小型液压圆管冷弯成形机成型及退料机构设计

小型液压圆管冷弯成形机成型及退料机构设计

摘要

用辑式冷弯推挤变形，将圆形焊接管或无缝钢管加工成方形、矩形等异型管的方法,

和冲压、折弯、拉拔等变形方法一样，也是金属压力加工范畴中的一种冷弯成形加工工

艺。根据轧辑的动力传动方式，辐式冷弯成形又分为主动式和被动式两大类型。当前国

内外由电动机带动轧辑的主动式冷弯机组应用比较普遍，仅国内就有机组约2000多套。

冷弯型钢年生产能力达2000多万吨。其中大部分机组是以钢板为原料，辐压弯制为圆

形管材或异型开口板材，用来生产方形矩形等异型管材的机组相对比较少，大中型机组

全国仅有十多套。而利用辐式被动推挤圆变方冷弯技术的异型管成形机组在国内则更为

稀少。仅有天津钢管公司、秦皇岛东洋公司和苏南异型3套机组。

当前在国内外经济社会日趋个性化发展的浪潮中，异型钢管作为更能恰当满足不同

受力情况的经济断面型材，越来越受到人们的关注。适应建筑钢结构、桥梁、造船、机

车车辆、机械加工等工业现代化的发展，各种异型钢管特别是大规格、厚壁方型、矩型

钢管需求量日趋攀升。自2000年美国“811”以后，世界各国材料专家苦心致力于对

表面积小、大规格、厚壁、高刚度、高强度、耐火性强的建筑钢结构型材的开发。普遍

关注于对方形和矩形钢管性能和生产工艺技术的研究。2003年国内天津钢管公司率先投

建的KSH-500型被动物式圆变方异型管冷成形生产线也正是为此应时而生。它以边长

50-500毫米超宽产品规格范围和4-30毫米壁厚的大适应幅度，不仅填补了我国在这一

专业领域上的空缺，而且成为至今世界辑压冷弯圆变方成形边长最大，壁厚最摩的生产

机组。近年来在方、矩管生产基础上，天津钢管公司利用该机组又成功开发出大口径钢

管冷定径工艺。不仅实现了一机多用，而且定径精度高于国家标准。随着方、矩管应用

市场的不断扩展，随着无缝钢管规格系列的不断拓宽，天津钢管公司的大量高性能高质

量新产品已源源不断的供应国内外的企业和工程。这一成功，必将会让业内人士重新审

视这个一度曾被认为不宜推广发展的被动辐式圆变方异型管冷成形技术。也必然会把这

一技术的深入研发推向新的高潮。

关键词：冷弯，21管，液压

Abstract

Thedevelopmentdirectionofharvesterwillbetohigh-techdirection,makingoutthe

applicabilityofharvesteristhedevelopmentofthemarket,isverypromisingfordifferent

regionsdevelopeddifferentharvester.Thus,thecorrespondingmanufacturingcombinehigh

performanceisthedevelopmentofforeignharvester.Thedevelopmentdirectionofharvester

willbetohigh-techdirection,makingouttheapplicabilityofharvesteristhedevelopmentof

themarket,isverypromisingfordifferentregionsdevelopeddifferentharvester.Thus,the

correspondingmanufacturingcombinehighperformanceisthedevelopmentofforeign

harvester.Thericecombineharvestercancompleteharvesting,threshing,separationand

baggingoperationsatonetime.Thedevelopmentdirectionofharvesterwillbetohigh-tech

direction,makingouttheapplicabilityofharvesteristhedevelopmentofthemarket,isvery

promisingfordifferentregionsdevelopeddifferentharvester.Thedevelopmentdirectionof

harvesterwillbetohigh-techdirection,makingouttheapplicabilityofharvesteristhe

developmentofthemarket,isverypromisingfordifferentregionsdevelopeddifferent

harvester.Thus,thecorrespondingmanufacturingcombinehighperformanceisthe

developmentofforeignharvester.Thericecombineharvestercancompleteharvesting,

threshing,separationandbaggingoperationsatonetime.Themachinehastheadvantagesof

smallvolume,lightweight,flexibleoperation,throughandgoodadaptability,canbettersolve

theproblemofbig,medium-sizedharvestertoharvestinthehilly,mountainousandpaddy

field.Thus,thecorrespondingmanufacturingcombinehighperformanceisthedevelopmentof

foreignharvester.Thericecombineharvestercancompleteharvesting,threshing,separation

andbaggingoperationsatonetime.Themachinehastheadvantagesofsmallvolume,light

weight,flexibleoperation,throughandgoodadaptability,canbettersolvetheproblemofbig,

medium-sizedharvestertoharvestinthehilly,mountainousandpaddyfield.Themachinehas

theadvantagesofsmallvolume,lightweight,flexibleoperation,throughandgood

adaptability,canbettersolvetheproblemofbig,medium-sizedharvestertoharvestinthe

hilly,mountainousandpaddyfield.Thericecombineharvestercancompleteharvesting,

threshing,separationandbaggingoperationsatonetime.Themachinehastheadvantagesof

smallvolume,lightweight,flexibleoperation,throughandgoodadaptability,canbettersolve

theproblemofbig,medium-sizedharvestertoharvestinthehilly,mountainousandpaddy

field.

in

KeyWords：ricethresherthreshing;improveddesign;

IV

目录

摘要......................................................................II

Abstract..................................................................................................................................................Ill

目录......................................................................V

第1章绪论..................................................................1

第2章总体方案确定................................................2

2.1液压圆管冷弯机工作原理..............................................2

2.2液压圆管冷弯机总体设计..............................................3

2.2.1液压圆管冷弯机的类型定位.......................................3

2.2.2液压圆管冷弯机的整机结构及选择.................................3

2.2.3液压圆管冷弯机的工作流程.......................................4

第3章液压圆管冷弯机设计.............................................6

3.1冷弯原理............................................................6

3.2液压圆管冷弯机类型选择..............................................6

第4章动力的选择...........................................................8

4.1整机消耗的功率计算..................................................8

4.1.1液压圆管冷弯机的功率消耗的计算................................8

4.1.2折弯装置的功率消耗的计算......................................8

4.2液压缸的选择........................................................9

第5章传动装置设计.......................................................10

5.1传动结构...........................................................10

5.2确定液压缸参数.....................................................10

5.3计算压轴力.........................................................12

第6章轴的设计与计算......................................................13

6.1轴的材料选择.......................................................13

6.2轴的最小直径确定...................................................13

6.3轴的结构设计.......................................................13

v

6.4轴的校核...........................................................13

第7章键连接选择..........................................................16

第8章压杆选用...........................................................17

8.1压杆校核............................................................17

8.2冷弯压杆强度计算...................................................18

8.3压杆直径计算.......................................................18

8.4冷弯压杆长度确定....................................................19

第9章液压圆管冷弯机退料机构设计.........................................20

9.1压杆冷弯退料设计....................................................2()

9.1.1退料结构选择..................................................20

9.1.2退料的流程....................................................20

9.1.3相关参数的计算................................................21

9.2夹板的设计..........................................................21

9.2.1夹板类型的确定................................

9.2.2夹板直径的确定................................

9.2.3夹板与压杆之间间隙的确定.....................................21

第10章电器PLC控制......................................................2()

结论........................................................................23

参考文献....................................................................24

致谢......................................................................25

VI

第1章绪论

第1章绪论

用辑式冷弯推挤变形，将圆形焊接管或无缝钢管加工成方形、矩形等异型管的方法，和冲压、

折弯、拉拔等变形方法一样，也是金属压力加工范畴中的一种冷弯成形加工工艺。根据轧馄的动力

传动方式，轻式冷弯成形又分为主动式和被动式两大类型。当前国内外由电动机带动轧辐的主动式

冷弯机组应用比较普遍，仅国内就有机组约2000多套。冷弯型钢年生产能力达2000多万吨。其中

大部分机组是以钢板为原料，辑压弯制为圆形管材或异型开口板材。用来生产方形矩形等异型管材

的机组相对比较少，大中型机组全国仅有I•多套。而利用辐式被动推挤圆变方冷弯技术的异型管成

形机组在国内则更为稀少。仅有天津钢管公司、秦皇岛东洋公司和苏南异型3套机组。

当前在国内外经济社会日趋个性化发展的浪潮中，异型钢管作为更能恰当满足不同受力情况的

经济断面型材，越来越受到人们的关注。适应建筑钢结构、桥梁、造船、机车车辆、机械加工等工

业现代化的发展，各种异型钢管特别是大规格、厚壁方型、矩型钢管需求量日趋攀升。自2000年美

国“811”以后，世界各国材料专家苦心致力于对表面积小、大规格、厚壁、高刚度、高强度、耐火

性强的建筑钢结构型材的开发。普遍关注于对方形和矩形钢管性能和生产工艺技术的研究。2003年

国内天津钢管公司率先投建的RSH-500型被动辐式圆变方异型管冷成形生产线也正是为此应时而

生。它以边长50-500亳米超宽产品规格范围和4-30毫米壁厚的大适应幅度，不仅填补了我国在这一

专业领域上的空缺，而且成为至今世界辐压冷弯圆变方成形边长最大，壁厚最厚的生产机组。近年

来在方、矩管生产基础上，天津钢管公司利用该机组又成功开发出大口径钢管冷定径工艺。不仅实

现了一机多用，而且定径精度高于国家标准。随着方、矩管应用市场的不断扩展，随看无缝钢管规

格系列的不断拓宽，天津钢管公司的大量高性能高质量新产品已源源不断的供应国内外的企业和工

程。这一成功，必将会让业内人士重新审视这个一度曾被认为不宜推广发展的被动程式圆变方异型

管冷成形技术。也必然会把这一技术的深入研发推向新的高潮。

1

第2章总体方案确定

2.1液压圆管冷弯机工作原理

液压圆管冷弯机整机选用一台电机和一台鼓压杆，电机，风扇转动和倒开关控制停

止。电机顺时针饲料管子棒，CCW主要用于启动管子棒和故障排除的球迷吹掉产生的

碎片冷弯，渣。通过皮带轮，皮带轮无级变速器，同步退料滑轮，所以切割皓电动机，

管子棒形的旋转切削工具，在工作中调整转向手柄，可以增加或减少切割器的速度;另一

种传输线从两三角皮带轮，蜗杆传动三套鼓转动。

液压圆管冷弯机

装在压杆压缩弹赞，橡皮辐，塑料辐，橡皮轻，它们旋转两组（棒送入管子），无

论是从橡胶辑夹紧作用，而且还棒运送管子的功能，管子上的穗轴弹簧直径，可以进行

按照适当调节两辐之间的距离，以适应不同直径的棒冷弯要求。一组塑料压杆可以是管

子芯保持器，输送到废液箱。工具和刀具润滑使用滴灌杯油，用橄榄油润滑油。为紧凑,

内置切刀塑料。塑料上旋转的轴。

机器润滑蜗轮，蜗杆，塑料，蠕虫的主要部分，该蠕虫使用开放带动，润滑黄油；

当运行塑料需要润滑，使用标准的针型油杯，在200毫升的体积，而对于此配备有滴液

管，管路端用螺栓固定在油杯，上的槽连接的另一端。滴水管的情况下可见油杯调节工

作的大小。橄榄油的润滑油最好的选择，考虑到可供测试的其他食用油的价格。

2

第2章总体方案确定

闭口断面型材也称为空心型材。最常用的闭口型材主要有圆管、方管和矩型管等对称截

面型材。对于闭口型材的断面冷弯加工从工艺上讲是个复杂的变形过程，至今尚无完整

的理论来诠译、解析。往往仅能依据经验的积累来确定变形条件与基本参数.业内一些

专家曾借助于型钢碾轧变形理论中的压下量、宽展、延伸系数、孔型系等一些概念来分

析圆变方等闭口型材的工艺过程，实际运用中却并不贴切。闭口型材壁厚方向不受限制

是给变形和受力分析增加难度的主要原因。为此本文也仅能从几个基本相关要点作简要

分析；以工艺实践介绍作为主要内容断面。

2.2液压圆管冷弯机总体设计

闭口断面型材也称为空心型材。最常用的闭口型材主要有圆管、方管和矩型管等对

称截面型材。对于闭口型材的断面冷弯加工从工艺上讲是个复杂的变形过程，至今尚无

完整的理论来诠译、解圻。往往仅能依据经验的积累来确定变形条件与基本参数。业内

一些专家曾借助于型钢谖轧变形理论中的压下量、宽展、延伸系数、孔型系等一些概念

来分析圆变方等闭口型材的工艺过程，实际运用中却并不贴切。闭口型材壁厚方向不受

限制是给变形和受力分析增加难度的主要原因。为此本文也仅能从几个基本相关要点作

简要分析；以工艺实践介绍作为主要内容断面。

2.2.1液压圆管冷弯机的类型定位

断面中性线周长不变规律，是圆变方等冷弯成形过程中进行变形分析、原料选择、轧辐

设计、成品质量控制的出发点和工艺参数的计算基础。金属的冷弯成形加工实质上是控

制改变金属变形断面相关部位的曲率，达到要求的过程。这一过程。必然要伴随横截面

内外层面拉伸或压缩形变发生。曲率增大部分，外层材料受拉，内层受压。内外层材料

中间必然存在有一个层面上径向应力为Oo这些断面径向应力为0的点连接起来既为截

面的中性层。是周长不变层面。平钢板和圆管的中性层在1/2板厚位置。当断面变形部

分的位伸和压缩应力超过材料屈服极限，小于断裂极限时既发生永久性塑性变形，达到

冷弯之目的。冷弯实践证明，随材料弯曲变形的进行，中性层面将向曲面圆心方向偏移。

其偏移量e值可按如下理论公式计算

：2.2.2液压圆管冷弯机的整机结构及选择

3

在被动推挤变形方式中，动力缘自于对原料管材施加的纵向推力。这一纵向力会在

材料上产生较大的压应力。虽然不足以超过材料的屈服限而产生塑性变形。但在整个机

组各机架间变形管材上的纵向压力将阻碍截面径向形变时材料的前后滑。而且中空管材

壁厚方向无约束，断面径向弯曲变形的不均匀造成相邻部份相互的制约，这些因素都严

重限制了管材的纵向延伸，从而使这一变形过程近似于二维形变。尽管在圆变方过程中

也采用了近似于型钢轧制的箱形孔型，也给予足够大的道次压下量，限制了宽展，但纵

向延伸却很小。大量生产实践中得出方矩管成形过程总延伸系数仅为1.004—1.02。

如推制Q345、长12米、200X200、壁厚24毫米方管时,成品长度延伸量不足200

毫米。推制Q235、长8米、60X60、壁厚5毫米方管时，成品长度延伸量约为40毫米。

2.2.3液压圆管冷弯机的工作流程

4

第2章总体方案询定

冷弯成型时的弯曲变形要受材料极限变形率既极限延伸率的限制。否则在弯曲处将出现

裂纹或折断。材料的弯曲变形，角部最外层金属纤维受拉应力最大，也既成为最易被破

坏层面。而这一拉应力的变化是随弯曲曲率半径的减小而增大的。金属材料允许的最小

弯曲半径Rmin理论计算公式为：

式中:Rmin一最小允许弯曲半径mm

S-材料的厚度mm

Ss-金属材料极限延伸率

常用结构钢的极限延伸率举例如下：

10#钢8s=31%

20#钢3s=25%

16Mn钢8s=21%

在设定圆变方工艺时可用以上公式，作为选择方矩管截面角部弯曲半径的依据。在

冷弯行业中，国际上各国方矩管标准，不但对材料成份机械性能等条件进行了约束，而

且也按管材的材质、壁厚给定出弯角外圆弧半径的限制。

以我国结构用冷弯空心型钢国标GB/T6728-2002中的规定为例：

角部外圆弧半径R值

壁厚t(mm)碳素钢(osW320MPa)低合钢(。s>320MPa)

tW31.0—2.5t1.5—2.5t

3VtW61.5—2.5t2.0—3.Ot

6<t^l02.0—3.Ot2.0—3.5t

t>102.0—3.5t2.5-4.Ot

5

第3章收割装置设计

第3章液压圆管冷弯机设计

3.1冷弯原理

1）冲击冷弯：对对方冷弯元素冲击作用秒杀头和冷弯。较高的冲击速度，冷弯越强，

但也越大裂解速率。

2）摩擦冷弯：由组件和谷物之间，以及谷物和谷物冷弯谷物冷弯离去之间的摩擦。液

压圆管冷弯机冷弯间隙的大小是至关重要的。

3）梳刷冷弯：谷物冷弯由拉力冷弯部件进行。

4）冷弯：打谷冷弯通过施加压力的元素进行粮食。在这种情况下，力作用在谷物主要

沿晶面的法向力。

5）振动冷弯：由冷弯元件用于施加高频振动进行谷物冷弯。

冷弯是的儿种方法在长期的生产实践过程中总结而来去壳大米储存。如果裸存储，则存

储时间短。米粒脆，易折断。因此，本设计采用梳刷冷弯，主要针对与冷弯冷弯完成补

充两者。

3.2液压圆管冷弯机类型选择

在根据不同子类型的不同的方式，根据本馈送模式液压圆管冷弯机可分为：全喂入

和半喂入［6］；通过冷弯退料可分为：

1）剪切流纹杆冷弯压杆单元，它由粮食倾杆，网格状凹雕，间隙调整装置等组成。

擦冷弯为主，影响，冷弯和分离能力的能力，小关穗率补充。但饲养不均匀种子湿度，

冷弯质量下降。

2）切流尖刺压杆液压圆管冷弯机，其中包括牙退料和指甲美甲退料凹版。强劲飙

升使用谷物

强烈的影响，以及内部的差距，擦冷弯冷弯。能够抓取不均匀，湿饲料作物具有较强的

适应性。不过关的秆高，分离较差。

3）双压杆液压圆管冷弯机，使用两个辐协同工作。较低的第一鼓的速度，你可以

把一个很好的成熟，丰满的内核先行。第二压杆的较高的速度，较小的间隙，不能完全

冷弯谷物前滚脱净。

4）轴向冷弯压杆单元，轴向短功率的较大的作物的物理和机械特性消耗，比传统

型更敏感，影响饲料作物的长度，水分含量都较大。

6

第2章总体方案询定

5）退料压杆液压圆管冷弯机冷弯，可以和起飞。仅第一冷弯穗到压杆，以确保冷

弯后的干完好;小凹版屏幕分离含杂率有利于后续的清洗;大部分晶粒的可以从凹印筛，

颗粒破碎和损坏很少被分离，功率消耗小。但是，只有接穗尖适应不适应矮作物，作物

适应性差冷弯作物。

7

第4章动力的选择

第4章动力的选择

4.1整机消耗的功率计算

4.1.1液压圆管冷弯机的功率消耗的计算

液压圆管冷弯机在工作时，在运转稳定性较好(保障冷弯压杆运转稳定性的条件：

有足够的转动惯量；发动机有足够的储备功率和较灵敏的调速器)的条件下，其功率总

耗用N由两部分组成：一部分用于克服压杆空转而消耗的功率M.(占总功率消耗的

一部分用于克服冷弯阻力而消耗的功率%(占总功率消耗的83%-85%)，所以

液压圆管冷弯机的功率消耗为：

N=Nk+N,(kW)(4)

1)其中空转功率消耗：M=A0+5疗

式中：A——系数，A◎为克服及传动装置的摩擦阻力的功率消耗，

A=(0.2-0.3)x10-3

B——系数，3/为克服压杆转动时的空气迎风阻力而消耗的功率，

Z?=(0.48-0.68)x10^.

2)其中冷弯功率消耗N,:这个过程比较复杂，首先是以较低的速度进入液压圆管冷

弯机入口处，与高速旋转的冷弯压杆接触，然后被拖入冷弯间隙进行冷弯，既有梳刷也

有打击，研究的依据是动量守恒定律：

冲量转换为动量：P△/=A/〃U,//=&〃/4(5)

N,=/?/V2/1(X)()(1-F)

H一单位时间喂入的谷物量；

/一综合搓擦系数，0.7-0.8；

v一压杆的切向速度，15m/So

将数据代入N=M+必得:

N=0.52+1.5=2.02(kw)

4.1.2折弯装置的功率消耗的计算

折弯装置消耗的功率由下式可求得：

N$=Q、Np1n*2(6)

其中：a——单位时间进入折弯装置的脱出物质量(依/$)；

8

第4章动力的选择

Np一一单位脱出物质量折弯筛所需的功率Qkwlkgls),上筛：0.4-0.5,下筛：

0.25-0.3；

〃一一选别能力系数，0.8-0.8。

代入数据可得消耗的功率：

N、=/〃=1.75(kw)

4.2液压缸的选择

通过上面的计算，可以知道整个液压圆管冷弯机消耗的功率，其消耗的总功率为：

P,,=0.043+2.02+1.75+1=4.813(kw)

查机械设计手册涧可得，选取广泛用于农业上95系列，南昌液压缸厂，选取型号

为：X295BC-15,其额定功率为16.2左卬，满载强度为.满足液压圆管冷弯机的动力的

需求。

9

第5章传动装置设计

第5章传动装置设计

5.1传动结构

主传动轴f冷弯压杆-第2传动轴一压杆

If第1传动轴一曲柄摇杆

5.2确定液压缸参数

总

额/〃（7）

式中〃额一液压缸满载强度，1500r/min,则

i=〃颔/〃=2.4

那么的卜2,处于2〜4之间，符合要求。

分配各级

1）取传动为工=4,

2）取第1传动轴i2为0.6,

3）第2传动轴i3=24/4x0.6=1。

液压缸输出轴额定强度为=750r/min，液压圆管冷弯机满负荷作业时,输出轴

强度稳定在0.8-0.8倍额定强度状态下运行.

1）各轴强度

主传动轴强度，〃一主轴与动力输出轴直联。

n卜=〃动«7（X）/7min

第1传动轴转々。为i=0.6,带传动按82%效率计算，则

/?!=/?（xix92%=386r/min

冷弯压杆强度〃脱。带传动按82%效率计算，则

〃脱=〃卜x92%=650r/inin

第2传动轴强度为公，为1。带传动按82%效率计算，则

n2=650x1x92%=598r/nin

压杆的强度〃风，压杆直接安装在第2传动轴上，则

〃风=n2=598〃/min

2）各轴功率

10

第5章传动装置设计

主传动轴

，额=〃主=5.5%卬

第1传动轴

Pi=pvx0.92=5.06攵卬

式中，厂丫带传动效率；查表制取值0.82。

3)各轴转矩

第1传动轴

z=9550场/一筒=9550x5.5/615=80.81(M/n)

第2传动轴

T2=9550q/4=9550x5.225/437=114.18(^./??)

根据总体方案的选择，查机械设计手册项的工况系数K=1.0。可得计算功率为：

p=Kxp=5.5kw(8)

根据计算功率和液压缸的强度，查手册的选择采用SPZ型皮带。

小带轮的直径通过查机械设计手册,，有血/血而「其中是的最小基准直径，

以过小，会降低皮带的使用寿命。；反过来，虽然可以延长皮带的使用寿命，但是带传

动的外形尺寸随之增大，的最小基准直径参考值如下表所示。

表3轮的最小基准直径

类型YZSPZASPABSPBCSPCDE

ddmm/丽2050637580125140200224355500

选取小带轮的直径4“=15mmo

大带轮的基准直径九=&(1—G=L15X75=86.25〃〃〃，取心二姐杵

上式中，是传动的滑动率，值很小，在计算中可以忽略不计。

带速的计算：v=^/J1/?/6()xl(XX)<vmax

代入数据的V=8.64/77/5

对于普通的，vmax=5-25/72/5,太小传递的功率小，太大则离心力过大，计算的结

果在合理范围内，符合设计要求。

由公式0.7(〃+4/2)4/<2(4/]+4/2)(8)

代入数据得《)=200mm。

所需带的基准长度为：

I!

Lg=24+兀/2(/]+4/2)+(4/2—4/i)/4a。

代入数据得L(n=659.33〃〃7?

则实际的轴间距为。p%+(4-匕。)/2

代入数据的实际的轴间距为a=185.34加〃o

由下式可求带轮包角：

ax=180°-(^,一"山)/457.3。

=180°-(86.25-75)/185.34x57.3°

=176.52°

一般a21200,最小不低于90。，小带轮包角合适，不需要使用张紧轮。

根数可由以下公式计算：

Z=Pc/[p()]=〃J[(PO+30)阳+勺]

其中——功率增量，考虑iwl时，在大带轮上的弯曲应力较小，在寿命相同的条

件下，可以增大传递的功率。

kA——包角修正系数，考虑包角不等于180。时对传动能力的影响。

号——带长修正系数，考虑包角不为特定长度时对传动能力的影响。

P。一一单根的基本额定功率。

查机械设计手册画可得：%)=0.30,3=0.88,号=0.87,p°=1.54kw

z=5.5/[(1.54+0.3)x0.99x0.97]=3.12

圆整后取根数z=3

2

根据公式F()=[500x(2.5-kA)p(./kAzv]+qv(11)

=500x(2.5-0.99)x5.5/0.99x3x8.64+0.1x8.642

=169.28?/

5.3计算压轴力

根据公式FQ=2/7)zsinaJ2(12)

分max=3与ZSin%/2(⑶其中与max为

正常预紧力的L5倍。

代入数据=2x169.28x3xsinl76.52°/2=1015.21^

匕VlllclA=1.5x1015.21=1522.82N

第6章轴的设计与计算

6.1轴的材料选择

液压圆管冷弯机在工作时，冷弯轴的强度很高，而且传递的扭矩很大，淙合考虑，

轴的材料选择45钢调质处理，硬度为185-280"BS,其接触疲劳强度极限

aHhm=550-620Mpa,弯曲疲劳极限取。阳加=410-480的小。

6.2轴的最小直径确定

由公式dNCNP/nmm(17)

其中P——该轴传递的功率，kw；

n----该轴的强度，r/min；

C——指轴的材料和承载情况确定常数。

已知P=2.02kw,«=650r/min,查机械设计手册⑵］可得0128,代入上式可得

d>\8.45〃〃〃

选d=20mm<>

6.3轴的结构设计

为了便于轴上零件的拆卸，经常把轴做成阶梯形。轴的直径从轴端逐渐向中间增大,

可依次将退料轮和带轮等从轴的上端装拆，为了使轴上的冬件便于安装，轴端及各轴的

端部应有倒角。轴上磨削的轴段应有砂轮越程槽，车制螺纹轴段应有退刀槽，

各段轴的直径，如有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径，安装、退料轮等标准

件的轴径，应符合各标准件的内径系列规定。采用的套筒、螺母、轴端挡圈作轴向固定

时，应把装零件的轴段长度做的比零件轮毂短2~3皿〃，以确保螺母等紧靠零件端面。

冷弯轴结构初定如图7所示：

6.4轴的校核

6.4.1轴上载荷的计算

求上的支反力

垂直面内：FW1=917NEW2=314N

水平而内：外m=2518NF=X63N

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画受力简图与弯矩蛰，如图8所示：

据第四强度理论且忽略键槽影响

b=M/W〈[b"=7()MPa

(M=Jm2+0.7572,W=7id5/32)

W=9.2xio-6

4受力分析

区句=M/W=1.93x105x10-3/9.2x10-6=25.69MPaY[(T.J=70MPa

5“2=M/W=2.34x105xIO_3/O.lx0.0453=20.69MPaY口.』=70MPa

轴安全。

图8受力简图和弯矩图

6.4.2按弯扭合成应力校核轴强度

讲行校核时，只校核上承受弯矩和扭矩最大的截面强度，取合二0.6,

轴的计算应力为：

9,=4Mr+(87¥/卬二^(99.5x103)2+(0.6x261.9x1)2/O.lx303=48.8N

前已选定轴材料为45号钢，调质处理，由机械设计⑸表15-1查得卜_』=60Mpa因此

4"＜上』，故安全。

6.4.3精确校核轴的疲劳强度

抗弯截面系数：vr=O.W3=O.lx3()3=2700/"/

抗扭截面系数：卬产02/=0.2x30、5400〃〃/

截面上弯矩应力/=M/W=99500/2700=36.SMPa

截面上扭矩应力=7/^=26100/5400=48.3MPa

轴的材料为45钢，调质处理,机械设计⑶表15-1查得％=640MPaj=155MPa。

截面上由于轴肩而形成理论应力集中系数°。及%按机械设计⑸附表3-2查取，

因：

z7d=2/30=0.067。/4=40/30=1.33经插值后可查得%:1.58(rr=l.33

又可查得⑻轴的材料敏性系数为：

0T=0.82巩=0.85

故有效应力集中系数为：

ka=\+qa(aa-[)=\+0.82x(1.59-1)=1.48

匕=1+/(%_D=「O.85(1.33-l)=l.28

由机械设计⑶附图得尺寸系数分=0.85，得扭转尺寸系数为生=0。8

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第7轴的设计与计算

由附图查得表面质量系数

讥=瓦=。.82

轴未经表面强化处理，即4=1,则综合系数值为

—°川4S3

&=&/邑+1/四—1=1.48

又由碳钢的特性系数：

^=0.1-0.2取匕二0.15

匕二0.05-0.1取匕=0.75

计算安全系数S”：

Sa=jJkQu+wo275/1.83x36.8+1.5x0=4.08

S=r,/Arr+^rr=155/1.62x48.3/2+0.15x48.3/2=2.71

XV22

St=SUS[lyls\+s\=4.082.71/4.28+2.71=2.26>S=1.5

故安全

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第7章键连接选择

键连接可分为平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。平键按用途分有

三种：普通平键、导向平键和滑键。平键的两侧面为工作面，平键连接是靠键和键槽侧

面挤压传递转矩，键的上表面和轮毂槽底之间留有间隙。平键连接具有结构简单、装拆

方便、对中性好等优点，因而应用广泛。本设计采用的是平键连接。

查表机械设计手册”表4-1分别选择轴1、2段平键bXhXL=6mm><6mmX2()mm、bXhXL=9mrn

X8mmX22mmo材料为45钢，其许用挤压应力cr=100-120M/%,取其平均值，b=

在本设计中冷弯轴传递的扭矩最大，根据要求，需对冷弯轴的键连接进行强度校核,

因载荷均匀分布，根据平键连接的挤压强度公式：

a[t<4T/dhl=\ap\(18)

式中：T为转矩(N•mm)；

d为轴径(run)；

〃为键的高度(mm)；

/为键的工作长度(mm)；

区」为许用挤压应力(MPa)；

代入数据得%,=47/力/=4x7.5x1O4/2。x6x40=62.5Mpa<=110吸。

可以实现设计要求。

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第8章滚动轴承选用

第8章选用

已知装处轴径〃二40机m，强度〃=650〃/min,查机械设计手册㈤，选用圆锥滚子

轴(GB/T276-1884摘录)，选型号为30208,其基本参数为，

d=50/〃或D=80""〃,B=18"〃〃o基本额定动载荷Cr=63KN。

8.1校核

根据上述数据，可计算：

圆周力4=2力4=2X7.05X10342.26=3317.65N

径向力工=耳xtana/cos夕=3317.65xtan20°；cosl3.03°=1239MN

轴向力=/；tan=3317.65xtan13.03=767.77N

8.1.1当量动载荷计算

该圆锥滚子受工和心的作用，必须求出当量动载荷P。由下式可求：

P=XFr+YFa(20)

其中x,y分别为径向系数和轴向系数。

因为F/F尸767.77/3317.65=0.23<0.37

所以E=5=1239.44N

8.1.2计算所需的径向基本额定动载荷

对于圆锥滚子302C8其径向基本额定载荷

G.=(///£)x(60%/106产(21)

式中人一载荷系数，查表侬］8-15力,取二1；

匕一当量动载荷，1238.44N；

£一温度系数，查表㈤6-4得£二1；

4—基本额定寿命⑻，本机预设寿命4=8000h；

n—强度,650r/min；

£一寿命指数咒对滚子£=9/3。

6173

Cr=(lx1239.44/l)(60x650x8000/10)=8403.40^<63KN

故所选符合要求。

8.1.3验算的寿命

4'=106(C,/P严冷/60〃=2.5x10」力>8000h

由寿命校核结果可以看出两的寿命均大于设计寿命，故所选合格。

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8.2冷弯压杆强度计算

压杆的强度一般根据压杆的有效直径来计算。当压杆速度增加时，脱净率增加，带

柄率减少，但破碎率和断茎率都会增加，当圆周速度大于12米/秒时，脱净率在88%以

上，但如果圆周速度过大，脱离效率提高并不显著，仅使谷粒在压杆上跳动加剧，增加

谷粒的抛散损失心当压杆的圆周速度太小时，退料对穗的冲击力减弱，从而延长冷弯

时间而降低生产率。通常情况下对于来说：V=14~17m/s。根据圆周速度？可以求得

压杆的强度〃。

•.•V=4(D+”)X〃/60(1)

/./I=60V/JT(D+W)

式中

D——压杆直径(不包括退料高度)；

H——退料的高度，取65〃〃〃。

压杆强度n=60xl5/^x0.465=616r/min

取〃=650，/min

8.3压杆直径计算

压杆圈直径D由防止压杆缠草和压杆对茎秆的最大允许包角两个条件确定吗其计

算式为：

D>L/乃(mm)

£>>3607/^2(mm)

其中L一一下作物的长度胸；

1一一作物喂入深度，一般大于400nlm闻；

a——所包围压杆的允许包角，一般为120°⑼。

一般况下，选用较大直径为有利，其原因是：作物喂得深，未进未脱损失少；喂人

口弧度大，可以提高喂人性能；压杆不易缠草，布作物品种和湿度的适应性好；夹板筛

面积大，分离能力强；引转动惯量大，运转平稳，适应超负荷的性能良好；夹板曲率小,

喂进冷弯室的茎秆折断少，有利于减少功率消耗刈。

L取1200mm,1取300mm0则

由上式可得：£>>382mm,

由上式可得：D>3()06m。

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第8章滚动轴承选用

压杆直径一般为400-600〃"〃按退料顶计算）1,退料根处直径一般为360-460〃〃%。

由于本次设计中的采用的是半喂入式液压圆管冷弯机，因此进入液压圆管冷弯机的只是

作物的穗头部分，故不用担心茎杆缠绕的问题可以取压杆直径为400mnr⑶（不含退料高）。

8.4冷弯压杆长度确定

它与喂入速度和退科总数有关：卬。半喂入液压圆管冷弯机工作时作物潮湿，工作量

大,一般选为600-900i叫本机设计压杆长度定为700nlm叫

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宁波大红鹰学院毕业设计（论文）

第9章液压圆管冷弯机退料机构设计

9.1压杆冷弯退料设计

9.1.1退料结构选择

级•