（机械电子工程专业论文）复合传动剪板机驱动装置研究与设计.pdf

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o r i e n t e d ，l a r g es h e a r si sb o u n dt or e s u l ti ns t r u c t u r a lc o m p l e x i t yo fm a n u f a c t u r i n g ， m a n u f a c t u r i n gd i f f i c u l t y ，i m p r o v et h em a n u f a c t u r i n gc o s t s f o rt h ea b o v e - m e n t i o n e ds h o r t c o m i n g so ft h ee x i s t i n gs h e a r s ，t h ea r t i c l es t u d i e s s h e a r sd r i v et e c h n o l o g y m a i n l yf o rt h ef o l l o w i n gt a s k s ： ( 1 ) s y n c h r o n i z a t i o nh y d r a u l i cs h e a r sa n dh y d r a u l i cc i r c u i ta n a l y s i s ，d e s i g n ，b yf o r c e d r i v e sb a s e do nt h el e v e r a g eo ft h er o d l e s sh y d r a u l i cc y l i n d e r t o g g l e ，t h ed r i v et h em o r e t r a d i t i o n a l s i m p l eh y d r a u l i cd r i v eu n i t ，i nt h e s a m es y s t e mp r e s s u r ec a ns i g n i f i c a n t l y r e d u c et h ed i a m e t e ro ft h eh y d r a u l i cc y l i n d e r ，w h i c hc a nu s eas m a l l e rf l o wo ft h e h y d r a u l i cp u m p a n das m a l l e rv o l u m eo ft h et a n k ( 2 ) p n e u m a t i cs h e a r sp n e u m a t i cs h e a r sd e s i g n e dg a s - l i q u i db yf o r c eh y d r a u l i c s y n c h r o n i z a t i o n , a n dp n e u m a t i c h y d r a u l i cs y n c h r o n i z a t i o no ft w oe l b o wl e v e rb yf o r c e p n e u m a t i cs h e a r s ，m a k i n gc u t t i n gw i d t hc a n a l s ob eu s e dt h eo c c a s i o n s t u d ya n dd e s i g no ! 璺! ! 堑塑y a c h i 舱c o m p o s i t et r a n s m i s s i o nd e v i c e a b s t r a c t p r o e s o f t w a r e ，a n a l y s i sa n dm o v e m e n to ft h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，d y n a m i c s s i m u l a t i o n ，a n dd e r i v e dt h ef o r m u l ao fr e f e r e n c ef o rt h ee n g i n e e r i n gs e c t o r , c h a r t sa n d c u r ，e s ( 5 ) as u m m a r yo ft h er e s e a r c hp r o c e s s ，s h e a r st r e n d si nt e c h n o l o g yo u t l o o k k e y w o r d s ：s h e a r i n gm a c h i n e ；h y d r a u l i cs y n c h r o n i z a t i o nl o o p ；c o m p o s i t et r a n s m i s s i o n ；f o r c e a m p l i f i e r ；g a s q i q u i db o o s t e r ；t w o - t i sc n cs y s t e m w r i t t e n b y ：z h o n gy i b o s u p e r v i s e db y ：g uj u nz h o n gk a n g m i n 1 i i 目录 第一章绪论l 1 1 剪板机概述l 1 2 剪板机分类2 1 3 剪板机的技术参数2 1 4 剪板机刀片运动形式4 1 5 剪板机的发展现状5 1 6 复合传动和增力技术简介6 1 6 1 复合传动简介6 1 6 2 增力技术简介7 1 7 本课题研究的意义及内容8 1 7 1 本课题研究的意义8 1 7 2 本课题研究的内容8 第二章液压瓠械增力复合传动剪板机9 2 1 双缸同步液压剪板机9 2 1 1 工作原理9 2 1 2 油路补偿措施：。1 0 2 2 杠杆一肘杆增力液压同步剪板机构1 2 2 2 1 工作原理。1 4 2 2 2 力学性能分析1 4 2 2 3 典型计算1 6 2 3 本章小结1 7 第三章气动瓠械增力与气一液增压复合传动剪板机1 8 3 1 气动一二级肘杆增力复合传动传统剪板机1 8 3 1 1 工作原理1 8 3 1 2 力学性能分析2 0 3 2 单缸双活塞杠杆增力气动虮械复合传动剪板机2 l 3 3 气动一二级肘杆增力一液压同步复合传动剪板机2 3 3 3 1 工作原理2 3 3 3 。2 力学性能分析2 4 3 4 气液增压液压同步复合传动剪板机2 5 3 4 1 工作原理。2 5 3 4 2 力学性能分析。2 6 3 5 本章小结2 7 第四章伺服电机驱动的电觏械增力复合传动剪板机2 8 4 1 数控剪板机2 8 4 1 1 数控技术概述2 8 4 1 2 数控剪板机概述2 9 4 2 基于丝杠- 时杆增力的剪板机。2 9 4 3 基于齿轮一同步齿形带增力的剪板机3 l 4 4 基于曲柄琏杆埘杆增力机构的软同步数控剪板机3 3 4 5 直线伺服电机驱动的剪板机3 4 4 5 1 直线电机概述3 4 4 5 2 直线电机驱动的二级肘杆剪板机3 5 4 6 本章小结3 7 第五章机构仿真和机构特性分析3 8 5 1 利用m a t l a b 进行机构运动学分析3 8 5 2 进行机构动力学学分析4 2 5 3 基于p r o e n g i n e e r 的机构仿真4 9 5 3 1p r o e n g i n e e r 简介4 9 5 3 2p r o e n g i n e e r 零件图及其组件装配5 0 5 3 3 对剪板机机构进行机构仿真5l 第六章总结与展望5 8 6 1 总结一5 8 6 2 展望5 9 参考文献6 0 附录6 4 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文6 9 j i 炙谢7 0 复合传动翦板机驱动装置研究j 设计第一市绪论 第一章绪论 1 1 剪板机概述 剪板机属于直线剪切锻压机械，在轧钢、汽车、飞机、船舶、电气仪表、锅炉和 压力容器等工业部门中，都有剪板机设备的身影，如图卜l 即为液压摆式剪板机的外 观图。剪板机主要用于金属板材较多的工业部门中，经常需要根据尺寸要求对板材进 行切断加工，是各工业部门使用最广泛的材料剪断设备。主要用于剪裁各种尺寸金属 板材的直线边缘【l 】。普通剪板机一般由机身、传动装置、刀架、压料器、挡料架、托 料装置、电器控制装置等部分组成。剪板机主传动系统主要有液压传动、气动和机械 传动，一般液压传动用的比较多。小规格的机械传动剪板机，由于行程次数比较高、 使用维护简单、易于掌握及其运转情况等原因，国内外的一些厂家依然还是在使用。 蘸-柚遗 j掌懑 图卜l 液压摆式剪板机 第一章绪论复合传动剪板机驱动装置研究与设计 1 2 剪板机分类 剪板机主要有以下几种： ( 1 ) 平刃剪板机 这种剪板机的特点是剪切质量比较好，扭曲变形较小，通常用机械传动，常用于 小型剪切场合。 ( 2 ) 斜刃剪板机 此类剪板机分闸式和摆式两种。闸式剪板机较摆式剪板机剪切质量好，但是摆式 剪板机能耗较小，大型剪板机中常用这种结构。摆式剪板机分直剪式和直斜两用式， 后者主要用于剪切3 0 0 焊接坡口。主要是液压传动和机械传动两种。 ( 3 ) 多用途剪板机 这种剪板机也分两种，即板料剪切折弯机和板材型材剪切机，前者可以完成两种 工艺，机器下半部分进行板料剪切，上半部分进行折弯处理。后者是在剪板机的上下 刀架上，一边装有剪切板材的刀片，另一边装有剪切型材的刀片。 ( 4 ) 专用剪板机 多配合其他设备使用，完成特殊用途，如斜刃剪板机、钢结构生产线剪板机、冷 弯成型线剪板机等等。 ( 5 ) 数控剪板机 数控剪板机多在普通闸式剪扳机或者摆式剪板机的机体上，在后挡料上装有快速 自动定位系统，采用交流伺服电动机驱动和滚珠丝杠传动的变速驱动装置，这样就保 证了挡料尺寸的精度，提高了生产效率。数控剪板机的控制系统采用剪板机的专用数 空操作系统，编程简单，性能稳定可靠，功能齐全而且操作方便。 1 3 剪板机的技术参数 剪板机的的型号是根据锻压机械型号编制方法中的规定制定，其主要参数是 以剪板厚板宽来表示，表( 1 一1 ) 即为剪板机的基本技术参数。目前市场上剪板机 品类繁多，但是根据国家标准，剪板机的主要参数主要是以下几种： ( 1 ) 可剪板厚度 2 复合传动蓟板机驱动装置研究j 设计第一章绪论 表l - l剪板机基本技术参数1 1 i 可剪板厚t r a m可剪板宽b m m额定剪切角口行稃次斯( j ! r m i n ) 空运转满负荷 l 1 0 0 0 ，1 2 5 0 l o1 0 04 0 2 512 5 0 ，16 0 0 ，2 0 0 0 ，2l o6 5 3 0 5 0 0 ，3 2 0 0 4 2 0 0 0 ，2 5 0 0 ，3 2 0 0 ，4 1 0 3 0 6 02 2 0 0 0 6 2 0 0 0 ，3 2 0 0 ，4 0 0 0 ，6 1 0 3 0 5 01 8 3 0 0 8 2 0 0 0 ，3 2 0 0 ，4 0 0 0 ，5 1 0 3 0 5 01 4 0 0 0 ，6 3 0 0 1 0 2 0 0 0 ，3 2 0 0 ，4 0 0 0 , 5 2 04 51 2 0 0 0 ，6 3 0 0 1 2 2 0 0 0 。3 2 0 0 ，4 0 0 0 ， 2 04 01 0 5 0 0 0 ，6 3 0 0 1 6 2 0 0 0 ，2 5 0 0 ，3 2 0 0 ，4 2 0 3 0 3 08 0 0 0 ，5 0 0 0 ，6 3 0 0 2 0 2 0 0 0 ，2 5 0 0 ，3 2 0 0 ，4 2 0 3 0 ，2 0 6 0 0 0 ，5 0 0 0 ，6 3 0 0 2 5 2 0 0 0 ，2 5 0 0 ，3 2 0 0 , 4 3 02 0 5 0 0 0 ，5 0 0 0 ，6 3 0 0 3 2 2 0 0 0 ，2 5 0 0 ，3 2 0 0 ，4 3 0 3 0 ，1 5 4 0 0 0 ，5 0 0 0 ，6 3 0 0 4 0 2 5 0 0 ，3 2 0 0 ，4 0 0 0 3 0 3 0 1 5 3 注：( 1 ) 板材选川t r bs 4 5 0 m p a ； ( 2 ) 喉口深度一般应选用0 、1 0 0 、3 0 0 、5 0 0 r a m 。 3 第一章绪论复合传动剪板机驱动装置研究与议计 剪板机的可剪板厚度从i m m - - 4 0 m m 不等，近些年来随着科学技术的发展和剪板 工艺的提高以及从设备的利用率和经济性考虑，多数剪板机的剪板厚度为2 5 r a m 或 3 2 r a m 。 ( 2 ) 可剪板宽度 剪板机的可剪宽度从l ( x x ) m m 到6 0 0 0 r a m 不等，但是剪板宽度6 0 0 0 r a m 比较常 见，国外也有的剪板机可达n 9 0 0 0 m m 甚至1 0 0 0 0 m m 的剪板机。 ( 3 ) 喉口深度 剪板机喉口深度指机床油缸侧向中心线到立柱喉口内壁的距离。目前使用深喉口 剪板机剪切长条料的方法已经不多见，因为喉口深度影响着机器的重量，所以现在的 剪板机都趋向于采用较小喉口深度。 ( 4 ) 剪切角度 剪板机的上剪刀对下剪刀倾斜角度称为剪切角。剪板机一般都采用较小的剪切角 度，主要是为了减小剪切板材的弯曲和扭曲，但是这样的话会使剪切力有所增大，对 受力的零部件强度、刚度也会有所影响，但会提高剪切质量。 ( 5 ) 行程次数 对机械传动小型剪板机，一般每分钟可达5 0 次以上。液压传动的剪板机，可从 液压系统和控制系统的方面考虑，根据剪板宽度自动调节行程长度，提高行程次数。 而数控剪板机中，机械传动的次数可达6 f f ：j z r a i n ，液压摆式最高也可达2 欲m i i l 。 1 4 剪板机刀片运动形式 甜m (1 几 弋 ln i u u n 一i 1 d 、 ( a ) f b l l 般材；2 - 压料器；3 - t 刀片：4 上刀片；5 后挡料架 图l - 2 剪板机刀片运动原理图 4 ( c ) 复合传动蓟板机驱动装簧研究j 设计第一章绪论 剪板机的刀片运动形式主要有以下几种( 图1 - 2 ) ： ( 1 ) 上刀片在垂直平面内上下运动( 图1 - 2 a ) ； ( 2 ) 上刀片在倾斜平面内上下运动( 图1 - 2 b ) ： ( 3 ) 上刀片沿圆弧面摆动( 图卜2 c ) ； 上刀片在垂直平面内上下运动的结构形式比较多。上刀片前倾式运动是在垂直平 面运动基础上做些改进，有利于提高剪切质量。在现在的相当多的剪板机中，主要是 液压和机械传动剪板机中，都有向第三种( 图1 - 2 c ) 的发展趋势，即刀架沿着一圆弧 面运动摆式剪板机。这种机构没有了类似闸式剪板机等装有的导向系统机构，所以就 省去了导向的加工维护。刀片的间隙调节利用了刀架摆动支点处的偏心轴来实现，结 构简单，调节方便。上刀架两端的同步运动可借助刀架本身的较强刚度来实现，在液 压系统中省去了相应的控制位置，由于摆式剪板机的上刀片沿圆弧面运动，因此剪切 时刀刃口能自动离开板的边缘，减小了刀刃的磨损。 1 5 剪板机的发展现状 随着社会对生产效率和剪切质量的要求越来越高，对剪板机的要求也越来越高。 现在的剪板机主要向自动化专业化方向发展。发展数控技术，进而发展数控剪板机械 是提高剪切技术水平的关键。数控机床的发展向两端扩展，即一端是发展高技术、高 功能的数控剪板机产品，另一端是发展简易、廉价的数控剪板机机床及兼有手动与功 能的手动型数控剪板机机床，以满足出产中多层次的要求b i - 4 1 。 近些年来，数控技术广泛应用于机床工业领域，中国的数控剪板机、数控折弯机 也已有长足的发展。自1 9 8 6 年l o 月第一台数控折弯机w 6 7 y - 1 6 0k 3 2 0 0 由天水锻 压机床厂研发成功以来，我国的锻压剪切技术有了长足的发展，我国在数控折弯、数 控剪断技术发展代表性较成熟的单位有济南锻压铸造机械研究所、上海冲剪机床厂和 黄石锻压机床厂。国外的锻压剪切技术发展比较早，也较为成熟，越来越趋向于数控 技术( c n c ) 、分布式数控技术( d n c ) 和柔性自动化( f m s ) 。此项技术发展比较成 熟的国家有德国、瑞士、意大利以及日本等国。早在上世纪9 0 年代，意大利s a l v g i n i 公司的c 2 型直角剪板机，自动通过编程并优化排料，将大型毛坯剪成矩形板状，或 者与冲模回转压力机配套，将冲剪完的大张板材分割成小工件。该公司的$ 4 + p 4 型 大型板材成形、冲孔、剪切及四边折弯，更是集冲孔、剪切机、四边折弯机加上自动 5 第一章绪论复合传动剪板机驱动装置研究j 设计 送料装置组成板材焊接柔性制造、四边折弯、剪切、冲孔系纠5 】于一身。 近年来，美国的维德曼公司开和同本的天田公司相继开发了一种新型剪板机，这 种剪板机是数控装置，应用在板材成形柔性制造系统。这种数控剪板机与现有的剪板 机的区别是有两个互相垂直的刀刃。因此可以对板料进行直角剪切，这对排样后从大 张板料上套裁矩形板件十分有用，如在普通剪板机上，必须先要把板料送到剪板机刀 刃进行横切，然后再将板料旋转9 0 0 在此送进去进行竖向剪切工作，耗时耗力，不易 于提高劳动强度。这种数控直角剪板机主要由机身、工作台和控制系统等组成。与普 通剪板机相比具有以下优点： ( 1 ) 明显减少了工序，提高了设备利用率，减小了劳动强度，提高了工作效率； ( 2 ) 因为是数控操作，所以提高了板料的剪切精度，可以获取最小的角度偏差； ( 3 ) 提高了材料的利用率，使材料损失可减小到5 。1 0 ； ( 4 ) 易于实现板材加工的流水作业和自动化，减小所需剪切设备的数量和占地面积。 现在柔性制造系统( f l e x i b l em a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 已经在锻压设备上有了较多的 应用。f m s 主要是指由数台数控机床，用一套自动化的物料储运系统连接起来，由 计算机系统进行综合管理和控制，协调机床加工系统与物料储运系统的功能，以适应 多种小批量生产的柔性的高效率加工。现在已经将剪板机和冲压机已经锻造机组成一 个f m s 系统。我国的主要有济南铸锻机械研究所研制成功了国内的一条f m s 系统， 另外江苏扬州的金方圆数控机床公司也生产了一种能够规模生产数控冲床、数控折弯 机和数控剪板机，以及济南捷迈数控公司、扬州杨力集团等都有生产这种f m s 系统。 国外的主要有日本天田公司、意大利萨瓦尼尼( s a l v a g n i n i ) 公司和德国通快( t r o m p 0 也 生产此种系统。 1 6 复合传动和增力技术简介 1 6 1 复合传动简介 复合传动是工程上一种比较常见的传动形式，但是关于复合传动的定义到目前为 止尚无一个统一的定义。简单的理解复合传动就是采用不同动力源共同为一个工作系 统供能，称为复合传动。具体的来讲就是，就是为了适应某种工程目标，考虑到在人、 机环境相互协调的基础上，将现有的各种传动机构或元件，扬长避短，优势互补，有 6 复合传动卿板机驱动装置研究j 设计第一章绪论 机结合，合理匹配，以求机器的最优创新设计6 h 剐。在流体传动与控制领域内常常采 用气液复合传动、机液复合传动、电液复合传动或机电复合传动等等。 复合传动主要有气一液复合传动、机械一液压复合传动和气动一机械复合传动等 9 1 t 15 1 ，比如柏青、钟康民在2 0 0 6 年提出了一种采用肘杆连接的气一液增压装置【1 6 1 。 该装置采用了主被动活塞并联结构，能够有效地避免串联式装置的气液两相容易混合 的问题，技术性能较为完善，在输出力大小一定的条件下，能够显著地减少系统的压 力和体积。当然，还有很多复合传动的类型，比如机械一电气复合传动、机一电一液 复合传动等等类型，在实际工程应用中，可以根据要实现的传动类型进行有机组合、 合理匹配，选择最优的复合传动方案。 1 6 2 增力技术简介 在剪板机机构中，我们采用增力技术可以使机构有比较好的力学性能，采用多级 增力装置可以得到比较理想的输出力。比如在伺服电机功率一定的情况下可以使输出 力得等较为明显的提高。而且使用增力装置不仅可以得到较大的输出力，而且可以合 理布局机构，简化整体系统，从而减小机构所占空间。 增力机构与装置在原理上分主要有角度、长度和面积效应装置三大类，在剪板机 中，常采用肘杆、杠杆、齿轮、气液增压装置等机构与装置。比如肘杆一杠杆增力机 构，肘杆一齿轮增力机构等等7 1 - 1 拍1 。 通常采用增力系数f 这一概念来衡量增力机构的增力能力，它是增力机构与装置 的重要指标。增力系数是指输出力c 与输入力e 的比值，它反映了机构的增力效益， 值越大说明增力效益越高。一般来讲，使用增力机构时，均采用串联组合式，所以， 增力系数在计算时为各增力机构与装置的乘积，即i 。= i l f ：f 3 。使用增力技术的出发 点就是创新，晶体管的发明者肖克莱说：“所谓创造，就是把以前的发明组合起来 。 因此从某种意义上说不管是新产品的设计还是旧产品的改进，都是一种发明与创新。 所以说，采用增力技术将基本的增力机构与装置进行串联组合设计出的新机构就是创 新的应用【2 7 1 。 7 第一章绪论复合传动剪板机驱动装置研究与设计 1 7 本课题研究的意义及内容 1 7 1 本课题研究的意义 随着工业自动化程度的逐渐发展，对产品质量的要求也越来越高，因此对剪板机 的性能及其要求也越来越高，另外，社会也提倡节约型社会，这就要求在能够完成剪 切质量的前提下，能够使用最小的能耗和投入来完成等同工作量，增加投入产出比。 目前市场上剪板机品种越来越多，规格越来越全，自动化程度也越来越高，对剪板机 来说，主要是发展数控剪板机，还有就是发展一些适用于小型加工场所的剪板机。 本课题分析剪板机的动力部分、执行部分，分析和找出可以改进和提高的地方。 使用复合传动思想和美学对称理念【冽【捌，使用伺服电机、气压传动和液压传动技术， 并结合增力装置设计出一些典型剪板机，并对相关机构进行了力学性能分析。 1 7 2 本课题研究的内容 本文运用复合传动的思想对剪板机的驱动装置进行研究和改进，比如将伺服电机 和气压驱动等与增力机构进行结合。本课题主要对液压剪板机、气动剪板机和数控剪 板机的驱动部分作了研究和设计工作。具体研究内容如下： ( 1 ) 对液压剪板机液压同步回路进行了分析，设计了基于无杆液压缸的杠杆一 肘杆增力驱动装置，该驱动装置较传统的单纯液压驱动装置，在同样的系统压力时， 能够显著减小液压缸的直径，从而可以采用较小流量的液压泵和较小容积的油箱： ( 2 ) 设计了气液增力液压同步的气动剪板机，以及气动一二级肘杆增力液压同 步的气动剪板机，使得气动剪板机也能够用于剪切宽度较大的场合： ( 3 ) 设计了以伺服电机为动力源的机械增力数控剪板机驱动装置，介绍了几种 剪板机驱动装置： ( 4 ) 对所设计的剪板机中采用的杠杆埘杆、二级肘杆、曲柄连杆埘杆等增力 机构，运用m a t l a b 和p r o e 等工程软件，进行了力学性能分析和运动学、动力学 仿真，导出了可供工程界参考的公式、图表和曲线等。 8 复合传动翦板机驱动装置研究j 设计第二章液爪机械增力复合传动翦板机 第二章液压瓠械增力复合传动剪板机 液压传动和机械传动是工程机械领域中比较常用的传动类型，液压传动在许多领 域是机械传动所不可取代的。液压传动能实现低速大吨位运动，采用适当的节流技术 可使机构运动的速度十分均匀稳定，使用伺服、仿形、调速等部件可使运动件的执行 精度到达很高，液压传动的各部分间是管道连接，因此其布局具有的灵活性很大，但 是其体积质量比要比机械传动较小，因此可以组成比较复杂的系统。另外其传动方向 和速度也可以很容易的控制m 】，因此液压可以说是工程机械的灵魂。 液压传动的一个比较重要的优点是输出力比较大，所以在机床、矿山机械、冶金 机械、建筑机械、起重机械等领域均有涉及。液压系统在同等的体积下，液压装置能 够比电气装置产生更大的动力。根据相关资料，液压泵和液压马达单位功率的重量只 有电动机的1 1 0 ，液压泵和液压马达可小至o 0 0 2 5 n w ，而同等功率的电动机却只有 0 0 3 n w 1 3 i 】，而尺寸前者约为后者的1 2 一1 3 。因此液压系统可以更容易产生更大的 传输力比较大，因此被许多液压领域所使用。 液压系统中油压的大小取决于外载荷的大小，因此，提高液压系统的外载荷即提 高输出液压缸的输出力。但是在实际工程中，如果存在过高的系统压力，会导致液压 泵、阀等液压元件的价格及密封系统的成本急剧上升，会提高产品的成本。因此，需 要用到复合传动思想，即机械传动和液压传动复合传动，需要设计一些增力机构来弥 补这些缺陷。再有一点就是对液压缸等系统进行一个有效的改进和优化。 2 1 双缸同步液压剪板机 2 1 1 工作原理 如图2 1 所示为经典剪板机液压双缸并联同步示意图。右缸无杆腔面积和左缸的 有杆腔面积相等。当电动机启动后，液压泵就丌始向系统供油，其中一条油路通向溢 流阀和压力表，另一条通过单向阀和电液换向阀流回油箱。当转换换向阀使其处于左 位时，油液进入压料油缸，压紧工件。当达到一定压力后，直控顺序阀打开，此时， 电磁阀溢流阀7 也已经打开，液压油进入左缸上腔，推动活塞下移，同时液压油经串 9 第二章液压一机械增力复合传动剪板机 复合传动剪板机驱动装置研究与设计 联管路进入油缸，两缸同步运动，同时带动刀架剪切工件。当两缸的下腔达到一定压 力后，通过直控平衡阀回油箱。当剪切完工件后，切换电液换向阀，液压油经直控平 衡阀内的单向阀进入两剪切缸的下腔，电磁溢流阀7 断电，两剪切缸上腔液压油和压 料油缸的液压油返回油箱，同时也带动刀架上移，回到原始位置。电液阀断电，控制 油路不通，液动阀芯复位，开始准备下一个行程。 固 7 6 5 4 12 3 雹 1 1 镒流阀；2 液压泵；3 - 单向阀；4 压力表；5 - 压料油缸：6 直控顺序阀；7 电磁 溢流阀：8 - 液压缸：9 埴控平衡阀；l o - 电液换向阀；1 1 - 油箱。 图2 一l 双缸同步液压剪板机 2 1 2 油路补偿措施 在图2 一l 同步回路中，采用的是串联油缸同步回路，两个油缸的有效工作面积必 须相等。这种回路比较简单，能够适应比较大的偏载。理论上这种回路是同步的，但 1 0 复合传动贸板机驱动装置研究j 设计第二章液j 卡机械增力复合传动嬲板机 是由于在液压缸制造上的一些误差，油液的泄漏等因素的影响，会影响其同步性，所 以必须使用一些补偿措施【3 2 】。如图2 - 2 为一种带单向阀的补偿回路【3 3 l - i 3 5 1 。a 、b 处的 点划线是活塞到达油缸的最低位置。其补偿原理是：当换向阀接入左位时，此时左缸 通入液压油，左缸的活塞下降。假若左缸的活塞先下降到底( 左缸缸筒上的油孔a 经历了由最初位于活塞下部、被活塞遮住、最后在活塞上部露出三阶段) 。假若此时 右缸活塞还没有到达底部，从油泵进入左缸活塞上腔的液压油经油孔a 和单向阀。 可流向缸2 的上腔，推动缸2 的活塞到底，误差即被消除。假若缸2 的活塞先到底( 缸 2 缸筒上的油孔b 也经历了由开始处于活塞下部、到被活塞遮住、到最后在活塞上部 露出三个阶段) ，缸l 下腔的油经缸2 上腔、油孔b 、单向阀流回油箱，缸1 的活塞 也可继续下降运动到底，误差同样能被消除。 4 a 卜电磁换向阀；2 - i t t 流阀：3 掖压泵：4 - i t t l 箱；5 - 剪切油缸；6 - 单向阀；7 上刀架。 图2 - 2 采用单向阀同步同路 5 翟 7 如图2 - 3 所示，采用了限位丌关和电磁换向阀液压进行同步补偿的凹路。同样， 左缸有杆腔而积和右缸的无杆腔面积相等。在工作时，如果左缸先到达底部时，则限 位丌关a 就打丌，使电磁换向阀c 励磁，向左缸下腔、右缸上腔补油，使两个缸问 步运动。如果右缸先到达底部，则限位丌关b 就打丌，使电磁换向阀d 励磁，向右 l i 第二章液压机械增力复合传动剪板机复合传动剪板机驱动装置研究1 j 设汁 缸上腔放油同时向左缸上腔放出油液，使两个缸同步运动完成工作行程。 当然了，还可以采用比例泵和位移传感器来进行同步调整。即两个剪切缸独立的 设置一个比例泵和位移传感器，根据两个缸的位移反馈信号来随时调整油液，使双缸 保持同步运动。这种补偿方式精度较高，受干扰较小，但是价格比较昂贵。 1 2 3 4 5 6 、 l |1 l i 蔼 l i i i j r 口尸 r 媾 l o r 瑶1 、 f l 上上 卜一r 訇ii 、 l j f ) ti l l - 剪切油缸：2 - + 向阀：3 电液换向阀：4 褴流阀；5 掖压泵；6 舶箱；a 、b 报位开 关；c 、d 砘磁换向阀。 图2 - 3 采用电磁换向阀同步阀补偿回路 2 2 杠杆一肘杆增力液压同步剪板机构 目前的液压剪板机中，驱动部分加上肘杆机构等增力机构的还是很少，在生产过 程中，需要尽可能的要提高生产效率。在剪板机上，就要考虑怎么样才能提高剪板效 率，例如，如果想用较小的驱动液压缸，来达到较大的剪切力，这就需要加上增力机 构等。 1 2 复合传动翦板机驱动裟置研究1 j 设计 第二章液胝机械增力复合传动翦板机 图2 - 4 杠杆埘杆增力剪板机驱动装置 图2 - 5 杠杆- 肘杆增力剪板机驱动装置：_ ：f _ = 作完成图 1 3 滑块1 无杆液压缸 杠杆 肘杆1 肘杆2 滑块2 刀架 第一二章液压机械增力复合传动剪板机 复合传动兑板机驱动装置研究与设计 2 2 1 工作原理 如图2 - 4 所示为杠杆一肘杆剪板机，此剪板机由无杆液压缸蚓1 4 3 1 、杠杆机构和 肘杆机构等组成，其中杠杆机构和肘杆机构组成了二次增力系统。本例中采用无杆液 压缸的一个突出优点是两个缸的有效面积完全一样，因此不需要再设计同步回路补偿 措施。根据对称美学思想，将机构做成对称状，而且摩擦还减小，这样使整个系统看 起来更具美观，也不失其机械价值。 其工作原理是，当换向阀在图示位置时，向无杆液压缸供油，左侧的活塞向右运 动，此时油液也同步进入右侧无杆活塞缸( 同步原理不再叙述) ，分别推动杠杆机构 运动，此时进行第一次力放大作用，与此同时，肘杆机构的压力角口逐渐变小，而 慢慢变大( 图2 - 5 所示) ，此时增力系统进行了二次力放大，此后带动刀架运动剪切 工件。当切换换向阀时，向右侧无杆活塞缸供油，油液返回油箱，杠杆、肘杆机构返 回原位，完成一个工作过程。可以看出，该剪板机机构采用了杠杆一肘杆二级增力机 构，使其呈对称分布，不仅使得整个机构美观，而且相对于非对称型机构，提高了力 传递效率，延长了这些构件的寿命。 在这个机构中，使用了无杆活塞缸，由于无杆活塞缸作用在两个移动方向上的力 是相等的，不仅简化了结构，对于力和运动的输出也多了一个选择，这样提供了一种 新的设计剪板机驱动装置的思路和方法。 2 2 2 力学性能分析 下面来分析图2 _ 4 、2 - 5 剪板机的力学性能。此系统由液压缸、杠杆机构和肘杆 机构组成。此剪板机的增力机构的理想增力系数f t ( 不考虑摩擦损失) 为： = 赤 q 钔 实际增力系数f d ( 考虑摩擦损失) 为： 则剪板机的剪切力瓦为： i p2 去刁 q 彩 c = 南加2 p 刀眦 q 剐 复合传动刿极l | 【驱动欲冒研究设计第一二章液骶- 机械增力复合传动剪板机 式中f l 一杠杆的动力臂长度( 如图2 _ 4 所示) ： f ：一杠杆的阻力臂长度( 如图2 _ 4 所示) ： 口一肘杆机构的压力角( 如图2 _ 4 所示) ； 一肘杆