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W35液压弯管机设计（液压传动部分）,w35,液压,弯管,设计,传动,部分,部份

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华东交通大学理工学院毕业设计（论文）摘 要随着越来越多的各样式的弯管在工业、农业等方面上得到广泛使用，不断推动着弯管机的发展，多样化弯管技术的出现满足了今天大市场、高精度的管材的要求。尤其是在锅炉制造、航空航天、汽车以及石油石化工程等多种行业使用的非常广泛。用传统的弯管方法，即不安全，又不能满足精度要求，效率又还低，因此设计一台液压弯管机并且拥有自动控制系统可以很大提高工作效率，意义非常重大。通过本次的课题研究，可以更好了解现在弯管技术的发展现状，争取设计出适合未来发展的液压弯管机的液压系统。在本次设计的弯管机中，采用液压来为整个弯管机提供动力，液压泵输出的高压油使各个元部件的正常工作。主要设计了三个液压缸、液压泵、油管和一些辅助元件。在管子的加工过程中，夹紧装置、压料装置、转模装置都是通过液压来提供动力的，所以设计好一个合格的液压系统在液压弯管机的设计中非常重要。关键词：液压弯管机；液压系统；弯管力AbstractAs more and more the style of bent pipe is widely used in industry, agriculture, etc, and constantly promote the development of the pipe bending machine, the emergence of diversified bend technology can meet the big market today, the requirement of high precision steel tubes. Especially in the boiler manufacturing, aerospace, automotive and petrochemical engineering and other industries use a very wide range. With the traditional method of pipe bending is not safe, and can not meet the requirement of the precision, efficiency is still low, so the design of a hydraulic pipe bender and the automatic control system can be greatly improved work efficiency is significant. Through this research, we can better understand now bend technology development present situation, to design a suitable for the future development of the hydraulic system of hydraulic pipe bending machine. In the design of pipe bending machine, hydraulic is used to provide power for the whole pipe bender, hydraulic pump output of high pressure oil to the normal work of the various components. The main design three hydraulic cylinder, hydraulic pump, tubing, and a few auxiliary components. In the process of tube processing, clamping device, pressure device, rotary die device is powered by hydraulic pressure, so the good design of a hydraulic system is very important in the design of hydraulic pipe bender.Keyword：Hydraulic pipe bender；The hydraulic system；Pipe bending force目 录中文摘要 3英文摘要 4目 录 5引 言 71、绪 论 81.1 弯管机概述 81.2 国内外弯管机的研究现状及成果 82、管子的弯曲 9 2.1 管材的力学性能分析 9 2.2 管材弯曲过程分析 9 2.3 最小弯曲半径的计算 10 2.4 管材中性层曲率半径的计算 10 2.5 管材的抗弯截面系数 11 2.6 管材弯曲力矩的计算 11 2.7 夹紧力和压料力的计算 13 2.7.1 旋转力矩的计算 13 2.7.2 夹紧力和压料力的计算 133、整体结构的设计 14 3.1 机械结构的设计 14 3.2 液压系统结构的设计 144、轴的设计及计算 154.1 轴的设计 15 4.2 轴的计算 15 4.2.1 轴的最小直径的确定 15 4.2.2 计算轴各段直径与长度 165、液压弯管机液压系统设计 175.1 液压系统及其工作原理 17 5.2 夹紧缸和压料缸的设计 17 5.2.1 工作压力的选定 17 5.2.2 液压缸内径D与活塞杆直径d的选择 18 5.2.3 缸筒的设计与校核 18 5.2.4 缸盖的结构形式及其厚度 20 5.2.5 缸底（后端盖）结构及其厚度的计算 20 5.3 工况分析 20 5.3.1 计算负载力 21 5.3.2 计算液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率 22 5.4 主驱动缸的设计 22 5.4.1 液压缸内径D与活塞杆直径d的选择 23 5.4.2 缸筒的设计与校核 23 5.4.3 缸盖的结构形式及其厚度 24 5.4.4 缸底（后端盖）结构及其厚度的计算 24 5.5 工况分析 24 5.5.1 计算负载力 25 5.5.2 计算液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率 26 5.6 强度校核 265.6.1 活塞杆直径的校核 265.6.2 活塞杆稳定性校核 27 5.7 密封装置 276、液压元件的选择和计算 286.1 液压泵的选择 28 6.1.1 液压泵的选择压力 28 6.1.2 液压泵的流量 29 6.1.2 液压泵与电机的确定 296.2 液压阀的选择 29结论 30参考文献 31后 记 32引 言本课题的目标是设计一台液压弯管机，主要包括其中的夹紧装置、弯管装置、压料装置、传动装置以及液压系统，实现管子的无芯弯管。需要加工的管件规格为外径*壁厚：19*1.0；22*1.0；28*1.0；35*1.5。其中是使用液压来提供所需的夹紧力和弯曲力，本次课题的主要内容是怎样利用液压系统解决液压弯管机的动力问题。设计采用自动控制的弯管机可以很大地提高工作效率，节约人力物力，意义非常重大。同时，刚刚面临毕业的我们面临着一个巨大的问题，在学校里学的东西都是些散的知识，没有把它们连在一起，以后出去工作的时候也会处于这种尴尬的地步，在临近毕业的时候可以遇到这个机会也是难得的，可以为以后的提供一些经验。进一步了解液压系统的结构与组成，使得液压离自己近一点，为以后自己接触液压打好基础。1、 绪论1.1 弯管机的概述 使各种各样的弯管材料发生弯曲的器械叫做弯管机，材料被弯成我们想要的形状，就像我们熟知的S型、C型、U型以及制作难度更高的模型，按人们的要求提供材料。包括石油石化工程和压力容器、汽车、锅炉、航空航天在内，弯管机在许多行业中占据不可忽视的地位，对提高国民经济的发展也起了至关重要的作用。弯管技术最早是取决于操作工丰富的经验以及技艺的掌握程度，可是因为材料型号的多样，和各种管材之间的区别，弯管材料的品质难以得到保证，结果会导致管材里面部分产生皱褶和外面部分发生爆裂，进度不但慢而且大量管材会报废。科技不断进步，弯管机也产生了很大的变革，现代化的CNC自动弯管取代了传统的手动弯管，制作所要的钱更少了，出厂的数量更多，成品的制造的质量更好，扭曲材料的精度更加精准。社会快速发展，出于对外界的供应，能行制造作用不重复的产品，扭转的多少和扭转的范围的原料，扭曲管子的机器正在不断完善，靠电力扭曲原料的机器、靠夜体冲击扭曲原料的机器（一个头、两个头）、计算机操控下的不用人工的扭曲原料的机器这一类型的器械目前已经在社会中用于生产需要。1.2 国内外弯管机的研究现状及成果 在所有国家工作业方面不断突破中，许多国家在研究弯管机上已经取得了巨大的成果，在这些科技发达的欧美国家里，美国、意大利和德国已经拔得头筹，已经获得了宝贵的经历和非常拔尖的研究能力。意太利得BlMgROuPy、搏厉玛几器投惫有现工司、易涂齐国阵有现工寺，在扭曲材料机器业内一马当先，他们制造的数控的液压的弯管机品质十分优秀，在市场内占据着领先地位。早在上个世纪的70年代，CNC数控弯曲管材的器械就在美利坚合众国的EATONLEONARD公司成功制造出来，数控的弯管技术在各个方面有了巨大的突破。我们的邻国日本，上世纪80年代时， M-1型的管型的测量机以及EC、TC这系列所有型号的数控的弯管机在千代田的工业株会社被完全研究出来。中国在弯管器械这行业入门较迟，庆幸的是我们进步迅猛，20世纪70年代，数控的弯管机器在武昌的造船厂被研究制造出来，在1973年SKWG-2型数控的弯管机顺利被制造出来。在这之后各式各样的数控的弯管机成功被我国研制出来。按当前情况来说，中国的管材加工不仅有制造精度优秀的电脑控制的扭曲材料的机器，存在要自动又能手动得扭曲材料机器，不可思议得是一般产业的公司居然用人力扭管子。2、 管子的弯曲2.1管材的力学性能分析 我们在本文选碳素结构钢做原料，在被压迫状态碳素结构钢发生改变通过以下体现。若F38.30毫米，取=45毫米。装有轴承在轴上面，从书中寻找到：保证能完整拼装，要求4.2.2.2 得出d2与l2以及d4与l4：为了设计和计算的便捷，这里d2与d4选择相同的直径，影响较小。这里由公式得：，我们让平鍵就在轴上。 结果上涨3%，得由规定得=55毫米。我们查国标准则取鍵宽*鍵高等于16*10，取键长L=50mm，而且在轴上存在第二个轴承，它得数据有：，。上需要车一个平台，这里取=125mm。4.2.2.3 计算d3与l3：这段轴只是起轴肩的作用，这里取=70mm，=20mm。4.2.2.4 计算d5与l5：需要在这段轴上车一段螺纹，已知螺母为M48，因此依据螺母型号选定mm，毫米。5、 液压系统设计和计算 5.1 液压系统及其工作原理 我这次做的液圧传动总图可以对比零件图，把电机2带着运转的两联叶泵3充当发动的动力，溢流閥17、调圧阀20,21、电磁换向閥18,19组建的调圧单元控制供給油的圧力，我们可以通过实验掌握3个不一样的圧力，把这几个圧力拿来做成规格不一样的工件。夹紧缸8、压料缸9和主驱动缸13都是液压系统的执行元件.让电磁换向阀5、12、14依次控制各个液压缸的运动方向。液控单向阀都装在夹紧缸以及压料缸的进回路中，能够保障我们设计的缸随便在哪个地方可以维持，这样可以让我们设计的机器的抓紧与圧料这些举动规范有保障。其实际工作步骤为：操作工安装好管材后，开始操作，这些操作的一系列顺序都是通过plc来具体实现的： 换向閥5被转接至右边当电磁铁2ya通电后，抓紧模被抓紧缸8带动把工件抓紧在扭弯管子的模具上。 换向阀12转接至左边当电磁铁4ya通电后，管材被压料缸9驱动压料模后夹紧。 换向阀14转接至左边在电磁铁6ya通电后，杆子由主驱动缸13推动，然后带着旋转轴转动，进而带着扭曲管子的模具与抓紧模具同时旋转，然后处理工件。 加工完成后，换向閥5转接至左边在电磁铁1通电后，抓紧模在抓紧缸8作用下松开并且返回。换向閥12转接至右边在电磁铁3ya通电后，圧料模因为圧料缸的回返然后回返。 加工彻底完成，施工人员把做好了的工件拿下来后，点击重新开始按钮，换向閥14被转接至右边在给了电磁铁5通电后，主要的动力系统带着转动轴开始往返转动，这样就算是结束了一个周期的工作。5.2 夹紧缸和压料缸的设计 我在这次的论文里，想要研究以及算法的通俗易懂，抓紧缸以及圧料缸的规格全用单杆活塞缸，负重的峰值是25000.0N，路程的峰值是100.0毫米，活塞杆在液圧缸里的讯速弹出、讯速拉回的速度是0.2米/s，活塞杆开始、停止耗时一样都是=0.2s。5.2.1 工作压力的选定 周期来回的工作里每个流程的负载的峰值是算出液圧缸的运作圧力的重要依据，在这以外还需考虑的因素有： 每个器材在各个需求的地方都有着它们不一样的特征。 想象价格以及体积这类问题，圧力要是取小了，工件的体积会很大，也会很重；要是把圧力取的很大，工件的体积又会小，会很轻，要做到这些就要保证工件的制造精度以及密封性要满足我们的标准。知道这些就知道液圧缸两类工作圧力形式：负重明确为一类;器材规格明确为第二类。5.2.2 液压缸内径D与活塞杆直径d的选择 此文要用的液圧缸为无杆腔进液缸，它的液圧缸内徑是：以上：=0.9算出：知道液圧缸内徑，我们就依照需要速度的多少得出活塞杆的直徑d，得含意为：通过上面的式子有：上式得数值由国家标准规定（GB/T2348-1993），可以在下面表格查找：表5.3 液压缸速度比与工作压力的关系取=1.330，代到式子里得d=29.4毫米依照国家的技术标准对以上计算算出的液圧缸内徑D和活塞杆直徑d取整数，由下面表格可以知道： 表5.4 液压缸内径系列尺寸（GB/T2348-1993） 表5.5 液压缸活塞杆系列尺寸（GB/T2348-1993）化整数为：D=63毫米，d=32毫米。已知液圧缸的内徑与活塞杆的直徑，那么液圧缸实际作用的面积的算法有：无杆腔面积 有杆腔面积 实际作用面积 5.2.3 缸筒的设计与校核 5.2.3.1 缸筒材料壁厚的选择与校核 此文确定冷拨和热轧无缝钢管作为液圧缸缸筒的材料，缸体用焊接式，35号钢作为缸筒原料，初始预设壁的厚度是=5毫米。检查缸筒的壁厚由下体现：因此得出是薄壁缸筒，用下列式子检查壁厚得：上式：，mPa。mPa，；mPa，。 ，mPa。，叫做材料的抗拉强度，N是安因素，通常N=5。算出：合格。因此满足我们的需求。5.2.3.2 缸筒长度和最小导向长度的计算 计算缸筒的长度L的公式如下所示： 通常讲，拿普通的液圧缸来说，H的大小要求如下： 如果l=100毫米，计算得：H=36.5mm 取整5.2.4 缸盖和缸筒的连接形式及其厚度 拿单活塞杆液圧缸来说，螺纹凸台结和面得法兰式结构在缸筒头部焊接，活塞从开头工作至结尾的过程中，刚盖把所有的力都抵抗住，可以因此得出它的结果：总结以上算出：5.2.5 缸底（后端盖）结构及其厚度的计算 本文中不仅是抓紧缸还是圧料缸，在这里选择得是单活塞杆的液圧缸，它的缸底和缸筒都是牢牢焊接起来的，本文设计的缸底要求底面光滑且没有孔，算出它的厚度有：总结以上算出 ：取整得5.3 工况分析 查得液圧缸机械效率则包含工作组件（活塞杆以及模子）的液圧缸的总重是40千克。动摩擦因数静摩擦因数5.3.1 计算负载力 5.3.1.1 摩擦阻力 液圧缸活塞杆动摩擦阻力： 液圧缸活塞杆静摩擦阻力：5.3.1.2 负载惯性力 用速度差开始耗时那么就有：5.3.1.3 运作下的负载力 5.3.1.4 密封摩擦力 依照本次设计需要大概取值为通过上面的公式能够得到每个流程下液圧缸的负重反应，见下所示：5.3.2 计算液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率 液圧缸重复运转每个流程的压力、流量以及功率得到的数据在图中清晰可见：5.4 主驱动缸的设计 杆子被焊接在转动轴上，当主要的动力缸启动，杆子围绕转动轴转动，这样扭曲管子的模具也会被带着随之转动，确认单活塞杆液圧缸作为主动力缸使用，它的启动是从两边开始，扭曲管子的速率是8转/分钟，因为杆子直徑是100毫米，放杆子的地方的轴断直徑是45毫米，这样我们就可以算出液圧缸的彳亍程，在液圧缸里的单活塞杆的讯速弹出、讯速返回速率是米/秒，开始、停止活塞杆耗时都是秒。杆子与液圧刚推杆刚刚运动形成的弧度和扭曲管子完成的时候形成的弧度全是45度，是动力也是负重的主发动力，则工进速率是。我们知道扭曲管子的负重如果突然没有的话会发生前进反应，所以要预防在工进得时候得这个现象，在留背圧在液圧刚回油腔里，大小是帕斯卡，假使在返回阶段油圧减少Pa。此处的主发动刚的运转圧力同样都是10兆帕。5.4.1 液压缸内径D与活塞杆直径d的选择 我们需要由载荷的多少来确定运动的速度比，计算缸实际工作的面积，就可以知道缸筒内徑D，然后在国标规定准则取最符合要求得数值做为缸筒内径，以无杆腔作为工作腔的D的大小为：活塞杆得直徑d式子：由已知参数算出：然后求得d为： 我们通过有关数值的国家得相关准则，把缸径D以及杆径d化为整数，结果为，通过以上我们就可以求出缸的实用面积：无杆腔面积 有杆腔面积 实用面积 5.4.2 缸筒的设计与校核 5.4.2.1 缸筒材料壁厚的确定和核算 此文确定冷拨和热轧无缝钢管作为液圧缸缸筒的材料，缸体用焊接式，35号钢作为缸筒原料，初始预设壁的厚度是=5毫米。检查缸筒的壁厚由下体现：总结以上结果算出：合格。满足我们的核算。5.4.2.2 缸筒长度和最小导向长度的确定 要想确定得到缸筒的长度L，我们必须同时知道很多其他的部位的参数，如： 就拿l=113.4mm举例，这样我们就可以算出L和H的数值：H=21mm 按要求化成5.4.3 缸盖的结构形式及其厚度 拿单活塞杆液圧缸来说，螺纹凸台结和面得法兰式结构在缸筒头部焊接，活塞从开头工作至结尾的过程中，刚盖把所有的力都抵抗住，可以因此得出它的结果：由上面参数可以算出：圆整结果是5.4.4 缸底（后端盖）结构及其厚度的计算 本文中不仅是抓紧缸还是圧料缸，在这里选择得是单活塞杆的液圧缸，它的缸底和缸筒都是牢牢焊接起来的，本文设计的缸底要求底面光滑且没有孔，算出它的厚度有：由以上的参数算出 ：按标准圆整是5.5 工况分析 查得液圧缸机械效率则包含工作组件（活塞杆以及模子）的液圧缸的总重是40千克。动摩擦因数静摩擦因数5.5.1 计算负载力 5.5.1.1 摩擦阻力 液圧缸活塞杆动摩擦阻力： 液圧缸活塞杆静摩擦阻力：5.5.1.2 负载惯性力 用速率差启动时间那么就有：5.5.1.3 运作下的负载力 5.5.1.4 密封摩擦力 依照本次设计需要大概取值为通过上面的公式能够得到每个流程下液圧缸的负重反应，见图所示：5.5.2 计算液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率 液圧缸重复运转下每个流程的圧力、流量以及功率得到的数据在图中清晰可见：5.6 强度校核 5.6.1 活塞杆直径的校核 夹紧缸和压料缸的活塞杆直径d的校核： d4F式中：F活塞杆上的作用力； 活塞杆材料的许用应力，=b/1.4 由F=25000,查得活塞杆45钢材料的=120Mpa算出：d16.3mm符合强度要求。同理得主驱动缸的活塞杆的直径d的校核：d8.37mm符合强度要求。5.6.2 活塞杆的稳定性校核 活塞杆受轴向压缩时，其直径d一般不小于长度L的1/15。由数据得，各活塞的活塞杆均符合强度要求。5.7 密封装置 液压缸中常见的密封装置有四种，分别为间隙密封、摩擦环密封、o形圈密封、V形圈密封。在这里我们使用O形圈密封，它利用橡胶或塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧在静、动配合面之间来防止泄露。它的结构简单，制造方便，磨损后有自动补偿能力，性能可靠，在缸筒和活塞之间、缸盖和活塞杆之间、活塞和活塞杆之间、缸筒和缸盖之间都能使用。 6、 液压元件的选择和计算 6.1 液压泵的选择 6.1.1 液压泵的运作压力 我们在经过一些列的运算可以知道液圧缸的。所有的流程里，运作起来难度最高的是在工进过程的油路中，假如在这过程中该油路圧力减少，我们就可以知道低流量泵的圧力的峰值是。而且高流量泵如果输送油给液圧刚的话要控制在极短的时间内，我们通过运算发现，相对过程简单的就是在液圧刚退回来的时候的进油路，计算得出这个油口减少得圧力是，计算就清楚知道高流量泵圧力峰值是6.1.2 液压泵的流量 通过与看出，进到液圧刚流量得的峰值是处于工进过程中，数值是假设系统的泄露参数我们就可以计算出液圧泵流量的峰值是：。我们知道溢流閥的最低平缓流量是迅速返回的流量达到了总结得出低流量泵的流量谷值低至6.1.3 液压泵与电机的确定 通过大量的运算和分析各种液压书本，我们选择通过看出，工进过程存在功率的峰值，计算得：通过以上数据我们选取的电机型号是：6.2 液压阀的选取 阀类元件的规格主要由流经该阀油液的最大压力和最大流量选取。选择溢流阀时，应按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，应考虑其最小稳定流量满足机器低速性能的要求。一般选择的控制阀额定流量应比系统管路实际通过的流量大一些，必要时，允许通过阀的最大流量超过其额定流量的20%。电磁换向阀：因为电磁换向阀是利用电磁铁吸力操纵阀芯换位的换向阀，操作方便，布局灵活。3个液压缸分别有进油路和回油路，所以选择三位四通电磁换向阀；单一只有进油管和出油管选择二位二通电磁换向阀；压力调节需要有不同的压力需要换向所以选择三位三通电磁换向阀。先导式溢流阀：先导式溢流阀稳定性强。先导式溢流阀使进、回油口连通，达到溢流稳压的目的，还可以造成背压，提高稳