鑄坯實(shí)行嚴(yán)格的同步運(yùn)動(dòng)。在連鑄機(jī)上采用的切割方法主要有火焰切割和機(jī)械切割兩類。采用火焰切割的優(yōu)點(diǎn)是：切割裝置重量輕，切割斷面比較整齊。機(jī)械剪切的優(yōu)點(diǎn)是：沒(méi)有金屬的燒損，可切成較短的定尺。一般，在板坯和大方坯連鑄機(jī)上，多采用火焰切割，在小方坯連鑄機(jī)上多采用機(jī)械剪切。 連鑄設(shè)備的整個(gè)工藝流程如圖1-1所示： 圖1-1連鑄設(shè)備工藝流程 連鑄機(jī): 連鑄機(jī)可以把鋼水直接連續(xù)地澆鑄成鋼坯，由煉鋼跨送來(lái)的盛滿鋼水的盛鋼桶裝在連鑄機(jī)的鋼包旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過(guò)中間包小車，把鋼水注入結(jié)晶器，在那里凝結(jié)成具有一定厚度的坯殼，即由引錠桿牽引著拉出結(jié)晶器，進(jìn)入第一至第八段二次冷卻夾輥，引錠桿是由拉矯輥驅(qū)動(dòng)的，鑄坯在二次冷卻區(qū)內(nèi)被霧化的冷卻水冷卻，繼續(xù)凝固。當(dāng)它通過(guò)最末一段二冷夾輥后，即被拉矯輥矯直，使之沿水平方向前進(jìn)。 鋼包旋轉(zhuǎn)臺(tái)： 鋼包旋轉(zhuǎn)臺(tái)有不同的運(yùn)動(dòng)形式，不同的工作性能，因而有不同的結(jié)構(gòu)形式。最簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)臺(tái)只用一個(gè)轉(zhuǎn)臂，就能做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一般的旋轉(zhuǎn)臺(tái)除了作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)之外，還能使鋼包做升降運(yùn)動(dòng)。多功能的旋轉(zhuǎn)臺(tái)還有鋼包傾倒裝置，鋼包蓋升降裝置和吹起裝置等。在鋼包旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，一般都有連續(xù)側(cè)重裝置，大都是在承托鋼包的鞍座上設(shè)置測(cè)力傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 中間包小車： 中間包是鋼包與結(jié)晶器之間的中間容器。用鋼包運(yùn)來(lái)的鋼水先注入中間包，然后再經(jīng)過(guò)中間包注入結(jié)晶器中，使用中間包的作用是減少鋼水的靜壓力，是鋼流平穩(wěn)，以減小鋼流對(duì)結(jié)晶器內(nèi)鋼水的沖擊和攪動(dòng)。鋼水在中間包內(nèi)停留的時(shí)間，是非金屬夾雜物有時(shí)間上浮。在多流連鑄機(jī)上，是通過(guò)中間包將鋼水分配到每個(gè)結(jié)晶器。進(jìn)行多爐連澆時(shí)，可以在中間包內(nèi)存放一定數(shù)量的鋼水，以保證在更換鋼包時(shí)能夠繼續(xù)澆鑄。 輥底式均熱爐： 設(shè)在鑄機(jī)和軋機(jī)之間的輥底式均熱爐，是連接鑄機(jī)和軋機(jī)的唯一工藝設(shè)備，其作用是連續(xù)不斷的接收鑄機(jī)產(chǎn)生的高溫板坯，經(jīng)過(guò)加熱和均熱后及時(shí)供給軋機(jī)合乎加熱質(zhì)量要求的薄板坯。當(dāng)軋機(jī)正常生產(chǎn)換工作輥，或者下游設(shè)備臨時(shí)出現(xiàn)故障時(shí)其調(diào)節(jié)和緩沖作用，也即在CSP的“剛性”機(jī)組之間增加了爐子的“柔性”環(huán)節(jié)，使CSP線的連鑄連軋工藝能順利進(jìn)行。 當(dāng)兩機(jī)兩流工藝時(shí)，連接段的爐子還起到連續(xù)不斷轉(zhuǎn)運(yùn)遠(yuǎn)離軋線鑄機(jī)的連鑄熱坯任務(wù)，為擺動(dòng)的轉(zhuǎn)運(yùn)方式。 目前，CSP生產(chǎn)線的連接段多采用直通輥底式爐型，爐型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并方便在線自動(dòng)控制的要求。因它僅需通過(guò)對(duì)每個(gè)爐輥速度變化的控制，就可完成與前面鑄機(jī)和后面軋機(jī)對(duì)鑄坯速度的同步要求，以及在爐內(nèi)快速運(yùn)坯拉開(kāi)前后鑄坯間的間隙，使?fàn)t子具有緩沖與協(xié)調(diào)的能力。板坯還可根據(jù)軋線的工藝要求在爐內(nèi)正向運(yùn)送和反向運(yùn)送，或待軋時(shí)，鑄坯在爐內(nèi)出料端進(jìn)行前后擺動(dòng)等待。 兩機(jī)兩流工藝間距25米時(shí)采用兩座雙線輥底式均熱爐生產(chǎn)線并具有擺動(dòng)功能。爐子均為四段爐型（加熱爐段、運(yùn)輸爐段、擺動(dòng)爐段、存儲(chǔ)爐段），26個(gè)溫度控制區(qū)進(jìn)行側(cè)部上、下供熱。產(chǎn)生的煙氣，由爐子頂部三個(gè)排煙口分別進(jìn)入水平煙道，經(jīng)滲冷稀釋、助燃空氣換熱器，爐膛壓力電動(dòng)調(diào)節(jié)煙閘，最后通過(guò)三座自立式鋼煙囪自然排出，并完成爐膛壓力三段（加熱與運(yùn)輸爐段、擺動(dòng)爐段、存儲(chǔ)爐段）自動(dòng)控制。 全爐共有161個(gè)水冷式爐輥，每個(gè)爐輥的速度均可通過(guò)變頻器（一個(gè)爐輥一個(gè)）和每個(gè)爐輥所配置的2.2KW變頻齒輪電機(jī)進(jìn)行單獨(dú)變速。速度范圍為2.8~65m/min,并可正向或者反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 板坯加熱溫度通常為1100℃，溫差±10℃。為此加熱爐段的爐溫為1200℃，其他爐段的爐溫為1130℃用于均熱和保溫。不同的鑄速下板坯入爐溫度、爐溫與加熱制度、各爐段的控制區(qū)數(shù)量、燒嘴數(shù)量及供熱能力是不同的。 擺動(dòng)爐段的的爐體鋼結(jié)構(gòu)系安放在下面框架式的擺動(dòng)車上，并通過(guò)擺動(dòng)車的支撐、定心、擺動(dòng)、對(duì)中定位、密封五個(gè)主要的環(huán)節(jié)完成板坯在高溫下的轉(zhuǎn)運(yùn)工作。 1.2 剪切機(jī)的類型、特點(diǎn)及選型 用于對(duì)軋件進(jìn)行切頭，切尾或剪切成規(guī)定尺寸（定尺）的機(jī)械稱為剪切機(jī)。根據(jù)剪切機(jī)刀片形狀，配置以及剪切方式等特點(diǎn)，剪切機(jī)可分為平行刀片剪切機(jī)，斜刀片剪切機(jī)，圓盤式剪切機(jī)和飛剪機(jī)。按驅(qū)動(dòng)力來(lái)分，可分為電動(dòng)和液壓兩類剪切機(jī)。 平行刀片剪切機(jī)：兩個(gè)刀片彼此平行。用于橫向熱剪初軋坯（方坯，板坯）和其它方形和矩形斷面的鋼坯，故又稱為鋼坯剪切機(jī)。有時(shí)，也用兩個(gè)成型刀片來(lái)冷軋管坯及小型圓鋼等。 斜刀片剪切機(jī)：兩個(gè)刀片中有一個(gè)刀片相對(duì)于另一刀片是成某一角度傾斜布置的，一般是上刀片傾斜，其傾斜角為1°～6°。它用來(lái)橫向冷剪或熱剪鋼板，帶鋼，薄板坯，故又稱為鋼板剪切機(jī)。有時(shí)，也用于剪切成束的小型鋼材。 圓盤式剪切機(jī)：兩個(gè)刀片均成圓盤狀。用來(lái)縱向剪切運(yùn)動(dòng)中的鋼板（帶鋼）的邊，或?qū)摪澹◣т摚┘舫烧瓧l。一般均布置在連續(xù)式鋼板軋機(jī)的縱切機(jī)組的作業(yè)線上。 飛剪機(jī)；剪切機(jī)刀片在剪切軋件時(shí)跟隨軋件一起運(yùn)動(dòng)。用來(lái)橫向剪切運(yùn)動(dòng)中的軋件（鋼坯，鋼板，帶鋼和小型型材，線材等），一般安裝在連續(xù)式軋機(jī)的軋制線上或橫切機(jī)組作業(yè)線上。 平行刀片剪切機(jī) 根據(jù)剪切軋件時(shí)刀片的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，平行刀片剪切機(jī)可分為上切式和下切式兩大類。 1．上切式平行刀片剪切機(jī) 這種剪切機(jī)的特點(diǎn)實(shí)際下刀固定不動(dòng)，上刀則是上下運(yùn)動(dòng)的。剪切軋件的動(dòng)作由上刀來(lái)完成，其剪切機(jī)構(gòu)由最簡(jiǎn)單的曲柄連桿機(jī)構(gòu)組成。除了剪切機(jī)本體之外，一般還配有定尺機(jī)構(gòu)，切頭收集與輸送裝置等。由于下刀固定不動(dòng)，為使剪切工作順利進(jìn)行，剪切的軋件厚度大于30～60mm時(shí)，需在剪切機(jī)后裝設(shè)擺動(dòng)臺(tái)或擺動(dòng)輥道，其本身無(wú)驅(qū)動(dòng)裝置。剪切時(shí)，上刀壓著軋件下降，迫使擺動(dòng)臺(tái)也下降。當(dāng)剪切完畢，上刀上升時(shí)，擺動(dòng)臺(tái)在其平衡裝置作用下也回升至原始位置。此類剪切機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，廣泛用于剪切中小型鋼坯。此外，隨著快速換刀的生產(chǎn)需要，也出現(xiàn)了能快速換刀的上切式平行刀片剪切機(jī)，用來(lái)剪切初軋鋼坯和軋板。當(dāng)然，其設(shè)備重量會(huì)有較大的增加，結(jié)構(gòu)也稍復(fù)雜些。 2. 下切式平行刀片剪切機(jī) 這種剪切機(jī)的特點(diǎn)是：上下刀都運(yùn)動(dòng)，但剪切軋件的動(dòng)作由下刀來(lái)完成，剪切時(shí)上刀不運(yùn)動(dòng)。由于剪切時(shí)下刀臺(tái)將軋件抬離輥道，故在剪切機(jī)后不設(shè)擺動(dòng)臺(tái)，而且這種剪切機(jī)的機(jī)架不承受剪切力。由于上述兩個(gè)特點(diǎn)，下切式平行刀片剪切機(jī)普遍用來(lái)剪切中型和大型鋼坯和板坯，以減輕整個(gè)剪切機(jī)組的設(shè)備重量。 本次設(shè)計(jì)所剪的鋼坯為連鑄小方坯□160×160㎜和□180×225㎜，因此選用平行刀片下切式剪切機(jī)。 剪切機(jī)按照驅(qū)動(dòng)力來(lái)劃分，可分為電動(dòng)和液壓兩類。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)又有直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩種。大中型剪切機(jī)多采用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并以啟動(dòng)工作制進(jìn)行剪切。在大型剪切機(jī)上，除了采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)外，還可以采用液壓驅(qū)動(dòng)。采用液壓驅(qū)動(dòng)比電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)有許多優(yōu)點(diǎn)： 在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更大的動(dòng)力；同樣在同等的功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。 1)液壓裝置工作比較平穩(wěn)，便于實(shí)現(xiàn)頻繁及平穩(wěn)的換向； 2)液壓裝置能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速,還可以在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速； 3)與電氣或壓縮空氣配合后液壓驅(qū)動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化； 4)液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，液壓缸和液壓馬達(dá)都能長(zhǎng)期在失速狀態(tài)下工作而不會(huì)發(fā)熱，這時(shí)電氣驅(qū)動(dòng)裝置和機(jī)械傳動(dòng)裝置無(wú)法辦到的。此外，液壓元件能自行潤(rùn)滑，使用壽命較長(zhǎng)； 5)液壓元件易于實(shí)現(xiàn)通用化和自動(dòng)化； 6)用液壓驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)比機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)單。 綜上所述，雖然電動(dòng)剪切機(jī)在操作和維護(hù)方面簡(jiǎn)單，但與液壓剪切機(jī)相比，它的體積和重量大；而液壓剪切機(jī)卻不同，目前液壓技術(shù)已成熟，使操作和維護(hù)已不成問(wèn)題，故本設(shè)計(jì)選用液壓剪切機(jī)。 因此，本次設(shè)計(jì)的最終選型為平行刀片下切式液壓剪切機(jī)。 第二章 液壓剪切機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)參數(shù) 剪切機(jī)型式： 油壓小車移動(dòng)式 被剪鋼坯斷面尺寸： □180×180 mm×mm □165×225 mm×mm 代表鋼種： Q235-A 27SiMn 剪切溫度： ≥750℃ 拉坯速度： 2m/min 剪切小車及橫移輥道重量： 17.8T 鋼坯定尺長(zhǎng)度： 2.5m 2.1剪切機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 2.1.1刀片行程 刀片計(jì)算公式 H=h+f+q1+q2+s （2-1） 式中： H—刀片行程（指刀片的最大行程）； h—被切鋼坯的斷面高度，這里取h=180mm； f—是為了保證鋼坯有一些翹頭時(shí)，仍能通過(guò)剪切機(jī)的必要儲(chǔ)備，通常50～75，這里取 60； q1— 為了避免上刀片受鋼坯沖撞，而使壓板低于上刀的距離，q1=5～50mm, 取q1=20mm; s— 上下刀片的重疊量，取 s=5～20mm,這里取s=10； 　　　q2—下刀低于輥道表面的距離，q2=5～20 mm,這里取q2=20； 故有： H=180+60+20+20+20=300mm 刀片行程關(guān)系如圖 2-1 所示 圖2-1 平行刀片剪切機(jī)刀片行程 1-上刀；2-下刀；3-軋件；4-壓板 2.1.2 刀片尺寸的確定 2.1.2.1 刀刃長(zhǎng)度 因?yàn)樗O(shè)計(jì)的方坯剪切機(jī)，且屬于中型剪切機(jī)（P=2.5～8.0），所以剪刃長(zhǎng)度按如下公式計(jì)算： L=（2～2.5）bmax　　　　　　　　　　　　　　　 （2-2） 式中： L—刀刃長(zhǎng)度，mm; bmax—被切鋼坯橫斷面的最大寬度，mm；取bmax=225mm; 則： L=（2～2.5）bmax =（2～2.5）×225=450～562.5 mm，取L=500 mm 2.1.2.2 刀片斷面高度及寬度 h′=(0.65～1.5)h (2-3) b′=h′/(2.5～3) (2-4) 式中： h′—刀片斷面高度，mm; h —被切鋼坯斷面高度，mm; b′—刀片斷面高度，mm; 由鋼坯斷面尺寸： □180×180 mm×mm □165×225 mm×mm 則： h′=(0.65～1.5)h =(0.65～1.5) ×180=117～270mm,取h′=210mm b′= h′/(2.5～3)=70～84mm;取b′=70mm 最后根據(jù)表8-2（《軋鋼機(jī)械》（第三版）P259） 　　　　　剪切刀片的尺寸最后確定為　 　b′×h′×Ｌ=70×210×800 由（表8-2）確定的熱鋼坯剪切機(jī)基本參數(shù)。如下表: 表2-1熱軋剪切機(jī)基本參數(shù) 最大剪切力 MN 刀片行程 mm 刀刃長(zhǎng)度 ㎜ 刀片斷面尺寸 ㎜ 理論空行程次數(shù) 次/min 6.3 300 300 70×210 12～16 2.1.3剪切機(jī)理論空行程次數(shù) 剪切機(jī)的每分鐘理論空行程次數(shù)代表了剪切機(jī)的生產(chǎn)率。理論空行程次數(shù)的提高受到電動(dòng)機(jī)功率和剪切機(jī)結(jié)構(gòu)形式的限制。理論剪切次數(shù)是指每分鐘內(nèi)剪刃能夠不間斷的上下運(yùn)動(dòng)的周期次數(shù)。因此，實(shí)際剪切次數(shù)小于理論空行程次數(shù)。依據(jù)設(shè)計(jì)要求和《軋鋼機(jī)械》（第三版）P259 表8-2，選擇理論空行程次數(shù)為：12～16次/min。 2.2 剪切機(jī)能力參數(shù)計(jì)算 2.2.1 剪切過(guò)程分析 軋件的整個(gè)剪切過(guò)程可氛圍兩個(gè)階段，即刀片壓入金屬與金屬滑移。壓入階段作用在軋件的力，如圖2-2所示。 圖2-2 軋件的剪切過(guò)程 當(dāng)?shù)镀瑝喝虢饘贂r(shí)，上下刀片對(duì)軋件的作用力P組成力矩Pa，此力矩是軋件沿圖方向轉(zhuǎn)動(dòng)，而上下刀片側(cè)面對(duì)軋件的作用力T組成的力矩Tc 將力圖阻止軋件的轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著刀片的逐漸壓入，軋件轉(zhuǎn)動(dòng)角度不斷增大，當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度γ后便停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)力矩平衡，即Pa=Tc。 軋件停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，刀片壓入達(dá)到一定深度時(shí)，為克服了剪切面上金屬的剪切阻力，此時(shí)，剪切過(guò)程由壓入階段過(guò)渡到滑移階段，金屬沿剪切面開(kāi)始滑移，直到剪斷為止。 2.2.2平行刀片剪切機(jī)的剪切力與剪切功 2.2.2.1 剪切公稱能力的確定 剪切機(jī)的力能參數(shù)包括剪切力和電機(jī)功率。剪切力是剪切機(jī)的主要參數(shù)，驅(qū)動(dòng)剪切機(jī)的電機(jī)功率及剪切機(jī)主要零件尺寸的確定，完全使用或充分發(fā)揮剪切機(jī)的能力都與剪切力有關(guān)。 在設(shè)計(jì)剪切機(jī)時(shí)，首先要根據(jù)所剪軋件最大斷面尺寸來(lái)確定剪切機(jī)公稱能力，它是根據(jù)計(jì)算的最大剪切力并參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和資料來(lái)確定的。 1）.當(dāng)軋件材料為Q235-A時(shí) 最大剪切力為： Pmax=K·τmax·Fmax (2-5) 式中： Fmax —被剪軋件最大的原始斷面面積，mm τmax —被剪軋件材料在相應(yīng)剪切溫度下最大的單位剪切阻力，MPa根據(jù)圖8-7.a（《軋鋼機(jī)械》），取τmax=100MPa; K— 考慮由于刀刃磨鈍、刀片間隙增大而使剪切力提高的系數(shù)，其數(shù)值根據(jù)剪切機(jī)能力選擇，中型剪切機(jī)，K=1.2。 按鋼坯斷面尺寸： □180×180 mm×mm Fmax=180×180=32400 mm2 按鋼坯斷面尺寸： □165×225 mm×mm Fmax= 165×225=37125 mm2 故： Pmax=K·τmax·Fmax=1.2×100×165×225=3.89 MN 2） 當(dāng)軋件材料為27SiMn時(shí) 因?yàn)樵摷羟胁牧蠠o(wú)單位剪切阻力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，所以最大剪切力為： Pmax=0.6K·σbt·Fmax (2-6) 式中： K—同軋件材料Q235-A一樣，K=1.2； σbt—被剪軋件材料在相應(yīng)剪切溫度下的強(qiáng)度極限，MPa，根據(jù)表8-4（《軋鋼機(jī)械》），取σbt=200MPa； Fmax—軋件最大的原始斷面面積，mm2，根據(jù)上述 1） 中計(jì)算可知， Pmax=0.6×1.2×200×165×225=5.35 MN 綜合以上計(jì)算結(jié)果，并考慮到今后剪切軋件品種的擴(kuò)大，且結(jié)合我國(guó)國(guó)標(biāo)所規(guī)定的系列標(biāo)準(zhǔn)，將剪切機(jī)公稱剪切力確定為6.3 MN。而實(shí)際工程中，考慮到我們?cè)O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的要求，確定為5.0 MN，相當(dāng)于500T液壓鍵切機(jī)。 2.2.2.2 剪切功的計(jì)算 根據(jù)剪切功可以近似而方便的計(jì)算出鍵切機(jī)功率。剪切功與剪切力和刀片行程有關(guān)，當(dāng)不考慮刀片磨鈍等因素時(shí)，可按以下公式計(jì)算： A= Pmax·h (2-7) 式中： A— 剪切功，N·m h—鋼坯厚度，m Pmax—最大剪切力，N 則： A= Pmax·h=5.35×180×1000=963000 N·m 第三章 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 液壓系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個(gè)組成部分，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 3.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求 3.1.1設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行每項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。在制定基本方案并進(jìn)一步著手液壓系統(tǒng)各部分的設(shè)計(jì)之前，必須把設(shè)計(jì)要求以及與該設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清楚。 1)剪體結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，最大的剪切力受工作液體壓力限制，且要能夠保證不致過(guò)載和損壞。 2)液壓剪切機(jī)工作循環(huán)： 上刀下降，鎖緊小車右移下刀上升，剪切鋼坯下刀下降（快退）上刀升起小車左移（快退）。 3)剪切運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)，為使機(jī)構(gòu)具有所要求的精確運(yùn)動(dòng)，需要依靠上下刀臺(tái)的平穩(wěn)和附加的約束來(lái)獲得，這均需由液壓系統(tǒng)來(lái)控制。 3.1.2設(shè)計(jì)參數(shù) 剪切機(jī)型式： 油壓小車移動(dòng)式 被剪鋼坯斷面尺寸： □180×180 mm×mm □165×225 mm×mm 代表鋼種： Q235-A 27SiMn 剪切溫度： ≥750℃ 拉坯速度： 2m/min 剪切小車及橫移輥道重量： 17.8T 鋼坯定尺長(zhǎng)度： 2.5m 3.2進(jìn)行工況分析，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 3.2.1液壓缸的載荷計(jì)算 如圖3-1表示一個(gè)液壓缸簡(jiǎn)圖。各有關(guān)系數(shù)標(biāo)注圖上，其中FW是作用在活塞桿上的外部載荷，F(xiàn)m是活塞與缸壁以及活塞桿與導(dǎo)向套之間的密封阻力。 作用在活塞桿上的外載荷包括工作載荷Fg,導(dǎo)軌的摩擦力Ff,由于速度變化而產(chǎn)生的慣性力Fa。 圖3-1 液壓缸受力情況 3.2.1.1 剪切缸的載荷力 工礦分析： 剪切缸運(yùn)動(dòng)分為啟動(dòng)、工進(jìn)、快退三個(gè)動(dòng)作循環(huán)。 當(dāng)剪切缸啟動(dòng)時(shí)，液壓缸負(fù)載只有下刀臺(tái)本身的重力， Fw=G=4100N 式中：G---下刀臺(tái)重量； 工進(jìn)時(shí)，活塞桿承受剪切力，其外載荷是剪切力及下刀臺(tái)自重。 Fw=Pmax+G=5.35×106+4100≈5.35×106N； 快退時(shí),工作負(fù)載主要是下刀臺(tái)本身重力，其值為負(fù)。 Fw=-G=-4100N。 3.2.1.2 橫移缸的載荷力 橫移缸在啟動(dòng)過(guò)程中，其外載荷主要是小車和橫移輥道對(duì)導(dǎo)軌的摩擦力。 Fw=μsG （3-1） 式中： μs—靜摩擦系數(shù)，μs=0.15；由表3-1查的 G—小車及剪體總重，N； 表3-1 摩擦系數(shù)μ 導(dǎo)軌類型 導(dǎo)軌材料 運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 摩擦系數(shù) 滑動(dòng)導(dǎo)軌 鑄鐵對(duì)鑄鐵 啟動(dòng)時(shí)： 低速（） 高速（） 0.15～0.20 0.1～0.12 0.05～0.08 滾動(dòng)導(dǎo)軌 鑄鐵對(duì)滾柱（珠） 淬火鋼導(dǎo)軌對(duì)滾柱 0.005～0.02 靜壓導(dǎo)軌 鑄鐵 0.005 G=G1+G2+G3； G1—小車及橫移輥道重量，G1=17800N； G2—鋼坯重量，G2=7239N； G3—剪體重量，G3=40000N； G=G1+G2+G3=225239N； 外載荷：Fw=μsG=33786N； 小車右移時(shí)，橫移缸外載荷為小車鋼坯、剪體、橫移輥道的重力和剪切力對(duì)導(dǎo)軌產(chǎn)生的摩擦阻力，即車輪踏面在軌道上的滾動(dòng)摩擦阻力和車輪軸承的摩擦阻力。 摩擦阻力矩： Mn=(G+G4)(KDc/2+μd/2）； （3-2） 式中：G—輥道車，剪體，鋼坯總重，G=225239N； G4—剪切力，G4=5.35×； K—滾動(dòng)摩擦系數(shù)，K=0.01； μ— 車輪軸承摩擦系數(shù)，μ=0.004； Dc—車輪外徑，Dc=250mm； d—軸承內(nèi)徑，d=70mm； 故：Mn=（225239+5.36×）（0.05×250/2+0.003×70/2） =7.76×N/mm 外載荷：Fw==7.76×/125=62080N （3-3） 小車左移時(shí)，小車受剪體及橫移輥道的重力對(duì)導(dǎo)軌產(chǎn)生的摩擦阻力，即車輪踏面在軌道上的滾動(dòng)摩擦阻力和車輪軸承的摩擦阻力。 同上.摩擦阻力矩： Mn=（G1 +G3）（KDc/2+μd/2） =（178000+40000）（0.01×250/2+0.004×70/2） =303020N/mm； 外載荷：Fw==303020/125=2424.2N。 3.2.1.3 抬升缸的負(fù)載力 抬升缸在抬升和下降過(guò)程均只受上刀臺(tái)及其相連機(jī)構(gòu)的自重相對(duì)于軸心向下的轉(zhuǎn)矩.其最大轉(zhuǎn)矩約 T=G×Sm=7800×0.18=1404N·m （3-4） 式中： G—上刀臺(tái)及其相連機(jī)構(gòu)自重，G=7800N； Sm—上刀臺(tái)重心到軸心距離，約為Sm=0.18m； 故上刀臺(tái)下降時(shí)，抬升缸抬升，其外載荷 Fw===3265N； （3-5） 同理，上刀臺(tái)上升時(shí)，抬升缸下降，其外載荷 Fw=-=-=-3265N； 各液壓缸的外載荷力計(jì)算結(jié)果列于表3-1 由公式： 活塞上載荷力F= （3-6） ―液壓缸的機(jī)械效率，一般取0.90～0.95，這里取=0.95； 求得相應(yīng)的作用于活塞上的載荷力，并列于表3-2 表3-2 各液壓缸載荷力 液壓缸名稱 工況 液壓缸外載荷 Fw/N 活塞上載荷力 F/N 剪切缸 啟動(dòng) 4100 4316 工進(jìn) 5.35×106 5.63×106 快退 -4100 -4316 橫移缸 啟動(dòng) 33786 35564 右移 62080 65342 左移 2424 2552 抬升缸 下降 3265 3437 上升 -3265 -3437 3.2.2初選系統(tǒng)的工作壓力 壓力的選擇要根據(jù)載荷的大小和設(shè)備的類型來(lái)定，還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢(shì)必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)某些元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)某些設(shè)備來(lái)說(shuō)，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經(jīng)濟(jì)，反之，壓力選得太高，對(duì)泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必須要提高設(shè)備成本。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于固定的尺寸不太受限制的設(shè)備，壓力可以選的低一些。具體選擇可參考下表3-3和表3-4 表3-3 按載荷選擇工作壓力 載荷（KN） <5 5～10 10～20 20～30 30～50 >50 工作壓力（MP） <0.8～1 1.5～2 2.5～3 3～4 4～5 ≥5 表3-4 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 機(jī)械類型 機(jī)床 農(nóng)業(yè)機(jī)械 小型工程機(jī)械 建筑機(jī)械 液壓鑿巖機(jī) 液壓機(jī) 大中型挖掘機(jī) 重型機(jī)械 起重運(yùn)輸機(jī)械 磨 床 組 合 機(jī) 床 龍 門 刨 床 拉 床 工作壓力（MP） 0.8～2 3～5 2～8 8～10 10～18 20～32 500T液壓剪切機(jī)屬中型剪切機(jī)，其剪切缸最大載荷達(dá)5.63MN。剪切系統(tǒng)為高壓系統(tǒng)，依據(jù)上述表格初步確定系統(tǒng)工作壓力為21MPa。橫移缸最大負(fù)載65347N，抬升缸3437N，均為低壓系統(tǒng)。初步確定系統(tǒng)工作壓力為6.3Mpa。（參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本液壓傳動(dòng)與控制》表3—2及表3—3）（參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-6-3） 3.2.3 計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 3.2.3.1 剪切缸 剪切缸最大載荷時(shí)，為剪切缸剪切工作狀態(tài)，其載荷力為F=5.63×106N 參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》。缸筒內(nèi)徑： （3-7） 式中： D—缸筒內(nèi)徑 F—最大載荷力，F(xiàn)=5.63×106N —活塞桿徑比，依據(jù)下表選=0.7 P1—供油壓力，取21MPa P2—回油背壓，依據(jù)下表選P2=1MPa 表3-5 按工作壓力選取徑比參考表 工作壓力（MPa） ≤5.0 5.0～7.0 ≥7.0 徑比 0.5～0.55 0.62～0.70 0.7 表3-6執(zhí)行元件背壓力選擇參考表 系統(tǒng)類型 背壓力 簡(jiǎn)單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.2～0.5 回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng) 0.4～0.6 回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng) 0.5～1.5 用補(bǔ)油泵的閉式回路 0.8～1.5 回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械 1.2～3 回油路較復(fù)雜，且直接回油箱 可忽略不記 本表摘自《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本液壓傳動(dòng)與控制》表23.4-5及23.4-4 故有： 取D=600mm 活塞桿直徑：d=0.7D=420mm ，取標(biāo)準(zhǔn)值d=500mm 則液壓缸有效面積 （3-8） （3-9） 液壓缸行程 L=H=300㎜. 式中： H—刀片行程,H=300㎜; 活塞桿強(qiáng)度校核 （3-10） 式中： Fmax—活塞桿所受的最大載荷，F(xiàn)max =5.63×106； d—活塞桿直徑，d=420mm。 所以有： 活塞桿材料為碳鋼故 =100～120MPa ∴強(qiáng)度符合，校核完畢。 3.2.3.2橫移缸 當(dāng)橫移缸右移時(shí)，在其啟動(dòng)時(shí)負(fù)載最大，F(xiàn)=65347N，此時(shí),橫移缸受拉 由上述的公式可得下式： （3-11） 式中： —活塞桿的徑比，=0.65； —供油壓力，=6.3MPa； —回油背壓，=0.5MPa。 則： 由文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》取標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑：D=160mm， 所以活塞桿直徑為d=0.65D=104mm 取標(biāo)準(zhǔn)值 d=110mm； 則液壓缸有效面積： 活塞桿強(qiáng)度校核 所以強(qiáng)度符合要求，校核完畢。 3.2.3.3 抬升缸 當(dāng)抬升缸抬升時(shí)，其負(fù)載F=3628N，此時(shí)，活塞桿受壓 式中： —活塞桿的徑比，=0.65； —供油壓力，=6.3MPa； —回油背壓，=0.5MPa。 則： 0.027m =27㎜ 由文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑 D=32mm， 活塞桿直徑為d=0.65D=19.8mm 取標(biāo)準(zhǔn)值 d=20㎜ 則液壓缸有效面積 活塞桿強(qiáng)度校核 所以強(qiáng)度符合要求，校核完畢。 3.2.4.計(jì)算各工況所需時(shí)間及速度 剪切鋼坯工作循環(huán)周期 T==1.25min 式中： 2.5m—鋼坯定尺長(zhǎng)度 2m/min—拉坯速度. 故剪切工作全過(guò)程應(yīng)在1.25min之內(nèi)完成。 由鋼坯接觸定尺裝置觸球?yàn)榧羟兄芷陂_(kāi)始，橫移缸，抬升缸開(kāi)始動(dòng)作，抬升缸抵達(dá)指定位置后剪切缸動(dòng)作，剪斷鋼坯即剪切缸觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)上觸點(diǎn)，為剪切缸，抬升缸，橫移缸反向行程開(kāi)始時(shí)間。待各缸全部退回，剪切一周期結(jié)束，等待下一周期開(kāi)始，依次循環(huán)。 由小車行程約800mm，即0.8m，得 t==0.4min=24s 即在t=24s時(shí)剪斷鋼坯。 抬升缸： 抬升缸抬升即上刀臺(tái)下降時(shí)間約取t1=5s v1===5.4m/min 抬升缸下降即上刀臺(tái)上升時(shí)間約取t2=3s v2===9m/min 式中： L=450m=0.45㎜，液壓缸行程。 剪切缸： 抬升缸自鎖后，剪切缸即開(kāi)始動(dòng)作。 工進(jìn)時(shí)間 t3=t-t1=19s 工進(jìn)速度 v3===0.95m/min 快退時(shí)間 t4=6s 快退速度 v4===1.8m/min 橫移缸： 右移時(shí)間 t5=24s 右移速度 v5=2m/min 左移時(shí)間 t6=6s 左移速度 v6===8m/min 式中： L—小車行程。 3.2.5計(jì)算液壓執(zhí)行元件實(shí)際所需流量 根據(jù)已經(jīng)確定的液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸，可以計(jì)算出各個(gè)執(zhí)行元件在各個(gè)工作階段的實(shí)際所需流量。 表3-7 各工況所需流量 工況 執(zhí)行元件 名稱 運(yùn)動(dòng)速度 v/m/min 結(jié)構(gòu)參數(shù) A/mm2 流量 Q/L/min 計(jì)算公式 上刀下降 抬升缸 5.4 804 4.3 Q=A1v 小車啟動(dòng) 橫移缸 0 10598 0 Q=A2v 小車右移 橫移缸 2 10598 21.2 Q=A2v 下刀上升 剪切缸 0.95 282600 268.0 Q=A1v 下刀下降 剪切缸 1.8 86350 155.0 Q=A2v 上刀上升 抬升缸 9 490 4.4 Q=A2v 小車左移 橫移缸 8 20096 160.7 Q=A1v 3.2.6計(jì)算液壓執(zhí)行元件的實(shí)際工作壓力 由于液壓系統(tǒng)工作時(shí)回油路安裝有背壓閥，所以系統(tǒng)的實(shí)際工作壓力需要將其考慮進(jìn)去，如下表所示為各個(gè)缸的實(shí)際工作壓力。 表3-8各工況工作壓力 工況 執(zhí)行元件 名稱 負(fù)載 F/N 背壓力 P2MPa 結(jié)構(gòu)參數(shù)mm2 工作壓力 P1/MPa 計(jì)算公式 A1 A2 上刀 下降 抬升缸 3437 0.5 804 490 4.58 小車 啟動(dòng) 橫移缸 35564 0 20096 10598 1.77 小車 右移 橫移缸 65347 0.5 20096 10598 3.51 下刀 上升 剪切缸 5.63×106 0 282600 86350 20.0 下刀 下降 剪切缸 -4316 0.5 282600 86350 0.95 上刀 上升 抬升缸 -3628 1 804 490 1.63 小車 左移 橫移缸 2552 0.5 20096 10598 1.18 3.2.7擬定液壓系統(tǒng)工況圖 圖3-1各缸位移時(shí)間圖 圖3-2 各缸速度時(shí)間圖 圖3-3各液壓缸的壓力循環(huán)圖 3.3制定液壓系統(tǒng)基本方案和擬定液壓系統(tǒng)圖 3.3.1制定基本方案 3.3.1.1 確定剪切機(jī)液壓系統(tǒng)的總組成及作用 用于將軋件剪切成規(guī)定尺寸的機(jī)械稱為剪切機(jī)。由液壓作為主傳動(dòng)的剪切機(jī)叫做液壓剪切機(jī)。一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)由五部分組成，即動(dòng)力組件、執(zhí)行組件、控制組件、輔助組件和液壓油。在小方坯液壓剪切機(jī)系統(tǒng)中都將被設(shè)計(jì)到。 剪切機(jī)動(dòng)力組件的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)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(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。在本套系統(tǒng)中采用一個(gè)定量泵和一個(gè)變量泵供油。 執(zhí)行組件（如液壓缸和液壓馬達(dá)）的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。小方坯液壓剪切機(jī)主要采用三個(gè)執(zhí)行組件，剪切缸、上刀臺(tái)抬升缸和輥道小車橫移缸，對(duì)于單純且簡(jiǎn)單的直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以采用液壓缸直接驅(qū)動(dòng)，由剪切機(jī)的特點(diǎn)決定，可采用單活塞桿液壓缸，其有效工作面積大，雙向不對(duì)稱，往返不對(duì)稱的直線運(yùn)動(dòng)。 剪切機(jī)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(kāi)關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。系統(tǒng)中將用到大部分常見(jiàn)的控制組件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化。 系統(tǒng)的輔助組件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、壓力表、油位溫度計(jì)等，起連接、輸油、貯油、過(guò)濾、貯存壓力和測(cè)量等的作用。 液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)。有各種礦物油、乳化油和合成型液壓油幾大類。系統(tǒng)選用20號(hào)機(jī)械油。 3.3.1.2擬定液壓執(zhí)行組件運(yùn)動(dòng)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(yīng)。液壓缸慢進(jìn)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(shí)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(fù)雜。 因剪切缸回程時(shí)，所受負(fù)載為負(fù)，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(shí)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(shí)現(xiàn)緩沖。此回路用變量泵供油，故在回路中設(shè)置安全閥起安全保護(hù)作用。為減小回路中液壓沖擊，采用電液換向閥。 圖3-4剪切缸基本回路 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(tái)在剪切時(shí)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(tái)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(shí)使活塞迅速平穩(wěn)、可靠且長(zhǎng)時(shí)間地被鎖緊，不為向上的剪切力所移動(dòng)。當(dāng)液壓缸上腔不進(jìn)油時(shí)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(shí)間不能太長(zhǎng)。但因抬升缸所需鎖緊時(shí)間僅為19s。故滿足要求。 圖3-5抬升缸基本回路 3、 橫移缸基本回路的確定 為實(shí)現(xiàn)同步剪切運(yùn)動(dòng)，必須使小車移動(dòng)速度與鋼坯運(yùn)動(dòng)速度相等，這就需要用速度傳感器將鋼坯的運(yùn)動(dòng)速度與橫移缸的運(yùn)動(dòng)速度測(cè)出，然后進(jìn)行比較，將差值快速的轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳給橫移缸的主控閥，使液壓小車的橫移速度迅速達(dá)到鋼坯的運(yùn)動(dòng)速度，并且與它同步運(yùn)動(dòng)；而當(dāng)剪切機(jī)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(fù)載遠(yuǎn)大于抬升缸，要求兩缸互不干擾動(dòng)作，故在橫移缸回路加減壓閥，以控制抬升缸回路壓力，達(dá)到兩缸同時(shí)動(dòng)作。 圖3-6 比例閥調(diào)速回路 3.3.1.5 制定順序動(dòng)作方案 鋼坯斷面接觸定尺裝置觸球時(shí)，發(fā)出電信號(hào)，啟動(dòng)抬升缸和橫移缸電磁鐵開(kāi)始動(dòng)作→ 抬升缸完成預(yù)定動(dòng)作時(shí)觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)，關(guān)閉抬升缸電磁鐵，使抬升缸自鎖，并啟動(dòng)剪切缸電磁鐵使其動(dòng)作→ 當(dāng)剪切缸剪切鋼坯完畢，刀片移動(dòng)到上行程時(shí)，通過(guò)上行程開(kāi)關(guān)發(fā)出電信號(hào)，使剪切缸，抬升缸和橫移缸均反向動(dòng)作→ 剪切缸觸發(fā)下行程開(kāi)關(guān)時(shí)，停止動(dòng)作→ 橫移缸觸發(fā)左側(cè)行程開(kāi)關(guān)時(shí)，停止動(dòng)作→ 抬升缸觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)時(shí)，停止動(dòng)作→ 等待下一周期運(yùn)行。 3.3.1.6液壓源的選擇 剪切缸承受負(fù)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(fù)載不是很大，屬于中壓系統(tǒng)，可使用定量葉片泵為動(dòng)力源。 3.3.2擬定液壓系統(tǒng)圖 圖3-7 液壓原理圖 表3-9 剪切機(jī)電磁鐵工作循環(huán)表 動(dòng)作名稱 發(fā)訊元件 電磁鐵DT 1DT 2DT 3DT 4DT 5DT 6DT 上刀下降 XK3 - - + - - - 小車右移 XK3 - - - - + - 鎖緊上刀 XK5 - - - - - - 下刀上升 XK5 + - - - - - 上刀快退 XK1 - - - + - - 小車左移 XK1 - - - - - + 下刀快退 XK1 - + - - - - 上刀復(fù)位 XK6 - - - - - - 小車復(fù)位 XK4 - - - - - - 下刀復(fù)位 XK2 - - - - - - 3.4液壓元件的選擇 3.4.1液壓泵的選擇 3.4.1.1高壓液壓泵的選擇 1）.確定液壓泵的最大工作壓力Pp （3-12） 式中： —液壓缸最大工作壓力；=20.2MPa —進(jìn)油路上總壓力損失，=0.8MPa 則： =20.0+1.0=21.0 MPa ∵所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%～60% ∴選取的液壓泵要求額定壓力為 2）.液壓泵流量的確定 （3-13） 式中： K—系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取K=1.1～1.3，這里取K=1.2； —高壓系統(tǒng)液壓缸最大總流量，=268L/min 則： =1.2×268=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(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四卷）》P19-175表19-5-51） 3.4.1.2 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 式中： —液壓缸最大工作壓力；=4.58MPa —進(jìn)油路上的總壓力損失，=0.92MPa 則： =4.58+0.92=5.5 MPa 考慮儲(chǔ)備取7 MPa。 2）.液壓泵流量的確定 式中： K—系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取K=1.1～1.3，這里取K=1.1； —高壓系統(tǒng)液壓缸最大總流量，=160.7L/min 則： =1.1×160.7=169 L/min 故選用YB-C171B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(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷P19-136表19-5-16） 3.4.2電動(dòng)機(jī)功率的確定 3.4.2.1 高壓系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的確定 驅(qū)動(dòng)液壓泵的功率為： （3-14） 式中： —液壓泵最大工作壓力，=21.0MPa —液壓泵額定流量，=364L/min —液壓泵總效率，=0.85 則： 考慮到剪切時(shí)間很短，而電動(dòng)機(jī)一般允許在短時(shí)間內(nèi)超載25%，因此， 故根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第五卷，選定Y315m—4w型三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率為132KW，同步轉(zhuǎn)速為1500r/min 3.4.2.2 低壓系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的確定 式中：—液壓泵最大工作壓力，=7MPa —液壓泵額定流量，=171L/min —液壓泵總效率，=0.85 則 故根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第五卷，選定Y225M-6型三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率為30KW，同步轉(zhuǎn)速為1000r/min。 3.4.3液壓閥的選擇 根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過(guò)各個(gè)閥類元件的實(shí)際流量，可選出這些元件的型號(hào)和規(guī)格，見(jiàn)下表 表3-10液壓剪切機(jī)液壓閥及附件明細(xì)表 序號(hào) 名稱 通徑 型號(hào) 規(guī)格 最大實(shí)際流量 數(shù)量 壓力 MPa 流量 L/min 1 截止閥 50 CJZ-F50L 25 268 1 2 過(guò)濾器 50 QUIE400×40 32 400 268 1 3 安全閥 30 BG-03-V32 25 96 1 4 單向閥 20 RVP20B 31.5 300 268 1 5 截止閥 50 CJZ-F50L 25 1 6 壓力表 Y-200 0～25 31 1 7 電磁換向閥 16 4WEG16G20B 28 300 268 1 8 單向調(diào)速閥 30 MSA30EF 21 300 268 1 9 蓄能器 50 NXQ2-L100 31.5 600 535 1 10 單向閥 40 RVP40B 31.5 600 535 1 11 過(guò)濾器 55 QUIE700×10 32 700 535 1 12 冷卻器 32 2LQFW-A5.3F 10 - 535 1 13 單向閥 40 RVP40B 31.5 600 535 1 14 電磁換向閥 6 4WE6G50B 35 80 4.41 1 15 雙液控單向閥 6 Z2S6 31.5 60 4.41 1 16 截止閥 50 CJZ-F50L 165 2 17 過(guò)濾器 50 QUIE400×40 32 400 165 1 18 溢流閥 30 BG-03-32 0.5～25 300 268 1 19 單向閥 20 RVP20B 31.5 300 160.7 1 20 截止閥 50 CJZ-F50L 160.7 1 21 壓力表 Y-200 0～25 31 1 22 減壓閥 32 DRC32-1 31.5 300 160.7 1 23 電磁換向閥 16 4WEG16G20B 28 300 160.7 1 24 單向閥 16 RVP16B 31.5 260 160.7 1 25 比例流量閥 16 2FRE16 31.5 180 160.7 1 3.4.4 油管內(nèi)徑的確定 由于本液壓系統(tǒng)管路較為復(fù)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(jiàn)表 (1) 管道內(nèi)徑計(jì)算 （3-15） （2） 管道壁厚計(jì)算 （3-16） 式中： d—油管內(nèi)徑 q——管內(nèi)流量(/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)，P<7MPa時(shí)，取n=8，P>17.5MPa時(shí)，取n=4 σb—管道材料的抗拉強(qiáng)度，取σb=450Mpa 管道內(nèi)的流速可以參考表3-11： 表3-11允許流速推薦值 管道 推薦流速（m/s） 液壓泵吸油管道 0.5～1.5一般取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 1.5～2.6 表3-12 主要管路內(nèi)徑表 管路名稱 通過(guò)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 1.3 77 7.2 21 80，10 高壓壓油管 268 5 34 3.0 20 40，5.5 高壓回油管 268 2.5 48 0.2 0.5 50，3 低壓吸油管 171 1.0 60 3.7 7 65，4 低壓壓油管 160.7 5 26 0.8 3.51 32，2.5 低壓回油管 160.7 2 41 0.2 0.5 50，3 3.4.5 油箱的有效面積的確定 油箱容量的經(jīng)驗(yàn)公式： V=aq （3-17） 式中： a—與系統(tǒng)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，（由文獻(xiàn)《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖集》表2.4-3）高壓系統(tǒng)取a=10 q—液壓泵每分鐘排出壓力油的容積，=364+171=535L/min 則： V=10×512=5350L 選標(biāo)準(zhǔn)值： V=6300L。 3.5 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 3.5.1 驗(yàn)算回路中的壓力損失 3.5.1.1 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、管件局部損失和控制閥的壓力損三部分組成： （3-18） 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(shí)即快速退回時(shí)進(jìn)油路的壓力損失。此管長(zhǎng)L=12，管內(nèi)徑d=0.03m，快速退回時(shí)，通過(guò)流量Q=160.7L/min=2.68×。選用L-HM46號(hào)礦物油型液壓油，正常運(yùn)轉(zhuǎn)后油的運(yùn)動(dòng)黏度取，油的密度為。 油液在管路中的實(shí)際流速為： （3-19） 雷諾數(shù) （3-20） 圓形光滑管道，其臨界雷諾數(shù) ∴液流為紊流。 沿程壓力損失： （3-21） 式中： —沿程阻力系數(shù)， L—管道長(zhǎng)度，L=12m d—管道內(nèi)徑，d=0.03m v—液體流速，v=3.79m/s —液體的密度，=850 則： 2）.局部壓力損失 （3-22） 式中： —局部阻力系數(shù)，=1.12； —液體流速，=3.79m/s； —液體密度，=850 則： 3）控制閥的壓力損失