毕业设计（论文）-大型弯管机驱动与导向系统设计.doc

中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名： 学 号： 学 院：应用技术学院 专 业：机械工程及其自动化专业 设计题目：大型弯管机驱动与导向系统设计 专 题： 指导教师： 职 称： 副教授 2007 年 6 月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 应用技术学院 专业年级 机自03-7班 学生姓名 任务下达日期：2007年 3 月 15 日毕业设计日期： 2007年 3 月 15 日至 2007 年 6 月 15 日毕业设计题目： 大型弯管机驱动与导向系统设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求： 设计内容： 在调研、查阅文献资料的基础上，对大型弯管机驱动与导向系统进行总体设计，并分别对驱动机构、小车夹紧装置进行具体设计计算；设计相关液压控制系统。设计工作量要求： 设计总图量3张A0图，设计说明书一份（50页左右）院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日目 录1 弯管原理及工艺1 1.1 工作原理1 1.2 中频弯管的工艺方案22 弯管机总体结构及主要装置 4 2.1 结构特点42.1.1 主要结构42.1.2 结构特点42.2 主要装置和系统 72.2.1 机械装置72.2.2 中频电源加热装置72.2.3 液压系统82.2.4 冷却系统82.2.5 控制系统83 机械传动部分计算9 3.1 弯管受力计算93.1.1 弯管受力计算93.1.2 弯管过程受力分析9 3.2 小车夹紧装置设计123.2.1 方案选择123.2.2 传动机构设计164 液压系统部分设计 23 4.1 主机的概况 234.2 液压系统所要完成的动作234.3 液压驱动机构 244.4 拟定液压执行元件基本控制方案244.5 行走小车液压原理图 244.5.1 系统使用的液压元件244.5.2 系统工作油路分析274.5.3 液压系统综合分析284.6 马达驱动液压原理图284.6.1 系统使用的液压元件284.6.2 系统工作油路分析304.7 计算和选择液压元件304.7.1 行走小车液压系统304.7.2 马达驱动液压系统365 液压缸主要零部件设计42 5.1 缸筒设计 425.2 活塞设计 475.3 活塞杆设计 475.4 导向环设计 505.5 活塞杆导向套设计 505.6 中隔圈设计 516 研发过程中的几个重点问题526.1 动力装置的设计526.2 弯曲半径、弯曲角度的控制526.3 弯管椭圆度的控制526.4 单片机（SCM）在液压控制上的应用536.5 弯管机的保护536.6 推制弯管的利弊537 结语54致谢 55 参考文献561 弯管机原理及工艺在工业生产中，管子的弯曲加工是相当普遍的。为了获得工件所需的形状和尺寸， 人们采取了多种弯曲工艺， 如压弯、拉弯、转弯(又称缠绕式弯曲)，滚弯， 扭弯和推弯等。按照弯曲时的温度不同又可分为冷弯和热弯。过去在飞机制造业和锅炉工业等部门采用的多是冷弯工艺， 近年来随着石油， 化工、化纤和电力筹工业的迅速发展， 所用管件的直径越来越大， 质量要求越来越高，大口径管子的热弯工艺被广泛采用。管道系统在各类工程中有着广泛的应用。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。这一特点在某些行业如电力系统中较为突出。目前600MW 的火力发电机组的主蒸汽管路的直径已达663mm，壁厚可达103mm，其管材为12Cr1MoV高温合金钢。中频感应局部加热弯管法具有生产效率高、劳动强度低的优点，其工艺特点更适合于大口径、厚壁、高强度钢管的弯制加工。70年代中期，这一技术开始在国内得到发展与推广，但以往的中频弯管技术以手工操作为主，工艺要求较低，所能弯制的管材规格较小。发展对管道加工提出的新要求，华北电力大学(北京)研制开发了机电液一体化的ZW 系列大型中频弯管机床以及相应的工艺方案。该系列机床可加工的最大管材直径为1219mm，最大壁厚为126mm。1.1 工作原理管子放在机床上以后，首先由抬管机构抬起，调至始弯位置，前后夹头将其夹紧，两对支撑滚轮将其夹持住，然后抬管机构放下，加热圈开始加热， 当加热至始弯温度时，油缸动作推动后夹头滑块前进，管子在转臂的拉扭下边前进边加热边弯曲，最终弯至所需的角度后卸下。为改善弯曲质量，弯曲中加热圈还喷出冷却水或压缩空气，将已弯部分迅速冷却。本工作过程是：先将钢管安装就位，通过摇臂回转装置上的丝杠丝母传动装置调整好弯曲半径，采用中频感应加热圈对钢管加热到一定温度后进行弯曲，弯曲时以液压为动力，由小车将钢管向前推进，沿调整好的弯曲半径在加热处发生变形而弯曲，钢管变形后对其喷水冷却，从而获得所需的弯管管件。它是利用中频电源通过感应圈对管道待弯部分中狭窄的区域进行局部加热，感应圈的位置处于转臂回转中心的中心上。加热至塑性状态后，沿轴向施加推力，在滚轮夹持下管道沿推力方向运动，但是管道的前端被前夹具固定在转臂上。轴心固定的转臂限制了管道的直线运动，迫使管道在加热部分绕转臂的轴心发生弯曲。感应加热圈的位置相对机床是固定的，在推力的作用下管道发生变形的部分逐渐移出加热区，并被强迫冷却。加热、推弯和冷却的过程连续进行即可实现管道弯制。1.2 中频弯管的工艺方案中频弯管过程中，加热区透热状况，加热区宽度、温度，冷却方式及推弯速度对弯管的质量有很大影响。中频弯管工艺的内容可以归纳为感应圈结构，中频电源频率，冷却方式及推弯工艺。在具体的中频弯管过程中，感应圈结构、电源频率及冷却方式等参数是固定不变的，但预热及如何进行推弯则有很大灵活性，如果处理不当，可能导致管材内部发生晶间裂纹及弯管表面的凹凸不平等严重质量问题。在电站设备的重要部位运行的弯管如发生这些质量问题，对电厂的安全运行将造成严重威胁。为此原水电部曾组织有关单位在大量试验的基础上制定了中频加热弯管工艺导则，以规范中频弯管的工艺行为。该导则制定于80年代中期，当时的中频弯管设备都是人工操作，导则中对预热过程和正常弯制都给出了比较明确细致的规定，但对如何从预热过渡到正常的弯制仅作了定性描述。这一现象造成了弯管产品的工艺一致性和质量稳定性差，而且计算机也无法直接依据这个导则控制中频弯管的过程。中频弯管机床采用了计算机监控系统，主要目的在于提高弯管的质量，故采用了新的定量化推弯工艺方案。中频弯管的推弯工艺是指从预热开始直到推弯结束的过程中如何对机床和中频电源进行操作所涉及的工艺问题。中频弯管的原理和实践都表明，中频弯管的推制过程由“预热”、“过渡”、“稳定”三个阶段组成。预热阶段的目标是保证加热区管壁的透热，使管壁达到稳定弯制的温度和允许的内外壁温差。过渡阶段的目标是以适当的方式将推速从零逐渐提高到稳定弯制时的值，同时保持加热区的温度稳定。稳定阶段的目标是维持加热区温度和推弯速度在规定的值上直到弯制结束。这里特别强调了推弯过程中“过渡阶段”的存在，这是十分必要的，其原因在于：除薄壁钢管在弯制过程中过渡阶段不太明显外，越是壁厚的钢管过渡阶段的时间越长，过渡阶段存在的各类问题的影响越明显。例如电厂的主蒸汽管，在手工操作时，可能要经历长达30min的过渡阶段。过渡阶段是中频弯管质量问题的多发阶段。厚壁钢管通常是运行在重要位置的钢管，因此对质量问题更加敏感。 在以往的中频弯管过程中，这部分工艺的规定不太细致，新的定量化推弯工艺主要就是解决这部分工艺的描述问题。根据中频弯管的推制过程，推弯工艺由预热工艺、过渡工艺和稳态工艺三部分组成。(1)预热工艺和稳态工艺中频加热弯管工艺原则对预热过程作了详细的规定，该阶段的工艺参数可归结为预热功率和预热时间。对于比较常用的管材，已经有很多经验可以指导如何确定这两个参数。对缺少经验的情况，通常只需作12次试验即可。对于稳态工艺，中频加热弯管工艺导则已经规定了工艺参数：加热区温度和推弯速度，并对这两个参数如何取值也作了说明。为了叙述方便，分别称这两个参数为稳态温度和稳态推速。(2)过渡工艺在预热阶段结束时，加热区的温度已进入到要求的稳态温度范围的下限之内，并且沿壁厚方向已实现了透热。过渡阶段由此开始。此时对管道施加初始推速 ，对应的加热功率由预热功率改为P。当进入到稳定阶段时，推速达到稳态值 ，此时加热功率提高到稳态功率P。所谓过渡阶段的工艺就是给出一条从n点到b点的路线，使得全部过程中温度变化不超出允许范围，并满足质量要求。过渡工艺主要解决推速提升的方法和推速提升过程中如何保持加热区温度不超过稳态温度规定的范围。推速的处理推速的处理影响到过渡阶段的持续时间，并且对起弯处的弯管质量产生直接影响。推速处理解决初始推速和升速方式问题。预热结束时，钢管本身还是处于静止状态。为了过渡平稳，推速应从零开始上升。但推速低的时候，机床的运动不平稳，效果不好。在实践中，只能从某一适当推速开始起弯。所以，初始推速作为过渡阶段的工艺参数之一是必要的。从过渡平稳的观点，推速从初始推速向稳态推速过渡的过程以线性形式最为简单。它所需的计算量小，加速度dvdt为常数。实践经验表明，dvdt取得小，则过渡平稳，容易得到较好的几何质量，对厚壁管效果尤为明显。但dvdt小使推速上升慢，过渡时间长而影响工效。为此，可以在过渡的最初阶段实现平稳起弯之后适当提高dvdt，这时升速方式为上凹的曲线。对于薄壁的碳钢管，因为过渡阶段持续时间短，推速提升快，实践中往往初始推速就比较高，为使过渡比较平缓，可以采用升速方式。确定曲线时应首先考虑起弯效果，以起弯位置处的曲线走向为主，因此应将初始推速处的dvdt作为工艺参数，称其为初始推速升率。在确定了初始推速、稳态推速、初始推速升率以及升速时间后，即可用一条二次曲线描述升速过程。 温度的处理在过渡阶段，当推速变化时，如何稳定加热区温度与温度控制方案有直接关系。根据目前的国内生产管理现状，应以安全可靠为原则。目前使用的温控方案是通过控制加热功率和推速来稳定温度的方案。根据这一方案，温度的稳定依赖于确定一条加热功率随推速变化的曲线。这是因为，在一般情况下，管材规格、感应圈等因素被确定后，温度主要由加热功率和推速决定。设 为管材的比热容量，丁为加热温度， 为管材截面积， 为推速，则单 位时间里移入加热区并被加热的金属质量为pAv，将这部分金属加热至温度丁所需的功率为PC TM=C 。由于加热区温度分布复杂，情况受到管材、管规格、推速、冷却条件、电源运行状态、变压器及感应圈效率等多种因素的影响，因此，从理论分析直接得出功率与推速的关系困难很大。但上式仍然可以提示在丁不变的条件下推速与功率呈线性关系。经试验发现，当推速变化范围小时，线性关系可以满足要求，温度变化1O 。但如果推速变化较大，线性关系引起的温度波动较大，一般温度有所下降，需要更多地增加加热功率才能保持温度。为确定这条推速一功率曲线，可在基础上再加入一到两个点，利用插值即可得到该曲线的数学表达式。根据该工艺方案，工艺的制定是建立在对实际弯管经验的总结的基础上。对实际弯管资料的积累和分析有助于不断提高和完善中频弯管推弯工艺。因此，在计算机监控系统中设计了工艺参数实时记录功能。不论弯管过程是由计算机控制的还是手工操作的，弯管过程中的主要工艺参数：推速、加热功率、加热区温度及机床推力都能被详细记录和存储。为配合对这些数据的处理，还同时开发了配套的中频弯管推弯工艺的计算机辅助分析与设计软件包。利用该软件包可对实际弯管过程进行分析，自动找出不同工艺参数之间的关系。工艺曲线的设计可以直接在相关的坐标图上进行，移动光标即可确定或调整工艺参数和工艺曲线的形状及生成曲线的数学表达式。设计工艺曲线时，还可以将实际弯管过程的工艺曲线作为对比参考。因此，工艺的分析和设计十分方便和易于掌握。2 弯管机总体结构及主要装置2.1 结构特点 2.1.1 主要结构整机由机身，前夹头及转臂，加热圈及变压器固定机构、瞪鼓轮支撑机构、后夹头滑块，抬管机构、油缸及液压站等组成。（1）机身床身由锕板分段焊接面成，然后用螺桂联在一起， 刚性好，重量轻。转臂支承部分与床身作成一体，提高了弯管机的日 性（2） 前夹头及转臂前夹头由燕尾导轨与转臂联在一起，通过丝杠调整其在转臂上的位置。转臂的回转轴通过燕尾导轨与床身的转臂支承部分相连，通过丝杠调整其前后位置， 配台摇动两组丝杠就可以得到所需的回转半径。前夹头靠油缸推动楔铁夹紧，夹紧力大而牢靠。转臂的下部有脚轮支撑，运转曼活。（3） 加热圈及变压器固定机构加热固与定心支架装在变压器上， 变压器通过变压器支架悬挂在回转支架的摆动上， 回转支架由转轴固定在支座上。这样一来变压器和加热圄既可以绕转轴转动，又可以绕摆动轴摆动。在管子弯曲过程中由于定心支架的导向作用， 加热圈与管子之间始终保持均匀的间隙， 使得管子在整个加热横断面上温度一致。当弯曲工作结束后， 变压器可以方便地转向旁， 以利于卸掉弯好的工件和装上第二根待弯的管子（4）腰鼓轮支承机构屡鼓轮支承机构是为保证管子在弯曲过程中的正确位置而设置的， 液压马达驱动丝杠旋转，丝杠则通过两端的左右旋螺旋驱动两个腰鼓轮同时沿燕尾导轨移动， 从而将管子夹紧或松开。管子弯曲过程中加给腰鼓轮的力由丝杠传给导轨座。（5） 后夹头滑块夹紧油缸通过肘杆驱动夹紧块将管子夹紧或松开， 由于肘杆机构的增力作用， 夹紧力大， 不易打滑。滑块后部由油缸推动， 精块采用燕尾导轨导向， 导向精度高。2.1.2 结构特点（1） 机床结构紧凑。在弯制大规格高强度管材时，机床的推力可达15O300t。根据对机床受力状况的分析，在机床的各部件中转臂立轴的力负荷最大，一般可达推力F的数倍之多。由于负荷较大，国外有采用床身与转臂分离结构的，转臂立轴被固定在地基上，利用地基承担负荷。但该方案使得地基必须十分坚固庞大，调整半径必须移动床身，总体上使机床结构及占地增大。中频弯管机床的推力液压缸、滚轮支架及转臂立轴都安装在床身基体上。液压缸的推力及由此产生的滚轮支架和转臂立轴所受的力都由床身承担，机床受力自身平衡，对地基无特殊要求。中频弯管机床要求其推弯动力能够提供大推力、长行程、低推速及无级调速的能力。由于液压传动具有出力大、自重轻、可无级调速并且控制方便的固有特点，因此，中频弯管机床采用了液压传动方式，并利用电液比例控制技术实现推力液压缸的调速控制。与国外同类设备多采用机械传动相比，液压传动免去了庞大的减速机构及链轮链条装置。因而机床的总体结构十分紧凑，占用厂房的面积也显著减少。（2） 弯管角度范围大，操作方便。对中小型的中频弯管机床，通常将前夹具直接固定在转臂前端，并使转臂能相对立轴移动以适应弯管半径的调整。机床规格增大后如仍采用这种方式，在弯管半径较小时，转臂后部伸出部分较长，同时转臂截面尺寸较大，因而当转臂转到90。附近时转臂后部易与床身结构发生干涉。中频弯管机床将前夹具置于转臂的上部并可在转臂导轨上前后移动以适应不同的弯管半径，完全避免了干涉。并且只要场地允许，弯管角度可以大于90。大规格的管件每件重达数吨，长达数米，装卸管件困难较多。为方便管件的装卸，滚轮支架采用上部开口，管件可直接从机床上部吊装。实践表明，这一特点很受用户欢迎。（3） 具有工艺参数自动测量的能力。机床在设计中即考虑了主要工艺参数的测量方法和传感装置的安放。根据中频弯管工艺的特点，这些工艺参数包括加热区温度、推弯速度、弯管角度和机床推力。推速测量既是工艺参数监测的需要也是推速控制中的测量环节。测速系统应具有响应快、测量行程长、环境适应性好等特点。为此，中频弯管机床设置了专用推速测量装置。该装置利用钢丝绳和测量轮将直线运动转换为圆周运动，以角轴编码器作为检测元件，故编码器输出的脉冲频率与推速成正比。为提高推速测量的快速性，该装置采用机械和电子锁相倍频的方法提高编码器的等效分辨率。中频弯管工艺的加热区温度测量具有较多的特殊性。由于加热区范围狭小，被加热管件处于运动之中，因此加热区温度的测量只适于使用非接触的方式。但弯管实践表明，按亮度原理工作的测温设备均不能满足中频弯管的测温要求，只有双色测温仪最适于中频弯管的测温。在选用双色测温仪的前提下，必须正确的安排其在机床上的安装位置，并配合使用冷却装置和吹扫装置。转臂角度的测量也利用了角度编码器。该角度编码器安装在转臂下方靠近立轴的部位，通过同步齿型带将转臂的运动传递到编码器上，因此，编码器输出的脉冲数与转臂转过的角度成正比。在弯制大规格的弯管时，机床负荷较大，为保证机床的安全运行，监测机床的推力是必要的。为此，在推力液压缸与后夹具的连接处安装了力传感器。（4） 计算机监控机床运行。机床的准确运行对保证弯管质量意义重大，正确执行合理的工艺是保证弯管质量的重要环节。为提高弯管质量和弯管效率，中频弯管机床采用计算机监控系统进行机床的操纵及工艺的控制。计算机监控系统采用ISA结构的工业PC机作为主机。人机界面采用中文，为彩色图形方式，下拉菜单操作，操作提示和报警使用语音方式，具有操作简便，易于掌握的特点。采用工业PC机方案既有利于系统的扩展、升级与维护，又能兼顾系统在恶劣环境下工作稳定可靠。系统对处理器的最低要求为INTEL80286+80287，如果使用INTEL80486以上的处理器，系统的运行效果会更好。中频弯管现场的电磁干扰较重，环境条件较差。系统采用了密封薄膜键盘、具有掉电保护功能的电子盘；对所有的输入输出通道都进行了隔离；合理安排接地等一系列较为完善的抗干扰措施，以确保系统工作的稳定可靠。系统选用iRMX86 for PC作为操作系统。iRMX86 for PC是美国INTEL公司开发的iRMX系列实时多任务操作系统的PC实模式移植版。采用该系统的必要性在于解决处理器争用问题。由于液压系统和中频电源是响应较快的设备，相应的控制运算需要较短的采样间隔。但另外一些操作，其对象反应慢，占用机时较长，如在打印机上输出实时监测记录表。这两类操作在处理器机时的使用上相互矛盾。iRMX以优先级为主，先人先出为辅的策略对任务进行调度，以信号灯、区域、信箱等方式协调任务间的数据交换及对资源的争用。因此，能够有效解决上述矛盾，保证系统总体性能的稳定。2.2 主要装置和系统2.2.1 机械装置机械装置是弯管机的主体部分，主要由小车推进装置、导向轮装置、预压紧装置、夹头装置和摇臂回转装置等5部分组成。小车推进装置为弯管机提供推力；导向轮装置主要起夹紧、导向、支承作用；预压紧装置是为防止弯管时发生椭圆形变的装置；夹头装置是在弯管过程中，将管子固定于摇臂上的机构；摇臂回转装置的功能是将加热后的管件弯曲成实际要求的半径。2.2.2 中频电源加热装置KGPS-25 kHz 800 kVA中频电源是适用于弯管、淬火等工艺的感应加热中频设备。其中频电源控制板采用扫频启动方式，具有启动成功率高、保护性能好、使用可靠、稳定性高等优点。使用中仅需按负荷的不同对淬火变压器及感应圈进行相应改动，便可适用于不同的弯管管径。2.2.3 液压系统该弯管机的液压系统包括以下基本回路：用恒功率变量柱塞泵和电液换向阀组成的快进、快退换向回路；用恒功率变量柱塞泵和进油路伺服调速阀组成的容积节流伺服调速工进回路；用自调式分流集流阀和机械联结组成的同步回路；采用单出杆双作用液压缸等组成的差动连接快速运动回路。由于快进和快退需要较大流量，而工进时流量较小，所以设计中将快进、快退和工进回路都单独引出，互不影响。用大流量的电液换向阀实现快进和快退，用小流量的电磁换向阀控制工进的启闭，并在工进的回油路上增加1个背压阀，从而进一步提高低速工进时的稳定性。由于本系统工进速度范围较大，这里采用2个并联伺服调速阀，分别对流量进行调整，既满足了最低速度要求，又满足了最高速度要求。2.2.4 冷却系统冷却系统有两种工况：一种是水冷却系统，应用于弯曲碳素钢管、低合金钢管管件；另一种是空气冷却系统，应用于弯曲不锈钢管管件。水冷却系统中所使用的水全部为软化水，软化水系统是控制冷却水质量的设备，软化水的使用有利于延长设备的使用寿命。2.2.5 控制系统控制系统由3部分组成：以单片机为核心的液压驱动控制部分、电动机运转控制部分和中频加热控制部分。液压控制部分主要通过对单片机的编程实现对弯管机运动过程的动作控制；电动机运转控制部分主要控制弯管机运动源动力和冷却循环；中频加热控制部分是通过适当调整淬火变压器及感应圈的功率，来完成对各种不同管径钢管的加热。控制系统主要采用集散式控制方式，外加现场手动电气控制。液压驱动控制部分、电动机运动控制部分、中频加热控制部分同时引入悬挂旋转式集中控制面板，通过控制面板操作可在不同的方位和角度实现对弯管机工作的控制。3 机械传动部分计算3.1弯曲受力计算3.1.1 弯曲变形力矩欲使直管弯曲，必须施加一个弯曲力矩，该力矩的大小和材料、管子截面形状、温度等有关。若弯曲在弯管机上进行，还要克服弯管机自身的摩擦力。根据文献介绍，弯曲变形力矩 的计算公式为 （3-1）式中 型材的截面形状系数，对管材，与管子外径和壁厚有关，一般取= 13 16抗弯截面系敦，圆管截面为环形，其计算式为 高温变形抗力(屈服极限)，碳钢在950下=5585MPa将各参数代入式(1)得 （3-2）3.1.2 弯管过程受力分析管子在弯制以前由两对支撑轮夹持、前夹头和后夹头夹紧当油缸推动管子前进时摇臂给管子施以向心力P(指向回转中心o)在P的作用下，管子实现圆周运动在加热区实现弯曲变形变形后的管子由于及时冷却而硬化因此，将它连同前夹头、摇臂一起视为刚体。图2示出了摇臂由初始位置转至角位置(任意位置)时的情形图3-1 弯管机工作示意图1油缸，2后夹头，3支撑轮，4感应圈，5弯管，6前夹头，7摇臂管子转过任意角，即 90时则改变方向，其绝对值逐渐加大。3） 与 随角增加呈减小趋势。且在=0时、 有最大值所以应以此时的、 值核算支撑轮架的强度 由于，应从导轮结构的强度上注意加强前导轮。另外，增大l，减小可使、减小在结构允许的情况下 尽量取较小的值而l适当取较大值4） 弯曲半径R增加，、 、 、P、均下降，但R的增大使初始角随之减小则使 、P 增大其综合影响是：随着弯曲半径R的增大，、P 基本不变，减小， 、P 明显减小。经计算表明，弯曲半径R从3减小至1.5，机床推力P增大了一倍。所以，小曲率半径弯管机比普通弯管机的推力需增大一倍以上3.2小车夹紧装置设计 传动特点：对管材的夹紧要具有自动定心功能，夹紧力要大，传动要平稳，外力失去后自锁性要好。3.2.1方案选择 根据设计任务说明书，小车夹紧机构的主要作用是完成对对需要弯制的管道弯头进行装夹，主要原理是使用液压马达作为驱动源，之所以选择液压马达作为动力源，是因为液压马达具有驱动力大，具有较大的启动力拒，并且能够实现正、反转，再利用丝杆传动实现对钢管的夹紧和松开。 确定基本方案如下：采用定量泵和定量马达及电磁换向阀组成液压基本回路，利用内控单向背压阀是马达正、反转产生不同的扭矩，利用外控单向平衡阀使重物不会因自重而下降，利用两个对称溢流阀组成刹车缓冲制动回路。 在选定这一方案的过程中，我提出力几个方案，并且作力相应的比较，要实现对管件的夹紧，要求两个夹紧块能够同步推进，速度、力等参数要相同，且要求相同的夹紧力，我通过查阅资料和生产实习，并参照徐州华东石油机械厂科研所的方案的基础上，提出了下述几种小车夹紧方案，并作比较，并最终确定了方案。1） 液压缸夹紧机构该机构基本原理：两液压缸轴向对称布置，采用同一液压源提供动力，两液压缸同时伸缩进行对管材的夹紧和松开。 该机构主要特点：对中性好，夹紧力大，传动平稳，外力失去后自锁性较好。 原理图如下： 图3-3 液压缸夹紧装置简图2） 滑块夹紧机构该机构基本原理：液压缸动力，驱动一滑块，再通过两连杆带动两个轴向对称布置在管材两侧的滑块，使得两滑块同时滑动，实现对管材的夹紧和松开。该机构主要特点：由于采用滑块机构，夹紧力小，外力失去后自锁性较差，传动平稳性较差，对管材的夹紧和放松同步性较差，且该机构占用空间较大，不易布置。该机构原理简单，易于实现，所需元件少，精度高，刚性好，运动请便平稳，温度变化小，结构工艺性好，但是在设计过程中，要求夹紧块必须对称于拉块所在的导轨的轴线，否则的话，就会影响到小车夹紧头的夹紧效果，另外一点，夹紧使的夹紧力最大为13T左右，而连杆所能承受的力有限，其强度不能满足设计要求，而如果要增大强度，就要大大增加连杆的质量（截面积增大），而这在传动中是非常不利的。原理图如下： 图3-4 滑块夹紧装置简图3）链轮夹紧机构 该机构基本原理： 液压马达动力，通过两链轮传至两个丝杆上，由丝杆带动夹紧装置将工件夹紧。 该机构主要特点： 由于采用螺旋夹紧，夹紧力大，外力失去后其自锁性较好，二个丝杆采用一个动力源，因此对工件的夹紧和松开时同步的。以马达作为驱动源，可实现连续的旋转，转速范围大，排量大，可以直接于工作机构连接，不需要减速装置，输出的扭矩大，具有较大的启动扭矩，非常重要的一点是，马达还能够正、反转，这就是能确保夹紧头的夹紧和松开功能，由于采用链传动，使本方案具有平稳、噪声小、承受冲击能力强，传动精确，可靠性高，环境适应性强等特点。采用螺旋夹紧，其夹紧力大，外力失去后其自锁性好，两个丝杆采用同一个源动力和相同的传动系统，对工件的夹紧和放松是同步的。本方案大量的使用了链传动，由于系统的载荷较大，这就要求链及链轮能够承受较大的载荷，因此对它们的热处理要求相对较高。 基本原理图如下： 图3-5 链传动简图4）同步带锥齿轮传动该机构基本原理：液压马达动力，通过两同步带传至两个锥齿轮上，再由锥齿轮带动丝杆，从而由丝杆带动夹紧装置将工件夹紧。该机构主要特点：由于采用同步带和锥齿轮传动，夹紧力大，由于采用同一个动力源，因此对工件的夹紧和松开是同步的，外力失去后其自锁性较好，但因为使用了同步带，所以造价较高，且同步带具有张紧现象，结构也较复杂。具有输出扭矩大，能够正、反转，夹紧力大，自锁性好等特点，在本方案中，使用了同步带传动，使传动兼具力链传动和带传动的一些传动特点，具备了严格同步无滑差，传动效率高，传动准确，节能效果好等特点。但同步带和锥齿轮造价较高。 原理图如下： 图3-6 同步带锥齿轮传动简图 综合比较上述几种方案，选用链轮夹紧机构。该机构由于采用螺旋夹紧，夹紧力大，外力失去后其自锁性较好，二个丝杆采用一个动力源，因此对工件的夹紧和松开是同步的。3.2.2传动机构设计 已知：液压马达额定转速 160r/min 最大转速 200r/min 丝杆转速 0.7r/min 因此：总传动比 =4.7 1.第一条链传动设计 （1） 链轮齿数 取 13 1.5 则 19.5 取 20 （2） 实际传动比 1.538 （3） 链轮转速 小链轮转速 200 r/min 大链轮转速 130 r/min （4） 链轮节距 p=31.75 （5） 检验小链轮孔径 查表，得 65mm 可以 （6） 初定中心距 因结构限定，暂取 8.8p （7） 链长节数 式中 1.24 带入上式，得 34.24 取 35节 （8） 链条长度 1.1m （9） 理论中心距 式中 0.24795 带入得 =290.7mm （10） 实际中心距 290.71.1289.6mm （11） 链速 82.6m/s2.第二条链传动设计 （1） 链轮齿数 取 13 3.1 则 40.3 取 40 （2） 实际传动比 3.08 （3） 链轮转速 小链轮转速 130 r/min 大链轮转速 42 r/min （4） 链轮节距 p=25.4 （5） 检验小链轮孔径 查表，得 51mm 可以 （6） 初定中心距 因结构限定，暂取 27p （7） 链长节数 式中 18.5 带入上式，得 81.2 取 82节 （8） 链条长度 2.1m （9） 理论中心距 式中 0.24694 带入得 =696.2mm （10） 实际中心距 696.43693.4mm3.第三条链传动设计 （1） 链轮齿数 取 13 3.1 则 40.3 取 40 （2） 实际传动比 3.08 （3） 链轮转速 小链轮转速 130 r/min 大链轮转速 42 r/min （4） 链轮节距 p=25.4 （5） 检验小链轮孔径 查表，得 51mm 可以 （6） 初定中心距 因结构限定