考虑“压缩率流量”因素的液压移动快速剪板机设计计算

液压移动快速剪板机是一种高速度上切式金属板材剪切机。移动剪采用两个不同直径单杆伸出的大、小缸驱动，大缸杆腔面积等于小缸活塞腔面积，这样串连两腔供油，可实现大、小缸同步运动。

液压系统还包括：压料装置的压下、抬起，串联缸补油及剪切角调整等；

根据设备工艺要求，大缸缸径190mm，大缸杆径110mm，小缸缸径155mm，小缸杆径110mm，在剪切行程145mm下，要求剪切完成一个循环动作时间 2秒内（包括剪刀回落时间）。

设备最大剪切负载力约70T。

液压参数的计算过程如下：

• 大、小缸需要最大流量：

分配油缸上升和回落时间均为0.88s。假设加压时0.12s。

剪切最大速度按150mm/s (即9m/min)，返回按最大450mm/s (即27m/min)考虑。即大缸剪切、返回最大体积流量都是280 L/min 。同步小缸剪切、返回最大流量是186.5 L/min，小缸有杆腔排出流量是92.6 L/min 。

2、大、小缸同步上升后进入剪切状态时所需最大压力：

大、小缸同步做伸出运动时，设大缸活塞腔作用面积为A1，活塞杆腔作用面积为A2，小缸活塞腔作用面积为A3，活塞杆腔作用面积为A4，则同步缸运动受力F方程式为：

P₁A₁-P₂A₂+P₃A₃-P₄A₄ = F

因为 P₂A₂=P₃A_{3 ，} A₁=284 cm²，A₄=94 cm²，F=70T， 设P₄ = 0.1MPa，  ,则

P₁A₁–P₄A₄ = F

= = 250 Kg/cm² = 24.5 MPa

可见，需要最大工作压力24.5MPa。

3、大、小缸上升后进入剪切工况，需要的加压流量：

（1）、剪切过程的流量需要考虑剪切时动态压力上升变化率对流量的要求，包括两部分：大缸工作行程需要的最大体积流量，以及大、小同步缸和相关油管因动态变化所影响的压缩率流量。

式中   A₁×υ — 油缸移动的油液体积流量，数值上等于280 L/min 。

— 在剪切增压时间Δt内，压缩率流量，即是流入油缸大腔的泵流量减去剪切上行大油缸活塞移动体积流量。

这就是说，压力动态特性中的流量会产生两个部分流量。

第一个部分油缸运动变化的体积流量（上面计算的流量）；

第二个部分是“压缩率流量”，在压力动态变化ΔP时，与压力区容积及油的有效体积弹性模量E有关，也与泵、阀内的泄漏量有关的流量。

（2）、压缩率流量计算：

加压时，需要的压缩率流量：

两个同步缸在工作行程145mm时的压力容腔体积是V=2.8L+1.9L+1.9L=6.6 L，另外，根据设备布置，液压站上的泵与大缸之间进油管路和同步缸之间管路容积共约为25L）

设，油的有效体积弹性模量为E=1250MPa，（考虑胶管效应）

假定加压时，压力变化量ΔP=23MPa（从0.5-24.5MPa压力梯度），需要时间Δt=0.12s，则

大缸油液压缩率流量：Δq=V*ΔP/(E*ΔT)

=（6.6+25）*24*60/(1250*0.12) = 303 L/min

4、大缸上升后进入剪切过程，泵需要的最大流量：

如果考虑加压时间Δt=0.12s，大缸上升时间修改为0.88s-0.12s = 1 s，

因此，大缸需要泵输入的流量至少应为303 L/min。

5、结论：

通过计算可知，在快速度剪板过程中，如果设计时不考虑动态压缩率流量，只按照常规体积流量计算，则在选择泵规格时，所确定的泵能输出的最大体积流量有可能达不到剪切动作时间要求。因此，新设备设计必须考虑附加一个额外的“压缩率流量”影响因素。

（仅供参考）

林 广

2015/2/13  设计笔记