1600mm高速高精度铝箔纵剪机组液压系统设计

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【摘要】通过对铝箔纵剪机要实现的功能进行分析，本文设计了一套液压系统，并绘制出了液压系统原理图，对液压系统进行了必要的计算。

【关键词】纵剪机；液压系统；设计

0 前言

铝箔纵剪机组用于对厚度为0.04-0.4mm的铝及铝合金箔材进行精确纵向剪切，并把剪切后的多条带材以理想的张力整齐地分卷卷取。

目前 ，国内铝箔纵剪机组存在的主要问题为，速度不高，最高为600m/min，精度不够，满足不了高端用户（如汽车水箱带等产品）对铝箔产品的要求。因此，开发高精铝加工装备，提高铝箔产品质量，是市场的需求，也是国产铝加工装备的发展方向。

纵剪机液压系统同磨床、液压机、工程机械液压系统相比有他的独特之处， 纵剪机液压系统是纵剪机运行不可缺少的部分。纵剪机液压系统所承担的动作所需力及流量变化较小， 主要负载是提供料卷的夹紧力、顶紧力以及刀盘的锁紧力和一些油缸换位动作及工作装置的定位、移动。为了满足这些功能， 纵剪机一般选择中低压系统， 其压力在7MPa以下， 液压系统流量一般在50L/min以下[1-3]。

1 铝箔纵剪机液压系统总体设计

铝箔纵剪机液压系统主要由开卷机液压系统，卷取机液压系统和废边卷取机液压系统等组成。夹紧和移动时，考虑到速度的稳定性的要求采用回油节流调速。部分缸需要在任意位置停留，所以这部分油缸需要有良好的自锁性；由于卷取机在卷取过程中需要对料卷面压进行控制，采用减压回路进行面压的控制。根据液压纵剪机的这些特点，确定整机液压系统的设计思想和设计原理[4-5]。

1.1 负荷传感控制

主泵采用斜盘式轴向柱塞变量泵，它具有压力负反馈功能，发动机起动前，在复位弹簧作用下，泵斜盘摆角处于最大位置。发动机起动，如果这时液压系统没有流量需求，则泵摆角在几十毫秒内迅速回到最小位置，保持泵出口压力为最大值。当负荷传感阀的节流口开启，系统有流量需求时，泵的负荷传感控制机构会自动改变主泵排量，控制输出流量的大小，将节流口两端的压差维持在一个事先调好的固定值Δp。根据流体力学原理：

Δp 保持恒定，意味着通过节流口流到负载的流量q 与节流口过流面积A 呈线性关系，A 越大，泵输出的流量q 就越多。负载需要多少流量，主泵就提供多少，与负载压力无关，没有多余的流量输出，没有溢流损失―这是负荷传感泵最显著的特点。

1.2 电比例控制液压系统

本液压系统采用电比例控制的负载反馈控制系统，主操作阀为负载敏感式电比例换向阀。主泵为变量泵，当泵出口压力之间的压差产生变化时，通过负载反馈口来改变变量泵的配流盘倾角，从而改变泵的排量。采用恒功率变量泵控制方式，通过负载反馈泵的压力、流量自动调节到最佳，使控制性能和节能效果大为提高，采用电比例控制阀，先导阀手柄移动的角度与输入电流成正比，主操作阀的阀芯开口位移与先导阀输入电流也成正比，所以整机具有良好的微动性[6]。

2 液压系统设计

2.1 泵站原理图

液压系统本站选择了斜盘式轴向柱塞变量泵对系统供油，考虑到液压系统温升的问题，在泵站增加了一个辅助泵来进行液压油的冷却，并采用了水冷却，电磁溢流阀调定泵出口压力，泵出口单向节流阀防止油液倒回油箱。在主油路上采用高压过滤器尽管增加了制造成本， 但它能较大地提高可靠性和降低维修成本。

2.2 开卷机液压系统

开卷机液压系统阀站原理图如图所示，其中摆动辊和侧后装置油缸为垂直缸。通过控制各换向阀电磁铁的启闭来实现各液压缸的单独动作或同时动作。减压阀1、16控制胀缩油缸的压力，若2DT得电，换向阀位于右位工作，则油液经电磁换向阀4进入涨缩缸的无杆腔，此时涨缩缸开始涨紧料卷，一直达到减压阀1设定的压力。4DT得电，油液经过电磁换向阀7、液控单向阀6、单向节流阀5进入开卷操作侧夹紧油缸的无杆腔，换向阀12回路控制开卷驱动侧油缸，换向阀7和换向阀12回路分别控制两侧夹紧，液控单向阀8防止油液倒回油箱。10DT得电，油液经电磁换向阀15进入开卷驱动侧夹紧油缸无杆腔，并进入开卷操作侧夹紧缸有杆腔，5DT得电，打开液控单向阀8，使回油路通油箱，此时两缸同时向左移动；同理，9DT得电，两缸同时向右移动。摆动辊油缸控制开头摆动辊的角度，保证板带进入C辊的包角不变，从而保证张力控制系统的条件稳定；电液比例控制阀17，根据料卷卷径变化信号来改变阀开口的大小，从而控制流量，使辊子随着卷径的减少，连续向开卷方向摆动；单向节流阀组18进行回油调速。

2.3 卷取机液压系统

卷取机液压系统阀站原理图如图所示，各缸的液压锁确保意外故障等情况下油缸两腔油被困， 确定工件不松脱，起安全保障锁作用。对卷曲面压的控制，减压阀25调定卷取面压值，16DT通电，压力油经减压阀1、电磁换向阀4控制两液压缸有杆腔压力，此时给卷取调定压力。4DT和5DT控制两缸的各自移动。对需要调速的液压缸采用了单向节流阀进行回油节流调速。

2.4 废边卷取机液压系统（如图5）

3 液压系统元件的选择[7]

3.1 液压泵的选择

1）确定液压泵的最大工作压力Pp；液压泵的最大工作压力Pp由下式确定：

式中：P1――工作元件的最大工作压力（ 进口）；

ΔP――由泵出口到工作元件进口之间的管路沿程阻力损失和局部阻力损失之和。

2）确定液压泵的流量Qp

液压泵流量按系统在一个循环周期中的平均流量选取。即：

Z――执行元件（液压缸、马达）的个数。

考虑到实现节能、降低温升，本系统选取了最大工作压力10MPa的斜盘式轴向柱塞变量泵。

3.2 管道的选择

确定管道的进油和回油直径根据公式

式中：Q――液体流量（L/min）；v――吸油管路取v≤0.5～2m/s；压油管选择2.5～6m/s；泄油管路取v≤1m/s。

根据计算并考虑到压力损失、发热量和液压冲击，本液压系统进油口和回油口选择内径为28mm，卸油口想选择内径为12mm壁厚为1的冷拔无缝钢管及其相应的液压软管。

3.3 确定油箱容量

合理确定油箱容量是保证液压系统正常工作的重要条件。

纵剪机液压系统油箱容量按经验公式选定：

式中： Q――液压箱的总额定流量， L/min；

α――经验系数：α= 5～7；

额定流量Q为50L/min，所以：

3.4 滤油器的选择

考虑其承受压力能力、过滤精度、通流能力、阻力压降、安装方式本液压系统选取过滤精度20μm等级的滤油器[8]。

4 结论

（1）通过对铝箔纵剪机要实现的功能进行分析，并根据铝箔纵剪机的实际生产工作要求设计了本液压系统，本液压系统已经投入使用，并在使用过程中得到很好的验证。

（2）本液压系统采用了负荷传感控制和电比例控制，使本液压系统达到了节能、高效的目的。

（3）伺服控制技术在本液压系统中对精度的控制起到了关键的作用，对面压的投入，卷取精度的控制都达到了需求。

【参考文献】

[1]孟维柱.1400mm铝箔纵剪机的研制及系统分析[J].有色金属加工，2010，2：18-26.

[2]张敬礼.立式铝箔分卷机组[J].有色设备，2001（5）：6-7.

[3]谭建志.浅析铝带材纵剪机组的传动控制[J].有色金属加工，2010，39（1）：57-59.

[4]何国华，等.一种专用双向油压机液压系统设计[J].液压与气动，2006，4：42-44.

[5]田旭，杨玉兰.全液压驱动铝箔（厚）纵剪机组液压调速的分析与设计[J].机械设计与制造，1996（2）：32-33.

[6]李贵.液压驱动厚铝箔纵剪机组控制系统浅析[J].特钢技术，1999，4：39-41.

[7]孟文华，张毅高.纵剪机组设计选型与主要参数确定[J].一重技术，1996，1：25-26.

[8]张学平.1400mm纵剪机组的应用实践[J].轻合金加工技术，2005，33（6）：20-22.