鋼管管端成型機(jī)設(shè)計(jì)

畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）鋼管管端成型機(jī)設(shè)計(jì)學(xué)生指導(dǎo)老師專層班學(xué)業(yè)模具設(shè)計(jì)與制造次大學(xué)?？萍?jí)07模具1班日期2010年4月27日原創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是我個(gè)人進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文（設(shè)計(jì)）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，已在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。學(xué)生簽名：時(shí)間：年月日關(guān)于論文（設(shè)計(jì)）使用授權(quán)的說(shuō)明本人完全了解《江西農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學(xué)院本、?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作條例（暫行規(guī)定）》對(duì)：“成績(jī)?yōu)閮?yōu)秀畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），江西農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學(xué)院將有權(quán)選取部分論文（設(shè)計(jì)）全文匯編成集或者在網(wǎng)上公開(kāi)發(fā)布。如因著作權(quán)發(fā)生糾紛，由學(xué)生本人負(fù)責(zé)”完全認(rèn)可，并同意江西農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學(xué)院可以以不同方式在不同媒體上發(fā)表、傳播畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的全部或部分內(nèi)容。江西農(nóng)業(yè)工程職業(yè)有權(quán)保留送交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和磁盤，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編論文（設(shè)計(jì)）。［保密的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議］學(xué)生簽名：時(shí)間：年月日密級(jí)：（請(qǐng)注明密級(jí)及保密期限）摘要本課題研究設(shè)計(jì)了一種鋼管管端成型機(jī)，該機(jī)用于將無(wú)縫鋼管管端加工成杯狀、喇叭狀等異形，也可用于其它材料管件的脹形加工。首先綜合比較了目前國(guó)內(nèi)外四種不同原理的脹管方法，并根據(jù)具體的生產(chǎn)情況制定了本課題的解決方案，即采用機(jī)械脹管中的后退式脹管原理。該機(jī)的兩個(gè)液壓控制執(zhí)行器用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊和脹形。對(duì)本機(jī)的總體方案進(jìn)行了論證與擬定，并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。然后對(duì)該機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。首先通過(guò)計(jì)算確定執(zhí)行器所受外載，從而計(jì)算出執(zhí)行器的相關(guān)參數(shù)并對(duì)其進(jìn)行選型，繼而對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和泵進(jìn)行選型，并選定了液壓系統(tǒng)中的控制閥和輔件。繪制出該機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖后，將其轉(zhuǎn)化為集成塊單元回路圖，并據(jù)此圖對(duì)集成塊組進(jìn)行了設(shè)計(jì)。最后對(duì)液壓泵組和油箱進(jìn)行了設(shè)計(jì)。合理布置管路后，將集成塊組、液壓泵組和油箱裝配在一起，即對(duì)液壓站進(jìn)行了設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞:管端成型主機(jī)設(shè)計(jì)集成塊組油箱設(shè)計(jì)管路布置目錄緒論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1鋼管管端成型機(jī)的總體方案論證與擬訂．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21主機(jī)結(jié)構(gòu)方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2液壓站結(jié)構(gòu)方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3液壓系統(tǒng)的功能原理,計(jì)算與設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3明確液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3計(jì)算主要參數(shù)，作出工況圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6擬定液壓系統(tǒng)圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9元件選型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13油箱的設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．132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)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．184.4管路的布置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18主機(jī)計(jì)算與設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19零件圖設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20后記．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23目錄緒論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1鋼管管端成型機(jī)的總體方案論證與擬訂．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2主機(jī)結(jié)構(gòu)方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2液壓站結(jié)構(gòu)方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3液壓系統(tǒng)的功能原理,計(jì)算與設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3明確液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3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．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9元件選型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13油箱的設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13中間集成塊組的設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15液壓泵組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19管路的布置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19主機(jī)計(jì)算與設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19零件圖設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20結(jié)束語(yǔ)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22致謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24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(guò)程即脹管過(guò)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27?42mm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(guò)集成塊內(nèi)部的通油孔道來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。集成塊通過(guò)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(guò)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(lái)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。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(wú)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。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W4MPa，脹桿和脹子的相對(duì)運(yùn)行設(shè)計(jì)溫度W300°C。后退式脹管法應(yīng)用在設(shè)計(jì)壓力W9.8MPa,設(shè)計(jì)溫度W400°C。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(guò)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(lái)，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(jiàn)圖1）1液壓站1I I圖1總體方案結(jié)構(gòu)圖

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。工進(jìn)其動(dòng)作循環(huán)圖分別見(jiàn)圖2和圖3工進(jìn)工進(jìn)快退快退快退快退圖2圖2工作缸動(dòng)作循環(huán)圖圖3工作缸動(dòng)作循環(huán)圖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(guò)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。液壓系統(tǒng)的功能原理,計(jì)算與設(shè)計(jì)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(guò)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(kāi)。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，工作循環(huán)較頻繁，生產(chǎn)周期很短。動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)分析脹形力的計(jì)算脹形力由以下公式計(jì)算兀xqxtx(d+d)P^~ S 0 0 t—2式中P—擴(kuò)散管脹口力，N；q—擴(kuò)散管坯料的屈服強(qiáng)度，MPa；st—擴(kuò)散管坯料厚度，mm；0d—脹口前擴(kuò)散管坯料外徑，0mm；d—脹口前擴(kuò)散管坯料內(nèi)徑，tmm。此處用最大脹管直徑來(lái)計(jì)算,可以得到最大脹形力,即dd—脹口前擴(kuò)散管坯料外徑，0mm；d—脹口前擴(kuò)散管坯料內(nèi)徑，tmm。此處用最大脹管直徑來(lái)計(jì)算,可以得到最大脹形力,即d=42mm,d=40.5mm,0t=1.5mm,將以上數(shù)值和◎=320MPa代入公式(1)得0P=宀32°X106X出X10一3X"42+39)x10一3=61073N廠GxAvF=—慣gxAt(4)式中G—運(yùn)動(dòng)部件重量，N。芯軸與脹套體積公式(5)取芯軸與脹套的長(zhǎng)度1大概為300mm，并取d=40mm，將數(shù)值代入公式(5)得兀xCox10一3)x300x10-34=37.7x10-5m3(6)G=8.0x103x9.8x37.7x10-5=29.6N初取At=3s,工進(jìn)速度v=8mm/s,則心=16mm/s,將以上數(shù)值及g=9.8m/s2代入公式(4)=0.016NF=眇6%I6決I。-3=0.016N慣9.8x3將F=61073N，F(xiàn)=0.016N，F(xiàn)=0代入公式(3)得工 慣 摩F=61073+0+0.016=61073.016N外載F=APxA (7)封 摩工本液壓系統(tǒng)中選用O型密封圈密封，工作壓力初選為8MPa<16MPa,查表選Ap摩=0.2MPa,并初選A=8423mm2，則D=125mm,由液壓缸徑D與活塞桿直徑d滿足工d=0.6D，則d=70mm,A2=12272mm2，將以上數(shù)值代入公式⑺得F=0.2x106x8423x10-6=1685N封將F=1685N和F=61073.016N代入公式(2)得封 外載F=61073.016+1685=61873.015N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(\080(\080圖4上夾具塊外形尺寸圖如圖2所示尺寸，可以得上夾具塊體積大概為V=80x40x40x10-9=12.8x10-5m3將P =7.25t/m3和V=12.8x10-5m3代入公式(6)得鑄鐵G=7.25x103x9.8x12.8x10-5=9.1N夾緊缸工作時(shí)，活塞桿伸出時(shí)的速度為V]=8.5mm/s,v2=12.4mm/s,則av=20.9mm/s,其At=4s,將以上數(shù)值代入公式(4)得=0.005N9.1x20.9x10-3=0.005N9.8x4夾緊缸工作壓力初選為4MPa<16MPa，查表選Ap=0.2MPa，并初選A1=7854mm2,摩1則D=100mm,由液壓缸徑D與活塞桿直徑d滿足d=0.6D,則d=56mm,A2=5391mm2,將F=0.005N和以上數(shù)值代入公式(7)得慣F=0.2x106x7854x10-6=1571N封計(jì)算主要參數(shù)，作出工況圖(1)工作缸F=61073N,F=0.016N,F=1685N,取機(jī)械效率n=0.90,A=8423mm2,工 慣 封 工A2=12272mm2，初定行程l=12mm,v1=8mm/s,v2=5mm/s工作缸的外負(fù)載計(jì)算見(jiàn)表1表1工作缸的外負(fù)載計(jì)算負(fù)載壓力流量功率時(shí)間負(fù)載壓力流量功率時(shí)間工作階段計(jì)算公式計(jì)算公式F/NMPaL/minF=Fx+FJ卩封6257855.30.1F 人p二,q工作階段計(jì)算公式計(jì)算公式F/NMPaL/minF=Fx+FJ卩封6257855.30.1F 人p二,q二AxvA耳 工1工16850.22151.4F 人p二,q二AxvA耳 工1工16850.15100.1F 人p二,q=AxvA耳 2 22F=九卅封16850.15100.1由表中數(shù)據(jù)繪制出工作缸的工況圖，見(jiàn)圖5q/L/minP/MP*8.3-4-0 1 2 3 4t/s0.22.10.15f■ ■ -0 1 2 3 4t/sN/W5531510t ，I,_?_0 1 2 3 4t/s圖5工作缸工況圖(2)夾緊缸F=20000N,F=9.1N,F=0.005N,F=1571N,取機(jī)械效率n=0.90,A1=7584

工 夾 慣 封 1mm2,A2=5391mm2，初定行程l=20mm,v1=8.5mm/s,v2=12.4mm/s夾緊缸的外負(fù)載公式見(jiàn)表2表2夾緊缸的外負(fù)載公式負(fù)載壓力流量功率時(shí)間工作階段計(jì)算公式計(jì)算公式F/NMPaL/min15620.22150.1F 人p二,q=AxvA耳 1 11F 人p二,q=AxvA耳 1 11215623.12070.1F 215623.12070.1F 人p二,q=AxvA耳 1 11啟F=F+FF慣 封15620.324770.1P二,q=AXv動(dòng)-F夾A耳222快等F=F-F15620.324771.1P二F,q二AXv速封 夾A耳222制F=F+FF慣 封15620.324770.1P二,q=AXv動(dòng)-F夾A耳222由表中數(shù)據(jù)繪制出夾緊缸的工況圖，見(jiàn)圖6L/mm200 1234L/mm200 1234tsF/N215621562156201234t/sv/mm/s8.5012.4t/sq/L/minv/mm/s8.5012.4t/sq/L/mint/sP/MPa3.10.320.22012 3 4t/sN/W6077715012 3 4t/s3.4擬定液壓系統(tǒng)圖3.4擬定液壓系統(tǒng)圖p3圖6夾緊缸工況圖1YJ10 91YA81YJ10 91YA81112132YA3YA4YA7141565P23M41621圖7鋼管管端成型機(jī)液壓原理圖1—油箱；2—吸油過(guò)濾器；3—液壓泵；4—電動(dòng)機(jī)；5—單向閥；6—減壓閥;

3.5元件選型執(zhí)行器的確定由前計(jì)算結(jié)果已經(jīng)知道，工作缸缸徑為125mm，活塞桿直徑為70mm；夾緊缸缸徑為100mm，活塞桿直徑為56mm。本液壓系統(tǒng)中，工作缸最大壓力8.3MPa,最大流量4L/min；夾緊缸最大壓力3.1MPa，最大流量4L/min。根據(jù)執(zhí)行器的最大壓力，均選輕型拉桿式液壓缸，工作缸采用軸向腳架與機(jī)座連接，型號(hào)為BLB1125B14R12D；夾緊缸采用桿側(cè)方法蘭與機(jī)架連接，型號(hào)為BFC1100B14R12D。液壓泵的確定(1)管道系統(tǒng)壓力損失的計(jì)算1)沿程壓力損失的計(jì)算沿程壓力損失Ap九用下式計(jì)算電"dX電"dX2H式中九一沿程阻力系數(shù)；l—管道長(zhǎng)度，m；d—水力直徑，m；HP—液體密度，m3/kg；v一平均流速，m/s。查《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)》表2－6得(8)75Re式中Re—臨界雷諾數(shù)。對(duì)于圓管，查《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)》表2-4得Re=2300，因此75=0.03=0.0375=0.03=0.03如x0.0140.9174x103x1.522=133Pa=0.000133MPa九=2300圓截面管道dH等于管徑d，即卩dH=d=0.014m,l=0.06m，v=1.5m/s,液壓油密度p=HH0.9174x103kg/m3，將以上數(shù)值代入公式⑻得2)管道局部壓力損失(10)管道局部壓力損失可用下式計(jì)算(10)Ap二Ap(qq)2v s s式中Ap—閥在額定流量q下的壓力損失，Pa；ssq—閥的額定流量，L/min；sq一閥的實(shí)際流量，L/min。查《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)》表6—7得Ap=0.848x105Pa,q=10L/min，q=4L/min,ss將以上數(shù)值代入公式(10)得Ap二0.848x105x(4.10)2=0.014MPav2)總壓力損失刀Ap總壓力損失由公式TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"刀Ap=Ap+Ap (11)九 v得 EAp=0.000133+0.014=0.014133MPa取刀Ap=0.014MPa。(2)液壓泵的最大工作壓力pp\o"CurrentDocument"pp±Eap+p1 (12)式中p1一最高工作壓力，MPa。將EAp=0.014MPa與p1=8.3MPa代入公式(12)得pp20.014+8.3=8.314MPa(3)液壓泵的最大流量

式中K—系統(tǒng)泄漏系數(shù);q一系統(tǒng)最大流量，L/min。max將K=1.1和q=4L/min得maxqp三1.1x4=4.4L/min(4)液壓泵的規(guī)格液壓泵的額定壓力要比Pp高60%，即高于13.9MPa，根據(jù)以上數(shù)值查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本《液壓傳動(dòng)》表20—5—15，選定液壓泵CB—E1.51.6，排量為1.60mL/r，轉(zhuǎn)速為2000?3000r/min,容積效率取0.90，則1.60x3000x0.90=4.3<4.4L/min，因此選擇的齒輪泵滿足要求。電動(dòng)機(jī)的選擇液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率由下式計(jì)算pxqP p (14)pqp查《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)》表5—13,得耳=0.90,將其與PP=8.314MPa和qp=4.4L/minp p p代入公式(14)得=677W=0.677kW8.314x106x4.4x10-3P=—=677W=0.677kWp 0.90x60查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本《減(變)速器?電機(jī)與電器》表16—1—28選Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)Y802—2JB/9616—1999，額定功率1.1kW，轉(zhuǎn)速2830r/min，滿足要求。液壓控制閥及壓力繼電器等原件的選擇該機(jī)的液壓系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速，而且是采用回油節(jié)流，由于夾緊缸工作時(shí)的壓力小于工作缸，因此需要用減壓閥調(diào)壓。先根據(jù)工作缸工作時(shí)的壓力和流量選擇主油路控制閥和工作缸油路的制閥，再根據(jù)夾緊缸工作時(shí)的壓力和流量選擇夾緊缸油路控制閥，見(jiàn)表3。根據(jù)該液壓系統(tǒng)原理，所選壓力表開(kāi)關(guān)、壓力繼電器和吸油過(guò)濾器如下：壓力表開(kāi)關(guān)型號(hào)AF6EP301x10，壓力10MPa,通徑6mm；壓力繼電器型號(hào)HED20P15，壓力5MPa；吸油過(guò)濾器型號(hào)WU—16180,流量16L/min，通徑12mm。油箱自行設(shè)計(jì)。（見(jiàn)4.1節(jié)）表3液壓控制閥名稱溢流閥單向閥電磁換向閥液控單向閥減壓閥節(jié)流閥型號(hào)DG—02—C—22S10P1204WE5ESV10PB230DR5DP10-10LF3-E6B流量（L/min）1610151525壓力(MPa)2131.531.531.516通徑（mm）1010名稱溢流閥單向閥電磁換向閥液控單向閥減壓閥節(jié)流閥型號(hào)DG—02—C—22S10P1204WE5ESV10PB230DR5DP10-10LF3-E6B流量（L/min）1610151525壓力(MPa)2131.531.531.516通徑（mm）1010數(shù)量由以上所選元件及液壓系統(tǒng)原理，得到該鋼管管端成型機(jī)液壓原理圖，見(jiàn)圖7Pi、P2、P3為三個(gè)測(cè)壓點(diǎn)。電磁鐵動(dòng)作順序表見(jiàn)表4液壓系統(tǒng)原理：（i）工作缸工進(jìn)1）進(jìn)油路油箱1-吸油過(guò)濾器2-液壓泵3-單向閥5-電磁換向閥13（左位）一表4電磁鐵動(dòng)作順序表工況1YA2YA3YA4YA缸14工進(jìn)+———缸14保壓————缸15工進(jìn)——+—缸15快退———+缸14快退—+——說(shuō)明：通電：+斷電：-液壓缸12（左腔）。2）回油路液壓缸12（右腔）-電磁換向閥13（左位）-節(jié)流閥14-油箱1。（2）工作缸快退1）進(jìn)油路油箱1-吸油過(guò)濾器2-液壓泵3-單向閥5-電磁換向閥13（右位）-液壓缸12（右腔）。2）回油路液壓缸12（左腔）一電磁換向閥13（右位）一節(jié)流閥14-油箱1。（3） 夾緊缸工進(jìn)1） 進(jìn)油路油箱1一吸油過(guò)濾器2一液壓泵3一單向閥5一減壓閥6一電磁換向閥8（左位）一液控單向閥9一液壓缸11（上腔）。2） 回油路液壓缸11（下腔）一電磁換向閥8（左位）一節(jié)流閥7一油箱1。（4） 夾緊缸快退1） 進(jìn)油路油箱1一吸油過(guò)濾器2一液壓泵3一單向閥5一減壓閥6一電磁換向閥8（右位）一液控單向閥9一液壓缸11（下腔）。2） 回油路液壓缸11（上腔）一電磁換向閥8（右位）一節(jié)流閥7一油箱1。液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)油箱的設(shè)計(jì)4.1.1油箱的作用油箱具有存儲(chǔ)液壓油液，散發(fā)油液熱量，逸出空氣，沉淀雜質(zhì)，分離水分和安裝元件等作用。4.1.2油箱容量的計(jì)算油箱的容量可按下式計(jì)算V二gxq （17）p式中V—油箱的有效容積，L；q—液壓泵的總額定流量，L/min；pg—與系統(tǒng)壓力有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。此液壓系統(tǒng)為低中壓系統(tǒng)，g可取5?7,g取較大值可使系統(tǒng)更加安全，因此取g=7,液壓泵的總額定流量為4.8L/min，將以上數(shù)值代入公式（17）得V二7x4.8=33.6L該設(shè)計(jì)中，油箱為開(kāi)式的獨(dú)立油箱，且形狀為矩形。由于該機(jī)工作循環(huán)比較頻繁，間隔時(shí)間較少，因此需要將油箱設(shè)計(jì)的大些以散發(fā)熱量，所以油箱的長(zhǎng)、寬、高為600mm、348mm、460mm,其容積為600x348x460=96L。油箱散熱量H可按下式計(jì)算0H二KxAxAt (19)0式中K—散熱系數(shù)，W/(m?°C)；A—油箱散熱面積，m2；At—系統(tǒng)溫升，C。此油箱是密封的，因此取K=8,A=(600+348+460)x2=2816mm2,取At=35C，將以上數(shù)值代入公式(19)得H=8x2816x10-6x35=0.79W/(m?C)0油箱的設(shè)計(jì)該油箱為可拆式結(jié)構(gòu)，箱頂除與電動(dòng)機(jī)齒輪泵和集成塊組箱連接外，還安裝有空氣過(guò)濾器，這里選網(wǎng)式過(guò)濾器，型號(hào)為WU—16x180。油箱側(cè)壁設(shè)置有液位計(jì)、清洗孔和放油螺塞。液位計(jì)比較靠近注油口，這是因?yàn)樽⒂蜁r(shí)可以方便地觀測(cè)液位。此處選用的液位計(jì)型號(hào)為YWZ—80T，清洗孔由法蘭蓋板蓋住并密封，法蘭蓋板型號(hào)為YG—250,放油螺塞型號(hào)為GB/T5782—2000，箱底支腳由箱壁彎曲而成，并設(shè)有地腳螺栓孔。箱底傾斜度為1/20，吸油口設(shè)置在靠近箱底的一側(cè)，以提高吸油效率。吸油口通過(guò)吸油過(guò)濾器直接從郵箱中吸油。箱底設(shè)置有隔板，將吸油區(qū)與回油區(qū)隔開(kāi)，以延長(zhǎng)油液在油箱中逗留的時(shí)間，促進(jìn)油液在油箱中的環(huán)流，更好發(fā)揮郵箱的散熱、除氣、沉淀等功能，隔板高度為200mm。該油箱體積較小，不需設(shè)置吊耳。中間集成塊組的設(shè)計(jì)4.2.1塊式集成的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)塊式集成是按典型液壓系統(tǒng)的各種基本回路，做成通用化的六面體油路塊，通常其四周除一面安裝通向液壓執(zhí)行器的管接頭外，其余三面安裝標(biāo)準(zhǔn)的板式液壓閥及少量疊加閥或插裝閥，這些液壓閥之間的油路聯(lián)系由油路塊內(nèi)部的通道孔實(shí)現(xiàn)，塊的上下兩面為塊間疊積結(jié)合面，布有由下向上貫穿通道體的公用壓力油孔P回油孔O泄露油孔L及塊間連接螺栓孔，多個(gè)回路塊疊積在一起，通過(guò)4只長(zhǎng)螺栓緊固后，各塊之間的油路聯(lián)系通過(guò)公用油孔來(lái)實(shí)現(xiàn)。塊式集成的特點(diǎn)如下：(1)將適當(dāng)?shù)幕芈穳K疊積于一體，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)工作(2)由于整個(gè)液壓系統(tǒng)由不同功能的單元回路塊組成，當(dāng)需要更改系統(tǒng)增減元件時(shí)，只需更換或增減單元回路塊即可實(shí)現(xiàn)，所以設(shè)計(jì)時(shí)靈活性大，更改方便。集成塊主要是6個(gè)平面及各種孔的加工，與油路板相比，集成塊尺寸要小的多，因此平面和孔道的加工比較容易。便于組織專業(yè)化生產(chǎn)和降低成本。由于液壓系統(tǒng)的多數(shù)油路等效成了集成塊內(nèi)的通油孔道，所以大大減少了整個(gè)液壓裝置的管路和管接頭數(shù)量，使得整個(gè)液壓控制裝置結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，外形整齊美觀，便于裝配維護(hù)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)泄露少，穩(wěn)定性好由于實(shí)現(xiàn)各控制閥之間油路聯(lián)系的孔道的直徑較大且長(zhǎng)度短，所以系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)壓力損失小，發(fā)熱少，效率較高。基于以上優(yōu)點(diǎn)，因此選擇塊式集成作為閥站的實(shí)現(xiàn)方法。4.2.2中間集成塊組的設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)中間集成塊組，首先將鋼管管端成型機(jī)的液壓原理圖轉(zhuǎn)換為集成塊組的單元回路圖，見(jiàn)圖8P1 pP23P3109123YA 4YA圖8集成塊單元回路圖根據(jù)以上單元回路圖此集成塊組由三個(gè)中間集成塊組成，其中，中間集成塊1的三個(gè)側(cè)面分別安裝單向閥、溢流閥和節(jié)流閥，另一個(gè)側(cè)面安裝與泵的出口相通的管接頭。中間集成塊2的三個(gè)側(cè)面分別安裝節(jié)流閥、減壓閥和三位四通電磁換向閥，另一個(gè)側(cè)面安裝與工作缸兩腔相通的管接頭。中間集成塊3的兩個(gè)側(cè)面分別安裝液控單向閥和三位四通電磁換向閥，另外一個(gè)側(cè)面安裝與夾緊缸兩腔相通的管接頭。壓力繼電器可以通過(guò)一個(gè)三通管接頭與控制點(diǎn)連接，壓力表開(kāi)關(guān)安裝在一個(gè)自制的支架上并固定在油箱頂上，通過(guò)管接頭和管子與中間集成塊組中有測(cè)壓點(diǎn)油路的油孔相連。中件集成塊間通過(guò)螺柱連接，選用O型橡膠密封圈密封，并用螺栓將中間集成塊1與箱頂固定。集成塊體的公用油道孔有二孔、三孔、四孔和五孔等多種設(shè)計(jì)方案，我采用三孔方案，即在集成塊上分別設(shè)置壓力油孔P、回油孔0和泄油孔L共三個(gè)公用孔道，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，公用油道孔數(shù)較少，但是由于其設(shè)置了泄油孔，因此工藝孔較多。設(shè)計(jì)中間集成塊最好可以選用已有的多種集成塊系列及其單元回路，但是根據(jù)本課題的具體情況，需要自行設(shè)計(jì)中間集成塊組。(1)確定通油孔道的直徑與閥油口相通的孔道由于本機(jī)液壓系統(tǒng)所需的各控制閥已經(jīng)選出，因此，中間集成塊上與閥的油口相通孔道的直徑就被確定，即與液壓閥的油口直徑相同。與管接頭相連接的孔道根據(jù)公式 d=謬 (15)兀v壓力油孔查表1—15油管中的允許流速，取v=0.5m/s，將其與q=4L/min代入公式(15)得1 I4x4x10-3 0013 13d=( =0.013m=13mm兀x60x0.5回油孔查表1—15油管中的允許流速，取v=1.5m/s，將其與q=4L/min代入公式(15)得1 |4x4x10-3 00066d=( =0.006m=6mm兀x60x1.5泄油孔根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，低中壓系統(tǒng)中可取d=6mm綜上，可取壓力油孔d=12mm,回油孔d=6mm,泄油孔d=6mm。(2)連接孔的直徑1)固定液壓閥的定位銷孔直徑和螺釘孔直徑分別與選定液壓閥的定位銷直徑及配(16)式中v—油管中允許流速，m/s；d一油管內(nèi)徑，mm；8一油管壁厚，mm；p—管內(nèi)最高工作壓力，MPa；a—管材抗拉強(qiáng)度，MPa；bn—安全系數(shù)。查《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)》表1—15，得n=1.5,p=8.3MPa，d=12mm，由于此系max統(tǒng)為低壓系統(tǒng)，因此中間集成塊的材料選用HT200，其a=250MPa，將以上數(shù)值代入公b式(16)得8>8.3%12x1.5=0.292x250本設(shè)計(jì)中塊間孔道尺寸最小為5mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.29mm，因此強(qiáng)度足夠。4)中間集成塊的外形尺寸中間集成塊的外形尺寸大于安放元件的尺寸，為避免使塊的外形尺寸和重量過(guò)大，調(diào)整尺寸為20mm，考慮到孔徑大小及其最小壁厚以及外形、重量等因素，最終中間集成塊2的長(zhǎng)、寬、高分別為180mm、120mm、120mm,中間集成塊3的長(zhǎng)、寬、高分別為180mm、120mm、120mm，由于中間集成塊1要與箱頂連接，因此其多出了兩個(gè)寬度為35mm、高度為30mm的連接凸臺(tái)，其高度為120mm，寬度為120mm。4)液壓閥的布置安裝閥的時(shí)候盡量使在同一個(gè)塊上的閥的進(jìn)出油孔道不在同一平面，以防止加工孔的時(shí)候孔道干涉，還有一個(gè)問(wèn)題就是在塊上的閥與相連接的管接頭的干涉問(wèn)題，在設(shè)計(jì)的時(shí)候已在各孔道處留有安裝余量。由于此液壓系統(tǒng)有三個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，所以選擇六點(diǎn)型的壓力表開(kāi)關(guān)，并將其安裝在一個(gè)支架上，支架固定在箱頂。壓力繼電器安裝在一個(gè)與塊

連接的三通管接頭的一端，另一端與執(zhí)行器連接。塊上除安裝液壓閥外，還打有通過(guò)管接頭與執(zhí)行器相連接的孔道。液壓泵組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)和液壓泵采用臥式安裝，兩者直接通過(guò)梅花形連軸器連接。泵軸與電機(jī)軸嚴(yán)格對(duì)中，實(shí)現(xiàn)這一要求的結(jié)構(gòu)是電動(dòng)機(jī)安裝在一墊塊上，可以調(diào)整電機(jī)軸的中心高，從而調(diào)整電機(jī)軸與泵軸的同軸度。液壓泵安裝在一支架上，連軸器靠緊在支架上，實(shí)現(xiàn)了軸向定位。管路的布置在4.1.2節(jié)已計(jì)算過(guò)最小管徑和最小壁厚。本液壓站的管路中一律采用焊接式管接頭，這樣可以在滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)大大節(jié)省生產(chǎn)成本。管件采用無(wú)縫鋼管和直角焊接接管，材料均為10號(hào)鋼，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝和拆卸。泵的出口與集成塊組間的連接選用軟管，這樣可以使集成塊組和泵的位置之間沒(méi)有太大的限制。5主機(jī)計(jì)算與設(shè)計(jì)主機(jī)動(dòng)力分析見(jiàn)3.2節(jié)。主機(jī)工作過(guò)程中，主要承受軸向力并最有可能損壞的是芯軸，現(xiàn)對(duì)芯軸進(jìn)行校核。芯軸零件圖如圖9所示A圖9A圖9芯軸由3.2節(jié)已計(jì)算出芯軸承受軸向力F=61073N,如圖9中所示，危險(xiǎn)截面為A截面，其應(yīng)力?？砂聪率接?jì)算(17)F(17)b=——

A其中A=nX(112-7.52)=203mm2,將數(shù)值代入公式(17)得61073Mir仆b==3O1MPa203芯軸材料為40Cr，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本《常用工程材料》表3—1—9,得其強(qiáng)度極限ob=570MPa，因此A截面應(yīng)力。＜。b，強(qiáng)度滿足要求。主機(jī)由脹形機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)和機(jī)座構(gòu)成。脹形機(jī)構(gòu)由芯軸、脹套、工作液壓缸、連接體和脹套的支撐體構(gòu)成。工作液壓缸安裝在機(jī)座的凸臺(tái)上，支撐體與機(jī)座間有墊片，以調(diào)整芯軸和工作缸活塞桿的中心高。連接體和液壓缸活塞桿螺紋部分設(shè)置有調(diào)整螺母，以達(dá)到軸向定位的作用。夾緊機(jī)構(gòu)由夾緊塊、夾緊缸和支架構(gòu)成。夾緊缸安裝在支架上。夾緊塊分為上夾緊塊和下夾緊塊，上夾緊塊與夾緊缸的活塞桿連接，并設(shè)置有調(diào)整螺母，以實(shí)現(xiàn)軸向和徑向的定位作用。下夾緊塊安裝在機(jī)座的凸臺(tái)上，中間有墊塊，以調(diào)整夾緊塊、芯軸、工作缸活塞桿的中心高。機(jī)座采用HT200鑄出，經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，消除內(nèi)部應(yīng)力，機(jī)座下部為放置液壓站留有空間，并設(shè)置有地腳螺栓孔，用來(lái)和地面連接。6零件圖設(shè)計(jì)夾緊塊外形如圖10所示:圖10夾緊塊1—上夾緊塊；2—下夾緊塊1上、下夾緊塊抱緊工件實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的軸向和徑向定位。單上計(jì)夾緊塊較下夾緊塊短，可以節(jié)省材料，減小夾緊缸活塞桿承受的慣性力。裝夾工件時(shí)，鋼管可以順著下夾緊塊滑到脹套的外徑，方便省事，提高生產(chǎn)效率。下夾緊塊較長(zhǎng)，可以更好的適應(yīng)加工工件長(zhǎng)度的變化。支撐體如圖11所示:圖11支撐體

脹套穿過(guò)支撐體，同連接體相連，外端的凸緣靠在支撐體上實(shí)現(xiàn)軸向定位。支撐體通過(guò)內(nèi)六角頭螺釘與機(jī)座相連，底部有墊片，以調(diào)整脹