制冷热交换器U型管自动成型机液压及控制系统设计

1、 长沙学院本科毕业设计（论文）开题报告 （2012届）系部： 机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 班 级： 机本三班 学号 指导教师姓名： 职称 讲师 职称 2011年11月 16日题目：制冷热交换器U型管自动成型机液压及控制系统设计1. 结合课题任务情况，根据所查阅的文献资料，撰写1000字以上的文献综述。1.1弯管方式 管材弯曲成型是直接靠特别的磨具来实现的，通常按模具的特征大致可以分为四类：1、冲模强制成型法，其代表就是用冲床来生产弯管件；2、滚轮弯曲法，常见于电动三辊卷弯机，其特点是只能卷制不同的弧形，目前应用最广的是不锈钢装饰行业；3、滚压法，常见于电动机

2、平台式弯管机，目前液压弯管机械中的双弯管机也是采用这种方法；4、缠绕式弯管法，目前市场上所有的单头液压弯管机及数控弯管机采用的都是这种成型方法，其特点是产品变形小，基本上可以避免管材表面的划伤，进行有芯弯曲时棺材的椭圆度和减薄量都可以控制在最小范围内；5、若采用芯棒情况可以分为两类，即有芯棒弯曲和无芯棒弯曲法，液压弯管机和数控弯管机都是按缠绕式弯曲进行设计的，并都可以进行有芯弯曲和无芯弯曲。制冷热交换器U型管弯曲属于小U管的弯曲，对弯管的椭圆度、内壁折皱度以及外壁的变薄量有很高的要求，用缠绕式弯曲法最好。1.2弯管机的分类及其特点 国内外的制U型管弯头成型设备主要有手动U管弯管机、半自动U管弯

3、管机液压自动U管弯管机和数控全自动U管弯管机四种类型。由于手动弯管机的弯管精度和质量难以满足制冷技术的发展等对U管提出的新的质量要求，半自动和自动以及全自动数控的弯管机得到了发展。而且液压自动弯管机和数控弯管机的高生产率更能适宜现代市场的竞争。由他们生产的弯管产品品种多、结构以及质量稳定。 按传动方式的不同可以分为：手动弯管机（图1a）、气动弯管机（图1b）、机械传动弯管机（图1c）和液压传动弯管机（图1d）。按控制方式的不同可以分为人工控制、半自动控制、自动控制和数控弯管机。其特点如下： 手动弯管机（a） 气动弯管机（b） 机械传动弯管机（c） 数控传动弯管机（d） 图1常用弯管机外形图图1

4、中所列弯管机的主要性能参数如下：1）WQG22-114手动液压弯管机（图1a）最大工作压力：45MPa；最大工作行程：250mm ；弯曲角度：90180；油箱容量：1.2kg（15#机油）。2)WG-12A气动弯管机（图1-1b） 性能特点：用于空调管件，制冷设备管件加工夹紧为气动,手动操作弯曲；角度0-185随意可调，操作快速可靠；无须缸芯，管件变形率小；无需维护，使用效益高；技术参数项目/型号WG-12A最大弯曲管径122mm弯曲半径12-40mm弯曲角度0-185弯曲效率11-13万支/班机器外形300400500mm机器重量50kg3)WWJ32-630（图1c）设备速度：分高、中、低

5、三档无级调速；中频功率：250kw；中频加热温度：900950;弯管角度：210240；最小半径：管径3：电机型号：SY525791；电机功率：5.5kw；转速：1251250n/min。4)DW130CNC自动弯管机（图1d）最大弯曲管径壁厚：130mm8mm 最大弯曲半径：R400mm最小弯曲半径：R50mm 最大弯曲角度：190最大送料长度：3000mm 送料方式：直送、夹送弯管速度：Max 30弯管精度：0.15 a)手动弯管机一般用于弯制管径25mm一下的管件。生产特点：生产效率低、加工精度低、工人劳动量大，只适合单件小批量生产。 b)气动弯管机一般用于弯制管径不超过32mm的管件。

6、其特点是生产效率高、生产成本低，但是产品规格受限，适于大批量生产。 c)机械传动弯管机一般用于弯制管径d不大于159mm的管件，生产效率高，成本低，产品规格多，弯管机通用性好。 d)液动弯管机可以用来弯制各种管径的管件，但是生产投入成本较高，通用性最好，生产效率高，而且易于实现自动化，适用于大批量生产。数控弯管机的几个技术特点；1管型规整化：设计和排管时要避免过大的圆弧、任意曲线、复合弯以及大于180。的圆弧。过大的圆弧不但使工装笨重，而且受弯管机机床尺寸的限制；任意曲线、复合弯设计造型很不合理，极大地妨碍了机械化、自动化生产，使操作者难以摆脱笨重的体力劳动；大于180。的圆弧使弯管机无法卸模

7、。2弯曲半径标准化：弯曲半径要尽量实现“一管一模”和“多管一模”。对于一根管子来说，无论有几个弯，弯曲角度如何，其弯曲半径只能有一个，因为弯管机在弯曲过程中不更换模块，这就是“一管一模”。而“多管一模”，就是同一直径规格的管子应尽量采用同一种弯曲半径，也就是使用同一套模块弯制不同形状的管形，这样才有利于减少模块数量。3.适当的弯曲半径值：导管弯曲半径的大小，决定了导管在弯曲成形时所受阻力的大小。一般来说，管径大弯曲半径小，弯曲时容易出现内皱和打滑现象，弯曲质量很难保证，所以一般选用弯管模的R值为管子直径的2-3倍为好。4适中的弯曲成形速度：弯曲成形速度对成形质量的主要影响为：速度太快，容易造成

8、导管弯曲部分的扁平，圆度达不到要求，造成导管的拉裂、拉断；速度太慢，容易造成导管的起皱和压紧块打滑，大管径的管子易形成导管弯曲部分的下陷。1.3国内外比较有名的弯管机生产厂家 国内的有张家港以及浙江金玛逊，国外的有德国西德福,日本的太阳,以及美国的弯管机,如果说到进口弯管机意大利ERCOLINA是世界上最好的弯管机。其中国外弯管机的可能质量和技术方面较之国内的要强，但是国内生产的弯管机在价格方面占了优势，而且其质量也是不错的，所以其在市场上也比较手欢迎。1.4保证弯管机弯管精度的条件(1) 圆管截面形状精度圆管截面形状精度的获得取决于加工轮和反变形轮上环槽的形状精度和弯管机的装配精度。只要保证

9、装配起来的弯管机上两个环形槽形成的位置精度，并根据材料弹塑性变形原理留够一定的尺寸余量，就能获得比较高的圆管截面形状精度。(2)金属管外壁面的粗糙度金属管外壁面的粗糙度跟轮上环槽的表面粗糙度有关，也跟管子的材料自身性质有关。为此，只要在轮上环槽表面涂上合适的润滑油，以减小相互接触的表面之间的摩擦力，皆可以保证弯曲金属管外壁面的粗糙度。(3)弯曲弧长的误差限制根据弯管的使用性能，金属管的弯曲弧长应该控制在一定的精度范围内。弯管机在精细管件方面的应用也越来越广泛，比如说空调已经冰箱等管件，这就需要弯管机的精度比较高，所以弯管机的精度问题也越来越受到大家的重视。1.5弯管机的发展趋势 我国的弯管机加

10、工工艺，从青铜器时代开始萌芽的，并逐渐形成和发展。从殷商到春秋时期已经有了相当发达的青铜冶铸业出现了各种青铜工具，如：青铜刀、青铜锉、青铜锯等等。同时有出土文物与甲骨文记录表明，这个时期的生产的青铜工具和生活工具，在制造过程中大都要经过切削加工或研磨。我国的冶铸技术比西欧早一千多年。渗碳、淬火、和炼钢技术的发明，为制造坚硬锋利的工具提供了便利的条件。铁质工具的出现，表明金属切削加工进入了一新的阶段。有记载表明早在三千多年前的商代已经有了旋转的琢玉工具，这也就是金属切削机床的前身。70年代在河北满城一号汉墓出土的五铢钱，其外圆上有经过车削的痕迹，刀花均匀，切削振动，波纹清晰，椭圆度很小。有可能将

11、五铢钱穿在方轴上然后装夹在木质的车床上，用手拿着工具进行切削。 随着现代技术的不断发展传统的二维式的弯管机已无法满足复杂的工业需要，三维数控弯管机正是在这一背景下逐渐开发成熟。可程序设计控制器（PLC）在弯管机控制系统中的应用给复杂要求的弯管系统提供技术保证。到现在由于国内空调，汽车等行业的兴起对于弯管机的需求由量到质的转变，所以同样催生了弯管机技术的飞跃，数控技术终于引入到了弯管机行业，数控的介入是弯管行业的一次技术革命，不管从弯管速度、精度上都是具有相当的优势。在工业经济快速发展的上世纪90年代后以来，基础设施建设厂房、设备、交通设施需求急剧增加，各种金属管的需求已远远不能满足，许多金属管

12、的形状要求也不断复杂化，从而催生了弯管机系统设计和开发。金源作为行业的领军者率先利用产品的优势以及中达电通的整合技术销售给行业带了更强的生命力。 且随着机械行业的发展，对弯管机的设计要求也不断增加，如今我国弯管机的设计特点具有以下显著的特点：1.摇臂，其作用是保证弯管弯曲半径符合要求，其夹紧座是限制钢管在弯曲过程中反弹。2.矫直辊一是防止在弯曲过程中垂直方向变形，与浮动防椭圆夹具配合使用保证弯曲后的钢管椭圆度符合要求。3.导向辊装置一有两组导向辊和机架及夹紧传动系统组成，导向辊开合由液压驱动来完成，其功能是与摇臂共同完成钢管水平方向的弯曲。4.推送装置(由小车、床身、传动轴、牵引链等组成)推动

13、钢管前进，在摇臂和导向辊作用下钢管产生弯曲。5.驱动装置它是推送装置的动力源。6.泵站一分高压和低压两部分为导向辊开合、摇臂夹紧座油缸、推送装置小车卡盘开合、矫直辊开合提供动力。2. 选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。2.1 研究解决的问题在本次课题中为实现各个部件的液压控制和传动采用了六个液压缸：夹紧缸、弯曲夹紧缸、送料缸、动模缸、切断机构升降缸和弯曲缸 。为了提高生产率，这些缸除顺序动作外，还伴有复合动作。按各液压缸的负载性质和工作特性，将六个缸划分成两个回路，因此需采用双联叶片泵供油。本课题研究设计了一款液压全自动U型管弯管机，所加工的管材为硬铜管。它具有生产效率较高，制造成本低。

14、整台机器共有以下几部分组成：送料夹紧和送料机构、弯曲夹紧机构、弯曲机构和切断机构四大部分组成。除了切断机构是由一台功率为0.35kw的小功率三相异步电动机带动之外，其它的机构均采用了液压传动。弯管方式采用辗压。在弯管的过程中，定模保持不动，固定在旋转平台上的动模进行靠模完成管子的加工。 由于主要采用了液压传动的传动方式，和其它的液压设备相同，该液压全自动弯管机在传动上大为简化，缩短了传动链，从而提高了动力的传动效率。本设备可以一次完成两根管料的同时加工，所以加工效率较高。另外本设备还有一个很大的特点：在生产过程中采用了芯轴机构来减弱管子弯曲截面的椭圆度和内壁管子内壁的褶皱。同时由于芯轴机构中顶

15、推弹簧的顶推作用，弯曲过程中管子外壁的开裂现象得到了很好的解决。2.2制冷热交换器U型管自动成型机的工作原理 该机为用于空调器登制冷器具中热交换器钢质关键的自动成型设备，机器的功能是通过送料、夹紧、弯曲、切断等动作。同时将两根直钢管连续逐断弯制成半径r=12.5mm的U形管（如图2）。 该机由主机、液压系统和电控系统组成。主机的卧式空腔机身采用钢板和槽钢焊接而成，主机的工作机构包括送料机构2、夹紧机构（送料夹紧3和弯曲夹紧4）、开有退件孔德定模10、附带芯轴机构7的动摸6、齿轮齿条式弯曲机构、杠杆式切断机构12、退件机构13（图2）等部分。 图2 制冷热交换U型管自动成型机工作原理示意图1-管

16、坯；2-送料机构；3-送料夹紧机构；4-弯曲夹紧机构；5-万向节式球头；6-动摸；7-芯轴；8-压缩弹簧；9-调整螺钉螺母；10-定模；11-退件孔；12-切断机构；13-退件机构。 除弯管机构置于机身下方外，其余机构均置于机身工作台上，两根待加工的管坯1在同一垂直平面内平行布置（图2）。该机采用压缩弯曲成型工艺，其自动循环工作过程为：送料夹紧机构3夹紧管坯送料机构2按要求的长度向右送料弯曲夹紧机构4将管坯夹紧，动摸6与定模10合模，同时带有万向节式球头5的芯轴7插入管坯1弯曲（动摸随弯曲机构转动）送料夹松开送料机复位，芯轴同时退开开模切断切断机构12复位退件机构13穿过孔11顶出管件弯曲机构

17、复位，同时弯曲夹松开，一个工作循环结束。通过螺钉螺母9调整万向球头式芯轴的伸出长度，可以消除弯曲成型过程中的管件外弧开裂或内弧褶皱现象。 机床的上述动作，除了切断机构的锯片旋转由功率为一天小型电动机通过皮带驱动和顶出机构由倩影电磁铁驱动外，其余均有液压缸驱动完成。2.3 设计液压传动系统的步骤1、明确对成型机主机液压传动系统的工作要求，是设计液压传动系统的依据，由使用部门以技术任务书的形式提出；2、拟定主机液压传动系统图：（1）根据U型管成型机的运动形式，合理地选择液压执行元件；（2）根据U型管成型机的性能要求和动作顺序，列出可能实现的各种基本回路。此时应注意选择合适的调速方案、速度换接方案，

18、确定安全措施和卸荷措施，保证自动工作循环的完成和顺序动作和可靠。液压传动方案拟定后，应按国家标准规定的图形符号绘制正式原理图。图中应标注出各液压元件的型号规格，还应有执行元件的动作循环图和电气元件的动作循环表，同时要列出标准（或通用）元件及辅助元件一览表。3、 计算主机液压系统的主要参数和选择液压元件。（1）计算液压缸的主要参数；（2）计算液压缸所需的流量并选用液压泵；（3）选用油管；（4）选取元件规格；（5）计算系统实际工作压力；（6）计算功率，选用电动机；（7）发热和油箱容积计算。4、进行必要的液压系统验算；5、U型管成型机的液压装置的结构设计；6、绘制液压系统工作图，编制技术文件，液压系

19、统的设计。2.2设计控制系统的步骤 1、制冷热交换器U型管自动成型机的工作状态分析； 2、主机液压系统各行程阀与电磁阀带电状态分析； 3、选用继电器型PLC（因为继电器型能够满足控制要求且价格比较便宜节约成本)、设计PLC的IO分配； 4、PLC控制系统梯形图和程序设计。 整个液压系统的控制一般分为普通继电器逻辑控制和PLC控制。传统的继电器逻辑控制系统比较，PLC不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。PLC具有较好的性能、高可靠性的保证，PLC逻辑判断和控制能力强，抗干扰能力强，可靠性好，故本次设计是采用以PLC为核心的控制系统。3. 工作进度及具体安排。20011年11月熟

20、悉设计课题，收集、整理资料并完成开题报告；20012年13月 毕业实习；20012年3.154.5 制冷热交换器U型管自动成型机液压系统设计；20012年4.64.20 制冷热交换器U型管自动成型机PLC控制系统的设计；20012年4.214.26 整理规范设计图纸；20012年4.275.2 翻译科技文献；20012年5.55.15 整理设计说明书，查缺补漏；检查图纸和论文的格式、规范等是否符合统一要求，准备答辩。4.指导教师意见（对课题方案的可行性、深度、广度及工作量的意见）。指导教师： 年 月 日5.教研室意见教研室主任： 年 月 日说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩

21、资格审查的依据材料之一，此报告应在指导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经指导师审查后签署意见生效。tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7