鋼管管端成型機(jī)設(shè)計(jì).doc

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第1頁共25頁目錄1緒論12鋼管管端成型機(jī)的總體方案論證與擬訂22.1主機(jī)結(jié)構(gòu)方案22.2液壓站結(jié)構(gòu)方案33液壓系統(tǒng)的功能原理,計(jì)算與設(shè)計(jì)33.1明確液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求33.2動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)分析33.3計(jì)算主要參數(shù)，作出工況圖63.4擬定液壓系統(tǒng)圖93.5元件選型94液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)134.1油箱的設(shè)計(jì)134.2中間集成塊組的設(shè)計(jì)154.3液壓泵組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)194.4管路的布置195主機(jī)計(jì)算與設(shè)計(jì)196零件圖設(shè)計(jì)20結(jié)束語22致謝23參考文獻(xiàn)24本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第2頁共25頁1緒論鋼管管端成型主要是指將鋼管管端加工成杯狀、喇叭狀等異形，這一過程即脹管過程。脹管技術(shù)主要應(yīng)用于換熱器、冷凝器、高壓加熱器等設(shè)備制造中管子與管板的脹緊連接。目前國(guó)內(nèi)脹管法主要分為機(jī)械脹管、爆炸脹管、橡膠脹管、液壓脹管四種方法。爆炸脹管有時(shí)可以將管子炸裂并且爆炸聲較大，產(chǎn)生很大的噪音，橡膠脹管和液壓脹管是最新的脹管方法，生產(chǎn)效率很高，但是生產(chǎn)設(shè)備價(jià)格昂貴?；谝陨峡紤]，本課題研究的鋼管管端成型機(jī)采用機(jī)械脹管的方法比較經(jīng)濟(jì)，并且機(jī)械脹管法比較普遍，容易實(shí)現(xiàn)工作要求，原理簡(jiǎn)單易操作。該機(jī)用于將鋼管管端加工成杯狀、喇叭狀，適用于批量生產(chǎn)，可以完成直徑為2742mm鋼管的脹形加工，而且也可滿足其它材料管件的脹形加工。目前，國(guó)內(nèi)專門制造用于管端成型的通用機(jī)床比較少，大多數(shù)都是專用機(jī)床，生產(chǎn)效率比較高，但是靈活性小，對(duì)于不同管件的加工具有一定的局限性。因此，有必要設(shè)計(jì)這樣一種可以適應(yīng)不同管件脹形加工的通用機(jī)床，并且在不需要進(jìn)行大批量生產(chǎn)的情況下，代替了小批量單件生產(chǎn)時(shí)的手工脹管，而且可以節(jié)省時(shí)間和生產(chǎn)消耗，提高單件的生產(chǎn)效率，及時(shí)滿足產(chǎn)品零部件的需要。因此本課題設(shè)計(jì)的這一產(chǎn)品具有較高的使用價(jià)值和普遍性。該機(jī)由主機(jī)和液壓站構(gòu)成。主機(jī)有兩個(gè)執(zhí)行器，均由液壓系統(tǒng)控制，它們是工作液壓缸和夾緊液壓缸，并分別固定在機(jī)座上。機(jī)座為焊接體，材料為HT200；工作液壓缸、芯軸和脹套構(gòu)成了脹管機(jī)構(gòu)；夾緊液壓缸和夾緊塊構(gòu)成了夾緊機(jī)構(gòu)。為了滿足不同規(guī)格管件的要求，芯軸、脹套和夾緊塊可以配套更換。由于生產(chǎn)周期較短，芯軸和脹套承受了較大的交變應(yīng)力，非常易于損壞，所以需要及時(shí)更換。液壓站體積較小，因此放置在機(jī)座的下部，可以減少整臺(tái)機(jī)器的所占空間。液壓站由中間集成塊組和液壓動(dòng)力源構(gòu)成，這兩者直接安裝在箱頂表面。液壓控制閥均安裝在集成塊組上，通過集成塊內(nèi)部的通油孔道來實(shí)現(xiàn)功能。集成塊通過管接頭與管道和執(zhí)行器連接。液壓動(dòng)力源由電動(dòng)機(jī)和液壓泵構(gòu)成，二者直接通過梅花形聯(lián)軸器連接，其軸的中心高可由電動(dòng)機(jī)下的調(diào)整墊塊來實(shí)現(xiàn)。該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小，容易拆裝和搬運(yùn)。一般的工廠都可以使用本機(jī)，減少生產(chǎn)消耗，提高生產(chǎn)效率，改善經(jīng)濟(jì)效益。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第3頁共25頁2鋼管管端成型機(jī)的總體方案論證與擬訂本課題為鋼管管端成型機(jī)的設(shè)計(jì)，用于將無縫鋼管管端加工為杯狀、喇叭狀等異型。該機(jī)由主機(jī)和液壓站組成。2.1主機(jī)結(jié)構(gòu)方案機(jī)械脹管可分為前進(jìn)式脹管法和后退式脹管法。前進(jìn)式脹管法普遍應(yīng)用在低溫、低壓熱交換器的強(qiáng)度脹管，其適用范圍，設(shè)計(jì)壓力4MPa，脹桿和脹子的相對(duì)運(yùn)行設(shè)計(jì)溫度300。后退式脹管法應(yīng)用在設(shè)計(jì)壓力9.8MPa，設(shè)計(jì)溫度400。本課題的設(shè)計(jì)壓力為8.3MPa，因此用后退式脹管法，又叫拉脹法。主機(jī)結(jié)構(gòu)有臥式和立式兩種。由于本機(jī)采用拉脹法，若為立式則必定具有很大的高度，且設(shè)計(jì)時(shí)要考慮工作液壓缸的背壓?jiǎn)栴}，因此該機(jī)采用臥式結(jié)構(gòu)。這樣該機(jī)所占空間體積會(huì)明顯減小，且容易對(duì)其具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行布局，合理安排各機(jī)構(gòu)的位置，并可在其機(jī)座下留有一定的空間放置液壓站由于拉脹法使工件承受的力主要是由軸向轉(zhuǎn)化為徑向的力，因此對(duì)于工件的軸向定位影響較小，不需要很大的夾緊力，這是拉脹法優(yōu)于前進(jìn)式脹管法的明顯之處，但是也必須需要夾緊裝置將其固定。為提高機(jī)械效率，工作過程中盡量減少傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以最簡(jiǎn)單的方式將液壓缸活塞桿的軸向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為芯軸的軸向運(yùn)動(dòng)。由于液壓缸活塞桿端部直徑較大，芯軸體積較小，因此需要一個(gè)中間裝置將芯軸與活塞桿連接起來，并且使兩者的中心線保持在同一高度。夾緊裝置也由液壓缸控制其運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)時(shí)間。為滿足高的傳動(dòng)效率，夾緊缸活塞桿中心線應(yīng)與工作缸活塞桿中心線相垂直且在同一平面內(nèi)?；谝陨峡紤]，得到主機(jī)總體方案。(見圖1)圖1總體方案結(jié)構(gòu)圖液壓站本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第4頁共25頁2.2液壓站結(jié)構(gòu)方案該機(jī)的液壓系統(tǒng)有兩個(gè)執(zhí)行器，即兩個(gè)液壓缸，一個(gè)作為工作缸，一個(gè)作為夾緊缸。其動(dòng)作循環(huán)圖分別見圖2和圖3液壓站通常由液壓動(dòng)力源（泵站）、液壓控制裝置（閥站）、蓄能器架、電氣控制柜（箱）幾個(gè)獨(dú)立的部分組成。由于本機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，液壓原理也相對(duì)比較簡(jiǎn)單，因此本機(jī)的液壓站只由液壓動(dòng)力源（泵站）和液壓控制裝置（閥站）組成。液壓動(dòng)力源由電動(dòng)機(jī)和液壓泵組成，液壓控制裝置是中間集成塊組，這兩部分都安裝在油箱頂面。液壓控制閥均安裝在中間集成塊上，通過中間集成塊內(nèi)部的油道孔實(shí)現(xiàn)閥的控制功能。中間集成塊與執(zhí)行器間用管接頭和管路連接。3液壓系統(tǒng)的功能原理,計(jì)算與設(shè)計(jì)3.1明確液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求首先明確本設(shè)計(jì)中液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求，是我進(jìn)行液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中，主機(jī)為臥式結(jié)構(gòu)，間歇式運(yùn)轉(zhuǎn)，工作缸和夾緊缸需采用液壓傳動(dòng)。對(duì)于工作缸，它采用拉脹法對(duì)工件管端端口進(jìn)行脹形，并將液壓缸活塞桿的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槊浱椎膹较驍U(kuò)張；對(duì)于夾緊缸，采用立式安裝，通過前端法蘭與機(jī)架相連接，將活塞桿的直線運(yùn)動(dòng)傳遞給夾緊塊，使夾緊塊沿工件的徑向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊與松開。整個(gè)生產(chǎn)過程中，工作循環(huán)較頻繁，生產(chǎn)周期很短。3.2動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)分析3.2.1脹形力的計(jì)算脹形力由以下公式計(jì)算工進(jìn)快退工進(jìn)快退保壓圖2工作缸動(dòng)作循環(huán)圖圖3工作缸動(dòng)作循環(huán)圖本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第5頁共25頁P(yáng)200Stddt(1)式中P擴(kuò)散管脹口力，N；s擴(kuò)散管坯料的屈服強(qiáng)度，MPa；t0擴(kuò)散管坯料厚度，mm；d0脹口前擴(kuò)散管坯料外徑，mm；dt脹口前擴(kuò)散管坯料內(nèi)徑，mm。此處用最大脹管直徑來計(jì)算,可以得到最大脹形力,即d0=42mm,dt=40.5mm,t0=1.5mm,將以上數(shù)值和s=320MPa代入公式(1)得P2103942105.110320336=61073N因此得到工作載荷,即F工=61073N。3.2.2載荷計(jì)算(1)計(jì)算作用在工作缸活塞上的總機(jī)械載荷FF=F外載+F封(2)式中F外載活塞桿上所受外部載荷，N；F封密封處總摩擦力，N。F外載=F工+F摩+F慣(3)式中F工沿活塞方向工作阻力，N；F慣啟動(dòng)制動(dòng)慣性力，N。由于此鋼管管端成型機(jī)采用拉脹法，總體結(jié)構(gòu)中沒有導(dǎo)軌，因此F摩=0F慣=tgvG(4)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第6頁共25頁式中G運(yùn)動(dòng)部件重量，N。芯軸與脹套體積公式42ldV(5)取芯軸與脹套的長(zhǎng)度l大概為300mm，并取d=40mm，將數(shù)值代入公式(5)得4103001040323V=37.710-5m3VG(6)將鋼=8.0t/m3，V=37.710-5m3代入公式(6)得G=8.01039.837.710-5=29.6N初取t=3s,工進(jìn)速度v=8mm/s,則v=16mm/s,將以上數(shù)值及g9.8m/s2代入公式(4)得F慣=38.910166.293=0.016N將F工=61073N，F(xiàn)慣=0.016N，F(xiàn)摩=0代入公式(3)得F外載=61073+0+0.016=61073.016NF封=P摩A工(7)本液壓系統(tǒng)中選用O型密封圈密封，工作壓力初選為8MPa16MPa,查表選P摩=0.2MPa，并初選A工=8423mm2，則D125mm，由液壓缸徑D與活塞桿直徑d滿足d=0.6D，則d70mm，A212272mm2，將以上數(shù)值代入公式(7)得F封=0.2106842310-6=1685N將F封=1685N和F外載=61073.016N代入公式(2)得F=61073.016+1685=61873.015N本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第7頁共25頁綜上計(jì)算，可取F=61873N。(2)計(jì)算作用在夾緊缸活塞上的總機(jī)械載荷F由于該機(jī)工作時(shí)工件主要承受徑向載荷，因此夾緊力應(yīng)適當(dāng)取值。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)此處可取夾緊力為20000N，即外載F=20000N。上夾緊塊為鑄鐵件，其大致形狀及外形尺寸如圖2所示如圖2所示尺寸，可以得上夾具塊體積大概為V=80404010-9=12.810-5m3將鑄鐵=7.25t/m3和V=12.810-5m3代入公式(6)得G=7.251039.812.810-5=9.1N夾緊缸工作時(shí)，活塞桿伸出時(shí)的速度為v1=8.5mm/s,v2=12.4mm/s，則v=20.9mm/s，其t=4s,將以上數(shù)值代入公式(4)得F慣48.9109.201.93=0.005N夾緊缸工作壓力初選為4MPa16MPa，查表選P摩=0.2MPa，并初選A1=7854mm2，則D100mm，由液壓缸徑D與活塞桿直徑d滿足d=0.6D，則d5