基于AMESim的切分剪機組液壓系統優化設計

李宣

（沈陽北方重工有限公司 設計研究院，遼寧 沈陽 110141）

基于AMESim的切分剪機組液壓系統優化設計

李宣

（沈陽北方重工有限公司 設計研究院，遼寧 沈陽 110141）

設計切分剪機組的液壓系統，基于仿真軟件AMESim，建立了剪切和壓料液壓系統的仿真模型，分析剪切和壓料液壓系統的特性，進行優化設計，并應用于實際生產中。

切分剪機組；液壓系統；AMESim；優化設計；剪切；壓料

切分剪機組是一種專用的機械設備，用途是將普碳鋼、低合金鋼等鋼板進行剪切。切分剪機組的工藝過程是：來料鋼板經輸入輥道到達切分剪，經鋼板側導輥對中后，鋼板由輸入輥道送入切分剪進行剪切，切分后的鋼板由擺動輥道運送到輸出輥道。作者設計了切分剪機組液壓系統，同時利用AMESim進行分析和優化設計，從而為調試提供一定的參考。

1 切分剪機組的液壓系統介紹

切分剪機組主要包括切分剪本體、擺動輥道、側導輥。切分剪機組采用液壓驅動，可以實現手動和自動控制模式。

1.1 切分剪本體和液壓系統

切分剪本體主要由機架、剪切上刀架、壓料裝置等組成。

（1）剪切上刀架：它是切分剪的剪切機構，與下剪刃規格相同的上剪刃安裝在傾斜的刀座上，用螺釘將上刀架與上剪刃把合在一起。上刀架上設計了一對定位楔，其用途是為保證在剪切時上剪刃位置不發生改變。

（2）壓料裝置：壓料裝置設置于剪機入口，用于在剪切時防止鋼板翹起，從而撞擊剪刃、加大剪切力。壓料架采用焊接結構，可實現上下運動，其執行機構是機架左右立柱上的液壓缸，當剪切鋼板時，壓料架壓下，不剪切時，壓料架抬起。兩側壓料缸上下同步動作是通過同步齒輪齒條結構來實現的。壓料架的上極限位置通過安裝在機架上的接近開關來控制。由于剪切溫度較高，壓料架在剪切時需直接與鋼板接觸，為保證壓料架的壽命，本壓料架通凈環水冷卻。

（3）液壓系統：剪切上刀架向下剪切由動缸帶動實現。為了滿足剪切力的要求，切分剪采用剪切主液壓缸和剪切副液壓缸串聯形式；在液壓系統中，設計了兩級安全插裝閥組、進油插裝閥組、背壓插裝閥組、緩沖蓄能器。壓料機構的執行元件是兩個串聯的的液壓缸，液壓系統包含了進油插裝閥組、蓄能器、壓力表，蓄能器用于在緊急事故的備用壓力源。剪切和壓料機構的液壓系統原理圖如圖1所示，側導輥機構和擺動輥道液壓系統原理圖如圖2所示。

圖1 剪切和壓料機構液壓系統原理圖

圖2 側導輥機構和擺動輥道液壓系統原理圖

1.2 側導輥機構和擺動輥道

（1）側導輥機構：在輸送輥道上進行切分前，將鋼板推到固定導輥側，使鋼板剪切邊緊靠導輥與定尺剪剪刃成90°。推板裝置6臺安裝在輥道之間，主要靠裝有立輥支座，支座上裝有兩個立輥、四個輥輪，由液壓缸驅動立輥座，四個輥輪在軌道槽上移動，實現鋼板橫向移動。根據側導輥機構動作要求，液壓控制系統包括電磁換向閥、液控單向閥、單向節流閥、安全閥等。

（2）擺動輥道：其主要用途是將剪切后的鋼板運出，在輥道下部裝有一個液壓缸完成輥道的擺動，擺動輥道的執行結構是擺動輥道升降缸，用途是實現擺動輥道的整體升降、整體吊出檢修。根據擺動輥道的工作過程，液壓控制系統包括電磁換向閥、液控單向閥、單向節流閥等。

2 剪切和壓料液壓系統的仿真和分析

為了得到剪切和壓料液壓系統的相關動作曲線和特性，利用專業仿真分析軟件AMESim進行建模和仿真，AMESim是由法國的IMAGINE公司開發的，具有操作簡單、方便、界面友好的特點；AMESim具有多個元件模型，能夠提供一個時域的仿真環境。

2.1 液壓系統建模

依據剪切和壓料機構的液壓系統原理圖，構造出液壓系統的仿真模型圖，如圖3所示。

2.2 仿真分析

仿真分析的優點是提高效率、節約成本。針對剪切和壓料機構的液壓系統，由于壓料動作結束后，才能進行剪切動作，所以分別對剪切和壓料機構液壓系統的模型的壓料動作、上刀架剪切動作進行仿真，得到壓料動作、上刀架剪切的位移曲線如圖4所示，壓料速度曲線、上刀架剪切的速度曲線如圖5所示。

（1）由圖4得，液壓系統設計可實現機械動作功能要求。將圖4、5與設計工作參數比較，其壓料速度曲線、上刀架剪切速度曲線與設計參數基本吻合。

圖3 模型圖

圖4 壓料位移曲線和上刀架剪切的位移曲線

圖5 壓料速度曲線和上刀架剪切的速度曲線

（2）由圖5可見壓料速度曲線、上刀架剪切速度曲線振蕩較大，因此調整蓄能器參數，將壓料蓄能器由6.3L變為10L，上刀架剪切系統的蓄能器由32L變為40L，然后重新進行模擬仿真，得到仿真曲線如圖6所示。從仿真曲線可見，蓄能器容量增加后，上刀架剪切的動作速度更加平穩，從而提高了剪切鋼板的精度和效果。

圖6 優化后的速度曲線

圖7 調試現場采樣的速度曲線

（3）按照蓄能器容積變化后的參數的液壓系統，在調試時采集相關數據，繪成如圖7所示速度曲線。將圖7與圖6對比可見，壓料速度曲線和上刀架剪切的速度曲線的仿真結果和實際工作情況基本吻合，實際速度比仿真速度稍滯后，這是由于實際管路鋪設時彎曲較多，并且液壓閥的動作時間比仿真的動作稍慢。總體來說，仿真結果對實際調試提供了一定參考，節省了現場調試時間。

3 結論

（1）根據切分剪機組工藝要求，設計了剪切和壓料機構液壓系統及側導輥機構、擺動輥道液壓系統。

（2）基于仿真軟件AMESim進行分析，避免建立復雜的數學模型和公式，能夠獲得很好的電液系統的仿真效果；仿真結果反映出液壓系統的性能，為設計、調試提供了參考。

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Optimized design of hydraulic system for dividing shear unit based on AMESim

LI Xuan
（Design and Research Institute,Shenyang Northern Heavy Industries Group Co.,Ltd,Shenyang 110141,Liaoning China）

The hydraulic system for dividing shear unit has been designed.The simulation model has been established to the hydraulic system for shear and pressing device on the basis of AMESim.The characteristics of the hydraulic system for shear and pressing device have been analyzed.The optimized design has been conducted and applied into the production.

Dividing shears unit;AMESim;Hydraulic system for shear and pressing device

TG333.2+1

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.01.009

1672-0121（2016）01-0038-03

2015－06－09

李 宣（1982-），男，碩士，工程師，從事液壓系統設計研發。E-mail：15940574066@163.com