鋼管管端成型機設計論文

畢業(yè)設計說明書（論文）中文摘要 摘 要 本課題研究設計了一種鋼管管端成型機，該 機用于將無縫鋼管管端加工成杯狀 、 喇叭狀等異形，也可用于其它材料管件的脹形加工。 首先綜合比較了目前國內外四種不同原理的脹管方法，并根據具體的生產情況制定了本課題的解決方案，即采用機械脹管中的后退式脹管原理。該機的兩個液壓控制執(zhí)行器用來實現對工件的夾緊和脹形。對本機的總體方案進行了論證與擬定，并進行了結構設計。然后對該機的液壓系統(tǒng)進行了設計。首先通過計算確定執(zhí)行器 所受外載，從而計算出執(zhí)行器的相關參數并對其進行選型，繼而對驅動電機和泵進行選型，并選定了液壓系統(tǒng)中的控制閥和輔件。繪制出該機的液壓系統(tǒng)原理圖后，將其轉化為集成塊單元回路圖，并據此圖對集成塊組進行了設計。最后對液壓泵組和油箱進行了設計。合理布置管路后，將集成塊組、液壓泵組和油箱裝配在一起，即對液壓站進行了設計。 關鍵詞 管端成型 主機設計 集成塊組 油箱設計 管路布置 畢業(yè)設計說明書（論文）外文摘要 Title The Design of machine for the End of the Steel Tube Molding Abstract The question for discussion designed a sort of machine for the end of the steel tube molding. The machine is used for processing the end of the sew (non-seam) steel tube into abnormity of cup form and trumpet etc. Also it can be used in different shape of other tube of different materials. First, I established the solution of the topic through the comparation of the four kind method of different principles of expanding the end of the steel tube, according to the frondose producing condition. The solution is that I chose the method of pulling the shaft out of the principles in machine. The machine contains two enforce implements, controlled by the Hydraulic system, achieving the effect of clamping and expanding. Then I carried through the argumentation and draw-up the collectivity project of the machine, and designed the structure of the machine. Second, I designed the Hydraulic system of the machine. At the beginning, I calculated the perform part s load of the external, and calculated the related parameter of the perform part and chose the suited type, then I chose the type of electromotor and pump, and chose the control valve and assistant component in the Hydraulic system, After plotted the principle diagram of the Hydraulic system of the machine, I transformed the diagram into the picture of the loop of the integrating blocks. And designed the structure of the integrating blocks according to the picture. Finally I designed the combination of the hydraulic pump and oil box. After disposed the pipelines, I assembled the integrating blocks and the combination of the hydraulic pump, also and the oil box, that is I designed the combination of the hydraulic system. Key Words The end of the steel tube molding The design of the machine The integrating blocks The design of the oil box Dispose the pipelines 目 錄 1 緒論 1 2 鋼管管端成型機的總體方案論證與擬訂 2 2.1 主機結構方案 2 2.2 液壓站結構方案 3 3 液壓系統(tǒng)的功能原理 ,計算與設計 3 3.1 明確液壓系統(tǒng)的技術要求 3 3.2 動力分析和運動分析 3 3.3 計算主要參數，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)結構設計 13 4.1 油箱的設計 13 4.2 中間集成 塊組的設計 15 4.3 液壓泵組的結構設計 19 4.4 管路的布置 19 5 主機計算與設計 19 6 零件圖設計 20 結束語 22 致謝 23 參考文獻 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。脹管技術主要應用于換熱器、冷凝器、高壓加熱器等設備制造中管子與管板的脹緊連接。目前國內脹管法主要分為機械脹管、爆炸脹管、橡膠脹管、液壓脹管四種方法。爆炸脹管有時可以將管子炸裂并且爆炸聲較大，產生很大的噪音，橡膠脹管和液壓脹管是最新的脹管方法，生產效率很高，但是生產設備價格昂貴。基于以上考慮，本課題研究的鋼管管端成型機采用機械脹管的方 法比較經濟，并且機械脹管法比較普遍，容易實現工作要求，原理簡單易操作。 該機用于將鋼管管端加工成杯狀 、 喇叭狀，適用于批量生產，可以完成直徑為 2742mm 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，國內專門制造用于管端成型的通用機床比較少，大多數都是專用機床，生產效率比較高，但是靈活性小，對于不同管件的加工具有一定的局限性。因此，有必要設計這樣一種可以適應不同管件脹形加工的通用機床，并且在不需要進行大批量生產的情況下，代替了小批量單件生產時的手工脹管，而且可以節(jié)省時間和生產消耗，提高單件的生產 效率，及時滿足產品零部件的需要。因此本課題設計的這一產品具有較高的使用價值和普遍性。 該機由主機和液壓站構成。 主機有兩個執(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，并分別固定在機座上。機座為焊接體，材料為 HT200；工作液壓缸、芯軸和脹套構成了脹管機構；夾緊液壓缸和夾緊塊構成了夾緊機構。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。由于生產周期較短，芯軸和脹套承受了較大的交變應力，非常易于損壞，所以需要及時更換。 液壓站體積較小，因此放置在機座的下部，可以減少整臺機器的所占空間。 液壓站由中間集成塊組和液壓動力源構成，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，通過集成塊內部的通油孔道來實現功能。集成塊通過管接頭與管道和執(zhí)行器連接。液壓動力源由電動機和液壓泵構成，二者直接通過梅花形聯軸器連接，其軸的中心高可由電動機下的調整墊塊來實現。 該機結構簡單，體積較小，容易拆裝和搬運。一般的工廠都可以使用本機，減少生產消耗，提高生產效率，改善經濟效益。 2 鋼管管端成型機的總體方案論證與擬訂 本課題為鋼管管端成型機的設計，用于將無縫鋼管管端加工為杯狀、喇叭狀等異型。該機由主機和 液 壓站組成。 2.1 主機結構方案 機械脹管可分為前進式脹管法和后退式脹管法。前進式脹管法普遍應用在低溫、低壓熱交換器的強度脹管，其適用范圍，設計壓力 4MPa，脹桿和脹子的相對運行設計溫度 300。后退式脹管法應用在設計壓力 9.8MPa，設計溫度 400。本課題的設計壓力為 8.3 MPa ，因此用后退式脹管法，又叫拉脹法。 主機結構有臥式和立式兩種。由于本機采用拉脹法，若為立式則必定具有很大的高度，且設計時要考慮工作液壓缸的背壓問題，因此該機采用臥式結構。這樣該機所占空間體積會明顯減小，且容易對其具體 結構進行布局，合理安排各機構的位置，并可在其機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化為徑向的力，因此對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)于前進式脹管法的明顯之處，但是也必須需要夾緊裝置將其固定。 為提高機械效率，工作過程中盡量減少傳動機構，以最簡單的方式將液壓缸活塞桿的軸向運動轉換為芯軸的軸向運動。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動方式 和運動時間。為滿足高的傳動效率，夾緊缸活塞桿中心線應與工作缸活塞桿中心線相垂直且在同一平面內?；谝陨峡紤]，得到主機總體方案。 (見圖 1) 圖 1 總體方案結構圖 液 壓 站2.2 液壓站結構方案 該機的液壓系統(tǒng)有兩個執(zhí)行器，即兩個液壓缸，一個作為工作缸，一個作為夾緊缸。其動作循環(huán)圖分別見圖 2 和圖 3 液壓站通常由液壓動力源（泵站）、液壓控制裝置（閥站）、蓄能器架、電氣控制柜（箱）幾個獨立的部分組成。 由于本機結構簡單，液壓原理也相對比較簡單，因此本機的液壓站只由液壓動力源（泵站）和液壓控制裝置（閥站）組成。 液壓動力源 由電動機和液壓泵組成，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，通過中間集成塊內部的油道孔實現閥的控制功能。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 ,計算與設計 3.1 明確液壓系統(tǒng)的技術要求 首先明確本設計中液壓系統(tǒng)的技術要求，是我進行液壓系統(tǒng)設計的出發(fā)點。本設計中，主機為臥式結構，間歇式運轉，工作缸和夾緊缸需采用液壓傳動。對于工作缸，它采用拉脹法對工件管端端口進行脹形，并將液壓缸活塞桿的直線運動轉變?yōu)槊浱椎膹较驍U張；對于夾緊缸，采用立 式安裝，通過前端法蘭與機架相連接，將活塞桿的直線運動傳遞給夾緊塊，使夾緊塊沿工件的徑向運動，從而實現對工件的夾緊與松開。整個生產過程中，工作循環(huán)較頻繁，生產周期很短。 3.2 動力分析和運動分析 3.2.1 脹形力的計算 脹形力由以下公式計算 工 進快 退工 進快 退保壓圖 2 工作缸動作循環(huán)圖 圖 3 工作缸動作循環(huán)圖 P 2 00S tddt (1) 式中 P 擴散管脹口力， N； s 擴散管坯料的屈服強度， MPa； t0 擴 散管坯料厚度， mm； d0 脹口前擴散管坯料外徑， mm； dt 脹口前擴散管坯料內徑， mm。 此處用最大脹管直徑來計算 ,可以得到最大脹形力 ,即 d0=42mm, dt=40.5mm, t0=1.5mm,將以上數值和s=320MPa 代入公式 (1)得 P 2 103942105.1103 2 0 336 =61073 N 因此得到工作載荷 ,即 F 工 =61073N。 3.2.2 載荷計算 (1) 計算作用在工作缸活塞上的總機械載荷 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 啟動制 動慣性力， N。 由于此鋼管管端成型機采用拉脹法，總體結構中沒有導軌，因此 F 摩 =0 F 慣 =tg vG (4) 式中 G 運動部件重量， N。 芯軸與脹套體積公式 42ldV (5) 取芯軸與脹套的長度 l 大概為 300mm，并 取 d=40mm，將數值代入公式 (5)得 4103 0 01040 323 V =37.7 10-5m3 VG (6) 將 鋼 =8.0t/m3， V=37.7 10-5m3 代入公式 (6)得 G =8.0 103 9.8 37.7 10-5=29.6N 初取 t =3s,工進速度 v=8mm/s,則 v =16mm/s,將以上數值及 g 9.8m/s2代入公式 (4)得 F 慣 =38.9 10166.293 =0.016N 將 F 工 =61073N， F 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 8MPa16 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， 將以上數值代入公式 (7)得 F 封 =0.2 106 8423 10-6=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 綜上計算，可取 F=61873 N。 (2) 計算作用在夾緊缸活塞上的總機械載荷 F 由于該機工作時工件主要承受徑向載荷，因此夾緊力應適當取值。根據經驗此處可取夾緊力為 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 如圖 2 所示尺寸，可以得上夾具塊體積大概為 V=80 40 40 10-9=12.8 10-5 m3 將 鑄鐵 =7.25 t/m3 和 V=12.8 10-5 m3 代入公式 (6)得 G =7.25 103 9.8 12.8 10-5=9.1 N 夾緊缸工作時，活塞桿伸出時的速度為 v1=8.5mm/s, v2=12.4mm/s，則 v =20.9 mm/s， 其 t =4s,將以上數值代入公式 (4)得 F 慣48.9 109.201.93 =0.005N 夾緊缸工作壓力初選為 4MPa16 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 和以上數值代入公式 (7)得 F 封 =0.2 106 7854 10-6=1571N 3.3 計算主要參數，作出工況圖 (1) 工作缸 F 工 61073 N， F 慣 0.016 N， F 封 =1685 N，取機械效率 0.90， A 工 =8423 mm2 ，A2 12272mm2，初定行程 l 12 mm， v1=8mm/s， v2=5mm/s 工作缸的外負載計算見表 1 408 0 4 0圖 4 上夾具塊外形尺寸圖 表 1 工作缸的外負載計算 工作階段 計算公式 負載F/N 壓力MPa 流量L/min 功率W 時間s 計算公式 工進 啟動 F =F 工 +F 慣 + F 封 62578 8.3 4 55.3 0.1 工AFp,1vAq 工等速 F =F 封 1685 0.22 4 15 1.4 工AFp,1vAq 工快退 啟動 F = F 慣 +F 封 1685 0.15 4 10 0.1 2p AF, 22 vAq 等速 F = F 封 1685 0.15 4 10 2.2 2p AF, 22 vAq 制動 F = F 慣 +F 封 1685 0.15 4 10 0.1 2p AF, 22 vAq 由表中數據繪制出工作缸的工況圖，見圖 5 (2) 夾緊缸 1 20 1 2 3 4 t / sL / m m40 1 2 3 4 t / sq / L / m i n0 1 2 3 4 t / sN / W5 5 31 51 01 6 8 51 6 8 56 2 7 5 8F / N0 t / s43211 2 3 4 t / s0v / m m / s850 1 2 3 4 t / sP / M P a0 . 2 20 . 1 58 . 3圖 5 工作缸工況圖 F 工 20000 N， F 夾 9.1 N， F 慣 =0.005 N， F 封 =1571 N，取機械效率 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 外負載公式見表 2 表 2 夾緊缸的外負載公式 工作階段 計算公式 負載F/N 壓力MPa 流量L/min 功率W 時間s 計算公式 工進 啟動 F =F 慣 +F 封-F 夾 1562 0.22 4 15 0.1 1p AF, 11 vAq 等速 F = F 封 -F 夾 1562 0.22 4 15 2.5 1p AF, 11 vAq 保壓 F =F 工 +F 封-F 夾 21562 3.1 4 207 0.1 1p AF, 11 vAq 快退 啟動 F =F 慣 +F 封-F 夾 1562 0.32 4 77 0.1 2p AF, 22 vAq 等速 F = F 封 -F 夾 1562 0.32 4 77 1.1 2p AF, 22 vAq 制動 F =F 慣 +F 封-F 夾 1562 0.32 4 77 0.1 2p AF, 22 vAq 由表中數據繪制出夾緊缸的工況圖，見圖 6 40 1 2 3 4 t / sq / L / m i n1 2 3 4 t / s0v / m m / s8 . 51 2 . 40 1 2 3 4 t / sP / M P a0 . 2 20 . 3 23 . 10 1 2 3 4 t / sN / W6 0 77 71 51 2 3 4 t / s0F / N2 1 5 6 21 5 6 21 5 6 20 1 2 3 4 t / s2 0L / m m圖 6 夾緊缸工況圖 3.4 擬定液壓系統(tǒng)圖 3.5 元件選型 3.5.1 執(zhí)行器的確定 由前計算結果已經知道，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 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座連接，型號為 BLB1125B14R12D；夾緊缸采用桿側方法蘭與機架連接，型號為 BFC1100B14R12D。 3.5.2 液壓泵的確定 (1) 管道系統(tǒng)壓力損失的計算 1) 沿程壓力損失的計算 沿程壓力損失p用下式計算 M1244 Y A3 Y A5367891 11 21 31 41 51 01 Y Jp3p22 Y A1 Y A1 6圖 7 鋼管管端成型機液壓原理圖 1 油箱； 2 吸油過濾器； 3 液壓泵； 4 電動機； 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； 16 溢流閥 22vdlpH (8) 式中 沿程阻力系數； l 管道長度， m； Hd 水力直徑， m； 液體密度， m3/kg； v 平均流速， m/s。 查液壓傳動系統(tǒng)及設計表 2 6 得 Re75(9) 式中 Re 臨界雷諾數。 對于圓管，查液壓傳動系統(tǒng)及設計表 2 4 得 Re 2300，因此 230075 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 0.9174 103kg/m3 ，將以上數值代入公式 (8)得 2 5.1109 1 7 4.00 1 4.0 06.003.023 p=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算 2)( ssv qqpp (10) 式中 sp 閥在額定流量sq下的壓力損失， Pa； sq 閥的額定流量， L/min； q 閥的實際流量， L/min。 查液壓傳動系統(tǒng)及設計表 6 7 得sp 0.848 105Pa， qs 10 L/min， q 4 L/min，將以上數值代入公式 (10)得 25 )104(10 0 .8 4 8 vp 0.014 MPa 2) 總壓力損失 p 總壓力損失由公式 p =p+vp(11) 得 p =0.000133+0.014 0.014133 MPa 取 p =0.014 MPa。 (2) 液壓泵的最大工作壓力 pp pp p +p1 (12) 式中 p1 最高工作壓力， MPa。 將 p =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； qmax 系統(tǒng)最大流量， L/min。 將 K 1.1 和 qmax 4 L/min 得 qp 1.1 4=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，根據以上數值查機械設計手冊單行本液壓傳動表 20 5 15，選定液壓泵 CB E1.51.6，排量為 1.60mL/r，轉速為 2000 3000r/min，容積效率取 0.90，則 1.60 3000 0.90 4.3 4.4 L/min，因此選擇的齒輪泵滿足要求。 3.5.3 電動機的選擇 液壓泵的驅動功率由下式計算 pppPqpP (14) 查液壓傳動系統(tǒng)及設計表 5 13，得p 0.90，將其與 pp 8.314MPa 和 qp=4.4 L/min代入公式 (14)得 6090.0 104.4103 1 4.836 PP 677W=0.677kW 查機械設計手冊單行本減（變）速器 電機與電器表 16 1 28 選 Y 系列三相異步電動機，型號 Y802 2 JB/9616 1999，額定功率 1.1kW，轉速 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 該機的液壓系統(tǒng)采用節(jié)流調速，而且是采用回油節(jié)流，由于夾緊缸工作時的壓力小于工作缸，因此需要用減壓閥調壓。先根據工作缸工作時的壓力和流量選擇主油路控制閥和工作缸油路的制閥，再根據夾緊缸工作時的壓力和流量選擇夾緊缸油路控制閥，見表 3。 根據該液壓系統(tǒng)原理，所選壓力表開關、壓力繼電器和吸油過濾器如下： 壓力表開關型號 AF6EP301 10，壓力 10 MPa，通徑 6mm； 壓 力繼電器型號 HED20P15，壓力 5 MPa； 吸油過濾器型號 WU 16 180，流量 16 L/min，通徑 12mm。 油箱自行設計。 (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 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液壓原理圖，見圖 7 P1、 P2、 P3 為三個測壓點。電磁鐵動作順序表見表 4 液壓系統(tǒng)原理： (1) 工作缸工進 1) 進油路 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 電磁鐵動作順序表 工況 1YA 2YA 3YA 4YA 缸 14工進 + - - - 缸 14保壓 - - - - 缸 15工進 - - + - 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 1) 進油路 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)結構設計 4.1 油箱的設計 4.1.1 油箱的作用 油箱具有存儲液壓油液，散發(fā)油液熱量，逸出空氣，沉淀雜質，分離水分和安裝元件等作用。 4.1.2 油箱容量的計算 油箱的容量可按下式計算 pqV (17)式中 V 油箱的有效容積， L； pq 液壓泵的總額定流量， L/min； 與系統(tǒng)壓力有關的經驗系數。 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，將以上數值代入公式 (17)得 8.47V =33.6L 該設計中，油箱為開式的獨立油箱，且形狀為矩形。由于該機工作循環(huán)比較頻繁，間隔時間較少，因此需要將油箱設計的大些以散發(fā)熱量，所以油箱的長、寬、高為 600mm、348mm、 460mm,其容積為 600 348 460=96L。 4.1.3 液壓系統(tǒng)效率和油箱散熱量 H0計算 (1) 液壓系統(tǒng)效率 由下式估 算 ACP (18) 式中 P 液壓泵的總效率； C 液壓回路的效率； A 液壓執(zhí)行器的總效率。 查機械設計手冊單行本液壓傳動表 20 5 15，得 P=0.90， A可取 0.90， C可取0.95，將以上數值代入公式 (18)，得 =0.90 0.90 0.90=0.729 (2) 油箱散熱量0H可按下式計算 tAK 0H (19)式中 K 散熱系數， /(m )； A 油箱散熱面積， m2； t 系統(tǒng)溫升，。 此油箱是密封的，因此取 K=8， A=(600+348+460) 2=2816mm2, 取 t =35，將以上數值代入公式 (19)得 0H=8 2816 10-6 35=0.79 /(m ) 4.1.4 油箱的設計 該油箱為可拆式結構，箱頂除與電動機齒輪泵和集成塊組箱連接外，還安裝有 空氣過濾器，這里選網式過濾器，型號為 WU 16 180。油箱側壁設置有液位計、清洗孔和放油螺塞。液位計比較靠近注油口，這是因為注油時可以方便地觀測液位。此處選用的液位計型號為 YWZ 80T，清洗孔由法蘭蓋板蓋住并密封，法蘭蓋板型號為 YG 250,放油螺塞型號為 GB/T 5782 2000，箱底支腳由箱壁彎曲而成，并設有地腳螺栓孔。箱底傾斜度為 1/20，吸油口設置在靠近箱底的一側，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。箱底設置有隔板，將吸油區(qū)與回油區(qū) 隔開，以延長油液在油箱中逗留的時間，促進油液在油箱中的環(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，不需設置吊耳。 4.2 中間集成塊組的設計 4.2.1 塊式集成的結構及特點 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，其余三面安裝標準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系由油路塊內部的通道孔實現，塊的上下兩面為塊間疊積結合面，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，多個回路塊疊積在一起，通過 4 只長螺栓緊固后，各塊之間的油路聯系通過公用油孔來實現。 塊式集成的特點如下： (1) 將適當的回路塊疊積于一體，簡化了設計工作 (2) 由于整個液壓系統(tǒng)由不同功能的單元回路塊組成，當需要更改系統(tǒng)增減元件時，只需更換或增減單元回路塊即可實現，所以設計時靈活性大，更改方便。 (3) 集成塊主要是 6 個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)化生產和降低成本。 (4) 由于液壓系統(tǒng)的多數油路等效成了集成塊內的通油孔 道，所以大大減少了整個液壓裝置的管路和管接頭數量，使得整個液壓控制裝置結構緊湊，占地面積小，外形整齊美觀，便于裝配維護，系統(tǒng)運行時泄露少，穩(wěn)定性好 (5) 由于實現各控制閥之間油路聯系的孔道的直徑較大且長度短，所以系統(tǒng)運行時，壓力損失小，發(fā)熱少，效率較高。 基于以上優(yōu)點，因此選擇塊式集成作為閥站的實現方法。 4.2.2 中間集成塊組的設計 為設計中間集成塊組，首先將鋼管管端成型機的液壓原理圖轉換為集成塊組的單元回路圖，見圖 8 根據以上單元回路圖此集成塊組由三個中間集成塊組成，其中 ，中間集成塊 1 的三個側面分別安裝單向閥、溢流閥和節(jié)流閥，另一個側面安裝與泵的出口相通的管接頭。中間集成塊 2 的三個側面分別安裝節(jié)流閥、減壓閥和三位四通電磁換向閥，另一個側面安裝與工作缸兩腔相通的管接頭。中間集成塊 3 的兩個側面分別安裝液控單向閥和三位四通電磁換向閥，另外一個側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三通管接頭與控制點連接，壓力表開關安裝在一個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壓點油路的油孔相連。中件集成塊間通過MM1244 Y A3 Y A53691 21 01 Y Jp3p2Mpp1p23pp3p2p1圖 8 集成塊單元回路圖 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計方案，我采用三孔方案，即在集成塊上分別設置壓力油孔 P、回油孔 O 和泄油孔 L 共三個公用孔道，其優(yōu)點是結構簡單，公用油道孔數較少，但是由于其設置了泄油孔，因此工藝孔較多。 設計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，但是根據本課題的具體情況，需要自行設計中間集成塊組。 (1) 確定通油孔道的直徑 與閥油口相通的孔道 1) 由于本機液壓系統(tǒng)所需的各控制閥已經選出，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 根據公式 vqd4 (15) 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 5.0601044 3 d 0.013 m 13mm 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 5.1601044 3 d 0.006 m 6mm 泄油孔 根據經驗確定，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 M4 300，并選用內六角頭螺釘與郵箱箱頂連接，其型號為螺釘 GB/T 70.1 M14 25。 3)油孔間壁厚及其校核 油孔間壁厚按公式 (16)進行校核 bpdn 2 (16) 式中 v 油管中允許流速， m/s； d 油管內徑， mm； 油管壁厚， mm； p 管內最高工作壓力， MPa； b 管 材抗拉強度， MPa； n 安全系數。 查液壓傳動系統(tǒng)及設計表 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b=250 MPa，將以上數值代入公式 (16)得 2502 5.1123.8 =0.29 本設計中塊間孔道尺寸最小為 5mm，遠遠大于 0.29mm，因此強度足夠。 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、寬、高分別為 180mm、 120mm、 120mm, 中間集成塊 3的長、寬、高分別為 180mm、120mm、 120mm,由于中間集成塊 1 要與箱頂連接，因此其多出了兩個寬度為 35mm、高度為 30mm的連接凸臺，其高度為 120 mm，寬度為 120 mm。 4) 液壓閥的布置 安裝閥的時候盡量使在同一個塊上的閥的進出油孔道不在同一平面，以防止加工孔的時候孔道干涉，還有一個問題就是在塊上的閥與相連接的管接頭的干涉問題，在設 計的時候已在各孔道處留有安裝余量。由于此液壓系統(tǒng)有三個測壓點，所以選擇六點型的壓力表開關，并將其安裝在一個支架上，支架固定在箱頂。壓力繼電器安裝在一個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 液壓泵組的結構設計 電動機和液壓泵采用臥式安裝，兩者直接通過梅花形連軸器連接。泵軸與電機軸嚴格對中，實現這一要求的結構是電動機安裝在一墊塊上，可以調整電機軸的中心高，從而調整電機軸與泵軸的同軸度。液壓泵安裝在一支架上，連軸器靠緊在支架上，實現了軸 向定位。 4.4 管路的布置 在 4.1.2節(jié)已計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，這樣可以在滿足設計要求的同時大大節(jié)省生產成本。管件采用無縫鋼管和直角焊接接管，材料均為 10 號鋼，結構簡單，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 主機計算與設計 主機動力分析見 3.2 節(jié)。 主機工作過程中，主要承受軸向力并最有可能損壞的是芯軸，現對芯軸進行校核。芯軸零件圖如圖 9 所示 由 3.2 節(jié)已計算出芯軸承受軸向力 F=61073N,如圖 9 中所示，危險截面為 A 截面，其應力可按下式計算 AF(17) 其中 A= (112-7.52)=203mm2,將數值代入公式 (17)得 20361073=301MPa 芯軸材料為 40Cr，查機械設計手冊單行本 常用工程材料表 3 1 9，得 其強度極限 b=570 MPa，因此 A 截面應力 b，強度滿足要求。 AAM15822圖 9 芯軸 主機由脹形機構、夾緊機構和機座構成。 脹形機構 由芯軸、脹套、工作液壓缸、連接體和脹套的支撐體構成。工作液壓缸安裝在機座的凸臺上，支撐體與機座間有墊片，以調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置有調整螺母，以達到軸向定位的作用。 夾緊機構由夾緊塊、夾緊缸和支架構成。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，并設置有調整螺母，以實現軸向和徑向的定位作用。下夾緊塊安裝在機座的凸臺上，中間有墊塊，以調整夾緊塊、芯軸、工作缸活塞桿的中心高。 機座采用 HT200 鑄出，經過時效處理，消除內部應力，機座下部 為放置液壓站留有空間，并設置有地腳螺栓孔，用來和地面連接。 6 零件圖設計 夾緊塊外形如圖 10 所示 : 上、下夾緊塊抱緊工件實現對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，鋼管可以順著下夾緊塊滑到脹套的外徑，方便省事，提高生產效率。下夾緊塊較長，可以更好的適應加工工件長度的變化。 支撐體如圖 11所示 : 1 2序 號 代 號 名 稱 數 量 材 料 重 量單 件 總 計備 注12圖 10 夾緊塊 1 上夾緊塊； 2 下夾緊塊 圖 11 支撐體 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現軸向定位。支撐體通過內六角頭螺釘與機座相連，底部有墊片，以調整脹套、芯 軸與工作缸活塞桿的中心高。 連接體外形如圖 12 所示 : 連接體左端的螺紋部分與芯軸的內螺紋孔相連接，右端螺紋孔同工作缸活塞桿螺紋部分連接，并通