机械毕业设计（论文）多功能液压自动弯管机设计（全套图纸）.doc

摘 要多功能液压自动弯管机是在现有的弯管机的基础上加以改造，优化机械结构，完善自动化程度，增加弯管型号，使一种弯管机能加工多种规格的管件，弯管机运动平稳灵活，并且设计了智能模块，实现自动调整角度，大大节省了人力操作任务，提高了工作效率与管件的加工精度。多功能液压自动弯管机主要有机械部分和控制部分，在加工管件的过程中，有转模装置、夹紧装置、提升装置及模子横移装置都是采用液压系统来提供动力的，因此液压系统的设计非常重要。在对液压弯管机整体结构设计过程中，重点研究的以下方面的问题：常见管材弯曲变形与弯曲力矩之间的变化规律；弯管机模子提升装置的结构设计和与杠杆的连接设计；弯管机夹紧装置、挡板结构、减速器等结构的设计；对主要部件如轴进行计算与校核。在对弯管机液压系统的设计过程中，主要进行了液压元件的选择，液压系统负载的分析，并最终确定伺服系统主参数和控制方案。全套图纸，加153893706目 录第一章 绪 论11.1 本课题研究的目的意义11.1.1 研究的目的11.1.2 研究的意义11.2 弯管机的发展背景及其现状21.2.1 弯管机的发展背景21.2.2 弯管机的发展现状21.3 常见先进弯管设备21.3.1 机械传动弯管机21.3.2 多功能弯管机31.3.3 数控弯管机3第二章 液压弯管机的整体结构设计52.1 管材弯曲加工主要方法52.2 弯管机的工作原理72.3 管材弯曲变形与弯曲力矩82.3.1 弯曲变形82.3.2 弯曲力矩92.4 整体结构设计思想102.5 电机的选取112.6 弯管机传动装置的设计与计算122.7 弯管机减速器的设计132.8 轴的设计与校核132.9 弯管机模子提升装置设计162.9.1 模子提升装置设计内容162.9.2 模子提升装置结构设计162.9.3 杠杆与模子连接的设计172.10 弯管机机架的设计192.10.1 机架的设计准则192.10.2 机架的设计要求192.11 弯管机挡料架设计202.11.1 挡料架原理分析202.11.2 挡料架结构设计20第三章 液压弯管机的液压系统设计213.1 液压自动弯管机液压系统概述213.1.1 简述弯管机液压系统组成213.1.2 弯管机的液压执行元件213.2 液压弯管机液压系统控制方案设计223.2.1 液压系统负载的分析223.2.2 确定液压系统的控制方案233.2.3 对伺服系统主参数确定233.3 液压油缸的设计与故障检测243.3.1 液压油缸的设计243.3.2 故障检测与分析253.4 控制液压系统噪声25第四章 结 论26参考文献27第一章 绪 论1.1 本课题研究的目的意义1.1.1 研究的目的随着社会经济的发展，以及工业现代化的不断推进，使得空调行业、太阳能行业、汽车行业等领域迅猛发展。这就增加了各种弯曲成型的金属管件的需求，并对弯管的加工精度和表面质量的要求不断提高。然而，传统的弯管技术和弯管设备已经跟不上弯管制造企业的发展步伐，研究一种新型的集自动化智能化于一体的多功能弯管机迫在眉睫。本课题是研究一款多功能液压自动弯管机。多功能液压自动弯管机的研制能够有效的为机械管件生产企业节约人力，降低劳动强度，获得最大的经济效益。使金属管件的高需求量、高精度要求不再是问题。本次课题研究的重点内容主要是以下两个方面：（1）单管机的整体机械结构设计液压弯管机的机械结构主要有动力部分，传动部分和执行部分，本课题重点研究夹具对管件弯曲的影响，确保管件的加工质量。优化机械结构，使节约材料，减少占地面积。（2）液压系统的设计主要任务是设计出双向弯管的液压系统并绘制一张液压系统设计的图纸，包括辅元件的选择和液压站的设计等等。通过液压系统平稳的传动性能,来控制弯管机的弯管速度，并使管件受力均匀，在保证系统各项特性都满足预定要求的前提下，设计出尽可能简单、经济、耐用、可靠、的具体结构方案。1.1.2 研究的意义随着生产类型企业的发展，各种弯曲管子在工业、农业等方面的应用更加广泛，推动弯管机行业长足发展，弯管技术的多样化为满足今天高精度、多需求的管制产品奠定了基础。特别是在航空航天、冰箱、空调、汽车以及石油石化工程等行业应用非常广泛。通过本次课题研究，可以很好的了解当今弯管技术的发展与应用，设计出高性能的多功能自动弯管机的提升装置和液压弯管机的液压系统，为以后弯管机结构装置和液压系统的设计提供有力的参考价值，促进数控弯管机的快速发展。1.2 弯管机的发展背景及其现状1.2.1 弯管机的发展背景自动弯管机技术的发展得益于计算机技术的发展，随着计算机技术的日新月异弯管机发展的步伐也如日中天。早在20世纪80年代前期，美国的EATONLEONARD公司就已经研制生产了计算机自动弯管设备，开创计算机编程数控弯管之先河，取代了纯人工弯管从而使当时的弯管水平大大提高。 在美国EATONLEONARD公司的研究成果的基础上，日本千代田工业株式会社成功研制了EC、TC和M-1型数控弯管机，两种系列十多种型号，功能非常强大，从此把自动弯管技术提升到一个新的台阶。1.2.2 弯管机的发展现状科学技术日新月异，越来越多的先进技术应用到弯管机的研制中。目前市场上的弯管机，已不是一种纯粹的弯管机设备，而是融合了多种科学技术知识，集电子技术、控制技术、信息处理技术、检测反馈技术、计算机技术、伺服驱动技术等多门技术于一体的智能化设备。1.3 常见先进弯管设备 1.3.1 机械传动弯管机该弯管机由机架、电动机、蜗轮减速机及四副导轮等部件构成。机械传动弯管机的弯管能力一般，弯管精度也不高。特别是因为机械传动弯管机传动的平稳性不足，容易导致弯管机所加工的管件变形，加工管件产品的合格率相对较低。此外，机械传动弯管机的自动化程度较低，在加工管件的过程中仍然有很多步骤需要人工操作。如图1-1便是一种常见的机械传动弯管机1。图1-1 机械传动弯管机1.3.2 多功能弯管机多功能弯管机是在普通弯管机的基础上研制出来的。这种设备的主要特点有：准备周期短、功能齐全、模具费用低、可以满足多种批量弯管生产要求。工作原理如图1-2所示。1-弯管模2-夹紧模3-辊轮4-芯棒5-压力模6-防皱板7-夹头图1-2 多功能弯管机组成简图1.3.3 数控弯管机数控弯管机基于矢量弯管原理，能够通过数字控制系统来弯曲用户所需的任意空间立体管件，其执行机构主要包括管材送进旋转机构和夹紧弯曲机构2。图1-3 数控弯管机第二章 液压弯管机的整体结构设计2.1 管材弯曲加工主要方法管材弯曲方法有很多中，按弯曲方式可分为压弯、绕弯、推弯；按弯曲时是否加热可分为热弯和冷弯。（1）压弯压弯是最早使用的于管材弯曲加工工艺方法。如图2-1所示，它是利用胎具或模具对管坯进行加工。由于压弯具有模具调整简单、生产效率高等优点，故在生产中被广泛应用。图2-1 压弯工作原理示意图（2）绕弯绕弯是常用加工管件的弯管方法，包括拉拔式和辗压式，其工作原理分别如下图2-2、图2-3所示。图2-2 拉拔式绕弯工作原理示意图图2-3 辗压式绕弯工作原理示意图（3）推弯推弯一般是在液压机上进行弯曲加工，主要用于加工制作弯头。推弯又可分括芯棒式热推弯管和型模式冷推弯管。弯管装置原理分别如图2-4、图2-5所示。图2-4 芯棒式热推弯装置原理示意图图2-5 芯棒式热推弯装置原理示意图2.2 弯管机的工作原理在对自动液压弯管机，如图2-6所示，工作原理进行分析的过程中，首先对其工作的过程作以简单的介绍3。1-床身 2-工控机 3-位移传感器 4-油缸 5-光电编码器 6-伺服阀 7-液压伺服系统 8-油缸 9-上料支架10-动滚轮 11-定滚轮 12-靠滚轮 13-矩形管 14-顶料支架 15-滑轨 16-芯棒 17-芯棒支架图2-6 全自动液压数控弯管机简图（1）计算机程序初始化，自动检测并显示弯管机各个部分的状态；（2）在确定弯管机各个部分运行状态正常以后，进入编辑界面，输入并调整需求的弯管曲线，结束后进入运行界面；（3）打开控制面板将开关拨到手动状态，通过控制面板上的控制按钮，调节Y油缸3回到起始位置，X油缸6带动滑轨13到达极限位置；（4）将矩形管放置在定滚轮、动滚轮和靠滚轮之间，调节上料支架将矩形管夹持在顶料支架和上料支架中间，将矩形管固定在滑轨上；（5）调节控制板上的自动切换开关至自动状态，按下启动开关，程序开始自动加工。整个加工过程人为工作很少，只要录入加工曲线和上下料就可以实现自动加工。整个加工过程生产效率高，自动化程度高，整体弯管加工精度受加工曲线精度的影响很大；（6）动滚轮在整个加工弯制过程中始终与矩形管相接触，所以改变了矩形管的输出轨迹，动滚轮转动的角度不同，矩形管输出的曲率半径也不同。2.3 管材弯曲变形与弯曲力矩2.3.1 弯曲变形弯曲的变形程度即最小弯曲半径，由相对厚度t/D和相对弯曲半径R/D的数值大小决定。t/D和R /D越小，意味着弯曲变形程度越大。当变形达到一定程度时，中性层的最外侧管壁会拉伸变薄，严重时会导致破裂；同时最内侧管壁将增厚，严重时会失稳起皱；随着弯管变形程度的增加，断面处形状的变形也愈加严重。因此，为了确保管件的成形质量。要控制管件变形程度在适度的围内。管材的弯曲成形极限除了考虑材料力学性能及弯曲方法，还应考虑管件的用途、使用环境等求。管材的弯曲成形极限主要包含以下几个方面的内容：（1）在中性层的内侧管材压缩变形区内，必须满足切向压应力的作用在薄壁部分低于失稳起皱的变形极限；（2）在中性层外侧拉伸变形区内的伸长变形，必须满足不超过材料塑性允许值而导致管壁破裂的成形极限；（3）当管件对所承受内压力的强度有要求时，应该控制壁厚减薄比例的成形极限；（4）当管件有椭圆度要求时，应该控制断面形状畸变的成形极限；综上所述，确定管材的弯曲成形极限是一个很复杂的难题。特别是对成形质量要求很高的管件，在确定工艺参数制、定弯曲工艺时，要同时满足上述成形极限的条件。对于用途一般，不算很重要的弯曲件，一般选用通常的弯曲方法加工，只要保证管子的外观、强度没有质量问题就可以，对其成形极限依据不必过于苛刻要求，生产加工的管件满足使用需求4。2.3.2 弯曲力矩决定弯管机力能参数的基础是管材弯曲力矩的计算。下面根据材料力学、塑性力学理论，分析管材均匀弯曲时所需弯矩的理论公式。这只是一个近似公式，不可能准确地反映诸多其它的影响因素，但作为参考公式和主要的理论依据还是有很大的参考价值。 按力学工程弯曲理论，作如下假定：（1）所受应力中性层的位置不变，视为仍在初始位置：管材的横剖面中心；（2）弯曲之后，变形区的横剖面依然保持平整，可以按平剖面计算；（3）管材圆周方向的管径变形忽略不计，认为理想状态管径不变，只考虑变形区的平面应变状态。在以上假设的情况下，可得出弯管力矩公式M （2-1）式中，弹性应力；r 管材内径；t 管材壁厚；屈服应力；中性层的弯曲半径；管材弯曲时的弯矩在实际弯管过程中，不仅取决于管材的断面形状、材料性能、弯曲半径、尺寸等基本参数，也与使用的模具结构、弯曲方法等因素有关。因此，此公式并不是实际应用的公式，有很多外在因素只能在生产中进行估算，根据经验公式和外在因素最终确定弯矩M为2350N·m。2.4 整体结构设计思想产品的质量决定于它的设计，设计阶段是决定机器质量好坏的关键。作为一个完整的、合格的机器，设计时要根据需求考虑其综合性能，要有一个科学的设计程序和严谨的设计思路。在本次设计的多功能液压自动弯管机中要综合考虑机械、液压、电气、数控、润滑等多部分系统的知识，机械系统仍然是机器的主体。所以，对机械结构的设计将会直接影响着机器的质量，是机器设计过程中的核心环节。（1）确定弯管机坐标轴的数量液压数控弯管机能够进行空间多方向弯管，并且对加工出来的管件的外形及尺寸要求较高。由于是空间弯管，所以在不同平面内都需要旋转装置，旋转装置以旋转管件的轴为核心，这个轴设定为B轴；旋转管件时管件需要沿轴向移动，设定管件轴向移动的轴为Y轴;本弯管机弯管原理是缠绕式弯管，所以必须一个弯曲装置轴，设定为C轴；弯管时，需要夹紧装置夹紧管件，通过压力夹头把管件夹紧并压在在弯曲的模上槽里，夹头夹紧管件后开始水平旋转，设定运动的水平方向为X轴。（2）弯管机机身主要部分机械结构的确定首先管件需要经过夹紧装置装夹,然后进行轴向平移运动或沿着轴心旋转。目前使用的夹持装置大都使用三角卡盘，其运动过程为：沿着Y轴方向运动， 同时能够以B轴为旋转中心旋转。根据其运动过程可以得出需有Y-B轴组合联动装置；另外管件要沿着弯曲轴方向弯曲，压力模和夹紧模首先夹紧管件，随着管件的弯曲点一起沿弯曲C轴旋转，这样的夹紧装置与弯曲轴称为弯曲臂和弯曲轴。其中，夹紧管件前弯曲臂的运动方向沿X轴；由于管件较长，夹头和压力模轴向较短，所以仅靠它们夹紧管件会导致管件发生拱形变形，从而影响精度，同时还会造成内壁起皱。综上可知，需要设计一个随动模，即辅助压力装置，还需要设计调整装置来为随动模的整套装置提供动力。2.5 电机的选取根据弯管机的弯管需求和经验计算，设定弯管机的弯管速度为7.5r/min。则弯管机的额定工作功率P为：P=M=2350×7.5×2/60=1.85KW （2-2）因为工作功率是1.85KW，所以可以确定电机的功率P1 P1=P/(1 2 3 4 5 ) （2-3）式中，、分别表示蜗轮传动、带传动、齿轮、轴承、联轴器传动效率。根据选择设定=0.85、=0.89、=0.98、=0.99、=0.97。所以， P= 1.85/(0.85×0.89×0.98×0.99×0.97)=2.6KW因为弯管机要满足弯多种型号管件的功能，所以选用大功率的电机以满足更广泛的弯管范围。因为弯曲机工作时需要有制动功能，所以选用电机时要有制动功能，并且电机正反转的频率较高，因此在确定电机转速时要尽量小一点，初步确定电机的转速为955r/min。综合考虑以上情况，确定电机型号为YEP132S-6为宜，YEP132S-6电机性能如下表2-1所示5。表2-1 YEP132S-6电机的性能参数型号功率满载时堵转转矩最大转达矩静制动转达矩不小于空载制动时间不大于噪声转速电流效率功率YEP132S-63KW960r/min8.8A77%0.672.22.2294N·m04/s71/db2.6 弯管机传动装置的设计与计算根据电机型号可以确定电机的转速N=960r/min，弯管机的弯管速度已经设定为N5 =7.5r/min所以 ，弯管机总传动比：i=N/N5=960/7.5=128因为皮带轮的传动比1：4， 所以可以确定皮带轮传动比=2，然后选择蜗轮蜗杆传动比为=16，因为弯管机的总传动比为128，可得齿轮传动比=4。为了便于进行传动件的计算，首先推算出各轴的转矩和转速。现在把传动装置各轴按照由高至低的转速依次设定为1轴、2轴、3轴T1，T2 为各轴的输入转矩；， 为相邻两轴的传动比；1，2 为相邻两轴的传动效率比；N1，N2 为各个轴的转速；P1，P2 为各个轴的输入功率。（1）各轴转速计算电机转速N=960 r/min，蜗轮小轴的转速为：N1=N/i1 =960/2=480r/min蜗轮大轴的转速为：N2=N1/i2 =480/16=30 r/min齿轮的转速为：N3=N2/i3 =30/4=7.5 r/ min所以，弯管机工作转速N4=N3=7.5 r/min。（2）各轴输入功率的计算由YEP132S-6电机性能参数表可知，电机的输出功率P=3KW，则蜗轮小轴的输入功率P1为：P1=P1=3×0.85=2.55KW （2-4）蜗轮的大轴输入功率P2为：P2=P12=2.55×0.89=2.27KW齿轮的输入功率P3为：P3=P23=2.27×0.98=2.23KW弯管机工作台的输入功率P4为：P4=P34=2.23×0.99=2.21KW（3）各轴的输入转矩计算蜗轮小轴的输入转矩为：T1=Ti11=29.85×2×0.85=50.75Nm （2-5）同理，分别计算出蜗轮的大轴转矩为T2=722.68N·m，齿轮的输入转矩为T3=2832.91 N·m，弯管机工作台的输入转矩为：T4=T345=2832.91×0.99×0.97=2720.44 N·m2.7 弯管机减速器的设计由于选择蜗轮蜗杆的安装方式为蜗轮在蜗杆的侧面，所以选用蜗轮蜗杆减速器的型号为CWS型。有上面的计算可知蜗轮的大轴输入转矩为T2=722.68N·m，根据这些参数可以确定选择弯管机减速器的型号为CWS-125，其基本参数性能如下表2-2所示6。表2-2 弯管机减速器的主参数型号公称传动比转速中心距额定输入功率额定输出转矩CWS-12516760r/min130mm7.815KW1400 N·m2.8 轴的设计与校核计算轴径时，首先选取轴的材料为45号钢，并进行调质处理。dA(P/n) （2-6）式中，P为轴的传递功率，表示轴的转速，A为轴许用切应力所对应的常数，A的取值范围为（）。取A=120，则可计算出d4=58mm，d5=90mm。齿轮与轴的装配如图2-7所示7。图2-7 齿轮轴装配方案图为了符合联轴器轴向定位的要求，应该在联轴器和轴之间增加一个轴肩。因为联轴器连接的长度L=82mm，而且要保证轴段长度比联轴器连接长度L短一些，所以取L1为80mm。联轴器的直径和轴径大小相同，都设定为d1=50mm。轴肩设定为d2为58mm，根据轴承的端盖结构和箱体结构确定轴承端盖的厚度为40mm。为了使轴承端盖便于装拆和方便对轴承添加润滑油，所以设定外端面与联轴器端面的间距为L2=12mm。需要有轴承座支撑轴承，设定轴承座高度为24mm，轴承座和齿轮之间的距离设定为14mm。齿轮的左端需要安装一个轴肩，因为轴承座和齿轮间距距是14mm，并且它们的轴承之间距离相差7mm，所以轴肩长度是24mm。因为轴承的厚度为17mm由于轴肩到左端的距离要比轴承厚度大一些，所以设定为16mm，直径为58mm。综上可以初步确定轴的各段长度和轴的直径。下面进行对轴上载荷分析、计算来对轴校核。因为T3=2832.91 N·m，所以：Ft=T3/d5=7869 （2-7）从轴的安装条件和结构尺寸可知，轴的支梁的支撑跨距为a=198 mm。由轴的结构和所受弯矩图中可知危险截面是C截面。轴所受弯矩如下图2-8所示8。图2-8 轴的弯矩分布根据截面C所受弯矩可以计算得出截面C处的M、的值如表2-3所示9。表2-3 C截面受力分布表载荷水平面H垂直面V支反力F=2421N =2450N=998N =806N弯矩M=270N/m=102 N/m =90N/m总弯矩=360N/m扭矩TT3=1105N/m在校核过程中，一般情况下只是校核轴上承受弯矩弯矩和扭矩最大的截面的强度。则，由校核公式10 (2-8)可知，=30.68Mpa。因为选定轴的材料是45钢，调质处理，所以可得=60Mpa。 因此有，<故安全。轴的结构尺寸如图2-9所示。图2-9 弯管机轴的结构因为大轴的结构尺寸设计和计算基本与小轴类似。所以，在此处省略对大轴的校核，并且根据经验计算大轴也是安全轴。2.9 弯管机模子提升装置设计2.9.1 模子提升装置设计内容依照总体设计要求，液压弯管机的模子提升装置主要是能够平稳的提升、下降夹具装置。设计出装置应满足：液压系统控制提升速度、弯管机的模子提升装置控制提升弯管模具。行程开关控制提升、下降的距离。根据总体构思和说满足的结构功能要求，模子提升装置的组成主要有：定位油缸、行程开关、各种螺钉、杠杆、机架、挡板、垫圈、销等组成11。设计的主要内容有：（1）模子提升装置结构设计；（2）杠杆与模子连接的设计。2.9.2 模子提升装置结构设计模子提升装置控制模子上下移动，用油缸来提供动力。弯管机的整体布置复杂，无法简单的直接用活塞来接模具装置，因此通过增加杠杆装置来传动动力，实现模子的上下移动。装置的结构主要有行程开关、定位油缸、杠杆、挡板、支架、螺钉、销等组成。如图2-10所示。图2-10 模子提升装置简图模子提升装置自由度F的计算： F=3n(2PlPhP) (2-9)式中，n构件数 n=3；Pl低副数 Pl =3；Ph高副数 Ph =2；P虚约束数 P =0；所以，模子提升装置的自由度 F=3×3(2×3+20)=1。2.9.3 杠杆与模子连接的设计杠杆的作用是传递力矩，高效的传递定位油缸的推拉力。（1）杠杆结构设计为了满足机械性能的需求，我们选择45号钢材料。我们根据杠杆所承受的力的大小来设计杠杆的结构，其尺寸按照整体设计要求并经过测试完善后设定为：长596mm，宽40mm。弯管模作用力到支点的距离是活塞杆作用力到支点距离的2倍。如图2-11所示。图2-11 杠杆（2）联结方式设计用接头连接杠杆与活塞杆，在接头的上端有两个支架孔，使用销轴来联结杠杆。通过螺纹联结活塞杆的头部连接接头的下端12。图2-12 杠杆的联结方式销轴的结构设计及与杠杆的连接方式如上图2-12所示。材料选为45号调质钢，HRC4555。销轴结构尺寸：长95mm；外直径28mm；内孔直径8mm。在模子提升装置正常工作状态下，销轴主要承受的是径向切应力，为了满足正常工作条件，需要对销轴所受的切应力进行校核：(2-10)(2-11)式中，F径向的作用力；m横截面积； D销轴的直径；F的大小取决于选取的油缸，根据选取的油缸推理计算得出F为41.6kN，D为25mm，代入上式得，=68.4MPa。查机械设计手册得到45号钢的许用剪切应力为114.3MPa（安全系数n为3.5，屈服强度为400MPa）。 (2-12)综上得出，设计的销轴满足强度需求。2.10 弯管机机架的设计2.10.1 机架的设计准则机架的设计应保证强度，刚度，稳定性符合需求。（1）强度强度是评定机架工作性能的基本准则。应根据机器在运转过程中所能传递的最大载荷来校核机架的强度。此外，还应校核材料的疲劳强度。（2）刚度刚度是评定机架工作能力的主要准则.在机床中床身的刚度决定产品精度和生产率；在齿轮减速器的设计中，箱体的刚度决定了齿轮的工作性能和它的啮合情况；机架刚度直接影响钢板的精度。（3）稳定性稳定性：保证机构正常运行的基本条件。机架受弯矩，扭矩等结构都存在失稳的风险。部分薄壁腹式构件也存在局部失稳，必须加以校核。对于机床，精密仪器等机械还要考虑热变形。热变形能够直接影响机架的原有精度，导致产品精度下降，例如立柱平面磨床，立柱的前臂温度高于立柱后臂，致使立柱后倾，导致零件的安装表面与工作表面不平行。对于导轨的机架，由于底面与导轨面存在温差，所以在垂直平面内导轨会发生中凸或中凹的热变形。综上可知，设计机架结构时应尽量减小热变形13。2.10.2 机架的设计要求（1）质量轻便，在满足强度刚度的前提下，机架的重量设计应追求轻便；（2）设计合理的结构，良好的工艺，利于焊接，铸造，机械加工；（3）噪声小，工作过程中应减小噪声污染，提高工作环境质量；（4）对于有导轨的机架应保证导轨面耐磨性良好，受力均匀；（5）抗振性能好，合理调控受迫振动的振幅；（6）各机构组成部分力求安装和调整简单便捷，方便对机器的维护和零件更换；（7）合理分布温度场，最大限度的降低热变形对加工精度的影响；（8）设计良好的外观造型，使之既适用经济耐用，又美观大方。2.11 弯管机挡料架设计2.11.1 挡料架原理分析挡料架是弯管机的重要组成部分，它的主要作用是阻挡弯曲钢管时的反作用力，同时也能起到定位作用。本课题设计的液压弯管机采用滚弯式弯管原理，所以挡料轮和钢管的接触面积较小，因而挡料轮的硬度要低于比钢管的硬度，我们采用了黄铜来作为挡料轮材料。根据挡料架的功能原理设计其主要结构，包括：键、轴盖、轴承、挡料轮、螺纹杆、挡料轴、挡料座、挡料轮架等构件组成。2.11.2 挡料架结构设计在弯管时，不同型号的管件弯曲半径在结构设计上会有很大差别，由于仅仅靠调整挡料轮架来调整弯曲半径还无法满足正常工作需求。我们设计挡料架多功能定点定位安装，来增加弯曲模与挡料架的调整范围。挡料架的调整范围：60mm，位置调整范围在120mm之上，总的调整范围可达到180mm14。用轴支持滚轮然后结合滚子轴承，再装于挡料轮架上，减小滚轮滚动的摩擦力，从而提高弯管的合格率。具体的型号参数设计如下：采用黄铜H58材料作为直径110mm，高度65mm；挡料座用45号钢，尺寸为 B·L·H=110×200×100(mm)；挡料轮架用45号钢，尺寸为 B·L·H=84×80×110(mm)；轴承用深沟球滚子轴承，尺寸为 B·D·d=8×35×25(mm)；螺纹杆用45号钢，尺寸为 d·L=18×150(mm)；键采用45号钢，尺寸为 B·L·H=5×8×45(mm)；轴盖用45号钢，尺寸为 D·H=60×25(mm)；手轮用45号钢，尺寸为 d·D=15×110(mm)；式中，L为长度；H为高度；B为宽度；D为直径；d为内径。第三章 液压弯管机的液压系统设计3.1 液压自动弯管机液压系统概述液压传动：以液压油作为工作介质来传递、转换、控制能量的传动类型。液压传动与机械传动相比主要优点在于：效率高、方便无级调速、便于过载保护、方便布局等多种优势。在液压伺服系统的设计中，主要是保证系统的各项静动态特性满足预定的要求，设计尽可能简单、经济、耐用、可靠的结构方案。因为本系统的功率和负载都较大，确定主要的参数和选择主要原件都要满足拖动负载的需求。3.1.1 简述弯管机液压系统组成液压弯管机的液压系统组成部分有：动力部分、控制部分、执行部分、辅助部分。动力部分：主要有液压泵和原动机组成，主要作用是把原动机的机械能转变为压力能，并输出高压油。控制部分：主要是有控制阀组成，调节控制液压系统中液压回路中的压力油的流向、流量等。执行部分：包括液压缸和液压马达，功能是将液体的高压压力能转变成机械能和动能，从而实现回转运动或者往复直线运动。辅助部分：主要有油箱、过滤器、管件、仪表、交换器等组成，辅助液压主功能元件的正常工作。3.1.2 弯管机的液压执行元件在一般机械工程的运作过程中，电机带动液压泵为液压系统提供动力源，并最终输出高压油，使得各个液压执行元件正常平稳的运行。（1）在弯管机的夹紧装置中共有三个油缸，包括两个柱塞缸，功能是夹紧管子带动齿轮齿条传动；（2）液压弯管机模子横移装置由液压马达组成，作用是横移弯管模；（3）弯曲管子时所需的液压动力，由弯曲装置的油缸提供；（4）对于弯管模子的位置控制，包括提升、下降的调控，有定位油缸提供动力。本课题设计的多功能液压弯管机的各个部分的运动所需原动力是采用油缸和马达来提供驱动力的。所以，液压系统的合理设计对于整个弯管机的综合工作性能非常重要。我们采用液压泵为弯管机的整体设计方案提供动力，我们需要设计出一个低成本高效率、工作可靠、易操作便于维修的液压系统，来为整个液压弯管机各部分提供动力源，保证各个部件正常运转。3.2 液压弯管机液压系统控制方案设计3.2.1 液压系统负载的分析 设定弯管机的旋转力矩Mt为： Mt=Mym+Mxm+Mw （3-1）式中，Mw式弯管件弯曲力矩，按下式计算： Mw=K0+K1/(2Rx)W （3-2）其中，K0截面形状系数：K0=1.275(D-2S)/(D-3S) （3-3）S和D分别为管材的壁厚、公称外径；K1材料强化系数。W截面系数： W=(D-d)/(16D) （3-4）式中，d公称内径；Mym材料的相对摩擦力矩；Mxm心轴的摩擦力矩；Rx为弯曲半径： Rx=R/D （3-5）式中，R管材半径。当弯曲材料为以下尺寸型号时，S=14s；D=65mm；354N/m2；K0=12.5；Mym=0.2Mw。由上式计算出结论为：弯曲半径为R=1.24D时，Mw=32.234kN·m；Mt=38.05kN·m。弯曲半径为R=125mm时，Mw=25.355kN·m；Mt=26.721kN·m。根据弯曲半径和管件变形机理，我们计算出在弯管时的最大推力F =0.54Mw/R。3.2.2 确定液压系统的控制方案控制方案的设计要考虑控制精度、弯曲角度、和负载力等多方面的需求，另外要尽量保证设计的控制系统简单可靠，本课题设计的系统采用了阀控缸式整体结构。3.2.3 对伺服系统主参数确定在输出功率不变的情况下，我们选用低供油压力对系统灵敏度、精度等进行调控；其优点是低供油压力能够降低成本、延长设备寿命、减少设备功率损失等。此外，确定供油压力还要与伺服油缸尺寸相匹配，并适应于弯管机系统元件所承受的额定压力。依据以上前提，参考相关液压弯管机的供油压力并考虑其它方面因素，最终确定了系统的供油压力为Ps=17.6MPa。弯管角速度范围要求为0-1.5转每分钟，弯管转轴最大角速度max=0.0185转每秒，则弯曲缸最大速度V1=27.02mm/s。设定弯曲半径为R=115mm，可得弯曲油缸推力为：F1=Mt/Rr=27.4/0.12=228kN考虑摩擦等其它因素的影响，确定F1=230kN。根据上述的计算结果，可以基本确定出系统的伺服阀特性曲线如图3-1所示。图3-1伺服阀特性曲线对于负载和功率需求都较大的液压系统，我们确定缸径时要以常用负载力来