波紋管成型機(jī)的設(shè)計【說明書+CAD】,說明書+CAD,波紋管成型機(jī)的設(shè)計【說明書+CAD】,波紋管,成型,設(shè)計,說明書,仿單,cad 編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題目： 波紋管成型機(jī)的設(shè)計 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923074 學(xué)生姓名： 王蛟龍 指導(dǎo)教師： 林承德 （職稱：教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 波紋管成型 機(jī)的設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的成 果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表 示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、 集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機(jī)械 92 學(xué) 號： 0923074 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1題目 波紋管成型機(jī)的設(shè)計 、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 本課題是對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行測繪，并在改進(jìn)的基礎(chǔ)上制造完成，以滿足實 際生產(chǎn)的要求。學(xué)生在設(shè)計中對現(xiàn)有液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析，須重新設(shè)計整機(jī);液壓 原理。因設(shè)備已投入生產(chǎn)，故學(xué)生在設(shè)計過程中，可掌握較強(qiáng)的實際工作經(jīng)驗， 完成從設(shè)計到實際生產(chǎn)及運行調(diào)試的整個過程，很好的掌握機(jī)電一體化技術(shù)。 能熟悉如何從圖紙到實際工作完成的整個過程，并經(jīng)實際的動手完成真正能正 常工作的設(shè)備。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 1達(dá)到技術(shù)指標(biāo)所規(guī)定要求，滿足實際工作需要。 2主機(jī)部件工作時定位準(zhǔn)確，啟停無沖擊。 3. 制品的模具三維圖及工作圖。實習(xí)地點：無錫。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1. 最高合模力 100 噸 2. 油箱容積 500 L 3. 最大周期 10 S 工作量要求： II 1總裝圖：液壓站裝配圖。 主要部裝圖：閥站裝配圖；液壓缸裝配圖; 模具總裝圖。 重要零件圖：液壓站集成塊零件圖。 2液壓原理圖；電氣原理圖。 3完整的設(shè)計說明書（選型；強(qiáng)度；液壓；電器。 ） 。 4油缸的應(yīng)力應(yīng)變分析;；液壓站集成塊三維圖；液壓站三維總裝圖；閥站三 維總裝圖；模具三維裝配圖。 5必要的技術(shù)資料翻譯（8000 字符） 。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 92 班 姓名 王蛟龍 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 7 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所 所長簽名 系主任 簽名 III 2012 年 11 月 7 日 IV 摘 要 波紋成型機(jī)是生產(chǎn)波紋管的核心設(shè)備，生產(chǎn)出的波紋管已經(jīng)廣泛用于各個工業(yè)領(lǐng)域， 它是集機(jī)電液為一體的現(xiàn)代化高技術(shù)設(shè)備。 本文針對生產(chǎn)的要求，提出了設(shè)計題目。并對該機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和控制系 統(tǒng)進(jìn)行了全面設(shè)計。 在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中，首先分析了波紋管成型的工作過程，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了模具 結(jié)構(gòu)設(shè)計、主壓油缸設(shè)計、油推水油缸設(shè)計、各種液壓站元件的設(shè)計。 液壓系統(tǒng)設(shè)計中，根據(jù)波紋管成型的工作過程，進(jìn)行了液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計，確 定了液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。計算了整個液壓系統(tǒng)的流量，并根據(jù)流量和壓力進(jìn)行了液壓 閥的選型、油箱的設(shè)計和各個輔助元件的選擇，計算了各個系統(tǒng)的功率，據(jù)此選擇了電 動機(jī)的型號，最后繪制了液壓泵站的裝配圖。 由于傳統(tǒng)波紋管成型機(jī)采用繼電器和接觸器等元件作為系統(tǒng)的控制元件，存在可靠 性、靈活性差等缺點。文中通過實例說明利用 PLC 對其進(jìn)行改造。 電氣控制系統(tǒng)采用可編程控制器 PLC 作為整臺機(jī)器的控制器，并對 PLC 的工作過程 進(jìn)行了介紹，對 PLC 相關(guān)原件進(jìn)行了選型，同時繪制了 PLC 控制系統(tǒng)的輸入、輸出接線 圖，即控制系統(tǒng)電氣原理圖，并采用了梯形圖編程，實現(xiàn)了整機(jī)的自動化。本設(shè)計已經(jīng) 應(yīng)用于生產(chǎn)，取得了良好的效果。 關(guān)鍵詞：波紋管成型機(jī)；液壓系統(tǒng); PLC V Abstract Bellows machine is the core of bellows production equipment to produce the bellows which have been widely used in various industrial fields. It is a modernized technical equipment which centralizes the machinery, hydraulic and electric system. Aiming at the requirement of production, the author puts forward the topic and devises the mechanical system, hydraulic system and controlling system thoroughly. In the mechanical structure design, firstly the working process of the Bellows machine was analyzed , and on this basis, a die structure design, the main fuel tank design, oil pushing water fuel tanks and various components of the hydraulic station were designed. In the process of the device of hydraulic system, according to the working process of slewing telescopic gangway, the principle plot of hydraulic system was devised; furthermore, the performing elements were designed. At the same time, the author computed the flux of the whole system. And then, based on the flux and the pressure, the author accomplished the choices of valves, the design of gasoline tank and the choices of assistant components. And then, the author computed the power of the whole system and chose the model of electromotor. At last, the component plot of hydraulic station was drawn. The traditional Bellows machine using relays and contactor as controlling elements shows some disadvantages, such as low reliability and flexibility. This paper discusses the improved design based on PLC. The controlling system adopts the PLC as the controller of the entire machine. It introduce the working process of PLC, chose the model of the PLC and related elements. At the same time, the author drew the input and output circuit of the controlling system, namely the electric principle plot. The machine realized the automation of producing process by making use of the trapezium shape to programme. The design has already been applied to practice, and has gained a very good effect. Key Words: Slewing telescopic gangway；hydraulic system; PLC V 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT .IV 目 錄 .V 1 緒論 .1 1.1 概況和發(fā)展趨勢 .1 1.1.1 無錫南方液壓氣動成套有限公司簡介 .1 1.1.2 國內(nèi)波紋管的概況和發(fā)展趨勢 .1 1.1.3 波紋管成型機(jī)簡介 .3 1.2 課題的提出與意義 .4 1.3 課題的主要內(nèi)容 .4 2 總體方案的確定 .6 2.1 設(shè)計依據(jù) .6 2.2 確定模具結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 .6 2.3 確定液壓系統(tǒng)設(shè)計方案 .6 2.4 確定控制系統(tǒng)設(shè)計方案 .6 3 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計 .8 3.1 概述 .8 3.2 設(shè)計依據(jù) .8 3.3 設(shè)計范圍及其設(shè)計方案 .8 3.3.1 模具的工藝分析 .8 3.3.2 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .9 3.3.3 模具環(huán)剛度的計算 .11 3.3.4 模具的加工 .12 4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計及其校核 .13 4.1 液壓系統(tǒng)的組成 .13 4.1.1 能源裝置 .13 4.1.2 執(zhí)行元件 .13 4.1.3 調(diào)節(jié)控制元件 .13 4.1.4 輔助元件 .13 4.2 液壓系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點 .13 4.2.1 液壓傳動的優(yōu)點 .13 4.2.2 液壓傳動的缺點 .13 4.3 液壓系統(tǒng)設(shè)計 .14 4.3.1 概述及液壓系統(tǒng)方案設(shè)計 .14 4.3.2 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 .16 4.3.3 主壓油缸的設(shè)計 .16 4.3.4 油推水油缸的設(shè)計 .20 VI 4.3.5 液壓能源裝置設(shè)計 .24 4.3.6 液壓閥的選擇 .24 4.3.7 液壓輔助元件的設(shè)計與選擇： .27 4.3.8 液壓系統(tǒng)元件清單 .30 4.3.9 液壓管路的聯(lián)接 .32 4.3.10 安裝后的調(diào)試 .32 5 控制系統(tǒng)的設(shè)計 .34 5.1 PLC 與繼電器控制系統(tǒng)的比較 .34 5.2 PLC 與微型計算機(jī)的比較 .34 5.3 PLC 可靠性高的原因 .34 5.4 PLC 的安裝與抗干擾措施 .35 5.4.1 安裝環(huán)境和注意事項 .35 5.4.2 電源和接地 .35 5.5 PLC 系統(tǒng)的調(diào)試和運行 .36 5.5.1 通電前的檢查 .36 5.5.2 調(diào)試運行主要過程 .36 5.6 PLC 系統(tǒng)的維護(hù) .36 5.7 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計 .37 5.7.1 設(shè)計內(nèi)容 .37 5.7.2 控制電路元氣件的選用及電路圖的繪制 .37 5.7.3 PLC 的編程 .37 6 UG 有限元分析方法 .39 6.1 有限元分析方法簡介 .39 6.2 進(jìn)行有限元分析的目的和意義 .39 7 UG 動力學(xué)分析 .40 7.1 UG 運動仿真模塊簡介 .40 7.2 如何創(chuàng)建運動仿真 .40 7.3 波紋管成型機(jī)運動仿真 .40 8 結(jié)論與展望 .42 8.1 結(jié)論 .42 8.2 展望 .42 致謝 .43 參考文獻(xiàn) .44 附錄 .45 波紋管成型機(jī)的設(shè)計 1 1 緒論 1.1 概況和發(fā)展趨勢 1.1.1 無錫南方液壓氣動成套有限公司簡介 無錫南方液壓氣動成套有限公司座落于無錫高新技術(shù)開發(fā)區(qū)、公司占地面積 13000 平方米、生產(chǎn)車間約 9200 平方米、擁有員工 180 人、專業(yè)技術(shù)工人占 80%、各類大型、 成型、加工設(shè)備 100 多套、其中部分設(shè)備屬國內(nèi)先進(jìn)水平。專業(yè)生產(chǎn)各種國標(biāo)和非標(biāo)管 接頭、高壓膠管總成、各種液壓油缸、液壓系統(tǒng)的骨干企業(yè)。產(chǎn)品遠(yuǎn)銷美國、丹麥、意 大利、日本等國家。本公司產(chǎn)品可適用于冶金、船舶、機(jī)床、工程機(jī)械、輕工、立體車 庫等行業(yè)、年銷售額達(dá) 5000 萬元。公司于 2001 年通過 ISO9001-2000 質(zhì)量體系認(rèn)證。并 擁有多項自主專利產(chǎn)品、公司連續(xù)多年被評為市重合同守信譽企業(yè)、在廣大用戶中有很 好的評價。 公司技術(shù)力量雄厚、擁有一批高級工程師、產(chǎn)品設(shè)計工程師、是江南大學(xué)學(xué)生的實 習(xí)基地。并廣泛應(yīng)用計算機(jī)輔助設(shè)計。 本公司有十多年專業(yè)設(shè)計、開發(fā)、液壓系統(tǒng)（液壓站） 、液壓缸、管接頭、高壓管等 產(chǎn)品的設(shè)計能力及豐富的制造生產(chǎn)經(jīng)驗。年生產(chǎn)能力：液壓系統(tǒng) 1000 套、液壓缸 20000 件、高壓膠管總成 100000 根、管接頭 2000000 件。 產(chǎn)品出口日本 NOK、哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦等國家。并為英格索蘭提供全球配 套等等。為武漢重型機(jī)床廠、鄭州大方橋梁公司、江蘇華通機(jī)械有限公司、鎮(zhèn)江礦山機(jī) 械廠、西安電爐研究所、南京金城集團(tuán)、江漢石油管理局第四機(jī)械廠、上海天地島川停 車設(shè)備制造有限公司、中聯(lián)重科浦沅分公司、中國船舶總公司第七零二研究所（為 863 計劃配套 7000 米水下機(jī)器人的液壓裝置）等用戶提供國內(nèi)配套服務(wù)。 公司本著“質(zhì)量第一、用戶至上” 的宗旨、熱誠為廣大用戶服務(wù)！攜手共創(chuàng)美好明天、 共展宏圖！ 1.1.2 國內(nèi)波紋管的概況和發(fā)展趨勢 近些年來，波紋管市場發(fā)展迅速，產(chǎn)品產(chǎn)出在全國各地持續(xù)擴(kuò)張，國家產(chǎn)業(yè)政策鼓 勵波紋管產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)品方向發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)新增投資項目投資逐漸增多。投資者對 波紋管行業(yè)的關(guān)注越來越密切，這使得波紋管行業(yè)的發(fā)展需求增大。波紋管作為一種儀 表元件雖然已有了上百年的歷史,但由于它具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、性能穩(wěn)定、使用可 靠等特點,在今天儀器儀表中仍占有重要的地位,而且它的應(yīng)用范圍已擴(kuò)大到各個工業(yè)領(lǐng)域。 隨著企業(yè)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，裝置中泵類設(shè)備的不斷更新?lián)Q代及新技術(shù)、新材料的不 斷應(yīng)用，我們感到在多種泵類機(jī)械密封的選擇中，波紋管機(jī)械密封在化工裝置中越來越 顯示出它的優(yōu)良性能。 在機(jī)械密封技術(shù)上，波紋管有著突出的優(yōu)點。表現(xiàn)為： A 結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，適應(yīng)性強(qiáng)，靜止環(huán)具有浮動性； B 浮環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計，消除鑲裝環(huán)的各種應(yīng)力； C 旋轉(zhuǎn)環(huán)易于更換，修復(fù)； D 結(jié)構(gòu)緊湊，適用于螺桿泵軸向較小的場合； 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 E 旋轉(zhuǎn)環(huán)、靜止環(huán)法蘭連接，動泄漏點少。 該技術(shù)特點是： A 密封可靠，在較長時間使用中不會泄漏； B 使用壽命長，靜環(huán)和動環(huán)高耐磨材料比旋轉(zhuǎn)式密封多用半年； C 摩擦功率損失??； D 適用范圍廣，能用于低溫、高溫、高壓、各種轉(zhuǎn)速及各種耐腐蝕、易燃、易爆、 有毒介質(zhì)的密封； E 彈簧強(qiáng)度大，抗震能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好。 大慶油田天然氣分公司與有關(guān)單位共同研制和使用 DBM-40A-1、DBM-35B-1 等 20 多種波紋管機(jī)械密封，密封良好，壽命長。得到了廣泛應(yīng)用，并取得了顯著效果。 圖 1.1 波紋管機(jī)械密封 圖 1.2 波紋管密封截止閥 柴油機(jī)排氣系統(tǒng)溫度補償器的研制，應(yīng)用了新結(jié)構(gòu)、新工藝，其特點是精密性和可 靠性高。該產(chǎn)品的研究開發(fā)，將提高國產(chǎn)波紋補償器的設(shè)計、工藝、裝備和檢測水平， 并能最終替代進(jìn)口的產(chǎn)品。而且由于金屬波紋補償器具有各種優(yōu)異的性能，其應(yīng)用范圍 與日俱增，隨著先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，必將取得較大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。除 滿足大功率高可靠柴油發(fā)動機(jī)的配套需要外，也為其他軍工配套打下良好的基礎(chǔ)。 圖 1.3 汽車排氣波紋管 圖 1.4 通用型波紋管補償器 浙贛鐵路九標(biāo)管段共有 14 座公跨鐵立交橋，為了爭搶工期，全段公路跨線橋梁的施 工由現(xiàn)澆變?yōu)樘崆邦A(yù)制，由于橋梁工點分散，設(shè)置了 10 處橋梁預(yù)制場地，共預(yù)制梁 56 片。公路橋梁采用箱形梁，后張法張拉，預(yù)應(yīng)力孔道采用扁波紋管。從施工一開始，就 得趕快研究圖紙，打每一片梁都堅持檢查施工質(zhì)量，從鋼筋數(shù)量、尺寸及波紋管的安裝 波紋管成型機(jī)的設(shè)計 3 和混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿、封錨等各方面都不錯過，但在施工過程中，還是偶 爾會有波紋管孔道堵塞現(xiàn)象發(fā)生，一旦堵塞發(fā)生，只能對混凝土結(jié)構(gòu)做“開刀” 處理，然后 嵌補，這樣的結(jié)果是，堵孔多了必然影響結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，嚴(yán)重會造成質(zhì)量事故。在施工中 人們大多使用波紋管成孔，所以防止這種現(xiàn)象的發(fā)生就顯得十分重要了。其實堵孔現(xiàn)象 并不是不能避免的。從對造成堵孔的原因分析人手，人們采取了相應(yīng)的措施，取得了良 好的效果。 波紋管已經(jīng)應(yīng)用到各個領(lǐng)域，它廣泛應(yīng)用于通信光電纜護(hù)套、建筑排水、市政排水 農(nóng)田低壓灌溉等等，雙壁波紋管在通訊電纜護(hù)套管領(lǐng)域,也基本取代了水泥管，波紋管自 引進(jìn)以來，其發(fā)展很快，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，管材規(guī)格也從小到大不斷發(fā)展。生產(chǎn)廠家 不斷增多，設(shè)備也由全部從國外引進(jìn)，到目前基本國產(chǎn)化，其所用原料也不斷增多，從 PVC 到 PE、HDPE、PP 等。近幾年來，其發(fā)展更快，生產(chǎn)量逐年增多，已成為塑料管材 領(lǐng)域的一支重要力量。 1.1.3 波紋管成型機(jī)簡介 波紋成型機(jī)是生產(chǎn)波紋管的核心設(shè)備，由成型模具、傳動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)三部分組 成。成型模具一般由 3040 對上下（或水平）對開的模片組成，沿一定的軌跡移動，模 具閉合成圓形管子的成型腔，模具打開，使制品脫模，模具可由水或空氣冷卻。其成型 過程為：從擠出機(jī)擠出管坯在一定的水壓下，經(jīng)過吹脹（或真空吸附） ，使內(nèi)外壁分別貼 合在成型模具和內(nèi)定徑棒上成型。波紋成型機(jī)同時具有牽引管材的作用。 波紋成型機(jī)有立式和水平式兩種，立式波紋成型機(jī)其模具上下開合，占地面積小， 結(jié)構(gòu)緊湊，但模具更換較困難，特別是大口徑模具的更換。水平式波紋成型機(jī)其成型模 具水平開合，占地面積較大，但更換模具比立式方便得多，因比其應(yīng)用更廣泛。一般小 口徑管材，采用的是整體式模具，而大口徑管材考慮到其模具重量大，更換時不方便， 故一般采用托架式模具，換口徑時，只需更換托架內(nèi)的芯模即可，節(jié)省了模具制造成本。 波紋成型機(jī)的關(guān)鍵就是成型模具運行軌道的確定，需先建立模具運行的數(shù)字模型， 然后印出其軌跡，最后按照這一軌跡組合模具。 雙壁波紋管的成型方法一般有真空成型法和壁間充氣成型法兩種，也有同時使用這 兩種方法的。真空成型法是通過成型模具上的真空孔使管坯外壁靠負(fù)壓作用吸附在成型 模具上，其內(nèi)壁靠伸出芯模的定徑棒定型。這種方法生產(chǎn)的管子的外觀質(zhì)量較好，但其 內(nèi)外徑尺寸穩(wěn)定性較差，且真空孔易堵塞，造成產(chǎn)品外壁波紋缺陷。壁間充氣成型法是 在兩層料坯中間通壓縮空氣，把管坯外壁吹脹入成型模具，同時使管內(nèi)壁貼附在內(nèi)定徑 棒上。并可根據(jù)管口徑，壁原的大小來調(diào)氣壓。應(yīng)用這種方法生產(chǎn)的管材。尺寸穩(wěn)定性 好。 國內(nèi)生產(chǎn)的波紋管成型機(jī)，一般為水平式結(jié)構(gòu)，大口徑管材也采用托架式模具。但 受其加工設(shè)備的限制，其模具的加工精度和同一性與國外同類產(chǎn)品相比還有差距，在生 產(chǎn)中機(jī)器故障較多，有時還可能造成模具運行軌道的損壞。 近年來上海金緯機(jī)械制造有限公司開發(fā)了一系列大口徑雙壁波紋管生產(chǎn)線，其波紋 成型機(jī)采用立式結(jié)構(gòu)，由于模具的加工采用了大型加工中心生產(chǎn)，其同一性和精度均達(dá) 到較高的水平。同時，模具采用快速冷卻系統(tǒng)，可較大程度地提高生產(chǎn)速度。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 雖然國產(chǎn)的波紋成型機(jī)質(zhì)量不如國外進(jìn)口產(chǎn)品，但由于其價格比國外同類產(chǎn)品低很 多，且其生產(chǎn)的管材能達(dá)到要求，故近年來國內(nèi)大部分波紋管生產(chǎn)廠家還是采用國產(chǎn)生 產(chǎn)線。故國產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)廠家這幾年發(fā)展較快，但還應(yīng)致力提高加工水平，開發(fā)新產(chǎn)品， 縮小與國外產(chǎn)品的差距。 最近幾年，國外研制出了模具速回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，即利用機(jī)械或氣動搬運系統(tǒng)，把最后一 對模片重新快速帶回開始的工作位置。它的優(yōu)點是模片數(shù)可減少，一般僅需 1218 對模 片，在生產(chǎn)大口徑管材時，可極大地降低波紋成型機(jī)的生產(chǎn)成本。 圖 1.5 波紋管成型機(jī)設(shè)備 1.2 課題的提出與意義 近幾年是波紋管發(fā)展的黃金時期，它的應(yīng)用范圍已擴(kuò)大到各個工業(yè)領(lǐng)域。 本課題是完成波紋管成型過程的總體設(shè)計，對該機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng) 進(jìn)行了全面設(shè)計。在設(shè)計中還須設(shè)計液壓電控原理及程序，對于進(jìn)行模具、油缸等進(jìn)行 結(jié)構(gòu)設(shè)計以及油缸中重要零件的優(yōu)化設(shè)計并做出必要的有限元分析和運動仿真。本課題 使我在設(shè)計過程中，能掌握較強(qiáng)的實際工作經(jīng)驗，完成從設(shè)計到實際生產(chǎn)及運行調(diào)試的 整個過程，這樣一來就能很好的掌握機(jī)電液一體化技術(shù)，提高解決實際工作問題的能力， 為以后工作打下極好的基礎(chǔ)。 1.3 課題的主要內(nèi)容 本課題的主要內(nèi)容是完成波紋管成型的總體設(shè)計。最后，將它們轉(zhuǎn)化為能供指導(dǎo)制 造、裝配、安裝、調(diào)試和維修用的設(shè)計圖紙及各類說明書等技術(shù)文件?？傊?，設(shè)計的主 要內(nèi)容分為機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分。按照用戶提出的完整技術(shù)要求，寫 出液壓及電氣的技術(shù)數(shù)據(jù)，并經(jīng)用戶確認(rèn)。 本設(shè)計需滿足的要求如下： A 達(dá)到技術(shù)指標(biāo)所規(guī)定的要求，滿足實際工作需要。 波紋管成型機(jī)的設(shè)計 5 B 整機(jī)機(jī)構(gòu)實用，加載部件需做應(yīng)力應(yīng)變分析。 C 整個機(jī)械裝置需要做運動學(xué)分析。 D PLC 全自動控制，要有較高的工作可靠性、安全性。 E.工作安全，操作方便 根據(jù)技術(shù)要求，我們需要在搞清設(shè)備工作原理的基礎(chǔ)上，經(jīng)改進(jìn)設(shè)計，進(jìn)行正式圖 紙繪制。在設(shè)計中還需對現(xiàn)有的機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，如充分利用 UG 和 LINGO 等軟件進(jìn)行有 限元應(yīng)力分析、運動分析和優(yōu)化設(shè)計。且設(shè)計液壓原理圖、電氣原理圖，主機(jī)等部件。 在自動化生產(chǎn)軟件的使用編程邏輯方面用 PLC 控制。因類似設(shè)備已投入生產(chǎn)，故我在設(shè) 計過程中，可獲得并掌握較強(qiáng)的實際工作經(jīng)驗。最終完成從設(shè)計到實際生產(chǎn)及運行調(diào)試 的整個過程，這樣一來就能很好的掌握機(jī)電一體化技術(shù)，提高了解決實際工作問題的能 力，為以后工作打下極好的基礎(chǔ)。尤其這幾個軟件的使用對以后的研究生課程有莫大的 幫助和指導(dǎo)性的方向。 在設(shè)計的時候，課本知識和實際生產(chǎn)經(jīng)驗的結(jié)合是我最想擁有的經(jīng)歷。期間充分利 用已有的資源在搞清設(shè)備工作原理的基礎(chǔ)上，調(diào)研工廠實際情況包括設(shè)備的調(diào)試（主要 是液壓部分和電控部分）以及制造過程遇到的難題和解決方案，因而形成了對設(shè)備的機(jī) 械部分，液壓部分，電氣部分技術(shù)觀念和感性認(rèn)識，為改進(jìn)，完善設(shè)備打下堅實基礎(chǔ)。 本課題為機(jī)電液綜合設(shè)計，對本科的機(jī)械工程學(xué)生而言，已經(jīng)是能夠接受和有所創(chuàng) 新地完成的項目了。而且整個設(shè)備制造技術(shù)路線清晰明了。最后在設(shè)計完成交付，并實 現(xiàn)功能的整個流程中，學(xué)習(xí)并收獲有限元應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計及運動分析等先進(jìn)設(shè)計方法在設(shè) 計中的作用。綜合機(jī)電液，加強(qiáng)鞏固和糅合這三方面知識結(jié)構(gòu)，為以后的發(fā)展打好基礎(chǔ)。 課題結(jié)束后，希望能達(dá)到鍛煉設(shè)計能力，而又能熟悉如何從圖紙到設(shè)備實際工作調(diào) 試完成交付使用的整個過程，并經(jīng)實際的動手完成真正能正常工作的設(shè)備。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 2 總體方案的確定 2.1 設(shè)計依據(jù) 本課題是對無錫市永興金屬軟管有限公司波紋管成型機(jī)上所有液壓元件進(jìn)行綜合系 統(tǒng)的設(shè)置，以滿足工廠質(zhì)量控制的要求。經(jīng)過與廠方代表的協(xié)商決定，該成型機(jī)能夠?qū)?以下液壓元件進(jìn)行檢測并完成相應(yīng)的檢測項目。 A 本套設(shè)計依據(jù)汽車消聲器等特性設(shè)計。 B 本套設(shè)計以滿足汽車波紋管一次成型要求設(shè)計。 C 本套設(shè)備以符合相關(guān)管材的規(guī)范要求設(shè)計。 D 本套設(shè)備的制造、檢驗、安裝、使用均以滿足設(shè)備投資少、生產(chǎn)易控制。 2.2 確定模具結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 成型模具由 16 對水平對開的模塊組成，沿一定的軌跡移動，模具閉合成圓形管子的 成型腔，模具打開，使制品脫模，模具可由水或空氣冷卻。其成型過程為：從擠出機(jī)擠 出管坯在一定的水壓下，經(jīng)過吹脹，使內(nèi)外壁分別貼合在成型模具和內(nèi)定徑棒上成型。 波紋管成型機(jī)的關(guān)鍵就是成型模具運行軌道的確定，需先建立模具運行的數(shù)字模型，然 后印出其軌跡，最后按照這一軌跡組合模具。 2.3 確定液壓系統(tǒng)設(shè)計方案 波紋管成型機(jī)的液壓系統(tǒng)屬于很典型的液壓系統(tǒng)，利用成型機(jī)可以方便的使波紋管 一次性成型。 在液壓系統(tǒng)的設(shè)計方案中，通過設(shè)置調(diào)壓回路、增壓回路、換向回路、進(jìn)、出節(jié)流 回路實現(xiàn)不同的目的，例如合模、分模等。高低壓油泵以及控制油泵的配合使用，使得 成型的效率大大提高。油推水油缸用水代替了油，除了減少污染，有利于環(huán)保以外，還 方便于清洗。本公司波紋管成型機(jī)生產(chǎn)出的不銹鋼波紋管主要用于汽車的消聲器。 本液壓系統(tǒng)是無錫南方液壓氣動成套有限公司波紋管成型機(jī)裝置機(jī)設(shè)計、制造的專 用液壓傳動設(shè)備。該系統(tǒng)精選了國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)液壓元、附件。液壓回路采用了集成油路塊 式結(jié)構(gòu)，液壓系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)先進(jìn)、合理、可靠、易于維修。符合 GB3766-87液壓系統(tǒng)通 用技術(shù)條件中的各項技術(shù)要求。 本液壓系統(tǒng)由于采用了開式油箱結(jié)構(gòu)，所以不允許在粉塵大的惡劣環(huán)境下工作，使 用時應(yīng)注意經(jīng)常清掃液壓設(shè)備上的粉塵，以保證液壓系統(tǒng)具有良好的散熱性。 所有液壓閥控制回路均采用了集成油路塊式結(jié)構(gòu)，使本系統(tǒng)具有泄漏少，結(jié)構(gòu)緊湊， 便于維修的特點。 本液壓系統(tǒng)在工作原理上具有以下特征：具有吸油濾油器，使本系統(tǒng)工作介質(zhì)的清 潔度得到有效的保證，降低系統(tǒng)的故障率,延長系統(tǒng)各元、附件的使用壽命。 波紋管成型機(jī)的設(shè)計 7 2.4 確定控制系統(tǒng)設(shè)計方案 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不 良，容易出現(xiàn)故障，所以應(yīng)時代之要求，需要對系統(tǒng)進(jìn)行 PLC 控制。 現(xiàn)決定采用日本三菱公司生產(chǎn)的 FX 系列 PLC 進(jìn)行編程。 可編程序控制器根據(jù)操作者的指令，完成對換向閥等元件的控制，以控制每個執(zhí)行 元件?？删幊炭刂破骶哂泻芨叩娜嵝院屯ㄓ眯?，同時采用傳統(tǒng)的梯形性能可靠，操作維 護(hù)直觀、方便，具有以下特點:油缸油壓控制采用壓力控制，因而調(diào)節(jié)方便、可靠；因而 調(diào)節(jié)操作簡單 ,控制精確；顯示和操作采用高性能和易操作的控制面板，操作、調(diào)節(jié)、簡 單直觀;可實現(xiàn)手動、單動、自動等工作狀態(tài)，參數(shù)范圍大。當(dāng)故障發(fā)生時， PLC 做出相 應(yīng)保護(hù)措施。 PLC 在滿足同樣控制要求的情況下，又不像計算機(jī)控制系統(tǒng)那樣復(fù)雜、難以掌握。 有利于控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和柔性化，縮短控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試周期、 降低測試產(chǎn)費用。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 3 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計 3.1 概述 波紋管成型機(jī)生產(chǎn)出的波紋管主要用于汽車的消聲器。模具是成型過程的主要裝備， 也是整個裝備的重中之重。波紋管的幾何形狀、尺寸和精度是由成形模具來保證的。根 據(jù)金屬變形規(guī)律、波紋管幾何形狀、尺寸、精度、成形力的大小和波紋管軸向彈性回彈 等，設(shè)計成形模具。 除設(shè)計因素之外，波紋管很大程度上依賴于制造工藝，先進(jìn)的制造 工藝是提高波紋管性能和質(zhì)量的重要保證。 整個模具裝備主要由模片、鏈條等部分組成。 3.2 設(shè)計依據(jù) A 本套設(shè)計依據(jù)汽車消聲器等特性設(shè)計。 B 本套設(shè)計以滿足汽車波紋管一次成型要求設(shè)計。 C 本套設(shè)備以符合相關(guān)管材的規(guī)范要求設(shè)計。 D 本套設(shè)備的制造、檢驗、安裝、使用均以滿足設(shè)備投資少、生產(chǎn)易控制。 圖 3.1 波紋管成型機(jī)模具 3.3 設(shè)計范圍及其設(shè)計方案 過去雙壁波紋管的直徑比較小，雙壁波紋成型機(jī)都采用“履帶式設(shè)計” ：把成對的成型 模片一對接一對地固定在同步相對循環(huán)移動的兩履帶上，形成一排移動中的成型模片。 有的兩履帶水平配置，如 UNICOR；有的兩履帶上下配置，如 CORMA。熱熔態(tài)的外壁 就在壓力或真空的作用下形成波紋外管。波紋外管再和平直的內(nèi)管熔接成雙壁波紋管。 最近的技術(shù)發(fā)展是生產(chǎn)雙壁波紋管用成型機(jī)的“梭式設(shè)計” 。成對的成型模片不再固定在履 帶上，而是沿矩形軌跡循環(huán)移動。在成型工作區(qū)，成對模片是慢速移動；在離開工作區(qū) 后模片沿外側(cè)軌道快速度返回。本套設(shè)備設(shè)計的范圍如前述組成部份，其間還包含了較 波紋管成型機(jī)的設(shè)計 9 多的項目。下面按各部件分述如下： 3.3.1 模具的工藝分析 工藝設(shè)計是一項復(fù)雜的、多層次、多任務(wù)的設(shè)計過程，它涉及的面較廣，影響著工 藝決策的因素也很多，金屬波紋管的試制涉及材料的精密塑性成形、熱 處理、表面處理、 焊接、切削等多種工藝。根據(jù)研制的需要，對上述各工藝做出合理的設(shè)計，設(shè)計出技術(shù) 上先進(jìn)可行的工藝。我設(shè)計的是雙壁不銹鋼波紋管，內(nèi)外層的鋼壁都是焊接而成，但是 焊縫不是在同一直線上，其成形工藝為油推水壓制成形。模具由凸模與凹模 2 部分構(gòu)成， 對于同一件不銹鋼制品，可設(shè)計出各種不同結(jié)構(gòu)形式的壓模，壓模的結(jié)構(gòu)形式直接關(guān)系到 制品質(zhì)量、模具制造成本及其使用壽命。波紋管在使用中被密封的構(gòu)件有一定的工作行 程，構(gòu)件的最大行程和最小行程是模具充分伸張和緊合的長度。當(dāng)工作壓力較低時，波 紋管的波褶要求深而窄；對于較高的工作壓力，設(shè)計時其波褶最好是圓而寬些。由于波 紋管形狀結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，模具設(shè)計時要充分考慮其脫模的問題。我設(shè)計的波紋管模具由 16 對水平對開的模片組成，模片之間用一個個小的鏈條連接，沿一定的軌跡移動，模具 閉合成圓形管子的成型腔，模具打開，使制品脫模，模具可由水或空氣冷卻。其成型過 程為：從擠出機(jī)擠出管坯在一定的水壓下，經(jīng)過吹脹，使內(nèi)外壁分別貼合在成型模具和 內(nèi)定徑棒上成型。模具伸張狀態(tài)為 414mm,模具緊合狀態(tài)為 284mm。 圖 3.2 模片 3.3.2 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.3.2.1 成型腔的設(shè)計 成形波紋管部的工藝比較簡單,可采用通用的模體與芯軸式型腔,但芯軸的設(shè)計是不銹 鋼零件成形后能否順利脫模的關(guān)鍵問題。雙壁不銹鋼波紋管成型后，不再進(jìn)行機(jī)械加工。 因此，模具中形成波紋管徑向及軸向定位尺寸的模具尺寸必須十分精確，其尺寸可由下 式確定：D=A(1K) 式中 D模具內(nèi)腔尺寸,mm A波紋管尺寸,mm 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 K材料的收縮 如果設(shè)計資料中沒有材料的收縮率，可先按波紋管零件尺寸設(shè)計模具內(nèi)腔尺寸，試 模后精確測量制品尺寸，得出材料的收縮率后再按上式重新設(shè)計模具內(nèi)腔尺寸。 我設(shè)計的波紋管模具長度的伸張狀態(tài)為 414mm，模具緊合狀態(tài)為 284mm。也就是零 件長度為 414mm，制品長度為 284mm，而零件直徑為 47mm，制品直徑為 60mm。 所以材料縱向的收縮率為： K=284/414=0.686 所以材料橫向的收縮率為： K=47/60=0.783 由此可以得出：模具成型腔長度尺寸 D=284(1+0.686)=479mm 模具成型腔直徑尺寸 D=60(1+0.783)=107 mm 圖 3.3 波紋管制品 圖 3.4 波紋管零件 3.3.2.2 芯軸的設(shè)計 由于波紋管的形狀復(fù)雜，波褶相對較深，因此給模具設(shè)計造成困難，這里的關(guān)鍵就 是為了更好地解決脫模困難的問題。從圖 3.2 可知,波紋管的最大直徑(峰徑) 與最小直徑 (谷徑) 之比為 1.28,對于不銹鋼雙壁波紋管零件而言,當(dāng)峰谷比為 1. 21. 5 ,通常采用強(qiáng)制 脫模方式,可以設(shè)計為整體式芯軸。芯軸定位采用芯軸兩端柱面周向和臺階軸向定位,在下 模片的前后側(cè)加 2 塊定位板。由壓制成形工藝可知,裝模過程是在合模前先將零件放入型 波紋管成型機(jī)的設(shè)計 11 腔中,然后放上芯軸,上模下壓,進(jìn)而合模成形。上述設(shè)計的型腔只是零件成形時的型腔,零 件放入后,芯軸必然會抬起,在隨后的合模成型過程中才能逐步復(fù)位至最終尺寸。因此,芯軸 的初始定位必須充分考慮合模過程中其位置的變化,為保證成型結(jié)束時芯軸的準(zhǔn)確定位,將 兩側(cè)的定位板設(shè)計為高出下模片一定距離。另外,上下模片的定位采用簡單的導(dǎo)正定位銷 定位 ，模片之間采用一個個小的鏈條聯(lián)接。考慮芯軸通常在高溫環(huán)境下使用,結(jié)合其使用 壽命和熱處理變形程度要求，芯軸選用 Cr12 鋼，車削加工完成,調(diào)質(zhì)處理 3.3.2.3 模頭的設(shè)計 目前國內(nèi)外生產(chǎn)雙壁波紋管大多采用旋轉(zhuǎn)模頭，旋轉(zhuǎn)模頭的特點是：體積小，流道 清潔，可以消除管材的內(nèi)應(yīng)力和清除管材的熔接痕。但由于雙壁波紋管生產(chǎn)工藝的原因， 其模頭與生產(chǎn)實壁管的模頭有很大區(qū)別。生產(chǎn)波紋管時，一方面要求模頭是雙流道結(jié)構(gòu)， 同時還受到管材內(nèi)徑的限制，因此，模頭的內(nèi)、中、外三種流道套比較??；另一方面， 由于波紋管成型模塊回轉(zhuǎn)半徑的限制，要求模頭的長度很長，所以波紋管擠出模頭實際 上是一個很長的懸臂梁。在生產(chǎn)較小管徑波紋管時，模頭相對較小，由于懸臂而產(chǎn)生的 撓度并不是很大，其對擠出波紋管壁厚均勻性的影響可以通過機(jī)頭口模調(diào)整得以校正； 而在生產(chǎn)大口徑雙壁波紋管時，模頭對管材壁厚分布的影響已經(jīng)非常顯著，常規(guī)的口模 調(diào)節(jié)已無能為力。為此，采取盤式模頭，使得復(fù)合模頭減小了 80%的重量，減少了 65% 的能耗。 國內(nèi)研制大口徑波紋管時如果也采用類似的盤式模頭顯然會涉及到專利侵權(quán)問題， 不過，通過改進(jìn)現(xiàn)有雙壁管模頭的設(shè)計方法可以消除由于撓度給管材壁厚分布帶來的影 響，即逆向修正法。逆向修正法的基本原理是：在設(shè)計前就計算好模頭撓度的大小及其 分布，在其后的設(shè)計中采用相應(yīng)的逆向修正。由于逆向修正的模頭形狀不規(guī)則，所以必 須使用數(shù)控機(jī)床加工，采用這種方法設(shè)計的模頭在實際工作中口模無需調(diào)整或少調(diào)整。 3.3.3 模具環(huán)剛度的計算 雙壁波紋管一個最重要的參數(shù)是環(huán)剛度。在達(dá)到使用要求的環(huán)剛度下如何使得單位 長度管材的重量最小是問題的關(guān)鍵，也是各國研究雙壁波紋管的核心點。波紋管性能的 優(yōu)劣是由成型模具決定的，所以必須掌握環(huán)剛度的計算方法并有一套切實可行的計算手 段才能確保成型模具的優(yōu)化設(shè)計。 環(huán)剛度的定義為： S=EI/D3 其中： E-材料的彈性模量； I-管材的轉(zhuǎn)動慣量； D-管材的有效直徑。 材料的彈性模量是由材料本身性能決定的，而作為設(shè)備供用商可能更關(guān)注于管材的 轉(zhuǎn)動慣量的研究。實壁管的轉(zhuǎn)動慣量的計算已有資料給出，但關(guān)于結(jié)構(gòu)壁管轉(zhuǎn)動慣量的 計算各國研究者都密而不談，因為它是雙壁波紋管技術(shù)的核心之核心。目前國內(nèi)雙壁波 紋管設(shè)計人員對環(huán)剛度的影響因素知之甚少，更別說是精確計算了。很顯然，如果沒有 一套可以實際應(yīng)用的計算方法，開發(fā)國內(nèi)的大口徑雙壁波紋管只能是一個美好愿望而已。 實際上轉(zhuǎn)動慣量的計算和有效直徑 D 的確定是一個非常復(fù)雜的過程，絕不能和一些作圖 軟件所提供的慣性矩混為一談，以免被誤導(dǎo)。 中云集團(tuán)武停啟博士耗時 2 個多月潛心研究，現(xiàn)已能提供一套非常實用的雙壁波紋 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 管環(huán)剛度的計算方法，并編制成了計算機(jī)程序。采用該程序，可以快速計算出結(jié)構(gòu)壁管 的環(huán)剛度和相應(yīng)米重，并能對雙壁波紋管的設(shè)計實現(xiàn)優(yōu)化。有了這套計算機(jī)程序，國內(nèi) 的設(shè)備制造商在雙壁波紋管的開發(fā)方面就可以依靠自己的理論依據(jù)，而不再是對國外產(chǎn) 品的簡單跟進(jìn)，中云集團(tuán)已經(jīng)利用這一成果開發(fā)了外徑 1500 毫米雙壁波紋管的波紋成型 系統(tǒng)。 3.3.4 模具的加工 鑒于該零件的工藝分析及設(shè)計要求，需要合理地確定模具各部分的加工工藝。對于 成形波紋管部的型腔和芯軸結(jié)構(gòu),主要采用線切割配合電火花成形加工。為了便于加工操 作,同時減少加工量和加工成本,最終采用“先整體加工 ,再一分為二分開加工” 的方案。由于 模具在工作過程中，內(nèi)、外壓力較大，因此模具必須有足夠的強(qiáng)度和剛度,從成本及加工 性能方面考慮,模體材料選用 45 # 碳素鋼(經(jīng)熱處理后硬度為 HRC2832) 。 波紋管成型機(jī)的設(shè)計 13 4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計及其校核 液壓系統(tǒng)是波紋管成型機(jī)的心臟，液壓系統(tǒng)設(shè)計的先進(jìn)性、合理性是成型技術(shù)先進(jìn) 性的重要標(biāo)志，也是實驗結(jié)果的穩(wěn)定性、可靠性、精確性的關(guān)鍵。 4.1 液壓系統(tǒng)的組成 4.1.1 能源裝置 它是將輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能(壓力和流量)輸出的能量轉(zhuǎn)換裝置，一般最 常見的形式是液壓泵。 4.1.2 執(zhí)行元件 它是將油液的壓力能轉(zhuǎn)換成直線式或回轉(zhuǎn)式機(jī)械能輸出的能量轉(zhuǎn)換裝置，一般做直 線運動是液壓缸，做回轉(zhuǎn)運動的是液壓馬達(dá)。 4.1.3 調(diào)節(jié)控制元件 它是控制液壓系統(tǒng)中油液的流量、壓力和流動方向的裝置，包括方向控制閥、壓力 控制閥、流量控制閥、比例閥和邏輯閥。這些元件是保證系統(tǒng)正常工作不可缺少的組成 部分。 4.1.4 輔助元件 是除上述三項以外的其它裝置，如油箱、濾油器、油管等，這些元件對保證液壓系 統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定持久的工作，有重大作用。 4.2 液壓系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點 4.2.1 液壓傳動的優(yōu)點 與機(jī)械傳動和電力拖動系統(tǒng)比較，液壓系統(tǒng)具有以下優(yōu)點： A 液壓元件的布置不受嚴(yán)格的空間位置限制，系統(tǒng)中各部分用管道連接，布局安裝 有很大的靈活性，能構(gòu)成其他方法難以組成的復(fù)雜系統(tǒng)。 B 可以在運行過程中實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速，且調(diào)速范圍大。 C 液壓傳動和液氣聯(lián)動傳遞運動均勻平穩(wěn)，易于實現(xiàn)快速啟動，制動和頻繁的換向。 D 操作控制方便，省力，易于實現(xiàn)自動控制，中遠(yuǎn)程距離控制，過載保護(hù)。與電氣 控制，電子控制相結(jié)合，易于實現(xiàn)自動工作循環(huán)和自動過載保護(hù)。 E 液壓元件屬于機(jī)械工業(yè)基礎(chǔ)件。其標(biāo)準(zhǔn)化，系列化和通用化程度都較高，這樣有 利于縮短機(jī)器的設(shè)計，制造周期和降低制造成本。 F 除此之外，液壓傳動突出的優(yōu)點還有單位質(zhì)量輸出功率大，因為液壓傳動的動力 元件可采用很高的壓力，因此，在同等輸出功率下具有體積小，質(zhì)量小，運動慣性小， 動態(tài)性能良好的特點。 4.2.2 液壓傳動的缺點 A 在傳動過程中，能量需經(jīng)兩次轉(zhuǎn)換，傳動效率偏低。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 B 由于傳動介質(zhì)的可壓縮性和泄漏等因素的影響，不能嚴(yán)格保證定比傳動。 C 液壓傳動性能對溫度比較敏感，不能在高溫下工作，采用石油基液壓油作傳動介 質(zhì)時還需要注意防火問題。 D 液壓元件制造精度高，系統(tǒng)工作過程中發(fā)生故障不易診斷。 總的來說，液壓傳動的優(yōu)點是主要的，其缺點將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷得到克服。 本機(jī)器的傳動主要采用了液壓傳動，并實現(xiàn)電控自動化控制。 4.3 液壓系統(tǒng)設(shè)計 4.3.1 概述及液壓系統(tǒng)方案設(shè)計 A 本液壓系統(tǒng)是為永興金屬軟管有限公司成型模具裝置機(jī)設(shè)計，制造的專用液壓傳 動設(shè)備。該系統(tǒng)精選了國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)液壓元、附件。液壓回路采用了集成油路塊式結(jié)構(gòu)， 液壓系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)先進(jìn)、合理、可靠、易于維修。符合 GB3766-87液壓系統(tǒng)通用技術(shù)條 件中的各項技術(shù)要求。 B 本液壓系統(tǒng)由于采用了開式油箱結(jié)構(gòu)，所以不允許在粉塵大的惡劣環(huán)境下工作， 且使用時應(yīng)注意經(jīng)常清掃液壓設(shè)備上的粉塵，以保證液壓系統(tǒng)具有良好的散熱性。 C 本液壓系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上具有以下特征： 所有液壓閥控制回路均采用了集成油路塊式結(jié)構(gòu)，使本系統(tǒng)具有泄漏少，結(jié)構(gòu)緊湊， 便于維修的特點。 D 本液壓系統(tǒng)在工作原理上具有以下特征（參閱液壓系統(tǒng)原理圖）：具有吸油濾油 器，使本系統(tǒng)工作介質(zhì)的清潔度得到有效的保證，降低系統(tǒng)的故障率,延長系統(tǒng)各元、附 件的使用壽命。 （1） 確定油液的循環(huán)方式 表 4-1 開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)的比較 根據(jù)上圖所示，本液壓系統(tǒng)采用開式循環(huán)方式，因為執(zhí)行元件有多個。 （2） 確定油路的組合方式 本系統(tǒng)中采用并聯(lián)方式。 （2） 調(diào)速方案的分析與選擇 表 4-2 三種調(diào)速回路主要性能比較 波紋管成型機(jī)的設(shè)計 15 根據(jù)上述表格內(nèi)容所示，本液壓系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速回路。 （4） 液壓系統(tǒng)的主要性能及技術(shù)參數(shù)： 1)卸荷回路 圖 4.1 卸荷回路 2) 回油節(jié)流調(diào)速回路 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 圖 4.2 回油節(jié)流調(diào)速回路 圖 4.3 鎖緊回路 3) 鎖緊回路 4.3.2 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 圖 4.5 液壓系統(tǒng)原理圖 4.3.3 主壓油缸的設(shè)計 4.3.3.1 主壓油缸設(shè)計中應(yīng)注意的問題 A 在保證所獲得的速度和推力下，應(yīng)盡可能使液壓缸的各部分結(jié)構(gòu)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來設(shè) 計，盡量做到液壓缸的結(jié)構(gòu)緊湊，加工、裝配和維修方便。 B 盡量使活塞桿在承受最大負(fù)載時處于受拉狀態(tài)，若受壓應(yīng)具有良好的縱向穩(wěn)定性， 長行程的活塞桿伸出時，還應(yīng)加輔助支撐，避免活塞桿下垂。 C 液壓缸熱脹冷縮時應(yīng)不受阻礙，所以液壓缸在安裝，固定時，液壓缸只能一端定 波紋管成型機(jī)的設(shè)計 17 位。 D 根據(jù)液壓缸具體工作條件，考慮是否有緩沖，排氣和防塵裝置。 模具處于伸張狀態(tài)時的長度為 414mm，處于緊合狀態(tài)時的長度為 284mm，見下圖 圖 4.6 三維圖模具（伸張） 圖 4.7 三維圖模具（緊合） 所以主壓油缸伸縮幅度為414mm-284mm=130mm 根據(jù)相關(guān)資料參考，確定主壓油缸主要參數(shù)如下： 油缸缸筒內(nèi)徑: 140 mm，外徑: 168mm，活塞桿徑 : 80mm，有效工作行程 900mm。無桿腔面積A1=16.816.83.14/4=222cm2, 有桿腔面積A2=(16.816.8-88) 3.14/4=171cm2。額定工作壓力 15 MPa，F(xiàn)拉=330KN。 密封伸出時間3S/100MM（可調(diào)） ，密封伸出進(jìn)流量 46L/MIN。 成型時，伸出時間6S/200MM （可調(diào)） ，伸出進(jìn)流量 46L/MIN。 出油量14X154/78=28L/MIN。 上升壓力15MP, 拉力F=254KN。 上升伸出時間 5S/300MM（可調(diào)） ，上升伸出進(jìn)流量 46L/MIN。 4.3.3.2 缸筒設(shè)計 根據(jù)液壓缸推力F 和選定的工作壓力，或者運動速度和輸入流量 ，按有關(guān)公式確定 缸筒內(nèi)徑D后，然后再從GB2348-80標(biāo)準(zhǔn)中選取相近的尺寸并且加以圓整。 對缸筒的要求： （1）有足夠的強(qiáng)度，能長期承受最高工作壓力及短期動態(tài)試驗壓力而不至于產(chǎn)生永 久變形。 （2）有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不至于產(chǎn)生彎曲。 （3）內(nèi)表面與活塞密封件及導(dǎo)向環(huán)的摩擦力作用下，能長期工作而磨損少，尺寸公 差和形位公差足以保證活塞密封件的密封性。 （4）需要焊接的缸筒還要求有良好的可焊性，以便在焊上缸底和管接頭后不至于產(chǎn) 生裂紋或過大的變化。 由此，缸筒可設(shè)計為：材料 35#鋼無縫鋼管,強(qiáng)度 b=48 kg/mm2,根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊上 冊 P464。安全系數(shù) n=3(靜載荷), 根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊下冊 P170,許用應(yīng)力= 160 MPa 。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 缸筒壁厚/缸徑=14/140=0.1 液壓工程手冊 P741,選用公式（ 7.3-8） max02.3pD （4-1 ） 4.3.3.3 缸筒最小壁厚0 （mm）=15（MPa）*168 （mm）/2.3*160- 3*15（MPa ）=7.8（mm）14(mm)， 強(qiáng)度符合要求。 缸筒厚度驗算： 對最終采用的缸桶厚度應(yīng)驗算： 額定工作壓力 np應(yīng)低于一定極限值，以保證工作安全 （4-2 ） 2 21()315(6840)0.350. 3snDMPa 所以驗算厚度符合要求。 缸筒聯(lián)接強(qiáng)度的校核： 22621112 10,360,140543()()(68).74PabsPaaDpMD 液 壓 缸 底 采 用 對 焊 的 圓 周 焊 ， 材 料 是 #鋼 ， 它 的 而 焊 接 應(yīng) 力 為 ：F=顯 然 符 合 要 求-液 壓 缸 輸 出 的 最 大 推 力 （ N液 壓 缸 直 徑 （ m）p系 統(tǒng) 最 大 工 作 壓 力 （ ）液 壓 缸 外 徑 （ ）焊 縫 底 徑-焊 0.7接 效 率 ， 通 常 取 即取缸筒外徑 168mm, 內(nèi)徑 140mm，壁厚=14 mm，長度 973m。 4.3.3.4 活塞桿設(shè)計 活塞桿直徑 d 通常先滿足液壓缸速度或速度比來確定活塞桿的直徑 d 然后再從 GB2348-80 標(biāo)準(zhǔn)中選取相近的尺寸并且加以圓整，再按其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)行校核?；?塞桿要在導(dǎo)向套中滑動。太緊則摩擦大，太松則容易引起卡滯現(xiàn)象和單邊磨損?；钊麠U 內(nèi)端的卡環(huán)槽，緩沖柱塞要保證與軸線同心，特別是緩沖柱塞。 由此，活塞桿可設(shè)計為： 材料 45#鋼，強(qiáng)度 b=56 kg/mm2，根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊上冊 P464。安全系數(shù) n=3, 根 據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊下冊 P170，許用應(yīng)力 =190MPa。 壓應(yīng)力=33000/80*80*3.14/4=6.5 kgf/mm2=19 kgf/mm2。 拉應(yīng)力=25400/80*80*3.14/4=5kgf/mm2254000N/Kkn 所以穩(wěn)定。 前耳環(huán)與活塞桿聯(lián)接螺紋 M48X3，長度 110mm。所以取活塞桿徑 110 mm，長度 1222mm。 經(jīng)過常規(guī)設(shè)計后，發(fā)現(xiàn)活塞桿強(qiáng)度和剛度足夠，安全。 但是經(jīng)過 UG 有限元應(yīng)力分析后發(fā)現(xiàn)： 圖 4.8 活塞桿應(yīng)力分析 最大處的應(yīng)力為 350MPa。 由于受結(jié)構(gòu)設(shè)計的限制，尺寸不能更改。所以只能更換材料。因此選用合金結(jié)構(gòu)鋼 20SiMnVB，抗拉強(qiáng)度 b=1175MPa，機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊 P27,安全系數(shù) n=3, 許用應(yīng)力 =1175/3=400Mpa。 驗證活塞桿的強(qiáng)度： 6662()10MPa2425402.05.8103.981ssFndmFnd m:s s式 中 -液 壓 鋼 的 最 大 推 力 （ 或 拉 力 ）材 料 的 屈 服 極 限 （ ） 屈 服 安 全 系 數(shù) ， 一 般 取 n現(xiàn) 在 取 為 4則所 以 ， 強(qiáng) 度 符 合 要 求 。 4.3.3.5 活塞設(shè)計 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 由于活塞在液體壓力的作用下往復(fù)運動，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過 緊也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動壓力增大，降低機(jī)械效率，而且容易損 壞缸筒和活塞的滑動配合表面，間隙過大會引起液壓缸內(nèi)部泄漏，降低容積效率，使液 壓缸達(dá)不到要求的設(shè)計性能。 根據(jù)密封裝置型式來選活塞結(jié)構(gòu)型式（密封裝置則按工作條件選定） 。通常分為整體 活塞和組合活塞兩類。整體活塞在活塞周圍開溝槽，安置密封圈，結(jié)構(gòu)簡單，但給活塞 的加工帶來困難，密封圈安裝時容易拉傷和扭曲。組合式活塞結(jié)構(gòu)多樣，主要受密封圈 型式?jīng)Q定。組合式活塞大多數(shù)可以多次拆裝，密封件使用壽命長，隨著耐磨的導(dǎo)向環(huán)大 量的使用，多數(shù)密封圈與導(dǎo)向環(huán)聯(lián)合使用，大大降低了活塞的加工成本。這里活塞材料 取 QT500 球鐵，帶支承環(huán)。配合 H8/f9，取活塞外徑 140mm，內(nèi)徑 64mm，活塞厚度 67 mm。 4.3.3.6 導(dǎo)套設(shè)計 材料 QT500 球鐵, 取導(dǎo)套外徑 140mm，內(nèi)徑 80 mm，導(dǎo)套厚度 143 mm。 4.3.3.7 液壓缸最小導(dǎo)向長度 H 當(dāng)活塞桿全部外伸，從活塞面的中點到導(dǎo)向套滑動面的中點的距離稱為液壓缸最小 導(dǎo)向長度H，若液壓缸最小導(dǎo)向長度H太小，當(dāng)活塞桿全部外伸時，這種結(jié)構(gòu)就是材料力 學(xué)中見的懸臂梁結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)最大的缺點就是他的穩(wěn)定性不好，容易造成液壓缸活塞 桿的晃動 ，一方面，這種懸臂梁結(jié)構(gòu)將使液壓缸活塞桿所受到的彎矩變的大， 這樣一 來對液壓缸活塞桿的材料性能要求就比較高。另一方面，懸臂梁結(jié)構(gòu)將使得液壓缸活塞 桿對液壓缸缸筒內(nèi)壁造成沖擊，容易造成液壓缸的損壞，同時對液壓缸缸筒材料的性能 也有較高的要求，最后就是，液壓缸的穩(wěn)定性將變差。因此，對一般液壓缸必須有一個 合適的導(dǎo)向長度，根據(jù)經(jīng)驗，當(dāng)液壓缸的最大行程L ，液壓缸缸筒直徑D 時，最小導(dǎo)向長 度H L20+D2。 一般導(dǎo)向套滑動面長度A，在D80mm時，可取A=（0.6-1.0）D；在在D 80mm時， 可取A= （0.6-1.0 ）d?；钊麑挾菳= （0.6-1.0）D。若導(dǎo)向長度H不夠時，可以在活塞桿上 增加一個導(dǎo)向隔套K來增加H值，導(dǎo)向隔套K的寬度 C= 0.5()AB 4.3.3.8 密封圈 油缸中使用密封圈可以防止高壓油的泄漏。密封圈是易損件，如果質(zhì)量不好，回嚴(yán) 重影響機(jī)器的正常工作。對密封件的要求是：密封性能好，能隨著液體壓力增高而提高 其密封性能，摩擦阻力小，磨損小，壽命長，使用維修簡單，易拆換，成本低，容易制 造。在選擇密封材料時，應(yīng)考慮其性能，一般要求：在一定溫度使用范圍內(nèi)有較好的化 學(xué)穩(wěn)定性，不容于工作介質(zhì)，與金屬接觸時不互相起作用（如腐蝕，拈著等） ，不軟化或 硬化，彈性好，永久變形小，有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度，耐磨性好，摩擦系數(shù)小，易于壓制成 型，價格低廉等。密封件有多種形式，在油缸中采用O 型圈，軸用和孔用Y x 型密封圈。 基于上述要求，對O型圈和軸用Y x 型密封圈用聚胺脂橡膠（它是廣泛運用于各種液壓缸 中的一種橡膠材料，具有優(yōu)良的物理性能和化學(xué)穩(wěn)定性，強(qiáng)度，彈性及耐油性均很好， 還有極