液压同步剪板机传动结构的创新设计.pdf

2 0 1 3年 1 1 月 第 4 1 卷 第 2 2 期 机床与液压 MAC HI NE TOOL ＆ HYDRAUL I C S NO V ． 2 0 1 3 Vo 1 。 41 No ． 2 2 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 2 2 ． 0 0 5 液压同步剪板机传动结构的创新设计 吴 国银 ，汤文成 东南大学机械S - 程学院，江苏南京 2 1 1 1 8 9 摘要综合运用气液复合传动、肘杆增力 以及液压同步回路等对传统的液压同步剪板机传动结构进行创新设计。介绍 了总体传动结构的基本工作原理 ，并详细阐述了双活塞气液复合传动、三角肘杆增力机构以及理论零误差同步回路的性能 优势。该设计相较传统的剪板机传动结构具有环境污染小、工作效率高等众多优势，特别适用于现代快速绿色制造领域。 关键词剪板机；气液复合传动 ；肘杆增力 ；同步回路 ；创新设计 中图分类号 T H1 1 2 ；T H1 3 7 ． 7 ；T H 1 3 8 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 2 2 0 1 1 3 i nno v a t i v e De s i g n o f Hy d r a ul i c S yn c hr O n i z a t i O n S he a r i ng - ma c hi n e Tr a n s mi s s i o n S t r uc t ur e W u Gu o y i n． TANG W e n c h e n g S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，S o u t h e a s t U n i v e r s i t y ，N a n j i n g J i a n g s u 2 1 1 1 8 9 ，C h i n a Ab s t r a c t I n n o v a t i v e d e s i g n f o r t r a d i t i o n a l h y d r a u l i c s y n c h r o n o u s s h e a r i n g ma c h i n e t r a n s n l i s s i o n s t r u c t u r e wa s f o c u s e d o n ，i n t e - g r a t e d u s e o f g a s l i q u i d c o mp o s i t e t r a n s mi s s i o n，t o g g l e f o r c e a mp l i f i e r ，a n d h y d r a u l i c s y n c h r o n i z a t i o n l o o p t r a n s mi s s i o n me c h a n i s m． T h e b a s i c o p e r a t i n g p ri n c i p l e o f t h e o v e r a l l t r a n s mi s s i o n s t ruc t u r e wa s i n t r o d u c e d ．T h e p e r f o r ma n c e a d v a n t a g e s o f t h e d o u b l e p i s t o n g a s l i q u i d c o mp o s i t e t r a n s mi s s i o n，t o g g l e - f o r c e a mp l i fi e r a n d t h e o r e t i c a l z e r o e r r o r s y n c h r o n i z a t i o n l o o p w e r e e l a b o r a t e d ．T h i s d e s i g n h a s a n u mb e r o f p e r f o r ma n c e a d v a n t a g e s c o mp a r e d t o c o n v e n t i o n a l s h e a rin g - ma c h i n e t r a n s mi s s i o n s t r u c t u r e ，i n c l u d i n g h i g h e r e f f i c i e n c y ，l e s s e n v i r o n me n t a l p o l l u t i o n，wh i c h i s e s p e c i a l l y s u i t a b l e for t h e mo d e r n f a s t g r e e n ma n u f a c t u ri n g ． Ke y wo r d s S h e a ri n g ma c h i n e；G a s l i q u i d c o mp o s i t e t r an s m i s s i o n； T o g g l e f o r c e a mp l i f i e r ；S y n c h r o n i z a t i o n l o o p；I n n o v a t i v e d e s i gn 剪板机是一种利用一个刀片相对另一刀片作往复 直线 运动 ，从而实现上下剪刀剪切板材 的机器 。其基 本的工作原理就是借助运动的上刀片和固定 的下刀 片，采用合理的刀片间隙，对各种厚度的金属板材施 加剪切力 ，使板材按所需要的尺寸断裂分离。目前 ， 按驱动方式的不同可以将剪板机分为机械剪板机、液 压剪板机和气动剪板机。其中液压剪板机在国内外已 经得到了极大的普及和推广。液压剪板机有许多优 点，如振动小，工作平稳，剪切精度高；剪切力恒 定 ，可以防止超载；延长刀具使用寿命；行程量和行 程次数调节简便；可以扩展工艺用途等。然而，随着 绿色设计与先进制造 理念 的 E t 益深 入 ，这 种采用单一 驱动方式的剪板机已经无法满足现代加工的要求。因 此 ，完全可以将机械及气动剪板机中的优良结构应用 到液压剪板机中，对液压剪板机的结构进行创新性设 计。基于以上考虑，对传统的液压同步剪板机的传动 结构进行创新设计 ，提 出一种能够满足快速制造工艺 需求的新型剪板机传动结构。 1 液压同步剪板机总传动结构 在进行总传动结构设计过程中，涉及到三方面关 键技术 气液复合技术 、肘杆增力技术和液压同步回 路技术。在气液复合技术中，选取结构较为简单、工 作行程较大并且回程为气压驱动的双活塞气液复合传 动方案；在肘杆增力部分 ，选取具有较好载荷放大功 能、同时又能大幅度提高刀片的空载运行速度的三角 肘杆增力机构；液压同步回路部分则采用理论零误差 同步回路 ，基本可以实现两活塞杆运行的完全同步。 总体传动结构工作原理如图1 所示。 l 一 两 位两 通 换 向阀 2 一 剪 板机 剪 刃 3 一 圆柱 凸台 4 一滑块 5 一三角肘杆增力机6 一液压缸二 7 一液压缸一8 一双活塞气液复合缸 图 1 总体传动结构工作原理图 当两位两通换向阀工作于左位时，空气压缩机供 收稿 日期 2 0 1 21 01 8 作者简介吴国银 1 9 8 9 一 ，男，硕士，研究方向为先进制造技术、机械结构优化与创新设计。Em a i l g u o y i n b s h 1 63 ．c o n 。 第 2 2期 吴国银 等液压同步剪板机传动结构的创新设计 1 3 将 缸二设 计为双出杆液压缸 ，并且缸二 的缸径 以 及活塞杆直径与缸一完全相等。这样 ，由于缸一有杆 腔有效面积与缸二上腔有效面积即使在缸径圆整以后 仍然完全相等 ，从而保证两液压缸活塞杆运行的完全 同步，使得剪切加工更加平稳。 3应用场合 绿色、快速俨然已成为当前机械制造业的重要发 展趋势。该设计主要是以气液复合传动和肘杆增力机 构为基础对液压同步剪板机的结构进行组合、拓扑 、 演绎和创新。基于绿色和环保 的理念 ，以气体为驱 动 ，并通过气一液一机械复合 ，能够实现较大的输出 力 ；同时，传动结构实现了液压油的封闭式循环，油 液挥发及泄漏均大大减小，故特别适用于现代绿色制 造 业 。 4 结束语 通过上述关于创新设计的剪板机总体传动结构工 作原理及过程的分析 ，不难看出该剪板机传动结构具 有下列主要特点 1 采用双活塞气液复合传动作为驱动部分， 结构较为简单，工作行程较大并且 回程为气压驱动， 大大提高工作回程的速率 ，提高了剪板机整体工作效 率。 2 采用理论零误差液压同步回路，基本可以 实现双活塞杆运行的完全同步 ，从而保证剪切力的均 匀分布，提高剪切的稳定性。 3 采用 三角肘 杆增 力 机构作 为 最后 的传 动增 力机构 ，实现对较小输 入力放 大的同时 ，又 能大幅度 提高刀片的空载运行速度，具有较高的剪切和回程速 度、较大的剪切力，从而满足某些特殊工艺的要求。 4 三 角肘杆 增力 机构 为 对称 结构 ，作 用 于 滑 块 上的水 平压力是对称均衡的 ，侧 向压力为零 ，因此 理论上工作滑块不存在摩擦损失。这样不仅节能性较 好，而且可以延长传动构件的使用寿命。 5 在剪刃上方采用双滑块传动，提高了输出 载荷的稳定性 ，有利于剪切过程的平稳进行 。 参考文献 【 1 】 张家远 ， 张春魁， 贾云刚． 带钢生产线液压横剪机的设计 [ J ] ． 机械， 2 0 0 6 ， 3 3 1 2 1 01 2 ． 【 2 】 陈艳丽． 剪切力的实验研究及对剪切力计算方法的分析 评述[ J ] ． 鞍钢技术， 2 0 0 0 3 5 1 5 5 ． 【 3 】 苏东宁， 钟康民， 王红岩． 铰杆增力机构中滑柱力学模型 及计算公式的改善[ J ] ． 济南大学学报， 2 0 0 3 ， 1 7 1 3 5 3 7． 【 4 】陆雯， 钟康民． 气动肌腱与铰杆增力机构的三种组合系 统及其比较[ J ] ． 机械设计， 2 0 0 5 2 5 35 4 ． 【 5 】陈志嵩， 钟康民． 铰杆 一 杠杆串联组合机构分析及其应 用[ J ] ． 机械设计 ， 2 0 1 0 1 5 7 5 8 ． 【 6 】 华大年． 连杆机构设计与应用创新[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． 【 7 】 李军， 邢俊文． A D A M S 实例教程[ M ] ． 北京 北京理工大 学 出版社 ， 2 0 0 2 ． 上接 第 8页 置 ，适 用于管路焊接对 中的固定 ，能适应不 同壁厚和 长度 的管路 。 2 高效高精度船舶管路焊接对中装置利用锁 紧杆 、同心套 和 钢球 实 现两 段 管路 的对 中 ，确保 同 心、同轴的精度。 3 高效 高精 度船 舶管 路 焊接对 中装 置利 用 液 压缸对管路进行锁紧，省去了传统管路对中的点焊步 骤，大大提高了管路加工的效率。 参考文献 【 1 】 赵其章， 金玉嵌 ， 邹家生． 船用管 一 管机器人焊接接头组 织和性能[ J ] ． 焊接技术， 2 0 0 9 ， 3 8 8 1 8 2 2 ． 【 2 】许小平， 周飞霓， 卢本． 船舶钢结构焊接技术[ M ] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 9 ． 【 3 】付锦云． 船舶管路系统[ M] ． 哈尔滨 哈尔滨工程大学出 版社 ， 2 0 0 9 ． 【 4 】曹凌源， 赵伯楗 ， 林涛． 船舶管系机器人焊接系统研制 [ J ] ． 造船技术 ， 2 0 0 8 5 2 2 2 4 ． 【 5 】祝乐， 王锁英． 船用不锈钢管道焊接技术研究 [ J ] ． 船电 技术， 2 0 1 0 ， 3 0 9 6 1 6 4 ． 【 6 】邹家生， 金玉嵌 ， 严铿． 船用管 一法兰机器人焊接工艺技 术研究[ J ] ． 江苏科技大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 9 ， 2 3 1 2 32 6 ． 【 7 】许小平． 高效焊接在船舶管 系制造 中的发 展及应 用 [ J ] ． 焊接技术 ， 2 0 1 1 ， 4 0 4 5 8 ． 【 8 】王者昌． 焊接应力变形原理若干问题的探讨 二 [ J ] ． 焊接学报， 2 0 0 8 ， 2 9 7 6 9 7 2 ． 【 9 】黄嗣罗， 薛勇， 张建勋 ， 等． 管对接全位置焊应力应变场 三维有限元数值分析[ J ] ． 焊接学报 ， 2 0 0 6 ， 2 7 4 7 3 7 7． 【 1 0 】 成大先． 机械设计手册[ M] ． 5 版． 北京 化学工业出版 社 ， 2 0 1 0 ．