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河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書
指導(dǎo)老師：孫有亮
設(shè)計(jì)題目：蛇形管彎管機(jī) 設(shè)計(jì)者：劉海洋
設(shè)計(jì)項(xiàng)目
計(jì)算與說(shuō)明
結(jié)果
第4章 新型彎管機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及性能
4.1 新型彎管機(jī)的主要結(jié)構(gòu)
4.1.1 主傳動(dòng)
4.1.2 夾緊機(jī)構(gòu)
4.1.3 導(dǎo)向壓料機(jī)構(gòu)
4.1.4
液壓系統(tǒng)
1. 液壓系統(tǒng)及電磁鐵動(dòng)作
2. 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
4.1.5
中頻加熱系統(tǒng)
4.1.6
控制系統(tǒng)
1.系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
2.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)特點(diǎn)
4.2新型彎管機(jī)的性能特點(diǎn)
第4章 新型彎管機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及性能
4.1 新型彎管機(jī)的主要結(jié)構(gòu)
4.1.1 主傳動(dòng)
如圖4－1所示主傳動(dòng)主要由床身、主軸、主驅(qū)動(dòng)油缸、雙排鏈條及鏈輪等組成。鏈輪與主軸之間用雙平鍵聯(lián)接。驅(qū)動(dòng)油缸的活塞桿兩頭與鏈條固接在一起。彎管時(shí)液壓缸左腔進(jìn)油而右腔回油推動(dòng)活塞右移，從而帶動(dòng)鏈條右移，鏈條通過(guò)鏈輪帶動(dòng)主軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使管坯在彎管模上纏繞彎曲。彎管結(jié)束后，液壓缸右腔進(jìn)油而左腔回油，使主軸及彎管模復(fù)位。通過(guò)液壓油量的調(diào)節(jié)可以使彎管機(jī)平穩(wěn)工作快速?gòu)?fù)位，提高工作效率。
4.1.2 夾緊機(jī)構(gòu)
如下圖4－2所示，夾緊機(jī)構(gòu)主要由滑座、連桿、液壓缸、夾緊塊、齒形定位塊和絲杠微調(diào)副組成。因?yàn)樵趶澒艿恼麄€(gè)過(guò)程中夾緊塊都必須與彎管模一起夾緊管坯，故夾緊塊及整套夾緊機(jī)構(gòu)都要與彎管模同步旋轉(zhuǎn)，彎管結(jié)束后也要在一起復(fù)位。因此宏觀調(diào)整通過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向壓料機(jī)構(gòu)上的齒形定位塊與定位齒條的嚙合傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)，精確定位則通過(guò)絲杠螺母副實(shí)現(xiàn)。
夾緊管坯時(shí)，通過(guò)液壓油驅(qū)動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作致使滑座沿著導(dǎo)軌上升并同時(shí)推進(jìn)，直至夾緊塊與彎管模在同一平面內(nèi)并將管子夾緊。夾緊塊是通過(guò)夾緊滑塊、齒形定位塊和定位齒條固定聯(lián)接在滑座上的。通過(guò)齒形的定位和絲杠的調(diào)節(jié)，夾緊塊能在滑座上移動(dòng)。松開(kāi)管坯時(shí)，也是由四連桿機(jī)構(gòu)使滑座和夾緊塊后退并下降，直至整個(gè)夾緊機(jī)構(gòu)藏到轉(zhuǎn)臂內(nèi)腔為止。
為了適應(yīng)管材規(guī)格及彎曲工藝參數(shù)的變化，夾緊模的行程和壓料模的行程都能進(jìn)行宏觀調(diào)整和精確微調(diào)。
4.1.3 導(dǎo)向壓料機(jī)構(gòu)
導(dǎo)向壓料機(jī)構(gòu)與夾緊機(jī)構(gòu)基本相似，主要由滑座、連桿、液壓缸、導(dǎo)板、導(dǎo)向滑塊、齒形定位塊和絲杠微調(diào)副組成。導(dǎo)板很長(zhǎng)，內(nèi)壁為圓弧形，起導(dǎo)向作用。導(dǎo)向力由油缸通過(guò)連桿增力機(jī)構(gòu)帶動(dòng)導(dǎo)向滑塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。導(dǎo)向滑塊在垂直于管坯軸線方向上的行程也是通過(guò)齒形定位塊和絲杠來(lái)調(diào)節(jié)。彎制管件時(shí)，導(dǎo)板在導(dǎo)向力的作用下十周壓著管坯，并隨著管坯的前進(jìn)而向前移動(dòng)。
4.1.4 液壓系統(tǒng)
1. 液壓系統(tǒng)及電磁鐵動(dòng)作
圖4－3所示為新型彎管機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖。該系統(tǒng)為普通開(kāi)式液壓系統(tǒng)，主要由一個(gè)PVL12－26雙聯(lián)葉片泵、一個(gè)Y80－315－180M－4三相異步電動(dòng)機(jī)、一個(gè)雙作用雙活塞桿油缸、四個(gè)YG系列標(biāo)準(zhǔn)油缸、五個(gè)三位四通電磁換向閥、一個(gè)三位兩通電磁換向閥、四個(gè)電磁換向閥、一個(gè)電磁溢流閥、兩個(gè)單向閥、兩個(gè)遠(yuǎn)程調(diào)壓閥以及四個(gè)液控單向閥等元件所組成。
操作人員裝好管坯后，通過(guò)點(diǎn)動(dòng)按鈕控制電磁鐵11DT得電，從而使抽芯油缸活塞動(dòng)作以調(diào)整芯棒的位置。芯棒的位置調(diào)整好后，點(diǎn)動(dòng)另一按鈕控制7DT得電，調(diào)整支撐托輥的位置。接著按下啟動(dòng)按鈕，在可編程控制器（PLC）的控制下依次進(jìn)行以下動(dòng)作：
1） 磁鐵11DT得電，卡盤2夾緊管坯
2） 服電機(jī)2得電，管坯自動(dòng)進(jìn)給
3） 電磁鐵7DT得電，卡盤1夾緊管坯
4） 電磁鐵12DT得電，卡盤2松開(kāi)管坯
5） 步進(jìn)電機(jī)2得電，絲杠復(fù)位
如果進(jìn)給量＞1m,重復(fù)步驟1）--5）
6）電磁鐵6DT得電，壓料模壓緊管坯
7）電磁鐵4DT得電，夾緊模夾緊管坯
8）電磁鐵9DT得電，主驅(qū)動(dòng)油缸帶動(dòng)鏈輪使主軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)彎管模和加緊模一起轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)管坯進(jìn)行彎曲加工
9） 彎管結(jié)束后電磁鐵10DT 得電，彎管模復(fù)位
10） 磁鐵3DT得電，夾緊模退
11） 電磁鐵5DT得電，壓料模退
12） 電磁鐵11得電，卡盤2夾緊管坯
13） 電磁鐵8DT得電，卡盤1松開(kāi)管坯
14） 伺服電機(jī)2得電，絲杠進(jìn)給
15） 電磁鐵7DT得電，卡盤1夾緊管坯
16） 電磁鐵12DT得電，卡盤2松開(kāi)管坯
17） 伺服電機(jī)2得電，絲杠復(fù)位
18） 伺服電機(jī)1得電，管坯旋轉(zhuǎn)空間角
重復(fù)步驟6－18操作，直到彎管結(jié)束
系統(tǒng)中電磁鐵的動(dòng)作順序見(jiàn)表4-1
2. 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
1) 系統(tǒng)回路為集成塊回路，其連接方式采用疊加式，從而降低了成本，減少了連接管路和液壓油的泄漏與污染，使得系統(tǒng)集成度高，便于維護(hù)，并保證了工作的可靠性
2) 四個(gè)油缸回路都采用液控單向閥的鎖定回路，減少了工作中的壓力損失，并保證油缸活塞在任意位置都能夠保持，從而使彎管機(jī)的夾緊、壓料、支撐等動(dòng)作可靠
3) 主驅(qū)動(dòng)油缸采用了回油節(jié)流調(diào)速回路，使得系統(tǒng)速度可調(diào)，工作速度平穩(wěn)、無(wú)沖擊，速度負(fù)載特性好
4) 僅用一個(gè)電磁溢流閥形成卸荷回路，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能量利用合理，功耗小，節(jié)能效果明顯
5) 采用兩個(gè)遠(yuǎn)程調(diào)壓閥、兩個(gè)電磁換向閥荷一個(gè)電磁溢流閥做成調(diào)壓?jiǎn)卧?，可以?shí)現(xiàn)三級(jí)系統(tǒng)壓力（14MPa、8MPa和5MPa）以適應(yīng)不同直徑和彎曲半徑的管坯
6) 采用組合泵供油，通過(guò)開(kāi)關(guān)控制電磁閥1DT、2DT得、失電來(lái)實(shí)現(xiàn)容積調(diào)速，以達(dá)到平穩(wěn)彎管、快速?gòu)?fù)位的目的，工作效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
4.1.5中頻加熱系統(tǒng)
中頻彎管技術(shù)是利用中頻電流對(duì)管件局部感應(yīng)加熱，使管件在彎曲力矩的作用下連續(xù)彎曲成型。利用該技術(shù)可以得到高質(zhì)量的彎管，被廣泛應(yīng)用于電力、石化、造船、鍋爐等行業(yè)，尤其能滿足電力建設(shè)中高質(zhì)量彎管的要求。如果在電站管系中采用小曲率半徑的彎管，則可使之結(jié)構(gòu)緊湊，減少管系占用空間、運(yùn)輸和安裝費(fèi)用，并能通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高管道系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。
實(shí)驗(yàn)表明，平面假設(shè)在一直到破壞的大變形條件下仍可近似的運(yùn)用，而且當(dāng)彎曲時(shí)甚至是在大變形下，橫剖面的形狀畸變也可略去，感應(yīng)加熱小半徑彎管是一種塑性大變形彎曲，在 800-1000℃ 的彎管溫度下，可以近似看作純塑性彎曲。
4.1.6控制系統(tǒng)
1.系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
系統(tǒng)的硬件為SIMATIC S7—300系列主要由CPU312IFM可編程控制器（PLC）、擴(kuò)展模塊 SM321、SM322 、SM332各一個(gè)、E6CQ增量旋轉(zhuǎn)編碼器、MPT001－微型可編程終端、各種主令電器（按鈕和行程開(kāi)關(guān)）及各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電動(dòng)機(jī)、伺服電機(jī)和電磁閥）構(gòu)成。其中，PLC的最大程序存儲(chǔ)能量為6KB，可處理52個(gè)開(kāi)關(guān)量（輸入26點(diǎn)，輸出26點(diǎn)）。它采用編程器或STEP 7 Basis支持軟件和PG720適配器進(jìn)行梯形圖編程，完全滿足新型彎管機(jī)的控制需要。
另外本系統(tǒng)設(shè)有急停按鈕，一旦出現(xiàn)緊急事故，可以通過(guò)按下急停按鈕停止系統(tǒng)的一切工作，確保人身和設(shè)備安全。
2. 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)特點(diǎn)
可編程控制器的軟件設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的梯形圖。根據(jù)加工工藝要求，梯形圖程序主要包括：
1) 油泵電機(jī)的啟動(dòng)及主控;
2) 工作循環(huán)及整個(gè)加工過(guò)程控制；
3) 發(fā)生誤操作時(shí)系統(tǒng)自鎖控制；
4) 故障報(bào)警控制；
5) 急?？刂?
4.2新型彎管機(jī)的性能特點(diǎn)
與原有彎管機(jī)相比，新型彎管機(jī)的整體性能有顯著提高，主要有以下幾點(diǎn)：
1. 實(shí)現(xiàn)了彎管過(guò)程的自動(dòng)化，工作效率高
用原有彎管機(jī)加工管坯時(shí)，整個(gè)彎管過(guò)程都需要工作人員手動(dòng)操作，工作效率低下。新型彎管機(jī)采用可編程控制器控制，使管坯從進(jìn)給、自動(dòng)加熱、壓料到彎管都可按預(yù)定程序自動(dòng)進(jìn)行，通過(guò)容積調(diào)速使彎管模平穩(wěn)彎管而快速?gòu)?fù)位，大大提高了加工效率，并減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。而且由于雙彎管模彎管系統(tǒng)的采用減少了蛇形管旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，在節(jié)約成本的同時(shí)大大提高了生產(chǎn)率。
2. 彎管工藝精度高
原有彎管機(jī)全憑工作人員通過(guò)自制量角模片和通過(guò)卷尺測(cè)量及目測(cè)判斷，進(jìn)行工作，難以保證彎管的加工精度，致使成品率較低。新型彎管機(jī)采用可編程控制器對(duì)彎管角度自動(dòng)準(zhǔn)確控制，彎管精度達(dá)到±1°，完全滿足彎管產(chǎn)品精度要求。
3. 機(jī)械效率高，能耗低
原有彎管機(jī)采用單泵供油，用溢流閥控制系統(tǒng)壓力，系統(tǒng)壓力一旦調(diào)定即不可再變，這樣會(huì)造成能源浪費(fèi)。新型彎管機(jī)采用雙聯(lián)定量泵組合供油，通過(guò)調(diào)壓?jiǎn)卧蓪?shí)現(xiàn)三級(jí)系統(tǒng)壓力，從而降低功耗，提高總的機(jī)械效率。
4. 安全可靠，操作方便
由于原有彎管機(jī)的電氣控制完全由繼電接觸器組成，在切換過(guò)程中時(shí)常出現(xiàn)繼電器接觸不實(shí)、觸點(diǎn)粘連甚至燒毀等事故，造成器件損毀，影響生產(chǎn)，系統(tǒng)可靠度低。新型彎管機(jī)的控制系統(tǒng)采用可編程控制器，大大提高了系統(tǒng)的可靠性及設(shè)備的自動(dòng)化程度，減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。另外，系統(tǒng)自鎖功能和故障報(bào)警功能從根本上保證了操作者和設(shè)備的安全。
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