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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 26 頁 共 26 頁 目 錄 1 緒論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 2 鋼管管端成型機(jī)的總體方案論證與擬訂．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 2.1 主機(jī)結(jié)構(gòu)方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 2.2 液壓站結(jié)構(gòu)方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 3 液壓系統(tǒng)的功能原理,計(jì)算與設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 3.1 明確液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 3.2 動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 3.3 計(jì)算主要參數(shù)，作出工況圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 3.4 擬定液壓系統(tǒng)圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 3.5 元件選型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 4 液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 4.1 油箱的設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 4.2 中間集成塊組的設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 4.3 液壓泵組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 4.4 管路的布置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 5 主機(jī)計(jì)算與設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 6 零件圖設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20 結(jié)束語．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22 致謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 1 緒論 鋼管管端成型主要是指將鋼管管端加工成杯狀、喇叭狀等異形，這一過程即脹管過程。脹管技術(shù)主要應(yīng)用于換熱器、冷凝器、高壓加熱器等設(shè)備制造中管子與管板的脹緊連接。目前國內(nèi)脹管法主要分為機(jī)械脹管、爆炸脹管、橡膠脹管、液壓脹管四種方法。爆炸脹管有時(shí)可以將管子炸裂并且爆炸聲較大，產(chǎn)生很大的噪音，橡膠脹管和液壓脹管是最新的脹管方法，生產(chǎn)效率很高，但是生產(chǎn)設(shè)備價(jià)格昂貴?；谝陨峡紤]，本課題研究的鋼管管端成型機(jī)采用機(jī)械脹管的方法比較經(jīng)濟(jì)，并且機(jī)械脹管法比較普遍，容易實(shí)現(xiàn)工作要求，原理簡(jiǎn)單易操作。 該機(jī)用于將鋼管管端加工成杯狀、喇叭狀，適用于批量生產(chǎn)，可以完成直徑為27～42mm鋼管的脹形加工，而且也可滿足其它材料管件的脹形加工。目前，國內(nèi)專門制造用于管端成型的通用機(jī)床比較少，大多數(shù)都是專用機(jī)床，生產(chǎn)效率比較高，但是靈活性小，對(duì)于不同管件的加工具有一定的局限性。因此，有必要設(shè)計(jì)這樣一種可以適應(yīng)不同管件脹形加工的通用機(jī)床，并且在不需要進(jìn)行大批量生產(chǎn)的情況下，代替了小批量單件生產(chǎn)時(shí)的手工脹管，而且可以節(jié)省時(shí)間和生產(chǎn)消耗，提高單件的生產(chǎn)效率，及時(shí)滿足產(chǎn)品零部件的需要。因此本課題設(shè)計(jì)的這一產(chǎn)品具有較高的使用價(jià)值和普遍性。 該機(jī)由主機(jī)和液壓站構(gòu)成。 主機(jī)有兩個(gè)執(zhí)行器，均由液壓系統(tǒng)控制，它們是工作液壓缸和夾緊液壓缸，并分別固定在機(jī)座上。機(jī)座為焊接體，材料為HT200；工作液壓缸、芯軸和脹套構(gòu)成了脹管機(jī)構(gòu)；夾緊液壓缸和夾緊塊構(gòu)成了夾緊機(jī)構(gòu)。為了滿足不同規(guī)格管件的要求，芯軸、脹套和夾緊塊可以配套更換。由于生產(chǎn)周期較短，芯軸和脹套承受了較大的交變應(yīng)力，非常易于損壞，所以需要及時(shí)更換。 液壓站體積較小，因此放置在機(jī)座的下部，可以減少整臺(tái)機(jī)器的所占空間。液壓站由中間集成塊組和液壓動(dòng)力源構(gòu)成，這兩者直接安裝在箱頂表面。液壓控制閥均安裝在集成塊組上，通過集成塊內(nèi)部的通油孔道來實(shí)現(xiàn)功能。集成塊通過管接頭與管道和執(zhí)行器連接。液壓動(dòng)力源由電動(dòng)機(jī)和液壓泵構(gòu)成，二者直接通過梅花形聯(lián)軸器連接，其軸的中心高可由電動(dòng)機(jī)下的調(diào)整墊塊來實(shí)現(xiàn)。 該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小，容易拆裝和搬運(yùn)。一般的工廠都可以使用本機(jī)，減少生產(chǎn)消耗，提高生產(chǎn)效率，改善經(jīng)濟(jì)效益。 2 鋼管管端成型機(jī)的總體方案論證與擬訂 本課題為鋼管管端成型機(jī)的設(shè)計(jì)，用于將無縫鋼管管端加工為杯狀、喇叭狀等異型。該機(jī)由主機(jī)和液壓站組成。 2.1 主機(jī)結(jié)構(gòu)方案 機(jī)械脹管可分為前進(jìn)式脹管法和后退式脹管法。前進(jìn)式脹管法普遍應(yīng)用在低溫、低壓熱交換器的強(qiáng)度脹管，其適用范圍，設(shè)計(jì)壓力≤4MPa，脹桿和脹子的相對(duì)運(yùn)行設(shè)計(jì)溫度≤300℃。后退式脹管法應(yīng)用在設(shè)計(jì)壓力≤9.8MPa，設(shè)計(jì)溫度≤400℃。本課題的設(shè)計(jì)壓力為8.3 MPa ，因此用后退式脹管法，又叫拉脹法。 主機(jī)結(jié)構(gòu)有臥式和立式兩種。由于本機(jī)采用拉脹法，若為立式則必定具有很大的高度，且設(shè)計(jì)時(shí)要考慮工作液壓缸的背壓?jiǎn)栴}，因此該機(jī)采用臥式結(jié)構(gòu)。這樣該機(jī)所占空間體積會(huì)明顯減小，且容易對(duì)其具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行布局，合理安排各機(jī)構(gòu)的位置，并可在其機(jī)座下留有一定的空間放置液壓站 由于拉脹法使工件承受的力主要是由軸向轉(zhuǎn)化為徑向的力，因此對(duì)于工件的軸向定位影響較小，不需要很大的夾緊力，這是拉脹法優(yōu)于前進(jìn)式脹管法的明顯之處，但是也必須需要夾緊裝置將其固定。 圖 1　總體方案結(jié)構(gòu)圖 為提高機(jī)械效率，工作過程中盡量減少傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以最簡(jiǎn)單的方式將液壓缸活塞桿的軸向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為芯軸的軸向運(yùn)動(dòng)。由于液壓缸活塞桿端部直徑較大，芯軸體積較小，因此需要一個(gè)中間裝置將芯軸與活塞桿連接起來，并且使兩者的中心線保持在同一高度。夾緊裝置也由液壓缸控制其運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)時(shí)間。為滿足高的傳動(dòng)效率，夾緊缸活塞桿中心線應(yīng)與工作缸活塞桿中心線相垂直且在同一平面內(nèi)?；谝陨峡紤]，得到主機(jī)總體方案。(見圖1) 2.2 液壓站結(jié)構(gòu)方案 該機(jī)的液壓系統(tǒng)有兩個(gè)執(zhí)行器，即兩個(gè)液壓缸，一個(gè)作為工作缸，一個(gè)作為夾緊缸。其動(dòng)作循環(huán)圖分別見圖2和圖3 圖2　工作缸動(dòng)作循環(huán)圖 圖3　工作缸動(dòng)作循環(huán)圖 液壓站通常由液壓動(dòng)力源（泵站）、液壓控制裝置（閥站）、蓄能器架、電氣控制柜（箱）幾個(gè)獨(dú)立的部分組成。 由于本機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，液壓原理也相對(duì)比較簡(jiǎn)單，因此本機(jī)的液壓站只由液壓動(dòng)力源（泵站）和液壓控制裝置（閥站）組成。 液壓動(dòng)力源由電動(dòng)機(jī)和液壓泵組成，液壓控制裝置是中間集成塊組，這兩部分都安裝在油箱頂面。液壓控制閥均安裝在中間集成塊上，通過中間集成塊內(nèi)部的油道孔實(shí)現(xiàn)閥的控制功能。中間集成塊與執(zhí)行器間用管接頭和管路連接。 3 液壓系統(tǒng)的功能原理,計(jì)算與設(shè)計(jì) 3.1 明確液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求 首先明確本設(shè)計(jì)中液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求，是我進(jìn)行液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中，主機(jī)為臥式結(jié)構(gòu)，間歇式運(yùn)轉(zhuǎn)，工作缸和夾緊缸需采用液壓傳動(dòng)。對(duì)于工作缸，它采用拉脹法對(duì)工件管端端口進(jìn)行脹形，并將液壓缸活塞桿的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槊浱椎膹较驍U(kuò)張；對(duì)于夾緊缸，采用立式安裝，通過前端法蘭與機(jī)架相連接，將活塞桿的直線運(yùn)動(dòng)傳遞給夾緊塊，使夾緊塊沿工件的徑向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊與松開。整個(gè)生產(chǎn)過程中，工作循環(huán)較頻繁，生產(chǎn)周期很短。 3.2 動(dòng)力分析和運(yùn)動(dòng)分析 3.2.1 脹形力的計(jì)算 脹形力由以下公式計(jì)算 P＝ (1) 式中 P—擴(kuò)散管脹口力，N； —擴(kuò)散管坯料的屈服強(qiáng)度，MPa； t—擴(kuò)散管坯料厚度，mm； d—脹口前擴(kuò)散管坯料外徑，mm； d—脹口前擴(kuò)散管坯料內(nèi)徑，mm。 此處用最大脹管直徑來計(jì)算,可以得到最大脹形力,即d=42mm, d=40.5mm, t=1.5mm,將以上數(shù)值和=320MPa代入公式(1)得 P＝=61073 N 因此得到工作載荷,即F工=61073N。 3.2.2 載荷計(jì)算 (1) 計(jì)算作用在工作缸活塞上的總機(jī)械載荷F F=F外載+F封 (2) 式中 F外載—活塞桿上所受外部載荷，N； F封—密封處總摩擦力，N。 F外載=F工+F摩+F慣 (3) 式中 F工—沿活塞方向工作阻力，N； F慣—啟動(dòng)制動(dòng)慣性力，N。 由于此鋼管管端成型機(jī)采用拉脹法，總體結(jié)構(gòu)中沒有導(dǎo)軌，因此F摩=0 F慣= (4) 式中 G—運(yùn)動(dòng)部件重量，N。 芯軸與脹套體積公式 (5) 取芯軸與脹套的長(zhǎng)度l大概為300mm，并取d=40mm，將數(shù)值代入公式(5)得 =37.710-5m3 (6) 將鋼=8.0t/m3，V=37.710-5m3代入公式(6)得 =8.01039.837.710-5=29.6N 初取=3s,工進(jìn)速度v=8mm/s,則=16mm/s,將以上數(shù)值及g＝9.8m/s2代入公式(4)得 F慣==0.016N 將F工=61073N，F(xiàn)慣=0.016 N， F摩=0代入公式(3)得 F外載=61073+0+0.016=61073.016N F封 =P摩A工 (7) 本液壓系統(tǒng)中選用O型密封圈密封，工作壓力初選為8MPa<16 MPa ,查表選P摩=0.2MPa，并初選A工=8423mm2 ，則D＝125mm，由液壓缸徑D與活塞桿直徑d滿足d=0.6D，則d＝70mm，A2＝12272mm2，將以上數(shù)值代入公式(7)得 F封=0.2106842310-6=1685 N 將F封=1685 N和F外載=61073.016N代入公式(2)得 F=61073.016+1685=61873.015 N 綜上計(jì)算，可取F=61873 N。 (2) 計(jì)算作用在夾緊缸活塞上的總機(jī)械載荷F 由于該機(jī)工作時(shí)工件主要承受徑向載荷，因此夾緊力應(yīng)適當(dāng)取值。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)此處可取夾緊力為20000N，即外載F=20000 N。 上夾緊塊為鑄鐵件，其大致形狀及外形尺寸如圖2所示 圖4　上夾具塊外形尺寸圖 如圖2所示尺寸，可以得上夾具塊體積大概為 V=80404010-9=12.810-5 m3 將鑄鐵=7.25 t/m3 和V=12.810-5 m3代入公式(6)得 =7.251039.812.810-5=9.1 N 夾緊缸工作時(shí)，活塞桿伸出時(shí)的速度為v1=8.5mm/s, v2=12.4mm/s，則=20.9 mm/s， 其=4s,將以上數(shù)值代入公式(4)得 F慣=0.005N 夾緊缸工作壓力初選為4MPa<16 MPa，查表選P摩=0.2MPa，并初選A1=7854mm2，則D＝100mm，由液壓缸徑D與活塞桿直徑d滿足d=0.6D，則d＝56mm，A2＝5391mm2， 將F慣=0.005N和以上數(shù)值代入公式(7)得 F封=0.2106785410-6=1571N 3.3 計(jì)算主要參數(shù)，作出工況圖 (1) 工作缸 F工＝61073 N，F(xiàn)慣＝0.016 N，F(xiàn)封=1685 N，取機(jī)械效率η＝0.90，A工=8423 mm2 ，A2＝12272mm2，初定行程l＝12 mm，v1=8mm/s，v2=5mm/s 工作缸的外負(fù)載計(jì)算見表1 表1　工作缸的外負(fù)載計(jì)算 工作階段 計(jì)算公式 負(fù)載F/N 壓力MPa 流量L/min 功率W 時(shí)間s 計(jì)算公式 工進(jìn) 啟動(dòng) F =F工+F慣+ F封 62578 8.3 4 55.3 0.1 , 等速 F =F封 1685 0.22 4 15 1.4 , 快退 啟動(dòng) F = F慣+F封 1685 0.15 4 10 0.1 , 等速 F = F封 1685 0.15 4 10 2.2 , 制動(dòng) F = F慣+F封 1685 0.15 4 10 0.1 , 由表中數(shù)據(jù)繪制出工作缸的工況圖，見圖5 圖5　工作缸工況圖 (2) 夾緊缸 F工＝20000 N，F(xiàn)夾＝9.1 N，F(xiàn)慣=0.005 N，F(xiàn)封=1571 N，取機(jī)械效率η＝0.90，A1=7584 mm2 ，A2＝5391mm2，初定行程l＝20 mm，v1=8.5mm/s，v2=12.4mm/s 夾緊缸的外負(fù)載公式見表2 表2　夾緊缸的外負(fù)載公式 工作階段 計(jì)算公式 負(fù)載F/N 壓力MPa 流量L/min 功率W 時(shí)間s 計(jì)算公式 工進(jìn) 啟動(dòng) F =F慣+F封-F夾 1562 0.22 4 15 0.1 , 等速 F = F封-F夾 1562 0.22 4 15 2.5 , 保壓 F =F工+F封-F夾 21562 3.1 4 207 0.1 , 快退 啟動(dòng) F =F慣+F封-F夾 1562 0.32 4 77 0.1 , 等速 F = F封-F夾 1562 0.32 4 77 1.1 , 制動(dòng) F =F慣+F封-F夾 1562 0.32 4 77 0.1 , 由表中數(shù)據(jù)繪制出夾緊缸的工況圖，見圖6 圖6　夾緊缸工況圖 3.4 擬定液壓系統(tǒng)圖 圖7　鋼管管端成型機(jī)液壓原理圖 1—油箱；2—吸油過濾器；3—液壓泵；4—電動(dòng)機(jī)；5—單向閥；6—減壓閥； 7—節(jié)流閥；8—電磁換向閥；9—液控單向閥；10—壓力繼電器；11—夾緊缸； 12—工作缸；13—電磁換向閥；14—節(jié)流閥；15—壓力表開關(guān)；16—溢流閥 3.5 元件選型 3.5.1 執(zhí)行器的確定 由前計(jì)算結(jié)果已經(jīng)知道，工作缸缸徑為125mm，活塞桿直徑為70mm；夾緊缸缸徑為100mm，活塞桿直徑為56mm。本液壓系統(tǒng)中，工作缸最大壓力8.3MPa，最大流量4L/min；夾緊缸最大壓力3.1MPa，最大流量4L/min。根據(jù)執(zhí)行器的最大壓力，均選輕型拉桿式液壓缸，工作缸采用軸向腳架與機(jī)座連接，型號(hào)為BLB1125B14R12D；夾緊缸采用桿側(cè)方法蘭與機(jī)架連接，型號(hào)為BFC1100B14R12D。 3.5.2 液壓泵的確定 (1) 管道系統(tǒng)壓力損失的計(jì)算 1) 沿程壓力損失的計(jì)算 沿程壓力損失用下式計(jì)算 (8) 式中 —沿程阻力系數(shù)； 　　　l—管道長(zhǎng)度，m； 　　　—水力直徑，m； 　　　—液體密度，m3/kg； 　　　v—平均流速，m/s。 查《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)》表2－6得 　　　　　　　　　　　　　 　(9) 式中 Re—臨界雷諾數(shù)。 對(duì)于圓管，查《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)》表2－4得Re＝2300，因此 ＝0.03 圓截面管道dH等于管徑d，即dH＝d＝0.014m，l=0.06m，v=1.5m/s，液壓油密度＝0.9174103kg/m3 ，將以上數(shù)值代入公式(8)得 =133Pa＝0.000133MPa 2) 管道局部壓力損失 管道局部壓力損失可用下式計(jì)算 　　　　　　　　　　　　 (10) 式中 —閥在額定流量下的壓力損失，Pa； —閥的額定流量，L/min； q—閥的實(shí)際流量，L/min。 查《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)》表6－7得＝0.848 105Pa，qs＝10 L/min，q＝4 L/min，將以上數(shù)值代入公式(10)得 ＝0.014 MPa 2) 總壓力損失∑ 總壓力損失由公式 ∑=+　　　　　　　　　　　　　(11) 得　　　　　　　　　　∑=0.000133+0.014＝0.014133 MPa 　　取∑=0.014 MPa。 (2) 液壓泵的最大工作壓力pp pp≥∑+p1 (12) 式中　p1—最高工作壓力，MPa。 將∑=0.014 MPa與p1=8.3 MPa代入公式(12)得 pp≥0.014+8.3＝8.314MPa (3) 液壓泵的最大流量 qp≥Kqmax，　　　　　　　　　　　　(13) 式中　K—系統(tǒng)泄漏系數(shù)； qmax—系統(tǒng)最大流量，L/min。 將K＝1.1和qmax＝4 L/min得 qp≥1.14=4.4 L/min (4) 液壓泵的規(guī)格 液壓泵的額定壓力要比pp高60％，即高于13.9 MPa，根據(jù)以上數(shù)值查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本《液壓傳動(dòng)》表20－5－15，選定液壓泵CB－E1.51.6，排量為1.60mL/r，轉(zhuǎn)速為2000～3000r/min，容積效率取0.90，則1.6030000.90＝4.3 <4.4 L/min，因此選擇的齒輪泵滿足要求。 3.5.3 電動(dòng)機(jī)的選擇 液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率由下式計(jì)算 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　(14) 查《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)》表5－13，得＝0.90，將其與pp＝8.314MPa和qp=4.4 L/min代入公式(14)得　　　　 　　　　　　?。?77W=0.677kW 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本《減（變）速器·電機(jī)與電器》表16－1－28選Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)Y802－2　JB/9616－1999，額定功率1.1kW，轉(zhuǎn)速2830 r/min，滿足 要求。 3.5.4 液壓控制閥及壓力繼電器等原件的選擇 該機(jī)的液壓系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速，而且是采用回油節(jié)流，由于夾緊缸工作時(shí)的壓力小于工作缸，因此需要用減壓閥調(diào)壓。先根據(jù)工作缸工作時(shí)的壓力和流量選擇主油路控制閥和工作缸油路的制閥，再根據(jù)夾緊缸工作時(shí)的壓力和流量選擇夾緊缸油路控制閥，見表3。 根據(jù)該液壓系統(tǒng)原理，所選壓力表開關(guān)、壓力繼電器和吸油過濾器如下： 壓力表開關(guān)型號(hào)AF6EP30110，壓力10 MPa，通徑6mm； 壓力繼電器型號(hào)HED20P15，壓力5 MPa； 吸油過濾器型號(hào)WU－16180，流量16 L/min，通徑12mm。 油箱自行設(shè)計(jì)。(見4.1節(jié)） 表3 液壓控制閥 名稱 溢流閥 單向閥 電磁換向閥 液控單向閥 減壓閥 節(jié)流閥 型號(hào) DG-02-C-22 S10P120 4WE5E SV10PB230 DR5DP10-10 LF3-E6B 流量（L/min） 16 10 15 － 15 25 壓力(MPa) 21 31.5 － 31.5 31.5 16 通徑（mm） － 10 － 10 5 6 數(shù)量 1 1 2 1 1 2 由以上所選元件及液壓系統(tǒng)原理，得到該鋼管管端成型機(jī)液壓原理圖，見圖7 P1、P2、P3為三個(gè)測(cè)壓點(diǎn)。電磁鐵動(dòng)作順序表見表4 液壓系統(tǒng)原理： (1) 工作缸工進(jìn) 1) 進(jìn)油路　油箱1→吸油過濾器2→液壓泵3→單向閥5→電磁換向閥13(左位) → 表4 電磁鐵動(dòng)作順序表 工況 1YA 2YA 3YA 4YA 缸14工進(jìn) + - - - 缸14保壓 - - - - 缸15工進(jìn) - - + - 缸15快退 - - - + 缸14快退 - + - - 說明：通電：+　斷電：- 液壓缸12(左腔)。 2) 回油路　液壓缸12(右腔)→電磁換向閥13(左位) →節(jié)流閥14→油箱1。 (2) 工作缸快退 1) 進(jìn)油路　油箱1→吸油過濾器2→液壓泵3→單向閥5→電磁換向閥13(右位) →液壓缸12(右腔)。 2) 回油路　液壓缸12(左腔)→電磁換向閥13(右位) →節(jié)流閥14→油箱1。 (3) 夾緊缸工進(jìn)　 1) 進(jìn)油路　油箱1→吸油過濾器2→液壓泵3→單向閥5→減壓閥6→電磁換向閥8(左位) →液控單向閥9→液壓缸11(上腔)。 2) 回油路　液壓缸11(下腔)→電磁換向閥8(左位) →節(jié)流閥7→油箱1。 (4) 夾緊缸快退 1) 進(jìn)油路　油箱1→吸油過濾器2→液壓泵3→單向閥5→減壓閥6→電磁換向閥8(右位) →液控單向閥9→液壓缸11(下腔)。 2) 回油路　液壓缸11(上腔)→電磁換向閥8(右位) →節(jié)流閥7→油箱1。 4 液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 油箱的設(shè)計(jì) 4.1.1 油箱的作用 油箱具有存儲(chǔ)液壓油液，散發(fā)油液熱量，逸出空氣，沉淀雜質(zhì)，分離水分和安裝元件等作用。 4.1.2 油箱容量的計(jì)算 油箱的容量可按下式計(jì)算 (17)式中 V—油箱的有效容積，L； —液壓泵的總額定流量，L/min； —與系統(tǒng)壓力有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。 此液壓系統(tǒng)為低中壓系統(tǒng)，可取5～7，取較大值可使系統(tǒng)更加安全，因此取=7，液壓泵的總額定流量為4.8 L/min，將以上數(shù)值代入公式(17)得 =33.6L 該設(shè)計(jì)中，油箱為開式的獨(dú)立油箱，且形狀為矩形。由于該機(jī)工作循環(huán)比較頻繁，間隔時(shí)間較少，因此需要將油箱設(shè)計(jì)的大些以散發(fā)熱量，所以油箱的長(zhǎng)、寬、高為600mm、348mm、460mm,其容積為600348460=96L。 4.1.3 液壓系統(tǒng)效率η和油箱散熱量H0計(jì)算 (1) 液壓系統(tǒng)效率η由下式估算 (18) 式中 —液壓泵的總效率； —液壓回路的效率； —液壓執(zhí)行器的總效率。 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本《液壓傳動(dòng)》表20－5－15，得ηP=0.90，ηA可取0.90，ηC可取0.95，將以上數(shù)值代入公式(18)，得 η=0.900.900.90=0.729 (2) 油箱散熱量可按下式計(jì)算 (19)式中 —散熱系數(shù)，Ｗ/(m·℃)； —油箱散熱面積，m2； —系統(tǒng)溫升，℃。 此油箱是密封的，因此取K=8，A=(600+348+460) 2=2816mm2, 取=35℃，將以上數(shù)值代入公式(19)得 =8281610-635=0.79Ｗ/(m·℃) 4.1.4 油箱的設(shè)計(jì) 該油箱為可拆式結(jié)構(gòu)，箱頂除與電動(dòng)機(jī)齒輪泵和集成塊組箱連接外，還安裝有空氣過濾器，這里選網(wǎng)式過濾器，型號(hào)為WU—16180。油箱側(cè)壁設(shè)置有液位計(jì)、清洗孔和放油螺塞。液位計(jì)比較靠近注油口，這是因?yàn)樽⒂蜁r(shí)可以方便地觀測(cè)液位。此處選用的液位計(jì)型號(hào)為YWZ—80T，清洗孔由法蘭蓋板蓋住并密封，法蘭蓋板型號(hào)為YG—250,放油螺塞型號(hào)為GB/T 5782—2000，箱底支腳由箱壁彎曲而成，并設(shè)有地腳螺栓孔。箱底傾斜度為1/20，吸油口設(shè)置在靠近箱底的一側(cè)，以提高吸油效率。吸油口通過吸油過濾器直接從郵箱中吸油。箱底設(shè)置有隔板，將吸油區(qū)與回油區(qū)隔開，以延長(zhǎng)油液在油箱中逗留的時(shí)間，促進(jìn)油液在油箱中的環(huán)流，更好發(fā)揮郵箱的散熱、除氣、沉淀等功能，隔板高度為200mm。該油箱體積較小，不需設(shè)置吊耳。 4.2 中間集成塊組的設(shè)計(jì) 4.2.1 塊式集成的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 塊式集成是按典型液壓系統(tǒng)的各種基本回路，做成通用化的六面體油路塊，通常其四周除一面安裝通向液壓執(zhí)行器的管接頭外，其余三面安裝標(biāo)準(zhǔn)的板式液壓閥及少量疊加閥或插裝閥，這些液壓閥之間的油路聯(lián)系由油路塊內(nèi)部的通道孔實(shí)現(xiàn)，塊的上下兩面為塊間疊積結(jié)合面，布有由下向上貫穿通道體的公用壓力油孔P回油孔O泄露油孔L及塊間連接螺栓孔，多個(gè)回路塊疊積在一起，通過4只長(zhǎng)螺栓緊固后，各塊之間的油路聯(lián)系通過公用油孔來實(shí)現(xiàn)。 塊式集成的特點(diǎn)如下： (1) 將適當(dāng)?shù)幕芈穳K疊積于一體，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)工作 (2) 由于整個(gè)液壓系統(tǒng)由不同功能的單元回路塊組成，當(dāng)需要更改系統(tǒng)增減元件時(shí)，只需更換或增減單元回路塊即可實(shí)現(xiàn)，所以設(shè)計(jì)時(shí)靈活性大，更改方便。 (3) 集成塊主要是6個(gè)平面及各種孔的加工，與油路板相比，集成塊尺寸要小的多，因此平面和孔道的加工比較容易。便于組織專業(yè)化生產(chǎn)和降低成本。 (4) 由于液壓系統(tǒng)的多數(shù)油路等效成了集成塊內(nèi)的通油孔道，所以大大減少了整個(gè)液壓裝置的管路和管接頭數(shù)量，使得整個(gè)液壓控制裝置結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，外形整齊美觀，便于裝配維護(hù)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)泄露少，穩(wěn)定性好 (5) 由于實(shí)現(xiàn)各控制閥之間油路聯(lián)系的孔道的直徑較大且長(zhǎng)度短，所以系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，壓力損失小，發(fā)熱少，效率較高。 基于以上優(yōu)點(diǎn)，因此選擇塊式集成作為閥站的實(shí)現(xiàn)方法。 4.2.2 中間集成塊組的設(shè)計(jì) 圖8　集成塊單元回路圖 為設(shè)計(jì)中間集成塊組，首先將鋼管管端成型機(jī)的液壓原理圖轉(zhuǎn)換為集成塊組的單元回路圖，見圖8 根據(jù)以上單元回路圖此集成塊組由三個(gè)中間集成塊組成，其中，中間集成塊1的三個(gè)側(cè)面分別安裝單向閥、溢流閥和節(jié)流閥，另一個(gè)側(cè)面安裝與泵的出口相通的管接頭。中間集成塊2的三個(gè)側(cè)面分別安裝節(jié)流閥、減壓閥和三位四通電磁換向閥，另一個(gè)側(cè)面安裝與工作缸兩腔相通的管接頭。中間集成塊3的兩個(gè)側(cè)面分別安裝液控單向閥和三位四通電磁換向閥，另外一個(gè)側(cè)面安裝與夾緊缸兩腔相通的管接頭。壓力繼電器可以通過一個(gè)三通管接頭與控制點(diǎn)連接，壓力表開關(guān)安裝在一個(gè)自制的支架上并固定在油箱頂上，通過管接頭和管子與中間集成塊組中有測(cè)壓點(diǎn)油路的油孔相連。中件集成塊間通過螺柱連接，選用O型橡膠密封圈密封，并用螺栓將中間集成塊1與箱頂固定。 集成塊體的公用油道孔有二孔、三孔、四孔和五孔等多種設(shè)計(jì)方案，我采用三孔方案，即在集成塊上分別設(shè)置壓力油孔P、回油孔O和泄油孔L共三個(gè)公用孔道，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，公用油道孔數(shù)較少，但是由于其設(shè)置了泄油孔，因此工藝孔較多。 設(shè)計(jì)中間集成塊最好可以選用已有的多種集成塊系列及其單元回路，但是根據(jù)本課題的具體情況，需要自行設(shè)計(jì)中間集成塊組。 (1) 確定通油孔道的直徑 與閥油口相通的孔道 1) 由于本機(jī)液壓系統(tǒng)所需的各控制閥已經(jīng)選出，因此，中間集成塊上與閥的油口相通孔道的直徑就被確定，即與液壓閥的油口直徑相同。 2) 與管接頭相連接的孔道 根據(jù)公式 　　　　　　　　 　 　　　　　　　(15) ① 壓力油孔 查表1－15 油管中的允許流速，取v＝0.5m/s，將其與q=4L/min代入公式(15)得 ＝0.013 m＝13mm ② 回油孔 查表1－15 油管中的允許流速，取v＝1.5m/s，將其與q=4L/min代入公式(15)得 ＝0.006 m＝6mm ③ 泄油孔 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，低中壓系統(tǒng)中可取d＝6mm 綜上，可取壓力油孔d＝12mm，回油孔d＝6mm，泄油孔d＝6mm。 (2) 連接孔的直徑 1) 固定液壓閥的定位銷孔直徑和螺釘孔直徑分別與選定液壓閥的定位銷直徑及配合要求、螺釘孔的螺紋直徑相同。 2) 連接集成塊組的螺栓規(guī)格類比低壓系統(tǒng)系列集成塊的連接螺栓得，d=M10。此處選用螺柱GB/T 901 M4300，并選用內(nèi)六角頭螺釘與郵箱箱頂連接，其型號(hào)為螺釘GB/T 70.1 M1425。 3)油孔間壁厚及其校核 油孔間壁厚按公式(16)進(jìn)行校核 (16) 式中 v—油管中允許流速，m/s； d—油管內(nèi)徑，mm； —油管壁厚，mm； p—管內(nèi)最高工作壓力，MPa； —管材抗拉強(qiáng)度，MPa； n—安全系數(shù)。 查《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)》表1－15，得n=1.5，p=8.3 MPa，dmax=12mm，由于此系統(tǒng)為低壓系統(tǒng)，因此中間集成塊的材料選用HT200，其=250 MPa，將以上數(shù)值代入公式(16)得 =0.29 本設(shè)計(jì)中塊間孔道尺寸最小為5mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.29mm，因此強(qiáng)度足夠。 4) 中間集成塊的外形尺寸 中間集成塊的外形尺寸大于安放元件的尺寸，為避免使塊的外形尺寸和重量過大，調(diào)整尺寸為20mm，考慮到孔徑大小及其最小壁厚以及外形、重量等因素，最終中間集成塊2的長(zhǎng)、寬、高分別為180mm、120mm、120mm, 中間集成塊3的長(zhǎng)、寬、高分別為180mm、120mm、120mm,由于中間集成塊1要與箱頂連接，因此其多出了兩個(gè)寬度為35mm、高度為30mm的連接凸臺(tái)，其高度為120 mm，寬度為120 mm。 4) 液壓閥的布置 安裝閥的時(shí)候盡量使在同一個(gè)塊上的閥的進(jìn)出油孔道不在同一平面，以防止加工孔的時(shí)候孔道干涉，還有一個(gè)問題就是在塊上的閥與相連接的管接頭的干涉問題，在設(shè)計(jì)的時(shí)候已在各孔道處留有安裝余量。由于此液壓系統(tǒng)有三個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，所以選擇六點(diǎn)型的壓力表開關(guān)，并將其安裝在一個(gè)支架上，支架固定在箱頂。壓力繼電器安裝在一個(gè)與塊連接的三通管接頭的一端，另一端與執(zhí)行器連接。塊上除安裝液壓閥外，還打有通過管接頭與執(zhí)行器相連接的孔道。 4.3 液壓泵組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 電動(dòng)機(jī)和液壓泵采用臥式安裝，兩者直接通過梅花形連軸器連接。泵軸與電機(jī)軸嚴(yán)格對(duì)中，實(shí)現(xiàn)這一要求的結(jié)構(gòu)是電動(dòng)機(jī)安裝在一墊塊上，可以調(diào)整電機(jī)軸的中心高，從而調(diào)整電機(jī)軸與泵軸的同軸度。液壓泵安裝在一支架上，連軸器靠緊在支架上，實(shí)現(xiàn)了軸向定位。 4.4 管路的布置 在4.1.2節(jié)已計(jì)算過最小管徑和最小壁厚。本液壓站的管路中一律采用焊接式管接頭，這樣可以在滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)大大節(jié)省生產(chǎn)成本。管件采用無縫鋼管和直角焊接接管，材料均為10號(hào)鋼，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝和拆卸。泵的出口與集成塊組間的連接選用軟管，這樣可以使集成塊組和泵的位置之間沒有太大的限制。 5 主機(jī)計(jì)算與設(shè)計(jì) 主機(jī)動(dòng)力分析見3.2節(jié)。 主機(jī)工作過程中，主要承受軸向力并最有可能損壞的是芯軸，現(xiàn)對(duì)芯軸進(jìn)行校核。芯軸零件圖如圖9所示 圖9 芯軸 由3.2節(jié)已計(jì)算出芯軸承受軸向力F=61073N,如圖9中所示，危險(xiǎn)截面為A截面，其應(yīng)力σ可按下式計(jì)算 (17) 其中A=π×(112-7.52)=203mm2,將數(shù)值代入公式(17)得 =301MPa 芯軸材料為40Cr，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本《常用工程材料》表3－1－9，得其強(qiáng)度極限 σb=570 MPa，因此A截面應(yīng)力σ<σb，強(qiáng)度滿足要求。 主機(jī)由脹形機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)和機(jī)座構(gòu)成。 脹形機(jī)構(gòu)由芯軸、脹套、工作液壓缸、連接體和脹套的支撐體構(gòu)成。工作液壓缸安裝在機(jī)座的凸臺(tái)上，支撐體與機(jī)座間有墊片，以調(diào)整芯軸和工作缸活塞桿的中心高。連接體和液壓缸活塞桿螺紋部分設(shè)置有調(diào)整螺母，以達(dá)到軸向定位的作用。 夾緊機(jī)構(gòu)由夾緊塊、夾緊缸和支架構(gòu)成。夾緊缸安裝在支架上。夾緊塊分為上夾緊塊和下夾緊塊，上夾緊塊與夾緊缸的活塞桿連接，并設(shè)置有調(diào)整螺母，以實(shí)現(xiàn)軸向和徑向的定位作用。下夾緊塊安裝在機(jī)座的凸臺(tái)上，中間有墊塊，以調(diào)整夾緊塊、芯軸、工作缸活塞桿的中心高。 機(jī)座采用HT200鑄出，經(jīng)過時(shí)效處理，消除內(nèi)部應(yīng)力，機(jī)座下部為放置液壓站留有空間，并設(shè)置有地腳螺栓孔，用來和地面連接。 6 零件圖設(shè)計(jì) 圖10 夾緊塊 1—上夾緊塊；2—下夾緊塊 夾緊塊外形如圖10所示: 上、下夾緊塊抱緊工件實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的軸向和徑向定位。上夾緊塊較下夾緊塊短，可以節(jié)省材料，減小夾緊缸活塞桿承受的慣性力。裝夾工件時(shí)，鋼管可以順著下夾緊塊滑到脹套的外徑，方便省事，提高生產(chǎn)效率。下夾緊塊較長(zhǎng)，可以更好的適應(yīng)加工工件長(zhǎng)度的變化。 圖11 支撐體 支撐體如圖11所示: 脹套穿過支撐體，同連接體相連，外端的凸緣靠在支撐體上實(shí)現(xiàn)軸向定位。支撐體通過內(nèi)六角頭螺釘與機(jī)座相連，底部有墊片，以調(diào)整脹套、芯軸與工作缸活塞桿的中心高。 連接體外形如圖12所示: 圖12 連接體 連接體左端的螺紋部分與芯軸的內(nèi)螺紋孔相連接，右端螺紋孔同工作缸活塞桿螺紋部分連接，并通過調(diào)整螺母實(shí)現(xiàn)軸向定位。 機(jī)座外形如圖13所示: 圖13 機(jī)座 1—凸臺(tái)；2—凸臺(tái)；3—凸臺(tái) 下夾緊塊安裝在凸臺(tái)1上，工作液壓缸為軸向底座安裝形式，兩底座分別與凸臺(tái)2和凸臺(tái)3相連接。凸臺(tái)2和凸臺(tái)3的間距與工作液壓缸底座間距相同。機(jī)座下部安置液壓站。 結(jié) 束 語 本課題研究設(shè)計(jì)的是一種具有一定發(fā)展前景的鋼管管端成型機(jī)，該機(jī)用于將無縫鋼管管端加工成杯狀、喇叭狀等異形，可以完成直徑為Φ27～Φ42mm無縫鋼管管端的脹形加工，也可用于其它材料管件的脹形加工。 目前，國內(nèi)專門制造用于管端成型的通用機(jī)床比較少，大多數(shù)都是專用機(jī)床，生產(chǎn)效率比較高，但是靈活性小，對(duì)于不同管件的加工具有一定的局限性。本機(jī)是一種可以適應(yīng)不同管件脹形加工的通用機(jī)床，并且在不需要進(jìn)行大批量生產(chǎn)的情況下，代替了小批量單件生產(chǎn)時(shí)的手工脹管，而且可以節(jié)省時(shí)間和生產(chǎn)消耗，提高單件的生產(chǎn)效率，及時(shí)滿足產(chǎn)品零部件的需要。 此次設(shè)計(jì)根據(jù)四種不同原理的脹管方法制定了一套解決方案，并對(duì)本機(jī)的總體方案進(jìn)行論證與擬定，從而對(duì)其進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)對(duì)本機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先通過計(jì)算，確定本機(jī)執(zhí)行器所受外載，計(jì)算出執(zhí)行器的相關(guān)參數(shù)并對(duì)其選型，繼而對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和泵進(jìn)行選型。選定液壓系統(tǒng)中的控制閥和輔件后，繪制出本機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖，并將其轉(zhuǎn)化為集成塊單元回路圖，根據(jù)此圖對(duì)集成塊組進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后對(duì)液壓泵 組和油箱進(jìn)行設(shè)計(jì)，并合適的布置管路，即對(duì)液壓站進(jìn)行設(shè)計(jì)。 由于本機(jī)的工作循環(huán)周期較短，運(yùn)動(dòng)方向變化頻繁，使本機(jī)所承受的交變應(yīng)力較明顯，因此對(duì)于本機(jī)工作部分的強(qiáng)度要求較高。另外，本機(jī)是半自動(dòng)化的，生產(chǎn)效率相對(duì)于全自動(dòng)化會(huì)很低，因此有待設(shè)計(jì)一種生產(chǎn)效率可以更高的全自動(dòng)化的管端成型機(jī)。 致 謝 緊張充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)伴隨著我走過了大學(xué)的畢業(yè)生活，在這里非常感謝張利平老師在我即將面向新環(huán)境的時(shí)候給我敲響了警鐘，指明了我前進(jìn)的方向，改變了我一生的生活態(tài)度。從張老師這里，我既學(xué)會(huì)了對(duì)待科學(xué)一絲不茍的作風(fēng)，又鍛煉了自己的意志，明白了什么才是走上社會(huì)所需要的真才實(shí)干。 我還要感謝和我一起走過這畢業(yè)生活的同組同學(xué)，正是我們彼此幫助，互相友愛，才使我們共同前進(jìn)。 還有就是要感謝大學(xué)四年中辛苦育人的老師們，祝你們身體健康，萬事如意！  參 考 文 獻(xiàn) 1 張利平.液壓站設(shè)計(jì)與使用.北京：海洋出版社，2004 2 張利平等.液壓氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997 3 張利平.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 4 張利平.現(xiàn)代液壓技術(shù)應(yīng)用220例.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 5 張利平.液壓站設(shè)計(jì)與使用.北京：海洋出版社，2004 6 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（新版）第4卷. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 7 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本（液壓傳動(dòng)）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 8 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本（潤滑與密封）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 9 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本（聯(lián)接與緊固）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 10 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本（常用工程材料）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 11 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本（機(jī)械制圖·極限與配合）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 12 黃春峰．?dāng)U散管脹口模具設(shè)計(jì)．鍛壓技術(shù)，1999（6）：18～19 13 張利平，張玉鵬．氣動(dòng)脹管機(jī)的設(shè)計(jì)．制造技術(shù)與機(jī)床，1996（2）： 32～33 14 田林寶，呂小平．脹管方法綜述．鍋爐制造，2000（3）： 45～49 15 閻紅慶．全自動(dòng)立式脹管機(jī)研制．機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，1999（10）： 53～55 16 路甬祥.液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 17 Dale L．Kohlsmith．Dual-Pressure Circuits:Higher Speeds,Lower Costs．Hydraulics & Pneumatics，2005（9）： 44～47