电动液压弯管机设计说明书.docx
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电动液压弯管机设计说明书
湖南工业大学本科毕业设计（论文）
电动液压弯管机设计
摘要
弯管机的种类多种多样，有CNC数控弯管机，有PLC型弯管机，也有简易型的自动弯管机，而本文正是关于自动弯管机的装置设计及其控制电路的设计，自动弯管机的装置可由机身、电机、减速机构、挡料机构、电器控制机构等组成。
管材的弯曲加工，在金属结构、农牧机械、工程机械、动力机械、以及锅炉、石油化工、电力、轻工、管道工程、航天机械等工业部门，有着十分广泛的应用。
随着经济建设的迅速发展，对各种弯曲成型管件的数量、规格及用材的要求都在不断地增加，花样不断翻新，同时对弯管精度和表面质量提出了更高的要求。
这一特点在某些行业如电力系统中尤为突出。
随着现代科技的高速发展，弯管技术已广泛应用于各个生产行业，特别是在锅炉、压力容器、石油石化工程等领域。
本次课题研究的弯管机是锅炉行业广泛使用的专业设备，属于液压弯管机，主要完成所需蛇形管的弯制。
这次研究中主要设计出了液压弯管机的轴、齿轮等机械部分和液压系统。
设计了采用电机带动液压通过电路控制系统为整个弯管机提供动力，通过液压泵输出高压油来满足各个执行元件的正常工作。
主要设计出了液压泵站、油箱和一些辅助元件。
在管子的加工过程中，有加紧装置、转模装置、模子横移装置都是采用液压来提供动力的，因此液压系统的设计尤其重要。
关键词：
弯管机,装置,液压系统
ABSTRACT
pipebenderhasvariousspeciesandhaveCNCCNCpipebender,typePLCpipebendingmachine,alsohasasimpletypeautomaticpipebendingmachine,andthisarticleisabouttheautomaticpipebendingmachinedevicedesignanditscontrolcircuitdesign,automaticpipebendingmachinedevicecanbemadeofthefuselage,motor,decelerationbody,keep-offmechanism,electriccontrol,etc.
Pipebendingprocessing,themetalstructure,machinery,engineeringmachinery,powermachineryandboilers,oil,chemicalindustry,electricpower,lightindustry,pipelineengineering,aerospace,mechanicalandotherindustrialdepartment,hastheextremelywidespreadapplication.Withtherapiddevelopmentofeconomicconstruction,thenumberofbendingformingofallkindsofpipefittings,specificationsandmaterialrequirementsisinconstantincrease,twist,bendatthesametimeprecisionandsurfacequalityputforwardhigherrequest.Thisfeatureisparticularlyinsomeindustriessuchaselectricpowersystem.
Withtherapiddevelopmentofmodernscienceandtechnology,bendingtechnologyhasbeenwidelyusedinvariousmanufacturingindustries,especiallyintheboiler,pressurevessel,petroleumandpetrochemicalengineering,etc.Thistopicresearchoftubebendingmachine,widelyusedinboilerindustryisprofessionalequipmentbelongtothehydraulicpipebender,mainlycompletetherequiredcoilbending.
Thisresearchmainlydesignedthehydraulicpipebendingmachineshaft,gearandothermechanicalpartsandhydraulicsystem.Usingmotordrivenhydrauliccircuitcontrolsystemisdesignedfortheentirepowertubebendingmachine,throughthehydraulicpumpoutputhighpressureoiltomeetthenormalworkofthevariousactuators.Mainlydesignedthehydraulicpumpstation,oiltankandsomeauxiliarycomponents.Intheprocessoftubeprocessing,hassteppedupitsdevice,rotarydiedevice,liftingequipmentandmoldtransversemovingdeviceisahydraulicpowered,sothedesignofhydraulicsystemisparticularlyimportant.
Keywords:
pipebendingmachine,Device,Thehydraulicsystem
第1章绪论
1.1弯管机概述:
弯管机是一种用于管道安装的轻便型现场施工液压机具，具有小巧轻便、移动方便、可解体等特点。
最适宜冷弯各类无缝钢管，本机器除了具备弯管功能外，解体后还能将油缸作为液压千斤顶使用，主用于电力施工，锅炉、桥梁、船舶、家俱，公铁路建设，装潢等方面的管道铺设及修造，具有功能多、结构合理、操作简单、移动方便、安装快速等优点。
相对于数控弯管设备而言具有价格便宜，使用方便的特点，在国内弯管机市场占据主导产品位置。
STWG型电动液压弯管机是一种新型的具有弯管功能及起顶功能的弯管工具。
具有结构合理，使用安全，操作方便，价格合理，装卸快速，一机多用等众多优点，在国内液压弯管机市扬占据很大份额。
STWG型电动弯管机采用铸钢模具，大流量电动泵站，相对于铸铁模具的弯管机具有不易损坏速度快的等优点管材弯曲有很多方法，相应地也就有不同的弯管设备。
弯管机是管材弯曲加工的主要设备。
弯管机的结构形式很多，按弯管时加热与否可分为冷弯管机和热弯管机两类，按传动方式可分为手动、气动、机械传动和液压传动四种，按控制方式又可分为手控、半自动、自动和数控四种。
弯管机特点如下：
1、弯管机采用触荧幕加数控模组，对话式操作，程式设定简便容易2、床身结构稳固，不易变形。
3、每一档可设定16个弯管角度，记忆体可储放16组档案。
4、俱慢速定位功能，弯管角度稳定，重复精度达±0.1°5、错误讯息在屏幕上显示，帮助操作者立即排除。
6、提供自行研发之座标转换弯管加工值，软体可选购装在桌上型电脑编辑计算。
弯管机的弯管工艺的特点：
弯管机进行管材的弯曲和板料的弯曲一样。
在纯弯曲的情况下，外径为D，壁厚为t的管子受外力矩M的作用发生弯曲时，中性层外侧管壁受拉应力σ1作用，管壁变薄；中性层内侧管壁受拉应力σ1作用，管壁变厚。
而且，横截面的形状由于受合力F1和F2的作用由圆形变为近似椭圆形，当变形量过大时，外侧管壁会产生裂纹，内侧管壁会出现起皱。
管材的变形程度，取决于相对弯曲半径R/D和相对厚度t/D数值的大小。
R/D和t/D值越小，表示变形程度越大。
为保证管件成形质量，必须控制变形程度在许可范围内，管材弯曲成形极限不仅取决于材料的力学性能和弯曲方法，而且还考虑管件的使用要求。
管件的成形极限应包含以下几个内容：
1）中性层外侧拉伸变形区内最大的伸长变形不超过材料塑性允许值而产生破裂；2）中性层内侧压缩变形区内，受切向压应力作用的薄壁结构部分不致超过失稳而起皱；3）如果管件有椭圆度的要求时，控制其断面产生畸变；4）如果管件有承受内压力的强度要求时，控制其壁厚减薄的成形极限。
1.2弯管机的发展历史结构特点:
我国的弯管机加工工艺，从青铜器时代开始萌芽的，并逐渐形成和发展。
从殷商到春秋时期已经有了相当发达的青铜冶铸业出现了各种青铜工具，如：
青铜刀、青铜锉、青铜锯等等。
同时有出土文物与甲骨文记录表明，这个时期的生产的青铜工具和生活工具，在制造过程中大都要经过切削加工或研磨。
我国的冶铸技术比西欧早一千多年。
渗碳、淬火、和炼钢技术的发明，为制造坚硬锋利的工具提供了便利的条件。
铁质工具的出现，表明金属切削加工进入了一新的阶段。
有记载表明早在三千多年前的商代已经有了旋转的琢玉工具，这也就是金属切削机床的前身。
70年代在河北满城一号汉墓出土的五铢钱，其外圆上有经过车削的痕迹，刀花均匀，切削振动，波纹清晰，椭圆度很小。
有可能将五铢钱穿在方轴上然后装夹在木质的车床上，用手拿着工具进行切削。
美国自20世纪60年代就开始使用垂直液压（即立式）弯管机，可以弯制152.4～762mm（6～30英寸）各种壁厚的钢管。
70年代后，冷弯机的性能进一步完善，同时，弯管内胎研制成功，与冷弯机配套使用，能够弯制薄壁高强度大口径的输油输气管道钢管，最大弯管直径达到1524mm（60英寸）。
原苏联研制冷弯管机基本也是从20世纪60年代开始的，功能与美国机器相仿，但由于其主机液压系统采取卧式结构，平面占用空间较大，运输及现场摆布均存在较大困难。
目前，世界上有美国、加拿大和德国等发达国家近10家冷弯机生产厂，所产机型基本结构均为垂直液压式，内胎形式主要有气动式和液压式两种。
气动式结构内胎优点在于行走速度快、弯管预制效率高，但需要另行配置空气压缩机，系统工作平稳性差，难以控制。
液压式内胎借助于整机液压站，结构紧凑，且液压传动平稳可靠，能够保证管道在预制过程中不发生椭圆变形。
如今我国弯管机的设计特点具有以下显著的特点：
1.摇臂，其作用是保证弯管弯曲半径符合要求，其夹紧座是限制钢管在弯曲过程中反弹。
2.矫直辊一是防止在弯曲过程中垂直方向变形，与浮动防椭圆夹具配合使用保证弯曲后的钢管椭圆度符合要求。
3.导向辊装置一有两组导向辊和机架及夹紧传动系统组成，导向辊开合由液压驱动来完成，其功能是与摇臂共同完成钢管水平方向的弯曲。
4.推送装置（由小车、床身、传动轴、牵引链等组成）推动钢管前进，在摇臂和导向辊作用下钢管产生弯曲。
5.驱动装置它是推送装置的动力源。
6.泵站一分高压和低压两部分为导向辊开合、摇臂夹紧座油缸、推送装置小车卡盘开合、矫直辊开合提供动力。
随着科学技术的不断发展，弯管机的型式日趋多样化，弯管性能也在大幅度地提高。
微型计算机、单片机、可编程控制器、先进的交流伺服系统以及新型液压元器件和液压技术的应用，使弯管机的功能更趋完善。
1.3弯管机的工作原理:
由电动油泵由电动油泵由电动油泵由电动油泵输出的高压油输出的高压油输出的高压油输出的高压油，经高压油管送入工作油缸内经高压油管送入工作油缸内经高压油管送入工作油缸内经高压油管送入工作油缸内，高压油推动高压油推动高压油推动高压油推动工作油缸内柱塞工作油缸内柱塞工作油缸内柱塞工作油缸内柱塞，产生推力产生推力产生推力产生推力，通过弯管部件弯曲管子通过弯管部件弯曲管子通过弯管部件弯曲管子通过弯管部件弯曲管子
图1.1典型弯管机工装
图1.2弯管机流程
第2章选题依据、主要研究内容、研究思路及方案
2.1课题的目的与意义:
液压弯管虽然具有传递功率大、控制精度高、响应速度快的优点，但也具有一些不足之处，如：
由于操纵者动作太多，生产效率底；机器损耗大，使用寿命减短；所需要操作人员多，人工费用较大，产品成本较高。
所以在进一步的研究中提出采用电机液压混合式驱动，这样可以在电机、液压各自的优势地方采用最合理驱动方式来降低生产成本，能实现自动检测、控制产品的弯曲角度，提高生产效率，提高加工精度。
2.2课题发展现状和前景：
在航空、航天、船舶、汽车、摩托车、空调等制造业中，大量应用到对管材的弯曲加工作业，如何将管材弯曲成复杂的空间几何形状，并保持工艺要求的精度，一直是人们所关心的问题。
近十几年来，国内的许多汽车、摩托车、空调生产厂家引进了用于管材弯曲成形加工的CNC弯管机，这种弯管机以它在同一台机器上可实现管材的各种复杂弯曲加工，以及加工精度高和对管材外表面损伤小等特点，在管材的弯曲成形加工方法中占有非常重要的地位。
所以液压弯管机将取代传统的弯管机而成为弯管生产的主要设备。
通过分析液压弯管机的使用范畴可以看出未来电动液压弯管机的未来发展趋势还是非常不错的。
而且近年来的发展也是比较顺利的，所以这个行业能够将被看好。
3.1课题主要内容和要求：
1.弯管机的总体布置；要求：
a．初选弯管机类型；
b.各组成部分结构简图；
c.确定弯管机的外形尺寸并画出总体尺寸联系图。
2.电动液压弯管机的整体工艺设计和传动系统设计；拟定的方案内容有：
工艺分析，主要技术参数，传动系统及参数的确定，传动路线图。
3.电动机设计与液压系统的设计：
电动机设计：
确定电动的规格型号以及其传动方式。
液压传动设计：
确定液压泵的型号与液压传动系统结构设计及其结构参数优化
4.设计的主要技术参数：
最大工作压力：
40Mpa
5.最大工作行程：
205mm
6.弯管角度：
π/2≤a<π
7.曲率半径：
4D
8.管子外径系列：
21.3×2.75 26.7×2.75 33.5×3.2542×3.25 48×3.5 60×3.5（直径）
9整机重量：
80Kg
要求根据市场需求和给定的技术参数设计出一台液压弯管机，要求能方便的调整工作参数以满足不同直径管道和不同角度要求的管件弯曲,解决自动旋转、自动进给、调整弯曲误差等问题;对液压弯管机进行技术设计，作出二维装配图及技术说明。
4.研究方法、步骤：
1.通过调研，以及查阅相关资料，了解液压弯管机的工作原理并对其进行分析。
2.初步拟定整体方案，特别是控制方式与机械本体的有机结合的设计方案3.根据给定的技术参数进行设计计算，选择合适的结构。
4.液压弯管机的机械部分设计。
在符合液压弯管机工作原理的情况下，对液压弯管机的机械部分进行设计，尽量使液压弯管机结构简易化。
5.液压弯管机的液压部分与电机设计。
为了实现液压弯管机的自动化目的，我们将对其进行智能控制，在满足其自动化的条件先对液压部分进行分析，并确定最合适的液压夹紧弯曲方法。
第3章弯管机机械部分设计
3.1工件工艺分析
此工作件采用的直径为26.7mm厚为2.75mm是无缝钢管做为弯管件，材料为10号钢，其工件如1-3图。
弯管件要求不能有裂纹，不能有过大的外凸。
不能有趋纹。
图3.1
3.2计算弯曲力矩
由弯管力矩公式
其中
为弹性应力
r为管材内径
t为管材壁厚
为屈服应力
为中性层的弯曲半径
（2.1）
3.3轴承的选择
由于弯管机需要一个平稳的平台且轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故不能选用深沟滚子轴承。
且轴承受力不大，转速也较低，故可选用圆锥滚子轴承，且可选取外径较小的以使空间更紧凑和降低成本。
选用32918圆锥轴承。
其主要参数及基本尺寸如表
轴承的主要参数
型号
小径
外径
厚度
内圈厚度
外圈厚度
额定载荷
极限转速
重量
32918
90
125
23
22
19
77.8KN
3200r/min
0.79kg
3.4轴的初步计算与设计及校核
由经验选取弯管机的弯管速度为10r/min
则有P=M*
=（2.2）
由工作功率为2.2KW所以轴的效率P=（2.3）
。
初步计算轴径选取轴的材料为45钢，调质处理。
P为轴所传递的功率，KW
为轴的转速，r/min
A由轴的许用切应力所确定的系数，其值可取A=
现在取A=115
则取d=85mm
为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6
轴上载荷的计算与轴的校核
T=2102N.m
（2.4）
（2.5）
（2.6）
由轴的结构尺寸及安装条件可知，作为得支梁的轴的支承跨距a=221mm，从轴的结构图以及弯矩各扭矩图中可以看出危险截面。
现将计算出的截面处的
、
、
的值如表2.5
表2.5
载荷
水平面H
垂直面V
支反力F
=5004.5N
=5004.5N
=2010.4N
=1588N
弯矩M
=537140N/mm
=222258N/mm
=175468N/mm
总弯矩
=581306N/mm
=565072N/mm
扭矩T
=2041920N/mm
进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。
则由
（2.7）
前已选定轴的材料为45钢，调质处理，可得
=60Mpa因此
<
，故安全
轴与工作台即弯曲模相连。
由于转矩较大且要求工作台要较为平稳及误差小，由此轴
与弯曲模的连接采用矩形花键连接。
由静联接有对矩形花键进行验算。
（2.8）
式中
载荷分配不均系数，与齿数多少有关，一般取
=0.7~0.8，现取
=0.8
花键的齿数
=8
花键齿侧面工作高度
==3mm（2.9）
齿的工作长度，
=80mm
花键平均直径
=
==60mm（2.10）
故有
=56.77Mpa<
=100~140Mpa（2.11）
故此矩形花键安全另外，为了紧固弯曲模在轴上，从而在轴端钻了螺纹孔，其规格为M12-深30mm，轴的主要尺寸及其结构如下图3.2
图3.2轴
3.5直齿圆柱齿轮的选择
由于齿轮为利于机器的平稳，寿命及制造方便，故选用直齿齿轮传动。
此机器为一般工作机器，速度不高故选用7级精度采用锻造制造。
弯管机最大工作压力：
40Mpa。
齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS根据轴的计算做出单个齿轮。
图3.3齿轮
3.6齿轴前后端盖及轴承座的结构设计
考虑到综合性能故都采用45号钢，由于轴主要是由钢板支撑，但由于钢板不能选用太厚，而轴承的厚度又是过厚故采用加入轴承座用螺钉紧固于钢板从而来支持轴承，从而支持轴，这样较于用轴承套焊接于钢板上或是用超厚钢板来支持轴与轴承大大的降低了成本，同时也便于安装和维修。
由于受力不大所以采用四根M10的内六角螺钉来紧固轴的前后端盖及轴承承座，已经足够支撑。
它的的结构及尺寸图3-4，3-5，3-6。
图3.4轴前端盖图3.5轴后端盖图3.6轴承座
3.7轴套的结构设计
由于轴套的厚度s在0.5d~2.0d之间小轴轴径为90mm故取小轴的轴套厚度为8mm轴套的材料为45钢，为能与轴与轴承之间的更好，更耐久的配合，故把轴套进行调质处理，轴套的结构其尺寸如图
图3.7大轴轴套
3.8挡料架的结构设计
挡料架在弯管机上的作用主要是用来挡弯曲钢管时的反力，同时也具有定位的作用。
有如同夹具一般。
由于本弯管机是采用滚弯式的弯管原理，故钢管与挡料轮的接触面较不大，故挡料轮的硬度不能比钢管的硬，故采用黄铜作为挡料轮的材料。
挡料轮的结构主要由挡料轮、挡料轴、挡料轮架、轴承、键、轴盖、挡料座、螺纹杆、手轮等一些组成。
结构设计上，由于弯管时不同型号的弯曲半径相差可能会很大，但由于单纯在挡料轮架的调整来调整弯曲半径远远不足，故采用挡料架具有不同的定位安装位置，以增加挡料架与弯曲模的调整范围。
设计了在挡料架上的调范围为50mm而在位置调整的范围可达100mm。
故总调整范围有150mm。
锁紧螺纹采用自锁螺纹，用手轮锁紧。
滚轮主要由轴支持再结合二个滚子轴承而装于挡料轮架上，这样滚轮滚动时的滚动摩擦小有利于提高弯管的合格率。
采用普通黄铜H62材料作为其直径D=100mm高度H=60mm
挡料轴采用45号钢轴径D1=20mm
挡料轮架采用45号钢尺寸为B*L*h=80*84*100（mm）
轴承采用深沟滚子轴承B*D*d=7*32*20
键采用45号钢其尺寸为B*L*h=4*6*40（mm）
挡料座采用45号钢其尺寸为B*L*h=100*190*95（mm）
螺纹杆采用45号钢其尺寸为d*L=16*145（mm）
手轮采d*D=12*100（mm）
轴盖采用45号钢其尺寸为D*H=56*20（mm）挡料架的主要尺寸及结构如图3-1
图3.7
第4章液压部分设计
4.1弯管机液压系统概述
以受压液体作为工作介质进行能量传递、转换与控制饿传动型式称为液压传动。
与机械传动相比，液压传动具有功率-质量比大、便于无级调速和过载保护、布局灵活方便等多种技术优势。
作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压被广泛的应用于农业、制造业等等。
4.1.1弯管机的液压系统的组成
弯管机的液压系统由动力部分、执行部分、控制部分和辅助部分组成。
各部分的功能作用有：
动力部分：
由原动机和液压泵组成，将原动机（电动机）的机械能转变成液压的压力能，输出高压油。
执行部分：
由液压缸和液压马达组成，主要是将液体的高压能转变成机械能，驱动工作元件，对外做功，实现往复直线运动或回转运动。
控制部分：
由各种控制阀体组成，控制调节液压系统中从泵到执行元件的压力、流量、方向等，保证各执行元件的运动线路与规律。
辅助部分：
包括油箱、管件、过滤器、热交换器、储能器及一些仪表等，用于辅助液压元件的正常工作。
4.1.2弯管机的液压执行元件
一般的机械工程中，液压系统的动力源采用电机带动液压泵来输出高压油，从而使各个液压执行元件正常工作。
现在简单介绍一下双向弯管机各部分装置中用到的液压元件：
（1）夹紧装置中有三个油缸，其中两个单作用柱塞缸，用于带动齿轮齿条传动，夹紧管子；
（2）弯曲装置中有一个油缸，用于提供液压动力来弯曲管子；
（3）转模装置中有一个液压马达，用于弯管模的转向，使得弯管机能双向弯曲管子；
（4）模子横移装置有一个油马达，用于弯管模的横移；
（5）传动装置有两个油缸；
我们设计出的弯管机的各个主要部分的运动都采用油缸、马达来驱动的，因此，设计出一个比较合理的液压系统对于整个弯管机的工作异常重要。
在弯管机的整体设计方案中，我们采用液压泵来提供动力。
因此
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