制桶剪板機系統設計（1）

黃磊

一、機構簡介

1）剪板機，主要用于剪切金屬板材，是重要的金屬板材加工機器。其不僅用于機械制造業，還是金屬板材配送中心必不可少的裝備，應用范圍特別廣泛。剪板機按結構分為閘式剪板機和擺式剪板機兩類；按傳動方式分，有機械傳動剪板機和液壓傳動剪板機兩類。

2）現在，我們要設計的剪板機的是將卷料壓平展開并將其剪成一定長度的鐵板的機器，即將板料作定長度的間歇送進，在剪板短暫間歇時間內，剪刀在一定位置處將鐵板剪斷。因此剪板機主要包括鐵板輸送機構和剪斷機構。

3）設計數據要求

(1) 原材料為成卷的板料。每次輸送鐵板長度為L＝1900或2000或2200 mm(設計時任選一種)。

(2) 每次輸送鐵板到達規定長度后，鐵板稍停，以待剪板機構將其剪斷。剪斷工藝所需時間約為鐵板輸送周期的十五分之一。建議鐵板停歇時間不超過剪斷工藝時間的1.5倍，以保證有較高的生產率。

(3) 輸送機構運轉應平穩，振動和沖擊應盡量小(即要求輸送機構從動件的加速度曲線連續無突變)。

二、執行機構的選擇與比較

機構方案設計，可從下述兩個方面考慮機構的選擇：

(1) 如何夾持和輸送鐵板，并使停歇時保持鐵板的待剪位置；

(2) 如何實現間歇送進，并能使鐵板停歇時運送鐵板的構件的速度和加速度曲線仍然連續，這樣，送進機構的運轉就比較平穩。

大致有幾條途徑：

(1) 利用機構中運動構件暫時脫離運動鏈，使后續構件實現停歇；

(2) 利用構件上一點在圓弧段或直線段上運動，使與之相連的構件實現停歇；

(3) 利用兩種運動的疊加使構件實現間歇運動；

(4) 其它。

工業上常用的簡單間歇機構，如棘輪機構、槽輪機構和不完全齒輪機構等，雖具有結構簡單、制造方便。運動可靠等優點，但在動力性能、動停比(運動時間和停歇時間之比)方面很難滿足設計要求。所以常用組合機構來滿足設計要求。

1. 傳動方案的確定

合理的傳動方案首先要滿足工作機的性能要求,適應工作條件,工作可靠,此外還應使傳動裝置的結構簡單,尺寸緊湊,加工方便,成本低廉,傳動效率高和使用維修方便，要同時滿足這些要求是比較困難的,因此要通過分析比較多種傳遞方案,選擇出保證重點要求的最佳傳動方案。

當采用由幾種傳動形式組成的多級傳動時，要充分考慮各種傳動形式的特點,合理的分配其傳動順序。在選擇時，應注意以下種傳動件的特性：

（1）帶傳動的承載能力小，傳遞相同轉矩時,結構尺寸較其它傳動形大，但傳動平穩，能吸振緩沖，因此，宜布置在高速級。

（2）鏈傳動不均勻有沖擊，不適用于高速級，應布置于低速級。

（3）斜齒圓柱齒輪傳動的平穩，較直齒輪較好，常用在高速級或要求傳動平穩的場合。

（4）開式直齒圓柱齒輪傳動的工作環境一般較差，潤滑條件不好，因而磨損嚴重，壽命較短，應布置在低速級。

（5）圓錐齒輪傳動只用于需要改變軸的布置方向的場合。由于圓錐齒輪加工比較困難，所以應將其布置在傳動的高速級，并限制傳動比，以減小直徑和模數。

（6）蝸桿傳動可以實現較大的傳動比，結構緊湊，傳動平穩，但傳動效率較低，故使用于中小功率的高速傳動中。

（7）星輪機構可以實現間歇傳動且無剛性沖擊同時兼有槽輪機構的啟動性能，有兼有齒輪機構等速轉位的優點，適應性較廣，但是性論機構往往制造比較困難。

（8）不完全齒輪機構結構簡單，容易制造，工作可靠，十幾時運動時間和靜止時間的比例可在較大范圍內變化。其缺點是有較大的沖擊，所以只適用于低速、輕載場合。

綜上所述，考慮各方面，選擇帶傳動和直齒圓柱齒輪進行若干個減速級和兩個加速級的傳動，利用星輪作間歇傳動。

傳動方案采用V帶傳動，齒輪傳動。

優點：結構簡單，傳動平穩；成本低廉；過載保護；緩沖吸振。采用窄v帶傳動，傳動效率較高。可承受較大的預緊力，速度快、撓曲次數高，還可減少帶傳動的尺寸。

利用星輪做間歇傳動，雖然制造比較困難，但是此機構的傳動時間和間歇式間之比方便控制，利于達到要求時間比。且受力情況較好，無剛性沖擊。

剪板機主要是通過滑塊上刀片的往復直線運動來實現切斷功能，能實現這個目的主要由液壓傳動和機械傳動兩種。

A 液壓傳動方案

剪板機液壓傳動系統原理圖如圖2-1所示，其原理：手動換向閥6推向左位（即左位接入系統），此時活塞在壓力油的作用下向下運動，對板料進行剪切加工，當加工完成后，將閥6手柄推向右位（即右位接入系統），活塞向上運動，即刀片上抬，到了一定位置，將閥6手柄推入中位，這樣活塞就停留在此位置不動。然后剪切第二次時，重復上述操作。手動換向閥6也可改為電氣控制的換向閥，從而實現自動連續剪切，提高效率。

１.油箱 ２.粗過濾器 ３.液壓泵 4.溢流閥 5.調速閥 6.手動三位四通換向閥 7.液壓缸 8.滑塊

圖2-1 液壓傳動系統原理圖

液壓剪板機采用液壓傳動，使機器工作時平穩，噪聲小，安全可靠，可以進行單次連續剪切，剪板厚度也較機械傳動的厚，但是液壓系統是利用液體作為中間介質來傳遞動力的，剪切力大時，油壓也相應的高，對液壓元件的精度、強度要求也高，制造成本也相應的較高，而且液壓系統不可避免的存在，泄露問題，會造成污染，油溫的變化會引起油液粘度變化，影響液壓傳動工作的平穩性，所以適應環境能力小。另外，液壓剪板機的維修也不方便，需要掌握一定的專業知識，因此此次設計不選用此方案。

B 機械傳動方案

B.1 凸輪機構方案

圖2-2 凸輪機構原理圖

凸輪機構的工作原理如圖2-2所示：主軸的轉動帶動凸輪傳動，凸輪升程時推動滑塊（即刀片）作剪切動作。回程時，滑塊在彈簧的作用下上升到開始位置，準備下一個動作循環。

凸輪機構的優點是可以根據從動件的運動規律來選擇機構的尺寸和確定凸輪輪廓線。缺點是凸輪機構一般用于控制機構而不是用于執行機構，因為其工作壓力不能太大，否則會嚴重磨損凸輪的輪廓及推桿，導致該機構不能實現預期的動作要求，不能保證機器的穩定性，因此該方案不予采用。

B.2曲柄滑塊機構方案

曲柄滑塊機構的工作原理如圖2-3所示：通過主軸轉動帶動曲柄轉動，曲柄通過連桿使滑塊作上下往復運動，實現剪切動作。

圖2-3 曲柄滑塊機構原理圖

該機構具有結構簡單、加工容易、維修方便、經濟實用的優點，故采用此方案即曲柄滑塊機構作為執行機構比較合適。

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