折彎鋼板在鋼制天溝中的應(yīng)用

折彎鋼板在鋼制天溝中的應(yīng)用

1總結(jié)1.1鋼結(jié)構(gòu)制作現(xiàn)狀北京唐鋼鐵聯(lián)合有限公司第三冷濕廠的鋼結(jié)構(gòu)件主要包括成品庫(kù)的主車間和主要宋朝的輸電站。其中，成品庫(kù)的項(xiàng)目結(jié)構(gòu)有71個(gè)天溝和37個(gè)勵(lì)磁主車間。如圖1、圖2。天溝主要由兩個(gè)邊板、一個(gè)底板和若干加勁扁鋼構(gòu)成。1.2天溝折彎三冷軋電鍍錫精整標(biāo)段工程制作的天溝總長(zhǎng)度共計(jì)1860m,因?yàn)槊總€(gè)天溝有兩個(gè)邊板,每個(gè)天溝邊板要折彎兩次,共需折彎7440m。天溝剛開(kāi)始加工時(shí),由于沒(méi)有折板機(jī),需要在鋼板上先用等離子切割機(jī)割出一條不連續(xù)的縫,再采用人工折彎的方法折成90°,然后再用同樣的方法在另一邊折彎,并且折彎后還得將縫隙滿焊并且打磨。由于天溝加工量比較大,而上述方法不僅工序復(fù)雜,而且加工效果不好,外形不美觀,強(qiáng)度不夠,而且浪費(fèi)焊材和人工費(fèi)用。因此,如能采用一種提高加工效率,改善外觀質(zhì)量并且節(jié)約成本的新方法是十分必要的。提到新方法,因?yàn)樾枰郯?很自然地會(huì)想到用液壓折彎?rùn)C(jī),目前市場(chǎng)上的小型液壓折彎?rùn)C(jī)售價(jià)在5萬(wàn)元人民幣以上,為了最大限度地節(jié)約成本并且使加工質(zhì)量得到提高,決定參照折彎?rùn)C(jī)的原理及結(jié)構(gòu),合理利用手中的資源自制一臺(tái)液壓折彎?rùn)C(jī)。2簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)與折疊機(jī)的設(shè)計(jì)2.1鋼板折彎力的初步確定根據(jù)圖紙要求,天溝邊板厚度為6mm,材質(zhì)為Q235B,抗拉強(qiáng)度為370~500MPa,為方便拼接焊接取每塊鋼板長(zhǎng)3m,取折彎模具槽寬為130mm,沖壓滑塊采用30mm鋼板加25mm筋板焊接而成,重量為G=8600N。根據(jù)公式可得:式中:fw為折彎力,kN;σb為Q235B鋼材抗拉強(qiáng)度,MPa,為確保能折彎取500MPa;δ為折彎鋼板厚度,mm;L為折彎鋼板長(zhǎng)度,m;B為折彎模具槽寬,mm。初步給定參數(shù):空載下降行程85mm,速度V1=15mm/s;慢速下壓(折彎)行程65mm,速度V2=15mm/s;快速回程行程150mm,速度V3=50mm/s。2.2系統(tǒng)的工作原理設(shè)計(jì)液壓缸的啟動(dòng)制動(dòng)時(shí)間為Δt=0.2s。折彎?rùn)C(jī)滑塊為上下直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),且行程較小,故可選單桿液壓缸作執(zhí)行器,且液壓缸的機(jī)械效率η=0.91。因?yàn)榘辶险蹚潤(rùn)C(jī)的工作循環(huán)為空載下降、慢速加壓(折彎)、快速回程三個(gè)階段。各個(gè)階段的轉(zhuǎn)換由一個(gè)三位四通手動(dòng)換向閥控制。當(dāng)換向閥工作在左位時(shí)實(shí)現(xiàn)液壓缸的快速回程,中位時(shí)實(shí)現(xiàn)液壓泵的卸荷,工作在右位時(shí)實(shí)現(xiàn)液壓缸的空載下降和工作下壓。其工作下壓速度由安裝在回油路上的單向節(jié)流閥控制。為了對(duì)油路壓力進(jìn)行監(jiān)控,在液壓泵出口安裝一個(gè)壓力表和溢流閥,同時(shí)也對(duì)系統(tǒng)起到過(guò)載保護(hù)作用。在液壓泵的出油口設(shè)計(jì)一個(gè)單向閥,可防止油壓對(duì)液壓泵的沖擊,對(duì)泵起保護(hù)作用。2.3回轉(zhuǎn)缸功能計(jì)算要求設(shè)計(jì)的板料折彎?rùn)C(jī)實(shí)現(xiàn)的工作循環(huán)是:空載下降—工作下壓(折彎)—快速回程—停止。主要性能參數(shù)與性能要求如下:折彎力Fw=590kN,折彎?rùn)C(jī)滑塊南量為m=860kg;空載下降速度V1=15mm/s=0.015m/s,行程L1=85mm=0.085m;慢速下壓(折彎)速度V2=15mm/s=0.015m/s,行程L2=65mm=0.065m;快速回程速度V3=50mm/s=0.05m/s,行程L3=85mm=0.15m;啟動(dòng)制動(dòng)時(shí)間Δt=0.2s,液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選用液壓缸,機(jī)械效率η=0.91。由公式:式中:m為滑塊質(zhì)量;Δv為下降或回程速度;Δt為運(yùn)動(dòng)的加速、減速時(shí)間。求得空載下降時(shí)的慣性負(fù)載:再求得阻力負(fù)載:靜摩擦阻力Ffs=0.2×G=0.2×8600=1720N;動(dòng)摩擦阻力Ffa=0.1×G=0.1×8600=860N。相關(guān)結(jié)果見(jiàn)表1。2.4活塞桿直徑1)工作壓力p1確定,初選工作壓力為30MPa。2)折彎?rùn)C(jī)液壓系統(tǒng)最大負(fù)載為649297N,由兩個(gè)相同的液壓缸提供所需的折彎力,現(xiàn)分配如下:根據(jù)空載下降與快速上升的速度比確定活塞桿直徑d:按GB/T2348—1993,取標(biāo)準(zhǔn)值d=100mm。液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力和流量計(jì)算:液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力和流量見(jiàn)表2。2.5通過(guò)壓力檢測(cè)系統(tǒng)1)考慮到系統(tǒng)壓力較高,選用柱塞泵,因?yàn)橹镁哂蓄~定壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高和流量調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)。為了便于系統(tǒng)壓力的觀測(cè)與調(diào)節(jié),在泵的出口安裝一個(gè)溢流閥和一個(gè)帶一節(jié)流閥的壓力表。2)為了防止壓力變化對(duì)液壓泵的沖擊,在泵的出口安裝一個(gè)單向閥,對(duì)泵起到保護(hù)作用。綜上所述,折彎?rùn)C(jī)液壓系統(tǒng)原理如圖4。2.6基于液壓器的選擇2.6.1液壓泵的可燃性1)由前述計(jì)算可知,液壓缸最高工作壓力出現(xiàn)在加壓折彎階段Pmax=27.3Pa,取泵出口到液壓缸的僅有壓力損失為Δp=0.5MPa。故:泵的最高工作壓力為pp=0.5+27.3=27.8MPa,取泄油系數(shù)KL=1.1,則液壓泵的供油量為qp=1.1×2×10.7=23.54L/min。根據(jù)上述計(jì)算,查手冊(cè),選用規(guī)格為25MCY14-1B型斜盤式軸向柱塞泵,其額定壓力為pp=31.5MPa,排量為V=25ml/r,額定轉(zhuǎn)速為n=1500r/min,額定流量為qp=37.5L/min,取總效率為η=0.9,則驅(qū)動(dòng)泵所需功率為P=11.0kW。2.6.2按所選電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速,按所選電機(jī)轉(zhuǎn)速、nv、l.2.2.2根據(jù)泵所需功率,按GB755—2000《旋轉(zhuǎn)電機(jī)、定額和性能》選取160-M-4型電動(dòng)機(jī)。其額定功率為p1=11kW,額定轉(zhuǎn)速為n=1460r/min,按所選電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和液壓泵的排量,計(jì)算出液壓泵的最大理論流量q1=nV=1460r/min×25ml/r=36.5L/min,大于實(shí)際所需的最大流量23.54L/min,滿足使用需要。2.6.3閥類元件和輔助元件根據(jù)閥類元件及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過(guò)該元件的最大實(shí)際流量可選出這些液壓元件的型號(hào)及規(guī)格,結(jié)果見(jiàn)表3。2.6.4管道油各元件件連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定。2.6.5油箱的容量容積V(單位為L(zhǎng))計(jì)算按公式:V=ξqp,由于液壓機(jī)是高壓系統(tǒng),ξ=11,所以油箱的容量V=11×23.54=258.94L,按JB/T7938—1999規(guī)定容積區(qū)標(biāo)準(zhǔn)值V=315L。因?yàn)橛拖涞膶?、高、長(zhǎng)的比例范圍是1∶1∶1~1∶2∶3,在此選擇1∶1.5∶2,由此可算出油箱的寬、高、長(zhǎng)約分別為470,705,940mm。2.7斜截面的檢測(cè)如圖5所示,根據(jù)折彎鋼板的長(zhǎng)度(3m),和油缸的長(zhǎng)度,初步設(shè)定工作臺(tái)寬度為3100mm,兩油缸的中心線距工作臺(tái)兩端775mm。根據(jù)結(jié)構(gòu)和折彎時(shí)橫梁受力最大確定橫梁的受力(圖6)。根據(jù)受力得到彎矩,并給出彎矩圖如圖7所示。因?yàn)槭卿摻Y(jié)構(gòu)廠自己制作,故就地取材,選取HN400X200X8X13熱軋H型鋼做橫梁、支架及工作臺(tái),材質(zhì)Q235B,抗拉強(qiáng)度σb≥375MPa,抗彎截面系數(shù)I=223648683mm4,則橫梁截面所受最大拉應(yīng)力為:故,符合要求。根據(jù)折彎鋼板的長(zhǎng)度和油缸的長(zhǎng)度及工作行程,最終確定折彎?rùn)C(jī)的結(jié)構(gòu),如圖8。3總結(jié)3.1設(shè)備工作成本三冷軋電鍍錫精整標(biāo)段工程制作的天溝總長(zhǎng)度共計(jì)1860m,因?yàn)槊總€(gè)天溝有兩個(gè)邊板,每個(gè)天溝邊板要折彎兩次,共需折彎7440m。天溝剛開(kāi)始加工時(shí),由于沒(méi)有折板機(jī),需要在鋼板上先用等離子切割機(jī)割出一條不連續(xù)的縫,再采用人工折彎的方法折成90°,然后再用同樣的方法在另一邊折彎,并且折彎后還得將縫隙滿焊并且打磨。若采用上述方法,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì),4個(gè)工人每天能夠加工S形邊板72m,共需加工3720m長(zhǎng)的S形邊板,則4個(gè)工人共需要工作3720/72=51.7d,每個(gè)工人每天工資按180元算,共需人工費(fèi)180×4×51.7=37224元;折彎后填補(bǔ)焊縫,采用E4303焊條,規(guī)格4.0mm×400mm,單價(jià)115元/箱,平均每根焊條能焊接0.25m長(zhǎng)的縫隙,共需焊條7440/0.25=29760根,每箱焊條360根,共需29760/360=83箱,焊材費(fèi)用總計(jì)115×83=9545元;使用LGK8-100F型等離子切割機(jī)切割,功率4.32kW,平均每分鐘切割1m,共需切割7440m,耗電535.68kW·h,工業(yè)用電價(jià)格1元/(kW·h),共計(jì)電費(fèi)535.68元。所有成本共計(jì)37224+9545+535.68=47304元。若采用自制折板機(jī),經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì),需3個(gè)工人,1個(gè)操作工,2個(gè)力工,加工一塊3m長(zhǎng)的邊板需1min,邊板總長(zhǎng)度為1860×2=3720m,共需3720/3=1240min,即21h,電動(dòng)機(jī)功率P1=11kW,需耗電11×21=231kW·h,共計(jì)電費(fèi)231元,考慮到工人和設(shè)備休息時(shí)間,每天工作8h,需3天,人工費(fèi)為180×3×3=1620元。自制折彎?rùn)C(jī)液壓系統(tǒng)部件全部購(gòu)自二手市場(chǎng),機(jī)架采用結(jié)構(gòu)廠內(nèi)H型鋼焊接而成,總計(jì)花費(fèi)20000元,共計(jì)成本為231+1620+20000=21851元。綜上所述,采用自制折板機(jī)共計(jì)節(jié)約成本25453元,節(jié)約成本超過(guò)一半,節(jié)省時(shí)間48天,大大提高了加工效率。3.2折彎?rùn)C(jī)的測(cè)試結(jié)果采用折彎?rùn)C(jī)后,加工質(zhì)量無(wú)論從強(qiáng)度和外觀上看都有了很大提高,圖9為折彎?rùn)C(jī)的折彎效果。將使用折彎?rùn)C(jī)前和使用折彎?rùn)C(jī)后的效果進(jìn)行了對(duì)比,如圖10所示。4折彎和折彎方式使用簡(jiǎn)易自制折彎?rùn)C(jī)對(duì)鋼板進(jìn)行折彎,提高了加工效率,節(jié)約了加工成本,簡(jiǎn)單實(shí)用,對(duì)于露天鋼結(jié)構(gòu)加工中的鋼板折彎具有很重要的意義,值得推廣。由圖2可