【正文】 動(dòng)力結(jié)構(gòu)為液壓站，由油箱電機(jī)，液壓泵，電液伺服閥及換向閥等組成，它產(chǎn)生和分配工作液壓，從而使機(jī)器實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。 二維彎管機(jī)彎管過程 彎管形成過程如圖 24所示。 圖 24 彎曲矩形鋼管成型過程 1 動(dòng)滾輪 2 靠滾輪 3 定滾輪 4 矩形管 圖 24是彎制開始時(shí)的狀態(tài)，此時(shí)，動(dòng)滾輪 1的位移為零，弧度管沒有變形，可以認(rèn)為半徑為無窮大，如果在這種狀態(tài)下將矩形管頂出則矩形管沒有任何變形；表明弧度形成的過程。動(dòng)滾輪 1 由起始位置 A 伸長達(dá)到位置 B，對矩形管產(chǎn)生擠壓使其發(fā)生變形。此時(shí)，若 頂鐓油 缸不斷運(yùn)動(dòng)，則矩形管會(huì)形成一個(gè)半徑一定的圓弧。為了能夠精確的彎制出預(yù)定弧度，必須知道 彎曲 油缸的伸長量與弧度管的曲率半徑具體的對應(yīng)關(guān)系。 圖 25 曲率形成過程分析 圖 25中，由于動(dòng)滾輪與靠滾輪是通過連桿鉸接的，動(dòng)滾輪 1 在彎曲油缸的推動(dòng)下，以靠滾 輪為圓心，動(dòng)滾輪圓心到靠滾輪圓心的距離為半徑形成圓周運(yùn)動(dòng)。 A到 B 的直線距離近似 彎曲 油缸的伸長量，隨著 彎曲 油缸伸長量的變化，矩形管與動(dòng)滾輪 1和定滾輪 2的相切線段的切點(diǎn)和斜率也都隨之變化，切點(diǎn)由原始位置的 E 點(diǎn)、F點(diǎn)變化到 G點(diǎn)、 H 點(diǎn)。在此過程中， 彎曲 油缸伸長量 ABL 是已知量，并且 AC BCLL? 7 是固定值，因此，在如圖坐標(biāo)系當(dāng)中動(dòng)滾輪圓心 B點(diǎn)位置可以計(jì)算得出，而定滾輪圓心坐標(biāo)、半徑均已知，所以兩圓的公切線段 GH 的方程式、 G 點(diǎn)坐標(biāo)、 H 點(diǎn)坐標(biāo)均可以求出，則對應(yīng)的圓弧方程即可得出。至此，我們就可以得出對應(yīng)于 Y 缸任意伸長量下的矩形管圓弧弧度、半徑等信息。最終的彎管成型曲線見圖 26所示。 （ ）（ ）靠模曲線目標(biāo)曲線（ ）（ ） 圖 26 加工曲線與目標(biāo)曲線對應(yīng)關(guān)系 上圖：彎曲油缸伸長曲線 下圖：彎曲鋼管曲線 從圖 6中 可以看出 ， 彎曲 油缸伸長曲線與弧度管曲線的對 應(yīng)關(guān)系可以看出， OA段對應(yīng)的是弧度管曲線的曲線弧度逐漸增大的過程， AB 段是弧度管曲線保持一定弧度不變的過程，在 彎曲 油缸伸長曲線當(dāng)中對應(yīng)著 彎曲 缸伸長量不變的過程， BC段曲線的弧度逐漸變小，最后在 C點(diǎn)目標(biāo)曲線為直線段即 CD段，而 DEFG段，又是弧度逐漸增大、保持、減小直至 彎曲 缸回到原位的過程。 由以上分析可以清楚地看出，弧度管的各段曲率的變化完全可以由計(jì)算機(jī)通過控制彎曲油缸伸長曲線精確實(shí)現(xiàn)。我們通過在計(jì)算機(jī)上修改“靠?！鼻€的方式就可以方便的實(shí)現(xiàn)多種曲率的弧度管的輸出。計(jì)算機(jī)上進(jìn)行曲線的輸入和更改 都很方便快捷，完全擺脫了那種以往的依靠模具進(jìn)行加工的生產(chǎn)方式，極大的提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了生產(chǎn)成本。 3 電氣及液壓部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 通過機(jī)械部分的設(shè)計(jì)與分析可知，二維彎管機(jī)是在彎曲油缸與頂鐓油缸共同作用下，完成彎管過程的，所以，電氣部分 控制系統(tǒng)必須同時(shí)精確控制這兩部分，根據(jù)材料力學(xué)，流體力學(xué)的知識 ，可以計(jì)算出兩種油缸的尺寸大小，再通過機(jī)電控制系統(tǒng)的有關(guān)知道，可以分析出來同時(shí)控制彎曲油缸和頂鐓油缸的電路。 8 液壓方面的有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想及要求 液壓伺服系統(tǒng)是彎曲管料的主要?jiǎng)恿Σ糠?，它的性能直接關(guān)系到彎管質(zhì)量，因此合理設(shè)計(jì)該系統(tǒng)就具有很重要的意義。彎管過程中，鋼材由上料架進(jìn)入，頂料架夾緊，頂鐓缸推動(dòng)管料施加軸向壓力，以滿足彎管的匹配要求，通常，設(shè)計(jì)液壓伺服系統(tǒng)的方針是在保證系統(tǒng)各項(xiàng)靜動(dòng)態(tài)特性都滿足預(yù)定要求的前提下，尋找出盡可能簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)、耐用的具體結(jié)構(gòu)方案，由于本系統(tǒng)功率和負(fù)載都比較大，其主要參數(shù)的確定以及元件的選擇主要是為了滿足拖動(dòng)負(fù)載、彎曲管材的需要，同時(shí)考慮其對系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)特性的影響，至于系統(tǒng)的各項(xiàng)特性的實(shí)際數(shù)值，它們不僅與機(jī)械部分和電器部分設(shè)計(jì)有關(guān)，而且只有在各部分設(shè)計(jì)方 案付諸實(shí)施后，在工作現(xiàn)場，通過具體調(diào)整才能確定。采取帶有軸向頂鐓裝置的機(jī)械冷彎方式 , 以液壓為動(dòng)力源、 PC 為控制源 , 自動(dòng)完成送料、夾緊和彎管 。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書和鋼管彎曲變形機(jī)理確定 : 采用軸向帶頂鐓裝置的機(jī)械冷彎方式來彎制小彎曲管件 ， 使管子在彎曲變形過程中受到軸向的推力 , 進(jìn)入彎管機(jī)內(nèi)的鋼管由頂鐓夾塊夾緊。彎管模合模后 , 由液壓執(zhí)行器帶動(dòng)彎管模旋轉(zhuǎn)彎管。在彎管過程中 , 鋼管要始終與頂鐓速度和彎管速度、頂鐓力 (頂鐓施加鋼管的軸向推力 ) 和彎管角度之間必須滿足一定的關(guān)系 , 以確保彎管的質(zhì)量。要求所設(shè)計(jì)的液壓 系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠、起動(dòng)平穩(wěn) 。 能進(jìn)行連續(xù)彎管軌跡控制 。 油路簡潔、便于集中操作和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 液壓系統(tǒng)的基本組成 采用雙伺服閥控制三油缸的油路組成，其中彎曲油缸組是由兩個(gè)并聯(lián)的油缸組成， 液壓系統(tǒng)工作原理見圖 31； 頂鐓油缸并聯(lián)彎曲油缸 圖 31 液壓系統(tǒng)的原理組成 9 該系統(tǒng)由三個(gè)基本部分組成。液壓伺服控制部分 : 它由兩個(gè)并聯(lián)的連續(xù)位置控制系統(tǒng)組成 , 是完成彎管的主要工作部分。兩個(gè)伺服缸 (頂鐓缸和彎曲缸 ) 運(yùn)動(dòng)相互 關(guān)聯(lián) , 伺服系統(tǒng)的指令脈沖輸入由計(jì)算機(jī)的兩個(gè)坐標(biāo)給出 , 反饋位置檢測器采用光電編碼器。因此 , 當(dāng)輸入指令是一個(gè)位置斜坡函數(shù) (相當(dāng)于一個(gè)速度指令 ) 時(shí) , 在不失步的情況下 , 該伺服系統(tǒng)能夠在很大的速度變化范圍內(nèi)作隨動(dòng)運(yùn)動(dòng) , 與電液伺服閥相串聯(lián)的電液換向閥起安全保護(hù)作用 , 在系統(tǒng)出現(xiàn)重大事故情況下 , 立即停止彎管。 液壓輔助部分 : 該部分由三個(gè)相似的夾緊油路并聯(lián)組成 , 協(xié)助伺服系統(tǒng)完成彎管。三個(gè)夾緊缸順序動(dòng)作由電液換向閥控制 , 油路中配置單向減壓閥 , 進(jìn)油節(jié)流閥和液控單向閥 , 以滿足夾緊力可調(diào)、缸進(jìn)退速度可調(diào)、 起動(dòng)平穩(wěn)、動(dòng)作可靠等要求。油源部分 : 采用恒壓變量泵和定量泵供油方式。當(dāng)輔助部分夾緊工作缸時(shí) , 雙泵同時(shí)供油 。 當(dāng)伺服控制部分工作時(shí) , 定量泵卸載 , 由恒壓變量泵保證夾緊缸對鋼管的夾緊力 , 并向兩伺服缸供油。同時(shí) , 恒壓變量泵根據(jù)伺服系統(tǒng)所需流量而自動(dòng)在恒壓下變量。彎管前 , 系統(tǒng)壓力升為恒壓變量泵設(shè)定的恒壓值 , 定量泵卸載 , 由恒壓變量泵保證各夾緊缸對鋼管的夾緊力 , 并向液壓伺服系統(tǒng)供油。在伺服系統(tǒng)控制下 , 彎管缸帶動(dòng)彎管模旋轉(zhuǎn)彎管 , 頂鐓缸推動(dòng)頂鐓夾緊缸使其給鋼管施加軸向的推力 , 兩者協(xié)調(diào)配合 , 完成對鋼 管進(jìn)行彎曲的任務(wù)。同時(shí) , 氣動(dòng)注油泵連續(xù)地向彎管模注入定量的潤滑劑 , 進(jìn)行防皺潤滑。各液壓缸按順序復(fù)位。由伺服電機(jī)再輸入一定長度的鋼管 , 液壓系統(tǒng)又重復(fù)上述動(dòng)作 , 進(jìn)行再一次彎管。如此循環(huán)往復(fù)。整個(gè)過程均由工控 PC機(jī)控制。 液壓系統(tǒng)的特點(diǎn) （ 1） 彎管軸和頂鐓軸采用電液伺服控制 , 控制精度高、響應(yīng)快 , 實(shí)現(xiàn)了彎管和頂鐓之間的柔性匹配 ,保證了產(chǎn)品質(zhì)量。 （ 2） 在液壓夾緊回路中 , 廣泛采用電液換向閥、單向減壓閥、單向節(jié)流閥和液控單向閥 , 確保了夾塊對鋼管的夾緊力 , 使系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、起動(dòng)時(shí)無沖擊、工作 可靠。 （ 3） 采用恒壓變量泵和先進(jìn)的冷卻裝置 , 使油溫控制在 15176。 C～ 35176。 C 之間 , 有利于機(jī)床性能的改善和控制精度的提高。 （ 4） 液壓控制閥均采用集成塊連接的方式 , 縮小液壓系統(tǒng)體積 , 減少油管及管接頭數(shù)目 , 使結(jié)構(gòu)緊湊、檢修方便。 （ 5） 該系統(tǒng)有液壓故障發(fā)信裝置 , 如油溫、油壓、油位過高或過低 , 過濾器堵塞等 , 系統(tǒng)均能發(fā)信 , 以提醒操作者 , 確保系統(tǒng)工作安全。 （ 6） 整個(gè)液壓系統(tǒng)均采用國產(chǎn)元件 , 與國外同類系統(tǒng)相比 , 技術(shù)上有所創(chuàng)新和突破 , 且性能造價(jià)比高 （ 7）該液壓系統(tǒng)，電器控制系統(tǒng)合理， 工作 可靠，其主要因素之一在于，根據(jù) 10 工作機(jī)構(gòu)要求，將機(jī)電液三部分有機(jī)的結(jié)合起來，以取得良好設(shè)計(jì)制造效果，其中液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)除了與電氣控制結(jié)合在一起考慮外，應(yīng)用力學(xué)知識對機(jī)構(gòu)工作過程中壓力變化情況進(jìn)行分析，對速度進(jìn)行恰當(dāng)計(jì)算，從而設(shè)計(jì)出可行而且性價(jià)比很高的液壓系統(tǒng)，機(jī)構(gòu)緊湊，屬于一種高效節(jié)能的實(shí)用型機(jī)械。 液壓缸主要尺寸的計(jì)算 （ 1）液壓缸工作壓力的確定 液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對不同用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。設(shè)計(jì)時(shí)，可用類比法來確定。在這個(gè)設(shè)計(jì)題目中 ，根據(jù)彎管機(jī)的主要性能參數(shù)，確定額定工作壓力為 10MPA。最大工作壓力為12MPA。根據(jù)壓力，在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可以查出匹配的液壓泵以及電動(dòng)機(jī)。 （ 2）活塞桿直徑的確定 題目中已經(jīng)給出了頂鐓液壓缸的最大行程為 3 米，因此設(shè)定活塞桿的長度為 3?l .5米。題中已知條件給出系統(tǒng)的最大壓力是 MPAF 12? ，因此對活塞桿進(jìn)行校核，反求出活塞桿的最小直徑。活塞桿的材料選擇 Q235 鋼。 校核活塞桿的穩(wěn)定性 因?yàn)榛钊麠U受壓力，存在穩(wěn)定性問題，首先計(jì)算柔度 。 已知 ： ml , ??? Aii? 垂度： il??? 臨界力： 222 4 DEAFcrcr ???? ???? Q235 鋼： 910206??E 導(dǎo)出： mmd 24310206 432 ??? ??? ? 校核強(qiáng)度 ?AFs [? ]ssn?? 令 ?sn ，查表得 610235??s? 。 因此有：102354 625 ????d?。 11 由此導(dǎo)出： mmdmmd 77,24310235 ???? ??? 取?。 根據(jù) GB， 選取 活塞桿直徑為 mmd 80? 。 （ 3） 活塞尺寸確定 因?yàn)樵搹澒軝C(jī)的 設(shè)備壓力 Mp2021?? ，所以初算時(shí)候系統(tǒng)的 背壓 可以忽略不計(jì)，按照液壓缸的工作壓力選擇液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的比例 ?Dd，因此活塞的直徑為 mmdD 15 0 ??，因此活塞直徑確定為 mmD 150? ?；钊暮穸?Da )( ?? ，取 mmDa ?? 。 （ 4）液壓 缸 壁厚和外徑的計(jì)算 液壓缸的壁厚由 液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄出的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力的分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計(jì)算時(shí)可以分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。 液壓缸的內(nèi)徑 D 與其壁厚 ? 的比值 10??D 的稱為薄壁圓筒，起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算。 ][2?? DPy? 式中 ? 液壓缸壁厚 ? ?mm ； D液壓缸內(nèi)徑 ??m ； yP 試驗(yàn)壓力，一般取工作壓力的 ? ? ? 倍 ? ?Mp 。 ][? 缸筒材料的許用壓力。其值為：鍛鋼： ][? Mp120210 ?? ；鑄鋼：][? Mp110100 ?? ；無縫鋼管： ][? Mp110100 ?? ；高強(qiáng)度鑄鐵： ][? Mp60? 灰鑄鐵： ][? Mp25? 。 該液壓缸選擇無縫鋼管材料，取 ][? Mp100? 。 mmmD ?? ； ][? Mp100? ； M P AFP y 4 626 ???????? ??。 12 將已知數(shù)據(jù)帶入公式得： ][2?? DPy? ? ，因此取 mm15?? 。 因此，液壓缸的外