液壓彎管機的設計

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畢業(yè)設計說明書題 目 液壓彎管機的設計 專 業(yè) 液壓與氣動技術 主題抄詞 液壓與氣動技術作為現代化機械設備實現傳動與控制的重要技術手段，在國民經濟的各個領域得到了廣泛的應用。與其他傳動控制技術相比，液壓與氣動技術具有很多的優(yōu)點，像功率密度大，工作平穩(wěn)且快速性好，易于控制并過載保護，易于實現自動化和機電一體化的整合，因而廣泛應用。液壓系統(tǒng)的設計制造和使用維護方面等具有多種顯著的技術優(yōu)勢，故此使其成為現代機械工程的基本技術構成和現代控制工程的基本要素。液壓與氣動技術相比之下，液壓技術在機械工程領域應用非常廣泛，所以本次的設計主要用的是液壓技術。電動彎管機是彎曲管材成型的主要設備之一，適用于可塑性材料的彎曲工藝加工。它在建筑、制造、煤礦、石油、軍工、工程等行業(yè)得到廣泛應用。本設計根據實際生產的需要和要求，再結合電動彎管機自身特點，設計了一款新型便攜式半自動化電動彎管機。該機可配備多式樣不同半徑的彎曲模具，從而實現管材不同半徑和不同角度的彎曲加工。在本設計中，利用液壓傳動的原理，擬定合理的液壓系統(tǒng)圖，經過必要的計算，確定液壓系統(tǒng)的參數，據此來系統(tǒng)結構的設計和液壓元件選型。而對于機械結構，則是根據實際所需設計其結構，緊密、美觀，符合人機工程學。半自動化的設計，提高了生產效率和系統(tǒng)的安全性。無論是液壓系統(tǒng)，還是機械結構，都全方位的考慮使用者的安全和效率。尤其是本次對液壓接夠采用車載臥式布局，更是結構簡單，外形新穎美觀，給使用者一種全新的感受。1 液壓 3081 班 柯超畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文） ，是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日 期： 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內容。作者簽名： 日 期： 2 液壓 3081 班 柯超學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日3 液壓 3081 班 柯超目錄第一章 液壓傳動技術的概述1一、液壓傳動的基本原理和特征11.基本原理 12.液壓傳動的特征 1二、液壓傳動發(fā)展的概況1三、液壓傳動在各領域的應用2四、液壓彎管機的發(fā)展狀況3五、液壓系統(tǒng)的組成及分類31.液壓系統(tǒng)的組成 32.液壓系統(tǒng)的分類 3六、液壓傳動的優(yōu)缺點41.液壓傳動的優(yōu)點 42.液壓傳動的缺點 4七、液壓系統(tǒng)的圖形符號5第二章 電動彎管機5一、 電動彎管機的工作原理5二、 主要技術參數6第三章 管材彎曲6一、管材的力學性能分析6二、管材彎曲過程的分析7三、管材彎曲的計算及彎管能力的校核91.彎曲最小半徑的確定 .92.管材中性層曲率半徑（ ） 9?3.管材的抗彎截面模數 .104.管材彎曲力矩的計算 .10四、彎曲管材斷面形狀的畸變及其防止11五、管材彎曲成形的極限12六、管材彎曲工藝的關鍵12七、管材彎曲的回彈量131.主要影響回彈的因素有 132.減小回彈量的措施 .133.彎曲管材的精度要求 .134.彎曲角度的檢驗 14第四章 電動彎管機機械結構的設計15一、 電動彎管機機構原理圖15二、 電動彎管機的機械結構的設計151.上、下花板的設計 .152.錕軸的設計 .173.銷的選擇 184.螺栓的選擇 .19三、 彎曲模具的設計19第五章 液壓系統(tǒng)的設計與計算204 液壓 3081 班 柯超一、 工況分析20二、 液壓系統(tǒng)主要參數的確定23三、 液壓回路方案的制定，擬定液壓系統(tǒng)原理圖251.液壓回路方案的制定 .252.擬定液壓系統(tǒng)原理圖 .26四、 液壓元件的選型與計算271.液壓泵的選擇272.驅動電動機的選擇 .283.聯軸器的選擇29第六章 液壓缸的設計及其計算32一、 液壓缸設計中應注意的問題32二、 主要結構尺寸的設計與選用321.缸筒壁厚的計算 322.液壓缸的油口尺寸 333.液壓缸缸底厚度的計算 344.活塞與活塞桿的計算 .345.液壓缸工作行程的確定 366.液壓缸最小導向長度的計算 .367.缸筒與缸蓋的連接 .37三、 密封與防塵的選擇371.活塞與缸筒的密封結構 382.活塞桿的密封與防塵 .38第七章 液壓系統(tǒng)輔助原件的設計與選擇39一、 油管及其管接頭39二、 油箱的設計411.油箱容積的確定 412.油箱外形尺寸的確定 .423.油箱內部結構的設計與選取 .424.油箱散熱面積的計算 .43第八章 液壓系統(tǒng)性能的驗算44一、雷諾數44二、壓力損失的驗算44三、液壓泵工作壓力的估算44四、系統(tǒng)溫升的驗算45第九章 液壓站的設計46一、液壓站的結構形式46二、液壓泵的安裝方式46第十章 電動液壓彎管機產品說明書及注意事項47一、YY— 3081 型電動液壓彎管機使用方法 .47二、注意事項47第十一章 YY—3081 型電動液壓彎管機簡易故障及排除方法 .48致 謝50參考文獻51第一章 液壓傳動技術的概述1、液壓傳動的基本原理和特征 1、基本原理：液壓傳動是以液體為工作介質，利用液體的靜壓能實現信息、運動和動力的傳遞及工程控制的技術，其工作原理基于流體力學的帕斯卡原理，即液體靜壓傳遞原理。因此，又稱容積式液體傳動或靜液傳動。液壓傳動的裝置和設備中，其系統(tǒng)使用具有連續(xù)流動性的液壓油為工作介質，通過被電動機驅動的液壓泵的機械能轉換為液體的壓力能，然后通過封閉的管路和控制閥(壓力閥、流量閥和方向閥） ，送至執(zhí)行原件（液壓馬達、液壓缸） ，再由其將壓力能轉換為機械能去驅動負載和實現工作機構所需的直線或旋轉運動。2、液壓傳動的特征：1 液壓工作介質是在受調節(jié)和控制下工作，故可作“傳動”之用，亦可作“控制”之用，二者很難截然分開。2 液壓技術中，與外負載（推理 或轉矩 ）相對應的液體參數是壓力FT；與運動速度 （或轉速 ）相對應的液體參量是流量 。壓力 和流pvnqp量 液壓系統(tǒng)中兩個最基本的參數，壓力的高低取決于負載大小，流量q大小取決于速度高低和執(zhí)行元件的主要尺寸（液壓缸徑或馬達排量） 。3 如果忽略各種損失，液壓傳動的力（或轉矩）與速度（或轉速）彼此無關，既可實現與負載無關的任何運動規(guī)律，也可借助各種控制機構實現與負載有關的各種運動規(guī)律。4 液壓傳動是以液體的壓力能來傳遞動力的傳遞并且符合能量守恒定律，壓力 與流量 的乘積等于功率 。pqP5 液壓傳動時省力，不省功。2、液壓傳動發(fā)展的概況液壓傳動和氣壓傳動成為流體傳動，是根據 17 世紀法國人帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術，是工農業(yè)生產中廣為應用的一門技術。迄今，大致經歷了啟蒙期、發(fā)展期、成型期和成熟期四個時期。盡管當今液壓技術面臨著來自電氣傳動及控制技術的新競爭和綠色環(huán)保的新挑戰(zhàn)，但是由于其獨特的技術優(yōu)勢，使其在國民經濟發(fā)展中，將仍然發(fā)揮無可替代的重大作用。如今，流體傳動技術水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。1 液壓 3081 班 柯超利用帕斯卡原理，于 1975 年一位英國人成功的制造出了世界上第一臺水壓機。至今已有 200 多年的歷史，但由于當時沒有成熟的液壓傳動技術和液壓元件，且工藝制造水平低下，發(fā)展緩慢，幾乎停滯。自從工業(yè)革命以后，隨著工藝制造水平的提高，才開始生產液壓元件，從而液壓傳動技術逐漸發(fā)展起來。我國的液壓工業(yè)開始于 20 世紀 50 年代，液壓元件最初應用于機床和鍛壓設備。60 年代獲得較大的發(fā)展，以參透到國民經濟各個領域。在機床、工程機械、農業(yè)機械、制造業(yè)、冶金、汽車、航空航天、船舶、運輸以及軍工等都有流體傳動和控制技術。當前液壓技術正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、低能耗、長壽命、高度集成化等方向發(fā)展。同時，新元件的應用、系統(tǒng)計算機輔助設計、計算機仿真和優(yōu)化、微機控制等工作，也取得顯著地成果，將推動液壓傳動技術更先進的方向發(fā)展。目前，我國的液壓件已從低壓到高壓形成系列，并生產出許多新型元件，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液伺服閥、電液數字控制閥等。我國的機械制造工業(yè)認真消化和推廣引進國外先進的液壓技術的同時，也在大力研制、開發(fā)國產液壓件新產品，加強產品質量可靠性和新技術應用的研究，積極采用國際標準，合理調整產品結構，對一些性能差而且不符合國家標準的液壓產品，采用逐步淘汰的措施。由此可見，隨著科學技術的迅速發(fā)展，液壓技術將獲得進一步的發(fā)展，在各種機械設備上的應用將更加廣泛。3、液壓傳動在各領域的應用汽車工業(yè)━━自卸式汽車、高空作業(yè)車、消防車等工程機械━━挖掘機、裝載機、推土機等機床工業(yè)━━銑床、刨床、磨床、壓力機、組合機床、加工中心等農業(yè)機械━━聯合收割機的控制系統(tǒng)等輕工機械━━注塑機、造紙機、校直機、打包機等起重機械━━起重機、吊車、叉車、液壓千斤頂等冶金工業(yè)━━電爐控制系統(tǒng)、軋鋼機控制系統(tǒng)等礦山機械━━開采機、提升機、液壓支架等建筑機械━━打樁機、平地機、混凝土輸送車、攪拌車等航空工業(yè)━━飛機起落架等船舶港口機械━━起貨機、舵機等鑄造機械━━壓鑄機、加料機等2 液壓 3081 班 柯超筑路機械━━壓路機、鋪料機等液壓傳動在其他方面應用也很廣泛，像工業(yè)機器人，自動生產線設備等等，在此不再贅述。四、液壓彎管機的發(fā)展狀況液壓彎管機是制品成型生產中應用較廣泛的設備之一。自其問世以來，在實際生產中得到廣泛的應用。目前，液壓彎管機的液壓系統(tǒng)和整機結構方面，已經比較成熟，國內外液壓彎管機的發(fā)展不僅體現在控制系統(tǒng)上，也主要突出在高效化、高速化、低能耗；機電一體化，以充分合理利用機械和電子的先進技術促進整個液壓系統(tǒng)的完善；自動化、智能化，實現對系統(tǒng)的自診斷和調整，具有故障預處理功能；液壓元件集成化、標準化，以有效防止泄露和污染等四個方面。液壓彎管機在液壓系統(tǒng)的油路結構設計方面，國內外趨向于集成化、封閉式設計，插裝閥、疊加閥和復合化元件，使其結構更加緊湊，更加微型。我國目前的液壓玩管機主要有數控式的、電動的、手動等形式，以適用于不同場合。我國現在，由于西部的開發(fā)，因此在石油、天然氣的輸送上，采用的都是比較粗的鋼管，故需要研制大口徑的液壓彎管機。5、液壓系統(tǒng)的組成及分類1、液壓系統(tǒng)的組成（1） 、動力元件。將機械能轉換成流體壓力能的裝置，如液壓泵。（2） 、執(zhí)行元件。將流體的壓力能轉換成機械能輸出的裝置，如液壓缸、擺動缸、液壓馬達。（3） 、控制元件。對系統(tǒng)中流體的壓力、流量及流動方向進行控制和調節(jié)的裝置，以及進行信號轉換、邏輯運算和放大等功能的信號控制元件，如溢流閥、流量控制閥和換向閥。（4） 、輔助元件。保證系統(tǒng)正常工作所需的裝置，如油箱、管路、濾油器、管接頭蓄能器等。（5） 、工作介質。用它進行能量和信號的傳遞，液壓系統(tǒng)是以液壓油作為工作介質，如礦物油等。2、液壓系統(tǒng)的分類（1） 、開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)；（2） 、固定設備用系統(tǒng)和行走設備用系統(tǒng)；（3） 、液壓傳動系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)；3 液壓 3081 班 柯超（4） 、閥控系統(tǒng)、泵排量控制系統(tǒng)、泵轉速控制系統(tǒng)、執(zhí)行元件控制系統(tǒng)；（5） 、中開式系統(tǒng)和中閉式系統(tǒng)。六、液壓傳動的優(yōu)缺點1、與機械傳動和電力拖動系統(tǒng)相比，具有以下優(yōu)點：（1） 、液壓元件的布置不收嚴格的空間位置限定，系統(tǒng)各部分用管道連接，布局安裝有很大的靈活性，能構成其他方法難以組成的復雜系統(tǒng)。（2) 、可以在運行過程中是實現大范圍的無級調速（調速比例可達2000：1） ，它還可以在運行的過程中進行調速。（3） 、液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應快，易于實現快速啟動、制動和頻繁的換向。（4） 、操作控制方便、省力，易于實現自動控制、中遠程距離控制以及過載保護。與電氣控制、電子控制相結合，易于實現自動工作循環(huán)和自動過載保護。（5） 、液壓元件屬機械工業(yè)基礎，標準化、系列化和通用化程度較高，有利于縮短機器的設計、制造周期和降低制造成本。（6）液壓傳動的單位質量輸出功率大。因為液壓傳動的動力元件可采用很高的壓力（一般為 32MPa，有時會更高） ，因此，在同等輸出功率下具有體積小、質量小、運動慣量小，動態(tài)性能好；在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產生出更多的動力，是電樞磁場中的磁力大出 30~40 倍。（7） 、液壓傳動來實現直線運動比用機械運動簡單。2、液壓傳動的缺點：（1） 、在傳動過程中，能量需要經過兩次轉換，傳動效率偏低。（2） 、由于傳動介質的可壓縮性和泄露等因素的影響，不能嚴格保證定比傳動。（3） 、液壓傳動性能對溫度比較敏感，不能在高溫下工作，采用石油基液壓油作為傳動介質時，還需注意防火的問題。（4）為減少泄露，液壓元件在制造精度要求較高，且隊油液的污染比較敏感。（5） 、系統(tǒng)工作過程中發(fā)生故障不易診斷。（6） 、液壓傳動要求有單獨的能源?？傊?，液壓傳動的優(yōu)點是主要的，其缺點將隨著科學技術的發(fā)展得到不斷的克服。像將液壓傳動與氣壓傳動、電力傳動、機械傳動合理地聯合使用，4 液壓 3081 班 柯超構成氣液、電液（氣） 、機液（氣）等聯合傳動，以進一步發(fā)揮各自的優(yōu)點，相互補充。七、液壓系統(tǒng)的圖形符號如下圖所示，采用了液壓系統(tǒng)用的液壓圖形符號繪制成的工作原理圖。使用了這些圖形符號，可使液壓系統(tǒng)圖簡單明了，更加直觀，容易理解。有些液壓元件的職能如果無法用這些符號表達時，可以采用它的結構示意圖。圖一 1—油箱；2—濾油器；3—液壓泵；4—溢流閥；5—節(jié)流閥；6—三位四通手動換向閥；7—液壓缸第二章 電動彎管機1、電動彎管機的工作原理多數彎管機的基本工作原理是：通過確定合理的支點和受力點并施加一定的彎矩或彎曲力，使管材發(fā)生塑性變形，從而實現管材的彎曲成形。5 液壓 3081 班 柯超本次設計的 YY─KC3081型電動彎管機主要的工作部位由上下花板、錕軸、彎模和液壓缸組成，對管材彎曲的方式是推彎。通過上下花板孔，將各個部件連接起來，形成確定合理支點和受力點。當液壓缸活塞桿帶動彎模伸出時，彎模與管材在接觸，產生向前的力，而管材受到被上下花板固定的錕軸反作用力，形成力矩。隨著彎模力矩的增大，當達到管材屈服強度極限時，管材產生塑性變形而彎曲。 2、主要技術參數彎管直徑范圍：22~108cm管材的 壁 厚：2.0~7.0cm最大推力：300kN使用電壓：三相交流 380V適用溫度：—20~50°C3、電動彎管機圖片圖二 電動彎管機圖片第三章 管材彎曲 一、管材的力學性能分析一般的管材通常為碳素結構鋼，該材料受力變形的特點如圖所示。 （縱坐標為作用于材料上的力，橫坐標為變形量）當力 小于 的時候，材料處于彈性變化階段，受力移除后材料回復Fe6 液壓 3081 班 柯超原狀；當力 介于 和 之間的時候，材料處于屈服階段，受力移除后不Fes能恢復原狀；當力 達到 的時候，材料達到強度極限，再增加力 ，材Fb F料本身結構遭到破壞，產生斷裂或強度不夠產生危險。為管材的橫截面積公式，用力 比上 為管材的許用應力)1(324????DWFW，變形量 比上材料原長度 為應變量 ，因此可得相應的許用應力 —應??0l? ?變量 圖（如圖所示） 。?此圖表現了從加載開始到破壞為止，應力 與應變量 的對應關系。??由此可見，要是管材彎曲，所受力必須在 與 之間。若小于 僅僅只是sbe?彈性變化，達不到彎曲的目的；若在 與 之間，雖有材料產生塑性變形，e但只是材料強度降低，沒有破壞材料，正是彎曲管材的所需；若應力 大于時，材料被破壞，成為廢品，此時的 成為抗拉強度極限。管材材料的b? b?抗拉極限可從材料手冊上查到。圖三 管材力學性能分析圖二、管材彎曲過程的分析1、當胚料受外力矩 彎曲時，管材開始是彈性彎曲，胚料的曲率發(fā)生M7 液壓 3081 班 柯超變化，其后是變形區(qū)內外層首先進行塑性狀態(tài)，并逐漸向材料中心擴展進行自由彎曲。期間，管材的外層在切向拉應力的作用下產生拉伸變形，而內層在切向壓應力的作用下產生壓縮變形。最后是模具和胚料互相接觸并沖擊管材的校正彎彎曲，達到所需精度或角度。而這三個階段的彎曲力各不相同。在彈性彎曲階段的彎曲力相對較小；在自由彎曲階段的彎曲力比隨行程的變化而變化；校正彎曲階段的彎曲力隨行程急劇增加。如下圖：圖四 1—彈性彎曲階段；2—自由彎曲階段；3—校正彎曲階段2、管材彎曲的過程（1） 、彈性彎曲階段：當彎曲力矩不大時，在胚料變形區(qū)的內外二表面引起的應力小于材料的屈服強度 ，其應力分布如圖所示s?（2） 、彈—塑性彎曲階段：當彎曲力矩繼續(xù)增大時，胚料的曲率半徑隨著變小，胚料變形區(qū)的內外表面，先由彈性變形狀態(tài)到塑性變形狀態(tài)，以后塑性變形由內外表面向中心逐步擴展，如圖所示。（3） 、純塑性彎曲階段：當彎曲力矩增大時，胚料變形區(qū)的材料完全處于塑性變形狀態(tài)，如圖所示。8 液壓 3081 班 柯超圖五 彎曲變形及內切向應力分布圖a—彈性彎曲；b—彈—塑性彎曲；c—純塑性彎曲；d—無硬化純塑性彎曲三、管材彎曲的計算及彎管能力的校核1、彎曲最小半徑的確定在管材彎曲工藝中，采用不同的彎曲方式來加工管材，其最小彎曲半徑也各不相同。各種方式彎曲管材的最小半徑如下表所示：表一 管材彎曲時的最小半徑 r（單位：mm）彎曲方式 最小彎曲半徑壓彎 （3~5）D繞彎 （2~2.5）D滾彎 6D推彎 （2.5~3）D注：D 為管材外徑本臺電動彎管機采用推彎，依據上表可知，最小彎曲半徑 r 為（2.5~3）D，取最大值 r=3D。2、管材中性層曲率半徑（ ）?管材中性層曲率半徑 根據公式算出，是切應力為零的那一層半徑，這對彎曲管材有很大的影響和意義。其計算公式如下：9 液壓 3081 班 柯超xDr???式中 為管材中性層系數，其取值如下表二x表二 管材中性層系數 值 xr/D 0.25 0.5 1 1.5?x0.55 0.53 0.51 0.5圖六 中性層曲率半徑示意圖—中性層曲率半徑；r—管材的內彎半徑?本臺電動彎管機最帶彎曲管材的直徑 D=108mm，r=3D。則有管材中性層系數 =0.50，故有中性層曲率半徑 ：x=r+ D=3×108+0.50×108=378（mm）?x3、管材的抗彎截面模數管材的抗彎截面模數是管材抵抗彎曲力或者力矩的能力大小，根據以下公式進行計算：)1(324????DWd所以據公式計算得：=0.1× =7.19×)1(324????DW3???????4)(1Dd510?3m即 =7.19× 50?m10 液壓 3081 班 柯超4、管材彎曲力矩的計算管材的彎曲是一個復雜的工藝過程，很難計算出他需要的彎曲力，采用計算其彎曲力矩。因而管材彎曲力矩的大小是確定彎管機力能參數的基礎，它是根據力學理論分析和推到得到的估算公式。實際上管材彎曲時的彎矩，不僅僅取決于管材的的性能、斷面形狀及尺寸、彎曲半徑等因素，而且還與彎曲方法、使用的模具結構等有關系。因此，目前還不能將諸多因素用一個準確的計算公式表示出來，在實際生產中，只能估算其彎矩。其估算公式如下： 3???DWMb?式中 D—管材外徑， ；m—管材材料抗拉強度， ；b?Pa—抗彎截面系數， ；W—考慮因摩擦而使彎矩增大的系數；?—管材中性層曲率半徑， ；?其中 不是摩擦系數，其值取決于管材的表面狀態(tài)，彎曲方式，主要是看是否采用芯棒、芯棒的類型及形狀，甚至有關芯棒的位置等諸多因素。一般的，采用剛性芯棒，不潤滑時，取 =5~8；若用剛性的鉸鏈式芯棒時，?取 =3。?根據上式計算得：=3×7.19× ×460× × =47× （N·m ）3??DWMb?510?6378103即 =47× （N·m）104、彎曲管材斷面形狀的畸變及其防止在管材彎曲時，不可避免的產生斷面形狀的畸變。在中性層外側因受切向拉應力使其厚度變??；在中性層內側因受切向壓應力使其厚度變厚，甚至產生受壓失穩(wěn)，使其斷面形狀完全破壞。在彎曲實心板材時，徑向作用力影響不明顯。而在管材的彎曲中，這種作用力能引起斷面形狀的明顯變形，使圓管在彎曲后變成了橢圓形狀，方管成了腹板內凹的斷面形狀。這種變形是有害的，實際生產中應盡量減小。11 液壓 3081 班 柯超管材形狀的畸變可能引起斷面的減小，增大流體流動的阻力。管材壁厚變薄后，降低了管件承受內壓的能力。若其過度的變化，影響管材在結構中的性能效果。因此，在彎曲管材時，常常采用各種各樣的防護措施防止斷面形狀的畸變。防止斷面畸變的有效方法如下：1、在彎曲變形區(qū)用芯棒支撐斷面，防止有害的變形。2、在彎曲胚內填充顆粒狀的介質，流體介質，彈性介質或熔點低的金屬等，也可以代替芯棒的作用，起到防止斷面形狀畸變的作用。3、阻止腹板在徑向壓應力作用下產生塌陷的方法，如應用局部加熱的無模彎曲方法。4、把與管材接觸的模具表面，按管材的斷面形狀，做成與之相吻合的溝槽，減小接觸面上的壓力，阻礙斷面的歪扭，是行之有效的方法。為了獲得正確的彎管斷面形狀，在生產中也時常在彎曲后采用校行工藝方法。常用的校形工藝有：在彎管內通以高壓液體的液壓校形；用鋼球壓入管內，并使之通過的鋼球校形法等。在本設計中，為防止管材在彎曲的過程中產生斷面畸變，采用芯棒的方法，即在彎管之前，給管材中插入軟的芯棒。五、管材彎曲成形的極限管材彎曲時，變形區(qū)里的應力狀態(tài)和變性特點與板材彎曲變形相同。但是，由于管材的薄壁結構的斷面形狀能夠引起許多新的問題，如斷面形狀的畸變、失穩(wěn)等。所以管材成形極限也成了一個極為復雜的問題。管材彎曲成形的極限，包含以下幾個方面：1、中性層外側拉伸變形區(qū)內最大伸長變形不能超越材料塑性的極限值；2、中性層內側壓縮變形區(qū)內的受切向壓應力作用的薄壁結構部分不致失穩(wěn)起皺的成形極限；3、斷面形狀畸變的彎曲成形極限；4、如果管材有承受內壓的強度要求時的變薄極限值。在制定管材彎曲成形工藝、確定工藝參數時，這四種成形極限的條件都要得到保證。6、管材彎曲工藝的關鍵1.適當的施加彎曲力或彎曲力矩的方法，確保不致因外載施加不當而12 液壓 3081 班 柯超引起斷面形狀的畸變或局部塌癟。2.以適當的方法或采取必要的措施防止彎曲變形區(qū)內胚料斷面形狀的畸變。3.應盡可能用簡單的模具和彎曲設備。4.保證一定的生產率。七、管材彎曲的回彈量管材彎曲時，塑性變形與彈性變形同時存在，當外載荷移除后，彈性變形恢復，因而使工件尺寸與模具尺寸不一致，這種現象稱為回彈現象，回彈的大小用回彈量表示。其影響的因素有很多。1.主要影響回彈的因素有：（1） 、材料的力學性能；（2） 、相對彎曲半徑 ；tr/（3） 、彎曲角度；（4） 、彎曲方式和模具結構；（5） 、彎曲力矩；（6） 、摩擦的影響；（7） 、管材壁厚的影響。2.減小回彈量的措施（1） 、在接近純彎曲的條件下，可以根據回彈值的計算或經驗數據，對彎曲模工作部分的形狀作必要的修正。（2） 、利用彎曲胚料不同部位回彈方向不同的規(guī)律，適當調整各種影響因素，如模具的圓角半徑、間隙、校正力矩、壓力等，使相反方向的回彈互相抵消。（3） 、把彎曲凸模做成局部突起的形狀，或減小圓角半徑部分的模具間隙，使凸模力集中的作用在引起回彈的彎曲變形區(qū)，改變其應力狀態(tài)。八、管材彎曲精度的要求及角度的檢驗在管材彎曲成形以后，我們需要對其進行精度檢驗，看是否達到所需的要求或相應的標準。因此，在彎曲之前，要了解產品的通用標準和要求，以便提高生產效率，節(jié)省能耗。1、彎曲管材的精度要求（1)、熱彎彎管的圓度（彎曲部分同一圓截面上最大外徑與最小外徑之差與最大外徑之比）不應大于 7%；冷彎彎管的圓度不應大于 8%；對于主蒸汽13 液壓 3081 班 柯超管道、再熱蒸汽管道及設計壓力8 的管道，彎管圓度不應大于 5%。彎MPa管兩端直管段端部的圓度應符合相應鋼管技術要求。（2） 、平面彎管彎曲角度的允許偏差為±0.5o；不在同一平面上兩個連續(xù)彎曲空間夾角 的允許偏差：當夾角成 90o 時，允許偏差為±1o；當夾角不?等于 90o 時，允許偏差為±1.5o。（3） 、彎管的彎曲半徑允許偏差為±50mm。（4） 、同一平面上的彎管(包括兩個連續(xù)彎曲)的平面度應符合下表三表三 同一平面上彎管的平面度 mm 結構尺寸 L ≤500 500～1000 1000～1500 1500平面度 ≤3 ≤4 ≤6 ≤10注：結構尺寸 L 為管材兩端向彎曲部分直線交點的兩條直線的長度。2、彎曲角度的檢驗平面夾角 可采用放樣檢查，或通過測量以彎管兩端直管段中心線為兩邊?三角形的三邊長為 a、b、c，如下圖所示。圖七 彎曲角度計算示意圖當 a=b 時， =180o-arccos[( )/(2ab)] ?22cba??當 a≠b 時， =2arccos（0.5c/a ）14 液壓 3081 班 柯超第四章 電動彎管機機械結構的設計電動彎管機的機械結構在彎曲管材中起著重要的作用，它是整個彎曲機構的核心部件，強度是否足夠，關系使用者的人身安全及生產效率。電動彎管機的機械結構有很多種，是根據采取彎管方式而各異。我國的彎管機發(fā)展已有幾十年的歷史，基本上能與國際接軌，而彎管機的機械結構的設計日趨成熟，形狀與國外并無大異。本設計中的彎管機的機械結構參照現有的樣式設計，只在部分結構不同。1、電動彎管機機構原理圖電動彎管機的機構原理是利用上、下花板確定合理的間距將兩根錕軸固定，把管材放入彎模與錕軸之間。當液壓缸伸出帶動彎模也向前伸出，使管材被牢牢的卡在中間，彎模繼續(xù)伸出，在彎模與管材接觸產生力，即彎曲力矩；而兩根錕軸與管材接觸點產生反作用力，即支點。當力不斷地增大到管材塑性變形的極限時，管材開始變形彎曲，隨彎模形成一定的角度。圖八 電動彎管機機構原理圖15 液壓 3081 班 柯超2、電動彎管機的機械結構的設計1、上、下花板的設計上、下花板是為了確定合理的間距，形成支點和受力點。在彎曲管材時，限制錕軸和彎模之間具有固定的距離，不發(fā)生相對運動。彎模在液壓活塞桿的帶動下，產生一定的彎矩是管材彎曲成形，因此，強度一定要足夠，保證安全。根據資料顯示，上、下花板結構的設計十分成熟，故參照現有的電動彎管機彎曲機構的設計樣式，其樣式如下：圖九 上花板樣式圖（三維造型圖）16 液壓 3081 班 柯超圖十 下花板樣式圖（三維造型圖）上、下花板的材料為 35#鋼，厚度為 8 mm。在花板的兩邊均打孔，以適應不同管材半徑和彎曲半徑的彎曲。當打孔后，消弱了花板的強度，故對其兩邊孔壁進行強度計算。根據力學分析可知，在花板孔壁上受到的擠壓力：75×???410343maxFj 3N擠壓應力公式為：（ 的單位為 ）jjjA??j 3m取孔的直徑為 ，擠壓受力的最小有效面積 =3.76×m30? 0in21S?41?3m所以有，孔內壁的擠壓應力為：=75× /3.76× =199.5jjjAF??3104?MPa因為材料的許用應力 =240 ≥ = 199.5 ，故強度足夠。??MPaj?2、錕軸的設計錕軸在彎曲管材主要其阻擋作用，因此要有足夠的強度，保證在彎管中不知力過大而使其斷裂或彎曲變形。錕軸采用 45#鋼制作，正六邊形，其外切半徑 R=100mm,凹槽的表面粗糙度 ≤3.2 。Ram?錕軸的圖形如圖所示：17 液壓 3081 班 柯超圖十一 支撐輪三維造型圖3、銷的選擇采用 45#鋼，直徑為 32mm，長為 200mm，材料的許用應力 =150 。? ???MPa根據剪切應力知： =?AF所以有， = 32mm??Fd4???361075?4、螺栓的選擇螺栓按照國家標準件進行選取。3、彎曲模具的設計1、彎管機在 22~108mm 之間的管材彎曲，彎曲的模具則可配備很多不同半徑的彎模。在彎曲過程中，由于彎曲力矩的撤銷后，被彎曲的管材會產生回彈現象，這是材料本身和彎曲工藝的特點所產生的。對于回彈量來說，若回彈過大會影響管材彎曲的精度，故而在設計彎曲模具時，首先應考慮的問題。通常在彎曲模具的設計中，采用經驗公式進行計算，取彎曲模具模塊18 液壓 3081 班 柯超直徑應小于兩倍的彎曲管材曲率半徑。具體計算公式如下： ??mD??121?CtdEmb???10275.???248tC????式中 ―彎曲模具模塊半徑，1Dm―彎曲管材的中性層曲率半徑，?―管材材料的抗拉強度，b?MPa―管材的壁厚，t―管材的外徑，?d―管材材料的彈性模量， （參考下表）Ea幾種常見材料的彈性模量 單位：EGPa材料名稱 低碳鋼 合金鋼 灰鐵鋼 鋼及其合金 鋁合金E196~216 186~216 78.5~157 72.5~128 70在彎曲模具的設計時，通?？紤]的回彈角度約為 3?~5?，所以在彎模中間主接觸位置略顯突出，來減小回彈量。由于管材半徑很多，所以沒有代數值計算。本設計中，配備的彎模半徑有：27、42、48、60、76、89、108，單位為 m2、彎模上圓弧槽半徑 的確定因素有很多，經查書可知經驗公式為：?r（ 取 1）2/???kdk注：倒圓角半徑一般可取 1~2m3、模具材料與表面粗糙度值的選擇彎?？蛇x用 45#鋼或 50#鋼制造，為了給彎管內緣均勻壓縮創(chuàng)造有力條件，彎管模具圓弧槽的表面粗糙度值 3.2 為佳。?Ra?19 液壓 3081 班 柯超第五章 液壓系統(tǒng)的設計與計算液壓系統(tǒng)是液壓設備的一個重要組成部分，它與主機的關糸密切，是整個設備動力運行的基本保障。液壓系統(tǒng)的設計，關系到整個液壓設備的性能和安全。液壓系統(tǒng)的設計，必須從實際出發(fā)，重視調查研究，積極吸取或內外先進的技術，力求設計出結構簡單、工作可靠、效率高、成本低、操作和維護方便的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的設計，一般主要出發(fā)點有兩個，一個是注重于液壓系統(tǒng)的工作性能，另一個則是注重于液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)的絕對可靠性，通常這兩種出發(fā)點穿插于設計中。本次液壓系統(tǒng)設計的一些基本參數和要求如下：設計一臺電動液壓彎管機，其液壓缸最大推力 = ，液壓缸活maxFN5103?塞桿的快速伸出的速度為 ，工進時的速度為 。在活塞桿工mv231?v2?進完畢之后需快速退回，其活塞桿的快退速度為 ?；钊麠U啟動、制3動的時間均為 。整個液壓系統(tǒng)的初選壓力為 23 。st.0?? MPa1、工況分析根據實際的需要，液壓缸采用水平布置。由于電動彎管機的液壓缸水平布置，且往返速度不同，故選用缸筒固定的水平單桿活塞缸，作為執(zhí)行元件驅動彎模及彎曲機構對管材進行彎曲作業(yè)。液壓缸的機械效率， 0.90~0.95，取 =0.91；取液壓缸運動部件的?cm?cm?質量為 40 （活塞桿和模具） 。kg摩擦系數的選?。红o摩擦系數 =0.2，動摩擦系數 =0.1。1?2?（1） 、液壓缸活塞桿靜摩擦力：= =0.2×40×9.8=78.4fsFmg1 N液壓缸活塞桿動摩擦力：= =0.1×40×9.8=39.2fd2?（2） 、負載慣性力：取速度差 0.023 ，啟動時間 =0.2 則??vs/t?s= = 4iFtvm??2.03N20 液壓 3081 班 柯超（3） 、工作負載力： ?maxFN5103?（4） 、液壓缸密封摩擦力：根據實際情況估取為=300m根據以上的數據可計算出液壓缸在各個階段的負載情況如下表各個階段 負載的組成負載單位： N啟動 +fsFm378.4加速 + +fdi 343.2快速階段恒速 +fm339.2工進階段 + +?axFfdF300339.2啟動 +fsm378.4加速 + +fdi 343.2快速退回階段恒速 +fFm339.2注：快進與工進的轉換是由壓力繼電器控制的，進行自動轉換（5） 、液壓缸的工況圖21 液壓 3081 班 柯超圖十二——負載圖像圖十二——速度圖像圖十二 液壓缸的工況圖2、液壓系統(tǒng)主要參數的確定（1） 、預選系統(tǒng)的設計壓力本設備屬于中等精度的工具設備，負載最大在工進階段，其他狀況下，負載不大，故初選液壓缸的設計壓力 =23 。?PMa22 液壓 3081 班 柯超（2） 、計算液壓缸的主要參數為了滿足彎管模具快進、快退速度的不同，且減小液壓泵的流量，故將液壓缸的無桿腔作為工作腔。在伸出時，采用用液壓方式來（背壓）防止活塞桿失控產生的沖擊，使其平穩(wěn)運行，保證安全。所以有液壓缸無桿腔的有效面積 ：1A??PFAcm?ax1= 0.014 =140160239.0.??22m故液壓缸的內徑 為：D= ≈0.134 =134?14A參考《新編實用液壓技術手冊》 ，按 GB/T2348―1993（ ） ，取標準值m=140 。Dm根據液壓缸活塞桿伸出速度與快速回退速度比確定活塞桿直徑 ，則其d速度比為13V??即 3.2513?V?據以上計算可知活塞桿直徑為:=dD??即 = = =105.25d?1?D3.2104. m參考《新編實用液壓技術手冊》 ，按 GB/T2348―1993（ ） ，取標準值23 液壓 3081 班 柯超=100 。dm因而有液壓缸無桿腔的有效工作面積 ：1A= = =153.931A24D?24?2cm液壓缸有桿腔的有效工作面積 ：2= = × =75.4024?)(d?4?)10(2?2c由以上計算知液壓缸無桿腔的有效面積為 153.93 ，有桿腔的有效面2m積為 75.40 ，確定了液壓系統(tǒng)的基本參數，以后計算均根據此參數計算，2cm因此這是關鍵。（3） 、液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力與流量依據下表可知，液壓缸在各個階段工作中的狀況。在工進階段，系統(tǒng)壓力達到最大值；在快速回退階段，系統(tǒng)流量達到最大值。液壓缸各個工作循環(huán)階段工作的壓力與流量各個階段 計算公式壓力 )(Pa流量 min)/(L啟動 2700.2加速 2448.98快速階段恒速1AFPcm??VQ2420.4421.2工進階段 1AFPcm??2VQ21.57× 61011.08啟動 5544.3快退階段 加速2AFPcm??3V4969.9623.98