3MN液压剪系统的分析与应用
1设备组成和工作原理
1.1设备组成
整个液压剪主要由机械部分，液压系统和电气控制系统组成。机械部分由机架体，机体拖入拖出装置，剪刃装置等组成。剪体45°斜向布置，这样即使液压油泄漏，也不会掉在轧件上，保证设备安全。采用PLC电气控制系统，可靠性高，编程使用方便，通用性好，网络通讯功能强。液压系统采用二通插装阀控制回路，主要由泵站，液压阀台和液压执行机构3大部分构成。
1.2工作原理
剪切钢坯时，剪切力不是恒定的，剪切力随相对切入深度变化。当剪刃与钢坯接触后，剪切力随切入深度的增加而增大，当达到最大变形阻力时，剪切力达到最大，此时钢坯开始发生剪切滑移，剪切力又随着剪切断面的缩小而很快衰减，直至钢坯断裂。根据钢坯的剪切力学特性，设计了液压剪液压系统原理图。泵站由4台泵组成，3用1备，由溢流阀限定系统最高工作压力，因4台泵的结构完全一样，原理图中只画出了1台泵。待机时，所有电磁阀断电，泵通过插装阀6卸荷。剪切时，电磁阀YA1和YA2通电，YA3断电，插装阀11打开，同时插装阀10闭合，液压油通过插装阀11进入剪切缸的无杆腔，推动剪刃上升。当剪切力低于顺序阀17的设定压力时，插装阀13不会打开，剪切缸有杆腔的油经插装阀12和11回到无杆腔，形成差动回路，实现快速剪切。
当剪切力超过顺序阀17的设定压力时，插装阀13打开，剪切缸有杆腔的油经插装阀13回油箱，此时开始慢速剪切。当剪切力随着剪切断面的缩小而减小，低于顺序阀17的设定压力时，插装阀13又关闭，系统形成差动回路，剪刃将钢坯快速切下。这种速度变化与钢坯的剪切力学特性相适应，使剪切过程平稳。
当剪切完毕后，电磁阀YA3通电，YA2断电，液压油经插装阀12进入剪切缸有杆腔，无杆腔液压油通过插装阀10流回油箱，剪刃退回初始位置，准备下一步剪切。为了降低剪切过程中产生的冲击振动，采用了带阻力器的插装阀，同时利用溢流阀16来缓冲钢坯剪断瞬间所形成的液压冲击。
2泵站的设计计算
2.1液压泵的选择
首先计算液压泵的最高工作压力pp和流量qvppp≥p1 ∑Δp（1）式中：p1为液压缸最大的工作压力；∑Δp为从泵口到液压缸的压力损失，按经验取约1MPa.
qvp≥K（∑qvmax）（2）式中：K为系统泄漏系数，一般取1.1～1.3；qvmax为液压缸的最大流量。
p1=4FπD2=4×3000000π×0.44×0.44=19.74MPa剪切时最大速度为v1=st=0.24=0.05m/s=3m/min式中：s为剪切行程；t为剪切时间，这里取4s.
由此可得出液压缸最大流量是qvmax=πD2v14=π×0.44×0.44×34=0.456m3/min=456L/min由公式（1）和（2）可以得出pp≥p1 ∑Δp=19.74 1≈21MPaqvp≥K（∑qvmax）=1.3×456≈593L/min根据以上参数，液压泵选用250SCY14-1B变量柱塞泵。该泵可根据需要手动改变排量。液压泵的工？05？机床与液压第38卷作压力随剪切力变化，将溢流阀溢流压力设定为23MPa，以限制系统的最高工作压力。
2.2油箱容量的确定
油箱容量可按经验公式计算，也可按照系统的发热温升计算公式得到，一般按照经验公式计算然后再用系统发热温升计算公式进行校核。根据经验公式V=ζqp（3）式中：V为油箱的有效容积；qp为液压泵总的额定流量；ζ为经验系数，与系统的压力或者应用场合相关，在此系统中选择ζ=10.
可以得到油箱的容积为V=ζqp=10×250×3=7500L2.3系统发热温升估算
系统的发热主要是由于液压系统的压力，容积和机械损失构成的能量损失都将转化为热量，使油温升高。过高的温度将使系统不稳定，会使液压油的黏度降低造成系统泄漏，效率降低，同时造成密封元件的老化，对泵的寿命影响十分显着。因此在液压系统设计的过程必须对系统进行发热和温升计算，并进行控制。系统的总发热量H可以按下式进行估算H=Npi-NMo（4）式中：Npi为液压泵的输入功率，NMo为执行器的输出功率。
由2.1节可以得出：Npi=pp×qvp=21×106×593×10-3/60=2.0755×105WNMo=p1qvmax=19.74×106×456×10-3/60=1.50024×105WH=5.7526×104W系统在产生热量的过程中，同时也通过系统的元件散发热量至空气，其中油箱为主要散热表面，其他如管道等因散热面较小，可以忽略不计。油箱的散热H0可以通过以下公式计算得到：H0=KAΔT（5）式中：K为散热系数，单位W/（m2℃），计算时在通风良好的条件下K取14～20；A为油箱的散热面积，一般根据经验散热面积的计算公式A=0.0653V？
2计算，其中V为油箱的有效容积（L）；ΔT为系统的温升，即系统达到热平衡的时候和环境的温度之差（℃），在工作机械中一般取ΔT≤35℃。
因此油箱散发的热量为H0=KAΔT=17×0.06537500？
2×35=1.4818×104W可以看出，通过油箱表面积散热无法达到热平衡。因此需要通过加设冷却器来达到系统所需的冷却效果。
3阀台的设计由于二通插装阀是阀座式结构，具有内部泄漏少，通流阻力小，通流能力大，压力损失小，结构简单等优点，被广泛应用于高压大流量的液压传动控制领域。作者采用二通插装阀控制系统。
集成块的设计应满足两个要求：（1）功能上必须满足原理图的控制要求；（2）结构上必须满足良好的工艺性和易加工性。传统的二维设计要求设计人员有着良好的空间想象能力，但随着集成块孔系复杂程度的提高，二维设计方法已经越来越难以完成任务。三维设计软件的普及使得集成块的设计有了更高的效率，但一些三维软件工程图表达的弱性成为用三维软件设计集成块的瓶颈，而专用集成块设计软件如SecoMAN由于较高的价格很难为中小企所接受。
Autodesk公司在AutoCAD的基础上开发的三维软件Inventor比较好地解决了这个问题。Inventor不仅具有三维软件所具有的功能，而且在工程图的绘制方面达到二维软件所具有的优势。
采用Inventor设计二通插装阀集成块时，首先要确定元件的布局方案。由于元件相互连接通过内部孔道，而阀块内部的孔系十分复杂，一个元件的变动经常造成整体的变动，因此需根据原理图对元件进行合理的布局。首先大致确定主要油口的方向位置，然后安排好通径大和主油路关系密切的阀，就近摆放方便控制油路的阀，计算出阀块的大致尺寸。第二步，进行内部孔道的连通。首先配置较大的孔，大孔的长度尽可能短些，避免长孔以免造成加工的困难，避免采用斜孔和孔道之间的干涉，同时对于高压孔道需要有一定的壁厚确保承受压力，工艺孔的数目尽可能的少。第三步，检查设计结果，生成工程图。
液压集成阀块的设计一直是液压系统设计的一个难题，合理利用三维软件可以提高设计效率，缩短设计周期，提高阀块的设计水平和质量，改善阀块的可靠性和精度。
4结束语
作者介绍的3MN液压热剪二通插装阀控制回路，采用差动回路和顺序阀来控制剪切速度，符合钢坯剪切工艺，剪切过程动作平稳，效率较高。使用Inventor三维软件设计集成阀块，让设计任务更加轻松。
1.1设备组成
整个液压剪主要由机械部分，液压系统和电气控制系统组成。机械部分由机架体，机体拖入拖出装置，剪刃装置等组成。剪体45°斜向布置，这样即使液压油泄漏，也不会掉在轧件上，保证设备安全。采用PLC电气控制系统，可靠性高，编程使用方便，通用性好，网络通讯功能强。液压系统采用二通插装阀控制回路，主要由泵站，液压阀台和液压执行机构3大部分构成。
1.2工作原理
剪切钢坯时，剪切力不是恒定的，剪切力随相对切入深度变化。当剪刃与钢坯接触后，剪切力随切入深度的增加而增大，当达到最大变形阻力时，剪切力达到最大，此时钢坯开始发生剪切滑移，剪切力又随着剪切断面的缩小而很快衰减，直至钢坯断裂。根据钢坯的剪切力学特性，设计了液压剪液压系统原理图。泵站由4台泵组成，3用1备，由溢流阀限定系统最高工作压力，因4台泵的结构完全一样，原理图中只画出了1台泵。待机时，所有电磁阀断电，泵通过插装阀6卸荷。剪切时，电磁阀YA1和YA2通电，YA3断电，插装阀11打开，同时插装阀10闭合，液压油通过插装阀11进入剪切缸的无杆腔，推动剪刃上升。当剪切力低于顺序阀17的设定压力时，插装阀13不会打开，剪切缸有杆腔的油经插装阀12和11回到无杆腔，形成差动回路，实现快速剪切。
当剪切力超过顺序阀17的设定压力时，插装阀13打开，剪切缸有杆腔的油经插装阀13回油箱，此时开始慢速剪切。当剪切力随着剪切断面的缩小而减小，低于顺序阀17的设定压力时，插装阀13又关闭，系统形成差动回路，剪刃将钢坯快速切下。这种速度变化与钢坯的剪切力学特性相适应，使剪切过程平稳。
当剪切完毕后，电磁阀YA3通电，YA2断电，液压油经插装阀12进入剪切缸有杆腔，无杆腔液压油通过插装阀10流回油箱，剪刃退回初始位置，准备下一步剪切。为了降低剪切过程中产生的冲击振动，采用了带阻力器的插装阀，同时利用溢流阀16来缓冲钢坯剪断瞬间所形成的液压冲击。
2泵站的设计计算
2.1液压泵的选择
首先计算液压泵的最高工作压力pp和流量qvppp≥p1 ∑Δp（1）式中：p1为液压缸最大的工作压力；∑Δp为从泵口到液压缸的压力损失，按经验取约1MPa.
qvp≥K（∑qvmax）（2）式中：K为系统泄漏系数，一般取1.1～1.3；qvmax为液压缸的最大流量。
p1=4FπD2=4×3000000π×0.44×0.44=19.74MPa剪切时最大速度为v1=st=0.24=0.05m/s=3m/min式中：s为剪切行程；t为剪切时间，这里取4s.
由此可得出液压缸最大流量是qvmax=πD2v14=π×0.44×0.44×34=0.456m3/min=456L/min由公式（1）和（2）可以得出pp≥p1 ∑Δp=19.74 1≈21MPaqvp≥K（∑qvmax）=1.3×456≈593L/min根据以上参数，液压泵选用250SCY14-1B变量柱塞泵。该泵可根据需要手动改变排量。液压泵的工？05？机床与液压第38卷作压力随剪切力变化，将溢流阀溢流压力设定为23MPa，以限制系统的最高工作压力。
2.2油箱容量的确定
油箱容量可按经验公式计算，也可按照系统的发热温升计算公式得到，一般按照经验公式计算然后再用系统发热温升计算公式进行校核。根据经验公式V=ζqp（3）式中：V为油箱的有效容积；qp为液压泵总的额定流量；ζ为经验系数，与系统的压力或者应用场合相关，在此系统中选择ζ=10.
可以得到油箱的容积为V=ζqp=10×250×3=7500L2.3系统发热温升估算
系统的发热主要是由于液压系统的压力，容积和机械损失构成的能量损失都将转化为热量，使油温升高。过高的温度将使系统不稳定，会使液压油的黏度降低造成系统泄漏，效率降低，同时造成密封元件的老化，对泵的寿命影响十分显着。因此在液压系统设计的过程必须对系统进行发热和温升计算，并进行控制。系统的总发热量H可以按下式进行估算H=Npi-NMo（4）式中：Npi为液压泵的输入功率，NMo为执行器的输出功率。
由2.1节可以得出：Npi=pp×qvp=21×106×593×10-3/60=2.0755×105WNMo=p1qvmax=19.74×106×456×10-3/60=1.50024×105WH=5.7526×104W系统在产生热量的过程中，同时也通过系统的元件散发热量至空气，其中油箱为主要散热表面，其他如管道等因散热面较小，可以忽略不计。油箱的散热H0可以通过以下公式计算得到：H0=KAΔT（5）式中：K为散热系数，单位W/（m2℃），计算时在通风良好的条件下K取14～20；A为油箱的散热面积，一般根据经验散热面积的计算公式A=0.0653V？
2计算，其中V为油箱的有效容积（L）；ΔT为系统的温升，即系统达到热平衡的时候和环境的温度之差（℃），在工作机械中一般取ΔT≤35℃。
因此油箱散发的热量为H0=KAΔT=17×0.06537500？
2×35=1.4818×104W可以看出，通过油箱表面积散热无法达到热平衡。因此需要通过加设冷却器来达到系统所需的冷却效果。
3阀台的设计由于二通插装阀是阀座式结构，具有内部泄漏少，通流阻力小，通流能力大，压力损失小，结构简单等优点，被广泛应用于高压大流量的液压传动控制领域。作者采用二通插装阀控制系统。
集成块的设计应满足两个要求：（1）功能上必须满足原理图的控制要求；（2）结构上必须满足良好的工艺性和易加工性。传统的二维设计要求设计人员有着良好的空间想象能力，但随着集成块孔系复杂程度的提高，二维设计方法已经越来越难以完成任务。三维设计软件的普及使得集成块的设计有了更高的效率，但一些三维软件工程图表达的弱性成为用三维软件设计集成块的瓶颈，而专用集成块设计软件如SecoMAN由于较高的价格很难为中小企所接受。
Autodesk公司在AutoCAD的基础上开发的三维软件Inventor比较好地解决了这个问题。Inventor不仅具有三维软件所具有的功能，而且在工程图的绘制方面达到二维软件所具有的优势。
采用Inventor设计二通插装阀集成块时，首先要确定元件的布局方案。由于元件相互连接通过内部孔道，而阀块内部的孔系十分复杂，一个元件的变动经常造成整体的变动，因此需根据原理图对元件进行合理的布局。首先大致确定主要油口的方向位置，然后安排好通径大和主油路关系密切的阀，就近摆放方便控制油路的阀，计算出阀块的大致尺寸。第二步，进行内部孔道的连通。首先配置较大的孔，大孔的长度尽可能短些，避免长孔以免造成加工的困难，避免采用斜孔和孔道之间的干涉，同时对于高压孔道需要有一定的壁厚确保承受压力，工艺孔的数目尽可能的少。第三步，检查设计结果，生成工程图。
液压集成阀块的设计一直是液压系统设计的一个难题，合理利用三维软件可以提高设计效率，缩短设计周期，提高阀块的设计水平和质量，改善阀块的可靠性和精度。
4结束语
作者介绍的3MN液压热剪二通插装阀控制回路，采用差动回路和顺序阀来控制剪切速度，符合钢坯剪切工艺，剪切过程动作平稳，效率较高。使用Inventor三维软件设计集成阀块，让设计任务更加轻松。
