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河北建筑工程学院毕业设计（论文）外文资料翻译 系别： 机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 机083 姓名： 马宏亮 学号： 2008307329 外文出处： Control Engineering Practice 10(2002) 697-711 附 件：1、外文原文；2、外文资料翻译译文。指导教师评语：签字： 年 月 日河北建筑工程学院毕业设计（论文）开题报告课题名称蛇形管弯管机设计系 别： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机083班 学生姓名： 刘海洋 学 号： 2008307331 指导教师： 孙有亮 开题时间： 2012年4月2日 课题来源导师课题 课题类别工程设计一、论文资料的准备1.资料准备1)去张家口东锅炉厂参观实习，了解弯管机的各部件、结构组成及工作原理，对设计内容有了初步了解。2）在中国知网搜索相关论文，加深对弯管机各个机构的了解，并熟悉设计过程。并了解常用的弯曲加工方法和弯管设备，认识了国内外数控弯管机的现状及发展趋势以及数控系统的伺服运动控制模块、电液伺服控制模块及其机械、电气、液压系统等。3）在百度搜索弯管机视频，了解弯管机的现状、流行趋势及加工要求。并加深对弯管机工作过程的了解，熟悉加工对工件结构的要求。4）到图书馆借阅机械设计相关资料，了解设计中需要注意的问题。查询数控资料，了解电气控制相关资料，并熟悉数控机床的电器控制元件。查询液压资料，了解弯管机对液压系统的要求，熟悉液压系统工作过程。2.管材弯曲加工的种类和技术现状管材弯曲加工的方法很多。按成形方法区分，主要有滚弯曲,模弯曲和无模弯曲三种。按弯曲时加热与否，可分为冷弯曲和热弯曲。按弯曲时有无填充物，又分为有芯弯管和无芯弯管。近年来，弯管弯曲成形技术取得了新进展，相继开发出了零半径钢管弯曲加工，热应力弯曲和激光弯曲成形等最新技术。滚弯时用三个驱动辊轮对管材进行弯曲加工的加工方法。滚弯方法及滚弯机工作原理与板材滚弯基本相同，区别仅在于管材滚弯所用的滚轮具有与弯曲管坯断面形状相吻合的工作表面。通过改变滚轮的间隔，就可作各种曲率半径的弯曲，尤其对弯制环形或螺旋线形弯管件特别方便。不过，滚弯方法对弯曲半径有一定的限制，仅适用于曲率半径要求大的厚壁管件。模弯曲是一种钢管在弯曲模型中实现弯曲的成形过程，它包括压弯，推弯和绕弯三种方式。压弯是最早用于管材弯曲加工的工艺方法。它是在液压机上利用模具或胎具对管坯进行弯曲加工。压弯方法既可以弯制带直段的管件，又可以弯制弯头。由于压弯具有生产效率高，模具调整简单等突出有点，故在生产中一直被广泛应用。推弯是在一般压力机，液压机或专用推制机上进行弯曲加工，主要用于弯制弯头。推弯包括型模式冷推弯管和芯棒式热推弯管。型模式冷推弯管是在普通液压机或曲柄压力机上，利用金属的塑性，在常温状态在将管坯压入带有弯曲型腔的型模中，从而形成弯头。芯棒式特推弯管是在专用推制机上，在推力和牛角芯棒阻力的作用下，边加热边推制，使管坯产生周向扩张和轴向弯曲变形，从而将较小直径的管坯推制成较大直径的弯头。绕弯使最常用的弯管方法，包括碾压式和拉拔式。按弯管设备的不同，绕弯又可以分为手工弯管和弯管机弯管两类。手工弯管是利用简单的弯管装置对管坯进行弯曲加工。它不需要专用的弯管设备，弯管装置制造成本低，调节使用方便，但劳动量大，生产率低。弯管机弯管是在立式或卧式弯管机上进行冷态弯曲加工，是用得最多的一种弯管方式。目前，弯管机弯管主要包括有芯弯管，无芯弯管和顶压弯管三种工艺方法。随着经济建设的迅速发展，管道的规格和用材也在向大型化和高强度发展。目前，600MW的火力发电机组的主蒸汽管路的直径已达663mm，壁厚达103mm，材料为12CrMoV高温合金钢。对于这种达口径，厚壁及高强度钢管的弯制加工，最适宜的方法就是无模弯曲。无模弯曲使利用局部加热代替弯曲模具和芯棒等工具进行弯曲加工的方法。按加热方式的不同，可分为中频感应弯管和火焰加热弯管两种。中频弯管原理如下图1-7所示，它是将中频感应圈套在管坯上，依靠中频感应电流将管坯加热到所需的高温，随即对加热部分进行弯曲，并在弯曲后紧接着喷水冷却，从而获得所需的管件。火焰弯管的原理与中频弯管相同，只不过是用火焰加热圈代替了中频感应圈来加热管坯。无模弯曲不需要模具，弯管成形质量好，弯管能力强，具有生产效率高，劳动强度低等优点。由于无模弯曲的弯曲力臂自由回转，弯曲半径可随弯曲力臂长度的变化任意改变，故其适应性比其他弯曲方法强。同时，由于加热线圈与管材的形状无关，故利用无模弯曲代替弯模成形，可以巧妙地解决异形钢管的弯曲加工问题。近年来，国内外都已开发出原子能发电厂使用的不锈钢管和桥梁建筑行业使用的大，中型光管的无模弯曲成形技术和全自动CNC三维弯曲成形生产线，该生产线利用CAD/CAM进行配管设计及全线计算机控制，以扩大弯管加工范围，并使管坯供给，准备，弯曲加工及配管组合后的焊接，切断和检测等工序全部实现了自动化。热应力弯曲是一种利用工件内部温度分布不均匀所产生的热应力来驱动工件变形的特殊的成形方法，具有无外力，无模具，便于现场操作等优点。通常产生热应力的方法是对工件进行局部加热或冷却。加热方式包括火焰局部加热和加热炉内整体加热；冷却方式剥夺空冷，喷水冷却及浸水冷却。由于钢管的形状所致，采用火焰加热和喷水冷却的方案难以形成合适的温度场，工艺过程不易控制。激光成形是一种利用激光束照射材料表面式形成的内部非均匀热应立场来实现材料成形的新技术。通过调整激光加工工艺参数和选择合适的扫描诡计就能成形任意的弯曲件，异形件和其他复杂的三维曲面等零件。与常规成形相比，其具有显著的优点是： 1)生产周期短，柔性大，特别适合小批量的大型零件生产；2)激光成形为非接触式成形，变形时无外力作用，因而不产生回弹变形和由此带来题；3)激光成形属热态变形，总的变形由多次扫描累积而成，故能够成形在常温下不易成形的难变形材料。二、本课题的目的（重点及创新点）毕业设计是工科大学生完成学业中最重要的实践环节，是将在大学学到的理论知识系统化、条理化、实用化最关键的一环。通过本毕业设计培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题的能力；较复杂工程计算的工作能力；计算机绘图与手工绘画相结合的工程图绘制能力。掌握一般机械机构的设计思路、方法和步骤，掌握常用工程材料的性能和选配能力。尽快完成学生到工程技术人员的过渡。通过对弯管机数控改造的总体设计以及机械系统、液压系统和控制系统的设计，对数控弯管机的工作原理、传动机构等进行掌握、理解。使其满足工作职能要求，完成对弯管机数控改造的各部分设计。即能将管坯准确进给到所要加工的位置，并且使管坯弯曲相应的角度。并在此前提下满足操作简便、安全、外观、经济上的要求，做到和生产实际相结合。重点：本课题分三个部分：蛇形弯管机的总体设计、机械系统设计、液压系统设计加热系统设计和控制系统的设计 。对总体设计需对蛇形弯管机的工作原理、各机构之间关系、各零、部件组成及关系进行掌握。由于弯曲半径较小，需要增加加热系统及相关控制元件。创新点：新型弯管机主要由机械系统、液压系统和控制系统三大部分组成。其自动化程度要有所提高，可以自动进料，自动加热，自动进行弯管弯曲加工。三、主要内容、研究方法、研究思路主要内容：1. 对弯管工艺进行工艺分析，指出常见的弯管缺陷并提出相应的解决措施；2. 新型数控弯管机的方案设计，包括机械系统设计，液压系统设计和控制系统设计；3. 分析管材弯曲变形区的应力应变状态，建立管材弯曲力矩的计算公式，对加紧模和管坯夹持部分进行受力分析，建立加紧机构所需加紧力的计算公式和校核公式，并计算新型弯管机的各个力能参数。具体参数如下：1)设计要求：在现有60mm普通平面弯管机的基础上，改装成数控空间弯管机。2)技术要求：弯管直径为DN15 DN25mm，角度误差为1，进给精度为1mm。3)工作要求：弯管生产率为60个/小时。研究方法与思路：1.根据工作要求及设计要求确定其工作原理，选择机构和传动方式。2.初步确定主机、主要元件或构件的基本参数和技术性能，如功率、承载、速度、行程或调节幅度、外形尺寸等。在运动分析的基础上进行动力分析，确定各机构各部分传递的功率、转矩和力的大小，根据这些数据和使用要求进行强度、刚度、发热效率等方面的计算或校核，使设计出的数控空间角度弯管机在给定的年限内工作。3.通常提出几种不同方案，从技术和设计两个方面比较论证，选择最理想的，即在考虑满足职能要求的同时，要注意取得较好的经济效果，能满足给定的生产效率。四、总体安排和进度（包括阶段性工作内容及完成日期）3.284.4 完成毕业实习报告、开题报告4.54.11完成外文翻译4.124.18 设计任务分析与总体方案的确定。4.196.6 实施设计、计算、绘图、实验。6.76.20 进行计算机仿真样机和优化设计，并编写设计说明书。6.216.26 毕业设计（论文）答辩及成绩评定。五、主要参考文献【1】董刚,李建功,潘凤章主编.机械设计（第三版）.北京：机械工业出版社,1998【2】成大先主编.械设计图册.北京：化学工业出版社,1997【3】蔡春源主编.机电液设计手册.北京：机械工业出版社,1997【4】徐灏主编.新编机械设计师手册.北京：机械工业出版社,1995【5】朱喜林,张代治主编.机电一体化设计基础.北京：科学出版社,2004【6】雷天觉主编.液压工程手册.北京：机械工业出版社,1990【7】孙桓 陈作模主编.机械原理（第六版）.北京：高等教育出版社,2001【8】王爱玲主编.现代数控机床.北京：国防工业出版社,2003【9】赵如福主编.金属机械加工人员手册（第三版）.上海：上海科学技术出版社,1990【10】现代机械传动手册编委会编著.现代机械传动手册.北京：机械工业出版社,1995【11】郭爱莲主编.新编机械工程技术手册.经济日报出版社,1991【12】杨公源主编.机电控制技术及应用.北京：电子工业出版社,2005【13】袁任光编著.可编程序控制器选用手册.北京：机械工业出版社,2002【14】饶振纲,王勇卫编著.滚珠丝杠副及自锁装置.北京:国防工业出版社,1990【15】陆玉,何在洲,佟延伟主编.机械设计课程设计（第三版）.北京：机械工业出版社 1999指导教师意见： 指导教师签名： 日期：教研室意见：教研室主任签名： 日期：系意见： 系领导签名： 日期：系盖章课题来源：导师课题、社会实践、自选、其他课题类别：工程设计、施工技术、新品开发、软件开发、科学实验、毕业论文。毕业设计（论文）完成进度计划表序号起止日期计划完成内容实际完成情况检查人签名检查日期123456789101112指导教师批准，并签名： 年 月 日参考文献1 董刚 李建功 潘凤章主编.机械设计（第三版）北京：机械工业出版社19982 成大先主编.械设计图册 北京：化学工业出版社 19973 蔡春源主编.机电液设计手册 北京：机械工业出版社 19974 徐灏主编.新编机械设计师手册 北京：机械工业出版社 19955 朱喜林 张代治主编.机电一体化设计基础 北京：科学出版社 20046 求是科技编著.PLC应用开发技术与工程实践 北京：人民邮电出版社 20057 雷天觉主编.液压工程手册 北京：机械工业出版社 19908 孙桓 陈作模主编.机械原理（第六版）北京：高等教育出版社 20019 王爱玲主编.现代数控机床 北京：国防工业出版社 200310 赵如福主编.金属机械加工人员手册（第三版）上海科学技术出版社 199011 齐麟 张亚雄 黎上威 董学朱 胡松春编著 蜗杆传动设计（上、下册）北京：机械工业出版社 198712 齿轮手册编委会编著 齿轮手册（上、下册） 北京：机械工业出版社 199013 现代机械传动手册编委会编著 现代机械传动手册 北京：机械工业出版社 199514 郭爱莲主编.新编机械工程技术手册 经济日报出版社 199115 杨公源主编.机电控制技术及应用 北京：电子工业出版社 200516 袁任光编著.可编程序控制器选用手册 北京：机械工业出版社 200217 饶振纲 王勇卫编著.滚珠丝杠副及自锁装置 北京:国防工业出版社 199018 陆玉 何在洲 佟延伟主编.机械设计课程设计（第三版）北京：机械工业出版社 199919 数字化手册系列（软件版）编写委员会编著.机械设计手册（软件版）R2.0北京：机械工业出版社 199965河北建筑工程学院毕业设计（论文）开题报告课题名称数控蛇形管弯管机系 别： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机083班 学生姓名： 刘海洋 学 号： 2008307331 指导教师： 孙 有 亮 开题时间： 2012年3月23日 课题来源指导教师课题课题类别工程设计类一、 论文资料的准备以作物种子为播种对象的机械称为种植机械，即播种机械。农业是关系国计民生的基础产业，而播种作业是农业生产过程中六大环节之一，播种机械化是农业机械化过程中最为复杂，也是最为重要的工作。播种机械所面对的播种方式、作物种类、品种变化繁多，这就需要播种机械有较强的适应性并且能满足不同种植要求的工作性能。播种机种类及其技术现状：1.播种机的分类：1)按播种方式分为撒播机、条播机、穴播机和精密播种机；2)按适应作物分为谷物播种机、中耕作物播种机及其他作物播种机；3)按联合作业分为施肥播种机、播种中耕通用机、旋耕播种机、旋耕铺膜播种机；4)按动力联接方式分为牵引式、悬挂式和半悬挂式；5)按排种原理分为机械式、气力式和离心式播种机。2.播种方式：播种方式应根据作物品种和当地农业技术要求而定，并随农业生产的发展而发展。基本播种方式有：条播、穴播（点播）、撤播、精密播种、及联合作业播种机五种。与播种方式对应，播种机主要有谷物条播机、玉米穴播机、棉花穴播机、牧草撒播机等。3.机械播种的农业技术要求：1)播量符合要求且准确，排种（排肥）均匀稳定，穴距及每穴粒数均匀；2)播深符合要求且均匀一致，种子应播在湿土上，用湿土覆盖，无露籽现象，覆土均匀，干早地区播后应同时镇压，以利保墒；3)播行直，行距一致，地头整齐，不重不漏；4)尽量采用联合作业。4.播种机的性能指标：排量稳定性、各行排量一致性、排种均匀性和播种均匀性、穴粒数合格率、粒距合格率、播深稳定性、种子破损率。现有的播种机向两个方向发展：大型机械化和小型专业化。大型拖拉机带动的播种机工作速度快，工作幅度大，工作效率高，适合平原及大型农场，但不适合地域狭窄地带及丘陵和封闭环境；小型专业化播种机方便灵活，工作幅度较大型机械，适合丘陵山区和封闭环境，如温室；而不适合大型农场。本课题设计的播种机采用电动驱动，向小型专业化发展，较人力播种机提高工作速度和工作效率，交流电动机代替了拖拉机驱动播种机，缩小了转弯半径，减少了碳排放和噪声污染，降低了作业成本；四轮驱动和两轮驱动方便转换，增强了松软土壤作业的适应性和机动能力。适合在小块地域及封闭环境工作，节能环保。便于设施种植和有电力条件的农田使用。二、本课题的目的（重点及创新点）本毕业设计（论文）课题应达到的目的：1培养学生综合应用所学理论知识和技能，分析和解决机械工程实际问题的能力，熟悉生产技术工作的一般程序和方法。 2培养学生懂得工程技术工作所必须的全局观念、生产观念和经济观念，树立正确的设计思想和严肃认真的工作作风。3培养学生调查研究，查阅技术言文献、资料、手册，进行工程计算、图样绘制及编写技术文件的能力。4. 我国幅员辽阔，地形复杂，有很多耕地分布在山地和丘陵，不利于大型机械的作业，我设计的这款便携式电动助力播种机自重轻、适应性好，能满足各种地形的需要,减轻广大农民的劳动强度、提高劳动生产率。5 巩固扩大学生对大学基础课程专业知识的掌握，提高分析与解决实际问题的能力；提高解决较复杂工程计算的工作能力；提高计算机绘图的工程图绘制能力。重点：本课题主要包括：小型播种机的总体设计、传动设计及播种技术措施、零部件设计、电气控制系统设计等。该机结构主要由机架、动力装置、操纵机构、开沟器、镇压轮、播种量调节器和料斗等组成。对总体设计需对播种机的工作原理、各机构之间关系、各零、部件组成及关系进行掌握。创新点：本课题采用电动播种机，向小型专业化发展，较人力播种机提高工作速度和工作效率，直流电动机代替了拖拉机驱动播种机，缩小了转弯半径，减少了碳排放和噪声污染，降低了作业成本；四轮驱动和两轮驱动方便转换，增强了松软土壤作业的适应性和机动能力。适合在小块地域及封闭环境工作，节能环保。便于设施种植和有电力条件的农田使用。三、主要内容、研究方法、研究思路主要内容及要求：本课题任务的主要内容包括：小型播种机的总体设计、传动设计及播种技术措施、零部件设计、电气控制系统设计等。本设计具体要求如下：1.技术要求：播种深度2060mm连续可调，播种行距200500mm连续可调，播种穴距0500mm可调，种子破碎率和播种均匀度符合国家标准。2.设计要求达到结构合理、生产成本低、能耗小，效率高，满足工作性能，而且操作方便的目的。3.工作要求：要求最大生产率为10亩日。研究方法及思路： （1）、根据工作环境要求及设计要求确定其工作原理，选择机构和传动方式。 1.考虑大棚的土壤硬度，电动机功率的选择可以较低；同时注意电气线路部分的高度绝缘。 2.零件可直接选择标准件，其他的小型部件可以自行设计加工。为了结构的复杂性，选链条作为传动方式。 3.为了增大整机的作业牵引力，故把地轮向后调。后面的两个镇压轮也改为电机驱动，使整机变为四轮驱动的形式。 4.因作业场地和机身重量都比较小，整转弯的时候可手动转弯，不对转弯进行机械设计。 （2）初步确定主机、主要元件或构件的基本参数和技术性能，如功率、承载、速度、行程或调节幅度、外形尺寸等。 1.播种机的运行速度保持在与人的步行速度。 2.其功率大小，需要根据实地实验进行测算而确定下来。外形尺寸根据以往的成功设计，而选择两垄的播种机机架。而开沟器，覆土器，播种速度，施肥量等可自行调节。 3.通过机构的调整加大机身重量等，可以使整机的地面接触力更大。 （3）、通常提出几种不同方案，从技术和设计两个方面比较论证，选择最理想的。通过实验，最终确定所选择的设计方案。基本播种方式有：条播、穴播（点播）、撤播、精密播种、及联合作业播种机五种。这几种机型的辅助部件基本相同，只是其核心工作部件排种器有较大差异。设计方案一：直流电动机为动力装置，单行播种。1.优点：结构简单，速度便于控制，对操作人员技术要求不高，对环境无污染。2.缺点：作业效率较低，能源需要定时补给，不适合长时间的作业。设计方案二：交流电机动力，双行播种。1.优点：结构简单，速度便于控制，无污染，可以方便在大棚环境中工作。2.缺点：双行播种，能源利用率低，工作总量较小，需要外接电源，对操作距离有限制，需要自行手动转弯。设计方案三：交流电机动力，三行播种。1.优点：结构简单，速度便于控制，无污染，工作效率更高。2.缺点：单行播种，能源利用率低，需要有外接电源才能工作，制作比较复杂。 经过比较，我选用交流电机动力，双行播种，兼顾效率和经济性。四、总体安排和进度（包括阶段性工作内容及完成日期）3.193.25 完成毕业实习报告，开题报告。3.264.08 设计任务分析与总体方案的确定。 4.095.20 实施设计、计算、绘图、试验。5.216.17 进行计算机仿真样机和优化设计，并编写设计说明书。6.186.24 毕业设计（论文）答辩及成绩评定。五、主要参考文献【1】董刚 李建功 潘凤章主编.机械设计（第三版）北京：机械工业出版社1998【2】成大先主编.械设计图册 北京：化学工业出版社 1997【3】蔡春源主编.机电液设计手册 北京：机械工业出版社 1997【4】徐灏主编.新编机械设计师手册 北京：机械工业出版社 1995【5】朱喜林 张代治主编.机电一体化设计基础 北京：科学出版社 2004【6】求是科技编著.PLC应用开发技术与工程实践 北京：人民邮电出版社 2005【7】雷天觉主编.液压工程手册 北京：机械工业出版社 1990【8】孙桓 陈作模主编.机械原理（第六版）北京：高等教育出版社 2001【9】王爱玲主编.现代数控机床 北京：国防工业出版社 2003【10】赵如福主编.金属机械加工人员手册（第三版）上海科学技术出版社 1990【11】齐麟 张亚雄 黎上威 董学朱 胡松春编著 蜗杆传动设计（上、下册）北京：机械工业出版社 1987【12】齿轮手册编委会编著 齿轮手册（上、下册） 北京：机械工业出版社 1990【13】现代机械传动手册编委会编著 现代机械传动手册 北京：机械工业出版社 1995【14】郭爱莲主编.新编机械工程技术手册 经济日报出版社 1991【15】杨公源主编.机电控制技术及应用 北京：电子工业出版社 2005【16】袁任光编著.可编程序控制器选用手册 北京：机械工业出版社 2002【17】饶振纲 王勇卫编著.滚珠丝杠副及自锁装置 北京:国防工业出版社 1990【18】陆玉 何在洲 佟延伟主编.机械设计课程设计（第三版）北京：机械工业出版社 1999【19】数字化手册系列（软件版）编写委员会编著.机械设计手册（软件版）R2.0北京：机械工业出版社 1999指导教师意见： 指导教师签名： 日期：教研室意见：教研室主任签名： 日期：系意见：系领导签名： 日期：系盖章 河 北 建 筑 工 程 学 院 本科毕业设计题目蛇形管弯管机设计专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机083 姓 名 刘海洋 学 号 31 指 导 教 师 孙有亮 河北建筑工程学院毕业设计计算书指导教师：孙有亮 设计题目：蛇形管弯管机 设计人：刘海洋设计项目计算与说明结果第2章总体设计2.1 引言2.2 确定新型弯管机研制方案2.3新型弯管机工作原理和技术参数2.4 机械系统设计2.4.1. 主传动机构2.4.2夹紧机构2.4.3压料机构2.4.4 管坯进给机构1.螺旋传动机构的选择2.步进电机的选择3.步距角的选择4. 进给机构总转动惯量得计算5. 步进电机输出转矩的选择6加速度力矩7空载摩擦力矩8附加摩擦力矩9. 轴向摩擦阻力F折算到电机上的转矩10.启动矩频特性校核11运行矩频特性校核12滚珠丝杠副刚度验算13滚珠丝杠副稳定性验算14.滚珠丝杠副临界转速验算15.联轴器的选择2.4.4 弯管机构2.5 液压系统设计2.5.1换向回路2.5.2调压回路 2.5.3调速回路2.5.4卸荷回路2.5.5锁紧回路 2.6中频加热系统设计2.7控制系统设计第3章 计算新型弯管机力能参数3.1分析管材弯曲力矩3.2分析管材弯曲变形区应力应变状态3.2.1应变中性层和应力中性层 3.2.2 弯曲变形区的应力应变状态 3.2.3 弯曲变形区的应变和应力分布3.3 建立管材弯曲力矩计算公式3.4 计算管材弯曲力矩3.5计算新型弯管机驱动力矩3.6 夹紧力的计算和校核3.6.1 夹紧力计算公式和校核公式的建立1.夹紧力的计算公式2. 夹紧力的校核公式3.6.2 夹紧力的计算及校核第2章 总体设计2.1引言管道弯曲段的加工工艺及设备，一直是国内外管件技术开发的重点。目前主要采用热压、压焊、中频推制和中频弯管四种工艺。前三种工艺的共同特点是生产率高，设备投资大，需制作模具，成本较高，适用于大批量的订货;中频弯管的主要特点是带有直管段，夸曲半径无级可调且不需模具，设备投资小，但生产率较低，适用于多规格小批量的订货。一般，对直径较小的中低压管件多采用弯头，而对大口径厚壁管多采用中频弯管。小半径弯管具有其它弯头工艺不可比拟的优越性。随着电站装机容量的不断增长，管道布置日趋魔大，对管道系统的质量、安全性等要求越来越高。如果采用R=(1.53.0)D。的小半径弯管，可使电站管系布置结构紧凑，减少管系占用空间，节约运输、安装和材料费用，并能通过优化设计，提高管道系统的运行质量。为了借鉴原有弯管机的结构技术，并在新型弯管机的研制方案中克服原有设备的缺陷，我们对该设备进行了仔细的研究，认为它主要存在以下问题：1. 自动化程度低，工作效率低下 用原有弯管机加工管坯时，整个弯管过程都是通过工作人员手动操作，至少需要四人协同工作，操作中一旦有人操作不当，就会造成废品，且人工进料，人工旋转管坯加工角度费时费力，工作效率低。2. 无加热系统，弯管弯曲精度低缺陷多由于管材直径较小，冷弯时弯曲应力较大。随着弯曲半径的减小，金属的变形增大，现有弯管机的出力和强度难以保证;更主要的是，若仍采用常规的弯管工艺，则将使小半径弯管外弧侧的壁厚减薄率和横截面的椭圆度超差，内弧侧易产生波浪折皱，严重影响弯管质量。3. 工作可靠性差，故障率高原有弯管机完全采用传统的继电器进行电气控制，长期而频繁切换的工作状态已经大大降低了控制系统的工作可靠性，在工作中会经常出现继电器接触不实、触点烧毁等事故，影响工厂的正常生产。2.2确定新型弯管机研制方案由于所研制的弯管机主要用于锅炉设备中管坯加工，且经常加工管坏直径为15-25 mm，管子弯曲半径小且变化范围大，虽然管子弯曲加工并非批量进行，但工作频率高，故需要弯曲的管子总量还是很大，故对弯管设备的自动化程度要求高。经过仔细分析和消化国内外在管材弯曲加工方面的新技术和新工艺，针对工厂原有弯管机存在的一系列问题，本着低投入高效益的原则，我们决定在原有弯管机的基础上加以改进，研制一台数控蛇形管弯管机，它的自动化程度要有所提高，可以自动进料，自动加热，自动进行弯管弯曲加工，鉴于上述特点，我们确定了新型弯管机的研制方案。2.3 新型弯管机工作原理和技术参数新型弯管机主要由机械系统、液压系统、中频加热系统和控制系统三大部分组成，其工作原理如图21所示：弯管模3固定在主轴上并跟随主轴一起转动，管子通过夹紧模2固定在弯管模的夹槽上，1为移动式导向压料滑槽，紧贴于管坯的弯曲外侧，当弯管模回转时，管子就被缠绕在弯管模的周向，从而得到所需的弯管半径。新型弯管机的主要参数见表21：表21 新型弯管机的主要参数技术指标数据弯管直径/mm1525弯曲半径/mmR40300弯管最大臂厚/mm5最大弯曲角度/195进给/回程速度/r/min3液压工作系统压力/Mpa14MPa电机功率/KW14进给精度/mm1弯管速度/r/min13弯曲角度精度/1弯管中心距地面高度/mm10502.4 机械系统设计新型弯管机的机械系统主要由主传动机构、夹紧机构、压料机构、管坯进给机构、弯管模及床身等七部分组成。2.4.1 主传动机构根据弯管的原理并经过分析、比较，我们确定了如图22所示的主传动方案。弯管机的驱动力矩有双活塞液压缸来提供。图22 主传动机构方案示意图1. 主传动油缸 2. 链条 3. 链轮 4.传感器 5.弯管模6.主传动轴由于所需的驱动力矩比较大且要达到弯曲精度，故采用承载能力高而冲击较小且传动精确的链条链轮主传动轴作为传动装置，弯管时，压力油进入主传动油缸左腔并推动油缸活塞带动链条移动，链条通过链轮带动主轴旋转，从而使弯管旋转，以达到缠绕弯管的目的。液压缸采用双作用等速等行程式液压缸，活塞两端杆径相等，活塞正反、向运动速度、行程和推力均相等。2.4.2 夹紧机构管材在弯曲模胎上缠绕弯曲时，驱动力是由弯管模型腔内壁和管坯外壁之间的摩擦力来提供。为了产生摩擦力，就必须由夹紧机构提供一个夹紧力来把管坯压紧在弯管模胎的型槽上。而且，这个夹紧力必须足够大并持续作用在管坯上才能保证弯管工作正常进行。下面我们提出以下几种夹紧机构设计方案：图23 用油缸直接夹紧1.夹紧油缸 2.夹紧模 3.弯管模1. 用油缸直接夹紧 如图23所示，采用油缸直接夹紧，其优点是结构简单，易于实现；缺点是所需夹紧油缸的缸径很大。经初步估计，当液压系统的工作压力为14Mpa时，夹紧油缸的内径至少需要140mm。缸径越大，油缸的价格越高，这就增加了弯管机的制造成本。同时，因为夹紧块与弯管模的管槽轴线必须在同一水平面上，而弯管模本身是高出床身上表面的，所以夹紧油缸必然暴露在机床表面，影响美观。 2. 通过连杆增力机构来实现夹紧 为了减少夹紧油缸的尺寸，使夹紧装置结构紧凑，在夹紧油缸和夹紧模之间增加一套连杆增力机构。这样一来，夹紧油缸只需提供较小的推力就可以获得较大的夹紧力。下面是我们拟定的三种增力机构方案。图24 曲柄滑块增力机构1. 夹紧油缸 2. 夹紧模 3. 弯管模方案（1）：如图24所示采用曲柄滑块机构来增力。这时，夹紧力和油缸所提供的推力之间的关系为 （21）式中 油缸所提供的推力（N）；夹紧机构所提供的夹紧力 （N）；夹紧油缸活塞中心与曲柄滑块机构固定支点的距离（m）；夹紧模管槽轴线与曲柄滑块机构固定支点的距离（m）。由式（21）可见，采用了曲柄滑块机构以后，油缸的推力得到了线性放大，放大倍数为。为了提高放大倍数，应尽量大而应尽量小，这就使曲柄的刚度大为降低。通过计算，这种方案获得的放大系数最多为1.4倍，增力效果不明显。而且，夹紧油缸也是布置在床身上面，影响外观。图25 斜楔增力机构1. 夹紧油缸 2. 斜楔 3. 弯管模 4. 夹紧模方案（2）：如图25所示，夹紧油缸提供的推力经斜楔2放大后，通过平行四杆机构来实现夹紧块的夹紧动作。这时夹紧力和油缸推力之间的关系为： （22）式中 斜楔的楔角（）。由式（22）可见，夹紧力和斜楔角的余切值成正比关系，值越小，则获得的夹紧力越大。采用这种方案，可获得较大的增力系数，夹紧机构的动作也很平稳。但为了保证斜楔的强度和刚度，楔角不能小于30。因此，夹紧力的放大倍数约为1.7倍。另外，平行四连杆机构的采用在使夹紧机构平稳动作的同时，也增加了机构的复杂程度和加工制造的难度，从而提高了弯管机的研制成本。方案（3）：采用如图26所示的四连杆机构升降夹紧机构。此时，夹紧力和油缸推力的关系为： （23）式中 两摇臂之间的夹角（）。 图26 四连杆增力机构1. 夹紧油缸 2. 夹紧模 3. 弯管模由式（23）可见，夹紧力的放大系数为。当角超过140以后，值稍微增大一点儿，夹紧力就急剧增大。上述三种方案比较而言，方案3的增力效果最显著。而且，这种机构结构紧凑，动作平稳可靠，制造工艺较简单。因为夹紧油缸布置在连杆下方，故整体造型比较美观。经过比较，我们决定采用方案3。2.4.3 压料机构压料机构也可以采用油缸驱动连杆，进而带动压料模压紧管坯的结构形式。其连杆增力方式类似于夹紧机构，故压料机构的设计方案参考夹紧机构设计时的三种方案。同样，从增力效果、制造工艺、整体布局等方面考虑，我们仍选择图26所示的四连杆增力机构。2.4.4 管坯进给机构设计要求：工作有效行程1m，要求进给速度0.30.4m/s，运转平稳，低速不爬行，传动具有可逆性，进给精度为1mm。图27 管坯进给机构原理图1. 丝杠螺母 2. 丝杠 3. 联轴器 4.步进电机 5.液压卡盘如图27所示，管坯自动进给是通过步进电机4带动丝杠2及丝杠螺母1转动，而丝杠螺母与液压卡盘5焊接成一体，液压卡盘随着丝杠螺母的移动而直线运到。液压卡盘卡紧管坯时，管坯就由步进电机的控制而自动向前进给。1. 螺旋传动机构的选择根据进给速度及进给精度查得丝杠参数如下表所示： 表22 丝杠主要参数导程Ph（mm）8钢球直径Dw（mm）4.763（）圈数列数2.51公称直径d0（mm）32螺纹升角与承载能力（N）433Ca22000Coa56350参考文献【4】上册P494表4.314由于滚珠丝杠传动中既有轴向力，又有径向力，故采用以下轴承。所选支承轴承型号：滚动轴承30204 GB/T297-93 滚动轴承60004 GB/T276-93因为丝杠的计算长度为1000mm，可得丝杠两端的支承距离1146mm。2步进电机的选择根据脉冲当量和最大静转矩初选电机当传动比i=1时，可用联轴器直接将电机与丝杠连接，这种结构有利于简化结构，提高精度。由公式i= （2-4） 式中 b为步进电机步距角为滚珠丝杠导程、为系统脉冲当量。选电动机型号为130BF001，其步矩角=故可用联轴器将电机与丝杠直接连接。3步距角的选择 由公式4.进给机构总转动惯量得计算1） 机转子转动惯量查指导书表得2） 丝杠的转动惯量由指导书 （2-5） 得： 3）平移构件折算后的转动惯量6米管坯、液压卡盘和工作台质量总和， （2-6）由于联轴器的转动惯量小故可忽略不计4）总转动惯量计算5步进电机输出转矩的选择查指导书 步进电机启动转矩与最大静转矩的关系有 ： （2-7）6加速度力矩 （2-8）7空载摩擦力矩（取传动系统总效率） 8附加摩擦力矩 （2-9）为滚珠丝杠未预紧时的传动效率取故电机空载启动力矩（步进电机最大静转矩=9.31）故所选步进电机130BF001的最大静转矩满足要求。9. 轴向摩擦阻力F折算到电机上的转矩根据动摩擦力公式： （210）式中 摩擦阻力 (N)； 滑槽摩擦因数，这里取（参考文献【19】查得）； 径向载荷 (N)，这里取N（6米管坯、液压卡盘和工作台重量总和）则带入数值得: N 故所以运动部件正常工作时的总负载转矩 （2-11）故运动部件正常工作时需的最大静转距 此时取0.5代入式中得： （电机最大静转矩） 按步进电机最大静转矩选择要求所以， 选择步进电机130BF001满足要求。10.启动矩频特性校核 查指导书步进电机启动矩频特性曲线当启动力矩时对应的允许启动频率，而由表查得电机的启动频率，保证了电机快速启动时不丢步。11运行矩频特性校核快速进给运行矩频特性校核：快进力矩查指导书得，允许快进频率电机的最高快进频率 故电机快速进给时不丢步。12滚珠丝杠副刚度验算1） 滚珠丝杠副轴向变形 （212）参考文献【17】P97式（513）式中 最大轴向载荷 (N)； 丝杠计算长度 (mm)；丝杠两端支撑距离 (mm)；滚珠丝杠副的公称直径 (mm)； 滚珠直径 (mm)； 丝杠材料的弹性模量； 对于钢，N/mm2。则带入数值得：mm.2） 滚珠与螺纹滚道间的接触变形无预紧时： （213）参考文献【17】P98式（515）式中 轴向载荷 (N)；滚珠直径 (mm)；工作螺母的滚珠数目，且有；为，一圈的滚珠数，为圈数，为列数，外循环，其中为丝杠副的公称直径（mm）。则带入数值得：mm.3）支承滚珠丝杠的轴承轴向变形因采用推力球轴承作为丝杠支承，故由式（517） （214）参考文献【17】P99式（517）式中 轴承的轴向载荷（N）；轴承的滚动体数目；轴承的滚动体直径（mm）。则带入数值得：mm. （215）参考文献【17】P101式（521）式中 滚珠丝杠副的传动精度（mm），这里为1mm；无预紧时，支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形量，。则带入数值得：故所选丝杠刚度满足要求。13滚珠丝杠副稳定性验算由滚珠丝杠的临界载荷计算公式 （216）参考文献【17】P102式（522）式中 滚珠丝杠的公称直径（mm）；滚珠直径（mm）；滚珠丝杠的支承系数（N/mm2）；可查参考文献【17】P102表55得2105则带入数值得：N （217）参考文献【17】P102式（523）式中 滚珠丝杠的临界载荷（N）； 滚珠丝杠承受的轴向压力（N）；滚珠丝杠的稳定安全系数，一般取。则带入数值得：故所选丝杠有足够的稳定性。14.滚珠丝杠副临界转速验算由于滚珠丝杠转速100r/min，故要对其进行临界转速验算。对于钢制丝杠由式（525） （2-18）参考文献【17】P106式（525）为了不发生共振现象，应使丝杠的转速满足下式： （219）参考文献【17】P106式（526）式中 丝杠的工作转速（r/min）； 丝杠的支承距离（mm）； 系数，其值与丝杠支承方式有关，这里取； 丝杠小径，（mm），其中为圆弧偏心距，（mm）；为滚珠直径，这里mm，故取mm， 为滚道半径，（mm），这里取，。则带入数值得：r/min.r/min所选丝杠有足够的稳定性所选丝杠满足要求TL3联轴器 GB432384=6279 Nm在此，取弯曲力矩=5275 Nm 。=5908 Nm取驱动力矩为=5908 Nm=155KN61河北建筑工程学院毕业设计计算书指导老师：孙有亮设计题目：蛇形管弯管机 设计者：刘海洋设计项目计算与说明结果第4章 新型弯管机的主要结构及性能4.1 新型弯管机的主要结构4.1.1 主传动4.1.2 夹紧机构4.1.3 导向压料机构4.1.4 液压系统1. 液压系统及电磁铁动作2. 液压系统设计特点4.1.5中频加热系统4.1.6控制系统1.系统的硬件构成2.系统的软件设计特点4.2新型弯管机的性能特点第4章 新型弯管机的主要结构及性能4.1 新型弯管机的主要结构4.1.1 主传动如图41所示主传动主要由床身、主轴、主驱动油缸、双排链条及链轮等组成。链轮与主轴之间用双平键联接。驱动油缸的活塞杆两头与链条固接在一起。弯管时液压缸左腔进油而右腔回油推动活塞右移，从而带动链条右移，链条通过链轮带动主轴顺时针旋转，使管坯在弯管模上缠绕弯曲。弯管结束后，液压缸右腔进油而左腔回油，使主轴及弯管模复位。通过液压油量的调节可以使弯管机平稳工作快速复位，提高工作效率。4.1.2 夹紧机构如下图42所示，夹紧机构主要由滑座、连杆、液压缸、夹紧块、齿形定位块和丝杠微调副组成。因为在弯管的整个过程中夹紧块都必须与弯管模一起夹紧管坯，故夹紧块及整套夹紧机构都要与弯管模同步旋转，弯管结束后也要在一起复位。因此宏观调整通过夹紧机构和导向压料机构上的齿形定位块与定位齿条的啮合传动实现，精确定位则通过丝杠螺母副实现。夹紧管坯时，通过液压油驱动四连杆机构动作致使滑座沿着导轨上升并同时推进，直至夹紧块与弯管模在同一平面内并将管子夹紧。夹紧块是通过夹紧滑块、齿形定位块和定位齿条固定联接在滑座上的。通过齿形的定位和丝杠的调节，夹紧块能在滑座上移动。松开管坯时，也是由四连杆机构使滑座和夹紧块后退并下降，直至整个夹紧机构藏到转臂内腔为止。为了适应管材规格及弯曲工艺参数的变化，夹紧模的行程和压料模的行程都能进行宏观调整和精确微调。4.1.3 导向压料机构导向压料机构与夹紧机构基本相似，主要由滑座、连杆、液压缸、导板、导向滑块、齿形定位块和丝杠微调副组成。导板很长，内壁为圆弧形，起导向作用。导向力由油缸通过连杆增力机构带动导向滑块来实现。导向滑块在垂直于管坯轴线方向上的行程也是通过齿形定位块和丝杠来调节。弯制管件时，导板在导向力的作用下十周压着管坯，并随着管坯的前进而向前移动。4.1.4 液压系统1. 液压系统及电磁铁动作图43所示为新型弯管机的液压系统原理图。该系统为普通开式液压系统，主要由一个PVL1226双联叶片泵、一个Y80315180M4三相异步电动机、一个双作用双活塞杆油缸、四个YG系列标准油缸、五个三位四通电磁换向阀、一个三位两通电磁换向阀、四个电磁换向阀、一个电磁溢流阀、两个单向阀、两个远程调压阀以及四个液控单向阀等元件所组成。操作人员装好管坯后，通过点动按钮控制电磁铁11DT得电，从而使抽芯油缸活塞动作以调整芯棒的位置。芯棒的位置调整好后，点动另一按钮控制7DT得电，调整支撑托辊的位置。接着按下启动按钮，在可编程控制器（PLC）的控制下依次进行以下动作：1） 磁铁11DT得电，卡盘2夹紧管坯2） 服电机2得电，管坯自动进给3） 电磁铁7DT得电，卡盘1夹紧管坯4） 电磁铁12DT得电，卡盘2松开管坯5） 步进电机2得电，丝杠复位如果进给量1m,重复步骤1）-5）6）电磁铁6DT得电，压料模压紧管坯7）电磁铁4DT得电，夹紧模夹紧管坯8）电磁铁9DT得电，主驱动油缸带动链轮使主轴旋转，从而带动弯管模和加紧模一起转动，对管坯进行弯曲加工9） 弯管结束后电磁铁10DT 得电，弯管模复位10） 磁铁3DT得电，夹紧模退11） 电磁铁5DT得电，压料模退12） 电磁铁11得电，卡盘2夹紧管坯13） 电磁铁8DT得电，卡盘1松开管坯14） 伺服电机
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