鐵路客車電線鋼管擴(kuò)口工裝設(shè)計

鐵路客車電線鋼管擴(kuò)口工裝設(shè)計

摘

要

針對我廠鋼管擴(kuò)口加工的現(xiàn)狀，提出自主設(shè)計鋼管擴(kuò)口工裝的方案，并對工裝各組成部分的設(shè)計可行性進(jìn)行計算論證。Keys鋼管擴(kuò)口

工裝設(shè)計1

前言鐵路客車車下部分電線管管口為擴(kuò)口結(jié)構(gòu)，目前我廠加工班進(jìn)行擴(kuò)口加工的方法是使用尖嘴錘子作為工具砸電線管口，使管口形成外擴(kuò)，此種人工擴(kuò)口方式不僅效率低，而且會對電線管的內(nèi)絕緣層造成一定程度的破壞，加工效果并不理想。若采購成型擴(kuò)口設(shè)備加工電線管，成本極高且產(chǎn)品加工范圍不能完全滿足我廠實際加工需求。為解決鋼管擴(kuò)口問題，嘗試自行設(shè)計符合生產(chǎn)實際需要的鋼管擴(kuò)口工裝，通過計算論證，該鋼管擴(kuò)口工裝是完全可行的。2

鋼管擴(kuò)口工裝的設(shè)計2.1

工裝適用范圍基于我廠實際檢修需要，常見擴(kuò)口管件為鋼管：DN15、DN20、DN25、DN32、DN40、DN50、DN65；以此明確該工裝適用鋼管直徑范圍為：Φ15mm～Φ80mm；厚度：dmax=5。2.2

工裝結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，擴(kuò)口工裝組成由以下五部件組成:1、工作臺；

2、管子臺虎鉗；3、擴(kuò)口模具；4、液壓油缸；5、電動液壓泵。圖1鋼管擴(kuò)口工裝結(jié)構(gòu)組成該工裝工作程序如下：工裝的動力來源于電動液壓泵，電動液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能；液壓泵連接液壓油缸，液體的壓力能推動油缸的活塞桿做直線往復(fù)運動；活塞桿連接擴(kuò)口模具；管件由臺虎鉗固定在工作臺上；活塞伸出，鋼管受模具擠壓變形，擴(kuò)口實現(xiàn)；活塞退回，工序完成。2.3

經(jīng)濟(jì)效益根據(jù)工裝的結(jié)構(gòu)組成分析，工作臺和擴(kuò)口模具兩部分可由我廠自行加工；重型臺虎鉗（約500元），電動液壓泵（約4000元），液壓油缸（約2000元）三部分可直接采購成本件；預(yù)計整體費用能夠控制在1.5萬元以內(nèi)。2.4

適用范圍內(nèi)，最大擴(kuò)口力的計算變形區(qū)材料受到雙向應(yīng)力的作用：切向應(yīng)力σθ與徑向壓應(yīng)力σr（厚向應(yīng)力σt≈0.），P為要求解的擴(kuò)口力。擴(kuò)口變形程度用擴(kuò)口系數(shù)ke=r/r0(=d/d0)表示；厚度變化t=t0(1+r0/R)/2＜t0

(1)沿法向N列出其平衡方程式為：pA4-2σθA3sin(dβ/2)=0;取sin(dβ/2)≈dβ/2，整理得：p=σθt0cosａ(1+r0/R)/2R

(2)沿法向N列出其平衡方程式為：Rdσr/dR+σr+σθ(1+μcotａ)=0

(3)實踐證明，一般擴(kuò)口件系數(shù)ke=r/r0＜1.7，則有σａ=βK（1-n/2+nR/rａ）-σr

(4)

由于R＜r，故：(R/r)≈1-μcotａ(1-R/r)

(5)積分整理得：擴(kuò)口力P=1.15Kπrａt(yī)0(1+μcotａ)cosａ｛(1-2a)(ke-1+lnke)+n/2(ke-1)(ke+3)-(1+μcotａ)(1-2n+nke)[(ke-1)(ke-3)+2kelnke]/2ke｝

(6)取加工上極限，管徑Φmax=80mm;壁厚dmax=5mm;擴(kuò)口系數(shù)ke=1.58；由上訴公式計算得知所需最大擴(kuò)口力Pmax=159.2KN。2.5

組成部件選型和設(shè)計2.5.1

管子臺虎鉗的選型管子臺虎鉗的型號選擇取決于所需夾緊力的大小和擴(kuò)口管的直徑范圍共同決定。為保持夾持管徑的平衡，使用2臺管子臺虎鉗平衡支撐。機(jī)械效率η=0.75，Pmax=159.2KN；則最小夾緊力P夾min=Pmax/2η=159.2/2x0.75=106.14KN。根據(jù)QB/T2211-1996管子臺虎鉗規(guī)格表，選擇3#管子臺虎鉗（可夾持管子直徑15～115mm，夾緊力（KN）≥127.4）。2.5.2

工作臺的設(shè)計2.5.2.1

外形尺寸選擇根據(jù)人機(jī)工程學(xué)有關(guān)功能參數(shù)中站著工作時手工操作的有關(guān)尺寸，以175男性為例，工作臺面最合適高度為950mm；寬度尺寸大于管子臺虎鉗橫向尺寸即可，寬度定為500mm；長度尺寸結(jié)合我廠加工實際情況，定為1800mm。2.5.2.2

承載力計算與選材工作臺需承載垂直方向的力為管子臺虎鉗，管料，液壓油缸及附屬的重力；經(jīng)計算最大需承重P需max=420kg。工作臺的承載能力P（總載重），材料的許用應(yīng)力為［σ］，橫梁長度為L，抗彎截面模量為WZ。按簡支梁承受均布載荷計算，其承載力為：

考慮材料的力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性，選取材料Q235，規(guī)格為60x40x2.0的矩形鋼管作為骨架；其許用應(yīng)力為120MPa，計算得知承載力P=3150kg》P需max。綜上，工作臺外形尺寸為1800x500x950;支撐骨架是材料Q235，規(guī)格60x40x2.0的矩形鋼管；骨架上鋪設(shè)10mm厚的Q235鋼板，并焊接牢固，以便操作和固定；為防止工作臺水平移動，在工作臺腿腳焊接帶孔圓板并用地腳螺栓固定于地面。2.5.3

液壓油缸的選型已知最大擴(kuò)口力Pmax=159.2KN；根據(jù)需要推進(jìn)速度V=2米/min;求液壓油缸缸徑D。Pmax=π×(D÷2)×P壓強(qiáng)／1000計算得知選取缸徑D=180mm。2.5.4

電動液壓泵的選型2.5.4.1

計算液壓泵的最高工作壓力快速上行時工作壓力最大，估取沿程壓力損失。2.5.4.2

計算液壓泵的流量

取系統(tǒng)泄漏修正因數(shù)K=1.1?？焖偕闲行璞昧髁?；慢速上行需泵流量；慢速下行需泵流量。2.5.4.3

選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)壓力和流量值，查相關(guān)液壓元件產(chǎn)品目錄，選取型號為DSS0.8/6?；緟?shù)如下，流量：3L-70L/min

壓力：0-80Mpa；功率：1.5kw;容積：35L；外形尺寸：450×350×670；重量：62Kg。2.5.5

擴(kuò)口模具的設(shè)計2.5.5.1

模具材料選擇為保持模具有較高的使用壽命，選擇材質(zhì)Cr12MoV材料制造，并對工作部分進(jìn)行氮化處理，氮化深度0.35-0.40mm。2.5.5.2

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計模具沖頭斜度a與擴(kuò)口變形程度相關(guān)，擴(kuò)口變形程度等于擴(kuò)口后工件直徑與擴(kuò)口前原料直徑之比，簡稱為擴(kuò)口系數(shù)，用字母K表示：

K=D1/D

(1)D1——擴(kuò)口后零件直徑D——擴(kuò)口前原料的直徑該零件的模具沖頭斜度a=arctan(D1-D)/2L

(2)L——由直徑D擴(kuò)口至直徑D1的直線段距離，簡稱為行程以直徑為DN25電線管為例：已知擴(kuò)口前內(nèi)徑D=Φ25，擴(kuò)口后直徑D1=Φ35，行程為L=20，則沖頭斜度a=arctan(D1-D)/2L=arctan（34.9-24.9）/2x20≈14°為保證沖頭順利進(jìn)入管內(nèi)，將沖頭水平直線段延長至2L，從而得出直徑D2=D-tana×2L=24.9-tan14°×40=14.9。4

結(jié)論和建議鋼管擴(kuò)口加工采用人工擴(kuò)口方式不僅效率低，而且會對電線管的內(nèi)絕緣層造成一定程度的破壞，加工效果并不理想。自行設(shè)計符合生產(chǎn)實際需要的鋼管擴(kuò)口工裝，通過計算論證是完全可行的，同時在很大程度上節(jié)約了生產(chǎn)成本。參

考

文

獻(xiàn)1

成大先.機(jī)械設(shè)計手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010

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