机械毕业设计（论文）高效自动切管机设计（液压）【全套图纸】

1、第一章 总述本次设计的高效自动切管机是无缝钢管生产线上的一台液压传动部分机器，这部分的主要内容包括：涉及题目及其任务书，总体方案的布置、水平刀架液压传动的传动原理及其示意图。1.1 设计题目与概述1.1.1 设计题目与概述题目：高效自动切管机概述：主要包括高效自动切管机的特性；切管机的作用；切管的加工要求；切管的基本问题；无缝管的生产过程、技术要求、质量要求、传动原理及技术性能；设备的安装形式、维护制度；在生产中存在的问题、现场处理措施；切管机的优缺点比较；国内外切管机的最新发展及特点等等。1.1.2 设计要求及目的1. 了解并掌握高效自动切管机的特点及其工艺过程；2. 深刻领会高效自动切管机

2、的作用、工艺要求及其生产实践中遇到的基本问题和解决的办法；3. 善于比较切管机的优缺点，灵活掌握现场处理措施，并注意跟踪国内外切管机的最新发展及特点；1.1.3 技术参数及性能1. 翻板拉杆： 速度 行程 450mm2. 水平刀架： 管径 壁厚 8-18mm 主轴转速 150r/min 主电机转速 825r/min 进给量 0.4mm/r 快进速度 快退速度 工进行程 50mm 快进行程 160mm 快退行程 210mm 刀具材料 yt15 刀具主偏角 90 刀具副偏角 10 刀具耐磨时间 90min 钢种 45# 油缸行程 155mm 3托 架： 速度 行程 35mm 油缸个数 4 4. 夹

3、紧拉杆： 速度 行程 170mm1.1.4 毕业设计任务：1.完成毕业实习并上交实习报告；2.专题外文资料翻译5000以上印刷符号；3.完成与设计题目相关的专题小论文的撰写工作，题目自定，不小于3000汉字；4.设计计算说明书，在2万字左右。5.制图：1) 主轴箱外观图，0#；2) 主轴箱装配图，0#；3) 卡盘装配图，0#；4) 夹紧机构局部视图，1#；5) 液压原理图，0#；6) 零件图，2+2#。1.2 总体方案布置1.2.1 作用分析 本次设计的高效自动切管机是一种专用的切断机床，它适用于大批量、自动或半自动的切断无缝钢管的头部或尾部，紧接着对切断后的两端进行倒角。它通过机电液一体化的

4、设计与综合，能够实现自动化控制，而且在其生产过程中效率高，操作方便、快捷，该设备已广泛应用于无缝钢管的生产领域，因此对该设备的性能和生产工艺过程的掌握显得无比重要。在生产过程中我们主要通过电来控制液压阀，接着再依靠液压阀的动作来控制液压缸的动作，最后通过液压缸活塞杆的伸出和缩回以及各种运动速度来完成对钢管的切头切尾和倒角。1.2.2 自动切管机的操作过程该系统的重要功能是对无缝钢管切头切尾和倒角，先将其工作过程叙述如下：1. 钢管通过输送轨道输送到停料台；2. 通过翻板将停料台上的钢管翻到另一输送轨道上去；3. 钢管经轨道输送到切管机内的调配位置，伸出的多余的废钢将被切掉；4. 由滚子托架把钢

5、管支起，使钢管能在托架上转动，并避免钢管和轨道的摩擦；5. 夹紧装置把钢管夹紧；6. 主轴旋转；7. 刀台快进工进，使刀头接触到钢管处，然后进行切断动作；8. 切断后刀台快速退回，同时另一自动刀架对已切各钢管进行倒角（倒内角）；9. 主轴减速并停止转动；10. 夹紧装置放松；11. 托架放下；12. 钢管由输送轨道退出切管机；13. 翻板把头部切制好的钢管赶到对齐的轨道，然后再进行切尾工作（同切头）；14. 切尾动作循环同切头相同；15. 此时，即可放下另一根钢管，从而实现了一个工作循环。现在联系此次设计的主题和重点，我着重进行了液压传动设备的设计，主轴箱减速器虽然也是一大重点，但由于以前的机

6、械设计课程设计已进行过详细的设计，在此只是粗略的设计，并不作为此次设计的重点。1.2.3 自动切管机的组成部分 1. 钢管输送轨道 2. 翻板机构 3. 停料台 4. 托架 5. 刀台 6. 夹紧装置 7. 机械传动部分 8. 液压控制回路 9. 液压泵 10. 油箱 11. 液压缸 12. 机架 13. 其他辅助设备1.2.4 设备的布置及安装位置 包括停料台的位置，翻板的位置，托架的位置，夹紧装置的位置，各种油缸的数量、位置，水平刀架的位置，液压装置的位置以及有关附属设备的用途，安装位置等。其详细位置见图1.1 图1.11.2.5 草拟整个系统的工作原理图在没有选取整个系统中个执行元件和控

7、制元件的前提下，初步设计能够实现该机构各个执行动作的简单原理图。然后再通过以后的计算与选取确定具体的原理图。初步设计其原理图如图1.2 图1.21.3 水平刀架液压系统控制原理1.3.1 控制原理的叙述 该系统由液压泵供给压力油，压力油通过推动活塞带动活塞杆运动，从而带动与活塞杆想连的齿条运动，通过齿条，水平刀架和刀台将液压缸的推力转换成刀台一侧钢管的切削力。与此同时，与水平刀架相连的齿条又通过同步齿轮把活塞杆的推力转换成钢管另一侧的切削力，从而最终实现两刀台同时工作，现将水平刀架的工作原理图简化如下： 图1.3第二章 液压系统计算2.1 刀架液压缸负载的确定2.1.1 切削力的计算由参考资料

8、1,表4-1知切削力： =9.81 n （2.2）背向力：=9.81 n （2.2）其中，是取决于被加工金属和切削的条件的系数。分别是公式中和背吃刀量，进给量f和切削速度v有关的系数。，当实际加工条件与所求的经验公式的条件不符时，各种因素对切削刀的修正系数。=367 =142=0.72 =0.73=0.8 =0.67=0 =0而设计资料参1，表4-3又已给定，进给量f=0.4mm/r,背吃刀量=4mm； （2.3）而式中=。当=590mpa时，大于0.588gpa,因而，计算时，取0.75，计算时，取=1.35，所以 =0.944=0.902根据刀具主偏角是，刀具材料是yt15，由参考资料 4

9、-4查得分别取：=0.89 计算（）时=0.50 计算（）时所以 =0.9440.89=0.840 =0.9020.50=0.451把上述各个系数和指数带入已知公式得切削力：n=3.9kn背向力：n=0.9kn切削时消耗的功率 （2.4） 式中 切削速度为m/s; 切削力为n。而 式中是待加工钢管的直径为219mm ,n为主轴转速n=150r/min=2.5r/s所以=m/s=1.72m/s, 又有已经求得=3.9kn所以 =3.91.72kw=6.708kw p=2=26.708kw=13.416kw根据设计经验和相关资料，从电机到主轴的总的传动效率取为=0.90，则所需的电动机的功率为 p

10、=kw =14.907kw由主电机的转速=825r/min,根据参考资料2，续表26-2 表2.1型号额定功率/kw满 载 时电动机重量/kg转速/效率功率因数j02-71-61717088.5%0.84236 2.1.2 缸上负载的确定 液压缸上负载主要是由切削力及刀台与导轨的摩擦力还有液压缸密封处的摩擦力所引起的，而一般情况下密封处的摩擦力比较小，可以忽略不计，只需计算前两项即可确定液压上的负载。参5，表1-1-7：1. 切刀的进给方向与液压缸活塞的运动方向相同，又有两把刀同时切削，故其引起的载荷： r=20.9kn=1.8kw刀架与导轨之间的摩擦力也与液压缸的运动方向相同，根据参考资料查

11、得铸铁与铸铁的静摩擦系数=0.16；铸铁与铸铁的动摩擦系数=0.1。现取刀架的自重为600kg，刀台与托架之间的静摩擦力 =g=0.1660010=960n （2.5） 动摩擦力 =g=0.160010=600n (2.6) 图2.1由图2.1钢管的受力分析图，可求得导轨的动摩擦力 1200n油缸的最终负载为 f=r+=1.8kn+1.2kn=3kn2.2 液压缸主要参数的确定2.2.1 液压缸的工作压力 由前面已经计算出的液压缸的活塞杆的受力为3kn据参考资料6表19-6-3液压缸的公称压力系列（gb7938-87），初选液压缸的公称压力为1.6mpa。2.2.2 活塞面积和直径的确定根据现

12、场经验，先取液压缸无杆腔与有杆腔的面积比为=1.6，则根据无杆腔的面积的计算公式 (2.7)式中：f液压缸的工作载荷，已算f=3kn； 液压缸的总效率，取=0.90 系统的工作压力，已经选取=1.6mp 液压缸的背压，0.51.5mp，取=1mp所以又 根据参考资料液压缸的内径系列，选液压缸的内径为80mm。2.2.3 液压缸活塞杆直径的确定 有液压缸的内径d=80mm，而有杆腔与无杆腔的面积比为，可求活塞杆的面积为 （2.8）活塞杆的直径 d=48.94mm根据参考资料活塞杆的内径系列，取d=50mm,则面积比 =1.64 （2.9）初步确定液压缸的参数如下表 表2.2缸筒内径d活塞杆直径d

13、两腔面积比80mm50mm1.642.2.4 活塞杆的强度校核该活塞杆在稳定的工况下，只承受轴向的拉力或推力，可以近似的用枝干承受拉力负载的简单强度计算公式进行计算 （2.10）式中 f液压缸的最大工作载荷，已算f=3000n; d活塞杆的直径，已选d=50mm;而，其中，为材料的屈服极限，根据活塞杆的材料为45#，调质处理，根据相关的材料，查得=370mmp,为屈服安全系数，一般为=24，取为=4，则=mpa=92.5mpa,因而 pa=1.5mpa故液压缸活塞杆的强度足够。2.2.5 活塞杆的稳定性校核 根据常识，当杆的长度大于其直径的十倍时，方需对杆的稳定性进行校核，而液压缸活塞杆的长度

14、应在155mm（液压缸的行程为155mm），而其直径为d=50mm，不满足进行稳定性进行校核的条件，不用对其稳定性进行校核，再者该活塞杆只需承受轴向拉力或压力，并无偏心载荷，无需对其稳定性进行校核。2.2.6 液压缸筒壁厚的确定 由参考资料6，表19-6-12 知： 式中 缸筒材料强度要求的最小值，m; 缸筒外径的公差余量，m; 腐蚀余量，m;假设，可用胞壁缸筒的使用公式计算 式中 缸筒承受的最高工作压力，已算为1.6mpa; d缸筒的内径，已选为80mm; 缸筒材料的许用应力。其中mmpa,根据缸筒材料为45#，调质材料，查资料知=660mpa, n为安全系数，通常取5，所以=132mpa,

15、所以 m=0.48mm根据缸筒材料得出的缸筒的最小壁厚为0.48mm，只需满足大于等于再假设（0.08，0.3），此时缸筒壁厚的使用公式 m=0.43mm缸筒壁厚的计算过程同上，详细过程略，=0.1416mpa时，则其管道的内径的计算公式为 （2.38）式中 流体流量，； 油管允许的流速，按推荐之选取。对于吸油管 对于回油管 查参表17-8-2取吸油管为d=10mm回油管为d=20mm根据参考资料选取吸油管的公称通径为d=10mm,钢管外径为d=18mm,管壁厚度为，管接头螺纹为m181.5；回油管的公称通径为d=20mm钢管外径为d=28mm,管壁厚度，管接头螺纹m272mm.2.6.2 蓄

16、能器的选择 蓄能器是液压系统中的一种能量储存装置。其主要功能是将系统中的能量储存起来，在需要时又重新放出，有时也起吸收系统冲击和脉动的作用。一次蓄能器可以作为辅助器件，是应急的动力源，可以补充系统的泄漏，稳定系统的工作压力，以及吸收泵的脉动和回路上的液压冲击等。在含有蓄能器的系统中起主要作用就是维持系统压力稳定并吸收脉动。2.6.2.1 泵的流量的计算 设置蓄能器的液压系统中汽泵的流量是根据系统在一个工作循环期中的平均来选取的，由参考资料表17-8-94得： l/min (2.39)其中 一个工作循环的耗油量总和； 泄漏系数，一般取=1.2。由前面的计算值=1.72l/min2.6.2.2蓄能

17、器的有效工作容积的计算 因为该蓄能器作蓄能作用，可近似看作绝热过程中工作，由前面的计算可知该蓄能器的最高工作压力，最低工作压力为。其有效工作容积的计算公式为： （l） (2.40)其中 最大耗油量是各执行元件耗油量的总和（l）； 泵站总供油量 l/min; 泄漏系数，一般取=1.2所以 及泵站在一个工作循环的供油量： 所以 因蓄能器的最高工作压力为，为使其在输出有效工作容积的过程中机构的压力相对稳定，现取 同时为保护胶囊，延长其使用寿命，取 故蓄能器的总容积： （2.41）式中 如前面所计算 n指数，绝热过程时n=1.4，则=0.715； 有效工作容积所以 故由以上的计算结果，查资料蓄能器系列

18、，选取hxq-b10d型，活塞式其技术参数如下表型号容积/l工作压/mpa耐压/mpa重量/kghxq-b10d101725.5732.6.3 油箱的选择油箱子系统中的主要功能是储油和散热，还起着分离油液中的气体及沉淀物的作用。1. 发热计算1） 液压泵的功率损失 （2.42）式中 液压泵的输入功率，其值为1.8kw; 液压泵的总效率，常取0.8。则 2）阀的功率损失其中泵的全部流量流经溢流阀返回油箱时功率损失为最大，此时有： （2.43）式中 溢流阀的调定压力，为1.92mpa 经过溢流阀返回油箱的流量，1.72所以 3）管路及其其他功率损失由经验公式有 （2.45）4）系统总的功率损失系统

19、总功率损失即为系统的发热功率即为上述各项损失的总和，他们最终都转化为系统的发热，故有 2油箱容积的计算： 当油箱的传热系数为时，得油箱的自然散热的最小体积 （2.46） 其中 环境温度，根据工况取为293k; 油液允许的最高温度，取为313k.将已知数据代入得 由上述数据选取油箱型号为ab40-33，不带支撑脚的矩形油箱。 表2.16规格工作容量/l工作容积/l重量/kg8008891273702.6.4 其他辅助元件的选择2.6.4.1 压力表的选择 因为该系统在1.92mpa的压力上工作，而系统的工作压力有不止一个，故须选用合适的压力表来准确表明系统的工作压力，据参考资料选择y型压力表 y

20、-60。2.6.4.2 加热器的选择为防止油液温度过低，粘度太大，而影响液压泵的吸入性能，必须设置加热器，在油液温度低于所需要的温度时对其进行加热，选取sry型加热器。其技术参数如下 表2.17型号功率/kw电压/v浸油长度/mmsry2-220/332206252.6.4.3 空气滤清器的选择在液压系统的开式油箱中，为了防止灰尘进入油箱污染油液，对进入油箱中的空气过滤清洁，所以必须设置空气滤清器，选用ef型空气滤清器其规格如下 表2.18型号加油流量空气流量油过滤面积47l/min450l/min2.6.4.3过滤器的选择在选择过滤器时，以满足一些基本要求：1） 过滤精度应满足液压系统的要求；2） 具有足够大的过滤能力，压力损失较小；3） 滤芯及外壳应有足够的强度，不使油液压力受损；4） 有良好的抗腐蚀性，不会对油液造成化学反应和机械污染；5） 在规定的工作温度下，能保持性能稳定，有足够的耐久性；6） 清洗维护方便，更换滤芯容易；7） 结构简单紧凑，价格低廉。考虑以上因素，参考资料，一般叶片泵的过滤精度为3050，液压缸的过滤精度