开卷线中液压剪板机的设计要点
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【摘 要】随着我国科学技术水平的不断向前发展，制造业迎来了发展的黄金时期，作为制造业中最基础一环的剪板机的设计工作也越来越受到重视。然而由于剪板机属于一种专业性比较强，对于各个领域的知识要求比较多的设计产品，导致我国在剪板机的设计工作中一直存在着问题。本文笔者根据自身多年来的相关行业工作经验并结合我国液压剪板机的实际设计情况，先对我国剪板机的刀架受力情况进行分析，继而设计工作中应该采取哪些措施，希望可以起到抛砖引玉的作用，继而推动我国机械制造业的可持续发展。
前言
随着近年来，制造业的不断发展，开卷校平定尺剪切线得到了广泛的应用，市场上出现了各种结构、各种配置的开卷线。通过相关的统计以及试验，我们发现，使用开卷线来进行剪切下料比普通的剪板机拥有相当多的优点。尤其是液压剪板机的成本低廉、结构简单、便于操作。所以笔者再次对在设计中容易出现的问题进行分析，希望可以起到警示大家的作用。
1 刀架受力分析
液压剪板机（图1）刀架1的左右两端下部有铰链轴与左右油缸2和3的活塞杆连接，左右油缸都是标准的双作用单杆活塞式油缸，连接方式是缸头耳环带衬套，活塞杆端外螺纹，杆头耳环带关节轴承。这种连接方式降低了刀架和机身上铰链轴孔的加工要求，在刀架上下运动过程中油缸可以在互相垂直的两个平面内摆动，活塞杆不会对油缸产生扭转力矩。刀架左右两端的上部固定有齿条4与同步扭轴6上的两个齿轮5相啮合，使刀架在进行自左向右剪切的过程中能同步运动而不产生倾斜。上刀片固定在刀架上，与工作台上的下刀片形成剪切角α。
刀架开始进行剪切时，上刀片的左端先接触板料，即剪切力P先出现在刀架的左端（见图2）。左右油缸的作用力为F1和F2。不考虑导轨的摩擦阻力、压料力等因素的影响，由刀架的力平衡条件可得到：
很明显，在这时F1＞F2，即只需较小的F2力就可以保持刀架的平衡进行剪切。但是左右油缸是并联进油的，油缸中的油压是相同的。右油缸实际的作用力远大于保持刀架平衡所需的F2。这样，刀架就受到一个顺时针方向的扭转力矩T，使刀架有顺时针回转的趋势。齿轮齿条和同步扭矩的作用就是阻止刀架的顺时针回转，保持刀架的平衡。
假设左右油缸的大小尺寸相同，对刀架产生的拉力也相等。当左右油缸的拉力都达到F1时，就能够顺利进行剪切。但是由于右油缸的拉力已超过F2，使刀架产生的顺时针方向的扭转力矩为：
如果刀架没有上述扭转力矩T1，同步扭轴上的左右齿轮对刀架上的齿条没有作用力。刀架上出现扭转力矩T2时，同步扭轴上的左右齿轮就对齿条产生一对作用力F3，其大小相等，方向相反，形成一个反时针方向的扭转力矩T2。根据刀架的平衡条件：
通过上述的计算，我们发现只有在刚性体的前提下才能保持同步扭轴不发行形变，但是在实际工作中无法做到这点，同步扭轴都会发生或大或小的扭转变形。变形的后果就是减小了剪切角，是的刀架产生了顺时针的回转现象。而又相应的计算公式我们可以知道剪切角越小则剪切力由于成反比则越大，继而造成了两个油缸中油压的增加以及拉力的增大，最后造成了扭转力矩的不断变大继而扭转变形也越来越大，剪切角则越来越小。随着刀架上剪切力P的作用点向右移动，刀架上的扭转力矩逐渐减小，这个过程就结束了。当刀架的剪切过程快结束时，刀架上剪切力P的作用点靠近右端，出现了相反的变化。这时左油缸的实际拉力大于所需的拉力，刀架产生反时针回转，使剪切角增大，剪切力减小。
2 设计上的相关措施
（1）同步扭轴的抗扭能力必须得到重视。通过上述的计算以及分析，我们发现想要保证剪板机的顺利工作就一定要保证同步扭轴的抗扭刚度。有一部分剪板机出现刚刚工作就停止运行，减不动板材的情况大多数都属由于他们的同步扭轴的关系，若没有足够的抗扭强度，剪板机绝对无法正常工作。
（2）一定要将刀架的位置装配到设计给出的剪切角位置，然后保证两齿条与同步扭轴两端的齿轮保持在一个方向上全部解除，同时一定要使用销定位齿条。
（3）通过合理的计算以及分析，在结构能够承受的条件下，将分度圆的直径控制在最小。由于齿轮受到齿条的外力F3，如果能够尽量的控制其分度圆直径，就可以达到在减少同步扭轴的变形的同时控制扭转力矩。
（4）将刀架导轨的侧向间隙控制在一个合理的范围内，由于，刀架在工作中会发生顺时针的回转现象，如果遇到较大的摩擦力就会导致刀架的卡死，所以我们要在条件允许的情况下适当放大间隙。
（5）由于右油缸的活塞杆比左油缸的要打，而且他们还保持着相同的活塞直径，所以右油缸的上腔面积要比左侧的小15%左右，所以左油缸比右油缸的扭转力矩小。我们可以在选择油缸时通过提高标准达到目的。
3 结束语
综上所述，虽然我们在剪板机的设计方面得到了飞速的发展，用了短暂的时间，通过不断努力学习、吸取经验完成了西方国家几十年的工作，但是我们要看到我们和最先进技术之间的差距，只有正确的认识自己，才能够发现差距，迎头赶上，才能更好的为我国的液压剪板机的设计工作作出应有的贡献，继而推动我国制造业的不断向前发展。
参考文献：
[1]王迪，史祥飞，于丰铭等.开卷线中的剪板的性能分析.装备制造技术，2009，12.
[2]王硕，彭威等.浅析液压剪板机的设计思路以及要点.机械科技，2007，8.
作者简历：
王吉忠，男，1962年出生，工程师，毕业于佳木斯机械工学院，现工作于黑龙江锻压机床厂有限公司技术室，从事机床设计工作。
闫萍，女 1962年出生， 工程师， 毕业于佳木斯广播电视大学，现工作于黑龙江佳木斯中唯实业有限公司技术中心产品工艺室，从事机械加工、焊接工艺工作。