毕业设计（论文）-拉弯机整体结构设计

ADDINCNKISM.UserStyle拉弯机整体结构设计OVERALLSTRUCTURALDESIGNOFTHEBENDINGMACHINE

摘要本文的主旨是根据现有的一些国内外拉弯机生产厂家的现有资料以及发展现状，对拉弯机的原理、用途以及结构进行详细介绍，同时参考现有的产品，对其提出一些缺点和不足，同时也会对其中一些优势加以采用。在本文中，对拉弯机的关键技术问题进行了一定的探究和改进，同时是带着问题去深入探索一些关键技术。通过提升拉弯机性能，实现了拉弯机在设计和制造阶段的改进，相较原本的机器大大缩短了设计周期，同时也逐步完善其结构，通过相应的改善，提高了拉弯机的自动化程度。现今的拉弯机在设计上存在很多问题，首先就是设计周期相对较长，同时设计成本也相对较高，而且还有一个更大的问题就是设计在后续的修改中存在着很大的问题。本文相比以往液压拉弯机进行了一定程度的改进，首先就是传统的拉弯机对拉伸油缸的拉紧力有较高的要求，而且在实际运行过程中，外界给予拉弯机的环境因素还是很多的，在环境因素的影响下，拉伸油缸的拉紧力较难控制，因此在本文中，主要是采用电液伺服系统控制拉伸油缸的拉紧力。这样一来就有了很多的优点，首先就是电液伺服系统有很大的优势，电气元件的信号传输相对较快，同时电气元件的的线路连接和测量中相对较为方便，不仅如此，它还结合了液压原件结构紧凑，惯性小，重量轻，反应快，输出功率大，适合作动力元件等优点，因此拉伸油缸的输出拉力就会被定格在某一恒定压力上。关键词：拉弯机;改进;自动化;液压元件

AbstractThispaperfirstbrieflyintroducesthestructure,useandprincipleofthebendingmachine,expoundsthedevelopmentofsomemanufacturersathomeandabroad,aswellastheadvantagesanddisadvantages,andputsforwardtheresearchfocusofthistopic.Then,thefocusonthepullerstletsomekeytechnologiesandissuesofresearchandimprovement.Byimprovingtheelbowinthedesignandmanufacturingstage,shortenthedesigncycle,improvethefunctionofthebendingmachine,andautomatetheproduction.Intheactualresearch,thispapermainlystudiesandimprovesthebendingmachineinthefollowingaspects.Forthetraditionalbendingmachinedesigncycleislong,designcostishigh,difficulttomodifyandotherdefects.Becausethehydraulicbenderhashighrequirementsforthetensilecylindertensionforce,andintheactualprocessofwork,duetomanyexternalfactors,thetensilecylindertensionforceisdifficulttocontrol.Therefore,inthispaper,theelectro-hydraulicservosystemisusedtocontrolthetensilecylindertension.Theuseofelectricalcomponentsofthesignaltransmissionspeed,easylineconnection,easytomeasure,comparisonandcorrectionandotheradvantages,aswellastheoutputpowerofhydrauliccomponents,compactstructure,lightweight,lowinertia,fastreaction,suitableforpowercomponentsandotheradvantages,sothattheoutputpullofthestretchcylindertomeettherequirementsofmaintainingaconstantpull.Keywords:Topullthebender;Improvements;Automation;Hydraulicsyllasts绪论1.1概述拉弯机在现实生活中的应用还是较为广泛的，在飞机、汽车以及火车等大型机械上都有应用，因此它主要适用于制造外形精度较高，尺寸较大的扳弯型材弯曲件和变曲率挤压件。因此在飞机的框架设计，以及火车汽车的车窗等密封型材上经常看到拉弯机的应用。拉弯机通常情况下分为转臂式和转台式两类。在应用方面也有一定的分类，如在型材的折弯上主要是采用型材拉弯的方式，从理论上来讲就是让材料超过其屈服极限使之弯曲变形，然后让其有一定的轴向力，再利用空槽磨具使其发生弯曲，在卸载之后，拉弯的零件曲率半径会出现一定的回弹现象，这就使得拉弯机在某些方面具备一定的特点，通过研究发现，为保证避免此现象的发生，需要在运动过程中实现精准控制，因此在拉弯工艺的设计上也有很大的讲究，在拉弯机的设计中也要主要考虑实际的工作因素。对于拉伸弯曲的研究，似乎已经有很长时间的历史了，可以说早在中国古代就有很广泛的应用，拉伸弯曲其实就是一个相对复杂的塑性变形的过程，在工作过程中很容易发生力之间的相互作用，这对工件的加工都有很大的影响，从理论方面考虑“先弯后拉”可以提高工作的效率，实现同步工作，这样做对于工件的加工还是有一定的好处的，这样工件的回弹量最小。但是考虑到实际的工作环境，工件与弯曲模具很难紧密的贴合，或者即便是贴合由于摩擦力的作用，工件也会非常容易的受到损害；通过采用“先拉后弯”的方案，工件会有很不错的力学性能，最明显的就是均匀的塑性变形，但是这样的工艺方案也有很大的弊端，比如卸载后回弹会非常的大，因此在现场的实际环境中，一般情况下都采用“先拉后弯最后补拉”的复合方案。通俗的说就是先让工件进行一定程度上的弯曲，然后再进行补拉，从理论上讲，这样做的好处就是可以使纤维均匀伸长，同时具有相对优良的应力分布，同时也能消除别的应力状态的影响[2]。1.2拉弯机国内外发展状况在国内拉弯机的发展也是非常广泛的，就拿西安飞机工业集团有限责任公司生产的nrp一8型材拉弯机举例，它具有非常高的力学性能，同时也有其领先于世界的技术参数：其加工范围能够达到3-9m,单每一个拉伸缸的行程就有900mm,它的摇臂最大转角为90度，摇臂的长度也能达到6米多，最大弯曲角度为220度。佛山利多铝型材拉弯设备有限公司生产的LWS一6—633KN双转臂液压拉弯机，其技术参数为：转臂的缸最大拉力(双缸)633KN／21Mpa，材料拉伸油缸最大拉力(双缸)453KN／21Mpa，夹紧油缸最大夹紧力(单缸)105KN／21Mpa。最大拉弯有效弧长：L=600，最小拉弯半径：R=300，最大装夹断面：150×150×4(厚度)电动机功率：4KW、7．5KW各l台。弯曲速度：max≤O．30m。外形尺寸：长×宽×高=9000×3300×1060。设计总是朝着最优化的方向发展。目前我国在拉弯机的研发上已经获得了一定成果，基本上可以实现自动控制。在国外某拉弯机的价格以达到百万之多，其原因就是它能够实现三维拉弯。目前国内的拉弯机技术虽然已经达到了世界水平，但是其成本过高，通用性相对较差，因此在目前的市场上很难得到普及，这也是我们研究本文的意义所在！1.3课题主要研究目的及内容本课题鉴于现有拉弯机的一些弊端，改进和完善了传统的拉弯机的，使设计成本减少，提高其设计质量以及缩短设计周期的目的，可以提高自动化的程度，以适应当今社会发展迅速的潮流。本课题的内容主要是：通过优化设计实现对拉弯机整体结构的设计，包括对总体结构方案的确定、主要零部件的设计与校核、对拉伸油缸部分的改进设计和最终电控部分的设计。其主要要求如下：在工作过程中，可以实现对拉伸速度的调控；保证夹钳两侧产生的拉力相等，避免因为受力不均的现象而导致工件变形严重，影响最终的效果；在进行拉伸前，对工件实行夹紧，定位精准，防止脱落；可以对摆臂的速度可摆动角度进行调节。以下是设计要求：可拉弯材料包括铝型材、小断面钢材、不锈钢型材等等；可拉弯材料长度为1.2-4m；最大装夹断面为100*100mm；可弯曲最小半径为0.25m（转臂最大转角处被弯曲弧长所对圆心角为120°）；最大力矩:≤300kN•m；转臂油缸的最大拉力为200kN；拉伸油缸最大拉力为254kN；夹头油缸最大夹紧力为92kN。第二章拉弯机总体结构确定2.1拉弯机的功能介绍本研究所设计的拉弯机是一种利用在飞机工业上的专用设备，它是根据厂家的实际需要设计的，在设计过程中主要是考虑到拉弯机的一些性能，以及所期望达到的效果进行考究，本次的设计主要是考虑铝型材、不锈钢以及小端面的钢材，同时也要考虑到弯曲部分不能有任何褶皱，要保证其弯曲后的光滑性，考虑到一定的通用性，需要对不同尺寸的型材进行拉弯成型，因此本机器具有一定的通用性，同时在工件的加工过程中，可以根据实际情况对攻坚的长度和角度进行调节。塑型材最终形状见图2.1：图2.1拉弯成型的型材本液压拉弯机总长5300mm，总高1350mm。放置模板的工作台尺寸为850*1600mm。夹持铝型材、不锈钢以及小端面的钢材的长度1.2-4m，最大装夹断面：100*100mm；可弯曲最小半径：0.25m。2.2拉弯机总体结构确定拉紧机构、夹持机构、切断机构以及弯曲机构是液压拉弯机的重要组成部分，当然还需要有电气系统。对于拉弯机来说最主要的就是液压系统，弯曲机构是由大臂、小臂再加上驱动大臂和小臂的油缸组成。而对于拉紧机构、夹持机构、切断机构也需要靠相应的油缸来驱动。转台式和转臂式是拉弯机的重要组成部分，而对于本文主要是考虑了转臂式结构。液压拉弯机外形图如图2.2所示：(在这里需要做一个声明，由于拉弯机是左右对称的结构，因此在这里采用了简图，表达了一半的内容)图2.2拉弯机结构简图下面我们来分析一下拉弯机的动作过程，当然启动电源和油泵是准备工作，随后的动作如下：1．放上型材5，夹紧油缸4将型材夹持。2．接下来需左右拉伸油缸1，将工件进行预紧。3．大臂2在油缸12的推动下开始动作，型材开始在模板上成型。4．小臂3在油缸6推动下动作，型材在模板上成型，直至达到所需形状。5．将设备恢复至原位。对于拉弯机来说也具备以下的功能（机械调整）:首先就是大臂的位置可以通过6来调整，但是这仅仅是相对大臂的位置，其次就是拉伸油缸也可以进行调整，夹紧块则是可以根据拉伸油缸的位置进行超过六分之五圆的调整，可以进行一定的调整。第三章液压拉弯机主要零部件结构设计3.1拉弯机工作原理本课题的研究方向是液压式拉弯机，本研究所涉及的液压拉弯机的工作原理如图3.1所示：图3.1液压拉弯机的工作原理液压拉弯机整体的工作流程：1．油缸2对型材8进行夹紧处理。2．油缸1对型材8进行拉伸，保持紧凑状态。3．对于油缸5它的作用是非常重要的，它能够通过限制大臂6的位置让其在位置A到位置B之间运动。4．在到达预设位置B后，此时固定大臂不动，然后通过铰链连接的油缸3推动小臂进行运动，最终到达位置C停止。5．反复运动，直到下一流程的开始。特别说明：1．油缸加持位置是可以进行调节的，当然调节范围是在沿拉完线的方向，这样就可以增强机械的通用性，即可以加工不同长度的型材。2．夹持头可以调节其上下位置，这样就可以让型材适应模具表面。由图2.3可见，拉弯机是通过油缸3和油缸5实现弯曲功能的，对于运动过程的分析我们可以参照下面的运动过程来进行，放置在大臂和小臂上方的是用于制造汽车玻璃形状的模具。钢件被加紧之后，油缸5就开始运动，这样小臂会随着大臂来运动，在通过模具的作用，这样就可以实现初步的弯曲。这还没有完，接下来大臂将被锁紧，油缸将会推动小臂进行运动，当然这样的运动是相对于大臂而言的，进而通过小臂的运动实现我们想要的形状。为了增加其通用性，我们这里完全可以满足不同型号的车窗，这是通过弯曲部分的长度来控制的。这样一来就需要我们采用可调节的连接，尤其是大臂与小臂之间，同时对于连接油缸的滑块我们也进行了优化，即采用方形滑块结构，既能够实现稳定的固定，又不容易出现相互脱落。当然两者之间也会有一些不同，那就是采用了可以调整的加持机构，这样的作用就是方便加持。不单单如此，小臂与大臂的旋转角度也进行了一定的优化，对油缸也进行了限位处理，就是达到一定的伸缩量之后，油缸不会继续前进，这样其实就是加了一个行程开关，保护我们的装置不受破坏。3.2辅助机构的设计3.2.1夹持机构本设计中夹持机构通过摩擦力实现对工件的夹持，而且本研究优化的产品结构非常简单而且增加了其合理性。对于这套折弯机主要是采用上下块分离夹紧的方式进行工作的，因此本套系统优化了以往的结构。对于一些细节的处理也是非常的讲究的，首先就是螺栓连接的可靠性，以及夹紧块采用的是锯齿状这些都是为了在呢个价装置的可靠性和稳定性。为了满足不同形状和尺寸的型材，使用如图3.2所示的结构设计：图3.2夹持机构与拉伸机构相对转动原理图从图中可以看出，夹持机构和拉伸机构之间可以实现相对转动，正是由于这样的相对转动，这使油缸与拉伸油缸之间的摩擦力加大，从而进一步的实现紧固。3.2.2拉紧机构此部分的设计则是根据适用不同的产品结构进行的，首先就是拉紧机构可以相对于销比进行移动，而对于加持机构和拉紧机构则是在其中间增加了一个导向杆，这个导向杆的作用还是非常大的，他的最大作用就是能够保障两机构的协调性和稳定性！3.2.3切断机构对于切断机构则是采用跟加持机构相似的原理，采用上下块分离的形式进行工作，将下块股东，上块进行切割运动，实现了整体的稳定性。3.2.4机架对于机架来说这是一个辅助机构，但是也是不可或缺的，优良的机架可以保障床身的稳定性，同时机架的另一个作用就是放油箱，同时大臂也是在机架上固定的，因此机架是所有机构的结合处，因此机架需要采用优良的结构以及材料，目的就是为了让机床更稳定。3.3液压系统工作原理液压系统原理图见图3.3所示。图3.3液压控制系统原理图其工作流程如下：1．通过电磁换向阀实现对油缸的夹紧。2．拉伸油缸开始工作，同时在过程中，根据实际的工作情况对其速度和力进行调节。3．大臂进行摆动。4．小臂随之摆动。5．在完成指定的工作任务后，电磁换向阀进行切断运动。6．复位。3.4计算弯曲力矩通过拉弯力矩公式，可以知道，当拉弯的半径越小时所受到的力矩越大，因此以最小半径弯曲时的力矩为弯曲弯力矩，公式如下：（3-1）其中：为弹性应力；为管材内径；为管材壁厚；为屈服应力；（3-2）3.5工况分析查阅资料可得液压缸的机械效率，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：（3-3）液压缸活塞杆动摩擦力：==0.1×40×9.8=39.2（3-4）、负载惯性力：取速度差0.023，启动时间=0.2则==4（3-5）、工作负载力：（3-6）、液压缸密封摩擦力：根据实际情况估取为=300（3-7）3.6液压泵的校核由工况分析知，液压缸在弯曲管材结束时出现最高压力，即，此时液压缸的输入流量较小，也就是说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（3-8）由上述可得知，液压泵所需的最大供油流量，按液压缸的最大输入流量（）来估算。取系统的泄漏系数，则：=1.1×23.98=26.378（3-9）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：（3-10）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（3-11）参考以上计算结果，查阅产品样本，查询《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（3-12）而系统所需液压泵的最大流量:(3-13)由此可知，满足系统对流量的要求。第四章拉弯机拉伸油缸部分的设计改进在对拉弯机进行使用的过程中，我们发现，很多类似的产品在工作过程中都能表现出良好的功能特性，但是在拉伸油缸的部分会出现控制不当的现象，虽然问题很小，但是对于输出拉力难以控制的话会导致对产品外观造成影响，严重的话，还会导致产品发生断裂，造成一定的经济损失。综合考虑各种驱动控制方式，最终选取电液伺服系统。4.1电液伺服系统简介电液伺服系统是一种通过电能和液压能进行转化而完成控制任务的系统，在整个工作过程中，首先由电机释放电能，同时释放对应的模拟信号，经由伺服放大器进行信号的放大，再将信号输出到执行机构上【3】o4.1.1指令信号源指令信号源是输入信号，通过不同的信号发生装置对伺服放大器进行信号输入，形式多种多样，其作用是发布对应的工作指令。4.1.2伺服放大器伺服放大器的主要作用为对信号进行接收和反馈，通过对信号进行放大实现其比较，通过不同的端子输入来进行负反馈时的信号补偿，并且可以根据电流大小引起的温度变化来进行一定的校核补偿。在进行信号放大的过程中，部分为有效信号，部分为误差信号，伺服放大器会将误差信号进行处理，施加到电液伺服阀上。同时，伺服放大器好具备过载保护和短路保护能力，当信号值过大或者伺服放大器内部出现短路的情况，伺服放大器会自动停止，防止自身内部线圈和结构的损坏，也保证了人的操作安全问题。在负反馈的过程中，伺服放大器可以调节自身输出电流的大小和振幅以及频率，满足不同的实际电流情况。4.1.3电液伺服阀电液伺服阀在电液伺服控制系统中起到了十分重要的作用，通过电液伺服阀可以将控制结构和执行机构连接在一起，真正实现了电液之间的转换。在整个系统中，电液伺服阀是及其重要的部分，要求其在运行过程中的精准度必须足够高，同时密封性需要有所保障，防止在工作过程中因为油污和灰尘等问题影响到了其工作性能，出现减少使用寿命的状况。电液伺服阀在工作过程中实现了用小的信号来控制输出较大功率装置的作用，整个系统运作效率的好坏，直接受它的特性影响4.1.4液压执行元件液压执行元件由液压马达、液压缸以及摆动马达组成。这三种执行元件的作用都是根据电液伺服阀所输出的压力和流量进行相应的直线、旋转和摆动运动，在工作过程中，执行元件的参数和性能也在一定程度上影响着整个系统的性能，在进行液压缸的选取时，要遵循密封性良好、摩擦力小的原则，而进行液压马达的选取时，要保证其在速度较低时的运动特性良好。4.1.5反馈传感器在执行元件产生执行动作之后，需要对其运动动作进行一定的定位和反馈，这时就要用到反馈传感器了，反馈传感器可以对执行元件的速度、位移、加速度进行反馈，实现精准控制[4l。4.1.6电液伺服系统的特点在伺服放大器和伺服电机部位为电气元件，通过信号线进行连接，信号传递速度快、精准程度高，同时较大的节约了工作空间，同时伺服电机具有负反馈功能，可以根据执行元件不同的运动信息进行调整控制，实现了自动化、智能化控制策略。而液压元件具有响应速度快的优点，同时因其结构原因，整体结构比较紧固，惯性较小，可以实现较大功率的输出【5]。电液伺服系统在很多行业都得到了大范围的使用。4.1.7电液伺服系统的设计步骤根据不同的项目和具体的问题会有不同的设计思路以及设计步骤，本文在设计思路上采用的是工业上比较常见的频率法，通过参考总体的设计要求进行初步的设计运算，再通过反复的检查和计算，对其结构和控制系统进行校核运算，最终实现能够在要求和标准下进行正常工作。设计步骤如下：1．通过对整体的结构参数分析总结，确定总体的设计原则和设计要求。2．初步设定方案，比较分析几种方案，选择出最优的方案，并绘制其原理图。3．在静止状态下对整体的结构进行计算，包括容量、流量、液压、气压等参数进行整体的设计和规划。4．绘制各个元件的动态特性曲线图，并且据此进行分析，确定相关的动态参数，绘制相应的流程图。5．对整体的动力装置及其他辅助装置进行设计。同时还要对系统各个部件结构的工艺性进行检查分析，确保在可靠程度、安全性能、使用时间、经济性方面均能满足使用要求。各个步骤可以交叉同步进行。各步骤简要说明如下：1．设计要求(1)最终的执行元件的动态信息需要的控制方式。(2)确定负载的相关参数。(3)进行动态特性分析，包括其相关参数的分析。(4)对性能指标进行确定：a)精度要求：在工作过程中因为电流频率突变而引发的信号波动而产生的误差；执行元件在运动过程中受到的阻力、损失的热能和死角位置产生的误差；在反馈过程中因为电流、信号等能量损失造成的误差。b)动态品质要求：包括稳定性和快速性。在工作过程中，很容易出现突变和波动现象，需要我们对频率和峰值进行控制，实现平稳运转。而响应速度是在进行起动和信号输入输出时特性，响应速度越快，其工作性能越好。c)工作条件及其它要求，包括：1)对外界环境需要有所要求，包括温度、噪音、粉尘、和风速等都会对系统产生影响。2)其它条件比如安全性能、使用时间、可靠程度、经济性方面均能满足使用要求。2．初步确定设计方案，绘制原理图根据总体的设计要求和相关参数，对本次设计方案进行初步确定，包括以下内容：控制的形式、动力元件的选用、液压伺服的控制方式、执行元件的适用类型以及伺服类型，这些都需要根据总体要求进行确定。在完成上述内容的确定之后，需要绘制原理图，通过对原理图的绘制，实现对整体运动控制的描述。注意在进行原理图的绘制过程中需要对不用结构的信号和电流形式进行区别和分开描述。3．根据静态计算确定动力元件参数和选择其它组成元件(1)动力元件设计进行设计时，需要充分了解动力系统的所需动力，以此为依据，进行油压和元件、阀门规格的选取，首先需要确定油压，再根据油压对其他因素进行合理的匹配，最终还要结合其他结构和因素进行综合考虑，实现对动力元件的设计。a)供油压力的选择选择和计算时，我们要充分考虑到实际的因素，通常情况下，油压越高，其所需要输出的流量越少，可以减少输油管道的长度和其他对应元件的尺寸和质量，降低了一定的成本。但是油压不能过高，一旦超过28MPa，就会使管道和其他元件的尺寸增加，因为原有的尺寸并不能满足液压油在运动过程中产生的压力需求，强度方面不满足条件。另一方面，当油压过高时，响应时间短，响应速度快，需要与之匹配的元件提高精准度才能增加整体的性能，从经济性的角度考虑，油压不应过大。在工业生产中，通常情况下，油压为2.5-14MPa，这样的油压区间既可以满足正常的生产工作任务，还可以减少对元件和其他结构的冲击，在一定程度上提高了机构的使用寿命，同时，低压力的液压油在运动过程中很容易进行控制，有助于减少泄露现象的发生，在运动过程中较为安全，不会发生大规模的漏油而引起火灾的现象。在选择油压时还需要我们进行综合考虑，才能进行合理的设计。b）执行元件的选择通常情况下，执行元件的选择可以选择较大的机构，这样可以较大的满足在运动过程中的负载需求，同时较大的执行机构还会增加整个系统的稳定性，保证在执行过程中可以实现稳定运转。但是需要有所限制，如果执行机构过大的话，会增加动力系统的负载，同时，在空行程时还会造成极大的能源浪费，因此在选择执行元件的过程中，需要综合进行考虑，对其和其他元件的配合、和其他机构的配合、自身的负载需求、工作效率等进行分析。c)伺服阀的选择在对伺服阀进行选择的过程中，需要充分考虑整体系统的工作要求，在伺服阀的输入输出能力上进行分析运算，保证在其额定流量之上，一般来说，其输出能力为额定流量的115%，在高速度的系统中需要提高到130%。除了输出能力之外，还需要对以下因素进行分析考虑：(一)随着流量的增加，伺服阀可以根据压力的大小进行调整。(二)密封性良好，防止泄露问题的发生。(三)减少因环境因素如温度、冲击、振动而引起的误差。(四)根据整体的工作要求选定合适的频宽区间，保证频宽的合理性。频宽太大，容易对整个系统产生自身的干扰。(五)避外界对其的污染。(六)使用寿命、工作时间、成本等。(2)其他组成元件的选择在其他组成元件，例如反馈传感器、检测器、误差放大器的选择中也需要我们进行综合考虑。首先我们对其精度进行控制，在很多情况下，这些元件的精准程度在很大程度上影响了整体的使用性能。反馈传感器中，通过对输出信号进行进一步的监测和反馈，实现了补偿，提高了整体系统的精准性；检测器也是同样的道理，通过检测运动过程中的误差大小，实现了对整体运动精准度的控制；误差放大器可以将电流中细小的变化、波动、损耗进行信号方法，传递给处理器进行放大处理，实现对信号的精度补偿。这些元件的共同配合使用实现了整体的高精度、良好的稳定性。4．计算动静态品质，确定开环增益和校正装置(1)对各个元件进行分析和选择，在选择后初步运算绘制出其动态特性图，并将其进行整理，绘制图。(2)通过各个元件的动态特性，实现对整体系统稳定性的运算。(3)对各个元件进行分析，确定误差精度。(4)，通过上述对整体系统稳定性以及误差的计算进行初步选定，根据选定结构，再代入整体系统进行校核，反复校核选取，最终确定相应的结构。4.2电液伺服系统控制液压拉弯机拉伸油缸拉紧力的研究图4.1为本控制系统的原理图。图4.1控制系统原理图其中，ei—系统给定电压，—比较环节的输出电压，ef—传感器反馈电压。图4.2为液压拉弯机力控制系统的方块图。图4.2液压拉弯机力控制系统方块图其中，K—伺服放大器增益，KSU—电液伺服阀流量增益，KC—压力一流量增益，KS—负载刚度，AP—液压缸工作面积，VI—总压缩容积，WSU—电液伺服阀固有频率，M1—负载质量，Be—系统的有效体积弹性模数(包括液体、连接管道和工作腔体的机械柔度)，BL—负载粘性阻尼系数。4.2.1控制系统供油压力的选择根据拉力实验测得：拉伸油缸的最大拉伸力R。=1350N。根据课题的要求和相关分析，本设计使用的油压不宜过大，初步定位P=6.3MPa。因为负载压力满足时，整体的系统性能最好，伺服阀输出能力最佳。而过大的油压会使其他结构的成本增加，最终造成一定的浪费现象，为了保障经济性。所以取PL=4.2MPa。4.2.2液压缸的设计根据公式:(4-1)可得到液压缸有效工作面积(4-2)对于活塞,根据公式要求（4-3）其中，--活塞杆材料的许用应力，单位为帕(Pa)。当活塞杆材料为碳钢时，=100～120MPa。由此得出：（4-4）初选d=16mm,由公式：（4-5）得D=26mm,其中，D为油缸内径。又因为当活塞杆受拉时，应满足：d=(O.3~0.5)D，综合考虑以上因素，选取油缸内径D为32mm。计算液压缸外径D1：根据公式：(4-6)其中，一缸体壁厚(m)，一缸体材料许用应力(Pa)，，一材料抗拉强度(Pa)，对于40Cr，取值为750MPa,n一安全系数，这里取n=5，P一液压缸最大工作压力(Pa)，这里取P=Ps。故得：（4-7）可取=8mm，则液压缸外径为：（4-8）得出液压缸实际有效面积：（4-9）由于本设计中负载刚度较小，所以活塞的行程不宜选的过小。这罩取活塞的行程H为20厘米。4.2.3活塞杆强度校核活塞杆强度的校核1）、活塞杆是液压缸的重要工作部件，液压缸的强度可以决定它的的工作能力和性能。若活塞杆强度较低，容易发生事故，严重时会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：（4-10）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：（4-11）而，因此知活塞杆强度足够。2）、另外，活塞杆一般都具有螺纹、退刀槽等结构。这些部位一般都是活塞杆上的危险截面，为了保证他们强度，需要对其进行强度校核，其计算公式如下：（4-12）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：（4-13）由于，故强度足够。3）、活塞稳定性的验算若时，需要对活塞杆进行弯曲稳定性的验算，安装距离为。本设计的安装距，故不需进行稳定性的验算。4.2.4负载的信息已知的负载条件有：负载刚度，负载质量M1=4kg，负载截面积：，最大空载速度。4.2.5选择伺服阀伺服阀最大空载流量由U和Ap确定:（4-14）伺服阀压降：（4-15）根据Qom=46.8L/min和Pu=2.1MPa选择FF106-63型电液伺服阀。它的技术参数为：额定供油压力P=2lMPa，额定电流I=15mA，额定流量Qo=63L/min.伺服阀流量增益：（4-16）其流量一压力系数为（4-17）液压弹簧的刚度为：（4-18）可知液压弹簧的剐度远大于负载的刚度。即Kh>>K。另外由产品性能查得：伺服阀固有频率（4-19）第五章液压拉弯机电控部分的设计在电空设计部分，我们对常见的控制形式进行了总结，综合考虑，最终决定使用可编程控制器技术来进行电控。5.1可编程控制器简介可编程控制器是新一代的控制方式，通过PLC的内部程序，可以对输入信号进行不同的处理，进而实现对应信号的输出，实现了精准控制。同时，可编程控制器可以对整体系统进行全方位的控制，各个设备都可以用到，和传统的继电器控制相比，可编程控制器具有占地面积小、可靠程度高、安全性能好、便于控制的特点。5.1.1可编程控制器的特点根据国际通用标准，对其进行定义：PLC是一种数字式电子仪表，可以起到定时控制、顺序控制、逻辑控制、技术控制以及四则运算的功能。PLC具有以下特点：1．对于外界干扰可以做到良好的屏蔽作用当今市面上的plc大多数都是通过电子集成在相应的主板上，这样做的优势在于高度的集成手段避免了外界对其的干扰，在运行过程中，通过主板、软件和I/O接口进行信号传递，小部分采用接线的传递模式，这样的方式可以避免因为噪音、污染、线路磨损而对信号传递过程造成一定干扰，同时，其工作时间较长，具有较长的使用寿命。2．适用范围广泛PLC在机械设备中有很广泛的运用，具有极其强大的功能，它具备数字量和模拟量的输入、输出能力，数字运算以及逻辑运算能力，同时也适用于各个领域各个行业中，可以满足各个行业的发展和需求，因此，其通用性好的特点使其可以大批量的进行规模生产，而继电器控制做不到这一点。3．编程简单，使用方便PLC具有多种编程语言的编程方法，不光是逻辑运算，还可以通过图形和流程图进行编程，极大的简化了编程过程，便于掌握不同编程语言的人进行操作，各个编程语言之间可以相互转化，在项目对接的时候十分的方便、快捷、有限。调用程序简单快捷，便于对程序进行修改，同时内部具有一定的存储空间，可以保证编程程序的不丢失，上手容易，无论是初学者还是文化程度较低的人群，都可以很快的上手。4．利于检测、检修、诊断故障PLC现今大多为显示屏进行操作显示，从人机交互界面来看，操作简单、方便，可以和常规的键盘鼠标、打印机进行设设备连接，实现数据的输入。可以做到实时检测运行程序和运转情况，在现场即可对程序进行修改和打印，方便找出错误和不满足生产需求的程序。5．体积小、结构紧凑普通的PLC通过电机集成的方式实现了微型化，占地面积小，主板结构紧凑，使用时简单的控制系统。而复杂的PLC使用的是模块化的设计，通过不同的模块对整体的系统进行控制处理，包括电源模块、伺服放大器模块、运动模块、定位模块等等，各个模块之间通过编程语言进行控制。6．有较强的通讯和数据处理能力PLC和计算机、CRT和其他外接设备之间都可以很好的进行信息交互，不仅如此，它们还可以通过其内部的编程语言和指令系统，来达到和远程的系统进行信息交互的目的，实现远程的控制，而在工作现场，也可以根据实际的工况进行分析，通过计算机系统进行集中统一处理，实现通讯和数据处理能力。5.1.2可编程控制器的组成与工作原理可编程控制器(PLC)主要由中央处理单元(CPu)、输入／输出接口(I／O单元)、存储器(ROM、RAM)、电源和编程器几大部分组成，其组成框图如图5.1所示。图5.1可编程控制器的组成原理图最开始出现的PLC只能对0、1进行甄别和控制，也就是只能对开关量进行控制的处理。随着科技的发展，相关领域的研究也在不断发展，尤其是在计算机领域，人们在PLC领域的研究也取得了新的突破。通过对数字量和模拟量的输入输出转换以及对信号进行处理和控制。PLC的大小不是根据其外形大小而定的，而是根据PLC上的I/O接口的数量而进行区别，通常情况下，数量在64以下的为微型，64-512为小型，512-2048为中型，2048以上为大型。5.1.3可编程控制器的编程方法最开始出现的PLC的编程语言为梯形图和指令码。通过图形对其进行编程控制也是PLC的一大特色，而且不同的编程方法之间还可以相互转换，这就极大的方便了不同编程语言的操作者进行使用操作，而图形的方法也让一些不具备计算机编程语言的工人具备编程能力，是十分方便的一种编程方法。5.1.4可编程控制器选型的原则现今随着工业化进程的不断推进，很多类型的PLC都涌现了。品牌不同、外观不同、性能不同的PLC让人眼花缭乱，同时也加大了选择的难度，在进行PLC的选型时，要充分考虑以下原则：1．规模要适当2．功能要相当、结构要合理3．编程方便5.2可编程控制器技术在液压拉弯机电控部分中的应用总体要求如下：：在进行工作时需要具有‘手动状态”、“工作状态I”、“工作状态II”三种工作状态。当拉弯机处于手动状态时：1．接通电源，指示灯亮。2．把“拉伸”、“大臂”、“小臂”、“切断”四个开关拨到“手动”位置。3．将“油泵”调整到工作状态，同时工作指示灯亮。油泵开始运行。4．保持“压紧左”的工作状态，同时工作指示灯亮。根据实际的需要进行调整。保持“压紧右”的工作状态，同时工作指示灯亮。5．以下四个工位“拉伸”、“大臂”、“小臂”、“切断”的调节方法同⋯4’。“压紧左”与“压紧右”必须同时处在“工作状态”，其目的是起保护作用，防止工件弹出。当拉弯机处于工作状态“I”时：1．保持“工作状态”的指示灯在“I”位置出亮起。2．把“拉伸”、“大臂”、“小臂”、“切断”四个开关拨到“自动”位置。3．接通电源，指示灯亮。4．将“油泵”调整到工作状态，同时工作指示灯亮。油泵开始运行。5．保持“压紧左”的工作状态，同时工作指示灯亮。根据实际的需要进行调整。6．保持“压紧右”的工作状态，同时工作指示灯亮。根据实际的需要进行调整。7．将系统调整至“拉伸”工作状态，同时工作指示灯亮。这时其它“工位”的工作将依次自动完成，具体顺序为：“拉伸”一延时“大臂”一行程开关“小臂”一延时“切断”一行程开关切刀返回一延时结束(各个“工位”返回原始位置)。当拉弯机处于工作状态“II”时：I．将“工作状态”旋钮转到“II”。2．操作过程与“工作状态I”完全一样。3．具体顺序如下：“拉伸”一延时“大臂”一行程开关延时“切断”一行程开关切刀返回一延时结束(各个“工位”返回原始位置)。依据以上对整体工作性能的分析，在满足工作要求的前提下，对整个的工作过程进行规划设计，最后结合PLC的选型原则，最终确定具体型号为：CPMlA一40CDR—D—V1，其电源消耗为3．5w，属于可扩展类型。它有40个I／0点数，能够满足系统的要求。根据要求，应用PLC设计的梯形图如图5.2所示。图5.12电控部分梯形图

结论本课题针对现今液压拉弯机在结构上存在的不足进行设计改进，包括对整体结构的综合设计，方案的设计、对拉紧机构进行了优化设计，最终设计了电气的控制系统，实现了自动控制，得出如下结论：1．针对拉伸油缸的部分会出现控制不当的现象，综合考虑各种驱动控制方式，最终采用电液伺服系统来进行控制，电液伺服系统信号传递速度快、精准程度高，同时较大的节约了工作空间，同时伺服电机具有负反馈功能，可以根据执行元件不同的运动信息进行调整控制，实现了自动化、智能化控制策略。而液压元件具有响应速度快的优点。最终在计算的模拟上实现了良好的响应特性。2．使用PLC代替原有的继电器控制，实现了机器的自动化控制。虽然最终的研究得到了相应的结论，但是还存在一定的不足之处：本设计没有考虑实际生产上的具体工况，只是从理论模型上进行了运算，在实际的应用过程中还需要进行其他因素的考虑；在设计过程中，拉紧力的计算和最终的电气控制部分是分开进行计算的，没有做到综合的系统的进行设计