液压剪切机液压系统设计
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液压剪切机液压系统设计
摘要
剪切机广泛地被运用在轧钢机械中，本文中涉及的是连铸机采用剪切机对各种型号的钢坯进行定尺处理。液压剪切机比火焰切割机运行成本低，而在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更大的动力；同样在同等的功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑。所以从各种角度看选择液压剪切机是比较合理的。液压剪切机是用液压作为主传动的剪切机，该剪切机采用平行刀片式的下切式。下切式剪切机的上下两个刀片都是运动的，但剪切扎件的动作是由下刀片来完成的。目前被广泛应用于初轧和钢坯车间。
剪切机液压系统主要由三部分组成。分别是下刀台系统、辊道小车驱动系统和上刀台抬升系统。其中下刀台剪切系统主要控制下刀片的进刀和快退；辊道小车驱动系统主要用于前进时保持剪切机与钢坯同速，剪切完成后快速返回；上刀台抬升系统用来移动上刀台。其中下刀台剪切缸单独采用变量泵驱动，而辊道下车油缸和上刀台抬升缸共用一个定量泵，其动作由换向阀实现。
关键词：剪切机 、 辊道小车 、 油缸
Abstract
Shearing machine is widely used in steel rolling machines,this paper introduces the continuous casting machine by useing shearing machine to handle various types of steel billet. Hydraulic shearing machine has lower operating cost than flame cutting machines. However, in the same volume, the hydraulic device generates mush power than electrical equipment. In the same power, the hydraulic device small volume, light weight and compact structure. So from various perspectives, choosing hydraulic shearing machine is more reasonable. Hydraulic
shearing machine is a kind of shearing machine that uses hydraulic pressure as the main drive. It chooses the down-cut sheet of parallel slice. The up-cut sheet and the down-cut sheet of down-cut shearing machine are movable, but the action of shearing the rolled piece is done by down-cut sheet. At present, it is widely used in the workshop of bloom and billet.
The hydraulic system of shearing machine mainly consists of three parts: the system of down-cut bed, the driving system of table roller vehicle and the system lifted by top-cut set. Its down-cut bed’s shearing system. Mainly controls advancement and retreat of the down-cut slice. The driving system of table roller vehicle is used to keep the shearing machine having the same speed with billet and resets quickly after finishing shearing. The lifting system of top-cut table can drift the top-cut bed. And the shear cylinder of down-cut bed is driven by variable pump independently, while the cylinder of table roller and lifting vat of top-cut bed are used a quantitative pump, and the operation is done by using reversing valve.
Key words: shearing machine；table roller vehicle； fuel tank
目录
摘要 ………………………………………………………………………………I
Abstract …………………………………………………………………………II
第一章 绪 论………………………………………………………………………1
1.1 剪切机的类型、特点及选型………………………………………… 1
第二章 液压剪切机的设计计算………………………………………………… 4
2.1 剪切机结构参数的确定……………………………………………… 4
2.1.1刀片行程…………………………………………………………… 4
2.1.2刀片尺寸的确定…………………………………………………… 5
2.1.3剪切机理论空行程次数…………………………………………… 6
2.2 剪切机能力参数计算……………………………………………………6
2.2.1剪切过程分析……………………………………………………… 6
2.2.2平行刀片剪切机的剪切力与剪切功………………………………7
第三章 剪切机液压传动系统的设计与计算……………………………………10
3.1 剪切机的设计要求与参数……………………………………………10
3.1.1设计要求……………………………………………………………10
3.1.2设计参数……………………………………………………………10
3.2 进行工况分析，确定液压系统的主要参数…………………………11
3.2.1液压缸的载荷计算…………………………………………………11
3.2.2初选系统的工作压力………………………………………………14
3.2.3液压缸的主要结构尺寸计算………………………………………15
3.2.4各工况所需时间及速度的计算……………………………………19
3.2.5液压执行元件实际所需流量的计算………………………………20
3.2.6液压执行元件实际工作压力的计算………………………………21
3.2.7拟定液压系统工况图………………………………………………22
3.3 制定液压系统基本方案和拟定液压系统图………………………… 23
3.3.1制定基本方案………………………………………………………23
3.3.2拟定液压系统图……………………………………………………28
3.4 液压元件的选择………………………………………………………29
3.4.1 液压泵的选择…………………………………………………… 29
3.4.2 电动机功率的确定………………………………………………31
3.4.3 液压阀的选择……………………………………………………32
3.4.4 油管内径的确定…………………………………………………33
3.4.5 油箱的有效面积的确定…………………………………………35
3.5 液压系统性能验算……………………………………………………35
3.5.1 验算回路中的压力损失………………………………………… 35
3.5.2 验算液压系统发热温升………………………………………… 43
第四章 液压缸的设计计算………………………………………………………48
4.1 计算液压缸的结构尺寸……………………………………………… 48
4.1.1 缸筒长度L…………………………………………………………48
4.1.2 最小导向长度的确定…………………………………………… 48
4.2 液压缸主要零部件设计………………………………………………49
4.2.1 缸筒……………………………………………………………… 49
4.2.2 活塞……………………………………………………………… 52
4.2.3 活塞杆的导向套和密封………………………………………… 52
4.2.4 缓冲装置………………………………………………………… 53
4.2.5 放气装置………………………………………………………… 53
4.2.6 油口……………………………………………………………… 54
第五章 阀板的设计………………………………………………………………55
4.1 阀板连接概述…………………………………………………………55
4.2 阀板的设计……………………………………………………………55
4.2.1 确定阀板的数量………………………………………………55
4.2.2 液压元件位置的布置…………………………………………56
4.2.3 阀板材料及孔径的确定………………………………………56
参考文献 …………………………………………………………………………57
结束语 ……………………………………………………………………………59
第一章 绪 论
1.1 剪切机的类型、特点及选型[13]
用于对轧件进行切头，切尾或剪切成规定尺寸（定尺）的机械称为剪切机。根据剪切机刀片形状，配置以及剪切方式等特点，剪切机可分为平行刀片剪切机，斜刀片剪切机，圆盘式剪切机和飞剪机。按驱动力来分，可分为电动和液压两类剪切机。
平行刀片剪切机：两个刀片彼此平行。用于横向热剪初轧坯（方坯，板坯）和其它方形和矩形断面的钢坯，故又称为钢坯剪切机。有时，也用两个成型刀片来冷轧管坯及小型圆钢等。
斜刀片剪切机：两个刀片中有一个刀片相对于另一刀片是成某一角度倾斜布置的，一般是上刀片倾斜，其倾斜角为1°～6°。它用来横向冷剪或热剪钢板，带钢，薄板坯，故又称为钢板剪切机。有时，也用于剪切成束的小型钢材。
圆盘式剪切机：两个刀片均成圆盘状。用来纵向剪切运动中的钢板（带钢）的边，或将钢板（带钢）剪成窄条。一般均布置在连续式钢板轧机的纵切机组的作业线上。
飞剪机；剪切机刀片在剪切轧件时跟随轧件一起运动。用来横向剪切运动中的轧件（钢坯，钢板，带钢和小型型材，线材等），一般安装在连续式轧机的轧制线上或横切机组作业线上。
平行刀片剪切机
根据剪切轧件时刀片的运动特点，平行刀片剪切机可分为上切式和下切式两大类。
1．上切式平行刀片剪切机
这种剪切机的特点实际下刀固定不动，上刀则是上下运动的。剪切轧件的动作由上刀来完成，其剪切机构由最简单的曲柄连杆机构组成。除了剪切机本体之外，一般还配有定尺机构，切头收集与输送装置等。由于下刀固定不动，为使剪切工作顺利进行，剪切的轧件厚度大于30～60mm时，需在剪切机后装设摆动台或摆动辊道，其本身无驱动装置。剪切时，上刀压着轧件下降，迫使摆动台也下降。当剪切完毕，上刀上升时，摆动台在其平衡装置作用下也回升至原始位置。此类剪切机由于结构简单，广泛用于剪切中小型钢坯。此外，随着快速换刀的生产需要，也出现了能快速换刀的上切式平行刀片剪切机，用来剪切初轧钢坯和轧板。当然，其设备重量会有较大的增加，结构也稍复杂些。
2. 下切式平行刀片剪切机
这种剪切机的特点是：上下刀都运动，但剪切轧件的动作由下刀来完成，剪切时上刀不运动。由于剪切时下刀台将轧件抬离辊道，故在剪切机后不设摆动台，而且这种剪切机的机架不承受剪切力。由于上述两个特点，下切式平行刀片剪切机普遍用来剪切中型和大型钢坯和板坯，以减轻整个剪切机组的设备重量。
本次设计所剪的钢坯为连铸小方坯□160×160㎜和□180×225㎜，因此选用平行刀片下切式剪切机。
剪切机按照驱动力来划分，可分为电动和液压两类。
电机驱动又有直流电动机和交流电动机两种。大中型剪切机多采用直流电动机驱动，并以启动工作制进行剪切。在大型剪切机上，除了采用电动机驱动外，还可以采用液压驱动。采用液压驱动比电动机驱动有许多优点：
在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更大的动力；同样在同等的功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑。
1)液压装置工作比较平稳，便于实现频繁及平稳的换向；
2)液压装置能在大范围内实现无级调速,还可以在运行过程中进行调速；
3)与电气或压缩空气配合后液压驱动易于实现自动化；
4)液压装置易于实现过载保护，液压缸和液压马达都能长期在失速状态下工作而不会发热，这时电气驱动装置和机械传动装置无法办到的。此外，液压现在采用较广泛的是将阀板式元件用油路板或集成块进行连接的方式。这两种连接方式通道间均不用管子，液压阀板是板式元件安装板。各个液压元件之间的连接管道全部由阀板内部钻孔构成，代替了管子连接。阀板背后（或侧面）引出通向液压泵、油箱以及连接各执行元件的通道，在孔口有螺纹，安装管接头，用以接管。采用板式连接的优点是结构紧凑，整齐，有利于集中控制，拆装方便，外形整齐美观。由于阀件管路长度缩短，故还能提高动作的速度。唯一的缺点是阀板钻孔困难，泄露不易检查。
4.2 阀板的设计[22][24]
4.2.1 确定阀板的数量
在设计板式元件较多的液压系统时，为了避免钻深孔，可将整个液压系统的分支回路分解成几部分。然后按所分成的几部分系统回路分别设计阀板，将各阀板都固定在一个框架上，再在各个阀板之间用油管连接起来，即可组成整个液压系统的阀板。在本设计方案中只有横移缸和抬升缸所在的液压回路中的阀需要进行阀板设计。根据经验可知，各部分进行阀板设计的液压元件不能超过3～5个，液压元件过多，则阀板结构复杂，不利于加工，装配。因此，本设计选择横移缸回路进行设计，包括一个液控换向阀和一个比例调速阀。
4.2.2 液压元件位置的布置
1.要尽量缩小阀板正面尺寸，可以采取如下措施：
1）液压元件非安装面可以伸出阀板之外，如电磁阀的电磁铁等；
2）液压元件之间的距离不宜过大，一般取b=5～10㎜；
3）为了便于控制调节，应将压力阀和流量阀布置在正面；
4）应尽量减少钻孔数量和钻孔深度；
5）应使电磁换向阀的阀芯沿水平布置。
2.尽可能将主压力油路相通的各元件油口沿坐标轴排列在一条直线上，以便于用一个横向孔将它们连接起来，再与液压泵压力油管接头相连，以减少钻孔的数量布置合理。
3.压力表开关布置在阀板的最上方，如果必须放在中间，则应留出安装压力表的位置。
4.2.3 阀板材料及孔径的确定
阀板的材料一般为铸铁或锻钢，低压固定设备可用铸铁，高压强振场合要选用锻钢，块体加工成方形。
各通油口的内径要满足允许流速的要求，一般来说，与阀直接相通的孔径应等于所装阀的油孔通径。油孔之间的壁厚d不能太小，一方面防止使用过程中，由于油液的压力而击穿，另一方面避免加工时，因油孔的偏斜而误通。对于中、低压系统，d不得小于5mm，高压系统应更大些。
详细设计见阀板零件图。
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结束语
历时近四个月的毕业设计已接近尾声， 在指导老师和其他同学的帮助下终于顺利完成了。虽然设计已经结束了，但是我始终感觉还保留着设计时的那种严谨态度。在设计中，我深刻体会到了基础知识的重要性，“万丈高楼平地起”。没有坚实的基础知识，所有的梦想，所以的目标都将会变为幻影，永远不会实现。
我这次毕业设计最主要的任务是坯液压剪切机液压系统的设计。通过这次设计，我更加了解了流体控制及液压系统的真正内涵。另外，通过各个方面资料的搜集，我对机械工程有了更深的认识和了解，懂得了更多机械方面的知识。
毕业设计是我大学四年中规模最大、时间最长、应用知识最深而且范围最广的一次设计，也是最能锻炼的一次设计。这次毕业设计使我在大学四年所学知识得到真正的应用。而且，在这次毕业设计中，我还学到了不少新的知识，也使我以前不明白的或者没有注意到的问题通过毕业设计较彻底地了解了。这次毕业设计，也使我的知识水平从以前的感性认识上升到理性认识，使所以的知识点融会贯通。在即将离校走向社会，走向新的环境之前，能有这样一个系统的独立实践机会，这将对我今后走上工作岗位有着及其重要的意义。
毕业在即，我深深地感谢老师们的耐心指导，特别是我的指导老师xxx老师在设计中对我的细心的指导和帮助。同事我还要感谢所有在设计中帮助过我的同学们。