毕业设计(论文)-液压剪切机设计(全套图纸)

发布时间:2020-06-08 14:14
 

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  摘要 剪切机是用于剪断金属材料的一种机械设备。在板带车间轧制线及其辅助作业线上,一般都配备有各种型式的剪切机,其中大多数是斜刀刃剪切机。近年来,随着液压传动的广泛应用,在现代化连轧板带车间里,愈来愈多地采用液压驱动的剪切机。 本文较为全面地介绍了用于电工钢退火机组的单层下切式液压剪在板带处理线上的运用情况,并且叙述了其结构选择与设计计算。 全文分为五部分,共十五节。第一部分为概述,介绍了液压剪在板带车间生产中的所起的作用、液压剪工作的特点和液压剪的基本构成;第二部分介绍了液压剪的工作原理、结构特点,以及各部件的工作运行情况;第三、四、五部分为液压剪设计计算部分,介绍了液压剪设计中剪切力能参数和重要零件的强度校核计算;第六部分单层下切式切头剪控制系统初步设计。 关键词:板带车间、斜刃剪切机、液压驱动、电工钢退火机组 全套图纸加153893706 Abstract Sheared machine is a machine used to cut metal materials equipment. Board workshop rolled in a line and its subsidiary operations line, generally equipped with various patterns of sheared plane, the majority of whom are leading blades sheared machine. In recent years, with hydraulic drive the wider use of modern machines in the workshop panels belt, a hydraulic-driven increasingly sheared machine. The more comprehensive presentation for the electrical steel anneal hydraulic single-level units to address the board cut in the use of line, and describes the structure and design of choice. The full text is divided into five parts, a total of 15 sections. The first part was outlined in the board introduced a hydraulic cutting workshop production of a role, hydraulic and hydraulic cutting off the features of the basic form; Part of the work on hydraulic cutting principles, structural characteristics, as well as the components of the work performance; 3, 4, 5 of the design calculations for hydraulic cutting part introduced a hydraulic power to cut design parameters and sheared important parts degree of intensity; Part VI is the first single-level, cutting-off control system preliminary design. Keyword: board belt workshop, leading blades sheared machines, hydraulic-driven, electrical steel anneal crew 摘要 I Abstract II 第一章 引言 1 1.1 课题的背景和意义 1 1.2 剪切机的发展及现状 1 1.2.1 剪切机的分类 1 1.2.2 国内研究现状 3 第二章 总体设计计算 5 2.1 现有剪切机结构原理及存在问题 5 2.2 设计要求 8 2.3 液压剪切机的总体设计 9 2.4 液压剪切机的主要参数计算 9 2.4.1 剪切力的计算 9 2.4.2 剪刃长度的确定 10 2.4.3 剪切次数的确定 11 第三章 剪切力能参数的计算 12 3.1 滑轨连杆式液压剪的受力分析 12 3.1.1 理论所需的剪切力 12 3.1.2 连杆初步设计 12 3.1.3 连杆滑轨初步布置设计 13 3.1.4 机构受力分析 14 3.2 带钢上的作用力 15 3.2.1 侧向推力 15 3.2.2 压板装置 16 第四章 液压缸和液压马达的设计计算 17 4.1 液压缸1 17 4.1.1 液压缸理论推力和拉力 17 4.1.2 液压缸的效率 18 4.1.3 活塞的线 液压缸设计 19 4.2 液压马达 23 第五章 重要零件工作能力的校核计算 24 5.1 实际剪切力计算 24 5.2 连杆设计校核 24 5.3 销轴 27 5.4 油缸叉头 30 5.5 滑轨导轨 31 总 结 32 参考文献 33 致 谢 34 第一章 引言 1.1 课题的背景和意义 剪切机是随着工业自动化进程的深入而得到越来越广泛的应用。近二十年来,国内的轧钢生产得到了长足的发展,由于市场对产品不断提出新的要求,生产厂对各种剪切机的要求也在不断的变化。 在钢板弹簧的生产工艺中,钢板剪切下料是关键工序之一,因此,下料机是其重要的板簧设备。过去的下料设备一般采用圆棒剪切机、机械鳄鱼剪床等,都是采用皮带轮、ag旗舰厅app。齿轮传动,噪音大,占地面积大,节拍固定,灵活性差。因此,需要开发一种新形式的液压剪床,以适应国内外市场的需求。 精密加工是现代机械加工发展的方向之一,它对毛坯的体积(重量)误差,断面形状及其他几何参数提出越来越高的要求,而现在的下料方法普遍存在能耗高、效率低、材料消耗大和下料质量差等问题。板料高速剪切机是一种新型的剪切下料设备,它采用液压系统驱动,实现高速剪切;板料高速剪切机的液压系统,是保证板料高速剪切机实现动作循环和决定其性能优劣的核心环节。板料高速剪切机要求液压系统工作可靠、响应灵敏度高,具有广阔的市场前景。因此,针对旧式剪切机的上述缺点,展开对液压系统剪切机的研究是符合市场需要的 1.2 剪切机的发展及现状 1.2.1 剪切机的分类 剪切机的种类很多。对剪切机的分类,从不同的角度出发,有不同的分法。按剪切方式可分为横剪和纵剪;按被剪切钢板的温度分为热剪和冷剪;按剪切机的驱动方式分为机械剪、液压剪和气动剪;按机架的形式分为开式剪和闭式剪;按剪切钢板的品种又分为钢坯剪切机、钢板剪切机、型钢剪切机和切管机等。通常,按剪切机的剪刃形状与配置等特点可分为平行刃剪切机(见图1.1)、斜刃剪切机(见图1.2)和圆盘剪切机(见图1.3)。下面按剪切机的剪刃形状的分类对三种结构分别进行介绍: 图1-1 平行刃剪切机 图1-2 斜刃剪切机 图1-3 圆盘剪切机 (1)平行刃剪切机 平行刃剪切机的两个剪刃是彼此平行的,它通常用来在热态下横向剪切方形及矩形断面的钢坯。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]。 第二章 总体设计计算 2.1 现有剪切机结构原理及存在问题 通过生产实践和科学实验证实:剪切过程是由压入变形和剪切滑移两个阶段组成,剪切过程的实质是金属塑性变形的过程。如图1.1所示,当上剪刃下移与钢板接触后,剪刃便开始压入钢板,由于P力在开始阶段比较小,在钢板剪切断面上产生的剪切力小于钢板本身的抗剪能力,因此钢板只能发生局部塑性变形,故这一阶段称为压入变形阶段。随着上剪刃下移量增加,钢板压入变形增大,力P也不断增加。当剪刃压入到一定深度,即力P增加到一定值时,钢板的局部压入变形阻力与剪切断面的剪切力达到相等,剪切过程处于由压入变形阶断过渡。 到剪切滑移阶段的临界状态。当剪切力大于钢板本身的抗剪能力时,钢板沿着剪切面产生相对滑移,开始了真正的剪切,这一阶段被称为剪切滑移阶段。在剪切滑移阶段,由于剪切断面不断变小,剪切应力也不断变小,直至钢板的整个断面被剪断为止,完成一个剪切过程。下面分析一下剪切过程中作用力的变化。为了便于分析,应该忽略剪刃与钢板之间的摩擦力、剪刃的间隙、钢板的重量以及其它因素。 由图2-1看出,当剪刃压入钢板后,上下剪刃对钢板的压力P形成一力偶Pa, 此力矩使钢板转动,但在钢板转动过程中,将遇到剪刃侧面的阻挡,即剪刃侧面给钢板以侧推力T,则上下剪刃的侧推力又构成另一力偶Tc,力图阻止钢板转动。随着刀片的逐渐压入,钢板转动角度不断增大,当转过一个角度Y后便停止转动,此时两个力矩平衡,即 图2-1剪切原理图 P·a=T·C (1-1) 假设在压入变形阶段,沿面积x和0.5Z(这里取钢板宽度为1)上的单位压力均匀分布且相等,则 (1-2) (1-3) 式中:z—剪刃压入钢板的深度。 由图2-1中的几何关系,得 (1-4) (1-5) 将式(1-3)、(1-4)、(1-5)代入式(1-1)中可得,剪切时,钢板的转角γ与剪刃压入深度z的关系 (1-6) 由式(1-6)知,剪刃的压入深度z越大,钢板转角了也越大,这会导致钢板剪切质量下降。并且钢板被剪断后,翘起的钢板端部会对设备产生冲击。由式(1-3)知,当钢板转角了增大时,侧推力T随之增大。这样,不仅使剪刃台与机架的滑道磨损加剧,而且当上下剪刃台的刚性较差时,还会改变剪刃的间隙,以致造成剪切困难。因此了角的增大对设备是很不利的。为了克服钢板在剪切过程中转动带来的缺点,一般剪切机都设置了专门的压板装置,其作用是给钢板一个压力Q,把钢板紧紧压在下剪刃台上,从而达到克服钢板转动的目的。在剪刃的压入变形阶段,钢板作用在剪刃的力为 (1-7) 由式(1-6)可得 ,则 (1-8) 设,则式(1-8)可改写为 (1-9) 式中: p——单位面积上的压力(N/mm2); b——钢板的宽度(mm); h——钢板的厚度(mm); £——相对切入深度(%)。 由上式可知,若认为剪刃压入阶段的单位压力P为常数,则总压力P随z值增加,即按一个抛物线增大,直到钢板开始沿整个剪切断面产生滑移时,P力达到最大值Pmxa。在剪切滑移阶段,剪切力P按下式计算: (1-10) 式中τ——被剪切钢板单位面积上的剪切抗力(N/mm2)。 从上述分析可得出,剪切过程中作用力及其变化规律:剪切力随着z的增加而变化,当剪切力P为最大值后,钢板开始产生滑移。剪切力P的值是同单位剪切抗力丁有关。单位剪切抗力丁并非常数,其数值大小和钢板材质、剪切温度、剪切速度、剪刃形状、剪刃间隙及相对切入深度等因素有关。单位剪切抗力T的确定有实验曲线法和理论计算法两种。以下对影响单位剪切抗力公的因素进行定性的描述: ①金属性质:金属材料的强度极限越高,则单位剪切抗力越大;塑性越低,对应于。 剪断时的相对切入深度越小,即金属断的越早。因此单位剪切抗力与金属的强度和塑性有关。 ②剪切温度:钢板剪切时的温度越高,单位剪切抗力越小,对应于剪断时相对切入深度则越大。 ③变形速度:热剪时,理论上变形速度与剪切速度成正比关系,单位剪切抗力随变形速度增加而增加;冷剪时,剪切速度对单位剪切抗力的影响很小,一般可不加以考虑。 ④剪刃侧向间隙:剪刃侧向间隙的大小,可以使剪切时的受力状况发生变化。当侧向间隙由零逐渐增大时,钢板的受力状况分别为压缩~剪切~弯曲状态,侧向间隙过小或过大都会使单位剪切抗力增加。因此,合理选择和保持剪刃侧向间隙的大小,对于正确使用剪切机是十分重要得。 ⑤刀钝半径:刀钝半径的大小,直接影响单位剪切抗力的大小。刀钝半径越大,刀就越不“快”,剪切抗力就越大。但在压入阶段剪切力的计算中,不考虑刀钝半径的影响是允许得。 ⑥剪切断面的宽高比b/h:当b/h小于1时,τ与b/h几乎无关;当b/h大于1时,τ值随b/h的增大而迅速增大。 除上述因素影响外,压板、剪刃与钢板的摩擦系数及剪刃的几何形状等因素,对单位剪切抗力也都有一定的影响,但这些因素相对来说影响很小,可以忽略不计。现有剪切机一般存在占地面积广、噪音大、节拍固定、灵活性差等问题,尚需解决。 2.2 设计要求 1.结构设计:在现有设备剪切原理的基础上,将电机、机械传动转化为液压传动,同时对相关的结构、油缸大小进行设计计算。 2.设计液压系统:根据所需剪切力、生产节拍优化液压系统,选择液压元件和电机等。 3.设计液压阀块。 4. 要求生产节拍最快每分钟30次。 2.3 液压剪切机的总体设计 液压剪切机的设计主要包括机架、摆臂、进料及剪切系统、主轴系统、靠板系统和油缸系统等六部分的设计。上述六部分结构是液压驱动式剪切机的主要组成部分,其结构性能是影响剪切机能否达到设计要求的重要因素。每部分设计主要牵涉机构关键部分受负载的分析状况,必须考虑到机构设计所要达到的要求这项重要因素。 2.4 液压剪切机的主要参数计算 2.4.1 剪切力的计算 斜刃剪板机的剪切力由三个部分组成: P=P1+P2+P3 (2-4) P1——纯剪切力; P2——钢板被剪掉部分的弯曲力,即被剪掉部分在剪切时对上刀片沿着钢板折边线作用产生的弯曲力; P3——钢板在剪切区域内的弯曲力,在此区域内由于上刀片的压力使金属形成局布变形弯曲。 经理论分析、计算后,纯剪切力用下式表达,斜刃剪总剪切力P由下是确定: P=P1(1 + Z + ) =0.6δσb{1 + Z + } 式中的第二项为分力P2,第三项为分力P3。 式中系数Z-系数,实验研究表明,此系数与钢板被剪掉部分的宽度d、钢板材料的延伸率δ以及刀片倾角α等因素有关,即Z=f()=f(λ),其变化规律如下图所示,系数的最大值为0.95; Y-刀片相对侧隙,即为刀片侧隙Δ与钢板厚度h的比值,Y=Δ/H,当h5毫米时取Δ0.07h;h=10-25毫米时,取Δ=0.5毫米。 X-压板相对距离,即为压板中心离下刀片侧边缘c,与钢板厚度h的比值,即:X=c/h。考虑到压板的作用,初步计算可取X=10。 图2-3系数z与函数λ的关系 图2-4压板与刀片间的位置关系 弹簧钢的材料性能参数如下: 表2-1 钢号 45 屈服强度/Mpa 355Mpa 抗拉强度/Mpa 800Mpa 延伸率 18% 断面收缩率 40% 选取剪切倾斜角α=1.25.度,则λ=dtanα/δh, 其中d=1200, h=2mm, 代入数据得λ=54.7。根据z-λ曲线,初步选定计算剪切力所需的参数: α=1.25.度,z=0.95,δ=18%,σb=800Mpa,h=2mm,Y=Δ/h=0.035,X=c/h=10 代入剪切力计算公式得P=34730N 2.4.2 剪刃长度的确定 剪刃尺寸包括剪刃长度、高度和宽度。这些尺寸主要根据所剪轧件的最大截面尺寸来选定。剪刃长度可按下述经验公式确定。对剪切小方坯的剪切机,考虑经常同时剪切几根轧件,取剪刃长度L为被轧件宽度的3~4倍,即 L=(3~4)Bmax (mm) 式中Bmax —被轧件最大宽度,mm。 对于剪切大、中型方坯的剪切机,剪刃长度L L=(2~2.5) Bmax (mm) 对剪切板坯的剪切机,取剪刃长度 L= Bmax +(100~300) (mm) 剪刃高度和宽度,可按下式确定 hˊ=(0.65~1.5)hmax (mm) b= hˊ∕(2.5~3) (mm) 式中 hˊ—剪刃断面高度,mm; hmax—被轧件最大高度,mm; 由以上可知,本课题中设计的剪切机主要用于板坯,故剪刃长度L=Bmax+(100-300)mm,而B=1200mm,取L=1400mm 剪刃高度hˊ=1.2×hmax=1.2×2=2.4mm 剪刃宽度b= hˊ /2.5=0.96mm 2.4.3 剪切次数的确定 根据生产要求,剪切机所要求达到的剪切次数确定为最快每分钟20次。 第三章 剪切力能参数的计算 3.1 滑轨连杆式液压剪的受力分析 3.1.1 理论所需的剪切力 理论剪切力Pˊ= 34730 N 3.1.2 连杆初步设计 初步设计连杆的形状和相关尺寸,如图3.1: 图3.1 连杆初步设计形状和尺寸(材料Q235-A) 3.1.3 连杆滑轨初步布置设计 连杆滑轨初步布置设计,根据下切式剪切机的功能实现需求和相关剪切机结构参考,以及机构示意图,连杆滑轨启动初步布置图如图3.2: 图3.2 连杆滑轨初步布置设计 由图3.2,得 (式3-1-1) 其中 L=274mm, =182mm 得 H 69.2mm 22.91mm 能实现板带的完全剪切和非剪切状态下岗钢带正常顺利的通过剪切机,以及方便观察整个剪切过程和剪切过程中异常现象的发现,以及对上下刀片的保护,免被钢带边缘划伤。 3.1.4 机构受力分析 根据机构示意图2.6,可以简化为如图3.3(a)、3.3(b)和3.3(c)简化机构进行机构受力分析。 连杆3除了在转动副A和转动副B处承受约束反力和以外,未受到其他载荷,因此连杆3是二力杆,约束反力和必定共线反向即=-,和的方向就确定下来了。由于构件组只受三力,根据三力汇交理论,可以确定的作用点。 图3.3 (a) 图3.3 (b) 图3.3 (c) ——理论剪切力; ——液压缸1提供的理论推力; 由, 其中,得 (3-1-2) (3-1-3) 如图3.3(c)所示,分析平衡杆件1,,同理,得 (3-1-4) (3-1-5) 3.2 带钢上的作用力 3.2.1 侧向推力 剪切时除了产生剪切力P之外,对刀刃还将产生侧向推力T(如图3.4),且有T= Ptgγ。T一般可按下列公式求出:(参看[2],P171) 无压板剪切时,γ≈10°~20°,则 图11 带钢上的作用力 T≈(0.18~0.36)P,kg (3-3-1) 有压板剪切时,γ≈5°~10°,则 T≈(0.09~0.18)P,kg (3-3-2) 根据所设计的下切式液压切头剪为无压板液压剪 ∴无压板液压剪,P=34730N, 则,其侧向推力 T≈(0.18~0.36)485.8kg=6251.4N~12502.8N 3.2.2 压板装置 剪切时为了避免板带尾部翘起,一般都设有压板装置。压板装置有弹簧式﹑液压式﹑气动-液压式和氯丁橡胶管膨胀式等。 压紧装置与剪刃动作联锁,比剪刃约提前2°~3°(对斜刀片剪切而言)压住被剪带钢。压板开始压住被剪切带钢而未被剪切时的初压力PC可取为 PC≈(0.05~0.07)P,kg 在此设计方案中未采用直接压板装置利用夹送辊传动和夹紧钢带的压紧,以及水平张力来是钢带尽可能的平直,而不会出现钢带偏移使剪切后的刚带切口不齐,即起到一定的矫直功能。 第四章 液压缸和液压马达的设计计算 4.1 液压缸1 4.1.1 液压缸理论推力和拉力 单杆活塞式液压缸的计算简图 图4.1 双作用单活塞杆液压缸计算简图 设P1为进口压力,P2为出口压力,参考[11]下册,表30-109 常用标准液压缸理论推理和拉力,则 1.无杆腔进油,有杆腔回油,液压缸的拉力为: (4-1-1) 当P2=0时的推力称为理论推力,用F1表示: (4-1-2) 2.有杆腔进油,无杆腔回油,液压缸的拉力为: (4-1-3) 由于 L1=182mm,参考[11]下策,表30-106 液压缸活塞行程系列(摘自GB 2349-1980),圆整后取液压缸的行程为 L=200mmm。 4.1.2 液压缸的效率 机械效率 其损失由相对运动副的摩擦造成,采用不同密封时机械效率有区别,通常取机械效率 = 0.9 。 容积效率 其损失由密封处泄露造成,通常取容积效率 = 0.98~1。装弹性密封圈时取=1,装活塞环时 =0.98。 总效率 (4-1-4) 4.1.3 活塞的线性速度 用ν表示 式中 q —— 进入液压缸的实际流量; A —— 液压缸的有效面积‘ 由于单杆活塞式液压腔有效面积不等,当压力油分别进入油压两腔时,活塞的线速度不等。 无杆腔进油,有杆腔回油时,如图4.1 (a)所示,则 (4-1-5) 有杆腔进油,无杆腔回油时,如图4.1 (b)所示,则 (4-1-6) 4.1.4 活塞的负载FL 活塞的负载包括工作负载,外摩擦负载,惯性负载等。 =++ (4-1-7) 液压缸的推力或拉力与的关系时: (4-1-8) 由(3-1-4),得 圆整,取(能实现剪切功能的最小力),能保证剪切功能的实现。 , = 0.9 4.1.5 液压缸设计 1.液压缸设计 则, 当时, (4-1-9) 或 (4-1-10) D值取最大值,圆整为标准值,参考[11]下册表30-104,取P1 = 10MPa,则 D = 100mm ,d = 70mm 则 , 参考[11],表30-112 液压缸中的背压力 系统类型 背压力(MPa) 回油路上有节流阀 0.2~0.5 回油路上有背压阀或调整阀 0.5~1.5 采用辅助泵补油的闭式回路 1.0~1.5 系统类型为回油路上有节流阀,背压力 P2 =0.4MPa 无杆腔进油,有杆腔回油时 实际工作压力 (4-1-11) 有杆腔进油,无杆腔回油时 实际工作压力 (4-1-12) 缸筒壁厚的计算 :对于低液压缸缸壁厚根据结构要求确定 取 则 参考[11],按 进行校核。 式中 —— 缸内最高工作压力; —— 缸筒材料许用应力,; —— 缸筒材料的抗拉强度; S —— 安全系数,通常取S = 5。 缸筒材料:45钢优质碳素结构钢的无缝钢管 参考[4]第一卷,表3-1-7,则 45钢 = ,则 缸筒壁厚强度满足要求。 缸筒底部厚度的计算: 缸筒底部为平面时,其厚度可按照四周嵌住的圆盘强度公式近似计算 取 2.活塞杆设计 根据液压缸的支撑形式,LB=367mm450mm=10d,须考虑活塞杆弯曲稳定性,活塞杆所受轴力通过起轴线,可按下式校核:参考[11]P2361式 30-32 图4.2活塞杆结构示意图(材料45钢,热处理调质) 可见液压杆满足设计要求。 3.导向环 导向环安装在活塞的外圆沟槽内或活塞杆导向套内圆的沟槽内,以保持活塞与钢桶或活塞杆与导向套的同轴度,并利用以承受活塞或活塞杆的侧向力。导向套一般用低摩擦系数的材料制成,如聚四氟乙烯和细纤维增强酚醛树脂掺石墨。导向环结构多采用浮动型,用聚四氟乙烯等制成带,装载活塞外圆或活塞杆导向套内圈的沟槽里,侧向保持有间隙。 4.活塞杆的导向和密封 在液压缸有杆侧的端盖内,装有导向结构和密封装置,在密封装置外侧,常装有防尘圈以防止灰尘和杂物进入液压缸。导向结构有两种:端盖式和插件式。此液压缸设计采用端盖式。 5.液压缸油口尺寸 液压缸油口尺寸可参考[11]下册,表30-120进行选取,此设计选油口尺寸为22X1.5。 6.液压缸的耳环和销轴 参考[11]下册表30-121 不带衬套和到衬套耳环尺寸 及表30-123 销轴型安装尺寸,进行选取设计。详细见图纸XQ850-16液压缸1。 液压缸2,3参考液压缸1进行设计选则,详见总装图XQ850。 4.2 液压马达 夹送辊采用液压马达传动方式,为平辊,辊身规格:850mmXφ150mm,衬氯丁橡胶,主要起到夹送板带的作用,不需要太大的力。根据入出口段,工艺段,则 夹送辊的转速为: 液压马达和剪切机机架上固定的夹送辊同轴连接,则其转速和夹送辊是相等的,参考[11]下册P2340表30-91 MFB轻型柱塞马达的技术参数,选取型号为MFBQA20*柱塞式液压马达,其相关参数如下表: 型号 排量mL/r 最高工作压力MPa 最高转速r/min 最低转速 n 最大输出转距N.m 容积效率 重量 MFB45 94.5 20.7 2200 100 271 0.90 33Kg 第五章 重要零件工作能力的校核计算 5.1 实际剪切力计算 由4.1.4的液压缸的负载为 输出力: 由3.1.5机构受力分析,则实际剪切力满足剪切所需力的大小要求。 同时, 5.2 连杆设计校核 连杆位于下刀架下部,连接下刀架和滑轨的。连杆主要承受拉﹑压力,故在其截面上必承受拉﹑压应力,同时还要考虑连杆与和它联结件的挤压应力。另一方面,从整体上考虑,连杆也是压杆,因此,又要考虑起压杆稳定性校核的问题。 为了保证整理设计的稳定性,连杆总共有四个,两个为一组用销连接在一起,在连杆和下刀架、滑轨之间都环行垫圈隔开,其间涂有润滑脂,减少因滑轨滑动带动连杆转动引起的各组件之间的摩擦。 a .抗拉(压)强度校核 由式(3-1-2)可得: 连杆所受总拉(压)力为: ∴ 每根连杆所受拉(压)力为: 而连杆受拉(压)截面面积A1 =10020 = 2000 mm2 (如图5.1所示) ∴ 连杆所受拉(压)应力σ2 = / A1 =≈ 6.73N/mm2= 6.73 MPa 钢Q235-A许用拉(压)应力,,取,则 (参考[6]上册P20及[12](第三版)P18) 此应力σ2 = 6.73 MPa比Q235-A许用拉(压)应力[σ]=94 MPa小,可见拉杆满足拉(压)强度要求。 图5.1连杆结构图(材质为Q235-A的钢板) b.两端销孔处抗挤压强度校核 挤压面上传递的力 P3 ==13461.62N 由图5.1可知: 挤压面积 Abs3 =(100-50)20 = 1000 mm2 ∴ 挤压应力σbs3= P3/ Abs3 =13.46 N/mm2= 13.46 MPa 此应力σbs3 =11.0 MPa比Q235-A许用拉(压)应力[σ]=94 MPa小,可见拉杆满足挤压强度要求。 c.压杆的稳定校核(参看[6],下册“压杆稳定”一章 ) 对于Q235-A钢,弹性模量E= 206 GPa, σP=200 MPa , σs=235 MPa直线 MPa 于是 λP=λ1=≈100 λs=λ2==≈61.6 连杆在摆动平面内可简化为两端铰支压杆,则μa=1,计算简图如图5.2a所示; 图5.2 连杆的压杆稳定 而在垂直于摆动平面的平面内,两端可简化为固定端,则μb= ,计算简图如图5.2b所示。 c1 .如图5.2a,此时的截面惯性矩Ia=ia2bh=hb3 ∴截面惯性半径ia=≈28.87 mm ∴柔度λa= c2 .如图5.2b,此时的截面惯性矩I=ib2bh=bh3 ∴截面惯性半径ib=≈5.77 mm ∴柔度λb=λa=9.49 故压杆的稳定校核按图5.2b进行。 而λb=19.41λs=61.6 ∴连杆临界应力σcr=σs= 235 MPa ∴连杆受压而稳定的临界压力Pcr=σcrbh=235106(2010010-6) =470000 N 由5.2 a可知,连杆所受最大压力为Pmax==10956.3 N ∴PmaxPcr , 则连杆在受压时是稳定的。 5.3 销轴 位于下刀架和连杆中间以及滑轨和连杆之间的销轴作为联接件,主要承受剪应力及挤压应力。剪切应力大小与销轴截面所受剪力及截面尺寸相关,而所考查联接的销轴所受剪力及截面尺寸均相同,故校核剪应力时以一例说明。 a1.剪应力校核 图5.3销轴(材质:35) 受剪面m-m上剪力Qm-m== 13461.62 N 而受剪面m-m面积为Am-m=π/4=3.1450/4 =1962.5 mm2 ∴受剪面m-m上切应力=Qm-m/ Am-m=≈6.77 N/mm2=6.77 MPa 此切应力比35钢许用切应力[τ]=25 MPa小,销轴满足抗剪强度要求。 a2 . 滑轨和连杆联接的销轴校核 挤压面上传递的力为:P4==13461.62 N 挤压面(接触面的直径平面)面积为Abs4=2550 = 1250 mm2 ∴ 挤压应力σbs4= P4/ Abs4 ==10.77N/mm2≈10.77 MPa 而对于35钢,安全系数ns=1.2~2.5,取为ns=2.5,则35钢许用拉(压)应力 [σ]===126 Mpa〈参看[6],P40〉 此应力σbs4 =10.77 MPa比35钢许用拉(压)应力[σ]=126 MPa小,可见拉杆满足挤压强度要求。 a3 . 销轴与下刀架的挤压强度校核 挤压面上传递的力为:P5=2=26923.24N 挤压面(接触面的直径平面)面积为Abs5=(70-1.6)50 =3420 mm2(由轴套一尺寸得,如图5.4) ∴ 挤压应力σbs5 = P5/ Abs5 =7.87N/mm2= 7.87 MPa 图5.4 轴套 此应力σbs5 =6.41MPa远比35钢许用拉(压)应力[σ]=126 MPa小,可见拉杆满足挤压强度要求。 b. 联接油缸叉头1与滑轨导轨副1的销轴(销轴如图5.4) 图5.4销轴(材质:35) b1 .剪切强度校核 受剪面n-n上剪力Qn-n=F1/2 = 38890/2=19445N 而受剪面n-n面积为An-n=π/4=3.1450/4=1962.5 mm2 ∴受剪面n-n上切应力=Qn-n/ An-n=9.91N/mm2= 9.91 MPa 此切应力比35钢许用切应力[τ]=25 MPa小,可见此处销轴满足抗剪强度要求。 b2 . 油缸叉头与销轴间的挤压强度校核 挤压面上传递的力为:P6= F1=38890 N 挤压面(接触面的直径平面)面积为Abs6=(40-4)50 =1800 mm2(由油缸叉头尺寸得,如图18) ∴ 挤压应力σbs6 = P6/ Abs6 =21.61N/mm2= 21.61 MPa 此应力σbs6 =21.61 MPa比35钢许用拉(压)应力[σ]=126 MPa小,可见,拉杆满足挤压强度要求。 b3. 拉杆叉头与销轴间的挤压强度校核 挤压面上传递的力为:P7= F1/2=19945N 挤压面(接触面的直径平面)面积为Abs7=(29-2)50 =1350 mm2(由拉杆叉头尺寸得,如图5.6 导轨副1示意图) ∴ 挤压应力σbs7 = P7/ Abs7 =14.41N/mm2= 14.41 MPa 此应力σbs7 =14.41 MPa比35钢许用拉(压)应力[σ]=126 MPa小,可见拉杆满足挤压强度要求。 5.4 油缸叉头 图5.5油缸叉头(材质:35) (图5.5所示,油缸叉头主要承受挤压应力)挤压面上传递的力为: P8= P6= F1=38890 N 挤压面(接触面的直径平面)面积为Abs8=(90-50)40 =1600mm2 ∴ 挤压应力σbs8= P8/ Abs8 =24.41N/mm2= 24.41 MPa 此应力σbs8 =24.41MPa比35钢许用拉(压)应力[σ]=126 MPa小,可见拉杆满足挤压强度要求。 5.5 滑轨导轨 a .抗拉(压)强度校核 由以上受力分析可知:拉杆所受拉(正压)力为:F1=38890 N 而拉杆受拉(压)截面面积A1=13320.38 mm ∴ 拉杆所受拉(压)应力σ==2.92N/mm2=2.92 MPa 而对于Q235-A,安全系数ns=1.2~2.5,取为ns=2.5,则Q235-A许用拉(压)应力 [σ]===94 MPa(参看[6],上册P40及[5] P15) 此应力σ=2.92 MPa远比Q235-A许用拉(压)应力[σ]=94 MPa小,可见拉杆满足拉(压)强度要求。 b.右端叉头及销孔处抗挤压强度校核 b.右端叉头处 挤压面上传递的力 P1= F1/2 = 19445 N 由图5.6可知: 挤压面积Abs1 =(90-50)29 =1160 mm2 ∴ 挤压应力σbs1 = P1/Abs1=16.67 N/mm2=16.67 MPa 此应力σbs1 =16.67 MPa比Q235-A许用拉(压)应力[σ]=94 MPa小,可见拉杆满足挤压强度要求。 b.销孔处 挤压面上传递的力 P2 = F1=38890 N 由图5.6可知: 挤压面积Abs2 = 9715.76 mm2 ∴ 挤压应力σbs2= P2/ Abs2 =4.1 N/mm2 =4.1 MPa 此应力σbs2 =4.1 MPa比Q235-A许用拉(压)应力[σ]=94 MPa小,可见拉杆满足挤压强度要求。 由于夹送辊在带钢剪切过程中起到的只是夹送带钢的作用,而基本不受载荷,强度可不校核。 总 结 经过两个多月的毕业设计,现已完成单层下切式液压切头剪设计任务。通过此次毕业设计,我基本掌握了用于硅钢退火机组的单层液压切头剪在板带处理线上的运用情况,及其结构选择与零件的设计。 此次毕业设计在钟老师的指导和安排下,有计划的顺利进行。在开始毕业设计之初,我通过查阅资料对剪切机有了初步的认识,后通过老师的进一步指导,对剪切机有了较为全面的了解。清楚了剪切机的重要部件和设计中应该注意的重点。 在题目和条件定好后,我开始着手剪切机的设计。我先做了剪切机的重要部件的设计和草图绘制,再通过三维软件solidoworks2005进行实体的绘制和设计,再三维设计过程中发现问题和改进方案,使重要部件的尺寸和装配关系更加的合理。 我的基本设计思路:通过三维造型和相关commos进行力学分析,整体性的把握单层下切式液压切头剪的构造和运行情况,能较好地完成剪切功能,并保证其经济性;光有机械结构和液压传动的设备并不完善,现在企业的设备的多讲求自动化,进行自动化控制,初步设计其控制系统。 回首这两个多月,我从不熟悉到熟悉,我觉得自己学到了不少东西,同时也明白要想成为一名合格的设计人员,光有本专业地理论知识是远远不够的,需要较为全面地知识体系,才能设计出优质的产品和让客户满意的产品,这就需要我在以后工作实践中继续总结经验和教训,汲取新知识和新思维,再结合自己的理论知识作出改进和创新,方能作出好的设计。通过这次设计,我更多地体会到工程设计的实质性东西,对我们以后不管从事什么样的工作都起到积极的作用。 本次毕业设计的顺利完成离不开钟老师的精心安排和认真指导,通过这次毕业设计,给即将踏入社会的我莫大的帮助,在此我表示衷心的感谢。 参考文献 [1] 邹家祥 主编,轧钢机械,冶金工业出版社,1980 [2] 邹家祥 主编,冶金机械设计理论,冶金工业出版社,1998 [3] 板带车间机械设备设计(下册),冶金工业出版社,1984 [4] 成大先 主编,机械设计手册,化学工业出版社,2002 [5] 刘鸿文 主编,材料力学(第三版),高等教育出版社,1991 [6] 李应强 主编,冶金生产工艺及设备,冶金工业出版社,1998 [7] 邱宣怀 主编,机械设计(第四版),高等教育出版社,1996 [8] 唐增宝 何永然 刘安俊主编,机械设计课程设计(第二版),华中科技大 学出版社,1995 [9] 李九岭 著,带钢连续热镀锌(第二版),冶金工业出版社,2001 [10] 王海文 主编,轧钢机械设计,机械工业出版社,1983.6 [11] 成大先 主编,机械设计手册,机械工业出版社,2002.1 [12] 武汉大学 大连理工大学 河海大学 合编,水工钢结构(第三版),中国水利水电出版社,1995.6 致 谢 本次毕业设计是在钟老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成,钟老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。孙老师不仅在学业上给我以精心指导,同时还在思想给我以鼓舞,在此谨向孙老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 还要感谢的是我的同学和朋友们,他们经常为我的设计提出各种意见和建议,虽然大家设计方面的经验并不充分,但这份友情、这份真诚已成为我大学最后生活的一笔宝贵的财富。 最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学,以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。 摘 要 I Abstract 武汉科技大学本科毕业设计 34 武汉科技大学本科毕业设计 武汉科技大学本科毕业设计 武汉科技大学本科毕业设计

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