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編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： 波紋管成型機(jī)的設(shè)計(jì) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923074 學(xué)生姓名： 王蛟龍 指導(dǎo)教師： 林承德 （職稱：教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 波紋管成型 機(jī)的設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成 果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表 示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個人、 集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機(jī)械 92 學(xué) 號： 0923074 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1．題目 波紋管成型機(jī)的設(shè)計(jì) ２、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 本課題是對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行測繪，并在改進(jìn)的基礎(chǔ)上制造完成，以滿足實(shí) 際生產(chǎn)的要求。學(xué)生在設(shè)計(jì)中對現(xiàn)有液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析，須重新設(shè)計(jì)整機(jī);液壓 原理。因設(shè)備已投入生產(chǎn)，故學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中，可掌握較強(qiáng)的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)， 完成從設(shè)計(jì)到實(shí)際生產(chǎn)及運(yùn)行調(diào)試的整個過程，很好的掌握機(jī)電一體化技術(shù)。 能熟悉如何從圖紙到實(shí)際工作完成的整個過程，并經(jīng)實(shí)際的動手完成真正能正 常工作的設(shè)備。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 1．達(dá)到技術(shù)指標(biāo)所規(guī)定要求，滿足實(shí)際工作需要。 2．主機(jī)部件工作時定位準(zhǔn)確，啟停無沖擊。 3. 制品的模具三維圖及工作圖。實(shí)習(xí)地點(diǎn)：無錫。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1. 最高合模力 100 噸 2. 油箱容積 500 L 3. 最大周期 10 S 工作量要求： 1．總裝圖：液壓站裝配圖。 主要部裝圖：閥站裝配圖；液壓缸裝配圖; 模具總裝圖。 重要零件圖：液壓站集成塊零件圖。 2．液壓原理圖；電氣原理圖。 3．完整的設(shè)計(jì)說明書（選型；強(qiáng)度；液壓；電器。 ） 。 4．油缸的應(yīng)力應(yīng)變分析;；液壓站集成塊三維圖；液壓站三維總裝圖；閥站三 維總裝圖；模具三維裝配圖。 II 5．必要的技術(shù)資料翻譯（8000 字符） 。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 92 班 姓名 王蛟龍 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 7 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學(xué)科組組長研究所 所長〕 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 7 日 III 摘 要 波紋成型機(jī)是生產(chǎn)波紋管的核心設(shè)備，生產(chǎn)出的波紋管已經(jīng)廣泛用于各個工業(yè)領(lǐng)域， 它是集機(jī)電液為一體的現(xiàn)代化高技術(shù)設(shè)備。 本文針對生產(chǎn)的要求，提出了設(shè)計(jì)題目。并對該機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和控制系 統(tǒng)進(jìn)行了全面設(shè)計(jì)。 在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，首先分析了波紋管成型的工作過程，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了模具 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、主壓油缸設(shè)計(jì)、油推水油缸設(shè)計(jì)、各種液壓站元件的設(shè)計(jì)。 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，根據(jù)波紋管成型的工作過程，進(jìn)行了液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)，確 定了液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。計(jì)算了整個液壓系統(tǒng)的流量，并根據(jù)流量和壓力進(jìn)行了液壓 閥的選型、油箱的設(shè)計(jì)和各個輔助元件的選擇，計(jì)算了各個系統(tǒng)的功率，據(jù)此選擇了電 動機(jī)的型號，最后繪制了液壓泵站的裝配圖。 由于傳統(tǒng)波紋管成型機(jī)采用繼電器和接觸器等元件作為系統(tǒng)的控制元件，存在可靠 性、靈活性差等缺點(diǎn)。文中通過實(shí)例說明利用 PLC 對其進(jìn)行改造。 電氣控制系統(tǒng)采用可編程控制器 PLC 作為整臺機(jī)器的控制器，并對 PLC 的工作過程 進(jìn)行了介紹，對 PLC 相關(guān)原件進(jìn)行了選型，同時繪制了 PLC 控制系統(tǒng)的輸入、輸出接線 圖，即控制系統(tǒng)電氣原理圖，并采用了梯形圖編程，實(shí)現(xiàn)了整機(jī)的自動化。本設(shè)計(jì)已經(jīng) 應(yīng)用于生產(chǎn)，取得了良好的效果。 關(guān)鍵詞：波紋管成型機(jī)；液壓系統(tǒng); PLC IV Abstract Bellows machine is the core of bellows production equipment to produce the bellows which have been widely used in various industrial fields. It is a modernized technical equipment which centralizes the machinery, hydraulic and electric system. Aiming at the requirement of production, the author puts forward the topic and devises the mechanical system, hydraulic system and controlling system thoroughly. In the mechanical structure design, firstly the working process of the Bellows machine was analyzed , and on this basis, a die structure design, the main fuel tank design, oil pushing water fuel tanks and various components of the hydraulic station were designed.. In the process of the device of hydraulic system, according to the working process of slewing telescopic gangway, the principle plot of hydraulic system was devised; furthermore, the performing elements were designed. At the same time, the author computed the flux of the whole system. And then, based on the flux and the pressure, the author accomplished the choices of valves, the design of gasoline tank and the choices of assistant components. And then, the author computed the power of the whole system and chose the model of electromotor. At last, the component plot of hydraulic station was drawn. The traditional Bellows machine using relays and contactor as controlling elements shows some disadvantages, such as low reliability and flexibility. This paper discusses the improved design based on PLC. The controlling system adopts the PLC as the controller of the entire machine. It introduce the working process of PLC, chose the model of the PLC and related elements. At the same time, the author drew the input and output circuit of the controlling system, namely the electric principle plot. The machine realized the automation of producing process by making use of the trapezium shape to programme. The design has already been applied to practice, and has gained a very good effect. Key Words: Slewing telescopic gangway；hydraulic system; PLC V 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 目 錄 ............................................................................................................................................V 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 概況和發(fā)展趨勢 ...................................................................................................................1 1.1.1 無錫南方液壓氣動成套有限公司簡介 ........................................................................1 1.1.2 國內(nèi)波紋管的概況和發(fā)展趨勢 ....................................................................................1 1.1.3 波紋管成型機(jī)簡介 ........................................................................................................3 1.2 課題的提出與意義 ...............................................................................................................4 1.3 課題的主要內(nèi)容 ...................................................................................................................4 2 總體方案的確定 .........................................................................................................................6 2.1 設(shè)計(jì)依據(jù) ...............................................................................................................................6 2.2 確定模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 .......................................................................................................6 2.3 確定液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 .......................................................................................................6 2.4 確定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 .......................................................................................................6 3 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .........................................................................................................................8 3.1 概述 .......................................................................................................................................8 3.2 設(shè)計(jì)依據(jù) ...............................................................................................................................8 3.3 設(shè)計(jì)范圍及其設(shè)計(jì)方案 .......................................................................................................8 3.3.1 模具的工藝分析 ............................................................................................................8 3.3.2 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................................................................................................9 3.3.3 模具環(huán)剛度的計(jì)算 ......................................................................................................11 3.3.4 模具的加工 ..................................................................................................................12 4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其校核 .......................................................................................................13 4.1 液壓系統(tǒng)的組成 .................................................................................................................13 4.1.1 能源裝置 ......................................................................................................................13 4.1.2 執(zhí)行元件 ......................................................................................................................13 4.1.3 調(diào)節(jié)控制元件 ..............................................................................................................13 4.1.4 輔助元件 ......................................................................................................................13 4.2 液壓系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點(diǎn) .....................................................................................................13 4.2.1 液壓傳動的優(yōu)點(diǎn) ..........................................................................................................13 4.2.2 液壓傳動的缺點(diǎn) ..........................................................................................................13 4.3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) .....................................................................................................................14 4.3.1 概述及液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ..........................................................................................14 4.3.2 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 ..............................................................................................16 4.3.3 主壓油缸的設(shè)計(jì) ..........................................................................................................16 4.3.4 油推水油缸的設(shè)計(jì) ......................................................................................................20 VI 4.3.5 液壓能源裝置設(shè)計(jì) ......................................................................................................24 4.3.6 液壓閥的選擇 ..............................................................................................................24 4.3.7 液壓輔助元件的設(shè)計(jì)與選擇： ..................................................................................27 4.3.8 液壓系統(tǒng)元件清單 ......................................................................................................30 4.3.9 液壓管路的聯(lián)接 ..........................................................................................................32 4.3.10 安裝后的調(diào)試 ............................................................................................................32 5 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .......................................................................................................................34 5.1 PLC 與繼電器控制系統(tǒng)的比較 ..........................................................................................34 5.2 PLC 與微型計(jì)算機(jī)的比較 ..................................................................................................34 5.3 PLC 可靠性高的原因 ..........................................................................................................34 5.4 PLC 的安裝與抗干擾措施 ..................................................................................................35 5.4.1 安裝環(huán)境和注意事項(xiàng) ..................................................................................................35 5.4.2 電源和接地 ..................................................................................................................35 5.5 PLC 系統(tǒng)的調(diào)試和運(yùn)行 ......................................................................................................36 5.5.1 通電前的檢查 ..............................................................................................................36 5.5.2 調(diào)試運(yùn)行主要過程 ......................................................................................................36 5.6 PLC 系統(tǒng)的維護(hù) ..................................................................................................................36 5.7 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ..........................................................................................................37 5.7.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 ......................................................................................................................37 5.7.2 控制電路元?dú)饧倪x用及電路圖的繪制 ..................................................................37 5.7.3 PLC 的編程 ...................................................................................................................37 6 UG 有限元分析方法 .................................................................................................................39 6.1 有限元分析方法簡介 .........................................................................................................39 6.2 進(jìn)行有限元分析的目的和意義 .........................................................................................39 7 UG 動力學(xué)分析 .........................................................................................................................40 7.1 UG 運(yùn)動仿真模塊簡介 .......................................................................................................40 7.2 如何創(chuàng)建運(yùn)動仿真 .............................................................................................................40 7.3 波紋管成型機(jī)運(yùn)動仿真 .....................................................................................................40 8 結(jié)論與展望 ...............................................................................................................................42 8.1 結(jié)論 .....................................................................................................................................42 8.2 展望 .....................................................................................................................................42 致謝 ...............................................................................................................................................43 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................44 附錄 ...............................................................................................................................................45 波紋管成型機(jī)的設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1.1 概況和發(fā)展趨勢 1.1.1 無錫南方液壓氣動成套有限公司簡介 無錫南方液壓氣動成套有限公司座落于無錫高新技術(shù)開發(fā)區(qū)、公司占地面積 13000 平方米、生產(chǎn)車間約 9200 平方米、擁有員工 180 人、專業(yè)技術(shù)工人占 80%、各類大型、 成型、加工設(shè)備 100 多套、其中部分設(shè)備屬國內(nèi)先進(jìn)水平。專業(yè)生產(chǎn)各種國標(biāo)和非標(biāo)管 接頭、高壓膠管總成、各種液壓油缸、液壓系統(tǒng)的骨干企業(yè)。產(chǎn)品遠(yuǎn)銷美國、丹麥、意 大利、日本等國家。本公司產(chǎn)品可適用于冶金、船舶、機(jī)床、工程機(jī)械、輕工、立體車 庫等行業(yè)、年銷售額達(dá) 5000 萬元。公司于 2001 年通過 ISO9001-2000 質(zhì)量體系認(rèn)證。并 擁有多項(xiàng)自主專利產(chǎn)品、公司連續(xù)多年被評為市重合同守信譽(yù)企業(yè)、在廣大用戶中有很 好的評價。 公司技術(shù)力量雄厚、擁有一批高級工程師、產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師、是江南大學(xué)學(xué)生的實(shí) 習(xí)基地。并廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。 本公司有十多年專業(yè)設(shè)計(jì)、開發(fā)、液壓系統(tǒng)（液壓站） 、液壓缸、管接頭、高壓管等 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能力及豐富的制造生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。年生產(chǎn)能力：液壓系統(tǒng) 1000 套、液壓缸 20000 件、高壓膠管總成 100000 根、管接頭 2000000 件。 產(chǎn)品出口日本 NOK、哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦等國家。并為英格索蘭提供全球配 套等等。為武漢重型機(jī)床廠、鄭州大方橋梁公司、江蘇華通機(jī)械有限公司、鎮(zhèn)江礦山機(jī) 械廠、西安電爐研究所、南京金城集團(tuán)、江漢石油管理局第四機(jī)械廠、上海天地島川停 車設(shè)備制造有限公司、中聯(lián)重科浦沅分公司、中國船舶總公司第七零二研究所（為 863 計(jì)劃配套 7000 米水下機(jī)器人的液壓裝置）等用戶提供國內(nèi)配套服務(wù)。 公司本著“質(zhì)量第一、用戶至上” 的宗旨、熱誠為廣大用戶服務(wù)！攜手共創(chuàng)美好明天、 共展宏圖！ 1.1.2 國內(nèi)波紋管的概況和發(fā)展趨勢 近些年來，波紋管市場發(fā)展迅速，產(chǎn)品產(chǎn)出在全國各地持續(xù)擴(kuò)張，國家產(chǎn)業(yè)政策鼓 勵波紋管產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)品方向發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)新增投資項(xiàng)目投資逐漸增多。投資者對 波紋管行業(yè)的關(guān)注越來越密切，這使得波紋管行業(yè)的發(fā)展需求增大。波紋管作為一種儀 表元件雖然已有了上百年的歷史,但由于它具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、性能穩(wěn)定、使用可 靠等特點(diǎn),在今天儀器儀表中仍占有重要的地位,而且它的應(yīng)用范圍已擴(kuò)大到各個工業(yè)領(lǐng)域。 隨著企業(yè)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，裝置中泵類設(shè)備的不斷更新?lián)Q代及新技術(shù)、新材料的不 斷應(yīng)用，我們感到在多種泵類機(jī)械密封的選擇中，波紋管機(jī)械密封在化工裝置中越來越 顯示出它的優(yōu)良性能。 在機(jī)械密封技術(shù)上，波紋管有著突出的優(yōu)點(diǎn)。表現(xiàn)為： A 結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，適應(yīng)性強(qiáng)，靜止環(huán)具有浮動性； B 浮環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，消除鑲裝環(huán)的各種應(yīng)力； C 旋轉(zhuǎn)環(huán)易于更換，修復(fù)； D 結(jié)構(gòu)緊湊，適用于螺桿泵軸向較小的場合； 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 E 旋轉(zhuǎn)環(huán)、靜止環(huán)法蘭連接，動泄漏點(diǎn)少。 該技術(shù)特點(diǎn)是： A 密封可靠，在較長時間使用中不會泄漏； B 使用壽命長，靜環(huán)和動環(huán)高耐磨材料比旋轉(zhuǎn)式密封多用半年； C 摩擦功率損失??； D 適用范圍廣，能用于低溫、高溫、高壓、各種轉(zhuǎn)速及各種耐腐蝕、易燃、易爆、 有毒介質(zhì)的密封； E 彈簧強(qiáng)度大，抗震能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好。 大慶油田天然氣分公司與有關(guān)單位共同研制和使用 DBM-40A-1、DBM-35B-1 等 20 多種波紋管機(jī)械密封，密封良好，壽命長。得到了廣泛應(yīng)用，并取得了顯著效果。 圖 1.1 波紋管機(jī)械密封 圖 1.2 波紋管密封截止閥 柴油機(jī)排氣系統(tǒng)溫度補(bǔ)償器的研制，應(yīng)用了新結(jié)構(gòu)、新工藝，其特點(diǎn)是精密性和可 靠性高。該產(chǎn)品的研究開發(fā)，將提高國產(chǎn)波紋補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)、工藝、裝備和檢測水平， 并能最終替代進(jìn)口的產(chǎn)品。而且由于金屬波紋補(bǔ)償器具有各種優(yōu)異的性能，其應(yīng)用范圍 與日俱增，隨著先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，必將取得較大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。除 滿足大功率高可靠柴油發(fā)動機(jī)的配套需要外，也為其他軍工配套打下良好的基礎(chǔ)。 圖 1.3 汽車排氣波紋管 圖 1.4 通用型波紋管補(bǔ)償器 浙贛鐵路九標(biāo)管段共有 14 座公跨鐵立交橋，為了爭搶工期，全段公路跨線橋梁的施 工由現(xiàn)澆變?yōu)樘崆邦A(yù)制，由于橋梁工點(diǎn)分散，設(shè)置了 10 處橋梁預(yù)制場地，共預(yù)制梁 56 片。公路橋梁采用箱形梁，后張法張拉，預(yù)應(yīng)力孔道采用扁波紋管。從施工一開始，就 得趕快研究圖紙，打每一片梁都堅(jiān)持檢查施工質(zhì)量，從鋼筋數(shù)量、尺寸及波紋管的安裝 波紋管成型機(jī)的設(shè)計(jì) 3 和混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿、封錨等各方面都不錯過，但在施工過程中，還是偶 爾會有波紋管孔道堵塞現(xiàn)象發(fā)生，一旦堵塞發(fā)生，只能對混凝土結(jié)構(gòu)做“開刀” 處理，然后 嵌補(bǔ)，這樣的結(jié)果是，堵孔多了必然影響結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，嚴(yán)重會造成質(zhì)量事故。在施工中 人們大多使用波紋管成孔，所以防止這種現(xiàn)象的發(fā)生就顯得十分重要了。其實(shí)堵孔現(xiàn)象 并不是不能避免的。從對造成堵孔的原因分析人手，人們采取了相應(yīng)的措施，取得了良 好的效果。 波紋管已經(jīng)應(yīng)用到各個領(lǐng)域，它廣泛應(yīng)用于通信光電纜護(hù)套、建筑排水、市政排水 農(nóng)田低壓灌溉等等，雙壁波紋管在通訊電纜護(hù)套管領(lǐng)域,也基本取代了水泥管，波紋管自 引進(jìn)以來，其發(fā)展很快，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，管材規(guī)格也從小到大不斷發(fā)展。生產(chǎn)廠家 不斷增多，設(shè)備也由全部從國外引進(jìn)，到目前基本國產(chǎn)化，其所用原料也不斷增多，從 PVC 到 PE、HDPE、PP 等。近幾年來，其發(fā)展更快，生產(chǎn)量逐年增多，已成為塑料管材 領(lǐng)域的一支重要力量。 1.1.3 波紋管成型機(jī)簡介 波紋成型機(jī)是生產(chǎn)波紋管的核心設(shè)備，由成型模具、傳動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)三部分組 成。成型模具一般由 30~40 對上下（或水平）對開的模片組成，沿一定的軌跡移動，模 具閉合成圓形管子的成型腔，模具打開，使制品脫模，模具可由水或空氣冷卻。其成型 過程為：從擠出機(jī)擠出管坯在一定的水壓下，經(jīng)過吹脹（或真空吸附） ，使內(nèi)外壁分別貼 合在成型模具和內(nèi)定徑棒上成型。波紋成型機(jī)同時具有牽引管材的作用。 波紋成型機(jī)有立式和水平式兩種，立式波紋成型機(jī)其模具上下開合，占地面積小， 結(jié)構(gòu)緊湊，但模具更換較困難，特別是大口徑模具的更換。水平式波紋成型機(jī)其成型模 具水平開合，占地面積較大，但更換模具比立式方便得多，因比其應(yīng)用更廣泛。一般小 口徑管材，采用的是整體式模具，而大口徑管材考慮到其模具重量大，更換時不方便， 故一般采用托架式模具，換口徑時，只需更換托架內(nèi)的芯模即可，節(jié)省了模具制造成本。 波紋成型機(jī)的關(guān)鍵就是成型模具運(yùn)行軌道的確定，需先建立模具運(yùn)行的數(shù)字模型， 然后印出其軌跡，最后按照這一軌跡組合模具。 雙壁波紋管的成型方法一般有真空成型法和壁間充氣成型法兩種，也有同時使用這 兩種方法的。真空成型法是通過成型模具上的真空孔使管坯外壁靠負(fù)壓作用吸附在成型 模具上，其內(nèi)壁靠伸出芯模的定徑棒定型。這種方法生產(chǎn)的管子的外觀質(zhì)量較好，但其 內(nèi)外徑尺寸穩(wěn)定性較差，且真空孔易堵塞，造成產(chǎn)品外壁波紋缺陷。壁間充氣成型法是 在兩層料坯中間通壓縮空氣，把管坯外壁吹脹入成型模具，同時使管內(nèi)壁貼附在內(nèi)定徑 棒上。并可根據(jù)管口徑，壁原的大小來調(diào)氣壓。應(yīng)用這種方法生產(chǎn)的管材。尺寸穩(wěn)定性 好。 國內(nèi)生產(chǎn)的波紋管成型機(jī)，一般為水平式結(jié)構(gòu)，大口徑管材也采用托架式模具。但 受其加工設(shè)備的限制，其模具的加工精度和同一性與國外同類產(chǎn)品相比還有差距，在生 產(chǎn)中機(jī)器故障較多，有時還可能造成模具運(yùn)行軌道的損壞。 近年來上海金緯機(jī)械制造有限公司開發(fā)了一系列大口徑雙壁波紋管生產(chǎn)線，其波紋 成型機(jī)采用立式結(jié)構(gòu)，由于模具的加工采用了大型加工中心生產(chǎn)，其同一性和精度均達(dá) 到較高的水平。同時，模具采用快速冷卻系統(tǒng)，可較大程度地提高生產(chǎn)速度。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 雖然國產(chǎn)的波紋成型機(jī)質(zhì)量不如國外進(jìn)口產(chǎn)品，但由于其價格比國外同類產(chǎn)品低很 多，且其生產(chǎn)的管材能達(dá)到要求，故近年來國內(nèi)大部分波紋管生產(chǎn)廠家還是采用國產(chǎn)生 產(chǎn)線。故國產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)廠家這幾年發(fā)展較快，但還應(yīng)致力提高加工水平，開發(fā)新產(chǎn)品， 縮小與國外產(chǎn)品的差距。 最近幾年，國外研制出了模具速回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，即利用機(jī)械或氣動搬運(yùn)系統(tǒng)，把最后一 對模片重新快速帶回開始的工作位置。它的優(yōu)點(diǎn)是模片數(shù)可減少，一般僅需 12~18 對模 片，在生產(chǎn)大口徑管材時，可極大地降低波紋成型機(jī)的生產(chǎn)成本。 圖 1.5 波紋管成型機(jī)設(shè)備 1.2 課題的提出與意義 近幾年是波紋管發(fā)展的黃金時期，它的應(yīng)用范圍已擴(kuò)大到各個工業(yè)領(lǐng)域。 本課題是完成波紋管成型過程的總體設(shè)計(jì)，對該機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng) 進(jìn)行了全面設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中還須設(shè)計(jì)液壓電控原理及程序，對于進(jìn)行模具、油缸等進(jìn)行 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及油缸中重要零件的優(yōu)化設(shè)計(jì)并做出必要的有限元分析和運(yùn)動仿真。本課題 使我在設(shè)計(jì)過程中，能掌握較強(qiáng)的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，完成從設(shè)計(jì)到實(shí)際生產(chǎn)及運(yùn)行調(diào)試的 整個過程，這樣一來就能很好的掌握機(jī)電液一體化技術(shù)，提高解決實(shí)際工作問題的能力， 為以后工作打下極好的基礎(chǔ)。 1.3 課題的主要內(nèi)容 本課題的主要內(nèi)容是完成波紋管成型的總體設(shè)計(jì)。最后，將它們轉(zhuǎn)化為能供指導(dǎo)制 造、裝配、安裝、調(diào)試和維修用的設(shè)計(jì)圖紙及各類說明書等技術(shù)文件?？傊?，設(shè)計(jì)的主 要內(nèi)容分為機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分。按照用戶提出的完整技術(shù)要求，寫 出液壓及電氣的技術(shù)數(shù)據(jù)，并經(jīng)用戶確認(rèn)。 本設(shè)計(jì)需滿足的要求如下： A 達(dá)到技術(shù)指標(biāo)所規(guī)定的要求，滿足實(shí)際工作需要。 波紋管成型機(jī)的設(shè)計(jì) 5 B 整機(jī)機(jī)構(gòu)實(shí)用，加載部件需做應(yīng)力應(yīng)變分析。 C 整個機(jī)械裝置需要做運(yùn)動學(xué)分析。 D PLC 全自動控制，要有較高的工作可靠性、安全性。 E.工作安全，操作方便 根據(jù)技術(shù)要求，我們需要在搞清設(shè)備工作原理的基礎(chǔ)上，經(jīng)改進(jìn)設(shè)計(jì)，進(jìn)行正式圖 紙繪制。在設(shè)計(jì)中還需對現(xiàn)有的機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，如充分利用 UG 和 LINGO 等軟件進(jìn)行有 限元應(yīng)力分析、運(yùn)動分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。且設(shè)計(jì)液壓原理圖、電氣原理圖，主機(jī)等部件。 在自動化生產(chǎn)軟件的使用編程邏輯方面用 PLC 控制。因類似設(shè)備已投入生產(chǎn)，故我在設(shè) 計(jì)過程中，可獲得并掌握較強(qiáng)的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。最終完成從設(shè)計(jì)到實(shí)際生產(chǎn)及運(yùn)行調(diào)試 的整個過程，這樣一來就能很好的掌握機(jī)電一體化技術(shù)，提高了解決實(shí)際工作問題的能 力，為以后工作打下極好的基礎(chǔ)。尤其這幾個軟件的使用對以后的研究生課程有莫大的 幫助和指導(dǎo)性的方向。 在設(shè)計(jì)的時候，課本知識和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合是我最想擁有的經(jīng)歷。期間充分利 用已有的資源在搞清設(shè)備工作原理的基礎(chǔ)上，調(diào)研工廠實(shí)際情況包括設(shè)備的調(diào)試（主要 是液壓部分和電控部分）以及制造過程遇到的難題和解決方案，因而形成了對設(shè)備的機(jī) 械部分，液壓部分，電氣部分技術(shù)觀念和感性認(rèn)識，為改進(jìn)，完善設(shè)備打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 本課題為機(jī)電液綜合設(shè)計(jì)，對本科的機(jī)械工程學(xué)生而言，已經(jīng)是能夠接受和有所創(chuàng) 新地完成的項(xiàng)目了。而且整個設(shè)備制造技術(shù)路線清晰明了。最后在設(shè)計(jì)完成交付，并實(shí) 現(xiàn)功能的整個流程中，學(xué)習(xí)并收獲有限元應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)及運(yùn)動分析等先進(jìn)設(shè)計(jì)方法在設(shè) 計(jì)中的作用。綜合機(jī)電液，加強(qiáng)鞏固和糅合這三方面知識結(jié)構(gòu)，為以后的發(fā)展打好基礎(chǔ)。 課題結(jié)束后，希望能達(dá)到鍛煉設(shè)計(jì)能力，而又能熟悉如何從圖紙到設(shè)備實(shí)際工作調(diào) 試完成交付使用的整個過程，并經(jīng)實(shí)際的動手完成真正能正常工作的設(shè)備。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 2 總體方案的確定 2.1 設(shè)計(jì)依據(jù) 本課題是對無錫市永興金屬軟管有限公司波紋管成型機(jī)上所有液壓元件進(jìn)行綜合系 統(tǒng)的設(shè)置，以滿足工廠質(zhì)量控制的要求。經(jīng)過與廠方代表的協(xié)商決定，該成型機(jī)能夠?qū)?以下液壓元件進(jìn)行檢測并完成相應(yīng)的檢測項(xiàng)目。 A 本套設(shè)計(jì)依據(jù)汽車消聲器等特性設(shè)計(jì)。 B 本套設(shè)計(jì)以滿足汽車波紋管一次成型要求設(shè)計(jì)。 C 本套設(shè)備以符合相關(guān)管材的規(guī)范要求設(shè)計(jì)。 D 本套設(shè)備的制造、檢驗(yàn)、安裝、使用均以滿足設(shè)備投資少、生產(chǎn)易控制。 2.2 確定模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 成型模具由 16 對水平對開的模塊組成，沿一定的軌跡移動，模具閉合成圓形管子的 成型腔，模具打開，使制品脫模，模具可由水或空氣冷卻。其成型過程為：從擠出機(jī)擠 出管坯在一定的水壓下，經(jīng)過吹脹，使內(nèi)外壁分別貼合在成型模具和內(nèi)定徑棒上成型。 波紋管成型機(jī)的關(guān)鍵就是成型模具運(yùn)行軌道的確定，需先建立模具運(yùn)行的數(shù)字模型，然 后印出其軌跡，最后按照這一軌跡組合模具。 2.3 確定液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 波紋管成型機(jī)的液壓系統(tǒng)屬于很典型的液壓系統(tǒng)，利用成型機(jī)可以方便的使波紋管 一次性成型。 在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案中，通過設(shè)置調(diào)壓回路、增壓回路、換向回路、進(jìn)、出節(jié)流 回路實(shí)現(xiàn)不同的目的，例如合模、分模等。高低壓油泵以及控制油泵的配合使用，使得 成型的效率大大提高。油推水油缸用水代替了油，除了減少污染，有利于環(huán)保以外，還 方便于清洗。本公司波紋管成型機(jī)生產(chǎn)出的不銹鋼波紋管主要用于汽車的消聲器。 本液壓系統(tǒng)是無錫南方液壓氣動成套有限公司波紋管成型機(jī)裝置機(jī)設(shè)計(jì)、制造的專 用液壓傳動設(shè)備。該系統(tǒng)精選了國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)液壓元、附件。液壓回路采用了集成油路塊 式結(jié)構(gòu)，液壓系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)先進(jìn)、合理、可靠、易于維修。符合 GB3766-87《液壓系統(tǒng)通 用技術(shù)條件》中的各項(xiàng)技術(shù)要求。 本液壓系統(tǒng)由于采用了開式油箱結(jié)構(gòu)，所以不允許在粉塵大的惡劣環(huán)境下工作，使 用時應(yīng)注意經(jīng)常清掃液壓設(shè)備上的粉塵，以保證液壓系統(tǒng)具有良好的散熱性。 所有液壓閥控制回路均采用了集成油路塊式結(jié)構(gòu)，使本系統(tǒng)具有泄漏少，結(jié)構(gòu)緊湊， 便于維修的特點(diǎn)。 本液壓系統(tǒng)在工作原理上具有以下特征：具有吸油濾油器，使本系統(tǒng)工作介質(zhì)的清 潔度得到有效的保證，降低系統(tǒng)的故障率,延長系統(tǒng)各元、附件的使用壽命。 波紋管成型機(jī)的設(shè)計(jì) 7 2.4 確定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不 良，容易出現(xiàn)故障，所以應(yīng)時代之要求，需要對系統(tǒng)進(jìn)行 PLC 控制。 現(xiàn)決定采用日本三菱公司生產(chǎn)的 FX 系列 PLC 進(jìn)行編程。 可編程序控制器根據(jù)操作者的指令，完成對換向閥等元件的控制，以控制每個執(zhí)行 元件?？删幊炭刂破骶哂泻芨叩娜嵝院屯ㄓ眯?，同時采用傳統(tǒng)的梯形性能可靠，操作維 護(hù)直觀、方便，具有以下特點(diǎn):油缸油壓控制采用壓力控制，因而調(diào)節(jié)方便、可靠；因而 調(diào)節(jié)操作簡單 ,控制精確；顯示和操作采用高性能和易操作的控制面板，操作、調(diào)節(jié)、簡 單直觀;可實(shí)現(xiàn)手動、單動、自動等工作狀態(tài)，參數(shù)范圍大。當(dāng)故障發(fā)生時， PLC 做出相 應(yīng)保護(hù)措施。 PLC 在滿足同樣控制要求的情況下，又不像計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)那樣復(fù)雜、難以掌握。 有利于控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和柔性化，縮短控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試周期、 降低測試產(chǎn)費(fèi)用。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 3 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.1 概述 波紋管成型機(jī)生產(chǎn)出的波紋管主要用于汽車的消聲器。模具是成型過程的主要裝備， 也是整個裝備的重中之重。波紋管的幾何形狀、尺寸和精度是由成形模具來保證的。根 據(jù)金屬變形規(guī)律、波紋管幾何形狀、尺寸、精度、成形力的大小和波紋管軸向彈性回彈 等，設(shè)計(jì)成形模具。 除設(shè)計(jì)因素之外，波紋管很大程度上依賴于制造工藝，先進(jìn)的制造 工藝是提高波紋管性能和質(zhì)量的重要保證。 整個模具裝備主要由模片、鏈條等部分組成。 3.2 設(shè)計(jì)依據(jù) A 本套設(shè)計(jì)依據(jù)汽車消聲器等特性設(shè)計(jì)。 B 本套設(shè)計(jì)以滿足汽車波紋管一次成型要求設(shè)計(jì)。 C 本套設(shè)備以符合相關(guān)管材的規(guī)范要求設(shè)計(jì)。 D 本套設(shè)備的制造、檢驗(yàn)、安裝、使用均以滿足設(shè)備投資少、生產(chǎn)易控制。 圖 3.1 波紋管成型機(jī)模具 3.3 設(shè)計(jì)范圍及其設(shè)計(jì)方案 過去雙壁波紋管的直徑比較小，雙壁波紋成型機(jī)都采用“履帶式設(shè)計(jì)” ：把成對的成型 模片一對接一對地固定在同步相對循環(huán)移動的兩履帶上，形成一排移動中的成型模片。 有的兩履帶水平配置，如 UNICOR；有的兩履帶上下配置，如 CORMA。熱熔態(tài)的外壁 就在壓力或真空的作用下形成波紋外管。波紋外管再和平直的內(nèi)管熔接成雙壁波紋管。 最近的技術(shù)發(fā)展是生產(chǎn)雙壁波紋管用成型機(jī)的“梭式設(shè)計(jì)” 。成對的成型模片不再固定在履 帶上，而是沿矩形軌跡循環(huán)移動。在成型工作區(qū)，成對模片是慢速移動；在離開工作區(qū) 后模片沿外側(cè)軌道快速度返回。本套設(shè)備設(shè)計(jì)的范圍如前述組成部份，其間還包含了較 波紋管成型機(jī)的設(shè)計(jì) 9 多的項(xiàng)目。下面按各部件分述如下： 3.3.1 模具的工藝分析 工藝設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的、多層次、多任務(wù)的設(shè)計(jì)過程，它涉及的面較廣，影響著工 藝決策的因素也很多，金屬波紋管的試制涉及材料的精密塑性成形、熱 處理、表面處理、 焊接、切削等多種工藝。根據(jù)研制的需要，對上述各工藝做出合理的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出技術(shù) 上先進(jìn)可行的工藝。我設(shè)計(jì)的是雙壁不銹鋼波紋管，內(nèi)外層的鋼壁都是焊接而成，但是 焊縫不是在同一直線上，其成形工藝為油推水壓制成形。模具由凸模與凹模 2 部分構(gòu)成， 對于同一件不銹鋼制品，可設(shè)計(jì)出各種不同結(jié)構(gòu)形式的壓模，壓模的結(jié)構(gòu)形式直接關(guān)系到 制品質(zhì)量、模具制造成本及其使用壽命