液壓剪切機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

64頁(yè) 19000字?jǐn)?shù)+論文說(shuō)明書(shū)+4張CAD圖紙【詳情如下】

泵站裝配圖.dwg

液壓剪切機(jī)總裝配圖.dwg

液壓剪切機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文.doc

液壓原理圖.dwg

閥板圖.dwg

液壓剪切機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要

剪切機(jī)廣泛地被運(yùn)用在軋鋼機(jī)械中，本文中涉及的是連鑄機(jī)采用剪切機(jī)對(duì)各種型號(hào)的鋼坯進(jìn)行定尺處理。液壓剪切機(jī)比火焰切割機(jī)運(yùn)行成本低，而在同等的體積下，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。所以從各種角度看選擇液壓剪切機(jī)是比較合理的。液壓剪切機(jī)是用液壓作為主傳動(dòng)的剪切機(jī)，該剪切機(jī)采用平行刀片式的下切式。下切式剪切機(jī)的上下兩個(gè)刀片都是運(yùn)動(dòng)的，但剪切扎件的動(dòng)作是由下刀片來(lái)完成的。目前被廣泛應(yīng)用于初軋和鋼坯車(chē)間。

剪切機(jī)液壓系統(tǒng)主要由三部分組成。分別是下刀臺(tái)系統(tǒng)、輥道小車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和上刀臺(tái)抬升系統(tǒng)。其中下刀臺(tái)剪切系統(tǒng)主要控制下刀片的進(jìn)刀和快退；輥道小車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要用于前進(jìn)時(shí)保持剪切機(jī)與鋼坯同速，剪切完成后快速返回；上刀臺(tái)抬升系統(tǒng)用來(lái)移動(dòng)上刀臺(tái)。其中下刀臺(tái)剪切缸單獨(dú)采用變量泵驅(qū)動(dòng)，而輥道下車(chē)油缸和上刀臺(tái)抬升缸共用一個(gè)定量泵，其動(dòng)作由換向閥實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：剪切機(jī) 、 輥道小車(chē) 、 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

目錄

摘要  ………………………………………………………………………………I

Abstract …………………………………………………………………………II

第一章 緒 論………………………………………………………………………1

1.1  剪切機(jī)的類(lèi)型、特點(diǎn)及選型………………………………………… 1

第二章 液壓剪切機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………… 4

2.1 剪切機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定………………………………………………  4

2.1.1刀片行程…………………………………………………………… 4

2.1.2刀片尺寸的確定…………………………………………………… 5

2.1.3剪切機(jī)理論空行程次數(shù)…………………………………………… 6

2.2 剪切機(jī)能力參數(shù)計(jì)算……………………………………………………6

2.2.1剪切過(guò)程分析……………………………………………………… 6

2.2.2平行刀片剪切機(jī)的剪切力與剪切功………………………………7

第三章 剪切機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算……………………………………10

3.1  剪切機(jī)的設(shè)計(jì)要求與參數(shù)……………………………………………10

3.1.1設(shè)計(jì)要求……………………………………………………………10

3.1.2設(shè)計(jì)參數(shù)……………………………………………………………10

3.2  進(jìn)行工況分析，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)…………………………11

3.2.1液壓缸的載荷計(jì)算…………………………………………………11

3.2.2初選系統(tǒng)的工作壓力………………………………………………14

3.2.3液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算………………………………………15

3.2.4各工況所需時(shí)間及速度的計(jì)算……………………………………19

3.2.5液壓執(zhí)行元件實(shí)際所需流量的計(jì)算………………………………20

3.2.6液壓執(zhí)行元件實(shí)際工作壓力的計(jì)算………………………………21

3.2.7擬定液壓系統(tǒng)工況圖………………………………………………22

3.3 制定液壓系統(tǒng)基本方案和擬定液壓系統(tǒng)圖………………………… 23

3.3.1制定基本方案………………………………………………………23

3.3.2擬定液壓系統(tǒng)圖……………………………………………………28

3.4  液壓元件的選擇………………………………………………………29

3.4.1 液壓泵的選擇…………………………………………………… 29

3.4.2  電動(dòng)機(jī)功率的確定………………………………………………31

3.4.3  液壓閥的選擇……………………………………………………32

3.4.4  油管內(nèi)徑的確定…………………………………………………33

3.4.5  油箱的有效面積的確定…………………………………………35

3.5  液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算……………………………………………………35

3.5.1 驗(yàn)算回路中的壓力損失………………………………………… 35

3.5.2 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升………………………………………… 43

第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………48

4.1 計(jì)算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸……………………………………………… 48

4.1.1 缸筒長(zhǎng)度L…………………………………………………………48

4.1.2 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定…………………………………………… 48

4.2 液壓缸主要零部件設(shè)計(jì)………………………………………………49

4.2.1 缸筒……………………………………………………………… 49

4.2.2 活塞……………………………………………………………… 52

4.2.3 活塞桿的導(dǎo)向套和密封………………………………………… 52

4.2.4 緩沖裝置………………………………………………………… 53

4.2.5 放氣裝置………………………………………………………… 53

4.2.6 油口……………………………………………………………… 54

第五章 閥板的設(shè)計(jì)………………………………………………………………55

     4.1 閥板連接概述…………………………………………………………55

4.2 閥板的設(shè)計(jì)……………………………………………………………55

4.2.1 確定閥板的數(shù)量………………………………………………55

4.2.2 液壓元件位置的布置…………………………………………56

4.2.3 閥板材料及孔徑的確定………………………………………56

參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………57

結(jié)束語(yǔ) ……………………………………………………………………………59

第一章 緒 論

1.1 剪切機(jī)的類(lèi)型、特點(diǎn)及選型[13]

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(chēng)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(pán)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(lèi)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(chēng)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(chēng)為鋼板剪切機(jī)。有時(shí)，也用于剪切成束的小型鋼材。

圓盤(pán)式剪切機(jī)：兩個(gè)刀片均成圓盤(pán)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(lèi)。

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(lèi)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(lèi)。

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，液壓現(xiàn)在采用較廣泛的是將閥板式元件用油路板或集成塊進(jìn)行連接的方式。這兩種連接方式通道間均不用管子，液壓閥板是板式元件安裝板。各個(gè)液壓元件之間的連接管道全部由閥板內(nèi)部鉆孔構(gòu)成，代替了管子連接。閥板背后（或側(cè)面）引出通向液壓泵、油箱以及連接各執(zhí)行元件的通道，在孔口有螺紋，安裝管接頭，用以接管。采用板式連接的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，整齊，有利于集中控制，拆裝方便，外形整齊美觀。由于閥件管路長(zhǎng)度縮短，故還能提高動(dòng)作的速度。唯一的缺點(diǎn)是閥板鉆孔困難，泄露不易檢查。

4.2 閥板的設(shè)計(jì)[22][24]

4.2.1 確定閥板的數(shù)量

在設(shè)計(jì)板式元件較多的液壓系統(tǒng)時(shí)，為了避免鉆深孔，可將整個(gè)液壓系統(tǒng)的分支回路分解成幾部分。然后按所分成的幾部分系統(tǒng)回路分別設(shè)計(jì)閥板，將各閥板都固定在一個(gè)框架上，再在各個(gè)閥板之間用油管連接起來(lái)，即可組成整個(gè)液壓系統(tǒng)的閥板。在本設(shè)計(jì)方案中只有橫移缸和抬升缸所在的液壓回路中的閥需要進(jìn)行閥板設(shè)計(jì)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，各部分進(jìn)行閥板設(shè)計(jì)的液壓元件不能超過(guò)3～5個(gè)，液壓元件過(guò)多，則閥板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于加工，裝配。因此，本設(shè)計(jì)選擇橫移缸回路進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括一個(gè)液控?fù)Q向閥和一個(gè)比例調(diào)速閥。

4.2.2 液壓元件位置的布置

1.要盡量縮小閥板正面尺寸，可以采取如下措施：

1）液壓元件非安裝面可以伸出閥板之外，如電磁閥的電磁鐵等；

2）液壓元件之間的距離不宜過(guò)大，一般取b=5～10㎜；

3）為了便于控制調(diào)節(jié)，應(yīng)將壓力閥和流量閥布置在正面；

4）應(yīng)盡量減少鉆孔數(shù)量和鉆孔深度；

5）應(yīng)使電磁換向閥的閥芯沿水平布置。

2.盡可能將主壓力油路相通的各元件油口沿坐標(biāo)軸排列在一條直線上，以便于用一個(gè)橫向孔將它們連接起來(lái)，再與液壓泵壓力油管接頭相連，以減少鉆孔的數(shù)量布置合理。

3.壓力表開(kāi)關(guān)布置在閥板的最上方，如果必須放在中間，則應(yīng)留出安裝壓力表的位置。

4.2.3 閥板材料及孔徑的確定

閥板的材料一般為鑄鐵或鍛鋼，低壓固定設(shè)備可用鑄鐵，高壓強(qiáng)振場(chǎng)合要選用鍛鋼，塊體加工成方形。

各通油口的內(nèi)徑要滿足允許流速的要求，一般來(lái)說(shuō)，與閥直接相通的孔徑應(yīng)等于所裝閥的油孔通徑。油孔之間的壁厚d不能太小，一方面防止使用過(guò)程中，由于油液的壓力而擊穿，另一方面避免加工時(shí)，因油孔的偏斜而誤通。對(duì)于中、低壓系統(tǒng)，d不得小于5mm，高壓系統(tǒng)應(yīng)更大些。

詳細(xì)設(shè)計(jì)見(jiàn)閥板零件圖。

參考文獻(xiàn)

1. 張利平. 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

2. 徐灝. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

3. 成大先. 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

4. 馬恩. 液壓與氣壓傳動(dòng)[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2007.

5. 王曉方. 液壓與氣動(dòng)技術(shù)，中國(guó)輕工業(yè)出版社，北京，2006.

6. 杜詩(shī)文，李永堂，雷步芳. 棒材高速剪切機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)特性研究[J]，鍛壓裝備與制造技術(shù) ,2006

7. Control Engineering Practice [J], Volume 15, Issue 12, December 2007, Pages 1495-1507

8. 雷天覺(jué). 液壓工程手冊(cè)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

9. 王守城，段俊勇. 液壓元件及選用[M]，北京：化工學(xué)院出版社，2007.

10. 王寶和. 流體傳動(dòng)與控制[M]，長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)出版社，2001.

11. 章宏甲，黃誼. 液壓傳動(dòng)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

12. 廖念釗. 互換性與技術(shù)測(cè)量[M]，北京：中國(guó)測(cè)量出版社，1998.

13. 楊俊生. 液壓剪切機(jī)的改進(jìn)研究[J]，唐山高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào) ,1999

14. 方桂花. 液壓傳動(dòng)[M]，北京：地震出版社，2002.

15. 余新陸，楊津光. 液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)與控制[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.

16. 蔡春源.簡(jiǎn)明機(jī)械零件手冊(cè)[M]，北京：冶金工業(yè)出版社，2001.

17. 余新陸，楊津光，巢克念. 液壓機(jī)[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，1986.

18. 宮忠范. 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

19. 李壯云，葛宜遠(yuǎn). 液壓元件與系統(tǒng)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

20. 東北工學(xué)院《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組. 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版上冊(cè)[M]，北京：冶金工業(yè)出版社，1979.

21. 陸一心. 液壓與氣動(dòng)技術(shù)[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004. 

22. 東北工學(xué)院《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組. 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版中冊(cè)[M]，北京： 冶金工業(yè)出版社，1981

23. 東北工學(xué)院《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組. 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)續(xù)編[M]，北京：冶金工業(yè)出版社，1979.

24. 周士昌. 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖集[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

25. 黎啟柏. 液壓元件手冊(cè)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

26. 李世倫. 陳大軍. 機(jī)電控制[M]，浙江：浙江大學(xué)出版社出版，1993.

27. 鄒家祥. 軋鋼機(jī)械（第3版） [M]. 冶金工業(yè)出版社，2007. 

28. 華德液壓-液壓閥方向閥系列 [K]. 北京華德液壓工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司2004.10

29. Shear behaviour of adhesive layers [J], International Journal of Solids and Structures, Volume 44, Issue 2, 15 January 2007, Pages 530-545  K. Leffler, K.S. Alfredsson, U. Stigh

30. Brittle–ductile transition, shear failure and leakage in shales and mudrocks[J],  Marine and Petroleum Geology, Volume 23, Issue 2, February 2006, Pages 201-212 Runar Nyg?rd, Marte Gutierrez, Rolf K. Bratli, Kaare H?eg

結(jié)束語(yǔ)

歷時(shí)近四個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲， 在指導(dǎo)老師和其他同學(xué)的幫助下終于順利完成了。雖然設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束了，但是我始終感覺(jué)還保留著設(shè)計(jì)時(shí)的那種嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度。在設(shè)計(jì)中，我深刻體會(huì)到了基礎(chǔ)知識(shí)的重要性，“萬(wàn)丈高樓平地起”。沒(méi)有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，所有的夢(mèng)想，所以的目標(biāo)都將會(huì)變?yōu)榛糜埃肋h(yuǎn)不會(huì)實(shí)現(xiàn)。

我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)最主要的任務(wù)是坯液壓剪切機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我更加了解了流體控制及液壓系統(tǒng)的真正內(nèi)涵。另外，通過(guò)各個(gè)方面資料的搜集，我對(duì)機(jī)械工程有了更深的認(rèn)識(shí)和了解，懂得了更多機(jī)械方面的知識(shí)。

畢業(yè)設(shè)計(jì)是我大學(xué)四年中規(guī)模最大、時(shí)間最長(zhǎng)、應(yīng)用知識(shí)最深而且范圍最廣的一次設(shè)計(jì)，也是最能鍛煉的一次設(shè)計(jì)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我在大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)得到真正的應(yīng)用。而且，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我還學(xué)到了不少新的知識(shí)，也使我以前不明白的或者沒(méi)有注意到的問(wèn)題通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)較徹底地了解了。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，也使我的知識(shí)水平從以前的感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，使所以的知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通。在即將離校走向社會(huì)，走向新的環(huán)境之前，能有這樣一個(gè)系統(tǒng)的獨(dú)立實(shí)踐機(jī)會(huì)，這將對(duì)我今后走上工作崗位有著及其重要的意義。

畢業(yè)在即，我深深地感謝老師們的耐心指導(dǎo)，特別是我的指導(dǎo)老師xxx老師在設(shè)計(jì)中對(duì)我的細(xì)心的指導(dǎo)和幫助。同事我還要感謝所有在設(shè)計(jì)中幫助過(guò)我的同學(xué)們。

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）1液壓剪切機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要剪切機(jī)廣泛地被運(yùn)用在軋鋼機(jī)械中，本文中涉及的是連鑄機(jī)采用剪切機(jī)對(duì)各種型號(hào)的鋼坯進(jìn)行定尺處理。液壓剪切機(jī)比火焰切割機(jī)運(yùn)行成本低，而在同等的體積下，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。所以從各種角度看選擇液壓剪切機(jī)是比較合理的。液壓剪切機(jī)是用液壓作為主傳動(dòng)的剪切機(jī)，該剪切機(jī)采用平行刀片式的下切式。下切式剪切機(jī)的上下兩個(gè)刀片都是運(yùn)動(dòng)的，但剪切扎件的動(dòng)作是由下刀片來(lái)完成的。目前被廣泛應(yīng)用于初軋和鋼坯車(chē)間。剪切機(jī)液壓系統(tǒng)主要由三部分組成。分別是下刀臺(tái)系統(tǒng)、輥道小車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和上刀臺(tái)抬升系統(tǒng)。其中下刀臺(tái)剪切系統(tǒng)主要控制下刀片的進(jìn)刀和快退；輥道小車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要用于前進(jìn)時(shí)保持剪切機(jī)與鋼坯同速，剪切完成后快速返回；上刀臺(tái)抬升系統(tǒng)用來(lái)移動(dòng)上刀臺(tái)。其中下刀臺(tái)剪切缸單獨(dú)采用變量泵驅(qū)動(dòng)，而輥道下車(chē)油缸和上刀臺(tái)抬升缸共用一個(gè)定量泵，其動(dòng)作由換向閥實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：剪切機(jī) 、 輥道小車(chē) 、 油缸本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）2AbstractShearing 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. Hydraulicshearing 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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）3目錄摘要 ………………………………………………………………………………IAbstract …………………………………………………………………………II第一章 緒 論………………………………………………………………………11.1 剪切機(jī)的類(lèi)型、特點(diǎn)及選型………………………………………… 1第二章 液壓剪切機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………… 42.1 剪切機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定……………………………………………… 42.1.1 刀片行程…………………………………………………………… 42.1.2 刀片尺寸的確定…………………………………………………… 52.1.3 剪切機(jī)理論空行程次數(shù)…………………………………………… 62.2 剪切機(jī)能力參數(shù)計(jì)算……………………………………………………62.2.1 剪切過(guò)程分析……………………………………………………… 62.2.2 平行刀片剪切機(jī)的剪切力與剪切功………………………………7第三章 剪切機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算……………………………………103.1 剪切機(jī)的設(shè)計(jì)要求與參數(shù)……………………………………………103.1.1 設(shè)計(jì)要求……………………………………………………………103.1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)……………………………………………………………103.2 進(jìn)行工況分析，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)…………………………113.2.1 液壓缸的載荷計(jì)算…………………………………………………113.2.2 初選系統(tǒng)的工作壓力………………………………………………143.2.3 液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算………………………………………153.2.4 各工況所需時(shí)間及速度的計(jì)算……………………………………193.2.5 液壓執(zhí)行元件實(shí)際所需流量的計(jì)算………………………………20本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）43.2.6 液壓執(zhí)行元件實(shí)際工作壓力的計(jì)算………………………………213.2.7 擬定液壓系統(tǒng)工況圖………………………………………………223.3 制定液壓系統(tǒng)基本方案和擬定液壓系統(tǒng)圖………………………… 233.3.1 制定基本方案………………………………………………………233.3.2 擬定液壓系統(tǒng)圖……………………………………………………283.4 液壓元件的選擇………………………………………………………293.4.1 液壓泵的選擇…………………………………………………… 293.4.2 電動(dòng)機(jī)功率的確定………………………………………………313.4.3 液壓閥的選擇……………………………………………………323.4.4 油管內(nèi)徑的確定…………………………………………………333.4.5 油箱的有效面積的確定…………………………………………353.5 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算……………………………………………………353.5.1 驗(yàn)算回路中的壓力損失………………………………………… 353.5.2 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升………………………………………… 43第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………484.1 計(jì)算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸……………………………………………… 484.1.1 缸筒長(zhǎng)度 L…………………………………………………………484.1.2 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定…………………………………………… 484.2 液壓缸主要零部件設(shè)計(jì)………………………………………………494.2.1 缸筒……………………………………………………………… 494.2.2 活塞……………………………………………………………… 524.2.3 活塞桿的導(dǎo)向套和密封………………………………………… 524.2.4 緩沖裝置………………………………………………………… 534.2.5 放氣裝置………………………………………………………… 534.2.6 油口……………………………………………………………… 54第五章 閥板的設(shè)計(jì)………………………………………………………………55本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）54.1 閥板連接概述…………………………………………………………554.2 閥板的設(shè)計(jì)……………………………………………………………554.2.1 確定閥板的數(shù)量………………………………………………554.2.2 液壓元件位置的布置…………………………………………564.2.3 閥板材料及孔徑的確定………………………………………56參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………57結(jié)束語(yǔ) ……………………………………………………………………………59本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）6第一章 緒 論1.1 剪切機(jī)的類(lèi)型、特點(diǎn)及選型 [13]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(chēng)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(pán)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(lèi)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(chēng)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(chēng)為鋼板剪切機(jī)。有時(shí)，也用于剪切成束的小型鋼材。圓盤(pán)式剪切機(jī)：兩個(gè)刀片均成圓盤(pán)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(lèi)。1．上切式平行刀片剪切機(jī)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）7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(lèi)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(lèi)。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；本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）83)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)。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）9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(chē)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(chē)及橫移輥道重量： 17.8T鋼坯定尺長(zhǎng)度： 2.5m2.1 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 [2]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，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）10q1=5～50mm,取 q1=20mm;s— 上下刀片的重疊量，取 s=5～20mm,這里取 s=10；q 2—下刀低于輥道表面的距離，q 2=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）b max　　　　　　　　　　　　　　　 （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）b max =（2～2.5）×225=450～562.5 mm，取 L=500 mm本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）112.1.2.2 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′=210mmb′= 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/min6.3 300 300 70×210 12～162.1.3 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。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）122.2 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[2]。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(chēng)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)。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）13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(chēng)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 [2]：Pmax=K·τmax·Fmax (2-5)式中：Fmax —被剪軋件最大的原始斷面面積，mmτmax —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×mmFmax=180×180=32400 mm2 按鋼坯斷面尺寸： □165×225 mm×mmFmax= 165×225=37125 mm2故： Pmax=K·τmax·Fmax=1.2×100×165×225=3.89 MN2） 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》 ）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）14，取 σbt=200MPa；Fmax—軋件最大的原始斷面面積，mm 2， 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(chēng)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 [2]：A= Pmax·h (2-7)式中：A— 剪切功，N·mh—鋼坯厚度，mPmax—最大剪切力，N則：A= Pmax·h=5.35×180×1000=963000 N·m本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）15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) [1][4][5][8][11]。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(chē)右移 下刀上升，剪切鋼坯 下刀下降（快退）??上刀升起 小車(chē)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)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）16剪切機(jī)型式： 油壓小車(chē)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(chē)及橫移輥道重量： 17.8T鋼坯定尺長(zhǎng)度： 2.5m3.2 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 [1]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 剪切缸的載荷力本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）17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，F(xiàn)w=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≈5.35×10 6N；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 [2]橫移缸在啟動(dòng)過(guò)程中，其外載荷主要是小車(chē)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(chē)及剪體總重，N；表 3-1 摩擦系數(shù) μ [2]導(dǎo)軌類(lèi)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（ ）0.16/ms??高速（ ）./?0.15～0.200.1～0.120.05～0.08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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）18G=G1+G2+G3；G1—小車(chē)及橫移輥道重量，G 1=17800N；G2—鋼坯重量，G 2=7239N；G3—剪體重量，G 3=40000N；G=G1+G2+G3=225239N；外載荷：Fw=μsG=33786N；小車(chē)右移時(shí)，橫移缸外載荷為小車(chē)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(chē)輪踏面在軌道上的滾動(dòng)摩擦阻力和車(chē)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(chē)，剪體，鋼坯總重，G=225239N；G4—剪切力，G 4=5.35× ；610K—滾動(dòng)摩擦系數(shù)，K=0.01；μ— 車(chē)輪軸承摩擦系數(shù)，μ=0.004；Dc—車(chē)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）610=7.76× N/mm6外載荷：Fw= =7.76× /125=62080N （3-3）2MnDc6小車(chē)左移時(shí)，小車(chē)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(chē)輪踏面在軌道上的滾動(dòng)摩擦阻力和車(chē)輪軸承的摩擦阻力。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）19同上.摩擦阻力矩：Mn=（G 1 +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。2MnDc3.2.1.3 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-TSo140.3Nm5）同理，上刀臺(tái)上升時(shí)，抬升缸下降，其外載荷Fw=- =- =-3265N；TSo140.3m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）mFw?―液壓缸的機(jī)械效率，一般取 0.90～0.95，這里取 =0.95；m? m?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 各液壓缸載荷力本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）20液壓缸名稱(chēng) 工況液壓缸外載荷Fw/N活塞上載荷力F/N啟動(dòng) 4100 4316工進(jìn) 5.35×106 5.63×106剪切缸快退 -4100 -4316啟動(dòng) 33786 35564右移 62080 65342橫移缸左移 2424 2552下降 3265 3437抬升缸上升 -3265 -34373.2.2 初選系統(tǒng)的工作壓力 [1]壓力的選擇要根據(jù)載荷的大小和設(shè)備的類(lèi)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） 50工作壓力（MP）17.5MPa 時(shí)，取 n=4σ b—管道材料的抗拉強(qiáng)度，取 σ b=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(chēng)通過(guò)流量（L/min）允許速度管內(nèi)徑（mm）管道壁厚（mm）管內(nèi)工作壓力所選管道的內(nèi)徑與本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）41（m/s） （Pa） 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 50，33.4.5 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=10q—液壓泵每分鐘排出壓力油的容積， =364+171=535L/minVQ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1P?2P?的壓力損 三部分組成：3P?（3-123P????本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）4218）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(mén)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)310?/ms后油的運(yùn)動(dòng)黏度取 ，油的密度為 。524.6v??3850/kgm??油液在管路中的實(shí)際流速為：（3-322.810.79/4Qvsd???19）雷諾數(shù) （3-e53.790R247461vd?????20）圓形光滑管道，其臨界雷諾數(shù)???eL?∴液流為紊流。沿程壓力損失：（3-21LvPd????21）式中：—沿程阻力系數(shù)， ?0.253164.Re??本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）43L—管道長(zhǎng)度，L=12m d—管道內(nèi)徑，d=0.03mv—液體流速，v=3.79m/s—液體的密度， =850??3/kgm則： 21.790.45850.13aPMP????2）.局部壓力損失（3-224vP????22）式中：—局部阻力系數(shù)， =1.12；??—液體流速， =3.79m/s；vv—液體密度， =850??3/kgm則： 22850.7941..aPMP????3）控制閥的壓力損失（3-23VWNQ??????23）式中：本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）44—閥的額定壓力損失，MPaVWP?Q—通過(guò)閥的實(shí)際流量，L/min—閥的額定流量，L/minN根據(jù)液壓原理圖，橫移缸快退時(shí)，壓力油從葉片泵出口到橫移缸的進(jìn)油路上，依次經(jīng)過(guò)單向閥，其額定壓力損失為 0.2MPa，電液換向閥，其額定壓力損失為 0.3MPa；和單向閥，其額定壓力損失為 0.21MPa。則： 2223165.7160.7160.70..3.435aP MP?????????????????????????4）.進(jìn)油路上的壓力總損失 1230.1270.43.8aP??經(jīng)驗(yàn)算，實(shí)際壓力損失比估計(jì)的壓力損失小一些，符合要求。3.5.1.2 抬升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1P?2P?制閥的壓力損 三部分組成：3P?123???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(mén)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=0.025m，快速退回時(shí)，通過(guò)流量Q=4.41L/min=0.07× 。選用 L-HM46 號(hào)礦物油型液壓油，正常運(yùn)轉(zhuǎn)310?/ms后油的運(yùn)動(dòng)黏度取 ，油的密度為 。524.6v??3850/kgm??本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）45油液在管路中的實(shí)際流速為：3220.710.4/45Qvmsd?????雷諾數(shù) e50.12R764v?????圓形光滑管道，其臨界雷諾數(shù)???e3L?∴液流為層流。沿程壓力損失：21LvPd????式中：—沿程阻力系數(shù)， ?e640.82RL—管道長(zhǎng)度，L=12m d—管道內(nèi)徑，d=0.025mv—液體流速，v=1.06m/s—液體的密度， =850??3/kgm則： 210.140.842850.34. aPMP?????2）局部壓力損失224v???本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）46式中：—局部阻力系數(shù)， =1.12；??—液體流速， =0.14m/s；vv—液體密度， =850??3/kgm則： 22850.1441..07aPMP????3）控制閥的壓力損失 23VWNQ??????式中：—閥的額定壓力損失，MPaVWP?Q—通過(guò)閥的實(shí)際流量，L/min—閥的額定流量，L/minN根據(jù)液壓原理圖，橫移缸快退時(shí)，壓力油從葉片泵出口到橫移缸的進(jìn)油路上，依次經(jīng)過(guò)液控單向閥，其額定壓力損失為 0.2MPa，電液換向閥，其額定壓力損失為 0.3Mpa。則： 2234.14.10030.765aPMP??????????????????4）進(jìn)油路上的壓力總損失1230.4.07.20.347aPPP???????本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）47經(jīng)驗(yàn)算，實(shí)際壓力損失比估計(jì)的壓力損失小一些，葉片泵的工作壓力滿足。因橫移缸和抬升缸共用葉片泵，故其總壓力損失為： 0.5940.3.624aPMP?????則定量泵各階段出口壓力分別為：橫移小車(chē)啟動(dòng)時(shí)： 1.7621.P剪切前： 2350.43Pa??剪切后： 8.PM3.5.1.3.剪切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1P?2P?制閥的壓力損 三部分組成：3P?123???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(mén)所需考慮的是橫移缸流量最大時(shí)即剪切工進(jìn)時(shí)進(jìn)油路的壓力損失。此管長(zhǎng) L=12，管內(nèi)徑 d=0.040m，快速退回時(shí)，通過(guò)流量Q=268L/min=4.47× 。選用 L-HM46 號(hào)礦物油型液壓油，正常運(yùn)轉(zhuǎn)后310/ms油的運(yùn)動(dòng)黏度取 ，油的密度為 。524.6v???3850/kgm??油液在管路中的實(shí)際流速為： 3224.71.6/0Qvsd????雷諾數(shù) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）48e53.604R3961vd?????圓形光滑管道，其雷諾數(shù)?e0?∴液流為層流。沿程壓力損失：21LvPd????式中：—沿程阻力系數(shù)， ?0.25e364.R?L—管道長(zhǎng)度，L=12m d—管道內(nèi)徑，d=0.040mv—液體流速，v=3.56m/s—液體的密度， =850??3/kgm則： 21.560.4280.6. aPMP?????2）局部壓力損失 22v???式中：—局部阻力系數(shù)， =1.12；??—液體流速， =3.56m/s；vv—液體密度， =850??3/kgm則：本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）49228503.61..1aPMP????3）控制閥的壓力損失 23VWNQ??????式中：—閥的額定壓力損失，MPaVWP?Q—通過(guò)閥的實(shí)際流量，L/min—閥的額定流量，L/minN根據(jù)液壓原理圖，橫移缸工進(jìn)時(shí)，壓力油從葉片泵出口到橫移缸的進(jìn)油路上，依次經(jīng)過(guò)單向調(diào)速閥，其額定壓力損失為 0.2MPa，電液換向閥，其額定壓力損失為 0.3MPa。則： 22368680.0.3039aPMP??????????????????4）進(jìn)油路上的壓力總損失123.68.12..41a?由以上計(jì)算結(jié)果，得小車(chē)=啟動(dòng)、右移、左移時(shí)，葉片泵的出口壓力分別為：120.4120.9536PMPa???經(jīng)驗(yàn)算，實(shí)際壓力損失比估計(jì)的壓力損失小，柱塞泵的工作壓力滿足使用要求。3.5.2 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升3.5.2.1 系統(tǒng)的發(fā)熱功率本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）50液壓系統(tǒng)工作時(shí)，除執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)外載荷輸出有效功率外，其余功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量，使油溫升高。由于系統(tǒng)較復(fù)雜，故用下式計(jì)算發(fā)熱功率：（3-heP??24）式中：—工作循環(huán)輸入主系統(tǒng)的平均功率，p—執(zhí)行元件的平均有效功率，eP對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，P 是整個(gè)工作循環(huán)中柱塞泵、葉片泵的平均輸入功率：（3-1nipPQtt???25）式中：—一個(gè)工作循環(huán)所用的總時(shí)間；t， ， —分別為第 i 臺(tái)泵的實(shí)際輸出壓力、流量、效率；iPiQpi?—第 i 臺(tái)泵的工作時(shí)間。it具體的 ， ， 值見(jiàn)表 3-12。iipi表 3-12 各工況兩泵輸入功率額定流量（L/min）出口壓力（MPa） 總輸入功率（KW）工況變量泵 定量泵 變量泵 定量泵 變量泵 定量泵時(shí)間（s）小車(chē)啟動(dòng) 364 171 - 3.524 - -很短本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）51上刀下降小車(chē)右移364 171 - 3.914 - 4.08 5鎖緊上刀下刀上升364 171 20.41 3.914 124.8 4.08 19各缸快退 + 171 1.361 1.784 11.9 7.0 6柱塞泵工作正常時(shí)， =0.85，卸荷時(shí) =0.3；p?p?葉片泵工作正常時(shí)， =0.75則： 14.08512.94.081.967.012.37755P KW???? ?????? ?? ?系統(tǒng)總輸出功率為： （3-1nwiiPFst??26）式中：—個(gè)工作循環(huán)所用的總時(shí)間，st?—液壓缸外負(fù)載，N；wiF—液壓缸的行程，m。is由前面計(jì)算結(jié)果及給定參數(shù)可知：本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）52表 3-13 液壓缸的負(fù)載與行程表工況液壓缸外負(fù)載 F（N）行程（mm）上刀下降 3265 450小車(chē)啟動(dòng) 33786 —小車(chē)右移 62080 800下刀上升 5350000 300下刀下降 4100 300上刀上升 3265 450小車(chē)左移 2424 800則： ? ?6132650.4280.5310.4.32650.420.854.eP KW?????????總的發(fā)熱功率為：=102.0-55.4=46.6KWheP??3.5.2.2.計(jì)算散熱功率前面初步求得油箱的有效容積為 6300L 即 6.3 。3m根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷，表 17-8-158 中的油箱散熱面積近似公式得：（3-3226..7AVm?27）油箱散熱功率為：（3-hcPKAT??本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）5328）式中：K—油箱的散熱系數(shù)，取 ??216/KWmC??AA—油箱散熱面積，A=22.7 2—油箱與環(huán)境溫度之差，取 =50T?T??則： 162.75018.246.hc hPKWP?????因此，油箱的散熱能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的散熱要求，而管路的散熱能力又很小，所以，需要另外設(shè)置冷卻器。3.5.2.3. 冷卻器所需冷卻面積的計(jì)算及選型冷卻面積為：（3-hcmPAKt???29）式中：K—冷卻器的散熱系數(shù)，取 ??30/2WC??A—平均溫升，mt?12127.5mtt????—液壓油的進(jìn)口溫度， =60℃1t 1t—液壓油的出口溫度， =50℃2 2—冷卻水進(jìn)口溫度， =25℃1t? 1t?—冷卻水出口溫度， =30℃2 2則： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）543246.1820.4375Am????考慮靠冷卻器在使用過(guò)程中散熱面上回有沉積和附著物，會(huì)影響散熱效果，因此，實(shí)際選用的散熱面積應(yīng)該比計(jì)算的要大 30%，即：A=1.3×3.4=4.42 2按此面積選用 2LQFW-A5.3F 型多管式冷卻器，其散熱面積為 5.3 ，配2m管時(shí)，系統(tǒng)中各執(zhí)行元件的回油和各溢流閥的溢出油都要通過(guò)冷卻器回到油箱，比例方向閥的排出油不經(jīng)過(guò)冷卻器直接進(jìn)入油箱，以免背壓影響比例方向閥的調(diào)速精度。第四章 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）55在上一章液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，已對(duì)液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸作了計(jì)算，本章繼續(xù)對(duì)液壓缸的其余主要尺寸及結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 [1]。液壓缸是液壓傳動(dòng)的執(zhí)行元件，它和主機(jī)工作機(jī)構(gòu)有直接的聯(lián)系，對(duì)于不同的機(jī)種和機(jī)構(gòu)，液壓缸具有不同的用途和工作要求。因此，在設(shè)計(jì)液壓缸之前，必須對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，編制工況圖，選定系統(tǒng)的工作壓力(詳見(jiàn)第三章)，然后根據(jù)使用要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本章只對(duì)抬升缸做上述設(shè)計(jì)計(jì)算。4.1 計(jì)算液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸主要有三個(gè)：缸筒內(nèi)徑 D、活塞桿外徑 d 和缸筒長(zhǎng)度 L。在上一章中已經(jīng)作過(guò)缸筒內(nèi)徑 D 及活塞桿外徑的計(jì)算，此處從略。缸筒內(nèi)徑 D—32㎜活塞桿外徑 d—20㎜（詳見(jiàn)第三章）4.1.1 缸筒長(zhǎng)度 L缸筒長(zhǎng)度由最大工作行程長(zhǎng)度加上各種結(jié)構(gòu)需要來(lái)確定，即：L=l+B+A+M+C （4-1）式中： l—活塞的最大工作行程；l=450㎜B—活塞寬度，一般為(0.6-1)D;取 B=1×32=32㎜A—活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度，取(0.6-1.5)D;取 A=1×32=32㎜M—活塞桿密封長(zhǎng)度，由密封方式定；C—其他長(zhǎng)度，取 C=30㎜故缸筒長(zhǎng)度為：L=32+30+450+32+13=555㎜4.1.2.最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱(chēng)為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H(如圖 4-1 所示)。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始撓本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）56度(間隙引起的撓度)增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。圖 4-1 油缸的導(dǎo)向長(zhǎng)度對(duì)于一般的液壓缸，其最小導(dǎo)向長(zhǎng)度應(yīng)滿足下式：H≥L/20+D/2 (4-2)式中： L—液壓缸最大工作行程(m);L=0.45mD—缸筒內(nèi)徑(m)，D=0.08m。故最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H≥38.5㎜4.2 液壓缸主要零部件設(shè)計(jì)4.2.1 缸筒4.2.1.1 缸筒結(jié)構(gòu)缸筒與缸頭的連接用螺紋連接，其特點(diǎn)是：徑向尺寸小，質(zhì)量小，使用廣泛。安裝時(shí)應(yīng)防止密封圈扭轉(zhuǎn)。圖 4-2 缸筒的外螺紋連接本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）574.2.1.2 缸筒材料一般要求有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)焊接的缸筒還要求有良好的焊接性能。故選用 30 鋼的無(wú)縫鋼管。4.2.1.3 對(duì)缸筒的要求1）有足夠的強(qiáng)度，能長(zhǎng)期承受最高工作壓力和短期動(dòng)態(tài)試驗(yàn)壓力而不致產(chǎn)生永久變形；2）有足夠的剛度，能承受活塞的側(cè)向力和安裝的反作用力而不致彎曲；3）內(nèi)表面與活塞密封件及導(dǎo)向環(huán)的摩擦力作用下，能長(zhǎng)期工作而摩擦少，尺寸公差等級(jí)和形位公差等級(jí)足以保證活塞密封件的密封性；4）需要焊接的缸筒還要求有良好的可焊性，以便再焊上法蘭或管接頭后不至于產(chǎn)生裂紋或過(guò)大的變形。 總之，缸筒是液壓缸的主要零件，它與缸蓋，缸底，油口等零件構(gòu)成密封的容腔，用以容納壓力油液，同時(shí)它還是活塞運(yùn)動(dòng)的“軌道” 。設(shè)計(jì)液壓缸缸筒時(shí)，應(yīng)該正確確定各部分尺寸，保證液壓缸有足夠的輸出力，運(yùn)動(dòng)速度和有效行程。同時(shí)必須具有一定的強(qiáng)度，能足以承受液壓力，負(fù)載力和意外的沖擊力，缸筒的內(nèi)表面應(yīng)具有合適的配合公差等級(jí)，以保證液壓缸的密封性，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和耐用性。4.2.1.4 缸筒計(jì)算1）缸筒外徑按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷 P212 表 19-6-12 缸筒厚度 δ 計(jì)算公式δ= δ0 + C1 + C2 (ｍ) (4-3)式中： δ0 —— 為缸筒材料強(qiáng)度要求的最小值 (ｍ)；C1 —— 缸筒外徑公差余量(ｍ)；C2 —— 腐蝕余量(ｍ)；經(jīng)分析 δ/D ≤ 0.08，可用薄壁缸筒的實(shí)用計(jì)算式：δ≥ Pmax×D/（2[б]） (m) (4-4)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）58式中：Pmax —— 缸筒內(nèi)最大工作壓力（Mpa） ； Pmax=1.06Mpa[б] —— 缸筒材料的許用應(yīng)力（ Mpa） ； [б] = бb/nбb —— 缸筒材料的抗拉強(qiáng)度（Mpa） ；бb=500 Mpan —— 安全系數(shù)，通常取 n = 5計(jì)算得：δ= 0.00424 (m)缸筒的外徑為 D1 =D＋2δ=42(mm)按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷 P214 表 19-6-13 活塞缸外徑尺寸系列取 D1 =50(mm)2）缸筒壁厚度驗(yàn)算對(duì)最終采用的缸筒厚度主要應(yīng)做兩方面的驗(yàn)算：①、額定工作壓力 Pn 應(yīng)低于一定的極限值，以保證工作安全：Pn ≤ 0.35бs (D12 – D02)/D12 （MPa ） (4-5)= 0.35×300×(0.0422 – 0.0322)/0.0422= 44 MPaбs —— 為缸筒材料的屈服強(qiáng)度（MPa ） ，бs=290 MPa由于 7MPa <44MPa 所以上述參數(shù)選擇合理②、額定工作壓力也應(yīng)與完全塑性變形有一定的比例范圍，以免塑性變形的發(fā)生：Pn ≤（0.35 ～ 0.42）PPL （MPa） (4-6)PPL —— 缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力δ=18%。PPL = 2.3δslog D1/ D0 = 81.5 MPaPn ≤（0.35 ～ 0.42）×81.5= (28.53 ～ 34.08) MPa本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）59由于 7MPa <(28.53 ～ 34.08) MPa，所以選擇參數(shù)合理。4.2.2 活塞經(jīng)以上計(jì)算活塞桿直徑 d=20㎜，缸筒內(nèi)徑 D=32㎜。故活塞與活塞桿加工為一體，材料為 45 鋼。在外徑套尼龍 6 的活塞套以增強(qiáng)耐磨性。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：圖 4.3 活塞的密封密封方式采用 Yx 形密封圈，使用壓力可達(dá) 32 Mpa，密封性能較好。桿外端，由于工作時(shí)軸線固定不動(dòng)，故采用小螺柱頭。圖 4.4 小螺柱頭4.2.3 活塞桿的導(dǎo)向套和密封活塞桿導(dǎo)向套裝載液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對(duì)活塞桿進(jìn)行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封，外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時(shí)把雜質(zhì)，灰塵及水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）60型式，有軸套式和端蓋式兩種。此處采用軸套式。圖 4.5 導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)其優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)向套一般安裝在密封圈與缸筒油腔之間，以利用缸內(nèi)的壓力油對(duì)導(dǎo)向套進(jìn)行潤(rùn)滑。4.2.4 緩沖裝置液壓缸一般都設(shè)置緩沖裝置，特別是對(duì)大型、高速或要求高的液壓缸，為了防止活塞在行程終點(diǎn)時(shí)和缸蓋相互撞擊，引起噪聲、沖擊，則必須設(shè)置緩沖裝置。緩沖裝置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時(shí)封住活塞和缸蓋之間的部分油液，強(qiáng)迫它從小孔或細(xì)縫中擠出，以產(chǎn)生很大的阻力，使工作部件受到制動(dòng)，逐漸減慢運(yùn)動(dòng)速度，達(dá)到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。圖 4.6 緩沖原理如圖 4.6 為恒節(jié)流面積緩沖裝置。當(dāng)緩沖柱塞進(jìn)入與其相配的缸蓋上的內(nèi)孔時(shí)，孔中的液壓油只能通過(guò)間隙 δ 排出，使活塞速度降低。由于配合間隙不變，故隨著活塞運(yùn)動(dòng)速度的降低，起緩沖作用。4.2.5 放氣裝置本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）61液壓缸在安裝過(guò)程中或長(zhǎng)時(shí)間停放重新工作時(shí)，液壓缸里和管道系統(tǒng)中會(huì)滲入空氣，為了防止執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行，噪聲和發(fā)熱等不正常現(xiàn)象，需把缸中和系統(tǒng)中的空氣排出。對(duì)于要求不高的液壓缸往往不設(shè)專(zhuān)門(mén)的排氣裝置，而是將油口置于缸體兩端的最高處，如圖 4-7，這樣也就能利用液流將空氣帶到油箱而排出，但對(duì)于穩(wěn)定性要求較高的液壓缸，常常在液壓缸的最高處設(shè)專(zhuān)門(mén)的排氣裝置如排氣閥、排氣塞等。圖 4-7（a） （b ）所示為排氣塞結(jié)構(gòu)圖。松開(kāi)螺釘即可排氣，將氣排完后擰緊螺釘液壓缸便可正常工作了。圖 4.7 放氣裝置4.2.6 油口油口包括油口孔和油口連接螺紋。油缸的進(jìn)，出油口均可布置在端蓋或缸筒上，此處布置在缸筒上。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四卷