液壓鋼筋彎曲機的設計

液壓鋼筋彎曲機的設計,液壓鋼筋彎曲機的設計,液壓,鋼筋,彎曲,曲折,設計 液壓鋼筋彎曲機的設計 第1章 緒 論 1.1 設計目的和意義 當前我國正在大力發(fā)展基礎建設及城市化建設，各種建筑耗費了大量的鋼筋其中鋼筋彎曲加工的效率和質量是最難解決的問題之一，鋼筋彎曲不僅使用量非常大，而且形狀和尺寸變化復雜，尺寸精度要求高。鋼筋彎曲機是鋼筋加工必不可少的設備之一，它主要用于各類建筑工程中對鋼筋的彎曲。鋼筋彎曲機通常與切斷機配套使用, 其應用十分廣泛。隨著國家投資拉動的效果顯現(xiàn)，尤其是國家大力開展高鐵的建設，鋼筋彎曲機的生產銷售增長迅速。在原鋼筋彎曲加工過程中是勞動強度大，人力物力消耗大，效率低，質量難以保證的環(huán)節(jié)。隨著我國建筑業(yè)的快速發(fā)展，越來越需要工作噪音小，環(huán)境清潔的彎曲機。針對以上問題設計了液壓鋼筋彎曲機，它對原有的鋼筋彎曲機結構和性能進行改造。要求該機具有體積小，效率高，精度高，壽命長，價格低等特點。 1.2 研究現(xiàn)狀 鋼筋機械的發(fā)展概況，鋼筋機械都屬于電動簡易設備．建國初期，國內并無生產。20世紀50年代后期．由一些施工企業(yè)的加工廠自行制作了一些簡易機具配合手工操作進行鋼筋加工。以后又按照前蘇聯(lián)進口樣機仿制，由于自制自用，不可能批量生產，因而品種單一，結構落后。直到1962年后才開始轉入一些地方企業(yè)生產，但還都是兼顧生產，未能列為主導產品，因而發(fā)展不快。進入70年代中后朗，才逐步組建成一批鋼筋機械的生產廠，開發(fā)出一些新機型并進入批量生產。 改革開放以來，隨著基本建設規(guī)模的不斷擴大．鋼筋混凝土的用量急劇上升，促使鋼筋機械在引進國外技術或樣機的基礎上，加快了研制步伐。一些采用新技術和多功能的新機型相繼研制成功，進入批量生產。尤其在鋼筋成形、焊接和預應力機械中，應用了液壓技術、電子技術、計算機控制技術等，使鋼筋機械朝著半自動化和全自動化發(fā)展。例如：液壓鋼筋套管擠壓機和鋼筋錐螺紋連接等都相繼應用于大型建筑施工中，取得了提高鋼筋強度、連接速度快、質量穩(wěn)定、節(jié)省鋼材和改善勞動條件等諸多方面的經(jīng)濟效益。國內切斷機外觀質量、整機性能不盡人意;國外廠家一般都是規(guī)模生產，在技術設備上舍得投入，自動化生產水平較高，形成一套完整的質量保證加工體系。尤其對外觀質量更是精益求精，外罩一次性沖壓成型，油漆經(jīng)烤漆噴涂處理，色澤搭配科學合理，外觀看不到哪兒有焊縫、毛刺、尖角整機光潔美觀。而國內一些廠家雖然生產歷史較長，但沒有一家形成規(guī)模，加之設備老化，加工過程拼體力、憑經(jīng)驗，生產工藝兒十年一貫制，所以外觀質量粗糙、觀感較差。 由于以上原因，國內建筑機械產品質量參差不齊，企業(yè)技術力量薄弱，缺乏技術創(chuàng)新能力，產品單一，效益普遍不好，與國外相比差距非常明顯。像德國PEDDING HAUS公司，職工300人左右，年產值達上億馬克。我國只有對企業(yè)進行徹底的改制，引進競爭機制，重視對人才的引進和培養(yǎng)，依靠科技進步、科技創(chuàng)新，才能增強自身的實力，企業(yè)才有希望。 我國工程建筑機械行業(yè)近幾年之所以能得到快速發(fā)展，一方面通過引進國外先進技術提升自身產品檔次和國內勞動力成本低廉是一個原因，另一方面國家連續(xù)多年實施的積極的財政政策更是促使行業(yè)增長的根本動因。 受國家連續(xù)多年實施的積極財政政策的刺激，包括西部大開發(fā)、西氣東輸、西電東送、青藏鐵路、房地產開發(fā)以及公路、城市基礎設施建設等一大批依托工程項目的實施，這對于重大建設項目裝備行業(yè)的工程建筑機械行業(yè)來說可謂是難得的機遇，因此整個行業(yè)的內需勢頭旺盛。同時受我國加入WTO和國家鼓勵出口政策的激勵，工程建筑機械產品的出口形勢也明顯好轉。 鋼筋彎曲機采用液壓驅動，通過對液壓系統(tǒng)的控制，可以使設備更方便地實現(xiàn)更多的功能。但如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則維修困難。受設備使用者素養(yǎng)的限制，這類結構的使用尚不普及。 1.3設計內容及前景展望 鋼筋彎曲機、切斷機、彎箍機通常是配套使用的，在同臺設備上實現(xiàn)多種功能，是技術的發(fā)展方向之一。 開發(fā)自動控制角度鋼筋彎曲機是一個方向。也是鋼筋彎曲機走出國門、參與國際競爭的關鍵。設計制造簡單可靠的角度控制系統(tǒng)是關鍵，在鋼筋彎曲機上，開發(fā)完善角度控制系統(tǒng)，可以使鋼筋彎曲機與鋼筋彎箍機的功能相重疊。 為了鋼筋彎曲機工作后可以自動歸位，可以采用離合器單向傳動技術，并通過扭力彈簧使工作盤歸位。 展望前景，隨著建筑施工機械化程度的提高，液壓技術和電子技術在鋼筋機械中加快推廣應用，微機自動控制技術的逐漸普及，將使鋼筋機械自動化和半自動化的新面貌早日實現(xiàn)，他們的實現(xiàn)將為國家的現(xiàn)代化建設作出更大的貢獻，深信建筑加工機械的明天會更好！ 第2章 系統(tǒng)性能及工作原理 2.1 系統(tǒng)性能 本機工作程序簡單，彎曲形狀一致，調整簡單，操作方便，性能穩(wěn)定，能將Φ10-Φ40mm圓鋼或Φ10-Φ40mmⅡ級螺紋鋼彎曲成工程中所需要的各種形狀。 2.2 系統(tǒng)工作原理 一般的鋼筋彎曲機上的工作盤有9個孔，中心孔用來插入中心軸，周圍的8個孔用來插入成型軸和軸套。兩側的插座板各有6個孔，用來插入擋鐵軸。為便于移動鋼筋，工作臺面的兩邊還設有送料輥。當作180度彎鉤時，鋼筋的圓弧彎曲直徑應不小于鋼筋直徑的2.5倍，因此中心軸也相應的制成16~100mm的不同規(guī)格，以適應彎曲不同直徑的鋼筋的需要。常用的彎曲機上往往在成型弧行及圓形鋼筋方面不能得心應手，特別是粗鋼筋和鋼管，因此有些機械廠已經(jīng)對此不足進行了改造，如圖2.1所示： 圖2.1 顯然這樣的結構有些復雜，操作起來麻煩，雖然可以很好的滿足使用要求。本次設計的過程中參考了一些資料，綜合他們的長處，同時加入了自己的一些觀點，因此在結構上有了一些改進，具體設計如下： （1） 保留原有的鋼筋彎曲設施，由于該設計的動力是液壓動力，因此考慮到控制結構上，安裝了行程開關。 （2） 本設計中取消了另一個相同的插座板，設計成了用來加工粗鋼筋的相似的插座板。 （3） 同時在本設計中，由于工作圓盤要由液壓馬達驅動，因此考慮到工作圓盤不能與傳動軸做成一體，同時采用了兩個角接觸軸承，用來增強傳動軸的剛性。 （4） 傳動軸與工作圓盤用鍵連接。角接觸軸承處的軸向定位通過軸承套筒來固定，可以用加墊片的方法對軸承進行預緊。 （5） 由于工作臺面有40mm厚，因此在此處焊接了一塊圓形鋼板進行加強此處的強度。 （6） 傳動軸與液壓馬達的連接是通過在傳動軸的端部打孔并作鍵槽，這樣就可以和液壓馬達上伸出的軸以及上面的鍵進行配合，就可以傳遞動力使工作盤旋轉。 2.3 本章小結 本章主要簡單介紹液壓鋼筋彎曲機的系統(tǒng)性能和彎曲機構的簡單工作原理以及對工作臺的設計要求。 第3章 工作盤的設計 3.1工作盤轉速 由于該設計的動力為液壓，因此只需用調速閥在使用中進行調速即可，在這里，工作盤的轉速暫不考慮。一般情況下，根據(jù)同類機械產品相比，機械式彎曲機主軸轉速有3.7r/min, 5/min, 7.2r/min, 8r/min, 10r/min, 14r/min, 16r/min有七種，本設計?。? r/min。由于液壓式的機械可以在工作中用液壓調速閥進行調速，這樣就相當于機械式的無級調速，但是那樣的設計就非常復雜，這就是液壓式機械的優(yōu)點。 3.2 作用在工作盤上的扭矩M （N·cm） （3.1） 式中：----與鋼筋截面有關的系數(shù)。圓截面鋼筋取=1.5 ----與鋼筋材料有關的系數(shù)。一般取0.63~0.71 d-----鋼筋直徑 cm r----彎曲半徑 cm w---抗彎截面系數(shù) cm 取w= 0.1 ----鋼筋彎曲應力 N/㎝2 對抗拉和抗壓強度相等的材料（如碳鋼），只要絕對值最大的應力不超過許用應力即可。對抗拉和抗壓不相等的材料（如鑄鐵）則拉和壓的最大應力都不應超過各自的許用應力。 通過對材料力學行為的研究可知，表征數(shù)學材料破壞的行為是屈服，表征脆性材料破壞的行為是斷裂。因此，塑性材料的屈服極限σs和脆性材料的強度極限σb分別被定義為兩類材料的極限應力。由鋼筋材料為碳素鋼Q235則σb=235Mpa. 根據(jù)前面鋼筋的性能，I級鋼筋的彎曲直徑為D=2.5d，II級鋼筋最小彎曲半徑D=4d。這里用I級鋼筋的彎曲半徑為r=1.25 d 則 3.3 傳動軸處的鍵的設計與校核 3.3.1 危險部位軸的直徑 按強度條件 m=69.87mm （3.2） 按剛度條件 m=72.35mm （3.3） 選d=85mm 3.3.2 鍵的設計與校核 1.選鍵的類型 選A型普通平鍵。 2.確定鍵的尺寸 由《機械設計基礎》表10-5可知，d﹥75-85時，鍵剖面尺寸應選為：b=22㎜，h=14㎜，參考鍵長L的尺寸系列，取L=100㎜。所選鍵的標記為：GB/T1096—2003鍵22×14×100。 3.強度校核 普通平鍵的擠壓強度條件為： σp =2T/dkl≤[σ]p （3.4） 式中：----為傳遞的轉矩 ----為鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，=0.5h，此處h為鍵的高度 ----為鍵的工作長度，=L-b，這里L為公稱長度，b為鍵的寬度。 由以上數(shù)據(jù)可得 =L-b=78mm 擠壓應力為 σp =2T/dkl=2×2677.12×103/（85×7×78）=115.37MPa 由《機械設計基礎》表10-6可知，許用擠壓應力[σ]p=100-120MPa。σp=115.37MPa＜[σ]p，故聯(lián)接能滿足擠壓強度要求。 3.4 工作盤及附件的選擇和使用 3.4.1 工作盤的設計原理 工作盤直徑取D=400mm,其上一盤有9個孔，中心孔用來插心軸。周圍的8個孔用來插成型軸，由于鋼筋放置在工作盤心軸和成型軸之間，彎曲機啟動后，工作盤轉動，鋼筋一端被擋鐵軸阻止自由活動。而心軸的位置不變。成型軸圍繞著心軸作圓弧運動，那么成型軸迫使鋼筋圍繞著心軸彎曲。鋼筋成型后，停機再反轉工作盤到原位，取下鋼筋。如此循環(huán)即可完成鋼筋的彎曲工序。如果需要，通過調整成型軸的位置。即可將被加工的鋼筋彎曲成所需的尺寸形狀。不同直徑的鋼筋其彎曲半徑一般是不同的，為了彎曲各種直徑鋼筋，可在工作盤中間孔換裝不同的心軸，并選擇成型軸在工作盤上的位置和擋鐵軸的位置即可。同時由于液壓馬達可以正反轉，因此此處的彎曲工作可以有兩個方向。 往往工作盤的兩側為相同的插座板，在此，把兩個相同的插座板設計成相似的，目的在于：在另一側可以用來加工粗鋼筋，因此配套設計有一套專門的彎曲成型盤。 3.4.2 心軸的使用 按規(guī)范規(guī)定，鋼筋半圓彎鉤的彎曲直徑。因此不同直徑的鋼筋的彎曲半徑數(shù)值是不同的。為了保證彎曲半徑，必須選用不同直徑的心軸。與鋼筋的尺碼相對應。本次設計的鋼筋彎曲機附有直徑為16.20.25.35.45.60.75.85.100（mm）9種規(guī)格的心軸。如彎一根直徑6mm鋼筋的彎鉤，彎曲半徑是8mm。那么可選擇16mm的心軸。而彎曲一根直徑25mm鋼筋的彎鉤，彎曲半徑是31mm，則可選擇60 mm的心軸，即心軸約為2倍的彎曲半徑 。 3.4.3 成型軸的使用 為了在鋼筋彎曲操作時，使彎曲部分的圓弧符合預定要求，就必須使鋼筋緊貼在成型軸和心軸間。成型孔和心孔的距離是一個定值。因此成型軸至心軸的距離隨著鋼筋和心軸直徑的變化而變化，成型軸如果只采用一個直徑就不能適應這樣的操作要求，為此可以在成型軸上加一個偏心軸套。以調節(jié)心軸，鋼筋和成型軸三者之間的間隙。 例如，采用一個直徑為105mm，偏心距為22mm的偏心套，成型軸和心軸間的距離就可適應44mm 變化，并且鋼筋取出放下也方便。 3.4.4 擋鐵軸的使用 彎曲機工作中阻止鋼筋隨著成型軸旋轉的附件就是擋鐵軸其插在擋鐵插塊上。擋鐵軸可用一般心軸代替，其上有一個偏心軸套，便于鋼筋彎曲時，鋼筋和擋鐵軸不發(fā)生摩擦。而直接讓偏心軸套環(huán)繞擋鐵軸旋轉。 3.4.5 送料輥的使用 在鋼筋的彎曲過程中，為了避免移動的鋼筋與工作面過分摩擦，因而設計有送料輥，這樣就避免了摩擦。送料輥是 由一根細軸制成，兩邊用滑動軸承固定在軸承座上，軸承座上的小孔用于注入潤滑油。 3.4.6 鋼筋擋架的使用 在彎曲鋼筋時，如果單獨采用擋鐵軸 ，心軸和擋鐵軸之間會發(fā)生向上拱曲現(xiàn)象，為使鋼筋成型正確。一般應采用鋼筋擋架，其擋板支撐桿是可調的。當彎曲粗鋼筋時，將擋桿縮短，彎曲細鋼筋時，將桿調長，使擋架的擋板緊貼鋼筋，當鋼筋成型后，工作盤反轉超過起始位置。擋架的擋板鉤能從擋柱體上滑落，使擋架離開工作盤，避免損壞設備，如下圖： 圖3.1 擋架 3.4.7 心軸與成型軸R的確定 為保證成型軸的強度，必須使 （3.6） 式中：為成型軸受力 ㎜2 為成型軸材料的許用壓力。 已知心軸材料45鋼調質，其屈服極限取安全系數(shù)為2 則 Mpa 則 KN 又 所以 ㎜ 取R=25㎜ 工作臺 d=400 mm 3.4.8 工作轉盤上的心軸的校核 由材料力學中公式，取=80MPa （3.7） 故該系列的擋銷軸符合鋼筋彎曲加工時的要求。 3.5 本章小結 本章主要對工作盤的轉速和扭矩進行了計算，同時也對工作盤的附件如心軸、成型軸、送料輥等進行選擇和使用，并對必要的零件進行校核。 第4章 液壓系統(tǒng)的設計 4.1液壓系統(tǒng)的設計步驟與設計要求 液壓傳動系統(tǒng)是液壓機械的一個組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設計要同主機的總體設計同時進行。著手設計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設計出結構簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。 4.1.1 設計步驟 ????液壓系統(tǒng)的設計步驟并無嚴格的順序，各步驟間往往要相互穿插進行。一般來說，在明確設計要求之后，大致按如下步驟進行。 ????1．確定液壓執(zhí)行元件的形式； ????2．進行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)； ????3．制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖； ????4．選擇液壓元件； ????5．液壓系統(tǒng)的性能驗算； 4.1.2 明確設計要求 ????設計要求是進行每項工程設計的依據(jù)。在制定基本方案并進一步著手液壓系統(tǒng)各部分設計之前，必須把設計要求以及與該設計內容有關的其他方面了解清楚。 ????1．主機的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等； ????2．液壓系統(tǒng)要完成哪些動作，動作順序及彼此聯(lián)鎖關系如何； ????3．液壓驅動機構的運動形式，運動速度； ????4．各動作機構的載荷大小及其性質； ????5．對調速范圍、運動平穩(wěn)性、轉換精度等性能方面的要求； ????6．自動化程序、操作控制方式的要求； ????7．對防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求； 8．對效率、成本等方面的要求。 4.2 制定基本方案和繪制液壓系統(tǒng)圖 4.2.1 制定調速方案 ????液壓執(zhí)行元件確定之后，其運動方向和運動速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。 ????方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過換向閥的有機組合實現(xiàn)所要求的動作。對高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導控制閥的邏輯組合來實現(xiàn)。 ????速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實現(xiàn)。相應的調整方式有節(jié)流調速、容積調速以及二者的結合——容積節(jié)流調速。 ????節(jié)流調速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調節(jié)速度。此種調速方式結構簡單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場合。 ????容積調速是靠改變液壓泵或液壓馬達的排量來達到調速的目的。其優(yōu)點是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補充泄漏，需要有輔助泵。此種調速方式適用于功率大、運動速度高的液壓系統(tǒng)。 ????容積節(jié)流調速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應。此種調速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結構比較復雜。 ????節(jié)流調速又分別有進油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進油節(jié)流起動沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負載荷的場合，旁路節(jié)流多用于高速。 ????調速回路一經(jīng)確定，回路的循環(huán)形式也就隨之確定了。 ????節(jié)流調速一般采用開式循環(huán)形式。在開式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開式回路結構簡單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。 容積調速大多采用閉式循環(huán)形式。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行元件的排油口相通，形成一個封閉的循環(huán)回路。其結構緊湊，但散熱條件差。 4.2.2 制定壓力控制方案 ????液壓執(zhí)行元件工作時，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內工作，也有的需要多級或無級連續(xù)地調節(jié)壓力，一般在節(jié)流調速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護作用。 ????在有些液壓系統(tǒng)中，有時需要流量不大的高壓油，這時可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。 在系統(tǒng)的某個局部，工作壓力需低于主油源壓力時，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。 4.2.3 制定順序動作方案 ????主機各執(zhí)行機構的順序動作，根據(jù)設備類型不同，有的按固定程序運行，有的則是隨機的或人為的。工程機械的操縱機構多為手動，一般用手動的多路換向閥控制。加工機械的各執(zhí)行機構的順序動作多采用行程控制，當工作部件移動到一定位置時，通過電氣行程開關發(fā)出電信號給電磁鐵推動電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續(xù)的動作。行程開關安裝比較方便，而用行程閥需連接相應的油路，因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場合。 另外還有時間控制、壓力控制等。例如液壓泵無載啟動，經(jīng)過一段時間，當泵正常運轉后，延時繼電器發(fā)出電信號使卸荷閥關閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機床、擠壓機壓力機等場合。當某一執(zhí)行元件完成預定動作時，回路中的壓力達到一定的數(shù)值，通過壓力繼電器發(fā)出電信號或打開順序閥使壓力油通過，來啟動下一個動作。 4.2.4選擇液壓動力源 ????液壓系統(tǒng)的工作介質完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。 ????為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對長時間所需流量較小的情況，可增設蓄能器做輔助油源。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器，進入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護元件的要求，通過相應的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質流回油箱，可在回油路上設置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據(jù)液壓設備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。 4.2.5液壓系統(tǒng)的工作原理 回路中設置有減壓閥，以調節(jié)合適的壓力。液流通過減壓閥之后達到三位四通換向閥，現(xiàn)假設三位四通電磁換向閥處于上位，液壓馬達正向旋轉。當液壓油從三位四通電磁換向閥出來后直接接入單向調速閥，且單向調速閥并聯(lián)有起安全保護的溢流閥，此時液壓油到液壓馬達，由于回路中設有減壓調速閥，故馬達轉速可調定。當液壓馬達要換向或要裝卸工件時，通過調位三位四通電磁換向閥至中位，即可以實現(xiàn)液壓馬達的換向旋轉和卸荷。當液壓馬達換向后，原來的進油口變成了出油口，原來的出油口變成了進油口，即便是這樣系統(tǒng)回路同樣具有減壓和調速的功能，可以方便的實現(xiàn)彎曲工作。 4.2.6 繪制液壓系統(tǒng)圖 ???? 液壓鋼筋彎曲機液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時要去掉重復多余的元件，力求系統(tǒng)結構簡單。注意各元件間的聯(lián)鎖關系，避免誤動作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。 ????為便于液壓系統(tǒng)的維護和監(jiān)測，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設必要的檢測元件（如壓力表、溫度計等）。現(xiàn)在擬定液壓系統(tǒng)工作原理圖為： 圖4.1 液壓系統(tǒng)原理擬圖 4.3 液壓元件的選擇與專用件設計 4.3.1液壓馬達的選擇 根據(jù)彎曲鋼筋的工作要求，彎曲時所需扭矩2677.12 N·m，彎曲時轉速為8r/min，若選取高速馬達則必須通過減速裝置進行減速后驅動工作裝置，這樣會使整個傳動機構變得復雜。徑向球塞馬達為低轉速大扭矩馬達，因此可以直接與工作裝置連接，不需要減速裝置，大大簡化了機械的減速系統(tǒng)。選擇型號為1QJM01-0.2，排量1.295L/r，額定壓力為20MPa，額定轉矩為3833 N·m，轉速范圍2~200r/min。當馬達排量為1.25 L/r時，轉速為8r/min，進入馬達的流量為q=1.25×8=10L/min，考慮油路的油液泄漏，Q=q×1.1=11L/min，由于油路簡單，設油路壓力損失為0.5 MPa，則Pp=14.8+0.5=15.3 MPa。 4.3.2 液壓泵的選擇 1.確定液壓泵的最大工作壓力pp ????? ?????????????? ??pp≥p1+Σ△p??????????? （4.1） 式中： p1——液壓缸或液壓馬達最大工作壓力； ??? Σ△p——從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達入口之間總的管路損失。 Σ△p的準確計算要待元件選定并繪出管路圖時才能進行，初算時可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取：管路簡單、流速不大的，取Σ△p=（0.2～0.5）MPa；管路復雜，進口有調閥的，取Σ△p=（0.5～1.5）MPa。 2.確定液壓泵的流量QP 多液壓缸或液壓馬達同時工作時，液壓泵的輸出流量應為 QP≥K（ΣQmax）??? （4.2） 式中： K——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.1～1.3； ???? ΣQmax——同時動作的液壓缸或液壓馬達的最大總流量，可從（Q-t）圖上查得。對于在工作過程中用節(jié)流調速的系統(tǒng)，還須加上溢流閥的最小溢流量，一般取0.5×10-4m3/s。 ????系統(tǒng)使用蓄能器作輔助動力源時 （4.3） ?式中： K——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取 =1.2； ??? ????Tt——液壓設備工作周期（s）； ??? ????Vi——每一個液壓缸或液壓馬達在工作周期中的總耗油量（m3）； ??? ????z——液壓缸或液壓馬達的個數(shù)。 3.選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上求得的pp和Qp值，按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，從產品樣本或本手冊中選擇相應的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%～60%。 4.確定液壓泵的驅動功率 在工作循環(huán)中，如果液壓泵的壓力和流量比較恒定，即（p-t）、（Q-t）圖變化較平緩，則 (4.4) 式中: pp——液壓泵的最大工作壓力（Pa）； ???? ?QP——液壓泵的流量（m3/s）； ?????ηP——液壓泵的總效率，參考表4.1選擇。 表4.1液壓泵的總效率 液壓泵類型 齒輪泵 螺桿泵 葉片泵 柱塞泵 總效率 0.6～0.7 0.65～0.80 0.60～0.75 0.80～0.85 ????在工作循環(huán)中，如果液壓泵的流量和壓力變化較大，即（Q-t），（p-t）曲線起伏變化較大，則須分別計算出各個動作階段內所需功率，驅動功率取其平均功率 (4.5) 式中: t1、t2、…tn——一個循環(huán)中每一動作階段內所需的時間（s）； ??????P1、P2、…Pn——一個循環(huán)中每一動作階段內所需的功率（W）。 按平均功率選出電動機功率后，還要驗算一下每一階段內電動機超載量是否都在允許范圍內。電動機允許的短時間超載量一般為25%。 為使所選的液壓泵有一定的壓力儲備，所選泵的額定壓力一般要比工作壓力大25%~30%。所選液壓泵的工作壓力P=Pp(1+30%)=19.89 Mpa選取單葉片泵型號為T6C型，額定壓力21MPa，最高壓力28Mpa，轉速：600~2800r/min，重量：15.5Kg。 因此泵的驅動功率： P=Pp×q/η=15.3×1.67×100/0.75=3406.8W （4.6） η：液壓泵的總效率，葉片泵的效率為0.75。 確定電機功率： 泵的驅動功率為3406.8W，選型號為Y132M—4型電機，功率為4KW。 4.3.3 液壓閥的選擇 閥的規(guī)格，根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實際通過該閥的最大流量，選擇有定型產品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選取；選擇節(jié)流閥和調速閥時，要考慮最小穩(wěn)定流量應滿足執(zhí)行機構最低穩(wěn)定速度的要求。 控制閥的流量一般要選得比實際通過的流量大一些，必要時也允許有20%以內的短時間過流量。 閥的型式，按安裝和操作方式選擇。 綜合以上各種方式的選擇，所選用的各種液壓閥的型號和類見圖紙明細表。 4.3.4 油管尺寸的確定 油管內徑計算： （4.7） 式中:?Q——通過油管內的流量（m3/s）； ?????υ——管內允許流速（m/s），見表4.2。 表4.2 允許流速推薦值 管道 推薦流速/（m/s） 液壓泵吸油管道 0.5～1.5，一般常取1以下 液壓系統(tǒng)壓油管道 3～6，壓力高，管道短，粘度小取大值 液壓系統(tǒng)回油管道 1.5～2.6 油管的選取原則：對于不同長度的剛性連接，一般用硬管，因為硬管成本低，阻力小，安全，在硬管和軟管之間優(yōu)先選擇硬管。選取硬管的材料為15號冷拔無縫鋼管。本設計管的規(guī)格由外徑與壁厚的尺寸確定。 如吸油管，液流速度為0.8m/s，則d=0.0171m，查表37—1（機械設計手冊），選取24×2.5（外徑24mm,壁厚2.5mm）的15號冷拔無縫鋼管。 對管的強度進行校核： δ=2.5mm≥pd/(2·[δ])=16×23/(2×110×1000)=0.00167m=1.67mm 所以管壁厚度安全 式中: p——管道內最高工作壓力（Pa）； ??? ??d——管道內徑（m）； [δ]——管道材料的許用應力（Pa） 4.3.5 油箱的設計 初始設計時，先按經(jīng)驗公式（2-19）確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進行校核。 油箱容量的經(jīng)驗公式為 V=αQV?????????? 式中: QV——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積（m3）； ??????α——經(jīng)驗系數(shù)，見表4.3。 表4.3? 經(jīng)驗系數(shù)α 系統(tǒng)類型 行走機械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓機械 冶金機械 α 1～2 2～4 5～7 6～12 10 ??? 取α=8則油箱容量V=8×11=88L 本設計中油箱外形為長六面體，油箱的頂蓋上安裝電機和各種液壓閥件，實際使用時最高油面只允許達到油箱高度的80%，油箱箱體為鋼板焊接而成，頂蓋可拆卸，通過螺釘連接固定在箱體上。為了方便散熱、搬移和放油，油箱的底腳高度設計為70mm。油箱四周設計裝有吊耳，以便起吊裝運。為了將吸回油隔開迫使油液循環(huán)流動，利于散熱和沉淀，本油箱設置隔板，高度為最大液面高的2/3。在油箱的最低處設置放油口，平時用螺塞或放油閥堵住，換油時可將其打開放走油污。油箱的正常工作溫度為15-66℃之間，另外新油箱經(jīng)過酸洗和表面清洗后，四壁可涂與工作液相容的耐油清漆。 4.3.6 液壓油液的選擇 液壓閥的工作油液，除了有特殊要求的以外，都與液壓系統(tǒng)本身對工作油液的要求相同。而在液壓系統(tǒng)中，液壓泵是主要動力元件，因此一般都以液壓泵對工作油液的要求來選擇液壓油。 建設機械液壓系統(tǒng)常用液壓油為抗磨液壓油、低溫液壓油、高粘度指數(shù)液壓油和全消耗系統(tǒng)液壓油。為了很好的傳遞運動和動力，液壓油應具備如下性能： 1.合適的粘度，較好的粘溫特性； 2.潤滑性能好； 3.質地純凈，雜質少； 4.對金屬和密封件有良好的相容性； 5.對熱、氧化、水解和剪切都有良好的穩(wěn)定性； 6.抗泡沫性和抗乳化性好，腐蝕性小，防銹性好； 7.體積膨脹系數(shù)低，比熱容高； 8.流動點和凝固點低，閃點和燃點高； 9.對人體無害，成本低。 根據(jù)上述要求以及所選用的液壓泵類型，選用牌號為L-HH32的油液，其運動粘度為32㎜2/s。 液壓系統(tǒng)功能計算：由于該液壓系統(tǒng)較為簡單，另外采用單葉片泵，發(fā)熱少，油箱容量又較大，因此不必進行壓力損失及溫升的驗算。 4.4液壓系統(tǒng)設計及維護 4.4.1 總體設計 本設計集中布置液壓裝置，即將系統(tǒng)的執(zhí)行元件（彎曲馬達）安放在主機上，液壓控制元件全部采用板式安裝，即水平均勻分散的布置在油箱的頂蓋上。液壓動力源裝置采用臥式液壓動力源，液壓泵置于油箱之上。這樣安裝噪聲低且便于收集漏油。 4.4.2 油管的布置要求 吸油管不應漏氣，各接頭要密封好；吸油管道上應設置過濾器；回油管應插入油箱的油箱的油面以下，防止飛濺泡沫和混入空氣 1．為了適應熱脹冷縮，固定點之間的直管段應盡可能有一個松彎。應避免緊死的直管。 2．應盡可能減少彎管數(shù)量，并采用盡可能打的彎管半徑。 3．所有管路，尤其是高壓管路均應適當支撐。 4．彎管半徑通常只針對管子中心線跟外徑來規(guī)定。最小彎管半徑約為外徑的2.5倍。 5．全部管路應分兩次安裝。第一次為試裝配，將管接頭及法蘭點焊在適當?shù)奈恢蒙?，當整個管路確定后，拆下來進行酸洗或清洗后，再進行第二次安裝。 安裝時，固定螺釘?shù)臄Q緊力要均勻，使元件的安裝平面與元件底板平面能很好的接觸。 4.4.3液壓泵和驅動電機的連接與安裝方式 液壓泵軸一般不允許承受徑向載荷，因此常用電動機直接通過彈性聯(lián)軸器來傳動安裝時，要求電機和液壓泵軸有較高的同心度和垂直度。其偏差應在0.01mm以下，傾斜角不得大于1度。液壓馬達安裝與液壓泵相似，某些馬達允許承受一定徑向或軸向負荷，但不應超過規(guī)定的允許數(shù)值。 液壓泵吸油口的安裝高度，一般距離油面不大于500mm。無自吸能力的液壓泵，需要加低壓液壓泵吸油口供油。有可設置高位油箱，使液壓泵吸油口安置在油箱油面300mm~400mm以下。 考慮到液壓泵軸的徑向和軸向負載的消除與防止，選用梅花形彈性聯(lián)軸器。梅花型彈性聯(lián)軸器具有彈性、耐磨性、緩沖性及耐油性較高，制造容易、維護方便等優(yōu)點，應用較多；其工作溫度在-35℃至80℃之間，適應性強。 查得ML4型梅花型彈性聯(lián)軸器的額定轉矩為140N·m，許用最大轉速為7300r/min，軸徑范圍在25~42之間，符合要求，可用。 4.4.4液壓設備的維護 維護應分為日常維護、定期檢查、和綜合檢查三個階段。 日常維護：日常維護通常使用目視、耳聽及手觸感覺等比較簡單的方法，在泵啟動之前、后和停止運轉前檢查油量、油溫、壓力、漏油、噪聲及振動等情況，并隨之進行維護和保養(yǎng)。 定期檢查：調查日常維護中發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象的原因并進行排除；對需要維修的部位，必要時進行分解維修。定期檢查的間隔一般2~3個月。 綜合檢查：大約為一年一次。其主要內容是檢查液壓裝置的各元件和部件，判斷其性能和壽命。并對產生故障的部位提出改進意見。 定期檢查和綜合檢查均應做好記錄，以作為出現(xiàn)故障查找原因或設備大修的依據(jù)。 4.5本章小結 本章主要介紹了液壓系統(tǒng)的設計，首先介紹了液壓系統(tǒng)的設計步驟和設計要求，然后繪制液壓原理圖，選擇合適的液壓元件，最后介紹了如何維護液壓系統(tǒng)。 結 論 通過分析設計任務書中對結構的要求，并進行了計算分析，最終合理布置了機器的各部分的裝置。由于該設計的機械是有液壓提供的動力，因此就很大程度上改變了傳統(tǒng)的傳輸機構，即省掉了變速箱。液壓機械一向就是體積小，重量不大，且價格容易被人接受。因此，該機械在建筑領域的前景是很樂觀的。同時該機不僅可以進行對單根鋼筋的彎曲，加工效率是人工的4～6倍，并且這種機械在現(xiàn)在的市場上并不多見，因此在設計初始，感到有點無從下手，在經(jīng)過查閱資料，請教老師和同學，終于有了一定的效果。 為實現(xiàn)各執(zhí)行元件互不干涉，并實現(xiàn)機構緊湊，功能完整的目的，與一般常見的液壓式機器相比，有很大的出入，本次設計把液壓站放在機箱之外，原因是液壓站尺寸大，這樣就減輕了整機的重量，也縮小了尺寸。彎曲工作臺的合理布置，芯軸與成型軸的配對使用，這與以往的彎曲機械功能相同，不同之處在于兩邊的插座板功能各不相同 ，這樣在加大了所彎曲半徑的范圍，增強了其功能的同時，也對較粗鋼筋和鋼管彎曲時提高了加工質量。部分的設計，由于缺乏一定的實際知識，導致了結構的復雜，因此在工作臺面上有部分的空間為結構所占用。 這次畢業(yè)設計是對四年來大學課程的總的檢查與應用提高，通過這次畢業(yè)設計，不僅使我們加強學校學習與社會應用的聯(lián)系，加快我們走上社會的步伐，更使我們了解到進行實地設計的過程，了解了其步驟。當我們走上工作崗位時，我們能很快打開局面，因為我們已經(jīng)對它熟悉了。由于這次設計的課題為工程實際課題，關于這方面的資料不多，特別是圖書館關于這方面的資料很少，需要我們花費很大的精力去收集，并且，到現(xiàn)在還沒有這方面的產品，沒有見著實物，我們設計時有許多細節(jié)弄不明白，不知在現(xiàn)實中能不能實現(xiàn)，或者合不合理。 在這次設計中我學到了很多。首先，我學會了查閱資料和獨立思考。我的課題是液壓鋼筋彎曲機的設計。在設計過程中，真正體會到了實踐的重要性。我曾到建筑工地去參觀學習，了解現(xiàn)場環(huán)境和設備，真正從實際出發(fā)來考慮自己的設計。同時，廣泛深入圖書館，實事求是，認真查閱有關書籍資料，鍛煉了自己的分析問題、解決問題的能力。不可否認，在這個過程中，也遇到不少困難，所幸的是得到了張老師的悉心指導，起到了點石成金的作用，大大啟發(fā)了我，使我能不斷前進。 其次，認識到實踐的重要性。這次設計我做了很多重復工作、無用功，但是這些重復工作和無用功積累了設計經(jīng)驗。同時也認識到設計不能只在腦子里想其結構、原理，必須進行實際操作。另外，也應從多個角度來思考問題的所在，嘗試其它的方法，以求找到最佳方法，因為即使想的很完美，但到實際的設計時會遇到很多想不到的實際問題。 在這次畢業(yè)設計中，或多或少存在一些問題，希望老師給予指正。本次的畢業(yè)設計無論在做事或是在學習上，都使我懂得了很多，在今后的工作和學習中將使我受益匪淺。這次難忘的畢業(yè)設計也使我知道：做每一件事，要么就不去做，否則就要做好。 參考文獻 [1]徐灝.機械設計手冊[S].北京：機械工業(yè)出版社，2005. 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