液壓自動(dòng)彎管機(jī)設(shè)計(jì)

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過(guò)答辯PAGE13本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過(guò)答辯摘要隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展，彎管技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)行業(yè)，特別是在鍋爐、壓力容器、石油石化工程等領(lǐng)域。本次課題研究的雙向彎管機(jī)是鍋爐行業(yè)廣泛使用的專(zhuān)業(yè)設(shè)備，屬于液壓彎管機(jī)，主要完成鍋爐部件所需蛇形管的彎制。這次研究中主要設(shè)計(jì)出了雙向彎管機(jī)的模子提升裝置和液壓系統(tǒng)。模子提升裝置主要作用是使彎管模具提升或下降，因此，我們?cè)O(shè)計(jì)出其結(jié)構(gòu)主要由定位油缸、杠桿、和機(jī)架組成，由液壓泵提供動(dòng)力，由杠桿傳遞，滿(mǎn)足使彎管模的提升。設(shè)計(jì)出了裝置的所有零件后，計(jì)算分析了主要零件的的受力、強(qiáng)度情況，并用Pro/E軟件進(jìn)行三維實(shí)體建模與裝配。另外，我們?cè)O(shè)計(jì)了采用液壓為整個(gè)雙向彎管機(jī)提供動(dòng)力，通過(guò)液壓泵輸出高壓油來(lái)滿(mǎn)足各個(gè)執(zhí)行元件的正常工作。主要設(shè)計(jì)出了液壓泵站、油箱和一些輔助元件。在管子的加工過(guò)程中，有加緊裝置、轉(zhuǎn)模裝置、提升裝置及模子橫移裝置都是采用液壓來(lái)提供動(dòng)力的，因此液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尤其重要。關(guān)鍵詞：雙向彎管機(jī)；模子提升；液壓系統(tǒng)ABSTRACTAlongwiththemodernscienceandtechnologydevelopment,theelbowtechnologyhaswidelyappliedinmanyrealmsofproduction,speciallyintheboiler,thepressurevesselaswellaspetroleumpetrificationproject.Bidirectionalpipebendingmachinethatweresearchisthespecializedequipmentusedwidespreadinboilerprofession,belongstothehydraulicpressurepipebendingmachine.Itmainlycurvestheserpentuatorpipes,whichisapartoftheboiler.Inthisresearchwehadmainlydesignedthemoldliftinggearandthehydraulicsystem,whichbelongtothebidirectionalpipebendingmachine.Thefunctionofthemoldliftinggearisthatmakestheelbowpiecemoldpromotionordrop,therefore,wedesignedthatwasmadebythelocatingcylinder,thereleaselever,andthebase,providedthepowerbythehydraulicpump,transmitedbythereleaselever,thenmakestheelbowpiecemoldpromotionanddrop.Afterdesigningallcomponentsoftheinstallment,analyzingthestress,theintensitysituationofthemajorparts,wocarriedthemonthethreedimensionalentitymodellingandtheassemblywiththePro/Esoftware.Moreover,wedesignsthehydraulicpressureprovidesthepowerforthebidirectionalpipebendingmachine,thatcansatisfyeachfunctionalelementthroughthehigh-pressureoiloutputedbyhydraulicpump.Wedesignethestationofhydraulicpressurepumping,thetankandsomeauxiliaryparts.Therearemanyinstallmentsprovidedpowerbyhydraulicintheworkofcurvingpipes,suchasthestep-upinstallment,theextensionmoldinstallment,theliftinggear,thereforethehydraulicsystemisespeciallyimportant.Keywords:Bidirectionalpipebendingmachine;Moldpromotion;Hydraulicsystem目錄第1章緒論 11.1本課題研究的目的及意義 11.2彎管機(jī)的概述 21.3課題背景 31.4國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及成果 31.4.1彎管機(jī)的發(fā)展概況 31.4.2彎管機(jī)模子提升裝置的發(fā)展概述 61.4.3彎管機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展概述 71.5本章小結(jié) 8第2章機(jī)械結(jié)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì) 92.1模子提升裝置總體設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容 92.1.1提升裝置的設(shè)計(jì)要求 92.1.2提升裝置的設(shè)計(jì)內(nèi)容 92.2模子提升裝置的設(shè)計(jì)方案 102.2.1模子提升裝置整體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 102.2.2模子提升裝置主要部分的設(shè)計(jì)方案 102.3模子提升裝置的設(shè)計(jì) 112.3.1定位油缸的設(shè)計(jì) 112.3.2杠桿的設(shè)計(jì) 232.3.3機(jī)架的設(shè)計(jì) 252.4本章小結(jié) 25第3章模子提升裝置三維實(shí)體建模 263.1Pro/E軟件簡(jiǎn)介 263.2模子提升裝置三維實(shí)體建模 263.2.1定位油缸的建模 273.2.2杠桿、機(jī)架的建模 283.3模子提升裝置的裝配 293.3.1模子提升裝置的裝配 293.4本章小結(jié) 32第4章雙向彎管機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 334.1雙向彎管機(jī)液壓系統(tǒng)概述 334.1.1雙向彎管機(jī)的液壓系統(tǒng)的組成 334.1.2雙向彎管機(jī)的液壓執(zhí)行元件 334.2雙向彎管機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 344.2.1液壓站的設(shè)計(jì) 344.2.2油箱的設(shè)計(jì) 384.2.3輔助元件的確定 404.3液壓系統(tǒng)漏油、噪聲控制 454.3.1液壓系統(tǒng)漏油控制 454.3.2液壓系統(tǒng)噪聲控制 464.4本章小結(jié) 46結(jié)論 47參考文獻(xiàn) 48致謝 50PAGE43第1章緒論1.1本課題研究的目的及意義1、研究的目的本次研究的雙向彎管機(jī)主要由機(jī)床、加緊裝置、彎曲裝置、轉(zhuǎn)換裝置、模子橫移裝置、傳動(dòng)裝置、角度發(fā)訊和松緊發(fā)訊裝置及滑動(dòng)副等等。設(shè)備參數(shù)主要有：彎管方式為無(wú)芯液壓纏繞式彎管；管子范圍直徑42mm~69mm，彎曲半徑為1.5D到200mm；工作油壓為10到12Mpa。模子提升裝置是蛇形管加工的重要環(huán)節(jié)，當(dāng)管子送進(jìn)來(lái)到達(dá)指定位置時(shí)，加緊裝置工作；模子上升到達(dá)與管子中心線(xiàn)齊高，模子再旋轉(zhuǎn)使凹槽與管子嚙合靠緊；接著彎曲裝置工作，完成管子的彎曲。對(duì)本次的研究的課題主要是兩個(gè)方面：（1）雙向彎管機(jī)的模子提升裝置設(shè)計(jì)雙向彎管機(jī)模子提升裝置的設(shè)計(jì)主要是研究在模子旋轉(zhuǎn)后的上升與下降的，使整套模子裝備能夠靈活的自由上下控制。（2）液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)出雙向彎管的液壓系統(tǒng)及繪制一張液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的A0圖紙，主要包括液壓站的設(shè)計(jì)及一些輔助元件的選擇，如蓄能器、冷卻器、濾油器等等。2、研究意義隨著各種彎曲管子在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面的廣泛使用，不斷推動(dòng)彎管機(jī)行業(yè)的發(fā)展，多種彎管技術(shù)的出現(xiàn)為滿(mǎn)足今天多需求、高精度的管制產(chǎn)品成為可能。特別是在鍋爐制造、汽車(chē)、航空航天以及石油石化工程等多種行業(yè)，使用的非常廣泛。通過(guò)本次課題研究，更好的了解當(dāng)今彎管技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，爭(zhēng)取設(shè)計(jì)出高性能的雙向彎管機(jī)的模子提升裝置和雙向彎管機(jī)的液壓系統(tǒng)，為以后彎管機(jī)模具的提升裝置和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一定的參考價(jià)值，促進(jìn)彎管機(jī)行業(yè)的發(fā)展，為社會(huì)做出一點(diǎn)貢獻(xiàn)。1.2彎管機(jī)的概述彎管機(jī)，顧名思義是用于彎曲管子的機(jī)器，可以加工制造出C型、S型、U型等多種彎曲形狀的管子。廣泛應(yīng)用于壓力容器、鍋爐、汽車(chē)、航空航天以及石油石化工程等各種行業(yè)，為促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。早期傳統(tǒng)的彎管完全憑借操作者的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)熟練程度來(lái)控制產(chǎn)品質(zhì)量。因此，管型異常較大校正量大，大管徑導(dǎo)管彎曲質(zhì)量尤其難以保證，往往產(chǎn)生圓度超差，內(nèi)半徑處起皺、官腔內(nèi)的填充物清楚不干凈等問(wèn)題，而且傳統(tǒng)的彎管工序很多，操作過(guò)程繁雜。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的發(fā)展，從早期的手工彎管到現(xiàn)在的機(jī)器自動(dòng)彎管，不僅降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，保證了加工質(zhì)量，而且精度也有大大提高。為滿(mǎn)足生產(chǎn)出不同彎曲程度與彎曲半徑的管子，彎管機(jī)的類(lèi)型也在不斷改進(jìn)、提高，有電動(dòng)彎管機(jī)、液壓彎管機(jī)（單頭、雙頭）、CNC控制自動(dòng)彎管機(jī)。雖然彎管機(jī)種類(lèi)眾多，但是從常規(guī)彎管工藝稍加分析，就不難看出彎制主要可以歸結(jié)為三個(gè)基本加工動(dòng)作：（1）直線(xiàn)送進(jìn)；（2）空間轉(zhuǎn)角；（3）彎曲。當(dāng)然，欲彎制一根管子，還需要一些彎管輔助動(dòng)作，如加緊管子、夾?；驂耗５膴A緊與松開(kāi)、彎模的復(fù)位等等。有的彎管機(jī)如鍋爐廠(chǎng)里經(jīng)常使用的液壓雙向彎管機(jī)，主要加工S型、蛇形管子，在彎制管子時(shí)需要增加換向動(dòng)作，模子轉(zhuǎn)向、提升、下降等更好的完成彎管動(dòng)作。1.3課題背景本次課題是雙向彎管機(jī)模子提升裝置及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所研究的彎管機(jī)是于鍋爐廠(chǎng)的雙向彎管機(jī)，是數(shù)控彎管生產(chǎn)線(xiàn)的主機(jī)，屬于液壓彎管機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)雙向管子彎曲。模子提升裝置是雙向彎管機(jī)的重要組成部分，主要完成彎管模的提升功能。而液壓系統(tǒng)的主要功能是為雙向彎管機(jī)提供動(dòng)力，使彎管機(jī)能平穩(wěn)、正常運(yùn)轉(zhuǎn)。本文針對(duì)雙向彎管機(jī)的模子提升裝置及液壓系統(tǒng)的研究，設(shè)計(jì)出一種高性能的能夠平穩(wěn)、精確的提模裝置和液壓系統(tǒng)，促進(jìn)彎管行業(yè)的發(fā)展。1.4國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及成果1.4.1彎管機(jī)的發(fā)展概況在工業(yè)高速發(fā)展的今天，世界各國(guó)開(kāi)發(fā)彎管機(jī)已經(jīng)有多年的歷史，特別是歐美發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、德國(guó)和意大利等在這方面已經(jīng)有相當(dāng)成熟的經(jīng)驗(yàn)和頂尖技術(shù)水平。從國(guó)際情況看，彎管機(jī)的發(fā)展已有一段歷史，達(dá)到一定高度，其中處于高水平階段的單位公司有：意大利的BLMGROUP、博利馬機(jī)械設(shè)備有限公司、意圖奇國(guó)際有限公司等等，其中意大利的BLMGROUP作為世界最大的管材加工設(shè)備的生廠(chǎng)商之一，其產(chǎn)品遍布全球的航空航天，汽車(chē)，空調(diào)，家具等行業(yè)，其產(chǎn)品包括：數(shù)控彎管機(jī)，管端成型機(jī)，激光切割機(jī)，其中數(shù)控彎管機(jī)是在彎管機(jī)行業(yè)起著領(lǐng)頭羊的地位，技術(shù)水平很高。為適應(yīng)用戶(hù)的對(duì)管加工機(jī)床功能、精度及效率的要求，意大利的博利馬（BLMGROUP）公司推出了當(dāng)代代表今彎管機(jī)最高水平的全電動(dòng)數(shù)控彎管機(jī)，他們最大的加工管徑分別為Φ76mm及Φ90mm，可以實(shí)現(xiàn)最小彎管半徑小于1D。機(jī)床13個(gè)軸均為可編程控制的電動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)。機(jī)床的設(shè)計(jì)充分考慮了復(fù)雜制造業(yè)的市場(chǎng)需求，尤其適用于復(fù)雜外形管件的中小批量高質(zhì)量的加工，如航天航空及汽車(chē)領(lǐng)域。圖1.1全電動(dòng)彎管機(jī)博利馬（BLMGROUP）公司生產(chǎn)的全電動(dòng)彎管機(jī)最大的特點(diǎn)在于：（1）提高彎管精度全電動(dòng)機(jī)床采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，完全排除了液壓系統(tǒng)對(duì)機(jī)床精度的影響，極大的提高彎管精度。（2）提高生產(chǎn)效率采用全電動(dòng)控制后，模具的安裝調(diào)整變得快速簡(jiǎn)便。夾模及跟進(jìn)模夾緊位置為可編程電動(dòng)控制，這樣安裝模具后課通過(guò)程序直接設(shè)定夾模的夾緊位置，無(wú)需再手動(dòng)調(diào)整他們的位置。極大的降低了加工準(zhǔn)備時(shí)間。（3）機(jī)床采用最新的圖形對(duì)話(huà)編程軟件，所有數(shù)據(jù)均為對(duì)話(huà)式輸入，這大大降低了對(duì)操縱者素質(zhì)的要求及對(duì)操縱人員的培訓(xùn)時(shí)間。機(jī)床的三維圖形仿真模擬可以檢測(cè)機(jī)床加工該產(chǎn)品時(shí)是否會(huì)發(fā)生干涉并顯示干涉部位，無(wú)須進(jìn)行實(shí)際試加工來(lái)檢測(cè)程序的可行性。（4）使得彎管半徑小于1D成為可能由于機(jī)床配備了單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的彎管助推裝置，50000N的助推力，助推力及定位均為可編程控制。同時(shí)彎管臂也是由大功率伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，專(zhuān)業(yè)的變速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，使得小于1D的加工成為可能。從國(guó)內(nèi)情況看，彎管機(jī)產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品尚處于發(fā)展期，產(chǎn)品技術(shù)仍需發(fā)展完善；產(chǎn)品適用范圍和使用量尚未得到足夠拓展；市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下的產(chǎn)業(yè)自然調(diào)整仍處于初級(jí)階段。然而，也有很多企業(yè)和公司在自主創(chuàng)業(yè)的基礎(chǔ)上加強(qiáng)與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)的公司合作，不斷接近世界水平。在國(guó)內(nèi)彎管機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的比較好的公司有陜西深信科技發(fā)展有限公司、張家港市明華機(jī)械有限公司、昆山富邦機(jī)械有限公司、哈爾濱鍋爐廠(chǎng)等等。他們可以通過(guò)各種彎管機(jī)設(shè)備如:NC控制自動(dòng)彎管機(jī)，數(shù)控彎管機(jī)，液壓彎管機(jī)（單頭、雙頭），電動(dòng)彎管機(jī)等加工出多種不同彎曲程度與彎曲半徑的管子較之以前的手動(dòng)彎管機(jī)降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，保證了加工質(zhì)量，精度也有很大提高。明華機(jī)械制造有限公司作為國(guó)內(nèi)彎管行業(yè)中的高技術(shù)公司，在彎管機(jī)的發(fā)展中起著重要的作用。公司生產(chǎn)的單（雙）頭彎管機(jī)、特殊型彎管機(jī)、立體液壓彎管機(jī)及CNC彎管機(jī)都是高性能的彎管機(jī)，廣泛應(yīng)用與管子的彎曲加工行業(yè)中。圖1.2立體液壓彎管機(jī)圖1.3CNC彎管機(jī)（1）立體液壓彎管機(jī)立體液壓彎管機(jī)采用的液壓為整個(gè)彎管機(jī)裝置提供動(dòng)力，完成管子的彎制，最主要的特點(diǎn)是：彎制過(guò)程中采用液壓夾管，自動(dòng)鎖角，機(jī)械定長(zhǎng)；具有空間轉(zhuǎn)角裝置，可彎多角度三維立體管件；內(nèi)存增大，可以存60組加工程序，每組可設(shè)定16個(gè)任意角度，彎管轉(zhuǎn)角均采用編碼器控制；最大的彎管能力Φ50×2mm；彎曲半徑范圍：35mm~250mm。（2）CNC彎管機(jī)CNC彎管機(jī)的主要特性是：機(jī)床/工件動(dòng)力特性自動(dòng)識(shí)別—加工即快又好慢推芯，小車(chē)助推改觀(guān)彎角外觀(guān)。圖形化編程系統(tǒng)—在屏幕立體管形上畫(huà)制/修改，即得加工程序，非常簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確的編程?；貜棞y(cè)量—對(duì)批次管材特性可比較測(cè)量，計(jì)算回彈量。單步調(diào)試功能—模具試制時(shí)管材并行過(guò)程觀(guān)察。入微自動(dòng)繪制模具圖—對(duì)研究新品幫助明顯。全面檢測(cè)—液壓/電機(jī)/傳動(dòng)系統(tǒng)，電機(jī)缺相/反轉(zhuǎn)，電壓，溫度，油壓，并自動(dòng)診斷故障。最大彎曲半徑：175mm；最大彎曲角度：190°。1.4.2彎管機(jī)模子提升裝置的發(fā)展概述在彎管行業(yè)的發(fā)展中，雖然有的彎管機(jī)并沒(méi)有模子提升裝置，因?yàn)樵谟械墓茏拥募庸ぶ胁恍枰嵘＞?，然而在一些特殊的彎管機(jī)中，很多彎管模需要提升、下降來(lái)滿(mǎn)足特殊管子的加工。如雙向彎管機(jī)，這種主要用于鍋爐的專(zhuān)業(yè)彎管機(jī)，可以雙向彎制加工出S型、蛇形、U型等等一些復(fù)雜的管子。當(dāng)換向加工時(shí)就學(xué)要先使彎管模具下降一定距離，再使彎管模轉(zhuǎn)一定角度來(lái)滿(mǎn)足轉(zhuǎn)向加工出S型管子。叢模子提升的驅(qū)動(dòng)方式可以分類(lèi)如下：1、電動(dòng)式采用電機(jī)提供動(dòng)力源來(lái)到達(dá)模子的提升與下降，主要是齒輪、齒條式，應(yīng)用于大型彎管機(jī)的模具提升裝置中。傳遞平穩(wěn)，負(fù)載大，用于大型管材的加工中。2、液壓式采用液壓馬達(dá)來(lái)提供動(dòng)力，通常不會(huì)是由油缸直接用來(lái)使轉(zhuǎn)模裝置提升、下降（千斤頂），而是由杠桿、連桿等中間傳遞機(jī)構(gòu)來(lái)傳遞動(dòng)力，由于液壓油缸有一定的緩沖，這樣可以很好的保護(hù)機(jī)構(gòu)。3、凸輪式采用凸輪來(lái)傳遞動(dòng)力，帶動(dòng)轉(zhuǎn)模裝置上下移動(dòng)。由于凸輪式的移動(dòng)距離有限，因此工業(yè)上很少采用凸輪式，只是用于特殊的管子加工中。4、絲桿式采用絲杠傳遞，將模具安裝在絲桿頭上面，當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)絲杠正、反運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)彎管模具上、下移動(dòng)。這種提升方式提供的移動(dòng)空間很大，上升、下降速度可以采用不同導(dǎo)程的絲杠來(lái)改變，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，易操作。1.4.3彎管機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展概述在彎管機(jī)的發(fā)展中，彎管機(jī)的動(dòng)力源一直在不斷的改善與提高，在早期的手工彎制管件材料時(shí)主要的動(dòng)力源是單個(gè)或者多個(gè)操縱者的勞動(dòng)力，加工的產(chǎn)品一般都是小管件的管子，這樣的加工方式生產(chǎn)效率底，精度不夠，管型有限。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)水平的提高，開(kāi)發(fā)研究出了CNC數(shù)控彎管機(jī)、立體液壓式彎管機(jī)等等一些高性能的彎管機(jī)，這些高水平的彎管機(jī)的主要驅(qū)動(dòng)方式一般有三種：電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、電機(jī)液壓混合驅(qū)動(dòng)。1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)現(xiàn)代化工業(yè)的今天，大多數(shù)的機(jī)構(gòu)與裝置的動(dòng)力源都采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，為整個(gè)裝置的基本動(dòng)作提供動(dòng)力。由電機(jī)提供源動(dòng)力，在動(dòng)力的傳遞過(guò)程中又有很多種方式，如可以通過(guò)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)齒輪、齒條、凸輪、連桿等機(jī)構(gòu)，依情況設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足要求的彎管機(jī)。2、液壓驅(qū)動(dòng)隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓傳動(dòng)技術(shù)是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展速度最快的技術(shù)之一，特別使近年，進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。液壓傳動(dòng)及控制系統(tǒng)以其傳遞功率大、控制精度搞、響應(yīng)速度快和易于實(shí)現(xiàn)電機(jī)液一體化控制的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中。由液壓提供動(dòng)力的液壓彎管機(jī)是一種新型的彎管機(jī)構(gòu)，它具有結(jié)構(gòu)合理、操作方便、使用安全、裝卸快速和一機(jī)多用等優(yōu)點(diǎn)。3、電機(jī)液壓混合驅(qū)動(dòng)液壓彎管雖然具有傳遞功率大、控制精度高、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，但也具有一些不足之處，如：由于操縱者動(dòng)作太多，生產(chǎn)效率底；機(jī)器損耗大，使用壽命減短；所需要操作人員多，人工費(fèi)用較大，產(chǎn)品成本較高。所以在進(jìn)一步的研究中提出采用電機(jī)液壓混合式驅(qū)動(dòng)，這樣可以在電機(jī)、液壓各自的優(yōu)勢(shì)地方采用最合理的驅(qū)動(dòng)方式來(lái)降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，提高加工精度。1.5本章小結(jié)本章主要介紹了彎管機(jī)和彎管機(jī)模子提升裝置及彎管機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r和現(xiàn)狀，了解了當(dāng)今國(guó)內(nèi)外彎管行業(yè)的現(xiàn)態(tài)。彎管機(jī)主要用于加工彎曲管子，由于工程中各種彎曲管子的需要，彎管機(jī)的種類(lèi)、類(lèi)型也在不斷發(fā)展。從過(guò)去的手工彎制管子到現(xiàn)在的機(jī)械自動(dòng)控制彎曲管子，不僅在工作效率、加工精度上有了很大的提高，而且其加工出來(lái)的管子的質(zhì)量大大改善。這章中講到了模子提升裝置的發(fā)展及現(xiàn)狀，有的簡(jiǎn)便的管子的彎制過(guò)程中不需要提升彎管模，不過(guò)像我們研究的雙向彎管機(jī)中，在彎曲管子的過(guò)程中需要使彎管模下降一段距離，以便管子在移動(dòng)和轉(zhuǎn)向時(shí)碰觸到彎管模，因此需要在裝置中設(shè)計(jì)模子提升裝置。對(duì)于彎管機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)也有介紹，現(xiàn)今應(yīng)用最多的是用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)各個(gè)裝置的運(yùn)作，隨著科技的進(jìn)步，液壓傳動(dòng)及控制會(huì)得到更快速的發(fā)展。第2章機(jī)械結(jié)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)2.1模子提升裝置總體設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容模子提升裝置是雙向彎管機(jī)的重要組成部分，本次論文的主要內(nèi)容是模子提升裝置總體方案的設(shè)計(jì)，即怎樣實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)模裝置的提升。2.1.1提升裝置的設(shè)計(jì)要求按照總體設(shè)計(jì)要求，雙向彎管機(jī)的模子提升裝置主要是使轉(zhuǎn)模具能平穩(wěn)的提升、下降，因此我們?cè)跇?gòu)思時(shí)，設(shè)計(jì)出裝置應(yīng)滿(mǎn)足：雙向彎管機(jī)的模子提升裝置能平穩(wěn)的提升彎管模具，提升速度由液壓系統(tǒng)控制。提升、下降的距離由行程開(kāi)關(guān)控制。2.1.2提升裝置的設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)初步的總體構(gòu)思，模子提升裝置主要結(jié)構(gòu)有定位油缸、杠桿、機(jī)架、行程開(kāi)關(guān)、各種螺釘、擋板、銷(xiāo)、墊圈等組成。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：1、模子提升裝置的總體方案設(shè)計(jì)（1）模子提升的方式設(shè)計(jì)；（2）整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；（3）定位油缸的設(shè)計(jì)校核；（4）定位油缸與杠桿的連接的設(shè)計(jì)；（5）杠桿與模子連接的設(shè)計(jì)。2、完成設(shè)計(jì)圖紙（1）用auto-CAD軟件繪制出模子提升裝置的二維圖紙；（2）用Pro/E軟件完成母子提升裝置的三維建模，并進(jìn)行裝配。2.2模子提升裝置的設(shè)計(jì)方案2.2.1模子提升裝置整體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)模子提升裝置的主要作用是實(shí)現(xiàn)模子的上下移動(dòng)，考慮到怎樣才能實(shí)現(xiàn)模子穩(wěn)定的上下移動(dòng)和合理安排裝置在彎管機(jī)中的位置。對(duì)此，我們?cè)O(shè)計(jì)出用油缸來(lái)提供動(dòng)力。由于彎管機(jī)的整體布置不能實(shí)現(xiàn)直接用活塞來(lái)連接模具裝置，所以增加杠桿裝置來(lái)傳動(dòng)動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)模子的上升、下降。裝置的主要結(jié)構(gòu)有定位油缸、杠桿、支架、行程開(kāi)關(guān)、擋板、各種螺釘、銷(xiāo)、墊圈等等。示意圖如下：圖2.1模子提升裝置簡(jiǎn)圖自由度計(jì)算：機(jī)構(gòu)數(shù)為：3；遠(yuǎn)動(dòng)副：高副為0，轉(zhuǎn)動(dòng)副為3，移動(dòng)副為1；得出模子提升裝置的自由度為n=3×3－4×2－1×0=1。2.2.2模子提升裝置主要部分的設(shè)計(jì)方案1、定位油缸的設(shè)計(jì)方案對(duì)于油缸的設(shè)計(jì)，我們根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)采用反推法，先從杠桿右端與模子連接處出發(fā)，計(jì)算出作用在杠桿右端的壓力（包括整個(gè)模具的重量和各連接處的摩擦力），在一定的安全系數(shù)下，由杠桿原理計(jì)算處作用在活塞上的力，再算出油壓，從而確定油缸的相關(guān)尺寸。為控制模子提升裝置上升、下降的位置，我們?cè)O(shè)計(jì)出在定位油缸上面添加三個(gè)行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制，上、下兩位置各一個(gè)，復(fù)位一個(gè)。2、杠桿、支架的設(shè)計(jì)方案采對(duì)于杠桿、支架我們可以根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)和以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，參照一些杠桿、支架的一般設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足我們模子提升裝置的要求，2.3模子提升裝置的設(shè)計(jì)由總體的設(shè)計(jì)方案可知，在雙向彎管機(jī)的模子提升裝置中主要有定位油缸、杠桿、支架等等。2.3.1定位油缸的設(shè)計(jì)1、定位油缸類(lèi)型、安裝方式液壓缸是液壓系統(tǒng)中最常用的執(zhí)行元件，我們?cè)O(shè)計(jì)的模子提升裝置中用到的定位油缸就是液壓缸的一種。其類(lèi)型按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)新版第四卷表23.6-39選擇雙作用單活塞不可調(diào)緩沖式液壓缸。如下圖：圖2.2雙作用單活塞式這種液壓缸類(lèi)型的特點(diǎn)是：活塞可以雙向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生推、拉力，活塞行程終了時(shí)減速制動(dòng)，減速值不變。液壓缸的安裝方式可按照實(shí)際的工作需要選用合適的方式，常用的安裝方式見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)新版第四卷表23.6-40，按照設(shè)計(jì)的整體機(jī)構(gòu)，我們選擇銷(xiāo)軸型中的頭部銷(xiāo)軸。如下圖：這種安裝方式的特點(diǎn)是：液壓缸在垂直面內(nèi)可搖擺；頭部銷(xiāo)軸型安裝時(shí)，活塞桿受彎曲較小。圖2.3頭部銷(xiāo)軸式2、定位油缸主要零件的設(shè)計(jì)分析（1）缸體缸體的材料：液壓缸的缸體的常用材料為20、35、45號(hào)無(wú)縫鋼管，因20號(hào)剛的力學(xué)性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件需要焊接時(shí)，則應(yīng)該選用焊接性能較好的35號(hào)鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用45鋼，并應(yīng)調(diào)質(zhì)到241~285HB。綜上所述，按我們?cè)O(shè)計(jì)出的雙向彎管機(jī)的模子提升裝置的定位油缸的方案，選擇缸體的材料為35號(hào)鋼缸體的技術(shù)要求：缸體內(nèi)徑一般采用H8、H9配合。表面粗糙度初定Ra為0.2-0.4μm,且需要珩磨。圖2.4缸體缸體端部聯(lián)結(jié)型式：在我們的設(shè)計(jì)方案中，缸體端與缸蓋體的聯(lián)結(jié)方式選用法蘭聯(lián)結(jié)，這種聯(lián)結(jié)方式結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，易加工，易裝卸，使用廣泛；徑向尺寸較大，質(zhì)量比螺紋聯(lián)結(jié)的大；非焊件工法蘭的缸體端部應(yīng)燉粗。圖2.5法蘭聯(lián)結(jié)（2）缸蓋缸體材料：定位油缸的缸蓋可選用25、35、45號(hào)鍛鋼或ZG35、ZG45鑄鋼。在本次定位油缸的因前缸蓋需要焊接，因此對(duì)于前缸蓋的材料我們選擇35號(hào)鋼，后缸蓋的材料選擇25號(hào)鋼。缸體要求：直徑D、D2、D3的圓柱度公差應(yīng)按9、10、11級(jí)精度選??；D2、D3同軸度公差值一般為0.03mm；端面A、B與直徑d軸心線(xiàn)的垂直度公差值按7級(jí)精度選取。圖2.6缸蓋（3）活塞活塞材料：液壓缸的活塞常用材料為耐磨鑄鋼、灰鑄鐵（HT300、HT350）、鋼（有的在外徑上套尼龍66、尼龍1010或夾布酚醛塑料的耐磨環(huán)）及鋁合金等?？紤]綜合因素，為滿(mǎn)足我們需求，選擇灰鑄鐵HT350。活塞要求：在液壓油缸的工作中，活塞的質(zhì)量的好壞對(duì)液壓缸的影響作用最大，因此其技術(shù)要求很?chē)?yán)格，活塞主要用于與油缸內(nèi)徑配合，所以活塞的內(nèi)徑D對(duì)內(nèi)徑D1的徑向跳動(dòng)公差值選取7或8級(jí)精度。端面T對(duì)內(nèi)孔D1軸線(xiàn)的垂直度公差值選擇7級(jí)精度選取。圖2.7活塞活塞與活塞桿的聯(lián)結(jié)方式：活塞與活塞桿的聯(lián)結(jié)可以采用多種聯(lián)結(jié)方式，如：整體結(jié)構(gòu)、螺紋聯(lián)結(jié)、半環(huán)聯(lián)結(jié)等。在我們?cè)O(shè)計(jì)的定位油缸中選擇半環(huán)聯(lián)結(jié)，因?yàn)榘氕h(huán)聯(lián)結(jié)主要工作壓力、機(jī)械振動(dòng)較大的情況。圖2.8半環(huán)聯(lián)結(jié)活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu)：活塞與缸體之間既有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，又需要使液壓缸兩腔之間不漏油。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，參考選用Yx型密封圈。圖2.9YX密封結(jié)構(gòu)這種密封結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：密封效果好，耐高壓，耐磨性好，低溫性能好。（4）活塞桿材料：活塞桿通常會(huì)有實(shí)心桿和空心桿兩種，大多數(shù)采用實(shí)心桿，因?yàn)閷?shí)心桿強(qiáng)度、剛度更好。實(shí)心活塞桿材料可選35、45號(hào)鋼，按模子提升裝置的整體設(shè)計(jì)我們選擇45號(hào)鋼。圖2.10實(shí)心活塞桿技術(shù)要求：在活塞桿粗加工后調(diào)質(zhì)硬度到229~285HB；活塞桿d和d1的圓度公差值按10級(jí)就可以；，活塞桿上的螺紋的精度我們選擇7級(jí)，因?yàn)槟Ｗ犹嵘b置定位油缸的載荷適中，機(jī)械振動(dòng)也較?。粸榫o固活塞桿與接頭，我們?cè)诮宇^與活塞桿的聯(lián)結(jié)出增加一個(gè)銷(xiāo)釘。端部結(jié)構(gòu)型式：在活塞桿的端部與接頭的聯(lián)結(jié)有多種，如：螺紋式、耳環(huán)式、銷(xiāo)軸式。在整體裝置的設(shè)計(jì)方案種，我們選擇的是螺紋式的外螺紋聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)。圖2.11外螺紋聯(lián)結(jié)活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵：對(duì)于活塞桿的導(dǎo)向，按照裝置的整體設(shè)計(jì)方案及機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，我們選擇普通導(dǎo)向套，圖2.12普通導(dǎo)向套這種普通的導(dǎo)向套，可利用壓力油潤(rùn)滑導(dǎo)向套，并使其處于密封狀態(tài)。材料我們選擇鑄造青銅ZQSn10-1,導(dǎo)向套內(nèi)徑的配合選擇H8/f9?；钊麠U的密封結(jié)構(gòu)采用軸用Yx型密封圈，防塵機(jī)構(gòu)采用防塵圈。（5）液壓缸的緩沖裝置液壓缸的緩沖裝置是為了防止或減小液壓缸活塞在運(yùn)動(dòng)到兩個(gè)端點(diǎn)時(shí)因慣性力造成的沖撞。通常是通過(guò)節(jié)流作用，使液壓缸運(yùn)動(dòng)到端點(diǎn)附近時(shí)形成足夠的內(nèi)壓，降低液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度，以減小沖擊。對(duì)此我們采用變節(jié)流面積中的三角形結(jié)構(gòu)，如下圖：圖2.13變節(jié)流三角形緩沖3、定位油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）定位油缸設(shè)計(jì)計(jì)算步驟液壓缸一般的設(shè)計(jì)過(guò)程有：1）根據(jù)主機(jī)的運(yùn)動(dòng)要求，選擇液壓缸的類(lèi)型，前面已經(jīng)選擇了雙作用單活塞式。根據(jù)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求，選擇液壓缸的安裝方式，前面已經(jīng)選擇了頭部銷(xiāo)軸式安裝。2）根據(jù)主機(jī)的動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)分析，確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸。如液壓缸的推力、速度、作用時(shí)間、內(nèi)徑、行程及活塞桿直徑等等。3）根據(jù)選定的工作壓力和材料進(jìn)行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如缸體壁厚、缸蓋結(jié)構(gòu)、密封型式、排氣與緩沖裝置等，前面已經(jīng)選擇了一部分。4）液壓缸性能的驗(yàn)算。（2）定位油缸的計(jì)算一般油缸的主要幾何尺寸，包括油缸的內(nèi)徑D，活塞桿的直徑d和油缸的行程s等。1）油缸的內(nèi)徑D的計(jì)算工程中油缸的內(nèi)徑D可以根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來(lái)計(jì)算。計(jì)算公式由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：（2.1）式中F—油缸的推力（kN）；P—工作壓力（MPa）；A—油缸內(nèi)徑面積(m2)；D—油缸內(nèi)徑（m）；推導(dǎo)出計(jì)算油缸內(nèi)徑D的公式：（2.2）其中工作油壓P在整個(gè)雙向彎管機(jī)的設(shè)計(jì)要求中已經(jīng)給出：10~12.5MPa。油缸的推力F由彎管模、活塞、活塞桿、接頭，以及附在彎管模上面的一些配件，還有用于控制油缸行程的行程開(kāi)關(guān)和一些板件的重量等等加在一起。再由杠桿原理的換算及考慮一定的安全系數(shù)加摩擦力，得到F的值。彎管模的質(zhì)量：87+15.8+0.53+0.63+70+1.16+2.2+0.53=177.85kg。運(yùn)動(dòng)配件質(zhì)量：約40kg。杠桿的傳遞比初定為：支點(diǎn)到彎轉(zhuǎn)模端的距離為支點(diǎn)到油缸端的距離的2倍。得到F為4.357kN。工作油壓按10Mpa。定位油缸的機(jī)械效率：=0.95。將P、F帶入公式（2.2）中，得出24.8cm?？紤]一定的安全系數(shù)(n1.4,取3)及油壓的穩(wěn)定系數(shù)后，得到改進(jìn)后的D約為74.4mm。按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷表23.6-33給出的缸筒內(nèi)徑尺寸系列圓整成標(biāo)準(zhǔn)值。如表2.1，可以選擇油缸內(nèi)徑D為80mm或90mm。表2.1液壓缸內(nèi)徑尺寸系列mm840125(280)1050(140)3201263160(360)1680(180)40020(90)200(450)25100(220)50032(110)250根據(jù)表2.1，初選D按90mm設(shè)計(jì)。2）活塞桿直徑d的計(jì)算根據(jù)強(qiáng)度要求來(lái)計(jì)算活塞桿的直徑d當(dāng)活塞桿在穩(wěn)定的狀態(tài)下，僅承受軸向載荷時(shí)，活塞桿直徑按簡(jiǎn)單拉、壓強(qiáng)度計(jì)算。此時(shí)（2.3）式中：F—活塞桿的輸出力(kN)；--活塞桿材料的許用應(yīng)力（MPa）；我們對(duì)活塞桿選擇的材料是45號(hào)鋼，=100~120Mpa;機(jī)械效率=0.95；安全系數(shù)n取3；得出=23.5mm。按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷表23.6-34給出的活塞桿外徑尺寸系列圓整成標(biāo)準(zhǔn)值。因此我們可以選擇32mm、36mm、40mm?？紤]到上面的油缸內(nèi)徑中我們選擇的是D為90mm的，對(duì)此，我們選擇活塞桿外徑為40mm，以滿(mǎn)足工作要求?；钊麠U端部上面已經(jīng)提到過(guò)在與接頭聯(lián)結(jié)時(shí)采用外螺紋聯(lián)結(jié)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，我們選擇直徑與螺距為：M302；螺紋長(zhǎng)為短型40mm。3）定位油缸的行程s的確定油缸的行程s，主要依據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求而定，在雙向彎管機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案中，要求彎轉(zhuǎn)模的上升與下降的最大距離為100mm。為了簡(jiǎn)化工藝和降低成本，我們按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷表23.6-35~37中給出的標(biāo)準(zhǔn)值選擇，表2.2活塞桿行程第一系列mm2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000參考表2.2，我們選擇油缸的行程s為100mm。（3）定位油缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)定位油缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，主要包括缸筒壁厚、油口直徑、缸底厚度、缸頭厚度等等。1）缸筒壁厚的計(jì)算由于我們?cè)O(shè)計(jì)的雙向彎管機(jī)是工程機(jī)械常用中型設(shè)備。先根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的第四卷中的表23.6-59工程機(jī)械用標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑系列。查得：當(dāng)油缸內(nèi)徑為90mm，工作壓力≤16MPa時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的油缸外徑為108mm。考慮到我們?cè)O(shè)計(jì)的定位油缸能安全、平穩(wěn)的運(yùn)行，對(duì)查得的油缸外徑進(jìn)行修正，初定為120mm。2)缸底厚度的計(jì)算我們?cè)O(shè)計(jì)的定位油缸中，缸底有油口，因此其厚度計(jì)算可以根據(jù)下式（2.4）h—缸底厚度（m）；D—油缸內(nèi)徑（m）；—試驗(yàn)壓力（MPa）；—缸底材料的許用應(yīng)力（MPa）；—缸底油口直徑（m）。將D=0.09m，=20MPa，=100MPa，=0.01m帶入得出=20mm。由于在缸底出需要與法蘭進(jìn)行螺紋聯(lián)結(jié)，其厚度應(yīng)該加大，參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷，可選擇定位油缸的缸底厚度為40mm。3）缸頭厚度計(jì)算由于在缸頭端有活塞桿導(dǎo)向孔，其計(jì)算與缸底有所不同。且有螺紋聯(lián)結(jié)法蘭，按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷圖23.6-55及公式23.6-29計(jì)算得出缸頭的厚度最小為30mm。修正為標(biāo)準(zhǔn)值取為50mm。（4）定位油缸的聯(lián)結(jié)對(duì)于前、后缸蓋與筒身的聯(lián)結(jié)，我們采用螺栓聯(lián)結(jié)的型式，這種聯(lián)結(jié)更加穩(wěn)定可靠，且裝卸方便，操作簡(jiǎn)單?；钊麠U與活塞的聯(lián)結(jié)采用雙活塞活動(dòng)式，因?yàn)樵诙ㄎ挥透坠ぷ鲿r(shí)有兩個(gè)位置的控制，保證50mm和100mm兩個(gè)行程。1）缸蓋的聯(lián)結(jié)在定位油缸的端部由于有法蘭，因此缸蓋與筒身的聯(lián)結(jié)，需要用螺釘來(lái)緊固，考慮缸蓋的厚度為40mm，我們選用GB70-76M10×2）壓蓋的聯(lián)結(jié)壓蓋在定位油缸中起的作用主要是：活塞桿的導(dǎo)向和防塵密封。在壓蓋與缸蓋體的聯(lián)結(jié)中，我們采用螺釘?shù)倪B接緊固方式，螺釘按國(guó)標(biāo)選擇GB70-76M6×（5）定位油缸的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖如下：圖2.14定位油缸在定位油缸的結(jié)構(gòu)中增加一個(gè)隔圈，主要是考慮了，在活塞的運(yùn)動(dòng)中的位置的控制，這樣后活塞的運(yùn)動(dòng)空間只能在后缸蓋與隔圈之間運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樵诨钊麠U的運(yùn)動(dòng)中有兩個(gè)位置的控制，一個(gè)是50mm，另一個(gè)是100mm。當(dāng)往下油腔內(nèi)注入高壓油時(shí)，后活塞的運(yùn)動(dòng)行程最大只有50mm。當(dāng)往上油腔注入時(shí)活塞桿還有50mm的行程。當(dāng)然在控制活塞桿的運(yùn)動(dòng)位置時(shí)，我們采用的是行程開(kāi)關(guān)的控制，在活塞桿運(yùn)動(dòng)到我們要求的位置時(shí)，會(huì)碰觸到行程開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)，會(huì)給出信號(hào)傳到總控制點(diǎn)，系統(tǒng)做出反應(yīng)，實(shí)施對(duì)油缸進(jìn)行供油控制。4、定位油缸的校核（1）定位油缸的輸出力驗(yàn)算為了準(zhǔn)確的提升或下降彎管模的位置，定位油缸推、拉力必須大于加載在杠桿上作用力。定位油缸的推力（2.5）A=D—活塞桿或油缸內(nèi)徑；根據(jù)我們?cè)O(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸得出=63.6kN。上面計(jì)算的作用在活塞上的力為4.3kN。所以我們?cè)O(shè)計(jì)的定位油缸的推拉力都滿(mǎn)足要求。（2）活塞桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算在定位油缸只承受軸向壓縮時(shí)，，需要校核活塞桿的縱向抗彎強(qiáng)度或穩(wěn)定性。我們?cè)O(shè)計(jì)的活塞桿中可知其長(zhǎng)度為322mm，活塞桿直徑為40mm，其長(zhǎng)度比上直徑之值約為8，從上面得知作用在活塞桿上的力不到5kN。按等截面計(jì)算活塞桿細(xì)長(zhǎng)比：（2.6）L—活塞桿長(zhǎng)度（m）；k—活塞桿斷面的回轉(zhuǎn)半徑（m），實(shí)心桿按計(jì)算；m—試驗(yàn)常數(shù)查表得出m=90（45號(hào)鋼）；n—末端條件系數(shù)，按兩端鉸鏈安裝方式，查表得出n=1。得出：=32<=90；所以活塞桿的彎曲破壞臨界值按戈登—蘭金公式計(jì)算（2.7）—材料強(qiáng)度試驗(yàn)值；—活塞桿截面積；—實(shí)驗(yàn)常數(shù)；將數(shù)據(jù)帶入得出：=7.995kN。所以當(dāng)作用在活塞桿端部上的力小于7.995kN時(shí)，活塞桿不會(huì)發(fā)生彎曲破環(huán)。2.3.2杠桿的設(shè)計(jì)為了傳遞定位油缸的推拉力，我們?cè)O(shè)計(jì)出有杠桿來(lái)傳遞力矩。1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)材料選擇45號(hào)鋼，機(jī)械性能比較好。對(duì)于杠桿的結(jié)構(gòu)，我們根據(jù)作用在杠桿上的力的大小來(lái)設(shè)計(jì)，其長(zhǎng)度按照整體設(shè)計(jì)要求并經(jīng)過(guò)修改完善后定為850mm，寬度定為55mm。圖2.14杠桿2、聯(lián)結(jié)方式（1）杠桿與活塞桿的聯(lián)結(jié)杠桿左端與活塞桿的聯(lián)結(jié)我們?cè)O(shè)計(jì)出用接頭來(lái)聯(lián)結(jié)，接頭上端有兩個(gè)支架孔，通過(guò)銷(xiāo)軸來(lái)聯(lián)結(jié)杠桿。接頭的下端通過(guò)螺紋聯(lián)結(jié)活塞桿的頭部。圖2.15杠桿的聯(lián)結(jié)方式圖2.16銷(xiāo)軸銷(xiāo)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如上圖2.16。材料選為45號(hào)鋼，需調(diào)質(zhì)處理，HRC45~55。主要結(jié)構(gòu)尺寸有：銷(xiāo)軸總長(zhǎng)為92mm；直徑為24mm；銷(xiāo)軸內(nèi)孔直徑為6mm當(dāng)模子提升裝置正常工作時(shí)，銷(xiāo)軸主要承載著接頭和杠桿對(duì)其的徑向作用力，因此，我們需要校核一下銷(xiāo)軸的切應(yīng)力。（2.8）F—徑向作用力；m—橫截面積，按計(jì)算；D—銷(xiāo)軸直徑；F由油缸的推力計(jì)算得出為31.8kN，D為24mm，代入式（2.8）得出=70.3MPa查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)及相關(guān)資料得到45號(hào)鋼的許用剪切應(yīng)力為114.3MPa（屈服強(qiáng)度為400MPa，安全系數(shù)n為3.5）?！芫C上得出，我們?cè)O(shè)計(jì)的銷(xiāo)軸滿(mǎn)足要求。（2）杠桿與彎管模的聯(lián)結(jié)在杠桿的右端與彎管模的聯(lián)結(jié)，我們采用滑塊加銷(xiāo)軸來(lái)聯(lián)結(jié)，杠桿通過(guò)銷(xiāo)軸連接上滑塊，滑塊再與彎管模聯(lián)結(jié)，這樣在杠桿的運(yùn)動(dòng)中，杠桿左、右端走的軌跡不是直線(xiàn)的，而是弧線(xiàn)，所以采用滑塊來(lái)修正彎管模的運(yùn)動(dòng)軌跡。2.3.3機(jī)架的設(shè)計(jì)機(jī)架的設(shè)計(jì)主要考慮整體的布局和與彎管機(jī)的裝配關(guān)系，機(jī)架主要由板構(gòu)成，在機(jī)架上面有一個(gè)關(guān)鍵的部件就是，杠桿支點(diǎn)的設(shè)計(jì)，我們采用銷(xiāo)軸式聯(lián)結(jié)杠桿，其結(jié)構(gòu)如下圖：圖2.17機(jī)架機(jī)架的平板上裝有兩個(gè)支撐座，用于聯(lián)結(jié)杠桿。機(jī)架的左側(cè)的三個(gè)螺釘用于緊固定位油缸的軸頭，在油缸的伸縮運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于活塞桿的行程是弧線(xiàn)，所以在油缸的工作中整個(gè)缸在做繞軸頭的軸在做一個(gè)小角度的旋轉(zhuǎn)。右側(cè)的立板主要是用于固定整個(gè)模子提升裝置的，使提升裝置安裝在彎管機(jī)雙向中，其螺釘型號(hào)為GB20×50。2.4本章小結(jié)本章主要做的是模子提升裝置的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，在這章當(dāng)中，我們先規(guī)劃了模子提升裝置的總體設(shè)計(jì)方案，機(jī)構(gòu)主要由定位油缸、杠桿、機(jī)架組成。采用油缸提供動(dòng)力來(lái)推動(dòng)彎管模的上升、下降。有關(guān)定位油缸、杠桿、機(jī)架的設(shè)計(jì)都是參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，機(jī)械設(shè)計(jì)等資料來(lái)設(shè)計(jì)的，由于經(jīng)驗(yàn)缺少，有些地方的設(shè)計(jì)可能會(huì)有一些不足之處。第3章模子提升裝置三維實(shí)體建模3.1Pro/E軟件簡(jiǎn)介Pro/ENGINEER是由美國(guó)PTC公司推出的一套三維CAD/CAM參數(shù)化軟件系統(tǒng)，它涵蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)、工藝造型設(shè)計(jì)、三維模型設(shè)計(jì)、分析計(jì)算、動(dòng)態(tài)模擬與仿真、工程圖紙的輸出、生產(chǎn)加工產(chǎn)品的全過(guò)程，其中還包括了大量的電纜和管道布線(xiàn)、模具設(shè)計(jì)和分析等實(shí)用模塊。廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、機(jī)械、數(shù)控加工、電子等諸多行業(yè)。Pro/E是當(dāng)前三維設(shè)計(jì)軟件中應(yīng)用比較廣泛的軟件之一，也是參數(shù)化設(shè)計(jì)的首選。Pro/E第一個(gè)提出參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)解決特征的相關(guān)性問(wèn)題。另外，它采用模塊化方式，用戶(hù)可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊，一般可有草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、加工處理、結(jié)構(gòu)分析與運(yùn)動(dòng)仿真等。在CAE模塊中可以對(duì)零部件進(jìn)行有限元分析和優(yōu)化，在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模塊中，可以對(duì)零部件模型進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真，并獲得距離、速度等輸出曲線(xiàn)。為機(jī)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)與零件的失效分析提供更簡(jiǎn)便的操作。我們這次使用Pro/EWildfire軟件來(lái)創(chuàng)建三維實(shí)體模型，在軟件的使用過(guò)程中需要注意的有：（1）每次打開(kāi)Pro/E軟件后，首先要在“文件”中進(jìn)行工作目錄的修改，設(shè)置零件的保存路徑；（2）在創(chuàng)建零件時(shí)，模板選用mmns_part_solid；（3）在創(chuàng)建組件時(shí)，模板選用mmns_asm_design。3.2模子提升裝置三維實(shí)體建模模子提升裝置的三維實(shí)體建模從裝置中的零件或部件開(kāi)始，做完了零部件的建模再進(jìn)行裝置的裝配。零部件的建模主要包括三個(gè)方面，他們是定位油缸、杠桿、機(jī)架的三維實(shí)體建模。建模的過(guò)程中主要有旋轉(zhuǎn)、拉伸的方法。3.2.1從上面的定位油缸的設(shè)計(jì)中，我們知道油缸的主要組成部分有：筒身、法蘭、缸蓋體、活塞、活塞桿等等。在Pro/E軟件中的三維實(shí)體建模主要通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)等基本操作，還有一些孔、塊等特征的插入及一些修改的圓角、倒角等等。運(yùn)用這些基本操作我們可以完成定位油缸零部件的三維實(shí)體建模和油缸的裝配。1、缸體的建模缸體的建模包括，筒身、法蘭、后缸蓋、前缸蓋的建模。筒身的三維實(shí)體建?？梢圆捎眯D(zhuǎn)的方法，先繪制筒身的配面草圖，做出一根中心線(xiàn)，對(duì)尺寸進(jìn)行修改完善，完成草繪后做旋轉(zhuǎn)即可創(chuàng)建筒身的模型，再進(jìn)行相關(guān)倒角的修改。由于在筒身中有隔圈，所以在筒壁上需要加特征孔，方法可以效仿筒身的創(chuàng)建過(guò)程。法蘭的建模主要是拉伸，先做出草繪圖型，修改完善尺寸后進(jìn)行拉伸，由于要與后缸蓋體聯(lián)結(jié)，在法蘭的端面上需要加入螺孔特征。前缸蓋體的建模過(guò)程也類(lèi)似，比較麻煩的是在軸頭的部位開(kāi)有一個(gè)油口，兩軸頭的設(shè)計(jì)主要是為油缸在機(jī)架上的聯(lián)結(jié)。圖3.1缸體2、活塞、活塞桿的建模根據(jù)前面的設(shè)計(jì)，活塞機(jī)構(gòu)的建模采用旋轉(zhuǎn)來(lái)做，在后活塞的端部有一個(gè)小倒三角開(kāi)口，主要起到緩沖作用?；钊c活塞桿是通過(guò)半環(huán)聯(lián)結(jié)。圖3.2活塞、活塞桿3.2.2杠桿、機(jī)架的建模1、杠桿的建模根據(jù)前面的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，我們用Pro/E軟件進(jìn)行杠桿的三維實(shí)體建模，采用拉伸的方法。先做杠桿主體的拉伸，再在相應(yīng)的位置加特征孔，最后在杠桿的右端做接頭設(shè)計(jì)的建模。作為支點(diǎn)的孔需要有缸套的配合，這樣可以減少銷(xiāo)軸與杠桿的摩擦。圖3.3杠桿2、機(jī)架的建模模子提升裝置的機(jī)架主要用來(lái)支撐杠桿、定位油缸的，按照前面的設(shè)計(jì)尺寸及要求，完成了Pro/E的三維實(shí)體建模。機(jī)架主要由板構(gòu)成，板的建模主要是拉伸，有點(diǎn)地方需要加孔的可以用孔的專(zhuān)門(mén)的方法來(lái)創(chuàng)建。裝配的時(shí)候，板與板的聯(lián)結(jié)在實(shí)際中采用焊接的固定方式，在Pro/E中我們采用“放置”的型式來(lái)組裝。最后完成了機(jī)架的建模，如下圖：圖3.4機(jī)架3.3模子提升裝置的裝配3.3.1模子提升裝置的裝配對(duì)于模子提升裝置的裝配，由于有的部件有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)中存在著轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副，所以在裝配時(shí)要采用“連結(jié)”的方式。連接的類(lèi)型有：剛性、銷(xiāo)釘、滑動(dòng)桿、圓柱、平面、球、焊接、軸承等等，我們能用得到的有銷(xiāo)釘和滑動(dòng)桿。把沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件組裝成了幾個(gè)主要的部分，如把與定位油缸有關(guān)的零件裝配好，由于活塞與油缸有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此活塞先不裝配。后活塞、活塞及活塞桿還有接頭組成一個(gè)部分，作為一個(gè)整體。杠桿和鋼套作為一部分。剩下的就是機(jī)架了，機(jī)架不僅要和杠桿連接，還要和定位油缸的銷(xiāo)軸有連接。1、定機(jī)架打開(kāi)Pro/E，建立模子提升裝置組件文件，打開(kāi)創(chuàng)建好的機(jī)架部件的文件，此時(shí)機(jī)架部件模型出現(xiàn)在主窗口中，調(diào)整視覺(jué)方向，單擊【元件放置】對(duì)話(huà)框中的“確定”完成機(jī)架的定位。2、聯(lián)接定位油缸點(diǎn)擊主窗口右側(cè)工具欄中的“將元件添加到組件”標(biāo)志，在彈開(kāi)的“打開(kāi)”對(duì)話(huà)框里選擇定位油缸的組件文件，此時(shí)系統(tǒng)彈出【元件放置】對(duì)話(huà)框，在Pro/E中，機(jī)構(gòu)是通過(guò)連接的方式裝配起來(lái)的，因此在彈出的【元件放置】對(duì)話(huà)框中選擇“連接”選項(xiàng)，展開(kāi)連接方式的裝配界面。根據(jù)定位油缸與機(jī)架的實(shí)際連接方式，將連接類(lèi)型設(shè)置成【銷(xiāo)釘】，銷(xiāo)釘連接需要我們?cè)O(shè)計(jì)兩個(gè)約束規(guī)則，分別為軸對(duì)齊和平移約束。軸對(duì)齊約束，就是選取需要連接的兩個(gè)零部件的軸線(xiàn)，即選擇定位油缸前缸蓋的銷(xiāo)軸的軸線(xiàn)和機(jī)架左端長(zhǎng)板的孔的軸線(xiàn)。平移約束，就是在主窗口的模型中分別選取需要連接的兩個(gè)零部件的兩個(gè)表面。最后，單擊【元件放置】中的“確定”。完成定位油缸與機(jī)架的連接，若需要調(diào)整一下兩部件的相對(duì)位置，可以在【元件放置】對(duì)話(huà)框選擇“移動(dòng)”中的“旋轉(zhuǎn)”來(lái)調(diào)整。3、連接活塞同樣的方式，點(diǎn)擊“將元件添加到組件”標(biāo)志，打開(kāi)活塞、活塞桿組件文件，根據(jù)活塞與油缸缸筒的實(shí)際連接方式，在【元件放置】中選擇“滑動(dòng)桿”連接?；瑒?dòng)桿的連接方式需要設(shè)置兩個(gè)約束：軸對(duì)齊和旋轉(zhuǎn)。軸對(duì)齊約束，和銷(xiāo)軸連接的軸對(duì)齊一樣，也是點(diǎn)擊兩個(gè)需要連接的零件的軸線(xiàn)，也可以選擇兩零件的壁筒，在這里我們點(diǎn)擊選擇筒身和活塞的軸線(xiàn)。旋轉(zhuǎn)約束，主要是確定連接零件的初始位置，可以點(diǎn)擊兩個(gè)零件的平面來(lái)確定初始位置，對(duì)于需要調(diào)整相對(duì)位置的，可以在“移動(dòng)”中選擇“平移”選項(xiàng)，上下移動(dòng)活塞的位置。最后點(diǎn)擊【元件放置】的“確定”，完成了活塞與油缸的連接。4、聯(lián)接接頭與杠桿的銷(xiāo)軸、杠桿點(diǎn)擊“將元件添加到組件”，打開(kāi)銷(xiāo)軸的文件，根據(jù)杠桿與接頭的實(shí)際連接方式，在【元件放置】中選擇“銷(xiāo)軸”連接，參照上面的銷(xiāo)軸連接方式，設(shè)置好軸對(duì)齊和平移約束。最后單擊“確定”。采用同樣的方式，在接頭的銷(xiāo)軸上連接杠桿，在【元件放置】中選擇“銷(xiāo)軸”連接，參照“銷(xiāo)軸”的連接方式完成杠桿的連接。5、長(zhǎng)軸的聯(lián)接長(zhǎng)軸是作為杠桿的支點(diǎn)，按照上面“銷(xiāo)軸”的操作方式，連接好杠桿。在長(zhǎng)軸連接完了后需要增加一個(gè)“銷(xiāo)軸”連接，連接在機(jī)架上，使整個(gè)模子提升裝置的裝配連接的整體化。6、總體裝配完成各項(xiàng)和連接裝配后，得到雙向彎管機(jī)模子提升裝置的Pro/E配裝模型，如下圖：圖3.5模子提升裝置Pro/E裝配模型3.4本章小結(jié)本章主要介紹了一下，用Pro/E軟件來(lái)創(chuàng)建模子提升裝置的三維實(shí)體建模過(guò)程及裝配和添加驅(qū)動(dòng)器及運(yùn)動(dòng)仿真。運(yùn)用Pro/E軟件來(lái)創(chuàng)建三維實(shí)體模型，非常方便，模塊化的運(yùn)用使工作變得更加方便，在單個(gè)的小零件的建模過(guò)程中通過(guò)拉伸與旋轉(zhuǎn)可以快速準(zhǔn)確的創(chuàng)建出三維實(shí)體模型。對(duì)于比較復(fù)雜的組件，可以把其主要的零件創(chuàng)建好實(shí)體模型后進(jìn)行組裝，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的組件需要用到“連接”的方式進(jìn)行裝配。裝配完了整個(gè)模子提升裝置后，可以在動(dòng)力源處添加驅(qū)動(dòng)器來(lái)模擬運(yùn)動(dòng)仿真，在活塞桿處的連接設(shè)置伺服電動(dòng)機(jī)，來(lái)模擬驅(qū)動(dòng)活塞桿的運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)裝置的仿真。由于經(jīng)驗(yàn)缺少等諸多因素，模子提升裝置的仿真運(yùn)動(dòng)做的不夠完美，可能存在著一些小問(wèn)題，需要進(jìn)一步改進(jìn)完善。第4章雙向彎管機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1雙向彎管機(jī)液壓系統(tǒng)概述以受壓液體作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞、轉(zhuǎn)換與控制餓傳動(dòng)型式稱(chēng)為液壓傳動(dòng)。與機(jī)械傳動(dòng)相比，液壓傳動(dòng)具有功率-質(zhì)量比大、便于無(wú)級(jí)調(diào)速和過(guò)載保護(hù)、布局靈活方便等多種技術(shù)優(yōu)勢(shì)。作為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)與控制的重要技術(shù)手段，液壓被廣泛的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、制造業(yè)等等。4.1.1雙向彎管機(jī)的液壓系統(tǒng)的組成雙向彎管機(jī)的液壓系統(tǒng)由動(dòng)力部分、執(zhí)行部分、控制部分和輔助部分組成。各部分的功能作用有：動(dòng)力部分：由原動(dòng)機(jī)和液壓泵組成，將原動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成液壓的壓力能，輸出高壓油。執(zhí)行部分：由液壓缸和液壓馬達(dá)組成，主要是將液體的高壓能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)工作元件，對(duì)外做功，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?？刂撇糠郑河筛鞣N控制閥體組成，控制調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中從泵到執(zhí)行元件的壓力、流量、方向等，保證各執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)線(xiàn)路與規(guī)律。輔助部分：包括油箱、管件、過(guò)濾器、熱交換器、儲(chǔ)能器及一些儀表等，用于輔助液壓元件的正常工作。4.1.2雙向彎管機(jī)的液壓執(zhí)行元件一般的機(jī)械工程中，液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源采用電機(jī)帶動(dòng)液壓泵來(lái)輸出高壓油，從而使各個(gè)液壓執(zhí)行元件正常工作。現(xiàn)在簡(jiǎn)單介紹一下雙向彎管機(jī)各部分裝置中用到的液壓元件：（1）夾緊裝置中有三個(gè)油缸，其中兩個(gè)單作用柱塞缸，用于帶動(dòng)齒輪齒條傳動(dòng)，夾緊管子；（2）彎曲裝置中有一個(gè)油缸，用于提供液壓動(dòng)力來(lái)彎曲管子；（3）轉(zhuǎn)模裝置中有一個(gè)液壓馬達(dá)，用于彎管模的轉(zhuǎn)向，使得彎管機(jī)能雙向彎曲管子；（4）模子橫移裝置有一個(gè)油馬達(dá)，用于彎管模的橫移；（5）傳動(dòng)裝置有兩個(gè)油缸；（6）模子提升裝置有一個(gè)定位油缸，用于彎管模的提升、下降位置控制。我們?cè)O(shè)計(jì)出的雙向彎管機(jī)的各個(gè)主要部分的運(yùn)動(dòng)都采用油缸、馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)的，因此，設(shè)計(jì)出一個(gè)比較合理的液壓系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)彎管機(jī)的工作異常重要。在雙向彎管機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案中，我們采用液壓泵來(lái)提供動(dòng)力。因此，我們需要設(shè)計(jì)出一個(gè)合理、工作可靠、低成本高效率、易操作便維修的液壓系統(tǒng)來(lái)為整個(gè)雙向彎管機(jī)各個(gè)部分提供動(dòng)力源，滿(mǎn)足各部件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。4.2雙向彎管機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)從雙向彎管機(jī)的液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求中，在我這里的研究?jī)?nèi)容主要是繪制出雙向彎管機(jī)的液壓系統(tǒng)圖，有關(guān)液壓系統(tǒng)原理由設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置部分的同學(xué)完成，在此做一下簡(jiǎn)單介紹。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有：（1）根據(jù)雙向彎管機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖繪制出液壓系統(tǒng)圖；（2）設(shè)計(jì)雙向彎管機(jī)的液壓站，包括液壓泵站和液壓閥站；（3）設(shè)計(jì)選擇液壓系統(tǒng)的油箱、濾油器、儲(chǔ)能器等輔助元件。4.2.1液壓站的設(shè)計(jì)1、液壓站的概述液壓站是由液壓泵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、油箱及一些控制閥等構(gòu)成的液壓裝置。從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中可以看出，一般工程中的液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程實(shí)質(zhì)上分為兩大部分：一是系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)，包括功能設(shè)計(jì)、組成元件設(shè)計(jì)和液壓系統(tǒng)計(jì)算等；二是系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)，主要是液壓裝置的設(shè)計(jì)。液壓裝置的設(shè)計(jì)在于選擇確定元、輔件的連結(jié)裝配方案，、具體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)和繪制液壓系統(tǒng)產(chǎn)品工作圖樣等。液壓裝置設(shè)計(jì)是液壓系統(tǒng)功能原理設(shè)計(jì)的延續(xù)和結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，可以說(shuō)是整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的歸宿，一個(gè)液壓系統(tǒng)能否可靠有效的運(yùn)行，很大程度上取決與液壓裝置的設(shè)計(jì)，因此這一環(huán)節(jié)是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。液壓站的結(jié)構(gòu)類(lèi)型我們采用集中配制型，將系統(tǒng)的執(zhí)行器安放在主機(jī)上，而將液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)、輔助元件等安裝在主機(jī)之外。2、液壓泵站的設(shè)計(jì)前面提到液壓系統(tǒng)的液壓站主要有液壓泵站與液壓閥站。液壓泵站主要包括液壓泵和與其配套使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。為了液壓系統(tǒng)工作的穩(wěn)定，在液壓泵站中，我們?cè)O(shè)計(jì)由兩個(gè)液壓泵供油，一個(gè)是定量泵，一個(gè)是變量泵。當(dāng)雙向彎管機(jī)處于低壓工作狀態(tài)時(shí)，可以使用定量泵供油就是滿(mǎn)足工作需求；當(dāng)雙向彎管機(jī)處于高壓工作狀態(tài)時(shí)，可以同時(shí)使用定量泵和變量泵來(lái)調(diào)節(jié)工作壓力，滿(mǎn)足雙向彎管機(jī)各執(zhí)行元件的正常工作。（1）選擇液壓泵選擇液壓泵的主要參數(shù)有液壓泵的工作壓力、液壓泵的排量或流量。根據(jù)雙向彎管機(jī)的工作要求，參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷的相關(guān)計(jì)算公式得出了系統(tǒng)液壓泵的最大工作壓力為16.5MPa。液壓泵的額定壓力一般大于系統(tǒng)工作壓力25%~50%。得出液壓泵的壓力P為：P=（1+0.25）=20.625MPa。液壓系統(tǒng)的流量：多個(gè)液壓缸或液壓馬達(dá)同時(shí)工作時(shí)，液壓泵的輸出流量由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷查得（3.1）由雙向彎管機(jī)的整體系統(tǒng)及液壓原理的計(jì)算得出≈100L/min由計(jì)算的到的系統(tǒng)液壓泵的工作壓力和流量?jī)蓚€(gè)參數(shù)可以確定液壓泵的類(lèi)別和型號(hào)。（2）定量泵的選擇查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷表23.5-5齒輪泵產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)概覽和表23.5-12技術(shù)規(guī)格，選擇的定量泵類(lèi)型為：外齒輪嚙合單級(jí)齒輪泵，型號(hào)為CBF-F63。具體參數(shù)有：排量為63mL/min；額定壓力為20MPa，最高壓力為25MPa；額定轉(zhuǎn)速為2000r/min；驅(qū)動(dòng)功率為54.0kW。圖4.1CBF-F型液壓泵（3）變量泵的選擇參考上面計(jì)算出來(lái)的液壓系統(tǒng)的工作壓力和流量，為選擇比較合適的變量泵，我們查閱了機(jī)械手機(jī)手冊(cè)第四卷有關(guān)變量泵的相關(guān)資料，表23.5-39柱塞泵產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)概覽。確定變量泵的類(lèi)型為軸向柱塞泵，型號(hào)為63SCY14-1B，S表示手動(dòng)變量型式，C為壓力級(jí)32MPa。主要參數(shù)有：排量為63L/min；壓力為31.5MPa；轉(zhuǎn)速為1500r/min；驅(qū)動(dòng)功率為59.2；重量為65kg。圖4.2CY14-1B柱塞泵（4）驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇根據(jù)上面選擇的液壓泵的型號(hào)為CBF-F63，查得與其配合使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率為54.0kW，機(jī)械效率為81%，因此我們選擇的電動(dòng)機(jī)的額定功率必須大于67kW。查電子版機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，我們選擇適合的電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型為：Y系列（IP23）防護(hù)式三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為Y225M-2。63SCY14-1B柱塞泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率為59.0kW，效率為92%，因此柱塞泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率必須大于64.1kW。為了設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)便，我們選擇與定量齒輪泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的型號(hào)一致，選擇柱塞泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為：Y225M-2。電動(dòng)機(jī)Y225M-2的主要參數(shù)有：額定功率為75kW；滿(mǎn)載同步轉(zhuǎn)速為3000r/min；功率因數(shù)為0.89；重量380kg。圖4.3Y225M-2電動(dòng)機(jī)（5）液壓泵與電動(dòng)機(jī)的聯(lián)結(jié)液壓泵與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的聯(lián)結(jié)，我們采用聯(lián)軸節(jié)來(lái)聯(lián)結(jié)，聯(lián)軸節(jié)的型號(hào)選擇為：H1473Y-1-5。聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)如圖：圖4.4齒輪泵與電動(dòng)機(jī)的聯(lián)結(jié)（6）液壓泵站的結(jié)構(gòu)型式工程中通常用到的液壓泵站的機(jī)構(gòu)型式有：上置式（分立式和臥式）、盤(pán)置式、下置式。為布置得更加合理，我們?cè)O(shè)計(jì)液壓泵站的結(jié)構(gòu)為上置式，因?yàn)橛袃蓚€(gè)液壓泵，定量泵采用立式安裝，變量泵采用臥式安裝。圖4.5液壓泵站簡(jiǎn)圖定量泵CBF-F63由于比較輕，而且不用太多操作，與電動(dòng)機(jī)裝配完后采用立式安裝結(jié)構(gòu)，將定量泵CBF-F63安放在油箱里面。變量泵63SCY14-1B因其工作時(shí)需要進(jìn)行變量操作，所以將其臥式安裝在油箱上端面。3、液壓閥站的設(shè)計(jì)液壓閥站的設(shè)計(jì)，主要是將各個(gè)裝置需要控制的油缸馬達(dá)的控制閥體以及一些在油路中使用的控制閥放在一個(gè)集成的結(jié)構(gòu)上，通常成為集成塊。從雙向彎管機(jī)的整個(gè)裝置中，我們?cè)O(shè)計(jì)了7個(gè)集成塊，來(lái)完成對(duì)各個(gè)執(zhí)行元件的控制操作，基本上一個(gè)執(zhí)行元件一個(gè)集成塊，有的簡(jiǎn)單的閥體可以集中裝在一個(gè)面上。對(duì)于集成塊的控制閥體在液壓原理圖上面已經(jīng)詳細(xì)給出。4.2.2油箱的設(shè)計(jì)油箱是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，除了由于儲(chǔ)存油外，還起著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質(zhì)等作用。油箱中安裝有很多輔助件，如冷卻器、濾油器、空氣過(guò)濾器及液位計(jì)等。油箱可分為開(kāi)式與閉式兩種，雙向彎管機(jī)的液壓系統(tǒng)油箱的機(jī)構(gòu)我們采用開(kāi)式油箱。開(kāi)式油箱，箱中液面與大氣相通，在油箱蓋上裝有空氣過(guò)濾器。開(kāi)式油箱較之閉式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)方便。油箱的形狀我們?cè)O(shè)計(jì)為矩形式，因?yàn)榫匦问接拖漭^之圓罐形油箱制造容易，且油箱上面易于安放相關(guān)液壓元件。1、油箱容積計(jì)算油箱的容量與系統(tǒng)的流量有關(guān)，一般容量可取最大容流量的3~5倍。由上面計(jì)算得到的雙向彎管機(jī)的最大流量為100L/min，估算系統(tǒng)的需油量為630L，考慮到有一定的容積效率=0.8。還有液壓系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，一方面盡可能地滿(mǎn)足散熱的要求，另一方面在液壓系統(tǒng)停止工作時(shí)應(yīng)能容納系統(tǒng)中的所有工作介質(zhì)，而工作時(shí)又能保持適當(dāng)?shù)囊何?。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷表23.9-1油箱容量JB/T7938-1999。表4.1油箱容積L46.31025406310016025031540050063080010001250160020003150400050006300我們選擇油箱容積為1250L，初定油箱的具體尺寸有：長(zhǎng)×寬×高為1500×1200×1000；油箱的壁厚為10mm；油箱蓋的厚度為12mm；箱底板的厚度為15mm。箱體底部支板高度為100mm。2、隔板吸油管和回油管設(shè)置的距離比較遠(yuǎn)，我們其中間增加一塊隔板，以加大液流循環(huán)的途徑，這樣能提高散熱、分離空氣及沉淀雜質(zhì)的效果。隔板的高度一般我液壓高度的2/3~3/4，我們定為550mm。液壓高度設(shè)有液位計(jì)來(lái)測(cè)量控制。3、注油、放油閥在油箱蓋開(kāi)有注油口，設(shè)有閥體，用于向油箱里注入液體。在注油口增加一個(gè)空氣過(guò)濾器，防止塵埃進(jìn)入油箱，污染液體。為便于放油和清理，箱底有一定的斜度，并在最低處設(shè)置放油閥。4、油箱結(jié)構(gòu)通過(guò)上面的設(shè)計(jì)，我們得出油箱的結(jié)構(gòu)如下圖：圖4.6油箱結(jié)構(gòu)對(duì)于油箱內(nèi)表的防腐處理我們采用酸洗后磷化，工作前還得做泄漏試驗(yàn)。4.2.3輔助元件的確定工程中常用的液壓系統(tǒng)輔助元件有蓄能器、過(guò)濾器及一些液壓儀表等等。1、蓄能器蓄能器在液壓系統(tǒng)中是用來(lái)儲(chǔ)存、釋放能量的裝置。其主要用途為：可作為輔助液壓源在短時(shí)間里提供一定數(shù)量的壓力油，滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)速度、壓力的要求，如可以實(shí)現(xiàn)某支路液壓缸的增速、保壓、緩沖等。在我們?cè)O(shè)計(jì)的雙向彎管機(jī)的彎曲裝置中和加緊裝置中需要用到蓄能器。兩個(gè)裝置出的蓄能主要是為了穩(wěn)定壓力，在我們的液壓系統(tǒng)中由于油溫升高而使液體膨脹，產(chǎn)生高壓可使用蓄能器來(lái)吸收；當(dāng)容積的變化而使油量減少時(shí)，蓄能器也可以起到補(bǔ)償作用。（1）蓄能器的類(lèi)型考慮系統(tǒng)的壓力大小，我們選擇蓄能器的類(lèi)型為氣體加載式中的氣囊式。因?yàn)檫@種氣囊式蓄能器油氣隔離，油不易氧化，油中不易混入氣體，反應(yīng)靈敏，尺寸小，重量輕。囊中的氣體充氮?dú)?。圖4.7氣囊式蓄能器（2）蓄能器的型號(hào)對(duì)于氣囊式的蓄能器我們采用NXQA-/△-L-H。型號(hào)說(shuō)明：NXQ—囊式蓄能器；A—蓄能器的結(jié)構(gòu)型式為A型；—公稱(chēng)容積，單位L；△—壓力級(jí)別，單位為MPa；L—接方式為螺紋連接；H—工作介質(zhì)為礦物油；公稱(chēng)容積L是蓄能器的主要參數(shù)之一，蓄能器的選擇工程中常常是依據(jù)公稱(chēng)容量和油路的壓力大小，因此我們先計(jì)算出。前面我們提到在彎曲裝置和夾緊裝置中使用蓄能器的主要目的是為了穩(wěn)定壓力，所以蓄能器的公稱(chēng)容量可以按下式作輔助動(dòng)力源時(shí)計(jì)算：（4.1）式中：—充氣壓力（Pa），按0.9>>0.25充氣；—系統(tǒng)最低壓力（Pa）；—系統(tǒng)最高壓力（Pa）；n—指數(shù)，取n=1.4；—為蓄能器的工作容積（）。根據(jù)設(shè)計(jì)出雙向彎管機(jī)液壓系統(tǒng)原理，得到為10MPa，為16MPa，為2L，n為1.4，取為6MPa。得到：=10.10（L）。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷表23.8-5。根據(jù)系統(tǒng)壓力和蓄能器公稱(chēng)容積我們確定蓄能器的型號(hào)為NXQ-10/10-L-H。（3）蓄能器的結(jié)構(gòu)蓄能器型號(hào)為NXQ-10/10-L-H，公稱(chēng)容量為10L，壓力為10MPa，其結(jié)構(gòu)的具體尺寸有：口徑Φd為70mm，螺紋為M60x2；總高L為650mm；Φ為219mm；重量為42kg。圖4.8蓄能器結(jié)構(gòu)2、冷卻器當(dāng)液壓系統(tǒng)工作時(shí)，因液壓泵、液壓馬達(dá)等的容積損失和機(jī)械損失，控制元件管路的壓力損失和液體摩擦損失等消耗的能量，幾乎全部轉(zhuǎn)化成熱量，這樣會(huì)使得油液的粘度下降，造成元件內(nèi)泄漏、密封老化。嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響液壓系統(tǒng)的正常工作，因此在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，為減少熱量的產(chǎn)生降低液壓系統(tǒng)的溫度，一方面增大油箱的散熱面積，另一方面就是增加冷卻器來(lái)冷卻油液。雙向彎管機(jī)的液壓系統(tǒng)中，我們?cè)诨赜偷墓苈飞厦嬖O(shè)計(jì)了一個(gè)冷卻器來(lái)降低油液的溫度。冷卻方式采用水冷列管式，這種冷卻方式冷卻水從管內(nèi)流過(guò)，油從列管間流過(guò)，中間折板使油折流，并采用雙程流動(dòng)方式，強(qiáng)化冷卻效果。散熱效果好，散熱系數(shù)可達(dá)350~580W/(m2·C)。類(lèi)型參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四卷采用LQ型列管式冷卻器，型號(hào)為2LQFW-A/1.0F。主要參數(shù)有：2為管稱(chēng)數(shù)為；F為浮動(dòng)頭結(jié)構(gòu)形式；W為臥式安裝方式；A為壓力等級(jí)MPa；1.0為散熱面積，單位；F為法蘭連接。圖4.92LQFW-A/1.0F型冷卻器3、過(guò)濾器過(guò)濾器的使用主要是清除液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)中的固體污染物，使工作介質(zhì)保持清潔，延長(zhǎng)元器件的使用壽命、保證液壓元件工作性能可靠。選擇過(guò)濾器主要是看其過(guò)濾精度和過(guò)濾能力，過(guò)濾精度是指油液通過(guò)過(guò)濾器時(shí)，能夠穿過(guò)過(guò)濾芯的球形污染物的最大直徑。過(guò)濾能力也叫通油能力，指在一定壓力差下允許通過(guò)過(guò)濾器的最大流量。在我們?cè)O(shè)計(jì)的雙向彎管機(jī)液壓系統(tǒng)中用到的過(guò)濾器主要是在油泵的吸油口、系統(tǒng)的回油口和注油口處。在吸油處的過(guò)濾器主要是保護(hù)液壓泵，其精度類(lèi)別采用粗過(guò)濾器，即能濾掉100цm以上的顆粒。在回油口處的過(guò)濾器主要是用于降低油液污染度，其精度類(lèi)別采用普通過(guò)濾器，能過(guò)濾掉10~100цm。注油口出的過(guò)濾器一般是防止注油時(shí)污染物進(jìn)入，精度類(lèi)別也是采用粗過(guò)濾器，通常和空氣濾清器一起使用。（1）吸油口處過(guò)濾器按照設(shè)計(jì)要求，吸油口處的過(guò)濾器我們采用網(wǎng)式過(guò)濾器，型號(hào)為WU-160180F。圖4.10WU式過(guò)濾器WU-160180F形過(guò)濾器其結(jié)構(gòu)具體參數(shù)有：過(guò)濾精度為180цm；壓力損失為小于0.01MPa；流量為160L/min；聯(lián)結(jié)形式為螺紋聯(lián)結(jié)。圖4.9中H為200mm；h為170mm；d為50mm；D為82mm。（2）注油處過(guò)濾器注油口處的過(guò)濾器采用較大孔的網(wǎng)狀的過(guò)濾器，具體型號(hào)可以按油口的大小來(lái)挑選。在注油口處的空氣濾清器型號(hào)采用EF6-80。4、儀表在液壓系統(tǒng)中為實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，我們?cè)谟吐分性O(shè)計(jì)一些常用的儀表，如溫度儀表、壓力儀表、液位儀表等等。（1）溫度計(jì)為穩(wěn)定液壓元件的工作穩(wěn)定性，準(zhǔn)確測(cè)定液壓系統(tǒng)的溫度是非常重要的。我們可以在油箱及重要的元件油路上安裝溫度計(jì)來(lái)測(cè)定液壓系統(tǒng)的溫度，對(duì)于溫度計(jì)類(lèi)型我們采用WSS-6011型,測(cè)量范圍-40~80度。（2）壓力表為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液壓系統(tǒng)的油壓，我們可以在需要的地方安裝壓力儀表來(lái)監(jiān)控油路的壓力。壓力表類(lèi)型我們采用Y系列壓力表，由于油路的不用，其型號(hào)也可以根據(jù)需要選擇，可以選擇Y-60、Y-100等，測(cè)量范圍為0~25MPa。（3）液位計(jì)為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油箱液位的高度，以方便及時(shí)控制油量，我們?cè)谟拖渫鈧?cè)壁上安裝液位計(jì)。液位計(jì)的類(lèi)型我們采用YWZ型，具體型號(hào)為YWZ-400T，400為液位計(jì)的螺釘中心距，T為帶有溫度計(jì)的，適用工作溫度范圍為-20°~100°。4.3液壓系統(tǒng)漏油、噪聲控制4.3.1液壓系統(tǒng)漏油控制液壓系統(tǒng)泄漏的原因是錯(cuò)綜復(fù)雜的，主要是與振動(dòng)、壓力差、制造誤差、裝配間隙等有關(guān)。泄漏工程上分為外泄漏和內(nèi)泄漏兩種。外泄漏是指油液從元器件或管道接口內(nèi)部向外泄漏；內(nèi)泄漏是指元器件內(nèi)部由于間隙、磨損等原因有少量油液從高壓腔流到低壓腔。外泄漏會(huì)造成油液浪費(fèi)，污染環(huán)境，嚴(yán)重時(shí)造成火災(zāi)危及人生安全。內(nèi)泄漏能引起系統(tǒng)壓力、流量不穩(wěn)定嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成停產(chǎn)事故。為降低雙向彎管機(jī)液壓系統(tǒng)的泄漏，我們采取的措施有：（1）減少了油路管接頭的數(shù)量，采用控制閥集成的方式防止系統(tǒng)漏油；（2）在換向時(shí)為減小液壓沖擊和機(jī)械振動(dòng)，盡量延長(zhǎng)換向時(shí)間；（3）定期檢查、定期維修、及時(shí)處理，防止泄漏的發(fā)生。4.3.2