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河北建筑工程學院
畢業(yè)設計計算書
指導老師：孫有亮
設計題目：蛇形管彎管機 設計者：劉海洋
設計項目
計算與說明
結果
第4章 新型彎管機的主要結構及性能
4.1 新型彎管機的主要結構
4.1.1 主傳動
4.1.2 夾緊機構
4.1.3 導向壓料機構
4.1.4
液壓系統(tǒng)
1. 液壓系統(tǒng)及電磁鐵動作
2. 液壓系統(tǒng)設計特點
4.1.5
中頻加熱系統(tǒng)
4.1.6
控制系統(tǒng)
1.系統(tǒng)的硬件構成
2.系統(tǒng)的軟件設計特點
4.2新型彎管機的性能特點
第4章 新型彎管機的主要結構及性能
4.1 新型彎管機的主要結構
4.1.1 主傳動
如圖4－1所示主傳動主要由床身、主軸、主驅動油缸、雙排鏈條及鏈輪等組成。鏈輪與主軸之間用雙平鍵聯(lián)接。驅動油缸的活塞桿兩頭與鏈條固接在一起。彎管時液壓缸左腔進油而右腔回油推動活塞右移，從而帶動鏈條右移，鏈條通過鏈輪帶動主軸順時針旋轉，使管坯在彎管模上纏繞彎曲。彎管結束后，液壓缸右腔進油而左腔回油，使主軸及彎管模復位。通過液壓油量的調節(jié)可以使彎管機平穩(wěn)工作快速復位，提高工作效率。
4.1.2 夾緊機構
如下圖4－2所示，夾緊機構主要由滑座、連桿、液壓缸、夾緊塊、齒形定位塊和絲杠微調副組成。因為在彎管的整個過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構都要與彎管模同步旋轉，彎管結束后也要在一起復位。因此宏觀調整通過夾緊機構和導向壓料機構上的齒形定位塊與定位齒條的嚙合傳動實現(xiàn)，精確定位則通過絲杠螺母副實現(xiàn)。
夾緊管坯時，通過液壓油驅動四連桿機構動作致使滑座沿著導軌上升并同時推進，直至夾緊塊與彎管模在同一平面內并將管子夾緊。夾緊塊是通過夾緊滑塊、齒形定位塊和定位齒條固定聯(lián)接在滑座上的。通過齒形的定位和絲杠的調節(jié)，夾緊塊能在滑座上移動。松開管坯時，也是由四連桿機構使滑座和夾緊塊后退并下降，直至整個夾緊機構藏到轉臂內腔為止。
為了適應管材規(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行宏觀調整和精確微調。
4.1.3 導向壓料機構
導向壓料機構與夾緊機構基本相似，主要由滑座、連桿、液壓缸、導板、導向滑塊、齒形定位塊和絲杠微調副組成。導板很長，內壁為圓弧形，起導向作用。導向力由油缸通過連桿增力機構帶動導向滑塊來實現(xiàn)。導向滑塊在垂直于管坯軸線方向上的行程也是通過齒形定位塊和絲杠來調節(jié)。彎制管件時，導板在導向力的作用下十周壓著管坯，并隨著管坯的前進而向前移動。
4.1.4 液壓系統(tǒng)
1. 液壓系統(tǒng)及電磁鐵動作
圖4－3所示為新型彎管機的液壓系統(tǒng)原理圖。該系統(tǒng)為普通開式液壓系統(tǒng)，主要由一個PVL12－26雙聯(lián)葉片泵、一個Y80－315－180M－4三相異步電動機、一個雙作用雙活塞桿油缸、四個YG系列標準油缸、五個三位四通電磁換向閥、一個三位兩通電磁換向閥、四個電磁換向閥、一個電磁溢流閥、兩個單向閥、兩個遠程調壓閥以及四個液控單向閥等元件所組成。
操作人員裝好管坯后，通過點動按鈕控制電磁鐵11DT得電，從而使抽芯油缸活塞動作以調整芯棒的位置。芯棒的位置調整好后，點動另一按鈕控制7DT得電，調整支撐托輥的位置。接著按下啟動按鈕，在可編程控制器（PLC）的控制下依次進行以下動作：
1） 磁鐵11DT得電，卡盤2夾緊管坯
2） 服電機2得電，管坯自動進給
3） 電磁鐵7DT得電，卡盤1夾緊管坯
4） 電磁鐵12DT得電，卡盤2松開管坯
5） 步進電機2得電，絲杠復位
如果進給量＞1m,重復步驟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，主驅動油缸帶動鏈輪使主軸旋轉，從而帶動彎管模和加緊模一起轉動，對管坯進行彎曲加工
9） 彎管結束后電磁鐵10DT 得電，彎管模復位
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松開管坯
14） 伺服電機2得電，絲杠進給
15） 電磁鐵7DT得電，卡盤1夾緊管坯
16） 電磁鐵12DT得電，卡盤2松開管坯
17） 伺服電機2得電，絲杠復位
18） 伺服電機1得電，管坯旋轉空間角
重復步驟6－18操作，直到彎管結束
系統(tǒng)中電磁鐵的動作順序見表4-1
2. 液壓系統(tǒng)設計特點
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，并保證了工作的可靠性
2) 四個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，從而使彎管機的夾緊、壓料、支撐等動作可靠
3) 主驅動油缸采用了回油節(jié)流調速回路，使得系統(tǒng)速度可調，工作速度平穩(wěn)、無沖擊，速度負載特性好
4) 僅用一個電磁溢流閥形成卸荷回路，系統(tǒng)結構簡單，能量利用合理，功耗小，節(jié)能效果明顯
5) 采用兩個遠程調壓閥、兩個電磁換向閥荷一個電磁溢流閥做成調壓單元，可以實現(xiàn)三級系統(tǒng)壓力（14MPa、8MPa和5MPa）以適應不同直徑和彎曲半徑的管坯
6) 采用組合泵供油，通過開關控制電磁閥1DT、2DT得、失電來實現(xiàn)容積調速，以達到平穩(wěn)彎管、快速復位的目的，工作效率高，結構簡單。
4.1.5中頻加熱系統(tǒng)
中頻彎管技術是利用中頻電流對管件局部感應加熱，使管件在彎曲力矩的作用下連續(xù)彎曲成型。利用該技術可以得到高質量的彎管，被廣泛應用于電力、石化、造船、鍋爐等行業(yè)，尤其能滿足電力建設中高質量彎管的要求。如果在電站管系中采用小曲率半徑的彎管，則可使之結構緊湊，減少管系占用空間、運輸和安裝費用，并能通過優(yōu)化設計，提高管道系統(tǒng)的運行質量。
實驗表明，平面假設在一直到破壞的大變形條件下仍可近似的運用，而且當彎曲時甚至是在大變形下，橫剖面的形狀畸變也可略去，感應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）、擴展模塊 SM321、SM322 、SM332各一個、E6CQ增量旋轉編碼器、MPT001－微型可編程終端、各種主令電器（按鈕和行程開關）及各種執(zhí)行機構（電動機、伺服電機和電磁閥）構成。其中，PLC的最大程序存儲能量為6KB，可處理52個開關量（輸入26點，輸出26點）。它采用編程器或STEP 7 Basis支持軟件和PG720適配器進行梯形圖編程，完全滿足新型彎管機的控制需要。
另外本系統(tǒng)設有急停按鈕，一旦出現(xiàn)緊急事故，可以通過按下急停按鈕停止系統(tǒng)的一切工作，確保人身和設備安全。
2. 系統(tǒng)的軟件設計特點
可編程控制器的軟件設計就是設計系統(tǒng)的梯形圖。根據(jù)加工工藝要求，梯形圖程序主要包括：
1) 油泵電機的啟動及主控;
2) 工作循環(huán)及整個加工過程控制；
3) 發(fā)生誤操作時系統(tǒng)自鎖控制；
4) 故障報警控制；
5) 急?？刂?
4.2新型彎管機的性能特點
與原有彎管機相比，新型彎管機的整體性能有顯著提高，主要有以下幾點：
1. 實現(xiàn)了彎管過程的自動化，工作效率高
用原有彎管機加工管坯時，整個彎管過程都需要工作人員手動操作，工作效率低下。新型彎管機采用可編程控制器控制，使管坯從進給、自動加熱、壓料到彎管都可按預定程序自動進行，通過容積調速使彎管模平穩(wěn)彎管而快速復位，大大提高了加工效率，并減輕了工人的勞動強度。而且由于雙彎管模彎管系統(tǒng)的采用減少了蛇形管旋轉機構，在節(jié)約成本的同時大大提高了生產(chǎn)率。
2. 彎管工藝精度高
原有彎管機全憑工作人員通過自制量角模片和通過卷尺測量及目測判斷，進行工作，難以保證彎管的加工精度，致使成品率較低。新型彎管機采用可編程控制器對彎管角度自動準確控制，彎管精度達到±1°，完全滿足彎管產(chǎn)品精度要求。
3. 機械效率高，能耗低
原有彎管機采用單泵供油，用溢流閥控制系統(tǒng)壓力，系統(tǒng)壓力一旦調定即不可再變，這樣會造成能源浪費。新型彎管機采用雙聯(lián)定量泵組合供油，通過調壓單元可實現(xiàn)三級系統(tǒng)壓力，從而降低功耗，提高總的機械效率。
4. 安全可靠，操作方便
由于原有彎管機的電氣控制完全由繼電接觸器組成，在切換過程中時常出現(xiàn)繼電器接觸不實、觸點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)的可靠性及設備的自動化程度，減輕了工作人員的勞動強度。另外，系統(tǒng)自鎖功能和故障報警功能從根本上保證了操作者和設備的安全。
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