钢筋调直切断机毕业设计说明书

液压钢筋调直切断机切断装置设计

摘要

本设计为液压式钢筋调直切断机切断装置设计，设计内容主要是切断装置原理方案的确定、切断装置的设计计算、切断装置液压系统的设计、液压件的选择及切断装置的结构设计等。

本设计中介绍了液压系统方案的确定，并在后面附上了一张确定后液压系统原理图。

液压系统的设计和计算是本文重点着手对象，其中液压缸是本设计的最重要的组成部分，其中包含了负载的计算、系统工作压力的确定、活塞与活塞杆的计算、缸体长度的确定以及活塞杆稳定性的演算等。

油箱的设计也是本文的重点，其中包含了油箱容积的计算，油箱结构的设计，油箱与液压泵和电机的安装方式等。

关键词：钢筋调直切断机；液压缸；压力；流量；刀具

HYDRAULIC STEEL BAR STRAIGHTENING AND

CUTTING MACHINE CUTTING DEVICE DESIGN

ABSTRACT

The design for the hydraulic steel bar straightening and cutting machine cutting device design, the main content of the design is the principle scheme of the cutting device, cutting device, cutting device design and calculation of hydraulic system design, hydraulic parts and cutting device structure design.

The design of hydraulic system for the determination of, and attached at the rear of a determined principle diagram of hydraulic system.

Hydraulic system design and calculation is the key to the object, wherein a hydraulic cylinder design is the most important part, which includes the load calculation, system working pressure determination, piston and piston rod, cylinder length determination and calculation of piston rod stability calculation etc..

Tank design is the focus of this paper, which includes the oil tank volume calculation, design the structure, fuel tanks and hydraulic pump and motor installation methods.

Key words: steel bar straightening and cutting machine; hydraulic cylinder;

pressure; low rate; cutting tool

目录

1 绪论 (1)

1.1 钢筋调直切断机简介 (1)

1.1.1 定尺方式 (1)

1.1.2 落料方式 (2)

1.1.3 控制方式 (2)

1.1.4 上料方式 (2)

1.1.5 调直方式 (2)

1.1.6 切断方式 (3)

1.2 钢筋调直切断机的发展现状 (3)

1.3 钢筋切断机的发展前景 (4)

1.4 本课题研究的意义和目的 (5)

2 液压系统方案的确定 (6)

2.1 液压传动简介 (6)

2.2 方案的确定 (6)

3 液压缸的设计计算 (8)

3.1 负载分析 (8)

3.2 确定液压缸内径和活塞杆直径 (8)

3.3 缸桶壁厚 的确定 (9)

3.4 缸底的计算 (11)

3.5 缸头的设计 (11)

3.6 弹簧的设计 (12)

3.6.1 弹簧简介 (12)

3.6.2 弹簧的设计计算 (12)

3.7 夹具的设计 (13)

4 液压元件的确定 (15)

4.1 液压泵的确定 (15)

4.1.1 确定液压泵的最大压力 (15)

4.1.2 计算液压泵流量 (15)

4.1.3 驱动功率的计算 (15)

4.2 确定油管 (16)

4.3 确定阀类元件及辅件 (16)

4.4 蓄能器的选择 (17)

4.5 确定油箱 (18)

4.5.1 油箱的容量的确定 (18)

4.5.2 油箱结构确定 (19)

5 设计总结 (21)

参考文献 (23)

致谢 (25)

附录 (26)

附录 A (27)

附录 B (28)

1 绪论

1.1钢筋调直切断机简介

钢筋切断机是一种剪切钢筋所使用的一种工具。一般有全自动钢筋切断机，和半自动钢筋切断机之分。它是钢筋加工必不可少的设备之一，它主要用语房屋建筑、桥梁、隧道、电站、大型水利等工程中对钢筋的定长切断。钢筋切断机与其他切断设备相比，具有重量轻、耗能少、工作可靠、效率高等特点，因此近年来逐步被机械加工和小型轧钢厂等广泛采用，在国民经济建设的各个领域发挥了重要的作用。

目前，市场上生产和销售的钢筋调直切断机种类很多，根据设备组成和各工作机构的特点，可以按以下6种方式进行分类：按定尺方式、按落料方式、按控制方式、按上料方式、按调直方式和按切断方式。下面分别就这几种方式进行介绍[1]。

1.1.1 定尺方式

钢筋切断机的定尺方式一般存在两种方式：机械式和机电式。

(1)机械式定尺误差小，易控制，但噪声较大，寿命短。适用于对定尺误差要求较高，速度要求不高的场合。

(2)机电式定尺误差稍大，噪声较小，寿命长。适用于对定尺误差要求较低，调直速度要求较高的场合。

定尺剪切讯号的发出大体有三种形式：机械信号，行程开关(接触或非接触式)发出的电信号，光电码盘发出的电讯号。一般地说，定尺的精度主要取决丁二从发出讯号到切刀响应的时间误差。

机械讯号的精度最高，误差可在士lmm，这足因为它与刀具直联，响应时间短，时间误差小。其他形式的定尺误差在士5～30ram之间。

1.1.2 落料方式

落料方式主要有支撑柱式、翻板式、撤板式和敞口式四种。

(1)支撑柱式结构简单，工作噪声小。适用于小直径光圆钢筋，且钢筋调直度

较高的场合。

(2)翻板式结构较复杂，工作噪声较大。适用大、中直径钢筋。

(3)撤板式结构较复杂，工作噪声较大。适用大、中直径钢筋。

(4)敞VI式结构简单，工作噪声较小。适用大、中直径钢筋，且钢筋调直度较

高的场合。

1.1.3 控制方式

控制方式分普通电气控制和PLC控制。

(1)普通电气控制线路复杂，对维护人员要求较高。控制精度低，易于发生

故障，初期调试麻烦。

(2PCL控制线路简单，对维护人员要求不高。控制精度较高，运行比较稳定，初期调试简单。

1.1.4 上料方式

上料方式分开卷式和非开卷式。

(1)开卷式设备复杂，放线速度快、钢筋不扭转，特别适合于高速工作状态。

(2)非开卷式设备单一，适于调直速度不太高的工作场合。放线时钢筋自然

扭转。

1.1.5 调直方式

钢筋调直切断机的调直方式主要有调直模式、曲线辊式、对辊式和调直模

式+对辊复合式。

(1)调直模式钢筋调直效果好，比较容易控制。但调直速度低，被加工钢筋

表面有划伤，工作噪声较大。该模式适合各种光圆钢筋。

级钢筋要求的高速、大直径钢筋调直切断机。

(2)曲线辊式调直速度较快，钢筋调直效果好，且易控制。但被加工钢筋表 面划伤较重，工作噪声也较大。适合各种光圆钢筋和对钢筋表面划伤要求不高的 场合。

(3)对辊式调直速度快，被NT 钢筋表面有轻微划伤，工作噪声小。钢筋调直 效果一般，控制要求较高。适合各种钢筋，特别适合冷、热轧带肋钢筋。

(4)调直模式+对辊复合式调直效果比较好，比较容易控制。调直速度高于 曲线辊式，低于对辊式。被加工钢筋表面有划伤，工作噪声比较小，适合各种钢 筋。

1.1.6 切断方式

切断方式的不同，在很大程度上影响着切断机的性能。切断方式按切刀的 移动方式不同可分为：旋转式剪切、上下移动式剪切和下移式剪切三种。

1.2 钢筋调直切断机的发展现状

随着我国经济建设的飞速发展，建筑工程也同时得到了快速地发展。而钢 筋作为建筑工程中的重要材料，其需求量更是极大地增长，这有力地拉动了钢筋 调直切断机的市场需求。而近几年来，新I Ⅱ级钢筋以其强度高、延性好的优良 性能，迅速在全国建筑工程中得到广泛地使用。这也对建筑钢筋调直切断机提出 了更高的要求。为此，许多企业纷纷投入大量资金，争相开发、研制适合新I Ⅱ [1]

我国于1958年引进了苏联的卧式钢筋切断机图纸，开始生产了全国第一台 钢筋切断机，现生产的GQ40A 型钢筋切断机就是其改进型。40A 型切断机属于全开 式结构，所有的传动齿轮全部外露。因此，其防尘性能差、易磨损，冲切次数为 28次／分，并且没有离合器控制，操作不安全，质量体积均较大。全国20多个切 断机生产厂家，从1966年到1985年一直以该机型为主导产品。1982年太原重型机 械学院机器厂设计出GQ40B II 型钢筋切断机，在曲轴大齿轮处装上刚性转键离合 器，用脚踏操纵机构控制切断，同时装上挡料和送料装置。该机型操作安全、下 料长度准确、减轻了劳动强度。目前市场上的GB50B 系列钢筋切断机具有全封闭、

用运行可靠等特点。此外，市场上还存在多种液压式的钢筋调直切断机，如DYJ ．

低。

表面划伤较重。

疑是我国广大钢筋调直切断机生产企业生存与发展的必由之路。

筋的生产，这种结构的钢筋调直切断机其钢筋前进速度一般为0.5~0.8m/s 。

产量应尽可能的高。为此，利用液压式切断机机构简单、可靠的性能，缩短其 系统润滑、双飞轮、哈夫式箱体结构，因而操作、维修方便，使用安全可靠，效 率高，重量轻，节能耗。其它型号的钢筋切断机，如GT 系列钢筋调直切断机主要 用于调直、定尺切断建筑用冷轧带肋钢筋、热车LII!级钢筋和冷轧光圆钢筋。该 系列机型自动化程度高，设备使用故障率低，为连续工作制方式。耗能低、不损 肋、无连切、噪音小、震动轻、并设有安全装置，自动计数停车装置，有高效适

[2]

32型和YQJ ．32型液压式钢筋切断机等，这两种切断机都采用了柱塞泵带动主切 刀的结构，操作方便，但足加工困难，精度不易保证，不能实现快速回程，效率

[3] 与国际上先进产品相比，我国钢筋调直切断机的总体水平还是比较落后的。 主要表现在：企业的生产规模小，产品的技术含量低，生产效率低下，自动化水 平不高以及外观质量粗糙等。并且大部分产品调直速度较低，钢筋的直线度不高，

[1] 面对竞争日益激烈的我国建筑机械市场，加大科技投入，重视新技术、新 产品的研究开发，提高产品质量，使企业的产品不断地满足广大用户的需求，尽 快缩短与国外先进企业的差距，使我国的钢筋调直切断机达到国际先进水平，无 [4]

1.3 钢筋切断机的发展前景

从目前的国内的使用情况来看，锤击式、机械定尺结构的钢筋调直切断机 占主导地位。这主要足因为采用机械定尺的定尺精度高，适用于预应力混凝土钢 [5]

对钢筋的定尺精度要求不高的用户，可靠性要求是主要的，故障率应尽可能地低， [6]

剪切时间，提高生产效率是未束钢筋调直切断机械的发展方向。但目前液压式钢 筋切断机的剪切速度都比较慢。如果液压式切断机需要0.5s 完成一次剪切，而钢 筋的前进速度为0.5m/s ，则剪切过程中液压剪需要随钢筋前进0.25m ，这样就需 要液压切断机的滑道比较长，如钢筋的前进速度大于0.5m/s ，其滑道将随前进速

[7]

度的增大而加长。由此看出，钢筋调直切断机调直速度较低的关键因素就在于

剪切周期太长，这极大地限制了切断机效率的提高。国内的调直切断机剪切时间一般都在80～120ms，这导致调直速度只能在50 ~ 70m/min之间徘徊。而国外调直机的调直速度之所以一般都能够达到120m/min，其主要原因就是剪切时间能够减至20ms以内。所以，如何缩短钢筋切断机的剪切时问，是改进钢筋切断机的重要任务之一。钢筋切断机不但要求实现定长剪切的高精度控制，同时要求其具有相对高的生产效率。所以，如何利用液压式钢筋切断机的特点，使钢筋切断机实现机电液高度集成，充分发挥各自优势，将是今后研究的主要方向。

1.4本课题研究的意义和目的

本课程设计是大学生在完成大学四年等专业课学习之后进行的综合性实践教学环节，总的目的是在老师的指导下，使学生通过课程设计，对所学的理论知识进行一次系统的回顾检查复习和提高，并运用所学的理论知识，通过调研，设计一个机电控制方面的课题，收到从理论到实践应用的综合训练，培养学生独立运用所学理论解决具体问题的能力，具体有以下几点：

一、通过检索查阅运用有关手册、标准及参考资料，培养起学生检索查阅资料、实用资料的方法和能力。

二、通过检索查阅课程理论知识，运用所学的基础课，专业技术课和专业课知识，培养学生根据实际问题正确设计总体方案，分析具体问题，进行工程设计能力。

元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。

2 液压系统方案的确定

2.1 液压传动简介

液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压 传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理 而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体 传动液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料 加工机械、压力机械、机床等；技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的 重要标志。

液压传动的基本原理：液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体 的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递， 借助于液压执行元件(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作 机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油， 它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似[8]。在液压传动中， 液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可 以清楚的了解液压传动的基本原理。

液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制 [9]

2.2 方案的确定

本设计需要一个相对来说较简单的液压系统，其中只需要一个单作用液压 缸，一个蓄能器，一个二位三通电磁换向阀，一个单向阀，一个溢流阀，一个液 压泵，一个电动机。

本设计的液压系统原理图如下：

液压调直切断机切断装置设计

液压调直切断机切断装置设计

3 液压缸的设计计算

3.1负载分析

本设计的负载力主要来自于钢筋的剪切力。

? = 有F=? ? A =14137N F

A

取F = 15000N

(3-1)

式中F为切断钢筋所需要的最大剪切力

A为半径为五毫米的钢筋的横截面面积由于F介于10KN到20KN之间，有表1取P=3MPa

表3-1 按负载选择工作压力

负载/ KN 工作压力

<5

<0.8~1

5~10

1.5~2

10~20

2.5~3

20~30

3~4

30~50

4~5

>50

≥5

/MPa

3.2确定液压缸内径和活塞杆直径

液压缸的选材为45 钢，活塞杆的选材为45 钢。

液压缸内径：

根据总负载力 F 和工作压力p 可计算出液压缸的内径D，即[10]：

πD 2

F=AP=

4

P, (3-2)

则D=

4F

πP

=

H 0.08m=80mm

活塞直径：

d= 0.45D =36mm

π?] 活塞杆直径 d 的强度校核：

4F 2

= 4 ?15000 π? 235 ?106

= 0.009mm<36mm

式中：F----液压缸的负载力；

[? ] ----活塞杆材料许用应力， [? ] =235MPa

根据国家标准（GB2348-80）查得液压缸内径及活塞杆直径的取值为 D=80mm ，d=36mm 。 活塞杆设计如下：

图 3.1 活塞杆

3.3 缸桶壁厚 ? 的确定

一般情况下机械液压缸大多属于薄壁圆筒结构,其壁厚可根据壁厚与内径的

比按三种不同的方式计算

：

（1）当 ? D

δ 0.08 时

? ε

p y D

2[? ]

(3-3) （2）当 0.08< ? D

<0.3 时

? ε

p y D

2.3? 3 p y

(3-4)

（3）当 ? D ε 0.3时

? ε D

(3-5)

式中? ----缸筒壁厚（m）

D----缸筒内径（m）

p y ----试验压力，取最大压力的1.5 倍(MPa)

? ----缸筒材料的许用应力(MPa)

由于本设计需要的壁厚较小，应按照（1）式来计算

即： ? ε p y D

2[? ]

=0.77mm 取 ? =10mm

其中：p =3MPa

D=80mm

? =235MPa

缸筒设计图如下：

则p y =1.5p=4.5MPa

图3.2 缸筒

液压调直切断机切断装置设计

3.4 缸底的计算

缸筒底部厚度 ? 底 [10]：

? 底 ε 0.433D

? 底 H 4 mm

取 ? 底 =22mm

(3-6)

式中： D 0 ----缸筒内径(mm)

? 底 ----缸筒底部厚度(mm)

P-----液压缸额定压力（MPa ）

[? ] ----缸筒底部材料的许用应力（ MPa ），材料为 45 钢，即 [? ] =235

（MPa ）。

本设计的缸筒与缸底是靠焊接的方式连接在一起的，连接视图如下：

注：1 缸底；2 缸筒

图 3.3

缸筒和缸底焊接处

3.5 缸头的设计

缸头设计数据如下图：

液压调直切断机切断装置设计

3.6弹簧的设计

3.6.1 弹簧简介

弹簧是一种弹性元件，他可以在载荷作用下产生较大的弹性变形。按照所承受的载荷不同，弹簧可以分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等四种；而按照弹簧形状不同，又可以分为螺旋弹簧、环形弹簧、蝶形弹簧、板簧和平面涡卷弹簧等。

3.6.2 弹簧的设计计算

本设计所需的弹簧为圆柱螺旋压缩弹簧，且材料为65 M n，如下图

图 3.5 压缩弹簧

图中t 为弹簧的节距，d 为弹簧丝的直径，D 为弹簧的中径

由公式

得? =

n =

8FD 3n

Gd 4

?Gd 4

8FD 3

(3-7)

式中? -----弹簧受载后的轴向变形量，取 ? = 20mm F-----弹簧受到的轴向压力，取F = 50 N

D-----弹簧的中径，取D = 60mm

n-----弹簧的有效圈数

D----弹簧丝的直径，取d=5mm

即n = 20 ? 83000 ? 54

8 ? 50 ? 603

= 12

又有H

0 = pn + 1.5d

(3-8)

得p = H 0 1.5d

n

即p = 142 1.5 ? 5

12

= 11

3.7夹具的设计

由于刀具要工作，就必须与活塞杆联系起来，靠活塞杆为其提供切断力。但由

于活塞杆与刀具不好直接连接起来，所以夹具就成了一项必不可少的零件，如下图：

图3.6 夹具

D

4 液压元件的确定

4.1 液压泵的确定

4.1.1 确定液压泵的最大压力 最大工作压力

P p ε P + ? P

(3-9) 式中：

P----是液压缸最大工作压力

? P ----是液压油路上的损失 即： P p ε 3+0.5=3.5MPa

4.1.2 计算液压泵流量 最大流量

2

Q p ε K π V

2

取 [0.2 0.5]MPa

(3-10)

式中：V 为活塞速度，且 V=

20 ?10 3 0.5

=40 ? 10 3 m

K 为回路泄漏系数，取 K=1 D 为液压缸内径

则 Q p ε 4.02 ? 10 4 m 3 s =24.12 L min 4.1.3 驱动功率的计算 液压泵驱动功率 P 1：

液压调直切断机切断装置设计

P1 = P1 = P p Q p

P

3.5 ?106 ?

4.02 ?10 4

0.8

=1.758KW

(3-11)

4.2确定油管

油的流速可根据下表来进行选择

允许流速推荐值

管道吸油管道压油管道回油管道

推荐流速/(m/s)

0. 5～1.5，一般取1 以下

3～6，压力高，管道短，粘度小取大值

1. 5～3

由表可以看出，液压缸在各阶段的实际运动速度符合设计要求。

根据表中数值，按表中推荐的管道内允许速度取? =4 m/s，由式d

算得液压缸油管内径为

d = 4 ? 24.12 ?10 3

60 ? 3.14 ? 4

= 0.012m = 12mm

4.3确定阀类元件及辅件

根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，查阅产品样本，选出的阀类元件和辅件规格如表 5 所列。其中，溢流阀9 按小流量泵的额定流量选取，调速阀4 选用Q—6B 型，其最小稳定流量为0.03 L/min，小于本系统工进时的流量0.5L/min。

表 5 液压元件规格及型号