鐵路客車電線鋼管擴(kuò)口工裝設(shè)計(jì)

鐵路客車電線鋼管擴(kuò)口工裝設(shè)計(jì)

摘

要

針對(duì)我廠鋼管擴(kuò)口加工的現(xiàn)狀，提出自主設(shè)計(jì)鋼管擴(kuò)口工裝的方案，并對(duì)工裝各組成部分的設(shè)計(jì)可行性進(jìn)行計(jì)算論證。Keys鋼管擴(kuò)口

工裝設(shè)計(jì)1

前言鐵路客車車下部分電線管管口為擴(kuò)口結(jié)構(gòu)，目前我廠加工班進(jìn)行擴(kuò)口加工的方法是使用尖嘴錘子作為工具砸電線管口，使管口形成外擴(kuò)，此種人工擴(kuò)口方式不僅效率低，而且會(huì)對(duì)電線管的內(nèi)絕緣層造成一定程度的破壞，加工效果并不理想。若采購成型擴(kuò)口設(shè)備加工電線管，成本極高且產(chǎn)品加工范圍不能完全滿足我廠實(shí)際加工需求。為解決鋼管擴(kuò)口問題，嘗試自行設(shè)計(jì)符合生產(chǎn)實(shí)際需要的鋼管擴(kuò)口工裝，通過計(jì)算論證，該鋼管擴(kuò)口工裝是完全可行的。2

鋼管擴(kuò)口工裝的設(shè)計(jì)2.1

工裝適用范圍基于我廠實(shí)際檢修需要，常見擴(kuò)口管件為鋼管：DN15、DN20、DN25、DN32、DN40、DN50、DN65；以此明確該工裝適用鋼管直徑范圍為：Φ15mm～Φ80mm；厚度：dmax=5。2.2

工裝結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，擴(kuò)口工裝組成由以下五部件組成:1、工作臺(tái)；

2、管子臺(tái)虎鉗；3、擴(kuò)口模具；4、液壓油缸；5、電動(dòng)液壓泵。圖1鋼管擴(kuò)口工裝結(jié)構(gòu)組成該工裝工作程序如下：工裝的動(dòng)力來源于電動(dòng)液壓泵，電動(dòng)液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能；液壓泵連接液壓油缸，液體的壓力能推動(dòng)油缸的活塞桿做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；活塞桿連接擴(kuò)口模具；管件由臺(tái)虎鉗固定在工作臺(tái)上；活塞伸出，鋼管受模具擠壓變形，擴(kuò)口實(shí)現(xiàn)；活塞退回，工序完成。2.3

經(jīng)濟(jì)效益根據(jù)工裝的結(jié)構(gòu)組成分析，工作臺(tái)和擴(kuò)口模具兩部分可由我廠自行加工；重型臺(tái)虎鉗（約500元），電動(dòng)液壓泵（約4000元），液壓油缸（約2000元）三部分可直接采購成本件；預(yù)計(jì)整體費(fèi)用能夠控制在1.5萬元以內(nèi)。2.4

適用范圍內(nèi)，最大擴(kuò)口力的計(jì)算變形區(qū)材料受到雙向應(yīng)力的作用：切向應(yīng)力σθ與徑向壓應(yīng)力σr（厚向應(yīng)力σt≈0.），P為要求解的擴(kuò)口力。擴(kuò)口變形程度用擴(kuò)口系數(shù)ke=r/r0(=d/d0)表示；厚度變化t=t0(1+r0/R)/2＜t0

(1)沿法向N列出其平衡方程式為：pA4-2σθA3sin(dβ/2)=0;取sin(dβ/2)≈dβ/2，整理得：p=σθt0cosａ(1+r0/R)/2R

(2)沿法向N列出其平衡方程式為：Rdσr/dR+σr+σθ(1+μcotａ)=0

(3)實(shí)踐證明，一般擴(kuò)口件系數(shù)ke=r/r0＜1.7，則有σａ=βK（1-n/2+nR/rａ）-σr

(4)

由于R＜r，故：(R/r)≈1-μcotａ(1-R/r)

(5)積分整理得：擴(kuò)口力P=1.15Kπrａt(yī)0(1+μcotａ)cosａ｛(1-2a)(ke-1+lnke)+n/2(ke-1)(ke+3)-(1+μcotａ)(1-2n+nke)[(ke-1)(ke-3)+2kelnke]/2ke｝

(6)取加工上極限，管徑Φmax=80mm;壁厚dmax=5mm;擴(kuò)口系數(shù)ke=1.58；由上訴公式計(jì)算得知所需最大擴(kuò)口力Pmax=159.2KN。2.5

組成部件選型和設(shè)計(jì)2.5.1

管子臺(tái)虎鉗的選型管子臺(tái)虎鉗的型號(hào)選擇取決于所需夾緊力的大小和擴(kuò)口管的直徑范圍共同決定。為保持夾持管徑的平衡，使用2臺(tái)管子臺(tái)虎鉗平衡支撐。機(jī)械效率η=0.75，Pmax=159.2KN；則最小夾緊力P夾min=Pmax/2η=159.2/2x0.75=106.14KN。根據(jù)QB/T2211-1996管子臺(tái)虎鉗規(guī)格表，選擇3#管子臺(tái)虎鉗（可夾持管子直徑15～115mm，夾緊力（KN）≥127.4）。2.5.2

工作臺(tái)的設(shè)計(jì)2.5.2.1

外形尺寸選擇根據(jù)人機(jī)工程學(xué)有關(guān)功能參數(shù)中站著工作時(shí)手工操作的有關(guān)尺寸，以175男性為例，工作臺(tái)面最合適高度為950mm；寬度尺寸大于管子臺(tái)虎鉗橫向尺寸即可，寬度定為500mm；長(zhǎng)度尺寸結(jié)合我廠加工實(shí)際情況，定為1800mm。2.5.2.2

承載力計(jì)算與選材工作臺(tái)需承載垂直方向的力為管子臺(tái)虎鉗，管料，液壓油缸及附屬的重力；經(jīng)計(jì)算最大需承重P需max=420kg。工作臺(tái)的承載能力P（總載重），材料的許用應(yīng)力為［σ］，橫梁長(zhǎng)度為L(zhǎng)，抗彎截面模量為WZ。按簡(jiǎn)支梁承受均布載荷計(jì)算，其承載力為：

考慮材料的力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性，選取材料Q235，規(guī)格為60x40x2.0的矩形鋼管作為骨架；其許用應(yīng)力為120MPa，計(jì)算得知承載力P=3150kg》P需max。綜上，工作臺(tái)外形尺寸為1800x500x950;支撐骨架是材料Q235，規(guī)格60x40x2.0的矩形鋼管；骨架上鋪設(shè)10mm厚的Q235鋼板，并焊接牢固，以便操作和固定；為防止工作臺(tái)水平移動(dòng)，在工作臺(tái)腿腳焊接帶孔圓板并用地腳螺栓固定于地面。2.5.3

液壓油缸的選型已知最大擴(kuò)口力Pmax=159.2KN；根據(jù)需要推進(jìn)速度V=2米/min;求液壓油缸缸徑D。Pmax=π×(D÷2)×P壓強(qiáng)／1000計(jì)算得知選取缸徑D=180mm。2.5.4

電動(dòng)液壓泵的選型2.5.4.1

計(jì)算液壓泵的最高工作壓力快速上行時(shí)工作壓力最大，估取沿程壓力損失。2.5.4.2

計(jì)算液壓泵的流量

取系統(tǒng)泄漏修正因數(shù)K=1.1。快速上行需泵流量；慢速上行需泵流量；慢速下行需泵流量。2.5.4.3

選擇液壓泵的規(guī)格根據(jù)壓力和流量值，查相關(guān)液壓元件產(chǎn)品目錄，選取型號(hào)為DSS0.8/6?；緟?shù)如下，流量：3L-70L/min

壓力：0-80Mpa；功率：1.5kw;容積：35L；外形尺寸：450×350×670；重量：62Kg。2.5.5

擴(kuò)口模具的設(shè)計(jì)2.5.5.1

模具材料選擇為保持模具有較高的使用壽命，選擇材質(zhì)Cr12MoV材料制造，并對(duì)工作部分進(jìn)行氮化處理，氮化深度0.35-0.40mm。2.5.5.2

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模具沖頭斜度a與擴(kuò)口變形程度相關(guān)，擴(kuò)口變形程度等于擴(kuò)口后工件直徑與擴(kuò)口前原料直徑之比，簡(jiǎn)稱為擴(kuò)口系數(shù)，用字母K表示：

K=D1/D

(1)D1——擴(kuò)口后零件直徑D——擴(kuò)口前原料的直徑該零件的模具沖頭斜度a=arctan(D1-D)/2L

(2)L——由直徑D擴(kuò)口至直徑D1的直線段距離，簡(jiǎn)稱為行程以直徑為DN25電線管為例：已知擴(kuò)口前內(nèi)徑D=Φ25，擴(kuò)口后直徑D1=Φ35，行程為L(zhǎng)=20，則沖頭斜度a=arctan(D1-D)/2L=arctan（34.9-24.9）/2x20≈14°為保證沖頭順利進(jìn)入管內(nèi)，將沖頭水平直線段延長(zhǎng)至2L，從而得出直徑D2=D-tana×2L=24.9-tan14°×40=14.9。4

結(jié)論和建議鋼管擴(kuò)口加工采用人工擴(kuò)口方式不僅效率低，而且會(huì)對(duì)電線管的內(nèi)絕緣層造成一定程度的破壞，加工效果并不理想。自行設(shè)計(jì)符合生產(chǎn)實(shí)際需要的鋼管擴(kuò)口工裝，通過計(jì)算論證是完全可行的，同時(shí)在很大程度上節(jié)約了生產(chǎn)成本。參

考

文

獻(xiàn)1

成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010

2