一種小型電控液壓彎管機的設計*

□ 牛玉艷 □ 郭文靜 □ 張 總 □ 林小軍 □ 王 亮

蘭州工業(yè)學院 機電工程學院 蘭州 730050

1 設計背景

彎管機是一種根據(jù)需求彎制不同直徑、不同角度管件的機械設備。目前市面上常用的小型電控液壓彎管機,能夠彎制外徑為10～42 mm,最大壁厚為4 mm的不銹鋼管或鋼管。隨著大規(guī)格快速鍛造液壓機的研制生產(chǎn),需要能夠彎制外徑大于42 mm,最大達到48 mm的管件的小型電控液壓彎管機。針對這一需求,筆者設計了一種小型電控液壓彎管機,能夠彎制最大外徑為48 mm的管件,操作維修簡單方便。

2 工作原理

小型電控液壓彎管機的工作原理如圖1所示。彎制管件前,操作人員根據(jù)管件公稱直徑,選擇相應的模具,套入模具軸。然后將需要彎制的管件放入模具內(nèi),按下管件彎制啟動按鈕,驅(qū)動電動機通電,帶動液壓泵運行,推動液壓缸活塞桿運動。活塞桿和夾頭組件固聯(lián)在一起,夾頭組件隨活塞桿一起運動,進行管件的彎制。夾頭組件中的兩個夾塊上有角度標記,當彎曲到需要的角度時,按下后退按鈕,活塞桿返回原位,完成管件的彎制。

3 機械結(jié)構(gòu)

快速鍛造液壓機液壓系統(tǒng)所需彎制的管件為20號鋼管,外徑為10～48 mm,厚度為2～4 mm,基于此進行小型電控液壓彎管機的機械結(jié)構(gòu)設計。這一小型電控液壓彎管機的機械結(jié)構(gòu)包括夾頭組件、模具、模具軸、導軌、箱體、輔助部分,三維總裝圖如圖2所示。

3.1 夾頭組件

夾頭組件是小型電控液壓彎管機彎制管件的關鍵部件。由于所需彎制管件的截面為圓形,因此采用兩個V形塊,方便對管件定位和固定。為了滿足外徑為10～48 mm不同管件的定位和固定,將V形塊前后兩面設計為兩種不同規(guī)格。為了保證夾緊過程中管件外表面不被夾傷,在兩個V形塊的型腔中設計倒角。兩個V形塊通過固定銷對稱安裝于上下連接板之間,上下連接板通過側(cè)連接板焊接為整體。上下連接板上設計一系列對稱孔,使兩個V形塊之間的安裝距離通過銷軸不同的安裝位置進行調(diào)節(jié),實現(xiàn)彎曲半徑的調(diào)節(jié)。夾頭組件如圖3所示。

3.2 模具

模具是整個小型電控液壓彎管機設計的核心。為保證管件彎制的質(zhì)量,根據(jù)一模一管的原則,結(jié)合快速鍛造液壓機液壓系統(tǒng)安裝時所需彎制管件的外徑、壁厚及彎曲半徑進行模具的設計。因為所需彎制管件的外徑為10～48 mm,壁厚為2～4 mm,彎曲半徑為30～144 mm,所以相對彎曲半徑不小于3,相對壁厚不小于0.05,對此采用機械冷態(tài)彎制管件中的無芯彎制管件方法即可。管件彎制后的半徑和形狀取決于模具的彎曲半徑,根據(jù)機械工程手冊,考慮管件的回彈因數(shù),模具彎曲半徑R′為:

(1)

(2)

式中:R為管件彎曲半徑;σs為管件屈服極限;E為管件彈性模量;RX為相對彎曲半徑;K1為管件截面形狀因數(shù);K0為管件相對強化因數(shù)。

快速鍛造液壓機液壓系統(tǒng)所需彎制管件中,外徑最大為48 mm,彎曲半徑為144 mm,管件屈服極限為245 MPa,截面形狀因數(shù)為1.275,相對強化因數(shù)為10,由此得m約為1.88。

管件彈性模量為205 GPa,各數(shù)值代入式(1),可得外徑為48 mm的管件所對應的模具彎曲半徑約為142 mm。

一般將計算得到的模具彎曲半徑圓整后作為模具設計參數(shù)使用,對模具彎曲半徑圓整為145 mm。外徑為48 mm的管件對應的模具三維模型如圖4所示。

利用上述計算原理,對不同外徑管件對應的模具彎曲半徑進行計算,結(jié)果見表1。

表1 模具彎曲半徑計算結(jié)果

3.3 箱體

箱體的主要功能是支撐和包容小型電控液壓彎管機中的各種零件。箱體通常是矩形截面的六面體,要求結(jié)構(gòu)緊湊,布局合理,滿足產(chǎn)品設計人機學。將箱體設計為長方體,由鋼板焊接而成,結(jié)構(gòu)簡單,生產(chǎn)周期短。箱體整體結(jié)構(gòu)分為上下兩部分,中間用隔板分開。上部用于放置各類模具和安裝電氣元件,下部用于安裝電機和液壓系統(tǒng)。上部從中間隔開,一側(cè)用于安裝電氣元件,另一側(cè)用于放置模具。為了方便放置和拿取模具,上部從左右兩側(cè)開口,下部開口向后。箱體尺寸如圖5所示,三維模型如圖6所示。

4 液壓系統(tǒng)

根據(jù)小型電控液壓彎管機的工作原理,彎制管件的動作比較單一,只需要液壓缸活塞桿伸出或者縮回,所以選擇單個定量泵的供油方式。從結(jié)構(gòu)、體積、維護等方面綜合考慮,選用齒輪泵作為油源。液壓系統(tǒng)原理如圖7所示。在圖7所示位置,所有電磁鐵均處于斷電狀態(tài)。液壓系統(tǒng)工作時,電磁鐵1YA得電,三位四通電磁換向閥左位接入回路,液壓油從三位四通電磁換向閥流入液壓缸無桿腔,推動活塞桿彎制管件。當按下后退按鈕時,電磁鐵2YA得電,三位四通電磁換向閥右位接入回路,液壓缸返回。觸發(fā)行程開關后,電磁鐵2YA失電,液壓泵停止運行。行程開關為彎制管件時的極限位置保護開關。所選三位四通電磁換向閥的中位機能為M型,齒輪泵輸出的液壓油經(jīng)單向閥和三位四通電磁換向閥卸荷,液壓缸兩腔封閉,活塞桿不運動。齒輪泵的出口處設計一個直通單向閥,作用是防止液壓油返回油泵,對油泵造成損壞。

5 結(jié)束語

針對大規(guī)格快速鍛造液壓機研制生產(chǎn)需要能夠彎制外徑較大液壓管件的現(xiàn)狀,設計了一種小型電控液壓彎管機,介紹了其機械結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)。目前,這一小型電控液壓彎管機已經(jīng)投入使用,現(xiàn)場實踐證明,能夠彎制外徑較大的液壓管件,傳動平穩(wěn)可靠,結(jié)構(gòu)緊湊,噪聲小,操作簡單方便,可以大幅降低工人的勞動強度,價格低廉,具有大范圍推廣價值。