一種高效節(jié)能新型數(shù)控液壓閘式剪板機(jī)

顧忠新，胡智明，劉興訊，李 陽

（1.濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司，山東 濟(jì)南 250022；2.北京恒聚化工集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 通州 101109）

一種高效節(jié)能新型數(shù)控液壓閘式剪板機(jī)

顧忠新1，胡智明1，劉興訊2，李 陽1

（1.濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司，山東 濟(jì)南 250022；2.北京恒聚化工集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 通州 101109）

針對數(shù)控閘式剪板機(jī)的發(fā)展趨勢，介紹了一種高效節(jié)能新型閘式剪板機(jī)。主要介紹剪板機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)特點(diǎn)，并與原有JZK型數(shù)控閘式剪板機(jī)剪切效率進(jìn)行對比分析與優(yōu)化，為此新型閘式剪板機(jī)的設(shè)計(jì)與推廣應(yīng)用提供有益的技術(shù)參考。

閘式剪板機(jī)；剪切效率；高效節(jié)能；優(yōu)化

數(shù)控剪板機(jī)主要用于剪切定尺、切頭、切尾、切邊以及剪切金屬板料的局部缺陷等。通用型和高性能的剪板機(jī)廣泛應(yīng)用于航空、船舶、汽車、儀器儀表、農(nóng)機(jī)、家用電器、輕工等各個行業(yè)[1-2]。

目前，市場上剪板機(jī)種類很多。按刀架的運(yùn)動軌跡可分為擺式剪板機(jī)和閘式剪板機(jī)；按傳動方式可分為機(jī)械傳動剪板機(jī)和液壓傳動剪扳機(jī)；按上刀與下刀安裝形式可分為平刃剪板機(jī)和斜刃剪板機(jī)[3]。

在上述剪板機(jī)分類中，數(shù)控液壓閘式剪板機(jī)以其特有的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)得到越來越廣泛的應(yīng)用。其工作原理為：剪板機(jī)通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動壓料缸壓緊鋼板、主、副油缸直接驅(qū)動刀架上下運(yùn)動，對刀架上的上刀片和固定在下刀座的下刀片調(diào)整合理的刀片間隙，對各種厚度的金屬板材施加合理的剪切角和剪切力，使板材按所需尺寸斷裂分離。

通過調(diào)查研究，目前國內(nèi)剪板機(jī)與國外同類剪板機(jī)相比存在的最大缺陷是剪切頻率低，能量損耗大。目前，國內(nèi)許多流水線急需剪切鋼板厚度為1mm～6mm，剪切頻率達(dá)到25～60次/min的數(shù)控閘式剪板機(jī)。本文介紹一種采用新型液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高效節(jié)能閘式剪板機(jī)，介紹其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)特點(diǎn)，并與原有JZK型數(shù)控閘式剪板機(jī)剪切效率進(jìn)行對比分析與優(yōu)化，為此新型閘式剪板機(jī)的設(shè)計(jì)與推廣應(yīng)用提供有益的技術(shù)參考。

1 新型液壓系統(tǒng)簡介

本文所述液壓系統(tǒng)為德國Voith H+L公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的新型液壓系統(tǒng)，其包括剪切回路和防降回路，主要由剪切主閥、拷貝閥、電磁換向閥、剪切角調(diào)整閥、安全閥、背壓閥、提動閥、差動切換閥等各部分組成。該液壓系統(tǒng)是專為剪切應(yīng)用設(shè)計(jì)的最佳系統(tǒng)，其處理內(nèi)部控制系統(tǒng)的方式與傳統(tǒng)方案完全不同。本液壓系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是采用拷貝閥與自加載技術(shù)[4]。傳統(tǒng)剪板機(jī)上刀架的運(yùn)行速度主要取決于液壓系統(tǒng)中泵的流量，但本新型剪板機(jī)由于采用了自加載的差動驅(qū)動操作使剪切次數(shù)大大增加。如圖1液壓原理圖所示的差動切換閥可將液壓回路在差動回路與非差動回路之間靈活轉(zhuǎn)換。同時控制回路中創(chuàng)新采用撞桿式拷貝閥，可有效防止控制油路的滯后，使整個系統(tǒng)的響應(yīng)時間大大縮短。

圖1 液壓原理圖

另外，本新型剪板機(jī)裝配有蓄能器并可為整個液壓系統(tǒng)提供后備支持。在剪板機(jī)上刀架快下和快返過程中，蓄能器一直處于工作狀態(tài)。其主要技術(shù)特點(diǎn)是：①蓄能器吸收液壓沖擊，保證剪板機(jī)上刀架的平穩(wěn)運(yùn)動，降低噪聲；②蓄能器作為輔助能源，降低剪板機(jī)上刀架返程時間，提高效率；③蓄能器作為輔助能源為壓料缸供油，可減少壓料缸動作時間，提高效率。綜上所述，在使用相同功率電機(jī)和相同流量泵的前提下，本新型剪板機(jī)剪切次數(shù)將明顯提高。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖2所示，新型閘式剪板機(jī)主要包括機(jī)架、上刀架、液壓系統(tǒng)、間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)和壓料缸等組成。機(jī)架為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，包括左、右側(cè)板、工作臺以及前墻板等；機(jī)架兩側(cè)板裝有安放油缸和間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)的支座，工作臺上部裝配有下刀架，以固定安裝下刀片。主油缸和副油缸安裝在機(jī)架上方，主、副油缸活塞桿通過連接桿與上刀架連接，通過液壓系統(tǒng)中剪切回路閥組和防降回路閥組控制主、副油缸工作。

圖2 新型剪板機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

如圖3所示，剪切回路閥組中的剪切主閥為機(jī)械撞桿式的拷貝閥，在機(jī)架的左側(cè)板上部固定有自左側(cè)板水平延伸的支架，在支架上設(shè)置有裝配拷貝閥的剪切回路閥組閥座，拷貝閥通過雙頭螺柱與垂向布置的撞桿相連接并通過圓螺母備緊。上刀架左側(cè)焊有與撞桿相對布置的撞板，撞板水平放置并與上刀架頂面平齊，并在撞板下方焊有與上刀架相連接的筋板。為保證在不同剪切角下，上刀架每次運(yùn)行至上死點(diǎn)時撞板都能與撞桿相撞，撞板在上死點(diǎn)與撞桿的相對位置應(yīng)不變。根據(jù)閘式剪板機(jī)的相關(guān)原理，當(dāng)對剪切角進(jìn)行調(diào)整時，上刀架將以主油缸活塞桿為支點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，上刀架相關(guān)位置中只有與主油缸活塞桿處于前后同一平面內(nèi)的位置相對變化較小，因此需要將支架厚度延伸至能使撞桿軸線離機(jī)架左側(cè)板距離與主油缸活塞桿軸線離機(jī)架左側(cè)板的距離相等。另外，撞桿與撞板相對的一端加工成球形，球面直徑與撞桿直徑相等，方便撞桿在任意剪切角和刀片間隙時都容易與上刀架撞板相撞。

圖3 剪切回路閥組

如圖4所示，防降回路閥組包含有安全閥和提動閥，其閥座通過螺釘安裝于機(jī)架右側(cè)板上，并處于副油缸上方。當(dāng)對刀片間隙進(jìn)行調(diào)整或檢修時，防降回路中提動閥動作，將剪切回路和防降回路中液壓油路封閉，主油缸活塞桿和副油缸活塞桿有效鎖緊，上刀相對于下刀靜止，確保整個剪板機(jī)系統(tǒng)的安全可靠。

圖4 防降回路閥組

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

①剪切回路閥組中剪切主閥直接與撞桿相連接，撞桿一端直接延伸至上刀架撞板，方便裝配。②液壓系統(tǒng)具有防降回路，刀具間隙調(diào)整和剪板機(jī)維修時更加安全可靠。③撞板與上刀架焊接在一起，裝配更加簡單方便。④雙頭螺柱足夠長，方便對撞桿與雙頭螺柱的總長度進(jìn)行微調(diào)。⑤撞桿與撞板相對的一端加工成球形，方便在任意剪切角下撞桿與撞板都能接觸。

3 測試結(jié)果對比分析

根據(jù)上文論述，采用該新型閘式剪板機(jī)和傳統(tǒng)JZK型閘式剪板機(jī)進(jìn)行剪板試驗(yàn)，并對其剪切效率和剪切質(zhì)量進(jìn)行記錄分析。在本次測試中，液壓系統(tǒng)中的技術(shù)參數(shù)相同，分別為：電機(jī)功率11kW，泵流量36.25L/min，主油缸缸徑100mm，副油缸缸徑85mm，活塞桿桿徑50mm，壓料缸缸徑40mm。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 結(jié)果對比

由表可見，新型閘式剪板機(jī)剪切次數(shù)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)JZK型剪板機(jī)，并且剪切質(zhì)量得到很大提高。

4 優(yōu)化分析

通過對上述液壓系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，該新型閘式剪板機(jī)剪切次數(shù)還有很大的優(yōu)化空間。其優(yōu)化內(nèi)容為副油缸缸徑可由85mm更改為80mm，活塞桿桿徑可由50mm更改為60mm。另外，由于該新型液壓系統(tǒng)剪切回路閥組內(nèi)部具有壓料力可調(diào)裝置，其壓料力的調(diào)整范圍為7MPa～25MPa。通過計(jì)算，當(dāng)壓料缸缸徑為40mm時，其最低壓料力為114kN，最大壓料力為408kN，由于本剪板機(jī)剪切的最大板厚為6mm，因此，壓料缸中有很大部分能量無功損耗，需要對壓料缸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

當(dāng)壓料缸缸徑減小為25mm時，最低壓料力變?yōu)?5kN，最大壓料力為160kN，壓料力完全能夠滿足設(shè)計(jì)需要，同時，由于壓料缸缸徑變小，壓料缸動作速度相應(yīng)提高，其動作速度由原來61mm/s增加到157mm/s，速度提高157.4%，剪板機(jī)剪切次數(shù)明顯增大，理論數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 優(yōu)化后剪切次數(shù)

5 結(jié)論

綜上所述，通過對該高效節(jié)能新型閘式剪板機(jī)的研究分析，提高了該領(lǐng)域的技術(shù)先進(jìn)性，提高剪切效率，節(jié)省能源，同時剪切質(zhì)量也有所提高。有助于企業(yè)提高市場競爭力，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 白惠杰.一種新型的剪板機(jī)——立式剪板機(jī)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2011，46（5）：16-17.

[2] 徐會彩，李金山.斜刃剪板機(jī)剪切力的研究[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2010，45（4）：29-31.

[3] 王成國，周 祥.三點(diǎn)滾輪剪板機(jī)刀口間隙調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2011，46（5）：37-39.

[4] 李 兵，顧忠新.數(shù)控液壓閘式剪板機(jī)高效節(jié)能驅(qū)動技術(shù)應(yīng)用[J].鈑金與制作，2014，（12）：40-44.

A new type of high efficiency and energy-saving guillotine shear

GU Zhongxin1,HU Zhiming1,LIU Xingxun2,LI Yang1
（1.Jinan Foundry&Metalforming Machinery Research Institute Co.,Ltd.,Jinan 250306,Shandong China; 2.Beijing Hengju Chemical Group Corporation，Beijing 101109,China）

Aiming at the development trend of CNC hydraulic guillotine shear,one new type of high efficiency and energy-saving guillotine shear has been introduced in the text.The structure features and technical characteristics of shear machine have been primarily described.By comparing&analyzing and optimizing the technology of this new type guillotine shear with the original JZK type,it provides useful technical reference for the design and application of the new type guillotine shear.

Guillotine shear;Cutting efficiency;High-efficiency&Energy-saving

TG315.5+5

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.02.014

1672-0121（2016）02-0056-03

2015-07-31；

2015-09-12

顧忠新（1985-），男，工程師，從事數(shù)控剪折設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)。E-mail:13964161002@163.com