液压自动弯管机设计

本科毕业设计（论文）通过答辩PAGE13本科毕业设计（论文）通过答辩摘要随着现代科技的高速发展，弯管技术已广泛应用于各个生产行业，特别是在锅炉、压力容器、石油石化工程等领域。本次课题研究的双向弯管机是锅炉行业广泛使用的专业设备，属于液压弯管机，主要完成锅炉部件所需蛇形管的弯制。这次研究中主要设计出了双向弯管机的模子提升装置和液压系统。模子提升装置主要作用是使弯管模具提升或下降，因此，我们设计出其结构主要由定位油缸、杠杆、和机架组成，由液压泵提供动力，由杠杆传递，满足使弯管模的提升。设计出了装置的所有零件后，计算分析了主要零件的的受力、强度情况，并用Pro/E软件进行三维实体建模与装配。另外，我们设计了采用液压为整个双向弯管机提供动力，通过液压泵输出高压油来满足各个执行元件的正常工作。主要设计出了液压泵站、油箱和一些辅助元件。在管子的加工过程中，有加紧装置、转模装置、提升装置及模子横移装置都是采用液压来提供动力的，因此液压系统的设计尤其重要。关键词：双向弯管机；模子提升；液压系统ABSTRACTAlongwiththemodernscienceandtechnologydevelopment,theelbowtechnologyhaswidelyappliedinmanyrealmsofproduction,speciallyintheboiler,thepressurevesselaswellaspetroleumpetrificationproject.Bidirectionalpipebendingmachinethatweresearchisthespecializedequipmentusedwidespreadinboilerprofession,belongstothehydraulicpressurepipebendingmachine.Itmainlycurvestheserpentuatorpipes,whichisapartoftheboiler.Inthisresearchwehadmainlydesignedthemoldliftinggearandthehydraulicsystem,whichbelongtothebidirectionalpipebendingmachine.Thefunctionofthemoldliftinggearisthatmakestheelbowpiecemoldpromotionordrop,therefore,wedesignedthatwasmadebythelocatingcylinder,thereleaselever,andthebase,providedthepowerbythehydraulicpump,transmitedbythereleaselever,thenmakestheelbowpiecemoldpromotionanddrop.Afterdesigningallcomponentsoftheinstallment,analyzingthestress,theintensitysituationofthemajorparts,wocarriedthemonthethreedimensionalentitymodellingandtheassemblywiththePro/Esoftware.Moreover,wedesignsthehydraulicpressureprovidesthepowerforthebidirectionalpipebendingmachine,thatcansatisfyeachfunctionalelementthroughthehigh-pressureoiloutputedbyhydraulicpump.Wedesignethestationofhydraulicpressurepumping,thetankandsomeauxiliaryparts.Therearemanyinstallmentsprovidedpowerbyhydraulicintheworkofcurvingpipes,suchasthestep-upinstallment,theextensionmoldinstallment,theliftinggear,thereforethehydraulicsystemisespeciallyimportant.Keywords:Bidirectionalpipebendingmachine;Moldpromotion;Hydraulicsystem目录第1章绪论 11.1本课题研究的目的及意义 11.2弯管机的概述 21.3课题背景 31.4国内外相关领域研究现状及成果 31.4.1弯管机的发展概况 31.4.2弯管机模子提升装置的发展概述 61.4.3弯管机动力系统的发展概述 71.5本章小结 8第2章机械结构总体方案设计 92.1模子提升装置总体设计要求及内容 92.1.1提升装置的设计要求 92.1.2提升装置的设计内容 92.2模子提升装置的设计方案 102.2.1模子提升装置整体机构的设计 102.2.2模子提升装置主要部分的设计方案 102.3模子提升装置的设计 112.3.1定位油缸的设计 112.3.2杠杆的设计 232.3.3机架的设计 252.4本章小结 25第3章模子提升装置三维实体建模 263.1Pro/E软件简介 263.2模子提升装置三维实体建模 263.2.1定位油缸的建模 273.2.2杠杆、机架的建模 283.3模子提升装置的装配 293.3.1模子提升装置的装配 293.4本章小结 32第4章双向弯管机液压系统设计 334.1双向弯管机液压系统概述 334.1.1双向弯管机的液压系统的组成 334.1.2双向弯管机的液压执行元件 334.2双向弯管机液压系统设计 344.2.1液压站的设计 344.2.2油箱的设计 384.2.3辅助元件的确定 404.3液压系统漏油、噪声控制 454.3.1液压系统漏油控制 454.3.2液压系统噪声控制 464.4本章小结 46结论 47参考文献 48致谢 50PAGE43第1章绪论1.1本课题研究的目的及意义1、研究的目的本次研究的双向弯管机主要由机床、加紧装置、弯曲装置、转换装置、模子横移装置、传动装置、角度发讯和松紧发讯装置及滑动副等等。设备参数主要有：弯管方式为无芯液压缠绕式弯管；管子范围直径42mm~69mm，弯曲半径为1.5D到200mm；工作油压为10到12Mpa。模子提升装置是蛇形管加工的重要环节，当管子送进来到达指定位置时，加紧装置工作；模子上升到达与管子中心线齐高，模子再旋转使凹槽与管子啮合靠紧；接着弯曲装置工作，完成管子的弯曲。对本次的研究的课题主要是两个方面：（1）双向弯管机的模子提升装置设计双向弯管机模子提升装置的设计主要是研究在模子旋转后的上升与下降的，使整套模子装备能够灵活的自由上下控制。（2）液压系统的设计液压系统的设计主要是设计出双向弯管的液压系统及绘制一张液压系统设计的A0图纸，主要包括液压站的设计及一些辅助元件的选择，如蓄能器、冷却器、滤油器等等。2、研究意义随着各种弯曲管子在工业、农业等方面的广泛使用，不断推动弯管机行业的发展，多种弯管技术的出现为满足今天多需求、高精度的管制产品成为可能。特别是在锅炉制造、汽车、航空航天以及石油石化工程等多种行业，使用的非常广泛。通过本次课题研究，更好的了解当今弯管技术的发展与应用，争取设计出高性能的双向弯管机的模子提升装置和双向弯管机的液压系统，为以后弯管机模具的提升装置和液压系统的设计提供一定的参考价值，促进弯管机行业的发展，为社会做出一点贡献。1.2弯管机的概述弯管机，顾名思义是用于弯曲管子的机器，可以加工制造出C型、S型、U型等多种弯曲形状的管子。广泛应用于压力容器、锅炉、汽车、航空航天以及石油石化工程等各种行业，为促进国民经济的发展作出了重要贡献。早期传统的弯管完全凭借操作者的经验和技术熟练程度来控制产品质量。因此，管型异常较大校正量大，大管径导管弯曲质量尤其难以保证，往往产生圆度超差，内半径处起皱、官腔内的填充物清楚不干净等问题，而且传统的弯管工序很多，操作过程繁杂。经过一段时间的发展，从早期的手工弯管到现在的机器自动弯管，不仅降低了生产成本，提高了生产效率，保证了加工质量，而且精度也有大大提高。为满足生产出不同弯曲程度与弯曲半径的管子，弯管机的类型也在不断改进、提高，有电动弯管机、液压弯管机（单头、双头）、CNC控制自动弯管机。虽然弯管机种类众多，但是从常规弯管工艺稍加分析，就不难看出弯制主要可以归结为三个基本加工动作：（1）直线送进；（2）空间转角；（3）弯曲。当然，欲弯制一根管子，还需要一些弯管辅助动作，如加紧管子、夹模或压模的夹紧与松开、弯模的复位等等。有的弯管机如锅炉厂里经常使用的液压双向弯管机，主要加工S型、蛇形管子，在弯制管子时需要增加换向动作，模子转向、提升、下降等更好的完成弯管动作。1.3课题背景本次课题是双向弯管机模子提升装置及液压系统设计，所研究的弯管机是于锅炉厂的双向弯管机，是数控弯管生产线的主机，属于液压弯管机，可以实现双向管子弯曲。模子提升装置是双向弯管机的重要组成部分，主要完成弯管模的提升功能。而液压系统的主要功能是为双向弯管机提供动力，使弯管机能平稳、正常运转。本文针对双向弯管机的模子提升装置及液压系统的研究，设计出一种高性能的能够平稳、精确的提模装置和液压系统，促进弯管行业的发展。1.4国内外相关领域研究现状及成果1.4.1弯管机的发展概况在工业高速发展的今天，世界各国开发弯管机已经有多年的历史，特别是欧美发达国家如美国、德国和意大利等在这方面已经有相当成熟的经验和顶尖技术水平。从国际情况看，弯管机的发展已有一段历史，达到一定高度，其中处于高水平阶段的单位公司有：意大利的BLMGROUP、博利马机械设备有限公司、意图奇国际有限公司等等，其中意大利的BLMGROUP作为世界最大的管材加工设备的生厂商之一，其产品遍布全球的航空航天，汽车，空调，家具等行业，其产品包括：数控弯管机，管端成型机，激光切割机，其中数控弯管机是在弯管机行业起着领头羊的地位，技术水平很高。为适应用户的对管加工机床功能、精度及效率的要求，意大利的博利马（BLMGROUP）公司推出了当代代表今弯管机最高水平的全电动数控弯管机，他们最大的加工管径分别为Φ76mm及Φ90mm，可以实现最小弯管半径小于1D。机床13个轴均为可编程控制的电动伺服驱动。机床的设计充分考虑了复杂制造业的市场需求，尤其适用于复杂外形管件的中小批量高质量的加工，如航天航空及汽车领域。图1.1全电动弯管机博利马（BLMGROUP）公司生产的全电动弯管机最大的特点在于：（1）提高弯管精度全电动机床采用伺服电机驱动，完全排除了液压系统对机床精度的影响，极大的提高弯管精度。（2）提高生产效率采用全电动控制后，模具的安装调整变得快速简便。夹模及跟进模夹紧位置为可编程电动控制，这样安装模具后课通过程序直接设定夹模的夹紧位置，无需再手动调整他们的位置。极大的降低了加工准备时间。（3）机床采用最新的图形对话编程软件，所有数据均为对话式输入，这大大降低了对操纵者素质的要求及对操纵人员的培训时间。机床的三维图形仿真模拟可以检测机床加工该产品时是否会发生干涉并显示干涉部位，无须进行实际试加工来检测程序的可行性。（4）使得弯管半径小于1D成为可能由于机床配备了单独驱动的弯管助推装置，50000N的助推力，助推力及定位均为可编程控制。同时弯管臂也是由大功率伺服电机驱动，专业的变速机构传动，使得小于1D的加工成为可能。从国内情况看，弯管机产业和产品尚处于发展期，产品技术仍需发展完善；产品适用范围和使用量尚未得到足够拓展；市场经济环境下的产业自然调整仍处于初级阶段。然而，也有很多企业和公司在自主创业的基础上加强与国际先进技术的公司合作，不断接近世界水平。在国内弯管机产业发展的比较好的公司有陕西深信科技发展有限公司、张家港市明华机械有限公司、昆山富邦机械有限公司、哈尔滨锅炉厂等等。他们可以通过各种弯管机设备如:NC控制自动弯管机，数控弯管机，液压弯管机（单头、双头），电动弯管机等加工出多种不同弯曲程度与弯曲半径的管子较之以前的手动弯管机降低了生产成本，提高了生产效率，保证了加工质量，精度也有很大提高。明华机械制造有限公司作为国内弯管行业中的高技术公司，在弯管机的发展中起着重要的作用。公司生产的单（双）头弯管机、特殊型弯管机、立体液压弯管机及CNC弯管机都是高性能的弯管机，广泛应用与管子的弯曲加工行业中。图1.2立体液压弯管机图1.3CNC弯管机（1）立体液压弯管机立体液压弯管机采用的液压为整个弯管机装置提供动力，完成管子的弯制，最主要的特点是：弯制过程中采用液压夹管，自动锁角，机械定长；具有空间转角装置，可弯多角度三维立体管件；内存增大，可以存60组加工程序，每组可设定16个任意角度，弯管转角均采用编码器控制；最大的弯管能力Φ50×2mm；弯曲半径范围：35mm~250mm。（2）CNC弯管机CNC弯管机的主要特性是：机床/工件动力特性自动识别—加工即快又好慢推芯，小车助推改观弯角外观。图形化编程系统—在屏幕立体管形上画制/修改，即得加工程序，非常简便、快速、准确的编程。回弹测量—对批次管材特性可比较测量，计算回弹量。单步调试功能—模具试制时管材并行过程观察。入微自动绘制模具图—对研究新品帮助明显。全面检测—液压/电机/传动系统，电机缺相/反转，电压，温度，油压，并自动诊断故障。最大弯曲半径：175mm；最大弯曲角度：190°。1.4.2弯管机模子提升装置的发展概述在弯管行业的发展中，虽然有的弯管机并没有模子提升装置，因为在有的管子的加工中不需要提升模具，然而在一些特殊的弯管机中，很多弯管模需要提升、下降来满足特殊管子的加工。如双向弯管机，这种主要用于锅炉的专业弯管机，可以双向弯制加工出S型、蛇形、U型等等一些复杂的管子。当换向加工时就学要先使弯管模具下降一定距离，再使弯管模转一定角度来满足转向加工出S型管子。丛模子提升的驱动方式可以分类如下：1、电动式采用电机提供动力源来到达模子的提升与下降，主要是齿轮、齿条式，应用于大型弯管机的模具提升装置中。传递平稳，负载大，用于大型管材的加工中。2、液压式采用液压马达来提供动力，通常不会是由油缸直接用来使转模装置提升、下降（千斤顶），而是由杠杆、连杆等中间传递机构来传递动力，由于液压油缸有一定的缓冲，这样可以很好的保护机构。3、凸轮式采用凸轮来传递动力，带动转模装置上下移动。由于凸轮式的移动距离有限，因此工业上很少采用凸轮式，只是用于特殊的管子加工中。4、丝杆式采用丝杠传递，将模具安装在丝杆头上面，当电机带动丝杠正、反运动时，带动弯管模具上、下移动。这种提升方式提供的移动空间很大，上升、下降速度可以采用不同导程的丝杠来改变，结构简便，易操作。1.4.3弯管机动力系统的发展概述在弯管机的发展中，弯管机的动力源一直在不断的改善与提高，在早期的手工弯制管件材料时主要的动力源是单个或者多个操纵者的劳动力，加工的产品一般都是小管件的管子，这样的加工方式生产效率底，精度不够，管型有限。随着现代技术的发展，工业水平的提高，开发研究出了CNC数控弯管机、立体液压式弯管机等等一些高性能的弯管机，这些高水平的弯管机的主要驱动方式一般有三种：电机驱动、液压驱动、电机液压混合驱动。1、电机驱动现代化工业的今天，大多数的机构与装置的动力源都采用电机驱动方式，为整个装置的基本动作提供动力。由电机提供源动力，在动力的传递过程中又有很多种方式，如可以通过电机来带动齿轮、齿条、凸轮、连杆等机构，依情况设计出满足要求的弯管机。2、液压驱动随着工业技术的不断发展，液压传动技术是机械设备中发展速度最快的技术之一，特别使近年，进入了一个新的发展阶段。液压传动及控制系统以其传递功率大、控制精度搞、响应速度快和易于实现电机液一体化控制的优点，被广泛应用于各行各业中。由液压提供动力的液压弯管机是一种新型的弯管机构，它具有结构合理、操作方便、使用安全、装卸快速和一机多用等优点。3、电机液压混合驱动液压弯管虽然具有传递功率大、控制精度高、响应速度快的优点，但也具有一些不足之处，如：由于操纵者动作太多，生产效率底；机器损耗大，使用寿命减短；所需要操作人员多，人工费用较大，产品成本较高。所以在进一步的研究中提出采用电机液压混合式驱动，这样可以在电机、液压各自的优势地方采用最合理的驱动方式来降低生产成本，提高生产效率，提高加工精度。1.5本章小结本章主要介绍了弯管机和弯管机模子提升装置及弯管机动力系统的发展状况和现状，了解了当今国内外弯管行业的现态。弯管机主要用于加工弯曲管子，由于工程中各种弯曲管子的需要，弯管机的种类、类型也在不断发展。从过去的手工弯制管子到现在的机械自动控制弯曲管子，不仅在工作效率、加工精度上有了很大的提高，而且其加工出来的管子的质量大大改善。这章中讲到了模子提升装置的发展及现状，有的简便的管子的弯制过程中不需要提升弯管模，不过像我们研究的双向弯管机中，在弯曲管子的过程中需要使弯管模下降一段距离，以便管子在移动和转向时碰触到弯管模，因此需要在装置中设计模子提升装置。对于弯管机的动力系统也有介绍，现今应用最多的是用液压系统驱动各个装置的运作，随着科技的进步，液压传动及控制会得到更快速的发展。第2章机械结构总体方案设计2.1模子提升装置总体设计要求及内容模子提升装置是双向弯管机的重要组成部分，本次论文的主要内容是模子提升装置总体方案的设计，即怎样实现转模装置的提升。2.1.1提升装置的设计要求按照总体设计要求，双向弯管机的模子提升装置主要是使转模具能平稳的提升、下降，因此我们在构思时，设计出装置应满足：双向弯管机的模子提升装置能平稳的提升弯管模具，提升速度由液压系统控制。提升、下降的距离由行程开关控制。2.1.2提升装置的设计内容根据初步的总体构思，模子提升装置主要结构有定位油缸、杠杆、机架、行程开关、各种螺钉、挡板、销、垫圈等组成。设计的主要内容有：1、模子提升装置的总体方案设计（1）模子提升的方式设计；（2）整体结构的设计；（3）定位油缸的设计校核；（4）定位油缸与杠杆的连接的设计；（5）杠杆与模子连接的设计。2、完成设计图纸（1）用auto-CAD软件绘制出模子提升装置的二维图纸；（2）用Pro/E软件完成母子提升装置的三维建模，并进行装配。2.2模子提升装置的设计方案2.2.1模子提升装置整体机构的设计模子提升装置的主要作用是实现模子的上下移动，考虑到怎样才能实现模子稳定的上下移动和合理安排装置在弯管机中的位置。对此，我们设计出用油缸来提供动力。由于弯管机的整体布置不能实现直接用活塞来连接模具装置，所以增加杠杆装置来传动动力来实现模子的上升、下降。装置的主要结构有定位油缸、杠杆、支架、行程开关、挡板、各种螺钉、销、垫圈等等。示意图如下：图2.1模子提升装置简图自由度计算：机构数为：3；远动副：高副为0，转动副为3，移动副为1；得出模子提升装置的自由度为n=3×3－4×2－1×0=1。2.2.2模子提升装置主要部分的设计方案1、定位油缸的设计方案对于油缸的设计，我们根据机械设计手册采用反推法，先从杠杆右端与模子连接处出发，计算出作用在杠杆右端的压力（包括整个模具的重量和各连接处的摩擦力），在一定的安全系数下，由杠杆原理计算处作用在活塞上的力，再算出油压，从而确定油缸的相关尺寸。为控制模子提升装置上升、下降的位置，我们设计出在定位油缸上面添加三个行程开关来控制，上、下两位置各一个，复位一个。2、杠杆、支架的设计方案采对于杠杆、支架我们可以根据机械设计手册和以往的设计经验，参照一些杠杆、支架的一般设计方法来设计出满足我们模子提升装置的要求，2.3模子提升装置的设计由总体的设计方案可知，在双向弯管机的模子提升装置中主要有定位油缸、杠杆、支架等等。2.3.1定位油缸的设计1、定位油缸类型、安装方式液压缸是液压系统中最常用的执行元件，我们设计的模子提升装置中用到的定位油缸就是液压缸的一种。其类型按照机械设计手册新版第四卷表23.6-39选择双作用单活塞不可调缓冲式液压缸。如下图：图2.2双作用单活塞式这种液压缸类型的特点是：活塞可以双向运动产生推、拉力，活塞行程终了时减速制动，减速值不变。液压缸的安装方式可按照实际的工作需要选用合适的方式，常用的安装方式见机械设计手册新版第四卷表23.6-40，按照设计的整体机构，我们选择销轴型中的头部销轴。如下图：这种安装方式的特点是：液压缸在垂直面内可摇摆；头部销轴型安装时，活塞杆受弯曲较小。图2.3头部销轴式2、定位油缸主要零件的设计分析（1）缸体缸体的材料：液压缸的缸体的常用材料为20、35、45号无缝钢管，因20号刚的力学性能略低，且不能调质，应用较少。当缸筒与缸底、缸头、管接头或耳轴等件需要焊接时，则应该选用焊接性能较好的35号钢，粗加工后调质。一般情况下，均采用45钢，并应调质到241~285HB。综上所述，按我们设计出的双向弯管机的模子提升装置的定位油缸的方案，选择缸体的材料为35号钢缸体的技术要求：缸体内径一般采用H8、H9配合。表面粗糙度初定Ra为0.2-0.4μm,且需要珩磨。图2.4缸体缸体端部联结型式：在我们的设计方案中，缸体端与缸盖体的联结方式选用法兰联结，这种联结方式结构较简单，易加工，易装卸，使用广泛；径向尺寸较大，质量比螺纹联结的大；非焊件工法兰的缸体端部应燉粗。图2.5法兰联结（2）缸盖缸体材料：定位油缸的缸盖可选用25、35、45号锻钢或ZG35、ZG45铸钢。在本次定位油缸的因前缸盖需要焊接，因此对于前缸盖的材料我们选择35号钢，后缸盖的材料选择25号钢。缸体要求：直径D、D2、D3的圆柱度公差应按9、10、11级精度选取；D2、D3同轴度公差值一般为0.03mm；端面A、B与直径d轴心线的垂直度公差值按7级精度选取。图2.6缸盖（3）活塞活塞材料：液压缸的活塞常用材料为耐磨铸钢、灰铸铁（HT300、HT350）、钢（有的在外径上套尼龙66、尼龙1010或夹布酚醛塑料的耐磨环）及铝合金等。考虑综合因素，为满足我们需求，选择灰铸铁HT350。活塞要求：在液压油缸的工作中，活塞的质量的好坏对液压缸的影响作用最大，因此其技术要求很严格，活塞主要用于与油缸内径配合，所以活塞的内径D对内径D1的径向跳动公差值选取7或8级精度。端面T对内孔D1轴线的垂直度公差值选择7级精度选取。图2.7活塞活塞与活塞杆的联结方式：活塞与活塞杆的联结可以采用多种联结方式，如：整体结构、螺纹联结、半环联结等。在我们设计的定位油缸中选择半环联结，因为半环联结主要工作压力、机械振动较大的情况。图2.8半环联结活塞与缸体的密封结构：活塞与缸体之间既有相对运动，又需要使液压缸两腔之间不漏油。根据机械设计手册，参考选用Yx型密封圈。图2.9YX密封结构这种密封结构的特点是：密封效果好，耐高压，耐磨性好，低温性能好。（4）活塞杆材料：活塞杆通常会有实心杆和空心杆两种，大多数采用实心杆，因为实心杆强度、刚度更好。实心活塞杆材料可选35、45号钢，按模子提升装置的整体设计我们选择45号钢。图2.10实心活塞杆技术要求：在活塞杆粗加工后调质硬度到229~285HB；活塞杆d和d1的圆度公差值按10级就可以；，活塞杆上的螺纹的精度我们选择7级，因为模子提升装置定位油缸的载荷适中，机械振动也较小；为紧固活塞杆与接头，我们在接头与活塞杆的联结出增加一个销钉。端部结构型式：在活塞杆的端部与接头的联结有多种，如：螺纹式、耳环式、销轴式。在整体装置的设计方案种，我们选择的是螺纹式的外螺纹联结结构。图2.11外螺纹联结活塞杆的导向、密封和防尘：对于活塞杆的导向，按照装置的整体设计方案及机械设计手册，我们选择普通导向套，图2.12普通导向套这种普通的导向套，可利用压力油润滑导向套，并使其处于密封状态。材料我们选择铸造青铜ZQSn10-1,导向套内径的配合选择H8/f9。活塞杆的密封结构采用轴用Yx型密封圈，防尘机构采用防尘圈。（5）液压缸的缓冲装置液压缸的缓冲装置是为了防止或减小液压缸活塞在运动到两个端点时因惯性力造成的冲撞。通常是通过节流作用，使液压缸运动到端点附近时形成足够的内压，降低液压缸的运动速度，以减小冲击。对此我们采用变节流面积中的三角形结构，如下图：图2.13变节流三角形缓冲3、定位油缸的设计计算（1）定位油缸设计计算步骤液压缸一般的设计过程有：1）根据主机的运动要求，选择液压缸的类型，前面已经选择了双作用单活塞式。根据机构的结构要求，选择液压缸的安装方式，前面已经选择了头部销轴式安装。2）根据主机的动力分析和运动分析，确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸。如液压缸的推力、速度、作用时间、内径、行程及活塞杆直径等等。3）根据选定的工作压力和材料进行液压缸的结构设计。如缸体壁厚、缸盖结构、密封型式、排气与缓冲装置等，前面已经选择了一部分。4）液压缸性能的验算。（2）定位油缸的计算一般油缸的主要几何尺寸，包括油缸的内径D，活塞杆的直径d和油缸的行程s等。1）油缸的内径D的计算工程中油缸的内径D可以根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算。计算公式由机械设计手册：（2.1）式中F—油缸的推力（kN）；P—工作压力（MPa）；A—油缸内径面积(m2)；D—油缸内径（m）；推导出计算油缸内径D的公式：（2.2）其中工作油压P在整个双向弯管机的设计要求中已经给出：10~12.5MPa。油缸的推力F由弯管模、活塞、活塞杆、接头，以及附在弯管模上面的一些配件，还有用于控制油缸行程的行程开关和一些板件的重量等等加在一起。再由杠杆原理的换算及考虑一定的安全系数加摩擦力，得到F的值。弯管模的质量：87+15.8+0.53+0.63+70+1.16+2.2+0.53=177.85kg。运动配件质量：约40kg。杠杆的传递比初定为：支点到弯转模端的距离为支点到油缸端的距离的2倍。得到F为4.357kN。工作油压按10Mpa。定位油缸的机械效率：=0.95。将P、F带入公式（2.2）中，得出24.8cm。考虑一定的安全系数(n1.4,取3)及油压的稳定系数后，得到改进后的D约为74.4mm。按机械设计手册第四卷表23.6-33给出的缸筒内径尺寸系列圆整成标准值。如表2.1，可以选择油缸内径D为80mm或90mm。表2.1液压缸内径尺寸系列mm840125(280)1050(140)3201263160(360)1680(180)40020(90)200(450)25100(220)50032(110)250根据表2.1，初选D按90mm设计。2）活塞杆直径d的计算根据强度要求来计算活塞杆的直径d当活塞杆在稳定的状态下，仅承受轴向载荷时，活塞杆直径按简单拉、压强度计算。此时（2.3）式中：F—活塞杆的输出力(kN)；--活塞杆材料的许用应力（MPa）；我们对活塞杆选择的材料是45号钢，=100~120Mpa;机械效率=0.95；安全系数n取3；得出=23.5mm。按机械设计手册第四卷表23.6-34给出的活塞杆外径尺寸系列圆整成标准值。因此我们可以选择32mm、36mm、40mm。考虑到上面的油缸内径中我们选择的是D为90mm的，对此，我们选择活塞杆外径为40mm，以满足工作要求。活塞杆端部上面已经提到过在与接头联结时采用外螺纹联结，根据机械设计手册，我们选择直径与螺距为：M302；螺纹长为短型40mm。3）定位油缸的行程s的确定油缸的行程s，主要依据机构的运动要求而定，在双向弯管机的整体设计方案中，要求弯转模的上升与下降的最大距离为100mm。为了简化工艺和降低成本，我们按照机械设计手册第四卷表23.6-35~37中给出的标准值选择，表2.2活塞杆行程第一系列mm2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000参考表2.2，我们选择油缸的行程s为100mm。（3）定位油缸结构参数的设计定位油缸的结构参数，主要包括缸筒壁厚、油口直径、缸底厚度、缸头厚度等等。1）缸筒壁厚的计算由于我们设计的双向弯管机是工程机械常用中型设备。先根据机械设计手册的第四卷中的表23.6-59工程机械用标准液压缸外径系列。查得：当油缸内径为90mm，工作压力≤16MPa时，标准的油缸外径为108mm。考虑到我们设计的定位油缸能安全、平稳的运行，对查得的油缸外径进行修正，初定为120mm。2)缸底厚度的计算我们设计的定位油缸中，缸底有油口，因此其厚度计算可以根据下式（2.4）h—缸底厚度（m）；D—油缸内径（m）；—试验压力（MPa）；—缸底材料的许用应力（MPa）；—缸底油口直径（m）。将D=0.09m，=20MPa，=100MPa，=0.01m带入得出=20mm。由于在缸底出需要与法兰进行螺纹联结，其厚度应该加大，参考机械设计手册第四卷，可选择定位油缸的缸底厚度为40mm。3）缸头厚度计算由于在缸头端有活塞杆导向孔，其计算与缸底有所不同。且有螺纹联结法兰，按照机械设计手册第四卷图23.6-55及公式23.6-29计算得出缸头的厚度最小为30mm。修正为标准值取为50mm。（4）定位油缸的联结对于前、后缸盖与筒身的联结，我们采用螺栓联结的型式，这种联结更加稳定可靠，且装卸方便，操作简单。活塞杆与活塞的联结采用双活塞活动式，因为在定位油缸工作时有两个位置的控制，保证50mm和100mm两个行程。1）缸盖的联结在定位油缸的端部由于有法兰，因此缸盖与筒身的联结，需要用螺钉来紧固，考虑缸盖的厚度为40mm，我们选用GB70-76M10×2）压盖的联结压盖在定位油缸中起的作用主要是：活塞杆的导向和防尘密封。在压盖与缸盖体的联结中，我们采用螺钉的连接紧固方式，螺钉按国标选择GB70-76M6×（5）定位油缸的结构结构图如下：图2.14定位油缸在定位油缸的结构中增加一个隔圈，主要是考虑了，在活塞的运动中的位置的控制，这样后活塞的运动空间只能在后缸盖与隔圈之间运动，因为在活塞杆的运动中有两个位置的控制，一个是50mm，另一个是100mm。当往下油腔内注入高压油时，后活塞的运动行程最大只有50mm。当往上油腔注入时活塞杆还有50mm的行程。当然在控制活塞杆的运动位置时，我们采用的是行程开关的控制，在活塞杆运动到我们要求的位置时，会碰触到行程开关的触点，会给出信号传到总控制点，系统做出反应，实施对油缸进行供油控制。4、定位油缸的校核（1）定位油缸的输出力验算为了准确的提升或下降弯管模的位置，定位油缸推、拉力必须大于加载在杠杆上作用力。定位油缸的推力（2.5）A=D—活塞杆或油缸内径；根据我们设计的结构尺寸得出=63.6kN。上面计算的作用在活塞上的力为4.3kN。所以我们设计的定位油缸的推拉力都满足要求。（2）活塞杆的稳定性验算在定位油缸只承受轴向压缩时，，需要校核活塞杆的纵向抗弯强度或稳定性。我们设计的活塞杆中可知其长度为322mm，活塞杆直径为40mm，其长度比上直径之值约为8，从上面得知作用在活塞杆上的力不到5kN。按等截面计算活塞杆细长比：（2.6）L—活塞杆长度（m）；k—活塞杆断面的回转半径（m），实心杆按计算；m—试验常数查表得出m=90（45号钢）；n—末端条件系数，按两端铰链安装方式，查表得出n=1。得出：=32<=90；所以活塞杆的弯曲破坏临界值按戈登—兰金公式计算（2.7）—材料强度试验值；—活塞杆截面积；—实验常数；将数据带入得出：=7.995kN。所以当作用在活塞杆端部上的力小于7.995kN时，活塞杆不会发生弯曲破环。2.3.2杠杆的设计为了传递定位油缸的推拉力，我们设计出有杠杆来传递力矩。1、结构设计材料选择45号钢，机械性能比较好。对于杠杆的结构，我们根据作用在杠杆上的力的大小来设计，其长度按照整体设计要求并经过修改完善后定为850mm，宽度定为55mm。图2.14杠杆2、联结方式（1）杠杆与活塞杆的联结杠杆左端与活塞杆的联结我们设计出用接头来联结，接头上端有两个支架孔，通过销轴来联结杠杆。接头的下端通过螺纹联结活塞杆的头部。图2.15杠杆的联结方式图2.16销轴销轴的结构设计如上图2.16。材料选为45号钢，需调质处理，HRC45~55。主要结构尺寸有：销轴总长为92mm；直径为24mm；销轴内孔直径为6mm当模子提升装置正常工作时，销轴主要承载着接头和杠杆对其的径向作用力，因此，我们需要校核一下销轴的切应力。（2.8）F—径向作用力；m—横截面积，按计算；D—销轴直径；F由油缸的推力计算得出为31.8kN，D为24mm，代入式（2.8）得出=70.3MPa查机械设计手册及相关资料得到45号钢的许用剪切应力为114.3MPa（屈服强度为400MPa，安全系数n为3.5）。≤综上得出，我们设计的销轴满足要求。（2）杠杆与弯管模的联结在杠杆的右端与弯管模的联结，我们采用滑块加销轴来联结，杠杆通过销轴连接上滑块，滑块再与弯管模联结，这样在杠杆的运动中，杠杆左、右端走的轨迹不是直线的，而是弧线，所以采用滑块来修正弯管模的运动轨迹。2.3.3机架的设计机架的设计主要考虑整体的布局和与弯管机的装配关系，机架主要由板构成，在机架上面有一个关键的部件就是，杠杆支点的设计，我们采用销轴式联结杠杆，其结构如下图：图2.17机架机架的平板上装有两个支撑座，用于联结杠杆。机架的左侧的三个螺钉用于紧固定位油缸的轴头，在油缸的伸缩运动过程中，由于活塞杆的行程是弧线，所以在油缸的工作中整个缸在做绕轴头的轴在做一个小角度的旋转。右侧的立板主要是用于固定整个模子提升装置的，使提升装置安装在弯管机双向中，其螺钉型号为GB20×50。2.4本章小结本章主要做的是模子提升装置的机构设计，在这章当中，我们先规划了模子提升装置的总体设计方案，机构主要由定位油缸、杠杆、机架组成。采用油缸提供动力来推动弯管模的上升、下降。有关定位油缸、杠杆、机架的设计都是参照机械设计手册，机械设计等资料来设计的，由于经验缺少，有些地方的设计可能会有一些不足之处。第3章模子提升装置三维实体建模3.1Pro/E软件简介Pro/ENGINEER是由美国PTC公司推出的一套三维CAD/CAM参数化软件系统，它涵盖了产品从概念设计、工艺造型设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真、工程图纸的输出、生产加工产品的全过程，其中还包括了大量的电缆和管道布线、模具设计和分析等实用模块。广泛应用于航空航天、汽车、机械、数控加工、电子等诸多行业。Pro/E是当前三维设计软件中应用比较广泛的软件之一，也是参数化设计的首选。Pro/E第一个提出参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块，一般可有草图绘制、零件制作、装配设计、加工处理、结构分析与运动仿真等。在CAE模块中可以对零部件进行有限元分析和优化，在机构运动模块中，可以对零部件模型进行机构运动仿真，并获得距离、速度等输出曲线。为机构的最优化设计与零件的失效分析提供更简便的操作。我们这次使用Pro/EWildfire软件来创建三维实体模型，在软件的使用过程中需要注意的有：（1）每次打开Pro/E软件后，首先要在“文件”中进行工作目录的修改，设置零件的保存路径；（2）在创建零件时，模板选用mmns_part_solid；（3）在创建组件时，模板选用mmns_asm_design。3.2模子提升装置三维实体建模模子提升装置的三维实体建模从装置中的零件或部件开始，做完了零部件的建模再进行装置的装配。零部件的建模主要包括三个方面，他们是定位油缸、杠杆、机架的三维实体建模。建模的过程中主要有旋转、拉伸的方法。3.2.1从上面的定位油缸的设计中，我们知道油缸的主要组成部分有：筒身、法兰、缸盖体、活塞、活塞杆等等。在Pro/E软件中的三维实体建模主要通过拉伸、旋转等基本操作，还有一些孔、块等特征的插入及一些修改的圆角、倒角等等。运用这些基本操作我们可以完成定位油缸零部件的三维实体建模和油缸的装配。1、缸体的建模缸体的建模包括，筒身、法兰、后缸盖、前缸盖的建模。筒身的三维实体建模可以采用旋转的方法，先绘制筒身的配面草图，做出一根中心线，对尺寸进行修改完善，完成草绘后做旋转即可创建筒身的模型，再进行相关倒角的修改。由于在筒身中有隔圈，所以在筒壁上需要加特征孔，方法可以效仿筒身的创建过程。法兰的建模主要是拉伸，先做出草绘图型，修改完善尺寸后进行拉伸，由于要与后缸盖体联结，在法兰的端面上需要加入螺孔特征。前缸盖体的建模过程也类似，比较麻烦的是在轴头的部位开有一个油口，两轴头的设计主要是为油缸在机架上的联结。图3.1缸体2、活塞、活塞杆的建模根据前面的设计，活塞机构的建模采用旋转来做，在后活塞的端部有一个小倒三角开口，主要起到缓冲作用。活塞与活塞杆是通过半环联结。图3.2活塞、活塞杆3.2.2杠杆、机架的建模1、杠杆的建模根据前面的设计结构，我们用Pro/E软件进行杠杆的三维实体建模，采用拉伸的方法。先做杠杆主体的拉伸，再在相应的位置加特征孔，最后在杠杆的右端做接头设计的建模。作为支点的孔需要有缸套的配合，这样可以减少销轴与杠杆的摩擦。图3.3杠杆2、机架的建模模子提升装置的机架主要用来支撑杠杆、定位油缸的，按照前面的设计尺寸及要求，完成了Pro/E的三维实体建模。机架主要由板构成，板的建模主要是拉伸，有点地方需要加孔的可以用孔的专门的方法来创建。装配的时候，板与板的联结在实际中采用焊接的固定方式，在Pro/E中我们采用“放置”的型式来组装。最后完成了机架的建模，如下图：图3.4机架3.3模子提升装置的装配3.3.1模子提升装置的装配对于模子提升装置的装配，由于有的部件有相对运动，机构中存在着转动副、移动副，所以在装配时要采用“连结”的方式。连接的类型有：刚性、销钉、滑动杆、圆柱、平面、球、焊接、轴承等等，我们能用得到的有销钉和滑动杆。把没有相对运动的零件组装成了几个主要的部分，如把与定位油缸有关的零件装配好，由于活塞与油缸有相对运动，因此活塞先不装配。后活塞、活塞及活塞杆还有接头组成一个部分，作为一个整体。杠杆和钢套作为一部分。剩下的就是机架了，机架不仅要和杠杆连接，还要和定位油缸的销轴有连接。1、定机架打开Pro/E，建立模子提升装置组件文件，打开创建好的机架部件的文件，此时机架部件模型出现在主窗口中，调整视觉方向，单击【元件放置】对话框中的“确定”完成机架的定位。2、联接定位油缸点击主窗口右侧工具栏中的“将元件添加到组件”标志，在弹开的“打开”对话框里选择定位油缸的组件文件，此时系统弹出【元件放置】对话框，在Pro/E中，机构是通过连接的方式装配起来的，因此在弹出的【元件放置】对话框中选择“连接”选项，展开连接方式的装配界面。根据定位油缸与机架的实际连接方式，将连接类型设置成【销钉】，销钉连接需要我们设计两个约束规则，分别为轴对齐和平移约束。轴对齐约束，就是选取需要连接的两个零部件的轴线，即选择定位油缸前缸盖的销轴的轴线和机架左端长板的孔的轴线。平移约束，就是在主窗口的模型中分别选取需要连接的两个零部件的两个表面。最后，单击【元件放置】中的“确定”。完成定位油缸与机架的连接，若需要调整一下两部件的相对位置，可以在【元件放置】对话框选择“移动”中的“旋转”来调整。3、连接活塞同样的方式，点击“将元件添加到组件”标志，打开活塞、活塞杆组件文件，根据活塞与油缸缸筒的实际连接方式，在【元件放置】中选择“滑动杆”连接。滑动杆的连接方式需要设置两个约束：轴对齐和旋转。轴对齐约束，和销轴连接的轴对齐一样，也是点击两个需要连接的零件的轴线，也可以选择两零件的壁筒，在这里我们点击选择筒身和活塞的轴线。旋转约束，主要是确定连接零件的初始位置，可以点击两个零件的平面来确定初始位置，对于需要调整相对位置的，可以在“移动”中选择“平移”选项，上下移动活塞的位置。最后点击【元件放置】的“确定”，完成了活塞与油缸的连接。4、联接接头与杠杆的销轴、杠杆点击“将元件添加到组件”，打开销轴的文件，根据杠杆与接头的实际连接方式，在【元件放置】中选择“销轴”连接，参照上面的销轴连接方式，设置好轴对齐和平移约束。最后单击“确定”。采用同样的方式，在接头的销轴上连接杠杆，在【元件放置】中选择“销轴”连接，参照“销轴”的连接方式完成杠杆的连接。5、长轴的联接长轴是作为杠杆的支点，按照上面“销轴”的操作方式，连接好杠杆。在长轴连接完了后需要增加一个“销轴”连接，连接在机架上，使整个模子提升装置的装配连接的整体化。6、总体装配完成各项和连接装配后，得到双向弯管机模子提升装置的Pro/E配装模型，如下图：图3.5模子提升装置Pro/E装配模型3.4本章小结本章主要介绍了一下，用Pro/E软件来创建模子提升装置的三维实体建模过程及装配和添加驱动器及运动仿真。运用Pro/E软件来创建三维实体模型，非常方便，模块化的运用使工作变得更加方便，在单个的小零件的建模过程中通过拉伸与旋转可以快速准确的创建出三维实体模型。对于比较复杂的组件，可以把其主要的零件创建好实体模型后进行组装，有相对运动的组件需要用到“连接”的方式进行装配。装配完了整个模子提升装置后，可以在动力源处添加驱动器来模拟运动仿真，在活塞杆处的连接设置伺服电动机，来模拟驱动活塞杆的运动，从而带动整个装置的仿真。由于经验缺少等诸多因素，模子提升装置的仿真运动做的不够完美，可能存在着一些小问题，需要进一步改进完善。第4章双向弯管机液压系统设计4.1双向弯管机液压系统概述以受压液体作为工作介质进行能量传递、转换与控制饿传动型式称为液压传动。与机械传动相比，液压传动具有功率-质量比大、便于无级调速和过载保护、布局灵活方便等多种技术优势。作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压被广泛的应用于农业、制造业等等。4.1.1双向弯管机的液压系统的组成双向弯管机的液压系统由动力部分、执行部分、控制部分和辅助部分组成。各部分的功能作用有：动力部分：由原动机和液压泵组成，将原动机（电动机）的机械能转变成液压的压力能，输出高压油。执行部分：由液压缸和液压马达组成，主要是将液体的高压能转变成机械能，驱动工作元件，对外做功，实现往复直线运动或回转运动。控制部分：由各种控制阀体组成，控制调节液压系统中从泵到执行元件的压力、流量、方向等，保证各执行元件的运动线路与规律。辅助部分：包括油箱、管件、过滤器、热交换器、储能器及一些仪表等，用于辅助液压元件的正常工作。4.1.2双向弯管机的液压执行元件一般的机械工程中，液压系统的动力源采用电机带动液压泵来输出高压油，从而使各个液压执行元件正常工作。现在简单介绍一下双向弯管机各部分装置中用到的液压元件：（1）夹紧装置中有三个油缸，其中两个单作用柱塞缸，用于带动齿轮齿条传动，夹紧管子；（2）弯曲装置中有一个油缸，用于提供液压动力来弯曲管子；（3）转模装置中有一个液压马达，用于弯管模的转向，使得弯管机能双向弯曲管子；（4）模子横移装置有一个油马达，用于弯管模的横移；（5）传动装置有两个油缸；（6）模子提升装置有一个定位油缸，用于弯管模的提升、下降位置控制。我们设计出的双向弯管机的各个主要部分的运动都采用油缸、马达来驱动的，因此，设计出一个比较合理的液压系统对于整个弯管机的工作异常重要。在双向弯管机的整体设计方案中，我们采用液压泵来提供动力。因此，我们需要设计出一个合理、工作可靠、低成本高效率、易操作便维修的液压系统来为整个双向弯管机各个部分提供动力源，满足各部件的正常运转。4.2双向弯管机液压系统设计从双向弯管机的液压系统的设计要求中，在我这里的研究内容主要是绘制出双向弯管机的液压系统图，有关液压系统原理由设计传动装置部分的同学完成，在此做一下简单介绍。主要设计内容有：（1）根据双向弯管机液压系统原理图绘制出液压系统图；（2）设计双向弯管机的液压站，包括液压泵站和液压阀站；（3）设计选择液压系统的油箱、滤油器、储能器等辅助元件。4.2.1液压站的设计1、液压站的概述液压站是由液压泵、驱动电机、油箱及一些控制阀等构成的液压装置。从机械设计手册中可以看出，一般工程中的液压系统的设计流程实质上分为两大部分：一是系统的功能原理设计，包括功能设计、组成元件设计和液压系统计算等；二是系统的技术设计，主要是液压装置的设计。液压装置的设计在于选择确定元、辅件的连结装配方案，、具体结构，设计和绘制液压系统产品工作图样等。液压装置设计是液压系统功能原理设计的延续和结构实现，可以说是整个液压系统设计的归宿，一个液压系统能否可靠有效的运行，很大程度上取决与液压装置的设计，因此这一环节是液压系统设计的重点。液压站的结构类型我们采用集中配制型，将系统的执行器安放在主机上，而将液压泵及其驱动电机、辅助元件等安装在主机之外。2、液压泵站的设计前面提到液压系统的液压站主要有液压泵站与液压阀站。液压泵站主要包括液压泵和与其配套使用的驱动电机。为了液压系统工作的稳定，在液压泵站中，我们设计由两个液压泵供油，一个是定量泵，一个是变量泵。当双向弯管机处于低压工作状态时，可以使用定量泵供油就是满足工作需求；当双向弯管机处于高压工作状态时，可以同时使用定量泵和变量泵来调节工作压力，满足双向弯管机各执行元件的正常工作。（1）选择液压泵选择液压泵的主要参数有液压泵的工作压力、液压泵的排量或流量。根据双向弯管机的工作要求，参考机械设计手册第四卷的相关计算公式得出了系统液压泵的最大工作压力为16.5MPa。液压泵的额定压力一般大于系统工作压力25%~50%。得出液压泵的压力P为：P=（1+0.25）=20.625MPa。液压系统的流量：多个液压缸或液压马达同时工作时，液压泵的输出流量由机械设计手册第四卷查得（3.1）由双向弯管机的整体系统及液压原理的计算得出≈100L/min由计算的到的系统液压泵的工作压力和流量两个参数可以确定液压泵的类别和型号。（2）定量泵的选择查机械设计手册第四卷表23.5-5齿轮泵产品技术参数概览和表23.5-12技术规格，选择的定量泵类型为：外齿轮啮合单级齿轮泵，型号为CBF-F63。具体参数有：排量为63mL/min；额定压力为20MPa，最高压力为25MPa；额定转速为2000r/min；驱动功率为54.0kW。图4.1CBF-F型液压泵（3）变量泵的选择参考上面计算出来的液压系统的工作压力和流量，为选择比较合适的变量泵，我们查阅了机械手机手册第四卷有关变量泵的相关资料，表23.5-39柱塞泵产品技术参数概览。确定变量泵的类型为轴向柱塞泵，型号为63SCY14-1B，S表示手动变量型式，C为压力级32MPa。主要参数有：排量为63L/min；压力为31.5MPa；转速为1500r/min；驱动功率为59.2；重量为65kg。图4.2CY14-1B柱塞泵（4）驱动电机的选择根据上面选择的液压泵的型号为CBF-F63，查得与其配合使用的驱动电机的功率为54.0kW，机械效率为81%，因此我们选择的电动机的额定功率必须大于67kW。查电子版机械设计手册，我们选择适合的电动机的类型为：Y系列（IP23）防护式三相异步电动机，型号为Y225M-2。63SCY14-1B柱塞泵的驱动电机的功率为59.0kW，效率为92%，因此柱塞泵的驱动电机的额定功率必须大于64.1kW。为了设计的简便，我们选择与定量齿轮泵的驱动电机的型号一致，选择柱塞泵的驱动电机为：Y225M-2。电动机Y225M-2的主要参数有：额定功率为75kW；满载同步转速为3000r/min；功率因数为0.89；重量380kg。图4.3Y225M-2电动机（5）液压泵与电动机的联结液压泵与驱动电机的联结，我们采用联轴节来联结，联轴节的型号选择为：H1473Y-1-5。联结结构如图：图4.4齿轮泵与电动机的联结（6）液压泵站的结构型式工程中通常用到的液压泵站的机构型式有：上置式（分立式和卧式）、盘置式、下置式。为布置得更加合理，我们设计液压泵站的结构为上置式，因为有两个液压泵，定量泵采用立式安装，变量泵采用卧式安装。图4.5液压泵站简图定量泵CBF-F63由于比较轻，而且不用太多操作，与电动机装配完后采用立式安装结构，将定量泵CBF-F63安放在油箱里面。变量泵63SCY14-1B因其工作时需要进行变量操作，所以将其卧式安装在油箱上端面。3、液压阀站的设计液压阀站的设计，主要是将各个装置需要控制的油缸马达的控制阀体以及一些在油路中使用的控制阀放在一个集成的结构上，通常成为集成块。从双向弯管机的整个装置中，我们设计了7个集成块，来完成对各个执行元件的控制操作，基本上一个执行元件一个集成块，有的简单的阀体可以集中装在一个面上。对于集成块的控制阀体在液压原理图上面已经详细给出。4.2.2油箱的设计油箱是液压系统的重要组成部分，除了由于储存油外，还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。油箱中安装有很多辅助件，如冷却器、滤油器、空气过滤器及液位计等。油箱可分为开式与闭式两种，双向弯管机的液压系统油箱的机构我们采用开式油箱。开式油箱，箱中液面与大气相通，在油箱盖上装有空气过滤器。开式油箱较之闭式结构简单，安装维护方便。油箱的形状我们设计为矩形式，因为矩形式油箱较之圆罐形油箱制造容易，且油箱上面易于安放相关液压元件。1、油箱容积计算油箱的容量与系统的流量有关，一般容量可取最大容流量的3~5倍。由上面计算得到的双向弯管机的最大流量为100L/min，估算系统的需油量为630L，考虑到有一定的容积效率=0.8。还有液压系统工作的稳定性，一方面尽可能地满足散热的要求，另一方面在液压系统停止工作时应能容纳系统中的所有工作介质，而工作时又能保持适当的液位。查机械设计手册第四卷表23.9-1油箱容量JB/T7938-1999。表4.1油箱容积L46.31025406310016025031540050063080010001250160020003150400050006300我们选择油箱容积为1250L，初定油箱的具体尺寸有：长×宽×高为1500×1200×1000；油箱的壁厚为10mm；油箱盖的厚度为12mm；箱底板的厚度为15mm。箱体底部支板高度为100mm。2、隔板吸油管和回油管设置的距离比较远，我们其中间增加一块隔板，以加大液流循环的途径，这样能提高散热、分离空气及沉淀杂质的效果。隔板的高度一般我液压高度的2/3~3/4，我们定为550mm。液压高度设有液位计来测量控制。3、注油、放油阀在油箱盖开有注油口，设有阀体，用于向油箱里注入液体。在注油口增加一个空气过滤器，防止尘埃进入油箱，污染液体。为便于放油和清理，箱底有一定的斜度，并在最低处设置放油阀。4、油箱结构通过上面的设计，我们得出油箱的结构如下图：图4.6油箱结构对于油箱内表的防腐处理我们采用酸洗后磷化，工作前还得做泄漏试验。4.2.3辅助元件的确定工程中常用的液压系统辅助元件有蓄能器、过滤器及一些液压仪表等等。1、蓄能器蓄能器在液压系统中是用来储存、释放能量的装置。其主要用途为：可作为辅助液压源在短时间里提供一定数量的压力油，满足系统对速度、压力的要求，如可以实现某支路液压缸的增速、保压、缓冲等。在我们设计的双向弯管机的弯曲装置中和加紧装置中需要用到蓄能器。两个装置出的蓄能主要是为了稳定压力，在我们的液压系统中由于油温升高而使液体膨胀，产生高压可使用蓄能器来吸收；当容积的变化而使油量减少时，蓄能器也可以起到补偿作用。（1）蓄能器的类型考虑系统的压力大小，我们选择蓄能器的类型为气体加载式中的气囊式。因为这种气囊式蓄能器油气隔离，油不易氧化，油中不易混入气体，反应灵敏，尺寸小，重量轻。囊中的气体充氮气。图4.7气囊式蓄能器（2）蓄能器的型号对于气囊式的蓄能器我们采用NXQA-/△-L-H。型号说明：NXQ—囊式蓄能器；A—蓄能器的结构型式为A型；—公称容积，单位L；△—压力级别，单位为MPa；L—接方式为螺纹连接；H—工作介质为矿物油；公称容积L是蓄能器的主要参数之一，蓄能器的选择工程中常常是依据公称容量和油路的压力大小，因此我们先计算出。前面我们提到在弯曲装置和夹紧装置中使用蓄能器的主要目的是为了稳定压力，所以蓄能器的公称容量可以按下式作辅助动力源时计算：（4.1）式中：—充气压力（Pa），按0.9>>0.25充气；—系统最低压力（Pa）；—系统最高压力（Pa）；n—指数，取n=1.4；—为蓄能器的工作容积（）。根据设计出双向弯管机液压系统原理，得到为10MPa，为16MPa，为2L，n为1.4，取为6MPa。得到：=10.10（L）。查机械设计手册第四卷表23.8-5。根据系统压力和蓄能器公称容积我们确定蓄能器的型号为NXQ-10/10-L-H。（3）蓄能器的结构蓄能器型号为NXQ-10/10-L-H，公称容量为10L，压力为10MPa，其结构的具体尺寸有：口径Φd为70mm，螺纹为M60x2；总高L为650mm；Φ为219mm；重量为42kg。图4.8蓄能器结构2、冷却器当液压系统工作时，因液压泵、液压马达等的容积损失和机械损失，控制元件管路的压力损失和液体摩擦损失等消耗的能量，几乎全部转化成热量，这样会使得油液的粘度下降，造成元件内泄漏、密封老化。严重时会影响液压系统的正常工作，因此在设计液压系统时，为减少热量的产生降低液压系统的温度，一方面增大油箱的散热面积，另一方面就是增加冷却器来冷却油液。双向弯管机的液压系统中，我们在回油的管路上面设计了一个冷却器来降低油液的温度。冷却方式采用水冷列管式，这种冷却方式冷却水从管内流过，油从列管间流过，中间折板使油折流，并采用双程流动方式，强化冷却效果。散热效果好，散热系数可达350~580W/(m2·C)。类型参照机械设计手册第四卷采用LQ型列管式冷却器，型号为2LQFW-A/1.0F。主要参数有：2为管称数为；F为浮动头结构形式；W为卧式安装方式；A为压力等级MPa；1.0为散热面积，单位；F为法兰连接。图4.92LQFW-A/1.0F型冷却器3、过滤器过滤器的使用主要是清除液压系统工作介质中的固体污染物，使工作介质保持清洁，延长元器件的使用寿命、保证液压元件工作性能可靠。选择过滤器主要是看其过滤精度和过滤能力，过滤精度是指油液通过过滤器时，能够穿过过滤芯的球形污染物的最大直径。过滤能力也叫通油能力，指在一定压力差下允许通过过滤器的最大流量。在我们设计的双向弯管机液压系统中用到的过滤器主要是在油泵的吸油口、系统的回油口和注油口处。在吸油处的过滤器主要是保护液压泵，其精度类别采用粗过滤器，即能滤掉100цm以上的颗粒。在回油口处的过滤器主要是用于降低油液污染度，其精度类别采用普通过滤器，能过滤掉10~100цm。注油口出的过滤器一般是防止注油时污染物进入，精度类别也是采用粗过滤器，通常和空气滤清器一起使用。（1）吸油口处过滤器按照设计要求，吸油口处的过滤器我们采用网式过滤器，型号为WU-160180F。图4.10WU式过滤器WU-160180F形过滤器其结构具体参数有：过滤精度为180цm；压力损失为小于0.01MPa；流量为160L/min；联结形式为螺纹联结。图4.9中H为200mm；h为170mm；d为50mm；D为82mm。（2）注油处过滤器注油口处的过滤器采用较大孔的网状的过滤器，具体型号可以按油口的大小来挑选。在注油口处的空气滤清器型号采用EF6-80。4、仪表在液压系统中为实时观测系统的数据，我们在油路中设计一些常用的仪表，如温度仪表、压力仪表、液位仪表等等。（1）温度计为稳定液压元件的工作稳定性，准确测定液压系统的温度是非常重要的。我们可以在油箱及重要的元件油路上安装温度计来测定液压系统的温度，对于温度计类型我们采用WSS-6011型,测量范围-40~80度。（2）压力表为实时监测液压系统的油压，我们可以在需要的地方安装压力仪表来监控油路的压力。压力表类型我们采用Y系列压力表，由于油路的不用，其型号也可以根据需要选择，可以选择Y-60、Y-100等，测量范围为0~25MPa。（3）液位计为实时监测油箱液位的高度，以方便及时控制油量，我们在油箱外侧壁上安装液位计。液位计的类型我们采用YWZ型，具体型号为YWZ-400T，400为液位计的螺钉中心距，T为带有温度计的，适用工作温度范围为-20°~100°。4.3液压系统漏油、噪声控制4.3.1液压系统漏油控制液压系统泄漏的原因是错综复杂的，主要是与振动、压力差、制造误差、装配间隙等有关。泄漏工程上分为外泄漏和内泄漏两种。外泄漏是指油液从元器件或管道接口内部向外泄漏；内泄漏是指元器件内部由于间隙、磨损等原因有少量油液从高压腔流到低压腔。外泄漏会造成油液浪费，污染环境，严重时造成火灾危及人生安全。内泄漏能引起系统压力、流量不稳定严重时会造成停产事故。为降低双向弯管机液压系统的泄漏，我们采取的措施有：（1）减少了油路管接头的数量，采用控制阀集成的方式防止系统漏油；（2）在换向时为减小液压冲击和机械振动，尽量延长换向时间；（3）定期检查、定期维修、及时处理，防止泄漏的发生。4.3.2