DWG-4D液压弯管机设计说明书

第一章液压传动技术的概述1.1液压传动的基本原理和特征1.1.1.基本原理：液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理。1.1.2.液压传动的特征：（1）液压工作介质是在受调节和控制下工作，故可作“传动”之用，亦可作“控制”之用，二者很难截然分开。（2）液压技术中，与外负载（推理或转矩）相对应的液体参数是压力；与运动速度（或转速）相对应的液体参量是流量。压力和流量液压系统中两个最基本的参数，压力的高低取决于负载大小，流量大小取决于速度高低和执行元件的主要尺寸（液压缸径或马达排量）。（3）如果忽略各种损失，液压传动的力（或转矩）与速度（或转速）彼此无关，既可实现与负载无关的任何运动规律，也可借助各种控制机构实现与负载有关的各种运动规律。（4）液压传动是以液体的压力能来传递动力的传递并且符合能量守恒定律，压力与流量的乘积等于功率。液压传动时省力，不省功。1.2液压传动发展的概况液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。迄今，大致经历了启蒙期、发展期、成型期和成熟期四个时期。尽管当今液压技术面临着来自电气传动及控制技术的新竞争和绿色环保的新挑战，但是由于其独特的技术优势，使其在国民经济发展中，将仍然发挥无可替代的重大作用。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。1795年英国约瑟夫·布拉曼(JosephBraman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油，又进一步得到改善。第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用，特别是1920年以后，发展更为迅速。液压元件大约在19世纪末20世纪初的20年间才开始进入正规的工业生产阶段。1925年维克斯(F·Vikers)发明了压力平衡式叶片泵，为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20世纪初康斯坦丁·尼斯克(G·Constantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究；1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。第二次世界大战(1941-1945)期间，在美国机床中有30%应用了液压传动。应该指出，日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近20多年。在1955年前后，日本迅速发展液压传动，1956年成立了“液压工业会”。近20~30年间，日本液压传动发展之快，居世界领先地位。我国的液压工业开始于20世纪50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。60年代获得较大的发展，以参透到国民经济各个领域。在机床、工程机械、农业机械、制造业、冶金、汽车、航空航天、船舶、运输以及军工等都有流体传动和控制技术。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得显著地成果，将推动液压传动技术更先进的方向发展。目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电液数字控制阀等。我国的机械制造工业认真消化和推广引进国外先进的液压技术的同时，也在大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步的发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。1.3液压传动在各领域的应用汽车工业━━自卸式汽车、高空作业车、消防车等工程机械━━挖掘机、装载机、推土机等机床工业━━铣床、刨床、磨床、压力机、组合机床、加工中心等农业机械━━联合收割机的控制系统等轻工机械━━注塑机、造纸机、校直机、打包机等起重机械━━起重机、吊车、叉车、液压千斤顶等冶金工业━━电炉控制系统、轧钢机控制系统等矿山机械━━开采机、提升机、液压支架等建筑机械━━打桩机、平地机、混凝土输送车、搅拌车等航空工业━━飞机起落架等船舶港口机械━━起货机、舵机等铸造机械━━压铸机、加料机等筑路机械━━压路机、铺料机等液压传动在其他方面应用也很广泛，像工业机器人，自动生产线设备等等，在此不再赘述。1.4液压弯管机的发展状况我国的弯管机加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，这个时期生产的青铜工具和生活工具，在制造过程中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。表明金属切削加工进入了一个新的阶段。有记录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。有可能将五铢钱穿在方轴上，然后装在木质的车床上，用手拿着工具进行切削。美国自20世纪60年代就开始使用垂直液压（即立式）弯管机，可以弯制152.4~762mm（6~30英寸）各种壁厚的钢管。70年代后，冷弯管机的性能进一步完善，同时，弯管内胎研制成功，与冷弯机配套使用，能够弯制薄壁高强度大口径的输油输气管道钢管，最大弯管直径达到1524mm（60英寸）。原苏联研制冷弯管机基本也是从20世纪60年代开始的，功能与美国机器相仿，但由于其主机液压系统采用卧式机构，平面占用空间较大，运输及现场摆布存在较大困难。目前，世界上有美国、加拿大和德国等发达国家近10家冷弯机生产厂，所产机型基本结构均为垂直液压式，内胎形式有气动式和液压式两种。气动式结构内胎优点在于行走速度快、弯管预制效率高，但需要另行配置空气压缩机，系统工作平稳性差，难以控制。液压式内胎借助于整机液压站，结构紧凑，且液压传动平稳可靠，能够保证管道在预判过程中不发生椭圆变形。如今我国弯管机的设计特点具有以下显著的特点：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。矫直辊一是防止在弯曲过程垂直方向变形，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。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。推送装置（由小车、床上、传动轴、牵引链等组成）推动钢管前进，在摇臂和导向辊作用下钢管产生弯曲。驱动装置他是推送装置的动力源泵站分高压和低压的两部分，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。随着科学技术的不断发展，弯管机的型式日趋多样化，弯管性能也在大幅度地提高。微型计算机、单片机、可编程控制器、先进的交流伺服系统以及新型液压元器件和液压技术的应用，使弯管机的功能更趋完美。液压弯管机是制品成型生产中应用较广泛的设备之一。自其问世以来，在实际生产中得到广泛的应用。目前，液压弯管机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，国内外液压弯管机的发展不仅体现在控制系统上，也主要突出在高效化、高速化、低能耗；机电一体化，以充分合理利用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的完善；自动化、智能化，实现对系统的自诊断和调整，具有故障预处理功能；液压元件集成化、标准化，以有效防止泄露和污染等四个方面。液压弯管机在液压系统的油路结构设计方面，国内外趋向于集成化、封闭式设计，插装阀、叠加阀和复合化元件，使其结构更加紧凑，更加微型。我国目前的液压玩管机主要有数控式的、电动的、手动等形式，以适用于不同场合。我国现在，由于西部的开发，因此在石油、天然气的输送上，采用的都是比较粗的钢管，故需要研制大口径的液压弯管机。1.5液压系统的组成及分类1.5.1.液压系统的组成（1）、动力元件。将机械能转换成流体压力能的装置，如液压泵。（2）、执行元件。将流体的压力能转换成机械能输出的装置，如液压缸、摆动缸、液压马达。（3）、控制元件。对系统中流体的压力、流量及流动方向进行控制和调节的装置，以及进行信号转换、逻辑运算和放大等功能的信号控制元件，如溢流阀、流量控制阀和换向阀。（4）、辅助元件。保证系统正常工作所需的装置，如油箱、管路、滤油器、管接头蓄能器等。（5）、工作介质。用它进行能量和信号的传递，液压系统是以液压油作为工作介质，如矿物油等。1.5.2.液压系统的分类1.液压缸

车辆用油缸、单作用油缸、液压机油缸、摆动油缸、单作用多级油缸（套筒油缸）还有双作用多级油缸以及弹簧复位油缸等多种。2.液压马达

液压马达，有齿轮马达、叶片马达、柱塞马达等，就是说几乎定量油泵在理论上均可作为马达作用。

3.低速大扭矩液压马达

（1）

内啮合摆线马达。

（2）

内曲线液压马达，分轴转和壳转两种型式。

（3）

双料盘轴向柱塞马达。

（4）

径向柱塞式液压马达。

（5）

球塞式低速大扭矩液压马达。

（6）

静力平衡低速大扭矩低液压马达。1.6液压传动的优缺点1.6.1.液压传动的优点1）传动平稳

在液压传动装置中，由于油液的压缩量非常小，在通常压力下可以认为不可压缩，依靠油液的连续流动进行传动。油液有

吸振能力，在油路中还可以设置液压缓冲装置，故不像机械机构因加工和装配误差会引起振动扣撞击，使传动十分平稳，便于实现频繁的换向；因此它广泛地应用在要求传动平稳的机械上，例如磨床几乎全都采用了液压传动。

2）质量轻体积小

液压传动与机械、电力等传动方式相比，在输出同样功率的条件下，体积和质量可以减少很多，因此惯性小、动作灵敏；这对液压仿形、液压自动控制和要求减轻质量的机器来说，是特别重要的。例如我国生产的1m3挖掘机在采用液压传动后，比采用机械传动时的质量减轻了1t。

3）承载能力大

液压传动易于获得很大的力和转矩，因此广泛用于压制机、隧道掘进机、万吨轮船操舵机和万吨水压机等。

4）容易实现无级调速

在液压传动中，调节液体的流量就可实现无级凋速，并且凋速范围很大，可达2000：1，很容易获得极低的速

度。

5）易于实现过载保护

液压系统中采取了很多安全保护措施，能够自动防止过载，避免发生事故。

6）液压元件能够自动润滑

由于采用液压油作为工作介质，使液压传动装置能自动润滑，因此元件的使用寿命较长。

7）容易实现复杂的动作

采用液压传动能获得各种复杂的机械动作，如仿形车床的液压仿形刀架、数控铣床的液压工作台，可加工出不规则形状的零件。

8）简化机构

采用液压传动可大大地简化机械结构，从而减少了机械零部件数目。

9）便于实现自动化

液压系统中，液体的压力、流量和方向是非常容易控制的，再加上电气装置的配合，很容易实现复杂的自动工作循环。目前，液压传动在组合机床和自动线上应用得很普遍。10）便于实现“三化”

液压元件易于实现系列比、标准化和通用化．也易于设计和组织专业性大批量生产，从而可提高生产率、提高产

品质量、降低成本。

1.6.2.液压传动的缺点1）液压元件制造精度要求高

由于元件的技术要求高和装配比较困难，使用维护比较严格。

2）实现定比传动困难

液压传动是以液压油为工作介质，在相对运动表面间不可避免的要有泄漏，同时油液也不是绝对不可压缩的。因此不宜应用在在传动比要求严格的场合，例如螺纹和齿轮加工机床的传动系统。

3）油液受温度的影响

由于油的粘度随温度的改变而改变，故不宜在高温或低温的环境下工作。

4)不适宜远距离输送动力

由于采用油管传输压力油，压力损失较大，故不宜远距离输送动力。

5）油液中混入空气易影响工作性能

油液中混入空气后，容易引起爬行、振动和噪声，使系统的工作性能受到影响。

6）油液容易污染

油液污染后，会影响系统工作的可靠性。

发生故障不易检查和排除1.7液压系统的图形符号如下图所示，采用了液压系统用的液压图形符号绘制成的工作原理图。使用了这些图形符号，可使液压系统图简单明了，更加直观，容易理解。有些液压元件的职能如果无法用这些符号表达时，可以采用它的结构示意图。1—油箱；2—滤油器；3—液压泵；4—溢流阀；5—节流阀；6—三位四通手动换向阀；7—液压缸图1.1液压系统1.8电动弯管机1.8.1电动弯管机的工作原理多数弯管机的基本工作原理是：通过确定合理的支点和受力点并施加一定的弯矩或弯曲力，使管材发生塑性变形，从而实现管材的弯曲成形。本次设计的DWG-4D型电动液压弯管机主要的工作部位由上下花板、锟轴、弯模和液压缸组成，对管材弯曲的方式是推弯。通过上下花板孔，将各个部件连接起来，形成确定合理支点和受力点。当液压缸活塞杆带动弯模伸出时，弯模与管材在接触，产生向前的力，而管材受到被上下花板固定的锟轴反作用力，形成力矩。随着弯模力矩的增大，当达到管材屈服强度极限时，管材产生塑性变形而弯曲。2.2主要技术参数曲率半径：4D弯管直径范围：21.3~108mm管材的壁厚：2.75~4.5mm弯曲角度：90°~180°最大推力：300kN使用电压：三相交流380适用温度：—20~50°C图2.1电动液压弯管机实物图第二章管材弯曲2.1管材的力学性能分析一般的管材通常为碳素结构钢，该材料受力变形的特点如图所示。（纵坐标为作用于材料上的力，横坐标为变形量）当力F小于Fe的时候，材料处于弹性变化阶段，受力移除后材料回复原状；当力F介于Fe和Fs之间的时候，材料处于屈服阶段，受力移除后不能恢复原状；当力F达到Fb的时候，材料达到强度极限，再增加力F，材料本身结构遭到破坏，产生断裂或强度不够产生危险。为管材的横截面积公式，用力F比上W为管材的许用应力，变形量比上材料原长度为应变量，因此可得相应的许用应力—应变量图（如图所示）。此图表现了从加载开始到破坏为止，应力与应变量的对应关系。由此可见，要是管材弯曲，所受力必须在与之间。若小于仅仅只是弹性变化，达不到弯曲的目的；若在与之间，虽有材料产生塑性变形，但只是材料强度降低，没有破坏材料，正是弯曲管材的所需；若应力大于时，材料被破坏，成为废品，此时的成为抗拉强度极限。管材材料的抗拉极限可从材料手册上查到。图2.2管材力学性能分析图2.2管材弯曲过程的分析2.2.1胚料受外力矩M弯曲管材开始是弹性弯曲，胚料的曲率发生变化，其后是变形区内外层首先进行塑性状态，并逐渐向材料中心扩展进行自由弯曲。期间，管材的外层在切向拉应力的作用下产生拉伸变形，而内层在切向压应力的作用下产生压缩变形。最后是模具和胚料互相接触并冲击管材的校正弯弯曲，达到所需精度或角度。而这三个阶段的弯曲力各不相同。在弹性弯曲阶段的弯曲力相对较小；在自由弯曲阶段的弯曲力比随行程的变化而变化；校正弯曲阶段的弯曲力随行程急剧增加。如下图：1—弹性弯曲阶段；2—自由弯曲阶段；3—校正弯曲阶段图2.3应变阶段2.2.2管材弯曲过程（1）、弹性弯曲阶段：当弯曲力矩不大时，在胚料变形区的内外二表面引起的应力小于材料的屈服强度，其应力分布如图所示（2）、弹—塑性弯曲阶段：当弯曲力矩继续增大时，胚料的曲率半径随着变小，胚料变形区的内外表面，先由弹性变形状态到塑性变形状态，以后塑性变形由内外表面向中心逐步扩展，如图所示。（3）、纯塑性弯曲阶段：当弯曲力矩增大时，胚料变形区的材料完全处于塑性变形状态，如图所示。图2.4弯曲变形及内切向应力分布图2.3工件工艺分析此工作件采用的是直径为108mm，壁厚为4.5mm的无缝钢管作为弯管件，材料为10号钢，其工件如图所示。弯管件要求不能有裂纹，不能有过大的外凸。不能有趋纹。图2.5弯管示意图2.4管材弯曲的计算及弯管能力的校核2.4.1弯曲最小半径的确定在管材弯曲工艺中，采用不同的弯曲方式来加工管材，其最小弯曲半径也各不相同。各种方式弯曲管材的最小半径如下表所示：表2.1管材弯曲时的最小半径r（单位：mm）弯曲方式压弯绕弯滚弯推弯最小弯曲半径（3~5）D（2~2.5）D6D（2.5~3）D注：D为管材外径本台电动弯管机采用推弯，依据上表可知，最小弯曲半径r为（2.5~3）D，取最大值r=3D。2.4.2管材中性层曲率半径（）管材中性层曲率半径根据公式算出，是切应力为零的那一层半径，这对弯曲管材有很大的影响和意义。其计算公式如下：本次设计的DWG-4D型液压弯管机，其自定型号的曲率半径为4D,所以有=4D=108x4=432（mm）2.4.3管材弯曲力矩的计算管材的弯曲是一个复杂的工艺过程，很难计算出他需要的弯曲力，采用计算其弯曲力矩。因而管材弯曲力矩的大小是确定弯管机力能参数的基础，它是根据力学理论分析和推到得到的估算公式。故弯曲力矩M为:其中为抗拉强度为管材内径为管材壁厚为屈服应强度为中性层的弯曲半径而根据10号钢的力学性能可知抗拉强度屈服强度伸长率 断面收缩率硬度：未热处理，所以取即2.5弯曲管材断面形状的畸变及其防止在管材弯曲时，不可避免的产生断面形状的畸变。在中性层外侧因受切向拉应力使其厚度变薄；在中性层内侧因受切向压应力使其厚度变厚，甚至产生受压失稳，使其断面形状完全破坏。在弯曲实心板材时，径向作用力影响不明显。而在管材的弯曲中，这种作用力能引起断面形状的明显变形，使圆管在弯曲后变成了椭圆形状，方管成了腹板内凹的断面形状。这种变形是有害的，实际生产中应尽量减小。管材形状的畸变可能引起断面的减小，增大流体流动的阻力。管材壁厚变薄后，降低了管件承受内压的能力。若其过度的变化，影响管材在结构中的性能效果。因此，在弯曲管材时，常常采用各种各样的防护措施防止断面形状的畸变。防止断面畸变的有效方法如下：1、在弯曲变形区用芯棒支撑断面，防止有害的变形。2、在弯曲胚内填充颗粒状的介质，流体介质，弹性介质或熔点低的金属等，也可以代替芯棒的作用，起到防止断面形状畸变的作用。3、阻止腹板在径向压应力作用下产生塌陷的方法，如应用局部加热的无模弯曲方法。4、把与管材接触的模具表面，按管材的断面形状，做成与之相吻合的沟槽，减小接触面上的压力，阻碍断面的歪扭，是行之有效的方法。为了获得正确的弯管断面形状，在生产中也时常在弯曲后采用校行工艺方法。常用的校形工艺有：在弯管内通以高压液体的液压校形；用钢球压入管内，并使之通过的钢球校形法等。在本设计中，为防止管材在弯曲的过程中产生断面畸变，采用芯棒的方法，即在弯管之前，给管材中插入软的芯棒。2.6管材弯曲成形的极限管材弯曲时，变形区里的应力状态和变性特点与板材弯曲变形相同。但是，由于管材的薄壁结构的断面形状能够引起许多新的问题，如断面形状的畸变、失稳等。所以管材成形极限也成了一个极为复杂的问题。管材弯曲成形的极限，包含以下几个方面：中性层外侧拉伸变形区内最大伸长变形不能超越材料塑性的极限值；中性层内侧压缩变形区内的受切向压应力作用的薄壁结构部分不致失稳起皱的成形极限；断面形状畸变的弯曲成形极限；如果管材有承受内压的强度要求时的变薄极限值。在制定管材弯曲成形工艺、确定工艺参数时，这四种成形极限的条件都要得到保证。2.7管材弯曲工艺的关键1.适当的施加弯曲力或弯曲力矩的方法，确保不致因外载施加不当而引起断面形状的畸变或局部塌瘪。2.以适当的方法或采取必要的措施防止弯曲变形区内胚料断面形状的畸变。3.应尽可能用简单的模具和弯曲设备。4.保证一定的生产率。2.8管材弯曲的回弹量管材弯曲时，塑性变形与弹性变形同时存在，当外载荷移除后，弹性变形恢复，因而使工件尺寸与模具尺寸不一致，这种现象称为回弹现象，回弹的大小用回弹量表示。其影响的因素有很多。2.8.1主要影响回弹的因素（1）、材料的力学性能；（2）、相对弯曲半径；（3）、弯曲角度；（4）、弯曲方式和模具结构；（5）、弯曲力矩；（6）、摩擦的影响；（7）、管材壁厚的影响。2.8.2减小回弹量的措施（1）、在接近纯弯曲的条件下，可以根据回弹值的计算或经验数据，对弯曲模工作部分的形状作必要的修正。（2）、利用弯曲胚料不同部位回弹方向不同的规律，适当调整各种影响因素，如模具的圆角半径、间隙、校正力矩、压力等，使相反方向的回弹互相抵消。（3）、把弯曲凸模做成局部突起的形状，或减小圆角半径部分的模具间隙，使凸模力集中的作用在引起回弹的弯曲变形区，改变其应力状态。2.9管材弯曲精度的要求及角度的检验第三章电动弯管机机械结构的设计电动弯管机的机械结构在弯曲管材中起着重要的作用，它是整个弯曲机构的核心部件，强度是否足够，关系使用者的人身安全及生产效率。电动弯管机的机械结构有很多种，是根据采取弯管方式而各异。我国的弯管机发展已有几十年的历史，基本上能与国际接轨，而弯管机的机械结构的设计日趋成熟，形状与国外并无大异。本设计中的弯管机的机械结构参照现有的样式设计，只在部分结构不同。3.1电动弯管机机构原理图电动弯管机的机构原理是利用上、下花板确定合理的间距将两根锟轴固定，把管材放入弯模与锟轴之间。当液压缸伸出带动弯模也向前伸出，使管材被牢牢的卡在中间，弯模继续伸出，在弯模与管材接触产生力，即弯曲力矩；而两根锟轴与管材接触点产生反作用力，即支点。当力不断地增大到管材塑性变形的极限时，管材开始变形弯曲，随弯模形成一定的角度。图3.1电动弯管机机构原理图3.2电动弯管机的机械结构的设计3.3弯曲模具的设计3.3.1弯曲回弹弯管机在22~108mm之间的管材弯曲，弯曲的模具则可配备很多不同半径的弯模。在弯曲过程中，由于弯曲力矩的撤销后，被弯曲的管材会产生回弹现象，这是材料本身和弯曲工艺的特点所产生的。对于回弹量来说，若回弹过大会影响管材弯曲的精度，故而在设计弯曲模具时，首先应考虑的问题。通常在弯曲模具的设计中，采用经验公式进行计算，取弯曲模具模块直径应小于两倍的弯曲管材曲率半径。具体计算公式如下：式中―弯曲模具模块半径，―弯曲管材的中性层曲率半径，―管材材料的抗拉强度，―管材的壁厚，―管材的外径，―管材材料的弹性模量，表3.1几种常见材料的弹性模量单位：材料名称低碳钢合金钢灰铁钢钢及其合金铝合金196~216186~21678.5~15772.5~12870在弯曲模具的设计时，通常考虑的回弹角度约为3˚~5˚，所以在弯模中间主接触位置略显突出，来减小回弹量。由于管材半径很多，所以没有代数值计算。本设计中，配备的弯模半径有：27、42、48、60、76、89、108，单位为4.3.2弧槽半径弯模上圆弧槽半径的确定因素有很多，经查书可知经验公式为：注：倒圆角半径一般可取1~24.3.3模具材料与表面粗糙度值的选择弯模可选用45#钢或50#钢制造，为了给弯管内缘均匀压缩创造有力条件，弯管模具圆弧槽的表面粗糙度值为佳。液压系统的设计与计算液压系统是液压设备的一个重要组成部分，它与主机的关糸密切，是整个设备动力运行的基本保障。液压系统的设计，关系到整个液压设备的性能和安全。液压系统的设计，必须从实际出发，重视调查研究，积极吸取或内外先进的技术，力求设计出结构简单、工作可靠、效率高、成本低、操作和维护方便的液压系统。液压系统的设计，一般主要出发点有两个，一个是注重于液压系统的工作性能，另一个则是注重于液压系统工作状态的绝对可靠性，通常这两种出发点穿插于设计中。本次液压系统设计的一些基本参数和要求如下：设计一台电动液压弯管机，其液压缸最大推力，液压缸油缸内径为110mm,液压缸活塞杆的快速伸出的速度为，工进时的速度为。在活塞杆工进完毕之后需快速退回，其活塞杆的快退速度为。活塞杆启动、制动的时间均为。4.1液压系统主要参数的确定4.1.1预选系统的设计压力本设备属于中等精度的工具设备，负载最大在工进阶段，其他状况下，负载不大，根据最大压力要求故参考《新编实用液压技术手册》，按GB/T2348―1993（），取初选液压缸的设计压力标准值=42。 4.1.2计算液压缸的主要参数为了满足弯管模具快进、快退速度的不同，且减小液压泵的流量，故将液压缸的无杆腔作为工作腔。在伸出时，采用用液压方式来（背压）防止活塞杆失控产生的冲击，使其平稳运行，保证安全。确定了油缸内径为110mm，根据《新编实用液压技术手册》，按GB/T2348―1993（），可得知油塞杆外径为85mm。4.2工况分析根据实际的需要，液压缸采用水平布置。由于电动弯管机的液压缸水平布置，且往返速度不同，故选用缸筒固定的水平单杆活塞缸，作为执行元件驱动弯模及弯曲机构对管材进行弯曲作业。液压缸的机械效率，0.90~0.95，取=0.91；取液压缸运动部件的质量为40（活塞杆和模具）。摩擦系数的选取：静摩擦系数=0.2，动摩擦系数=0.1。、液压缸活塞杆静摩擦力：液压缸活塞杆动摩擦力：==0.1×40×9.8=39.2、负载惯性力：取速度差0.023，启动时间=0.2则==4、工作负载力：、液压缸密封摩擦力：根据实际情况估取为=300根据以上的数据可计算出液压缸在各个阶段的负载情况如下表表5.1各阶段负载表各个阶段负载的组成负载（单位：QUOTE）快速阶段--启动378.4加速343.2恒速339.2工进阶段300339.2快速退回阶段--启动378.4加速343.2恒速339.2表5.1注：快进与工进的转换是由压力继电器控制的，进行自动转换、液压缸的工况图图4.1负载图像图4.2速度图像4.3液压回路方案的制定，拟定液压系统原理图4.3.1液压回路方案的制定（1）、调速方式与油源方案根据实际情况，考虑到弯管机弯曲工作时所需功率较大，故采用容积式调速方式。为了满足工进时速度为恒定值，采用变量液压油泵供油。即在启动到工作时，压力泵是无极变化，始终保持恒定的速度，压力随负载的升高而升高。在快进时，采用快速回路，使弯模迅速接近胚料进行弯曲作业，从而提高系统的效率，实现节省能耗。当液压反向退回时，压力泵的流量恢复到全流量。、方向控制方案由于系统压力和流量不大，故选用型号4WH10K40B的10通径液控换向阀作为系统的主换向阀；本设备采用电磁换向阀来控制换向阀电磁铁的通断来实现换向、速度换接和自动化。电磁阀单个控制液控阀，利用阀座内通孔连接以实现方向控制。、速度换接回路快进和工进时的速度换接有型号为2FRE10-40B的10通径调速阀来实现。调速阀有减压阀和节流阀两部分组成，节流阀和旋钮连接，通过改变过流面积来实现流量控制。、安全保护为了提高液压缸及弯模运动的平稳性，在液压缸回油路上设置单项调速阀，使液压缸在快速伸出对管材产生冲击，或失控时无法控制。在主油路上设置单向阀，防止工作时的高压油液倒流，损坏液压泵。为了保证整个系统运行的安全，在液压泵出油口并联一溢流阀，过载保护。、辅助回路为保证液压油液的清洁度，油泵出口设置吸油过滤器；为了监测整个系统运行状态与安全，液压泵工作的压力，在泵出口及其他油路上均设置压力表。同时，也可作为系统调压时的压力监测之用。4.3.2拟定液压系统原理图液压系统原理图是表示液压系统的组成和工作原理的图样。拟定液压系统原理图是设计液压系统的关键一步，它对系统的性能机及设计方案的合理性、经济性具有一定的决定性的影响。故此本设计根据实际情况拟定雏形的液压系统原理图，有待于在实践中进一步完善。液压系统原理图如下：1-千斤顶，2-调速阀，3-电磁球阀，4-液控换向阀，5-控制阀块，6-液控单向阀，7-溢流阀，8-变量泵，9-过滤器，10-油箱，11-单向锁座，12-球形截止阀，13-压力表图4.3液压原理图、控制阀块及控制原理表，如下：表4.1控制阀块及控制原理表控制阀动作D1D2F1F2推推推101011101010000000000(3)、根据液压系统原理图，简要的说明其工作原理如上图所示，液压泵在驱动电机的带动下正常工作。当液压弯管机的液压缸伸出时油液通过控制阀块5的电磁球阀D1位接通，通过液控换向阀的F1进入工作油腔液压缸快进，进行弯曲作业。在弯曲管材结束时，电磁球阀的D2位连通，通过控制换向阀的F2位进行换向，经过调速阀的调速，进行回程工作。整个工作中，液控单向阀主要起差动连接作用，备用快速回路。4.4液压元件的选型与计算液压元件的选型至关重要，是保证系统在正常条件下工作性可靠、基本性能指标正常、无危险发生。所以在液压元件选型时一定要严格按照设计及其计算所得数据进行液压元件的择优选型。4.4.1液压泵的选择由工况分析知，液压缸的最高压力出现在弯曲管材结束时，即，此时液压缸的输入流量较小，也就是进油路的液压元件较少。故液压泵至液压缸间的进油路压力损失估取为。由此算得液压泵的最高压力为：=+=31.6+0.5=32.6据上知，所需的液压泵最大供油流量，按液压缸的最大输入流量（）进行估算。取系统的泄漏系数，则：=1.1×23.98=26.378根据系统所需流量，初选变量液压泵的转速为。取液压泵的容积效率,根据下式进行计算：式中——液压泵的排量，；——液压的转速，；——液压泵的最大流量，；——液压泵的容积效率；根据以上数据计算得液压泵的排量参考值为：==19.54参考以上计算结果查阅产品样本，根据《新编液压技术实用手册》选用规格相近的25※CY14-1B压力补偿变量型斜盘式轴向柱塞泵。其额定压力,排量，额定转速，容积效率，故此其额度定流量为：==1500×25×0.92=34.5而系统所需液压泵的最大流量。由此可知，满足系统对流量的要求。5.4.2驱动电动机的选择由以上计算及分析可知，该系统在工进阶段时，负载功率最大，故按此阶段的液压泵所需驱动功率选择驱动电机。此时液压泵的工作压力，流量为，取驱动电机的机械效率，根据公式计算：=式中——驱动电动机的功率，；——液压泵工进时的流量；——驱动电机的机械效率；由公式得，驱动电机的功率为：===5.09参考以上计算数据查阅产品样本，根据《液压传动设计指南》张利平选用规格相近的Y132S-4型封闭式三相异步电动机，其额定功率，额定转速为，重量为。按所选驱动电机转速和液压泵的排量计算，液压泵的最大实际流量Q为：由此可知，，故满足系统的需求。5.4.3液压阀的选取原则液压阀的选取原则：按照所拟定的液压系统原理图，并根据系统的最高工作压力和通过该阀的最大流量，从产品样本中选取标准液压控制阀。要求阀的额定压力和额定流量，一般应大于系统工作压力和通过该阀的最大流量。必要时允许通过阀的最大流量可超过流量的20%，但不能过大，以免引起发热、噪声、压力损失增大等。溢流阀应按泵的最大流量选取；流量阀应按系统中流量调节范围选取，其最小稳态流量应能满足工作部件最低稳定速度的要求。对于可靠性要求特别高的系统来说，阀类元件的额定压力应高出其工作压力较多。根据所选的液压泵规格及系统工作状况，选取的液压元件如下表所示： 表4.2选取各类液压元件明细表元件名称参数值参数数量额定压力（）型号通径（）生产厂家溢流阀142DBDS10K10B10北京华德液压液控方向阀1424WH10K40B10北京华德液压单向阀242S10K11B10北京华德液压调速阀1422FRE10-40B10北京华德液压节流阀142MK10G1.2B10北京华德液压液压缸自行设计自行设计自行设计自行设计自行设计压力表开关142AF6EP30/Y40010榆次液压件厂电磁阀142M-3SEW6C-30B10北京华德液压液压缸的设计及其计算液压缸是液压系统中的执行元件，它的职能是将液压能转换成机械能。液压缸输入的是流体的流量和压力，输出的是直线运动速度和力。液压缸作为系统的执行元件，是系统性能及功能的体现，所以在设计时应综合考虑其工作循环、负载条件、整体及零部件的工作条件、材料使用、强度及刚度、生产工艺、连接及拆装操作、密封、缓冲及排气等要求，协调各零部件的结构尺寸与位置关系，同时还要对其外观造型、经济性等给予足够的重视。液压缸的组成：由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置及排气装置等部分组成。其中，缓冲装置和排气装置是根据具体实际应用场合而定，其余的是必不可少的。通过上章的初步计算可知液压缸的基本尺寸，液压缸内径，活塞缸的直径。5.1液压缸设计中应注意的问题1、尽量使活塞杆在受力状态下承受最大负载，或在受压状态下活塞杆具有良好的纵向稳定性。2、液压缸各部分的结构尽可能按推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽量做到结构简单、紧凑、加工、装配和维修方便。3、考虑液压缸行程终端处的制动和液压缸的排气问题。4、正确确定液压缸的安装和固定方式，考虑液压缸的热变形，它只能一端定位。5.2主要结构尺寸的设计与选用5.2.1缸筒壁厚的计算液压缸缸筒的壁厚一般指缸筒的厚度，是否能承受系统工作压力的关键。缸筒壁一般可分为薄壁和厚壁。当液压缸内径与其厚度的比值的为薄壁；相反亦为厚壁，工程机械所用液压缸大多属于薄壁圆筒结构形式，其壁厚计算公式如下：式中——实验压力，；工作压力，；工作压力时，。D——液压缸内径，；——缸体材料的需用应力，；——缸体材料的抗拉强度，；——安全系数，一般n=1.5～2.5，取n=2.5本次设计，缸筒材料采用45#钢制造，其许用应力为：则缸筒的壁厚为：参照《液压传动设计指南》张利平，选取标准值，液压缸的外径，即。1-接头座，2-缸套，3-油管，4-左端盖图5.1缸套示意图5.2.2液压缸的油口尺寸一般液压缸的油口包括油口孔和连接螺纹。油口可设在缸筒或端盖上，油口孔径应根据活塞最大运动速度和油口最高液体流速确定，其公式如下：式中——油口孔经,；D——液压缸内径,；——液压缸的最大运行速度,；——油口的液流速度，；一般取液流速度不等于5，取=5。代入数据计算油口孔经为：参考《液压传动设计指南》张利平取标准值，其螺纹尺寸为（GB/T2878—1993）。5.2.3液压缸缸底厚度的计算液压缸的缸底有许多种形式如平底、拱形等。一般多为平底，其厚度的大小影响整个缸的工作性能，故在设计计算时要进行一定的强度校核。缸底厚度的计算与校核可参照四周嵌住的圆盘强度公式进行近似计算，其公式如下：当缸底无有口时：参考《液力传动与气压传动手册》选取标准值。图5.1端盖示意图5.2.4活塞与活塞杆的计算（1）、活塞与活塞杆的连接形式有三种，一般根据具体的工作压力、活塞杆直径及机械振动的大小进行选择。其分类如下：A、整体结构式适用于工作压力较大而活塞直径又较小的情况B、螺纹连接式常采用的连接方式用于压力一般的情况C、半环连接式用于工作压力和机械振动较大的情况注意：对于非整体式结构，需设定锁紧措施，以免工作时因往复运动而松开。同时，应在活塞与活塞杆之间需设置静密封，防止泄漏。在本次设计中，依据实际工作状况，活塞与活塞杆连接采用整体结构式连接，。（2）、材料的选择活塞杆、活塞的材料采用实心活塞杆，材料为45#钢，活塞杆的粗加工之后要要调质到硬度为229～285HB。活塞在外径加上耐磨环。活塞杆强度的校核1）、活塞杆是液压缸的重要工作部件，它的强度决定液压缸的工作能力和性能。若其强度不够，易发生不安全事故，或者导致整个液压系统瘫痪失去正常工作的能力。活塞杆的强度校核公式如下：式中——活塞杆上的作用力，N；——活塞杆材料的许用应力，；（取=240）依据上市计算得：而，因此知活塞杆强度足够。2）、另有，活塞杆一般都设计有螺纹、退刀槽等结构。这些部位往往均是活塞杆上的危险截面，为了保证强度，需进行强度校核，其计算公式如下：式中——为活塞杆上的拉力，；——危险截面直径，m；根据实际情况取，代入数据得：由于，故强度足够。3）、活塞稳定性的验算若时，活塞杆需进行弯曲稳定性的验算，为安装距离。本设计的安装距，故不需进行稳定性的验算。图5.1油塞杆示意图5.2.5液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度一般是根据执行机构实际工作的最大行程确定，并参照下表选取标准值。表5.1液压缸行程系列(GB/T2349-80)油缸内径行程2550050630808001001000125125016016002002000250250032032004004000本设计依据实际工作的最大行程选取标准值L=800mm。5.2.6液压缸最小导向长度的计算当活塞杆全部伸出时，从活塞支撑面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度。如果导向长度过短，将使液压缸因间隙引起的初始挠度增大，影响液压缸的工作性能和稳定性。因此，在设计时必须保证液压缸有一定的最小导向长度。对于一般的液压缸，最小导向长度应满足下式：式中L——最大工作行程，mm；D——缸筒内径，mm；最小导向长度为：参考《实用液压技术丛书——液压缸》臧克江，取标准值最小导向长度5.2.7缸筒与缸盖的连接液压缸的缸筒与缸盖的连接方式有很多，如螺纹连接、螺栓连接、焊接、半环连接。本设计采用螺纹连接，结构紧凑。5.2.8排气与缓冲（1）、缓冲的设计当液压缸中活塞运动速度在6以下时，一般不设缓冲装置，而运动速度在12以上时，必须设置缓冲装置。本设计中液压缸活塞杆的最高速度为3.8，故不需设置缓冲装置，靠自身的密封阻力即可完成缓冲作用。（2）、排气的设计液压缸在安装过程中或长时间停放重新工作时，液压缸里和管道系统中会渗入空气，防止执行元件在工作中出现爬行、噪声、振动和发热等不正常现象，需把缸中和系统中的空气排出。液压缸的排气装置一般设置在液压缸最高处的端部或者把进出油口设置在最高处，随油液带走。排气的方法有：放气孔、放气阀、放气塞等。依据液压缸工作情况的需要，排气装置采用放气锥塞，当液压缸工作一定时间，松动放气锥塞，将缸内或系统中的空气排出，即定期排气。5.3密封与防尘的选择5.3.1活塞与缸筒的密封结构活塞与缸筒之间既有相对运动，又需要使液压缸两腔之间不泄漏。因此在密封结构上应慎重考虑，否则将会影响液压缸的效率和系统的工作性能。活塞与缸筒的密封结构通常有三大类，如下：间隙密封用于低压系统中的液压缸活塞的密封活塞环密封适用于温度变化范围大，要求摩擦小、寿命长的活塞密封密封圈密封a、o形密封性能好，摩擦因数小，安装空间小b、y形用在20压力下，往复运动速度较高的液压缸密封Yx形耐高压，耐磨性好，低温性能好，逐渐代替Y形密封圈V形可用于50压力下，耐久性好，但摩擦阻力大U形用于32一下的系统中，密封性好，阻力较小在本设计中，根据实际运动的需求，活塞与缸筒之间采用O型密封圈进行密封。5.3.2活塞杆的密封与防尘在液压缸内部装有密封装置以保证缸筒有杆腔的密封。同时，在外侧装有防尘圈，防止活塞杆在退回时把杂质、灰土及水分带到缸体内部，损坏内部结构，故需要密封与防尘结构。一般活塞杆密封与防尘结构有四大类，如Y形密封圈、U形夹织物密封圈、O形密封圈、V形密封圈。本次综合考虑，活塞杆的密封与防尘结构采用O型密封圈，因其结构简单，密封性能好，使用寿命长，摩擦力小。注：因实际有很多小类形，具体结构很多，所以以上密封圈的具体型号及结构参考《液压传动设计指南》张利平进行选取，此处不再赘述。液压系统性能的验算液压系统在初步确定之后，就需对系统有关性能加以验算，来判别系统的设计质量，并对液压系统进行完善和改进。系统的验算是一个较为复杂的问题，验算的项目很多，因此目前只采用一些简化的公式进行近似的估算，以便定性的说明情况。常见的验算项目有压力损失、雷诺数、系统发热温升等验算。6.1雷诺数雷诺数是确定油液在管道流动的状态。对于液压系统来说至关重要。液流的状态可分为层流和稳流。层流时，液体流速较低，粘性力起主导作用，液体的能量损耗主要是摩擦损失，它直接转化为热能，使液体温度升高；紊流时，液体流速较高，粘性力减弱，惯性矩起主导作用，液体的能量损耗主要是动能损失，它使液体搅动混合，产生漩涡、尾流，造成气穴，撞击管壳，引起振动和噪声。从上分析可知，在实际生产中人们总是希望液流状态为层流状态，这对系统十分有益。因此用临届雷诺数来判定。查阅《流体力学与液压传动》，可知橡胶管临界雷诺数为。按选定的液压元件接口尺寸确定，油液运动黏度，液压油管中最大流量，由此计算得：因，故系统管道内液体流速状态为层流，符合系统所需。6.2压力损失的验算根据前面已经计算出该液压系统进出油口直径分别为10、16，由于实际管路的布置尚未确定，故无法计算管路上的压力损失。6.3液压泵工作压力的估算纵观液压缸循环工作的整个过程中，在工进阶段，液压泵的工作压力最高，因此选取工进阶段作为估算，取压力总损失为，实际工作压力为：所以液压泵的实际工作压力为32.1，取液压泵总效率，则：液压泵实际额定压力为因，故满足要求。6.4系统温升的验算在整个系统工作中，工进阶段所占的时间最长，此时液压泵的工作压力高，功率损失大，发热量增大。故此主要考虑工进时的发热量。工进时的流量工进时的速度=12=720工进时泵的出口压力为=31.6此时液压泵的总效率为=0.9，液压缸的输入功率为：5.9液压缸的输出功率为：此时液压缸的功率损失为：假定系统的散热状况一般，取系统的温升为：根据《液压气动与液力工程手册》可知，油箱中的温度一般适宜为，而验算系统的温升为，所以验算表明系统温升在许可范围之内，不需要外加冷却系统。液压站的设计液压站是液压系统重要的组成部分，是整个装置功能的基础，其是由油箱、液压控制阀及其液压泵组装置等部分组成。7.1液压站的结构形式液压站的结构形式有分散式和集中式两种类型，同时还有其它分类的形式。7.1.1分散式将液压系统的液压泵及驱动电机，执行元件，控制阀和辅助元件按照主机的布局、工作特点和操纵要求分散设在主机适当位置上，液压系统各元件通过管道逐一连接起来。其优点：节省安装空间和占地面积；缺点：元件布置凌乱，安装维护复杂，动力源的振动及发热等，将对主机的精度产生影响。7.2.2集中式将系统的执行元件按在主机上，而将液压泵、辅助元件及控制元件安装在主机之外，集中设置、布局，所谓液压站。其优点：具有外形整齐美观，便于组装维护，便于采集和检测电液信号以利于自动化，可以隔离液压系统的振动、发热等对主机精度的影响。缺点：其占地面积大，特别是强烈热源和烟雾及粉尘的机械液压设备，有时需要专门的隔离室。在本次设计中，液压站采用集中式，以利于实际生产的需要。7.2液压泵的安装方式液压系统的动力装置包括液压泵、驱动电机及联轴器等。具体的安装方式分为立式和卧式。立式将液压泵与之相联接的电机径向放在油箱内，这种结构紧凑美观，同时，能保证电机与液压泵的同轴度，吸油条件好，漏油可直接回油箱，并节省占地面积。但安装不便，散热条件差等卧式液压泵及电机、管道都安装在液压油箱外面，安装维修方便，散热条件好，但不能很好的保证泵轴与电机的同轴度。在本次设计中，考虑到安装与维修的要求，采用液压泵立式联接。7.3电动液压弯管机产品说明书及注意事项7.3.1DWG—4D型电动液压弯管机使用方法

1、将电动液压弯管机开关拧紧、支承轮和模子与被弯工件接触部位涂润滑油脂。2、根据所弯管材大小，选择相应的弯模，装在活塞杆顶端，将两个支承轮相应的尺寸槽面向着弯模，特别注意支承轮应放在翼板面边的所相应尺寸孔内，“最大规格最外孔。以此类推。避免两支承轮位置不对称，造损坏模子及机件。

3、放好工件后将上翼板盖上，先用快泵使弯模压到工件件，再用慢泵将工件压到所需角度，弯好后打开关,工作活塞将自动复位，翻开上翼板，将工件取出。7.3.2注意事项：1、电动液压弯管机使用前首先检查油箱内的油是否充足，如不足应加满。

2、工作前开关—定要关死；否则压力打不上，并把加油螺塞拧松，以便油箱通气.

3、所弯管材的外径一定要与弯模凹槽贴合，否则工件会产