液压剪切机设计

1、1 绪 论剪切机类型、特点以及选型:对轧件进行切头，切尾或剪切成规定尺寸的机械称为剪切机。根据剪切机刀片的形状，配置以及剪切的方式等特点，剪切机可以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三种。按驱动力来分，可以分为电动和液压两类剪切机。平行刀片剪切机是两个刀片彼此平行。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。斜刀片剪切机是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，其倾斜角度为16。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

2、。圆盘式剪切机是两个刀片均成圆盘状。用来纵向剪切运动中的钢板的边，或将钢板剪成窄条。一般均布置在连续式钢板轧机的纵切机组的作业线上。飞剪机是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。 2液压剪切机的设计计算设计参数：剪切机型式： 油压小车移动式被剪钢坯断面尺寸： 180180 mmmm 165225 mmmm代表钢种： Q235-A 27SiMn剪切温度： 750拉坯速度： 2m/min剪切小车及横移辊道重量： 17.8T钢坯定尺长度： 2.5m2.1剪切机结构参数的确定2.1.1刀片行程

3、刀片计算公式： H=h+f+q1+q2+s （2-1）式中：H刀片行程（指刀片的最大行程）； h被切钢坯的断面高度，这里取h=180mm； f是为了保证钢坯有一些翘头时，仍能通过剪切机的必要储备，通常5075，这里取 60； q1 为了避免上刀片受钢坯冲撞，而使压板低于上刀的距离，q1=550mm,取q1=20mm; s 上下刀片的重叠量，取 s=520mm,这里取s=10； q2下刀低于辊道表面的距离，q2=520 mm,这里取q2=20；故有：H=180+60+20+20+20=300mm 图2-1 平行刀片剪切机刀片行程1-上刀；2-下刀；3-轧件；4-压板2.1.2 刀片尺寸的确定刀刃

4、长度:因为所设计的方坯剪切机，且属于中型剪切机（P=2.58.0），所以剪刃长度按如下公式计算： L=（22.5）bmax （2-2）式中： L刀刃长度，mm； bmax被切钢坯横断面的最大宽度，mm；取bmax=225mm；则:L=（22.5）bmax =（22.5）225=450562.5 mm，取L=500 mm。刀片断面高度及宽度 : h=(0.651.5)h （2-3） b=h/(2.53) （2-4）式中：h刀片断面高度，mm； h 被切钢坯断面高度，mm； b刀片断面高度，mm；由钢坯断面尺寸: 180180 mmmm 165225 mmmm则：h=(0.651.5)h =(0.

5、651.5) 180=117270mm,取h=210mm b= h/(2.53)=7084mm;取b=70mm最后根据表8-2（轧钢机械（第三版）P259）剪切刀片的尺寸最后确定为： bh=70210800由（表8-2）确定的热钢坯剪切机基本参数。如下表： 表2-1热轧剪切机基本参数最大剪切力MN刀片行程mm刀刃长度刀片断面尺寸理论空行程次数次/min6.33003007021012162.1.3剪切机理论空行程次数剪切机的每分钟理论空行程次数代表了剪切机的生产率。理论空行程次数的提高受到电动机功率和剪切机结构形式的限制。理论剪切次数是指每分钟内剪刃能够不间断的上下运动的周期次数。因此，实际剪

6、切次数小于理论空行程次数。依据设计要求和轧钢机械（第三版）P259 表8-2，选择理论空行程次数为：1216次/min。2.2 剪切机能力参数计算2.2.1 剪切过程分析轧件的整个剪切过程可氛围两个阶段，即刀片压入金属与金属滑移。压入阶段作用在轧件的力，如图2-2所示。图2-2 轧件的剪切过程当刀片压入金属时，上下刀片对轧件的作用力P组成力矩Pa，此力矩是轧件沿图方向转动，而上下刀片侧面对轧件的作用力T组成的力矩Tc 将力图阻止轧件的转动，随着刀片的逐渐压入，轧件转动角度不断增大，当转过一个角度后便停止转动，此时力矩平衡，即Pa=Tc。轧件停止转动后，刀片压入达到一定深度时，为克服了剪切面上金

7、属的剪切阻力，此时，剪切过程由压入阶段过渡到滑移阶段，金属沿剪切面开始滑移，直到剪断为止。2.2.2平行刀片剪切机的剪切力与剪切功剪切公称能力的确定:剪切机的力能参数包括剪切力和电机功率。剪切力是剪切机的主要参数，驱动剪切机的电机功率及剪切机主要零件尺寸的确定，完全使用或充分发挥剪切机的能力都与剪切力有关。在设计剪切机时，首先要根据所剪轧件最大断面尺寸来确定剪切机公称能力，它是根据计算的最大剪切力并参照有关标准和资料来确定的。3液压传动系统的设计与计算液压系统是液压机械的一个组成部分，液压系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压

8、传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。3.1液压系统的设计步骤与设计要求3.1.1设计要求设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分的设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。（1）剪体结构比较简单，最大的剪切力受工作液体压力限制，且要能够保证不致过载和损坏。（2）液压剪切机工作循环：上刀下降，锁紧小车右移下刀上升，剪切钢坯下刀下降（快退）上刀升起小车左移（快退）。（3）剪切运动要平稳，为使机构具有所要求的精确运动，需要依靠上下刀台的平稳和附加的约束来获得，这均需由液压系统来控制。3.1

9、.2设计参数剪切机型式： 油压小车移动式被剪钢坯断面尺寸： 180180 mmmm 165225 mmmm代表钢种： Q235-A 27SiMn剪切温度： 750拉坯速度： 2m/min剪切小车及横移辊道重量： 17.8T钢坯定尺长度： 2.5m3.2进行工况分析，确定液压系统的主要参数3.2.1液压缸的载荷计算如图3-1表示一个液压缸简图。各有关系数标注图上，其中FW是作用在活塞杆上的外部载荷，Fm是活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力。作用在活塞杆上的外载荷包括工作载荷Fg导轨的摩擦力Ff由于速度变化而产生的惯性力Fa。 图3-1 液压缸受力情况 （1）剪切缸的载荷力工矿分析：剪切缸

10、运动分为启动、工进、快退三个动作循环。当剪切缸启动时，液压缸负载只有下刀台本身的重力， Fw=G=4100N 式中： G下刀台重量； 工进时，活塞杆承受剪切力，其外载荷是剪切力及下刀台自重。 Fw=Pmax+G=5.35106+41005.35106N；快退时,工作负载主要是下刀台本身重力，其值为负。 Fw=-G=-4100N。（2）横移缸的载荷力：横移缸在启动过程中，其外载荷主要是小车和横移辊道对导轨的摩擦力。 Fw=sG （3-1）式中：s静摩擦系数，s=0.15；由表3-1查。 G小车及剪体总重，N； 表3-1摩擦系数导轨类型导轨材料运动状态摩擦系数滑动导轨铸铁对铸铁启动时：低速（）高速

11、（）0.150.200.10.120.050.08滚动导轨铸铁对滚柱（珠）淬火钢导轨对滚柱0.0050.02静压导轨铸铁0.005 G=G1+G2+G3；式中：G1小车及横移辊道重量，G1=17800N； G2钢坯重量，G2=7239N； G3剪体重量，G3=40000N； G=G1+G2+G3=N；外载荷： Fw=sG=33786N；小车右移时，横移缸外载荷为小车钢坯、剪体、横移辊道的重力和剪切力对导轨产生的摩擦阻力，即车轮踏面在轨道上的滚动摩擦阻力和车轮轴承的摩擦阻力。 摩擦阻力矩： Mn=(G+G4)(KDc/d/2) （3-2）式中：G辊道车，剪体，钢坯总重，G=N； G4剪切力，G4

12、=5.35； K滚动摩擦系数，K=0.01； 车轮轴承摩擦系数，=0.004； Dc车轮外径，Dc=250mm； d轴承内径，d=70mm； 故： Mn=（+5.36）（0.05250/2+0.00370/2） =7.76N/mm外载荷： Fw=7.76/125=62080N （3-3） 小车左移时，小车受剪体及横移辊道的重力对导轨产生的摩擦阻力，即车轮踏面在轨道上的滚动摩擦阻力和车轮轴承的摩擦阻力。 摩擦阻力矩： Mn =（G1 +G3）（KDc/2+d/2） =（+40000）（0.01250/2+0.00470/2） =N/mm；外载荷： Fw=/125=2424.2N。（3）抬升缸的负

13、载力抬升缸在抬升和下降过程均只受上刀台及其相连机构的自重相对于轴心向下的转矩.其最大转矩为： T=GSm=78000.18=1404Nm （3-4）式中： G上刀台及其相连机构自重，G=7800N； Sm上刀台重心到轴心距离，约为Sm=0.18m；故上刀台下降时，抬升缸抬升，其外载荷： Fw=3265N； （3-5）同理，上刀台上升时，抬升缸下降，其外载荷： Fw=-=-=-3265N；各液压缸的外载荷力计算结果列于表3-1由公式活塞上载荷力： F= （3-6）式中：液压缸的机械效率，一般取0.900.95，这里取=0.95；求得相应的作用于活塞上的载荷力，并列于表3-2。 表3-2各液压缸载

14、荷力液压缸名称工况液压缸外载荷Fw/N活塞上载荷力F/N剪切缸启动41004316工进5.351065.63106快退-4100-4316横移缸启动3378635564右移6208065342左移24242552抬升缸下降32653437上升-3265-34373.2.2初选系统的工作压力压力的选择要根据载荷的大小和设备的类型来定，还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济，反之，压力选得太高，对泵、缸、阀等元件的材质、密封、制造精度也要

15、求很高，必须要提高设备成本。一般来说，对于固定的尺寸不太受限制的设备，压力可以选的低一些。具体选择可参考下表3-3和表3-4。 表3-3 按载荷选择工作压力载荷（KN）50工作压力（MP）0.811.522.5334455500T液压剪切机属中型剪切机，其剪切缸最大载荷达5.63MN。剪切系统为高压系统，依据上述表格初步确定系统工作压力为21MPa。横移缸最大负载65347N，抬升缸3437N，均为低压系统。初步确定系统工作压力为6.3Mpa。（参考文献机械设计手册单行本液压传动与控制表32及表33）（参考文献机械设计手册表19-6-3）3.2.3 计算液压缸的主要结构尺寸 （1）剪切缸剪切缸

16、最大载荷时，为剪切缸剪切工作状态，其载荷力为F=5.63106N参考文献机械设计手册。缸筒内径： （3-7）式中：D缸筒内径 F最大载荷力，F=5.63106N；活塞杆径比，依据下表选=0.7； P1供油压力，取21MPa； P2回油背压，依据下表选P2=1MPa； 表3-5 按工作压力选取径比参考表工作压力（MPa）5.05.07.07.0径比0.50.550.620.700.7 表3-6执行元件背压力选择参考表系统类型背压力简单系统或轻载节流调速系统0.20.5回油路带调速阀的系统0.40.6回油路设置有背压阀的系统0.51.5用补油泵的闭式回路0.81.5回油路较复杂的工程机械1.23回

17、油路较复杂，且直接回油箱可忽略不记本表摘自机械设计手册单行本液压传动与控制表23.4-5及23.4-4故有： 取D=600mm活塞杆直径：d=0.7D=420mm ，取标准值:d=500mm 则液压缸有效面积： （3-8） （3-9）液压缸行程 L=H=300；式中： H刀片行程,H=300；活塞杆强度校核： （3-10）式中：Fmax活塞杆所受的最大载荷，Fmax =5.63106； d活塞杆直径，d=420mm。 所以有： 活塞杆材料为碳钢故 =100120MPa； 因为 所以强度符合，校核完毕。(2)横移缸当横移缸右移时，在其启动时负载最大，F=65347N，此时,横移缸受拉 由上述的公

18、式可得下式： （3-11）式中： 活塞杆的径比，=0.65； 供油压力，=6.3MPa； 回油背压，=0.5MPa。则： 由文献机械设计手册取标准内径：D=160mm，所以活塞杆直径为d=0.65D=104mm ； 取标准值:d=110mm；则液压缸有效面积： 活塞杆强度校核： 所以强度符合要求，校核完毕。(3)抬升缸当抬升缸抬升时，其负载F=3628N，此时，活塞杆受压 式中： 活塞杆的径比，=0.65； 供油压力，=6.3MPa； 回油背压，=0.5MPa。则： 0.027m =27由文献机械设计手册，取标准内径 ; D=32mm，活塞杆直径为d=0.65D=19.8mm ； 取标准值 d

19、=20。则液压缸有效面积： 活塞杆强度校核 ： 所以强度符合要求，校核完毕。3.2.4计算各工况所需时间及速度剪切钢坯工作循环周期 T=1.25min式中：2.5m钢坯定尺长度； 2m/min拉坯速度；故剪切工作全过程应在1.25min之内完成。由钢坯接触定尺装置触球为剪切周期开始，横移缸，抬升缸开始动作，抬升缸抵达指定位置后剪切缸动作，剪断钢坯即剪切缸触发行程开关上触点，为剪切缸，抬升缸，横移缸反向行程开始时间。待各缸全部退回，剪切一周期结束，等待下一周期开始，依次循环。由小车行程约800mm，即0.8m，得 t=0.4min=24s即在t=24s时剪断钢坯。（1）抬升缸：抬升缸抬升即上刀台

20、下降时间约取t1=5s； v1=5.4m/min抬升缸下降即上刀台上升时间约取t2=3s； v2=9m/min式中： L=450m=0.45，液压缸行程。（2）剪切缸：抬升缸自锁后，剪切缸即开始动作。工进时间： t3=t-t1=19s工进速度： v3=0.95m/min快退时间： t4=6s快退速度： v4=1.8m/min(3)横移缸：右移时间： t5=24s右移速度： v5=2m/min左移时间： t6=6s左移速度： v6=8m/min式中：L小车行程。3.2.5计算液压执行元件实际所需流量根据已经确定的液压缸的结构尺寸，可以计算出各个执行元件在各个工作阶段的实际所需流量。 表3-7 各

21、工况所需流量工况执行元件名称运动速度v/m/min结构参数A/mm2流量Q/L/min计算公式上刀下降抬升缸5.48044.3Q=A1v小车启动横移缸0105980Q=A2v小车右移横移缸21059821.2Q=A2v下刀上升剪切缸0.95268.0Q=A1v下刀下降剪切缸1.886350155.0Q=A2v上刀上升抬升缸94904.4Q=A2v小车左移横移缸820096160.7Q=A1v3.2.6计算液压执行元件的实际工作压力由于液压系统工作时回油路安装有背压阀，所以系统的实际工作压力需要将其考虑进去，如下表所示为各个缸的实际工作压力。 表3-8各工况工作压力工况执行元件名称负载F/N背压

22、力P2MPa结构参数mm2工作压力P1/MPa计算公式A1A2上刀下降抬升缸34370.58044904.58 小车启动横移缸35564020096105981.77小车右移横移缸653470.520096105983.51下刀上升剪切缸5.6310608635020.0下刀下降剪切缸-43160.5863500.95上刀上升抬升缸-362818044901.63小车左移横移缸25520.520096105981.183.2.7拟定液压系统工况图 图3-1各缸位移时间图 图3-2 各缸速度时间图图3-3各液压缸的压力循环图3.3制定液压系统基本方案和拟定液压系统图制定基本方案：剪切机动力组件的

23、作用是将原动机的机械能转化为液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。在本套系统中采用一个定量泵和一个变量泵供油。执行组件（如液压缸和液压马达）的作用是将液体的压力能转化为机械能，驱动负载做直线往复运动。小方坯液压剪切机主要采用三个执行组件，剪切缸、上刀台抬升缸和辊道小车横移缸，对于单纯且简单的直线运动机构可以采用液压缸直接驱动，由剪切机的特点决定，可采用单活塞杆液压缸，其有效工作面积大，双向不对称，往返不对称的直线运动。剪切机控制组件（即各种液压阀）在液压系统中控制和调节液体的压力、流量、和方向。根据控制功能的不同，其液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制

24、阀又可分为溢流阀（安全阀）、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流阀、集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。系统中将用到大部分常见的控制组件，实现系统的最优化。拟定液压执行组件运动控制回路（1） 剪切缸基本回路的确定 1）容积节流调速回路容积节流调速回路一般用变量泵供油，用流量控制阀调节调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与所需油量相适应。液压缸慢进速度由变量泵调节，以减少功率损耗和系统发热；快退时由调速阀调节。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但结构较复杂。因剪切

25、缸回程时，所受负载为负，故调速阀装在回程回油路上。 2）压力控制方案剪切缸在剪断钢坯时剪切力突然消失，使活塞由于惯性突然前冲，引起液压冲击，故在液压缸端部安装蓄能器，吸收多余能量，减少液压冲击，实现缓冲。此回路用变量泵供油，故在回路中设置安全阀起安全保护作用,为减小回路中液压冲击。图3-4剪切缸基本回路（2）抬升缸基本回路确定双液控单向阀锁紧回路：由于上刀台在剪切时承受极大的载荷，为了在极大冲击下仍具有较好的剪切效果，上刀台必须具有高的位置精度，采用双液控单向阀锁紧回路。它能在液压缸不工作时使活塞迅速平稳、可靠且长时间地被锁紧，不为向上的剪切力所移动。当液压缸上腔不进油时液控单向阀关闭，液压缸

26、下腔不能回油，活塞被锁紧不能下落。但由于液控单向阀有一定泄露，因此，锁紧时间不能太长。但因抬升缸所需锁紧时间仅为19s。故满足要求。图3-5抬升缸基本回路（3） 横移缸基本回路的确定为实现同步剪切运动，必须使小车移动速度与钢坯运动速度相等，这就需要用速度传感器将钢坯的运动速度与横移缸的运动速度测出，然后进行比较，将差值快速的转变为电信号传给横移缸的主控阀，使液压小车的横移速度迅速达到钢坯的运动速度，并且与它同步运动；而当剪切机将钢坯剪断后，小车有需要快速的退回，因此，有必要选用高控制精度的比例阀。由于横移缸和抬升缸共用定量泵，且横移缸负载远大于抬升缸，要求两缸互不干扰动作，故在横移缸回路加减压

27、阀，以控制抬升缸回路压力，达到两缸同时动作。 图3-6 比例阀调速回路制定顺序动作方案：钢坯断面接触定尺装置触球时，发出电信号，启动抬升缸和横移缸电磁铁开始动作 抬升缸完成预定动作时触发行程开关，关闭抬升缸电磁铁，使抬升缸自锁，并启动剪切缸电磁铁使其动作 当剪切缸剪切钢坯完毕，刀片移动到上行程时，通过上行程开关发出电信号，使剪切缸，抬升缸和横移缸均反向动作 剪切缸触发下行程开关时，停止动作 横移缸触发左侧行程开关时，停止动作 抬升缸触发行程开 关时，停止动作 等待下一周期运行。液压源的选择：剪切缸承受负载压力大，属于高压系统，。而柱塞泵的柱塞与缸体内孔均为圆柱表面，易得到高精度的配合，可在高压

28、下工作，故选用柱塞泵。横移缸和抬升缸所承受负载不是很大，属于中压系统，可使用定量叶片泵为动力源。3.4液压元件的选择3.4.1液压泵的选择（1）高压液压泵的选择 1）确定液压泵的最大工作压力Pp （3-12）式中：液压缸最大工作压力；=20.2MPa 进油路上总压力损失，=0.8MPa则： =20.0+1.0=21.0 MPa因为所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大25%60%所以选取的液压泵要求额定压力为: 2）液压泵流量的确定 （3-13）式中：K系统泄露系数，一般取K=1.11.3，这里取K=1.2； 高压系统液压缸最大总流量，=268L/min。则： =1.2268=322 L/mi

29、n故选用A7V250型斜轴式轴向柱塞泵，其额定压力为35MPa，额定流量为364 L/min，额定转速为1500r/min。（参考文献机械设计手册（第四卷）P19-175表19-5-51）（2）低压系统液压泵的选择 1）确定液压泵的最大工作压力Pp 式中：液压缸最大工作压力；=4.58MPa； 进油路上的总压力损失，=0.92MPa。则： =4.58+0.92=5.5 MPa考虑储备取7 MPa。 2）液压泵流量的确定 式中： K系统泄露系数，一般取K=1.11.3，这里取K=1.1； 高压系统液压缸最大总流量，=160.7L/min。则： =1.1160.7=169 L/min故选用YB-C

30、171B型叶片泵，其额定压力为7MPa，额定流171 L/min，额定转速为1000r/min。（参考文献机械设计手册第四卷P19-136表19-5-16）3.4.2电动机功率的确定 （1）高压系统电动机的确定驱动液压泵的功率为： （3-14）式中：液压泵最大工作压力，=21.0MPa； 液压泵额定流量，=364L/min； 液压泵总效率，=0.85；则： 考虑到剪切时间很短，而电动机一般允许在短时间内超载25%，因此， 故根据机械设计手册第五卷，选定Y315m4w型三相异步电动机，其额定功率为132KW，同步转速为1500r/min （2）低压系统电动机的确定 式中：液压泵最大工作压力，=7

31、MPa； 液压泵额定流量，=171L/min； 液压泵总效率，=0.85；则: 故根据机械设计手册第五卷，选定Y225M-6型三相异步电动机，其额定功率为30KW，同步转速为1000r/min。3.4.3 油管内径的确定由于本液压系统管路较为复杂，取主要几条管路，根据以下公式确定他们的内径和壁厚，其数值见表 （1） 管道内径计算: （3-15）（2） 管道壁厚计算: （3-16）式中：d油管内径； q管内流量(/s)； v管中油液的流速； 油管壁厚； P管内工作压力，MPa ； n安全系数，P17.5MPa时，取n=4； b管道材料的抗拉强度，取b=450Mpa；管道内的流速可以参考表3-11

32、： 表3-11允许流速推荐值管道推荐流速（m/s）液压泵吸油管道0.51.5一般取1以下液压系统压油管道36 压力高、油管短、粘度小取小值液压系统回油管道1.52.6 表3-12 主要管路内径表管路名称通过流量（L/min）允许速度（m/s）管内径（mm）管道壁厚（mm）管内工作压力（Pa）所选管道的内径与壁厚（mm）高压吸油管3641.3777.22180，10高压压油管2685343.02040，5.5高压回油管2682.5480.20.550，3低压吸油管1711.0603.7765，4低压压油管160.75260.83.5132，2.5低压回油管160.72410.20.550，33.

33、4.4 油箱的有效面积的确定油箱容量的经验公式： V=aq （3-17）式中：a与系统有关的经验系数，高压系统取a=10。式中：q液压泵每分钟排出压力油的容积，=364+171=535L/min。则： V=10512=5350L选标准值： V=6300L。3.5 液压系统性能验算横移缸回路的压力损失：管路系统上的压力损失由管路的沿程损失、管件局部损失和控制阀的压力损三部分组成： （3-18）（1）沿程压力损失由于液体在同一管路中，液体的平均流速越大，它的沿程压力损失就越大，因此，我门所需考虑的是横移缸流量最大时即快速退回时进油路的压力损失。此管长L=12，管内径d=0.03m，快速退回时，通过

34、流量Q=160.7L/min=2.68。选用L-HM46号矿物油型液压油，正常运转后油的运动黏度取，油的密度为。油液在管路中的实际流速为： （3-19）雷诺数 ： （3-20）所以圆形光滑管道，其临界雷诺数 因为液流为紊流。沿程压力损失： （3-21）式中：沿程阻力系数，； L管道长度，L=12m； d管道内径，d=0.03m； v液体流速，v=3.79m/s； 液体的密度，=850；则：（2）局部压力损失 （3-22）式中：局部阻力系数，=1.12； 液体流速，=3.79m/s； p液体密度，=850；则：（3）控制阀的压力损失 （3-23）式中：阀的额定压力损失，MPa； Q通过阀的实际流

35、量，L/min ； 阀的额定流量，L/min；根据液压原理图，横移缸快退时，压力油从叶片泵出口到横移缸的进油路上，依次经过单向阀，其额定压力损失为0.2MPa，电液换向阀，其额定压力损失为0.3MPa；和单向阀，其额定压力损失为0.21MPa。 则： （4）进油路上的压力总损失： 经验算，实际压力损失比估计的压力损失小一些，符合要求。抬升缸回路的压力损失：管路系统上的压力损失由管路的沿程损失、管件局部损失和控制阀的压力损三部分组成： 进油路上的压力总损失： 经验算，实际压力损失比估计的压力损失小一些，叶片泵的工作压力满足。因横移缸和抬升缸共用叶片泵，故其总压力损失为： 则定量泵各阶段出口压力分

36、别为：横移小车启动时： 剪切前： 剪切后： 剪切缸回路的压力损失：管路系统上的压力损失由管路的沿程损失、管件局部损失和控制阀的压力损三部分组成：进油路上的压力总损失： 由以上计算结果，得小车=启动、右移、左移时，叶片泵的出口压力分别为：经验算，实际压力损失比估计的压力损失小，柱塞泵的工作压力满足使用要求。4液压缸的设计计算液压缸是液压传动的执行元件，它和主机工作机构有直接的联系，对于不同的机种和机构，液压缸具有不同的用途和工作要求。因此，在设计液压缸之前，必须对整个液压系统进行工况分析，编制工况图，选定系统的工作压力(详见第三章)，然后根据使用要求进行结构设计。4.1计算液压缸的结构尺寸液压缸

37、的结构尺寸主要有三个：缸筒内径D、活塞杆外径d和缸筒长度L。在上一章中已经作过缸筒内径D及活塞杆外径的计算，此处从略。缸筒内径:D32活塞杆外径:d204.1.1缸筒长度L缸筒长度由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定，即： L=I+B+A+M+C （4-1）式中： I活塞的最大工作行程；l=450； B活塞宽度，一般为(0.6-1)D;取B=132=32； A活塞杆导向长度，取(0.6-1.5)D;取A=132=32； M活塞杆密封长度，由密封方式定； C其他长度，取C=30。故缸筒长度为：L=32+30+450+32+13=555。4.1.2最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支

38、承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度H(如图4-1所示)。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度(间隙引起的挠度)增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一最小导向长度。 图4-1 油缸的导向长度对于一般的液压缸，其最小导向长度应满足下式：HL/20+D/2 （4-2）式中： L液压缸最大工作行程(m);L=0.45m；D缸筒内径(m)，D=0.08m；故最小导向长度H38.5。4.2 液压缸主要零部件设计4.2.1 缸筒（1）缸筒结构缸筒与缸头的连接用螺纹连接，其特点是：径向尺寸小，质量小，使用广泛。安装时应防止密封圈扭转。 图4-2 缸筒的外螺纹连接（2）缸筒计算 1）缸

39、筒外径按机械设计手册第四卷P212 表19-6-12 缸筒厚度计算公式= 0 + C1 + C2 () （4-3）式中：0 为缸筒材料强度要求的最小值()；C1 缸筒外径公差余量()；C2 腐蚀余量()；经分析/D 0.08，可用薄壁缸筒的实用计算式： PmaxD/（2） (m) （4-4）式中：Pmax 缸筒内最大工作压力（Mpa）；Pmax=1.06Mpa； 缸筒材料的许用应力（Mpa）； = b/n；b 缸筒材料的抗拉强度（Mpa）；b=500 Mpa；n 安全系数，通常取n = 5。计算得：= 0.00424 (m)。缸筒的外径为： D1 =D2=42(mm)。按机械设计手册第四卷P2

40、14 表19-6-13活塞缸外径尺寸系列取D1 =50(mm)。 2）缸筒壁厚度验算对最终采用的缸筒厚度主要应做两方面的验算：额定工作压力Pn 应低于一定的极限值，以保证工作安全： Pn 0.35s (D1 D0)/D1 （MPa） （4-5） = 0.35300(0.042 0.032)/0.042 = 44 MPa式中：s 为缸筒材料的屈服强度（MPa），s=290 MPa；由于7MPa 44MPa所以上述参数选择合理。4.2.2 活塞经以上计算活塞杆直径d=20，缸筒内径D=32。故活塞与活塞杆加工为一体，材料为45钢。在外径套尼龙6的活塞套以增强耐磨性。其结构设计如下：图4-3 活塞的

41、密封 密封方式采用Yx形密封圈，使用压力可达32 Mpa，密封性能较好。杆外端，由于工作时轴线固定不动，故采用小螺柱头。图4-4 小螺柱头4.2.3 活塞杆的导向套和密封活塞杆导向套装载液压缸的有杆侧端盖内，用以对活塞杆进行导向，内装有密封装置以保证缸筒有杆腔的密封，外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质，灰尘及水分带到密封装置处，损坏密封装置。导向套的结构型式，有轴套式和端盖式两种。此处采用轴套式。图4-5 导向套结构其优点是导向套一般安装在密封圈与缸筒油腔之间，以利用缸内的压力油对导向套进行润滑。4.2.4 缓冲装置液压缸一般都设置缓冲装置，特别是对大型、高速或要求高的液压缸，为了防止

42、活塞在行程终点时和缸盖相互撞击，引起噪声、冲击，则必须设置缓冲装置。缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程终端时封住活塞和缸盖之间的部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。图4-6 缓冲原理如图4-6为恒节流面积缓冲装置。当缓冲柱塞进入与其相配的缸盖上的内孔时，孔中的液压油只能通过间隙排出，使活塞速度降低。由于配合间隙不变，故随着活塞运动速度的降低，起缓冲作用。5 阀板的设计5.1 阀板连接概述液压阀是用来控制液压系统中油液的流动方向或调节其压力和流量的。液压阀按连接方式有管式，板式和法兰连接三种形式。管式阀通过阀体上的螺纹孔直接与管接头、管路相连；而法兰连接主要用于大型阀，像我们设计的剪切回路中所用的阀大多数用法兰连接，因此比较简单。但是，用这两种连接方式的各个阀只能分散布置，并且由于与管路直接相连，使装卸更不方便，目前已较少采