機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）連鑄連軋機(jī)組的取樣剪切機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)【全套圖紙】

1、前言畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生在老師的指導(dǎo)下綜合運(yùn)用所學(xué)的過(guò)的全部理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)使學(xué)生建立正確的設(shè)計(jì)思想，初步掌握解決本專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)問(wèn)題的方法和手段，從而使學(xué)生受到一次工程師的基本訓(xùn)練。用于將坯件剪切成規(guī)定尺寸的機(jī)械叫做剪切機(jī)，按照刀片的形狀與配置以及軋件情況的不同，剪切機(jī)分為以下四類(lèi)：1，平等刀剪切機(jī)。2，斜刀片剪切機(jī)。3，圓盤(pán)式剪切機(jī)。4，飛剪機(jī)。由于工況以及是在原有基礎(chǔ)上的改進(jìn)設(shè)計(jì)所限我所設(shè)計(jì)的是采用上切式剪切機(jī)，它屬于第二類(lèi)。由于機(jī)電一體化的不斷進(jìn)步，液壓元件的不斷應(yīng)用，液壓傳動(dòng)以其自身的優(yōu)越性得到廣泛應(yīng)用，因而液壓剪切機(jī)應(yīng)用不斷增加，它有以下優(yōu)點(diǎn)：機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單

2、，緊湊，重量輕，制造方便；剪切時(shí)震動(dòng)小，工作平穩(wěn)，刀具壽命可延長(zhǎng)；刀片的行程可以根據(jù)剪切鋼板的厚度來(lái)調(diào)節(jié)，減少了空行程時(shí)間，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)單次行程，連續(xù)形成，點(diǎn)動(dòng)和中途停止反程等動(dòng)作，因此易于實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化和用于流線上；最大剪切機(jī)受液壓系統(tǒng)工作壓力的限制，因此工作安全可靠，能自動(dòng)防止因過(guò)載所引起的機(jī)器事故。在有如此多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，它也存在著缺點(diǎn)，例如剪切次數(shù)較低，較大功率的油架，液壓元件易損壞，不易及時(shí)更換等等。隨著液壓技術(shù)的進(jìn)步，設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，這些缺點(diǎn)正在不斷被克服，液壓剪切機(jī)在連鑄工藝中的應(yīng)用也將不斷增加。我這次設(shè)計(jì)的這臺(tái)取樣剪切機(jī)，由于生產(chǎn)的需求，以前設(shè)計(jì)的最大剪切厚度17mm已經(jīng)不能滿足客

3、戶的要求。所以我的目標(biāo)是將其改為可以剪切20mm鋼板的剪切機(jī)。在考慮到生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)等各個(gè)方面因素，衡量各種方案后，決定對(duì)它的機(jī)械部分進(jìn)行重新改進(jìn)設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)剪切目的。對(duì)于液壓部分不做改動(dòng)。摘要本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的題目是“連鑄連軋機(jī)組的取樣剪切機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)”，是在喬文剛老師的悉心指導(dǎo)下完成的。液壓剪切機(jī)有了兩部分組成：機(jī)械部分和液壓部分，我主要進(jìn)行機(jī)械部分的設(shè)計(jì)、說(shuō)明，設(shè)計(jì)過(guò)程以及各個(gè)部分的分析、計(jì)算都將在本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中做詳細(xì)說(shuō)明。本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)闡述了連鑄連軋工藝、設(shè)備及發(fā)展前景，并介紹了剪切機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特征和改進(jìn)設(shè)計(jì)的計(jì)算方法。其中包括剪切力和剪切功的計(jì)算、機(jī)架和銷(xiāo)軸的受力分析、強(qiáng)度和剛度的驗(yàn)算

4、及改進(jìn)。由于個(gè)人能力的有限，此設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)難免存在問(wèn)題和錯(cuò)誤，希望各位參閱老師批評(píng)指正。關(guān)鍵詞：剪切機(jī)；機(jī)架；薄板坯；力。abstractthe topic of this design is “desing and improve the hydaulic pressure shear of continuous casting”,and i completed this design with the help of mr.qiao.the hydaulic pressure shear machine concludes two parts:the machanical part and

5、the hydaulic part.and the machanical part will be the center part in this design,analysis and calculation also will be given in detail.this book elaborates on the characteristics of the operation,of the structure and the improvement of shear machine of continuous casting.it contains calculation of t

6、he dint of the shear and the analysis of the dint of the frame and the pin the improvements.because of my personal ability is limited, it is unavoidable that there will be some problems in my design.so ,every teacher,give me critic to my design and correct them,please!key words:the shear machine;the

7、 frame;the thin slab;the forces緒論一.取樣剪設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要取樣剪切機(jī)是連鑄連軋?jiān)O(shè)備中的一部分，作用是把生產(chǎn)出來(lái)的鋼板剪取一部分，作為樣本進(jìn)行檢驗(yàn)，看是否合格。取樣剪切機(jī)屬于剪切機(jī)的一種。用于將軋件剪切成規(guī)定的尺寸的機(jī)械稱(chēng)為剪切機(jī)，按照刀的形狀與配置以及軋件情況的不同，剪切機(jī)分為以下四類(lèi)：1，平行刀剪切機(jī)。這種剪切機(jī)的兩個(gè)刀片是彼此平等的，通常用于橫向熱剪切初軋坯（方坯，板坯）和其他矩形斷面的鋼。2，斜刀片剪切機(jī)。這種剪切機(jī)的兩個(gè)刀片中的一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)刀片成某一角度，一般上刀是傾斜的。3，圓盤(pán)式剪切機(jī)。這種剪切機(jī)的兩個(gè)刀片作成圓盤(pán)狀的。4，飛剪機(jī)。這種剪切機(jī)用于橫向剪

8、切運(yùn)動(dòng)著的軋件。用來(lái)剪切軋件頭，尾部及將軋件剪成定尺長(zhǎng)度。我所設(shè)計(jì)的剪切機(jī)是斜刀片剪切機(jī)。按照傳動(dòng)方式的不同，大型剪切機(jī)可分為：電機(jī)傳動(dòng)式、機(jī)械傳動(dòng)式和液壓傳動(dòng)式。我所設(shè)計(jì)改進(jìn)的這臺(tái)取樣剪切機(jī)是以機(jī)械傳動(dòng)方式，用液壓作為動(dòng)力的平行四連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的。以液壓為動(dòng)力可實(shí)現(xiàn)較大的剪切力，且容易控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。平行四連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)可實(shí)現(xiàn)剪切平穩(wěn)，而且效率較高。我之所以選用上切式剪切機(jī)的原因在于：上切式剪切機(jī)是鋼坯剪切機(jī)中最簡(jiǎn)單的一種，其剪切機(jī)構(gòu)是由最簡(jiǎn)單的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組成，下刀是固定不動(dòng)的。剪切鋼坯的動(dòng)作由上刀架完成。而下切式剪切機(jī)在剪切鋼坯時(shí)是將鋼坯抬離輥道面，因而不需要升降臺(tái)或擺動(dòng)輥道，這類(lèi)剪切機(jī)在工

9、作過(guò)程中上下都運(yùn)動(dòng)，故結(jié)構(gòu)上比上切式剪切機(jī)復(fù)雜。由于本設(shè)計(jì)是針對(duì)包鋼薄板廠取樣剪的改進(jìn)設(shè)計(jì)，考慮到現(xiàn)有的設(shè)備及環(huán)境情況，經(jīng)濟(jì)條件，故采用上切式剪切機(jī)更符合現(xiàn)實(shí)情況。二. 取樣剪切機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程和參數(shù) 本設(shè)計(jì)是針對(duì)包鋼連鑄連軋機(jī)組的取樣剪切機(jī)，其主要功能是對(duì)熱軋后的的薄板坯進(jìn)行取樣檢驗(yàn)。主要任務(wù)是對(duì)剪切機(jī)能力進(jìn)行改進(jìn)，使該剪切機(jī)的最大剪切厚度達(dá)到20mm。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所設(shè)計(jì)內(nèi)容大致可為以下幾部分：（1） 連鑄連軋和取樣剪切機(jī)的基本概述（2） 取樣剪切機(jī)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算（3） 設(shè)計(jì)綜述及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 三. 剪切機(jī)參數(shù)情況 一、基本要求：上切式斜刀片液壓剪切機(jī)。二、被剪切的板坯最大斷面尺寸1800

10、x20mm。三、代表鋼種：16mn四、剪切溫度：900。第一章 概述我所設(shè)計(jì)的是薄板廠的取樣剪切機(jī)的改進(jìn)，在設(shè)計(jì)之前我們應(yīng)該對(duì)其各個(gè)部件及其工作原理有所了解，同時(shí)也應(yīng)該對(duì)連鑄連軋生產(chǎn)線有一定的認(rèn)識(shí)。1.1 連軋技術(shù)的發(fā)展概況軋鋼生產(chǎn)是將鋼錠或鋼坯軋制成鋼材的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。軋鋼機(jī)的發(fā)展代表了軋鋼技術(shù)的發(fā)展。首先是初軋機(jī)的發(fā)展，至1970年止，世界上有初軋機(jī)200多臺(tái)，其中美國(guó)最多，占130臺(tái)，日本42臺(tái)。絕大部分為二輥可逆式軋機(jī)，開(kāi)坯能力為3x108t以上。七十年代的初軋機(jī)輥道直徑增大到1500mm，電機(jī)功率2x6780kw。新建初軋機(jī)具有以下特點(diǎn)：1）萬(wàn)能式板坯初軋機(jī)得到迅速發(fā)展，六十年代后新建的

11、初軋機(jī)60%是萬(wàn)能式板坯初軋機(jī)。這種軋機(jī)帶有立輥，可以減少軋件翻鋼道次。軋制時(shí)間比方坯板初軋機(jī)減少39%;2）向重型化方向發(fā)展。軋制鋼錠重量達(dá)4570t，最高年產(chǎn)量達(dá)500600x104t;3）提高自動(dòng)化程度。從均熱爐到板坯精整均已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制；4）提高鋼坯質(zhì)量是改進(jìn)精整工序，采用大噸位板坯剪切機(jī)及再線火焰清理機(jī)。八十年代以來(lái)，連續(xù)鑄錠技術(shù)迅速發(fā)展。連鑄比將達(dá)到80%或更高。這種初軋機(jī)將不會(huì)有更大的發(fā)展，只能起到配合和初步連鑄生產(chǎn)的作用。5）板帶軋機(jī)的發(fā)展。帶鋼熱連軋機(jī)自五十年代起在世界范圍內(nèi)已成為帶鋼生產(chǎn)的主要形式。1976年，全世界共有帶鋼連軋機(jī)150多套。年生產(chǎn)能力為3.5x108t

12、，其中七十年代新建的有31套，年生產(chǎn)能力9000x104t。帶鋼熱連軋具有軋制速度快、產(chǎn)量高、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，軋制速度五十年代為1012m/s，七十年代已經(jīng)達(dá)到1830m/s。產(chǎn)品規(guī)格也由生產(chǎn)厚度為28mm,寬度小于2000mm的成卷帶鋼,擴(kuò)大到生產(chǎn)厚度1220mm,寬度2500mm的帶鋼.帶卷和坯料重量的加大和作業(yè)率的提高,使現(xiàn)有的帶鋼熱連軋年生產(chǎn)量達(dá)350600x104t.最大卷重也由15t增加到45t.坯料尺寸及重量加大,要求設(shè)置更多的工作機(jī)組。過(guò)去粗軋機(jī)組和精軋機(jī)組的機(jī)座分別為24架和56架?，F(xiàn)以分別增加到46架和78架，軋機(jī)尺寸也相應(yīng)增加?，F(xiàn)代的帶鋼熱連軋除了采用厚度自動(dòng)化控制外

13、，還實(shí)現(xiàn)了電子計(jì)算機(jī)控制。從而大大提高了自動(dòng)化水平，改善了產(chǎn)品的質(zhì)量。冷軋鋼板及帶鋼今年來(lái)得到較大的發(fā)展。七十年代國(guó)外帶鋼冷連軋機(jī)共196套，冷連軋機(jī)架出口可達(dá)2541.7%，窄薄帶厚度僅0.001mm。為提高產(chǎn)量，冷卷卷重已經(jīng)達(dá)到60t。一套冷軋機(jī)年產(chǎn)量可達(dá)250x104t。在帶鋼冷連軋機(jī)上，廣泛地采用液壓彎輥裝置或抽動(dòng)工作概念裝置來(lái)改善板形。由于冷軋帶鋼厚度公差要求高，為了增加軋機(jī)壓下裝置的響應(yīng)速度，在冷軋機(jī)上采用了全液壓壓下裝置及厚度自動(dòng)化控制裝置，對(duì)于高速高產(chǎn)量的帶鋼冷軋機(jī)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制。應(yīng)該指出，自1979年開(kāi)始，出現(xiàn)了全連續(xù)冷軋機(jī)。這種軋機(jī)只要第一次引料穿帶后，就可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軋

14、制。后續(xù)帶卷的頭部通過(guò)焊接機(jī)與前有帶卷尾部焊接在一起，軋制后用飛剪距分卷，并由兩臺(tái)卷取機(jī)交替卷取帶鋼。全連續(xù)冷軋機(jī)即使在換輥時(shí)，帶鋼依然停留在軋機(jī)內(nèi)，換輥后可以立即進(jìn)行軋制。采用全連續(xù)冷軋機(jī)，可以提高生產(chǎn)率3050%，產(chǎn)品質(zhì)量和回收率也都得到提高。1.2 連軋生產(chǎn)工藝及設(shè)備軋鋼生產(chǎn)是將鋼錠或鋼坯制成鋼材的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。用軋制方法生產(chǎn)鋼材具有生產(chǎn)率高，品種多，生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。軋鋼生產(chǎn)的成品根據(jù)鋼材斷面的形狀主要分為三類(lèi)：鋼板，鋼管和型鋼（包括線材）。其中板帶材應(yīng)用最為廣泛，工業(yè)先進(jìn)的國(guó)家鋼板總產(chǎn)量占鋼總產(chǎn)量的5060。板帶鋼按制造的方法可以分為熱軋板帶和冷軋板帶。按用途

15、分為鍋爐板，橋梁板，造船板，汽車(chē)板，電工鋼板等。習(xí)慣按產(chǎn)品厚度分類(lèi)：中厚板：2060mm，長(zhǎng)度可達(dá)25mm，一般成塊供應(yīng)；薄板：厚120mm，寬至2800mm，可剪切成定尺長(zhǎng)度，也可成卷供應(yīng)；箔材：厚10.001mm或更薄，寬度20600mm，一般成卷供應(yīng)。 下面以板帶生產(chǎn)為例介紹一下連軋生產(chǎn)工藝。鋼坯首先要經(jīng)過(guò)矯正機(jī)矯正以后進(jìn)入輥道，然后進(jìn)入軋鋼機(jī)。軋鋼機(jī)一般有45臺(tái)，經(jīng)過(guò)逐層軋制后，鋼坯就變成需要的各種鋼板，再出卷、取卷、成卷。然后被送到取樣剪切機(jī)取樣檢驗(yàn)。檢驗(yàn)合格以后再送到打捆機(jī)上進(jìn)行打捆包裝。這就是板帶連軋生產(chǎn)的整個(gè)生產(chǎn)工藝。軋鋼設(shè)備主要指完成由原料到成品整個(gè)軋鋼工藝過(guò)程中使用的機(jī)械設(shè)

16、備。一般包括軋鋼機(jī)及一系列輔助設(shè)備組成的若干個(gè)機(jī)組。通常把使軋件產(chǎn)生塑性變形的機(jī)器稱(chēng)為軋鋼機(jī)。軋鋼機(jī)由工作機(jī)座、傳動(dòng)裝置及主電機(jī)組成。這一機(jī)器系統(tǒng)稱(chēng)為主機(jī)列，也稱(chēng)軋鋼車(chē)間主要設(shè)備。除了軋鋼機(jī)以外的各種設(shè)備，統(tǒng)稱(chēng)為軋鋼車(chē)間輔助設(shè)備。輔助設(shè)備數(shù)量大、種類(lèi)多。例如，在大型軋鋼車(chē)間中，有表面清理、加熱、軋制、鋸切和矯正等工序。在冷軋帶鋼車(chē)間中，有酸洗、冷軋、電解清洗、退頭、平整、橫切、縱切和表面鍍層等工序。根據(jù)設(shè)備的用途和工作原理，常見(jiàn)的輔助設(shè)備分別列于下表中： 附表 常見(jiàn)的軋鋼輔助設(shè)備 軋鋼生產(chǎn)的發(fā)展，不僅決定了軋鋼主要設(shè)備（軋鋼機(jī)）速度的提高和軋制周期的縮短，也在很大程度上決定于軋鋼輔助設(shè)備的不斷

17、完善和改進(jìn)。軋鋼輔助設(shè)備機(jī)械化和自動(dòng)化程度以及生產(chǎn)能力的高低，直接影響著軋鋼生產(chǎn)現(xiàn)代化的發(fā)展和生產(chǎn)率的提高。軋鋼輔助設(shè)備在軋鋼生產(chǎn)中起著十分重要的作用。1.3 連鑄連軋生產(chǎn)線簡(jiǎn)介及改進(jìn)連鑄連軋是全新的短流程生產(chǎn)熱帶生產(chǎn)工藝，取消了加熱爐區(qū)和粗軋區(qū)，由薄板坯連鑄機(jī)直接澆注出50mm板坯，通過(guò)近100mm的隧道爐進(jìn)入精軋機(jī)，精軋機(jī)的后續(xù)布置類(lèi)似于傳統(tǒng)熱連軋。csp技術(shù)使鋼帶熱連軋的初始投資及生產(chǎn)成本大為降低，僅需要建造一套電爐-連鑄-熱帶軋機(jī)即能生產(chǎn)出80180萬(wàn)噸熱軋卷，但是csp技術(shù)也存在以下缺點(diǎn)：薄伴坯連鑄拉漏率高于常見(jiàn)連鑄；連鑄及連軋任一方的故障都將引起全線的停產(chǎn)；品種受到限制；產(chǎn)品邊面質(zhì)

18、量稍差。當(dāng)然這些缺點(diǎn)隨著csp技術(shù)的不斷發(fā)展逐步得到克服。目前已有許多條csp生產(chǎn)線在各國(guó)投產(chǎn)，我國(guó)也相繼建成了生產(chǎn)線。早在二十世紀(jì)九十年代初期到中期各個(gè)公司就推出了許多的連鑄連軋方案。這些公司的方案歸納起來(lái)可以分為以下三類(lèi)工藝方案：薄板坯連鑄機(jī)澆注出50mm或70mm通過(guò)軟壓下獲得50mm左右?guī)?，通過(guò)隧道爐直接進(jìn)入精軋。薄板連鑄連軋澆注出90mm板坯，通過(guò)軟壓下獲得70mm板帶，經(jīng)隧道爐后進(jìn)行不可逆粗軋，在經(jīng)保溫罩或“中間加熱爐”進(jìn)行精軋，也可從粗軋出來(lái)后進(jìn)入熱板卷箱，再進(jìn)精軋。中厚板坯連鑄澆注出100150mm連鑄坯，裝入寬體步進(jìn)式加熱爐，出爐后通過(guò)粗軋，精軋。這三種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)生

19、產(chǎn)成本（包括設(shè)備維護(hù)，熱能電能消耗，生產(chǎn)作業(yè)率等多方面）各公司艘認(rèn)為自己的方案較低，這三種方案艘在不斷地發(fā)展，所以應(yīng)該說(shuō)他們各有優(yōu)點(diǎn)。連鑄連軋除了加熱及粗軋有其特點(diǎn)外，其主要設(shè)備-精軋機(jī)，熱輸出輥卷及卷曲區(qū)設(shè)備與傳統(tǒng)帶鋼熱連軋基本相同，只是由于軋機(jī)速度受連鑄機(jī)拉速的制約，一般不采用高速軋制及加速軋制。下面以我國(guó)的邯鋼來(lái)具體說(shuō)明：下圖就是邯鋼薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線：圖： 邯鋼csp工藝流程示意圖其中他的主要技術(shù)參數(shù)如下： 1）薄板坯連鑄機(jī) 該連鑄機(jī)為立彎式結(jié)構(gòu)。中間包容量36t，結(jié)晶器出口厚度70mm，結(jié)晶器長(zhǎng)度1100mm，鑄坯厚度6080mm，鑄坯寬度9001680mm，坯流導(dǎo)向長(zhǎng)度93259

20、705mm，鑄速(坯厚70mm)低碳保證值最大4.8m/min、高碳保證值最大4.5m/min、最小2.8m/min，彎曲半徑3250mm。 2）加熱爐 該生產(chǎn)線包括兩座輥底式加熱爐，位于粗軋機(jī)前后。1號(hào)加熱爐爐長(zhǎng)178.8m，由加熱段、輸送段、擺動(dòng)段、保溫段組成，爐子同時(shí)具有加熱、均熱、儲(chǔ)存(緩沖)的功能，可容納4塊38m長(zhǎng)的板坯，單機(jī)生產(chǎn)的緩沖時(shí)間2030min，最高爐溫1200，鑄坯入爐溫度8701030，出爐溫度11001150。2號(hào)加熱爐爐長(zhǎng)66.8m，由一段構(gòu)成，主要起均熱、保溫作用，最高爐溫1150，鑄坯最高入爐溫度1120，最高出爐溫度1130。加熱爐燃料為混合煤氣，燒嘴型式為

21、熱風(fēng)燒嘴。3）粗軋機(jī)機(jī)為單機(jī)架四輥不可逆式軋機(jī)，其作用是將鑄坯一道軋成所需坯厚。最大軋制力42000kn，工作輥尺寸880/790mm1900mm，支撐輥尺寸1500/13501900mm，主電機(jī)功率8300kw，軋出坯厚33.052.5mm。4）精軋機(jī)組精軋機(jī)組有五架四輥不可逆式軋機(jī)(f1f5)，剪機(jī)為液壓曲柄連桿式，除鱗為高壓水除鱗，最大軋制力為4200kn，主電機(jī)功率均為8300kw，機(jī)架間距5500mm，f5最大出口速度12.6m/s，板帶厚1.220mm，板帶寬9001680mm，終軋溫度900950。 5）冷卻區(qū)冷卻方式為層流冷卻，在一定時(shí)間內(nèi)將帶鋼由終軋溫度900950冷卻到55

22、0650。冷卻區(qū)長(zhǎng)度為43200mm，另有一個(gè)4800mm的空冷段。最大水量約為5240m3/h，水壓為0.07mpa(噴淋區(qū)水壓為1mpa)。 6）卷取機(jī)卷取機(jī)為液壓三輥卷板機(jī)，卷取溫度一般在550650，最大卷取速度15m/s，芯軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為800kw，最大卷重33.6t。1.4 剪切機(jī)的分類(lèi)、特點(diǎn)及工藝要求剪切機(jī)按照切割裝置可分為火焰切割機(jī)和機(jī)械剪切機(jī)，各有其自身的應(yīng)用價(jià)值。1）火焰剪切機(jī)：它是利用氧氣和可燃?xì)怏w產(chǎn)生的火焰來(lái)切割鋼板?？扇?xì)怏w可有乙炔、丙炔、天然氣和焦?fàn)t煤氣等。多用乙炔氣體，有時(shí)還需要噴射助燃物質(zhì)。 火焰切割機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備輕、加工制造容易、切縫質(zhì)量好，且不受溫度和斷面

23、大小的限制，設(shè)備的外形尺寸小，對(duì)多流連鑄機(jī)尤為適合。缺點(diǎn)：金屬損失大、速度慢、切割時(shí)產(chǎn)生氧化鐵、廢氣和熱量的傳遞需要必要的運(yùn)渣設(shè)備和通氣裝置，當(dāng)切割短尺寸時(shí)，需要增加二次切割，消耗大量的氧和燃?xì)狻?）機(jī)械剪切：機(jī)械剪切又可分為機(jī)械剪和液壓剪。機(jī)械和液壓剪都是通過(guò)上下刀片做相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)完成鋼坯的剪切，只是控制刀片上下運(yùn)動(dòng)的方式不同。機(jī)械剪通過(guò)電機(jī)，齒輪減速器等機(jī)械系統(tǒng)控制。液壓剪是通過(guò)液壓系統(tǒng)控制的。隨著鋼板斷面的加大，機(jī)械剪所需要的動(dòng)力也增大，液壓剪則可減輕重量。隨著液壓技術(shù)的不斷進(jìn)步，液壓剪切機(jī)應(yīng)用就越來(lái)越廣泛。一般步進(jìn)剪切只應(yīng)用于特定設(shè)備中。 機(jī)械剪的優(yōu)點(diǎn)：剪切時(shí)間短，便于剪切短定尺。剪切時(shí)

24、，金屬損失少，操作安全可靠，勞動(dòng)強(qiáng)度底，工作環(huán)境好，維護(hù)容易，生產(chǎn)成本底。由于機(jī)械剪切所具有的突出特點(diǎn)，機(jī)械剪切機(jī)日益增加。 剪切機(jī)還可分為上切式和下切式。上切式剪切機(jī)是鋼坯剪切機(jī)中最簡(jiǎn)單的一種，其剪切機(jī)構(gòu)是由最簡(jiǎn)單的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組成，下刀是固定不動(dòng)的。剪切鋼坯的動(dòng)作由上刀架完成。而下切式剪切機(jī)在剪切鋼坯時(shí)是將鋼坯抬離輥道面，因而不需要升降臺(tái)或擺動(dòng)輥道，這類(lèi)剪切機(jī)在工作過(guò)程中上下都運(yùn)動(dòng)，故結(jié)構(gòu)上比上切式剪切機(jī)復(fù)雜。因此我在設(shè)計(jì)中采用上切式剪切機(jī)。 綜合以上各種特點(diǎn)及應(yīng)用需要，我采用液壓上切式剪切機(jī)，它既能滿足設(shè)計(jì)要求，又有足夠的優(yōu)點(diǎn)。第二章 液壓剪切機(jī)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)2.1 剪切鋼板的過(guò)程分析鋼

25、板剪切的整個(gè)過(guò)程可以分為兩個(gè)階段：刀片壓入金屬和金屬的滑移。壓入階段作用在軋件上的力如下圖所示： 其中：h-薄板厚度b-軋件的寬度 e-壓入深度當(dāng)?shù)镀瑝喝虢饘贂r(shí)，上下刀片的作用力p組成力矩pa，此力矩使軋件沿圖示方向轉(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)角度后便停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)兩個(gè)力矩平衡，即轉(zhuǎn)件停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，刀片壓入達(dá)到一定深度時(shí)，力p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)度到滑移階段，金屬沿剪切面開(kāi)始滑移，直到剪斷為止。假設(shè)刀片與金屬在及的接觸面上單位壓力是均勻分布而且相等的。即根據(jù)公式，p與

26、t的關(guān)系為：由上面的圖中的幾何關(guān)系可以得到：把上式代入，得：由此可知，壓入深度越大，就愈大，側(cè)向推力t也就愈大。為了提高剪切質(zhì)量，減小角，一般在剪切機(jī)上均有壓板裝置，把軋件壓在下刀臺(tái)上。圖中的力q，即表示壓板給軋件的力，有關(guān)文獻(xiàn)給出了和側(cè)向推力t的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。無(wú)壓板剪切時(shí)有壓板剪切時(shí)從上面列出的數(shù)據(jù)可以看出，增加壓板后，不僅提高了剪切質(zhì)量，使剪切斷面平直，而且大大減少了側(cè)向推力t，從；而減小了滑板的磨損，減輕了設(shè)備的維修工作量，提高了設(shè)備的作業(yè)率。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況及有關(guān)文獻(xiàn)的推薦，取側(cè)向推力為t=0.2p。在中小型剪切機(jī)上多半采用彈簧壓板，利用彈簧的變形產(chǎn)生所需要的壓板力，在大型剪切機(jī)除了彈簧壓板外

27、，采用液壓壓板較多，利用液壓缸的力量把軋件壓住。確定壓板力的原則是使壓板力對(duì)剪切面處產(chǎn)生的彎曲力矩等于或大于軋件斷面塑性彎曲力矩，根據(jù)設(shè)計(jì)部門(mén)和有關(guān)文獻(xiàn)的推薦，壓板力一般取最大剪切力的左右。在利用固定彈簧壓板時(shí)，由于機(jī)構(gòu)上的限制，壓板力只能按最大剪切力的來(lái)考慮。在刀片壓入階段的剪切力p為 將代入上式， 滑移階段的剪切力 其中：p-單位壓力 =e/h-相對(duì)切入深度-軋件被切斷面上的單位剪切阻力根據(jù)式 力p隨著e的增加而將按下圖所示拋物線a增加，一直增加到由式?jīng)Q定的金屬開(kāi)始沿整個(gè)斷面產(chǎn)生滑移的數(shù)值為止。若為常數(shù)，則力p將根據(jù)式沿直線b減少，但實(shí)際上是隨e的增加而減少的，因而力p將按曲線c更劇烈地減

28、少。當(dāng)切入一定深度時(shí)，軋件斷裂。圖2-1剪切過(guò)程可更加詳細(xì)地分為以下幾個(gè)階段：刀片彈性壓入金屬，刀片塑性壓入金屬；金屬滑移；金屬裂紋萌生；金屬裂紋擴(kuò)展和斷裂。熱剪時(shí)，刀片彈性壓入金屬階段可以忽略。在刀片塑性壓入金屬階段，刀片和軋件接觸面處產(chǎn)生寬紋現(xiàn)象，常給繼續(xù)軋制帶來(lái)困難或缺陷。金屬滑移階段開(kāi)始后，寬紋現(xiàn)象才停止。由于熱剪時(shí)金屬滑移階段較長(zhǎng)，軋件斷裂時(shí)的相對(duì)切入深度就較大。不同階段被切軋件剪切區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)是不同的，在整個(gè)過(guò)程中，剪切力也是不斷在變化的。2.2 基本參數(shù)的確定斜刀片剪切機(jī)的基本參數(shù)包括兩大類(lèi)：一類(lèi)為機(jī)構(gòu)參數(shù)，即剪刃行程，剪刃長(zhǎng)度，剪切次數(shù)，剪刃傾斜角及剪刃傾向間隙；第二類(lèi)為力能參

29、數(shù)，即剪切力，剪切功等。2.2.1 剪切機(jī)剪刃長(zhǎng)度的確定對(duì)剪切方坯的剪切機(jī)，剪刃長(zhǎng)度分兩種情況計(jì)算：在小型剪切機(jī)上，考慮經(jīng)常是同時(shí)剪切幾個(gè)小斷面鋼坯，此時(shí)在大，中型的剪切機(jī)上，剪刃長(zhǎng)度按下式計(jì)算對(duì)剪切板坯的剪切機(jī)，剪刃長(zhǎng)度按下式計(jì)算mm而我所設(shè)計(jì)改進(jìn)的剪切機(jī)屬于第二種情況，所以按公式mm來(lái)計(jì)算，其中-被剪切板坯的最大寬度，取=1800mm。，得：mm 取mm2.2.2 剪刃傾斜角的確定剪刃傾斜角對(duì)板坯剪切質(zhì)量有很大的影響，的增大會(huì)造成板坯的彎曲和變形增大，使剪切質(zhì)量降低，過(guò)大，在剪切時(shí)會(huì)產(chǎn)生側(cè)向推力，有可能使剪切過(guò)程不穩(wěn)定，但剪切時(shí)剪切力會(huì)減小，設(shè)備重量減輕。反之減小，剪切力增大，設(shè)備總量增大

30、，造價(jià)高。小的角，使變形和尺寸不準(zhǔn)確性減小，有利于改善剪切質(zhì)量，因此，目前斜剪刃的傾斜角趨向于取小的值，一般。為了保證剪切質(zhì)量，在有的剪切機(jī)上，根據(jù)剪切板材的厚度，將傾斜角制成可調(diào)的。依據(jù)上訴原則和現(xiàn)有設(shè)備的情況：原取樣剪刃傾斜角，考慮到剪切厚度加厚可取。2.2.3 剪切刃側(cè)向間隙的確定剪刃的側(cè)向間隙是影響板材剪切質(zhì)量的重要因素，同時(shí)也關(guān)系到剪切力的大小及剪刃的壽命。太小會(huì)使剪切力增加，同時(shí)增加了刃口與板邊的摩擦，加快了刃口的磨損。太大會(huì)使塑性材質(zhì)的板坯產(chǎn)生毛刺，脆性材質(zhì)的板坯斷口粗糙。的取值同板材的機(jī)械性能及板材的厚度有關(guān)。根據(jù)工廠的實(shí)際使用情況，推薦：mm式中 h-板坯的厚度可取=0.20

31、.6mm之間的一個(gè)值。2.2.4 剪刃行程的確定剪刃行程是剪切機(jī)最主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，也是剪切機(jī)的特征參數(shù)。在剪切能力允許的范圍內(nèi)，它決定了所能剪切鋼坯斷面的高度。剪刃行程參數(shù)決定于鋼坯斷面高度，剪切終了時(shí)刀片的重合以及下刀片與輥道表面的距離等。斜刃剪剪刃行程的確定，除了考慮平行剪剪切的各種因素外，還應(yīng)該考慮由于剪刃的傾斜所引起的行程增加，即的值。 其中：；h-被剪切鋼坯斷面的最大高度，5070mm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)備量（此時(shí)，被剪切鋼坯斷面應(yīng)取最大斷面高度）；s-上、下刀片的重疊度，可取s=525mm；j-為了避免上下刀片受鋼坯沖撞，而使壓板低于上刀刃的距離，取j

32、=550mm；q-為了使軋件能順利通過(guò)剪切機(jī)，下刀刃不被軋件磨損，使下刀低于輥道表面的距離，取q=520mm；h-剪刃傾斜引起的行程增加，可按軋件的最大寬度來(lái)計(jì)算，即mm；由于原來(lái)的取樣剪切行程是240mm，故在改進(jìn)的基礎(chǔ)上剪切行程可保持不變，所以取h=240mm。2.2.5 剪切是 p及a的確定斜刃剪切機(jī)是用來(lái)剪切寬而薄的金屬薄板，因而需要把剪刃作成有一定傾斜角的刀片，使剪切力降低從而使框架等的受力減小?？偧羟辛τ腥糠纸M成，即：式中：-純剪切力-剪切時(shí)，上剪刃已經(jīng)被切下部分金屬的彎力-彎曲刃口附近金屬所需的彎曲力，在剪切時(shí)由于剪刃的壓力，使切口附近的金屬形成凹坑。根據(jù)系列的理論推導(dǎo)可以得到

33、純剪切力的計(jì)算公式： 式中： -純剪切力 h-板坯的厚度 -斜刀片的傾斜角由式可知，隨著的增加而減少，隨 的加大而加大，隨h的平方關(guān)系而變化。其中由于該剪是屬于冷剪，對(duì)值可用下式來(lái)確定： 其中：，-一般?。?，-被剪切鋼板的強(qiáng)度極限和延展性。將，代入上式，可以得到為：根據(jù)軋鋼機(jī)械，用斜刃剪冷剪切金屬時(shí)，總剪切力公式如下： 式中： -總剪切力 -純剪切力 -材料的延伸率-材料的強(qiáng)度極限-，其變化規(guī)律如下圖 圖2-2 系數(shù)的變化規(guī)律由圖可以看出當(dāng)12時(shí)，z趨于0.95，所示，我們?nèi)?0.95；剪切機(jī)經(jīng)常剪切的材料為合金鋼、低碳鋼、高碳鋼。表2-1即為這幾種材料的性能參數(shù)表。 y-刀片相對(duì)側(cè)間隙，即為

34、刀片側(cè)間隙與鋼板厚度h的比值，由上計(jì)算知道，可取=0.20.6mm之間的一個(gè)值，先假設(shè)取=0.5mm x-壓板相對(duì)距離，即為壓板中心距離下刀側(cè)邊緣距離c與鋼板厚度h的比值， 材料名稱(chēng)材料牌號(hào)強(qiáng)度極限b mpa延展性 %普通碳素鋼 a3a5 37346149060825271921優(yōu)質(zhì)碳素鋼40455695981916普通低合金碳素鋼16mn15mnv47151049054919211719合金結(jié)構(gòu)鋼20cr40cr834981109在進(jìn)行初步計(jì)算時(shí)，可取x=10。根據(jù)公式：、，從常用性，經(jīng)濟(jì)性等綜合比較取a5普通碳素鋼，性能為、。表2-1 材料的性能參數(shù)當(dāng)時(shí)，將上數(shù)據(jù)代入得：因?yàn)楫?dāng)?shù)度凶冣g時(shí)，

35、剪切力會(huì)增大，所以實(shí)際的剪切力應(yīng)在計(jì)算值的基礎(chǔ)上增加10%20%，在這我先假定取12%，即為：所以側(cè)向推力而斜刀片剪切機(jī)的剪切功a等于剪切力p與刀片行程的乘積，即： 式中的b為鋼板的寬度，所以可得剪切功a為：2.3 各部分強(qiáng)度和剛度的驗(yàn)算由于剪切厚度的加大，使剪切力增大。所以該設(shè)計(jì)的驗(yàn)算主要針對(duì)機(jī)架的和各個(gè)銷(xiāo)軸強(qiáng)度的校核驗(yàn)算。對(duì)于機(jī)架而言，只要其剛度能夠滿足要求，它的強(qiáng)度就一定能滿足要求，所以只需要計(jì)算它的剛度就可以了。該剪切機(jī)的機(jī)械部分是一個(gè)平行四連桿機(jī)構(gòu)，平行四連桿機(jī)構(gòu)通過(guò)一個(gè)三角架與液壓缸連接在一起，各連接點(diǎn)銷(xiāo)軸連接，由于剪切負(fù)載的加大，所以還要針對(duì)各銷(xiāo)軸的剪切和擠壓強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算以及對(duì)四

36、連桿機(jī)構(gòu)中的水平連桿進(jìn)行拉伸強(qiáng)度的驗(yàn)算，通過(guò)計(jì)算，保留原有滿足要求的部分，對(duì)不滿足設(shè)計(jì)要求的地方進(jìn)行改進(jìn)。2.3.1 機(jī)構(gòu)自由度的確定為了使機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件的數(shù)目應(yīng)等于機(jī)構(gòu)自由度的數(shù)目。本機(jī)構(gòu)屬于平面機(jī)構(gòu)，在平面機(jī)構(gòu)中，各構(gòu)件只做平面運(yùn)動(dòng)，所以每個(gè)自由構(gòu)件具有三個(gè)自由度屬于平面機(jī)構(gòu)，而每個(gè)平面低副各提供兩個(gè)約束，每個(gè)平面高副只提供一個(gè)約束，設(shè)平面機(jī)構(gòu)中共有n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，在各構(gòu)件尚未構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副時(shí)，他們共有3n個(gè)自由度。而當(dāng)構(gòu)件構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副之后，設(shè)共有個(gè)低副和個(gè)高副，它們將提供個(gè)約束，故機(jī)構(gòu)圖（2-3）自由度為：在此機(jī)構(gòu)中，沒(méi)有高副的存在，故機(jī)構(gòu)自由度為：f=37-210=1機(jī)構(gòu)中，

37、原動(dòng)件只有一個(gè)，由油缸驅(qū)動(dòng)的，與自由度的數(shù)目相等，故機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件。2.3.2 受力分析 剪切機(jī)總體受力簡(jiǎn)圖如下圖所示：圖2-3 剪切機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖-油缸推力；-b點(diǎn)銷(xiāo)軸所受的水平分力；-b點(diǎn)銷(xiāo)軸所受的豎直分力；-連桿ck對(duì)節(jié)點(diǎn)k銷(xiāo)軸的作用力；-連桿gd對(duì)節(jié)點(diǎn)g銷(xiāo)軸的作用力；-連桿cd對(duì)節(jié)點(diǎn)銷(xiāo)軸c的作用力；-連桿ed對(duì)節(jié)點(diǎn)d銷(xiāo)軸的作用力；n-機(jī)架對(duì)刀的作用力。2.3.2.1 各參數(shù)的確定該剪切機(jī)的主要工作油缸為中部擺動(dòng)式液壓缸，通過(guò)耳軸懸掛在機(jī)架上，對(duì)于初始參數(shù)的確定應(yīng)當(dāng)包括角初始值及油缸的初始位置。根據(jù)油缸工作受力情況和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)的需要，初步設(shè)定當(dāng)活塞處于油缸底部時(shí)，油缸處于豎直位置。當(dāng)連

38、桿處于如圖2-3所示位置時(shí)，該位置即為初始位置；設(shè)連桿kc與上刀架平面之間的夾角為，當(dāng)油缸位于豎直位置時(shí)，初始值設(shè)為，以下可以通過(guò)油缸的行程和上刀架行程來(lái)計(jì)算出。當(dāng)=時(shí)，上刀架位于最上部，當(dāng)時(shí)，上刀架位于最下部，由此可得： 式中：h-上刀架行程，由前面得h=240mm 可求出為：所以角的取值范圍是：2.3.2.2 各點(diǎn)受力分析經(jīng)分析認(rèn)為刀片和機(jī)架為剛性體（剪切過(guò)程不考慮其彈性變形），由此推知，連接上刀架的兩連桿kc和gd，兩者受力相同，由于兩者和水平連桿及上刀架組成平行四連桿機(jī)構(gòu)，所以二者受力方向也一致。從圖2-3中得出上刀架受力分析圖，如下所示：圖2-4 上刀架受力圖n-機(jī)架對(duì)上刀架的側(cè)向壓

39、力；f-機(jī)架對(duì)上刀架的摩擦力；-連桿kc對(duì)刀架的作用力；-連桿gd對(duì)刀架的作用力；p-軋件對(duì)上刀片作用力根據(jù)平衡條件，可得：式中，為上刀片的傾斜角，=。為上刀架與機(jī)架之間的摩擦系數(shù)，根據(jù)二者的材料和潤(rùn)滑狀況，取由以上四式可得：由前面對(duì)斜刀剪剪切過(guò)程的分析可知：剪切力p隨著剪切面積的變化而變化：如圖2-5所示，當(dāng)上剪刃達(dá)到圖示位置時(shí)，剪切力初次達(dá)到最大值，并隨后進(jìn)入穩(wěn)定剪切階段，在穩(wěn)定剪切階段剪切力p保持不變。圖2-5 剪切過(guò)程因角隨剪切過(guò)程的深入而逐漸增大，根據(jù)上式可得知，當(dāng)剪切力p剛剛達(dá)到最大值的瞬間，、達(dá)到最大值。根據(jù)上刀片的行程h，上、下刀片的重疊量 s和軋件的最大寬度估算出當(dāng)、達(dá)到最大

40、值時(shí)角的取值，確定、的最大值。圖2-5所示，設(shè)上刀片由初始位置移動(dòng)到該位置所移動(dòng)的距離為。式中：h-上刀片行程，由前面已分析的結(jié)果得知h=240mm： -考慮由于上刀片傾斜所引起的行程增加量，由前式中已知：取s-上下刀片重疊量，一般取s=525mm；原剪切機(jī)取s=20mm，因?yàn)橐?0mm的板坯，所以取s=25mm。l-斜刀片剪切機(jī)刀片長(zhǎng)度，取l=2000mm；-軋件最大寬度，取=1800mm；-上刀片傾斜角，。將數(shù)據(jù)代入，的=125.24mm此時(shí)，角為：得出 將代入，得通過(guò)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析，如圖2-3所示：其中：-油缸推力-b點(diǎn)銷(xiāo)軸所受的水平分力-b點(diǎn)銷(xiāo)軸所受的豎直分力-連桿c

41、k對(duì)節(jié)點(diǎn)銷(xiāo)軸的作用力-連桿gd對(duì)節(jié)點(diǎn)銷(xiāo)軸的作用力-連桿cd對(duì)節(jié)點(diǎn)銷(xiāo)軸的作用力-連桿ed對(duì)節(jié)點(diǎn)d銷(xiāo)軸的作用力根據(jù)力平衡原理，對(duì)節(jié)點(diǎn)d有：可得： ； 而所以當(dāng)、達(dá)到最大值時(shí)，也可能達(dá)到最大值；而隨也與成正比，所以當(dāng)達(dá)到最大值時(shí)，也達(dá)到最大值。得到：2.3.2.3 油缸最大推力的確定油缸的最大負(fù)載是一個(gè)重要的技術(shù)參數(shù)，是對(duì)油缸進(jìn)行設(shè)計(jì)的主要理論依據(jù)。所以要對(duì)其進(jìn)行估算。油缸的最大推力可能會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)位置，即穩(wěn)定剪切階段的始末：第一個(gè)位置是在剪切力剛剛達(dá)到最大值的瞬間；第二個(gè)位置是在剪切力即將由最大值開(kāi)始減小的瞬間，下面對(duì)這兩個(gè)位置進(jìn)行驗(yàn)算，以確定油缸的最大推力。1，當(dāng)、達(dá)到最大值時(shí)的推力圖2-3中，當(dāng)

42、時(shí)，連續(xù)油缸和三角架的銷(xiāo)軸處于a點(diǎn)，此時(shí)，設(shè)ab與水平線夾角為；當(dāng)時(shí)，即液壓缸走完其余全部行程時(shí)，連接銷(xiāo)軸處于a點(diǎn)，設(shè)此時(shí)ab與水平線夾角為；由前面的分析及三角架的結(jié)構(gòu)可知：圖2-6 三角架結(jié)構(gòu)可得油缸推力對(duì)支撐點(diǎn)b力矩力臂的范圍： 將 代入得： 如圖2-7所示：abc為初始位置，為剪切力達(dá)到最大時(shí)的位置，根據(jù)圖示角度關(guān)系可以得到bc邊轉(zhuǎn)過(guò)的角度為：圖 2-7 示意圖根據(jù)余弦定理可得：在中，應(yīng)用正弦定理：即當(dāng)剪切力剛剛達(dá)到最大值的瞬間，油缸推力的方向與豎直方向夾角為，此時(shí)，對(duì)b點(diǎn)取力矩為：根據(jù)平衡條件，、三力對(duì)b 點(diǎn)的力矩應(yīng)該平衡；將代入上式得： 對(duì)三角架進(jìn)行整體受力分析： 將、數(shù)值代入上兩式

43、，可以求得：2，第二個(gè)位置即剪切力即將由最大值開(kāi)始減小，穩(wěn)定剪切階段即將結(jié)束的瞬間。圖2-8 第二個(gè)位置示意圖此時(shí)，角的取值為：由上式可得：根據(jù)第一個(gè)位置的計(jì)算方法，同理可得：如下圖所示圖2-9 油缸推力對(duì)b點(diǎn)的力臂為：再將代入式2-16，2-20可求出：、對(duì)b點(diǎn)取力矩：將代入式2-25中得：綜上，經(jīng)過(guò)對(duì)兩個(gè)位置的分析和計(jì)算可知，在第一個(gè)位置時(shí)，即當(dāng)、均達(dá)到最大值時(shí)，所需要的油缸推力也達(dá)到最大值。所以最終確定力能參數(shù)如下：2.3.2.4 銷(xiāo)軸連桿強(qiáng)度計(jì)算校核銷(xiāo)軸上加工有螺紋孔和油孔，現(xiàn)有設(shè)備的銷(xiāo)軸的螺紋尺寸為 g1/4，管螺紋的特點(diǎn)是在壓力越來(lái)越大時(shí)，其封閉性就會(huì)越來(lái)越好而且比較耐用，易裝配，

44、不易損壞，故可經(jīng)常裝卸?？紤]該螺紋孔的功能是接油管對(duì)銷(xiāo)軸進(jìn)行潤(rùn)滑，其密封性要求較高，經(jīng)查表可知， g1/4管螺紋所對(duì)應(yīng)的大徑d=13.158mm,小徑。2.3.2.5 b點(diǎn)銷(xiāo)軸強(qiáng)度驗(yàn)算該處銷(xiāo)軸所受應(yīng)力為：銷(xiāo)軸尺寸如圖2-11所示，圖2-11 b點(diǎn)銷(xiāo)軸油口螺紋依然是 g1/4，大徑d=13.158mm，小徑，故該銷(xiāo)軸最薄弱處所受剪切強(qiáng)度為：式中-銷(xiāo)軸最薄弱處的受剪切面積，；將代入式中，得該處銷(xiāo)軸所受擠壓強(qiáng)度為： 式中：d-銷(xiāo)軸直徑。d=120mmh-受擠壓長(zhǎng)度，根據(jù)零件尺寸，去h=200mm.將代入式中，得：該處銷(xiāo)軸許用應(yīng)力的確定：銷(xiāo)軸材料為，參照材料30crni3mo，取其屈服極限；根據(jù)表2-

45、2中的公式，可計(jì)算出許用值為：由前面計(jì)算已知：所以該銷(xiāo)軸的擠壓強(qiáng)度足夠，但是剪切強(qiáng)度不夠，要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。考慮到該銷(xiāo)軸的材料已經(jīng)很好，按照設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則：改進(jìn)方案一定要經(jīng)濟(jì)合理；所以，采取加大半徑的方案。根據(jù)式和許用應(yīng)力可得：即： 為了使工作時(shí)更安全可靠，取銷(xiāo)軸直徑d=140mm,即可滿足強(qiáng)度要求。2.3.2.6 連接油缸處銷(xiāo)軸強(qiáng)度校核該銷(xiāo)軸尺寸如圖2-10所示：圖 2-10 a點(diǎn)銷(xiāo)軸由此可得該銷(xiāo)軸最薄弱處的受剪切面積為：銷(xiāo)軸受剪切強(qiáng)度為：擠壓強(qiáng)度為： 式中：-銷(xiāo)軸受剪切擠壓面的直徑；取=110mm；h-銷(xiāo)軸的受壓長(zhǎng)度；取h=70mm。將以上數(shù)值代入式，則可求出擠壓強(qiáng)度為；強(qiáng)度條件滿足：式中-銷(xiāo)

46、軸材料的許用剪切應(yīng)力，mpa,見(jiàn)本節(jié)表2-2表2-2 銷(xiāo)軸連接處的許用應(yīng)力及安全系數(shù)-銷(xiāo)軸材料的許用擠壓應(yīng)力，見(jiàn)本節(jié)表2-2。考慮到零件的材料和受擠壓長(zhǎng)度可能不同，應(yīng)取h與乘積小值為計(jì)算對(duì)象。該銷(xiāo)軸材料為，屈服極限；因其受變化載荷，安全系數(shù)取為s=4.5，銷(xiāo)軸許用剪切力為：許用擠壓應(yīng)力為：綜上，可以推得：，所以，a點(diǎn)銷(xiāo)軸的強(qiáng)度能夠滿足要求。2.3.2.7 e點(diǎn)銷(xiāo)軸強(qiáng)度校核根據(jù)式可求出所受剪切應(yīng)力為：所受的擠壓應(yīng)力為：該處銷(xiāo)軸材料為30crnimo6v，與b點(diǎn)銷(xiāo)軸的材料一致，所以其許用應(yīng)力為：可推出，強(qiáng)度要求滿足。2.3.2.8 平行四連桿銷(xiāo)軸的驗(yàn)算在這四個(gè)銷(xiāo)軸中，因原有直徑大小一樣，且受力情況

47、一致，所以只需對(duì)其中一個(gè)進(jìn)行校核。選擇k點(diǎn)銷(xiāo)軸來(lái)驗(yàn)算。剪切應(yīng)力為：擠壓應(yīng)力為：銷(xiāo)軸材料均為30 crnimo6v，與b點(diǎn)銷(xiāo)軸材料一致，其許用應(yīng)力為：所以有，強(qiáng)度要求2.3.3 水平拉桿的驗(yàn)算平行四連桿機(jī)構(gòu)的中間水平連桿主要用來(lái)承受拉力，因剪切負(fù)載的加大，所以有必要對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。該連桿的形狀尺寸如圖2-12所示； 圖2-12 水平連桿剖圖其最薄弱處受拉面積:sl=100x130=13000其受拉強(qiáng)度為：該連桿的材料為球墨鑄鐵qt700-2，該材料的許用拉伸應(yīng)力為根據(jù)式的結(jié)果，可知，拉伸強(qiáng)度滿足要求，即不需要改進(jìn)。2.3.4 機(jī)架剛度驗(yàn)算及改進(jìn)措施機(jī)架受力簡(jiǎn)圖如圖2-13所示： 圖2-13 機(jī)

48、架受力簡(jiǎn)圖圖中-b處銷(xiāo)軸對(duì)機(jī)架的水平作用力；-b處銷(xiāo)軸對(duì)機(jī)架的豎直作用力；- e處銷(xiāo)軸對(duì)機(jī)架的水平作用力；- e處銷(xiāo)軸對(duì)機(jī)架的豎直作用力；n-上刀架對(duì)機(jī)架的側(cè)壓力；f-上刀架對(duì)機(jī)架的摩擦力；p-通過(guò)下刀架傳到機(jī)架的作用力；-擺動(dòng)油缸通過(guò)軸對(duì)機(jī)架的作用力；-油缸推力最大時(shí)，油缸的擺動(dòng)角度。由前面的計(jì)算及平衡條件可得：在各點(diǎn)受力達(dá)到最大值各力值為機(jī)架總體受力分析：在水平及豎直方向和力矩都應(yīng)平衡，最初機(jī)架的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)是連接機(jī)架與地基的四個(gè)銷(xiāo)軸僅僅承受重力或僅承受非常小的工作附加力。由此可知，下刀架與機(jī)架連接點(diǎn)以下不再進(jìn)行受力分析。對(duì)作用點(diǎn)k取力矩：將數(shù)值代入以上三式，可得機(jī)架受力平衡。2.3.4.1

49、 畫(huà)機(jī)架立柱與橫梁受力圖將懸掛軸的立柱與機(jī)架分離，單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行受力分析：右力柱受力簡(jiǎn)圖如圖2-14所示： 圖2-14 右立柱受力簡(jiǎn)圖由以上三式可得： 立柱是與機(jī)架焊接在一起的，焊縫處有轉(zhuǎn)矩，但考慮到焊接面積很大，不需考慮焊接強(qiáng)度。列該立柱的彎矩方程：m= = = 得彎矩圖：圖2-15 右立柱彎矩圖2.3.4.2對(duì)剩余部分的分析：由圖2-13和圖2-14可得： 其彎矩方程為：m= = 由以上橫梁的彎矩方程可以做出它的彎矩圖；如圖2-16所示。 圖2-162.3.4.3 進(jìn)行撓曲變形計(jì)算并對(duì)不合理的地方提出改進(jìn)措施。由上述計(jì)算可知，橫梁的最大彎曲變形發(fā)生在段內(nèi)。根據(jù)材料力學(xué)有：從而可得撓性的微分方

50、程為： 式中： e-橫梁的彈性模量i-橫梁橫截面的慣性矩v-橫梁彎曲撓度m-橫梁彎矩當(dāng)時(shí)，由式所得；對(duì)上式積分得：當(dāng)時(shí)，撓度最大，轉(zhuǎn)角為零即：由式推出c=439863當(dāng)時(shí)，將其代入式和式可得：當(dāng)時(shí)，兩式表示的撓度相同；所以可以推出以下等式：將代入式2-31，則可求出橫梁的最大撓曲變形為：式中：e-機(jī)架橫梁材料的彈性模量，gpa；機(jī)架的材料選用ht300，壁厚為3050mm，灰鑄鐵的彈性模量在（78.5157）gpa中選取，本設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮最壞的情況，故取e=78.5gpa；2.3.4.5橫梁截面慣性矩的計(jì)算簡(jiǎn)化后的截面形狀如圖2-17所式；由于該截面左右對(duì)稱(chēng)，所以截面的形心 c的位置在其對(duì)稱(chēng)軸

51、線上，在圖2-17中設(shè)立坐標(biāo)系，設(shè)形心c的坐標(biāo)為（）； 圖2-17 橫梁截面簡(jiǎn)化圖根據(jù)材料力學(xué)中組合圖形形心坐標(biāo)的計(jì)算公式：式中和分別表示任一組成部分的面積及其形心的坐標(biāo)。根據(jù)對(duì)稱(chēng)性可直接得出：=0根據(jù)式來(lái)計(jì)算：所以形心c的坐標(biāo)為（0，233.4），形心位置確定后，使用平移軸公式分別計(jì)算出各矩形對(duì)軸的慣性局，軸是通過(guò)形心的坐標(biāo)軸。 式中：-橫梁截面對(duì)形心軸的慣性局；-各組成圖形對(duì)各自形心的慣性局；a-組成圖形形心對(duì)截面形心的距離，有正負(fù)；a-組成圖形的面積。根據(jù)式分別計(jì)算出各部分對(duì)軸的慣性局；所以整個(gè)截面圖形對(duì)軸的慣性局為：將e=78.5gpa=78.5x代入式，則可求出橫梁最大撓曲變形為：

52、對(duì)于剪切機(jī)來(lái)說(shuō)，橫梁的上下彎曲變形對(duì)剪切過(guò)程影響并不是太大，根據(jù)技術(shù)要求，可取橫梁許用彎曲變形f=0.40.8mm，考慮到計(jì)算過(guò)程中的簡(jiǎn)化和安全系數(shù)的要求，應(yīng)對(duì)機(jī)架進(jìn)行加強(qiáng)。將中間支撐板厚度由原來(lái)的40mm加到45mm。2.3.4.6 驗(yàn)算機(jī)架當(dāng)機(jī)架在豎直方向的剛度滿足要求后，最主要的關(guān)鍵的是要控制上刀片與下刀片之間的側(cè)向間隙；如果機(jī)架變形過(guò)大而導(dǎo)致上下刀片之間的側(cè)向間隙過(guò)大從而影響剪切過(guò)程；所以必須驗(yàn)算機(jī)架在水平面內(nèi)垂直與刀片方向的彎曲剛度。受力情況分析：由前面對(duì)斜刀剪的剪切過(guò)程分析可知，斜刀片剪切過(guò)程與平行刀片剪切機(jī)的剪切過(guò)程主要不同點(diǎn)是：斜刀片剪切機(jī)剪切時(shí)，作用在刀片上的不是以被剪切鋼坯全部斷面來(lái)計(jì)算。因?yàn)閭?cè)向推力，而側(cè)向推力t通過(guò)上、下刀架在導(dǎo)軌中的移動(dòng)作用于立柱上。即上、下刀架各受力為t/2，相距離455mm，受力分析如下：t/21740=m+t/21285m=t/2455 =0.27/2 =61.425列彎矩方程m= = 在1285x段內(nèi)，撓曲微分方程為：在0段內(nèi)，撓曲方程為：當(dāng)x=0時(shí)，代入得當(dāng)x=1285時(shí)，轉(zhuǎn)角相同，所以有：撓度相同，即：根據(jù)材