ADDINCNKISM.UserStyle拉彎機整體結構設計OVERALLSTRUCTURALDESIGNOFTHEBENDINGMACHINE

摘要本文的主旨是根據現有的一些國內外拉彎機生產廠家的現有資料以及發展現狀，對拉彎機的原理、用途以及結構進行詳細介紹，同時參考現有的產品，對其提出一些缺點和不足，同時也會對其中一些優勢加以采用。在本文中，對拉彎機的關鍵技術問題進行了一定的探究和改進，同時是帶著問題去深入探索一些關鍵技術。通過提升拉彎機性能，實現了拉彎機在設計和制造階段的改進，相較原本的機器大大縮短了設計周期，同時也逐步完善其結構，通過相應的改善，提高了拉彎機的自動化程度。現今的拉彎機在設計上存在很多問題，首先就是設計周期相對較長，同時設計成本也相對較高，而且還有一個更大的問題就是設計在后續的修改中存在著很大的問題。本文相比以往液壓拉彎機進行了一定程度的改進，首先就是傳統的拉彎機對拉伸油缸的拉緊力有較高的要求，而且在實際運行過程中，外界給予拉彎機的環境因素還是很多的，在環境因素的影響下，拉伸油缸的拉緊力較難控制，因此在本文中，主要是采用電液伺服系統控制拉伸油缸的拉緊力。這樣一來就有了很多的優點，首先就是電液伺服系統有很大的優勢，電氣元件的信號傳輸相對較快，同時電氣元件的的線路連接和測量中相對較為方便，不僅如此，它還結合了液壓原件結構緊湊，慣性小，重量輕，反應快，輸出功率大，適合作動力元件等優點，因此拉伸油缸的輸出拉力就會被定格在某一恒定壓力上。關鍵詞：拉彎機;改進;自動化;液壓元件

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緒論1.1概述拉彎機在現實生活中的應用還是較為廣泛的，在飛機、汽車以及火車等大型機械上都有應用，因此它主要適用于制造外形精度較高，尺寸較大的扳彎型材彎曲件和變曲率擠壓件。因此在飛機的框架設計，以及火車汽車的車窗等密封型材上經?？吹嚼瓘潤C的應用。拉彎機通常情況下分為轉臂式和轉臺式兩類。在應用方面也有一定的分類，如在型材的折彎上主要是采用型材拉彎的方式，從理論上來講就是讓材料超過其屈服極限使之彎曲變形，然后讓其有一定的軸向力，再利用空槽磨具使其發生彎曲，在卸載之后，拉彎的零件曲率半徑會出現一定的回彈現象，這就使得拉彎機在某些方面具備一定的特點，通過研究發現，為保證避免此現象的發生，需要在運動過程中實現精準控制，因此在拉彎工藝的設計上也有很大的講究，在拉彎機的設計中也要主要考慮實際的工作因素。對于拉伸彎曲的研究，似乎已經有很長時間的歷史了，可以說早在中國古代就有很廣泛的應用，拉伸彎曲其實就是一個相對復雜的塑性變形的過程，在工作過程中很容易發生力之間的相互作用，這對工件的加工都有很大的影響，從理論方面考慮“先彎后拉”可以提高工作的效率，實現同步工作，這樣做對于工件的加工還是有一定的好處的，這樣工件的回彈量最小。但是考慮到實際的工作環境，工件與彎曲模具很難緊密的貼合，或者即便是貼合由于摩擦力的作用，工件也會非常容易的受到損害；通過采用“先拉后彎”的方案，工件會有很不錯的力學性能，最明顯的就是均勻的塑性變形，但是這樣的工藝方案也有很大的弊端，比如卸載后回彈會非常的大，因此在現場的實際環境中，一般情況下都采用“先拉后彎最后補拉”的復合方案。通俗的說就是先讓工件進行一定程度上的彎曲，然后再進行補拉，從理論上講，這樣做的好處就是可以使纖維均勻伸長，同時具有相對優良的應力分布，同時也能消除別的應力狀態的影響[2]。1.2拉彎機國內外發展狀況在國內拉彎機的發展也是非常廣泛的，就拿西安飛機工業集團有限責任公司生產的nrp一8型材拉彎機舉例，它具有非常高的力學性能，同時也有其領先于世界的技術參數：其加工范圍能夠達到3-9m,單每一個拉伸缸的行程就有900mm,它的搖臂最大轉角為90度，搖臂的長度也能達到6米多，最大彎曲角度為220度。佛山利多鋁型材拉彎設備有限公司生產的LWS一6—633KN雙轉臂液壓拉彎機，其技術參數為：轉臂的缸最大拉力(雙缸)633KN／21Mpa，材料拉伸油缸最大拉力(雙缸)453KN／21Mpa，夾緊油缸最大夾緊力(單缸)105KN／21Mpa。最大拉彎有效弧長：L=600，最小拉彎半徑：R=300，最大裝夾斷面：150×150×4(厚度)電動機功率：4KW、7．5KW各l臺。彎曲速度：max≤O．30m。外形尺寸：長×寬×高=9000×3300×1060。設計總是朝著最優化的方向發展。目前我國在拉彎機的研發上已經獲得了一定成果，基本上可以實現自動控制。在國外某拉彎機的價格以達到百萬之多，其原因就是它能夠實現三維拉彎。目前國內的拉彎機技術雖然已經達到了世界水平，但是其成本過高，通用性相對較差，因此在目前的市場上很難得到普及，這也是我們研究本文的意義所在！1.3課題主要研究目的及內容本課題鑒于現有拉彎機的一些弊端，改進和完善了傳統的拉彎機的，使設計成本減少，提高其設計質量以及縮短設計周期的目的，可以提高自動化的程度，以適應當今社會發展迅速的潮流。本課題的內容主要是：通過優化設計實現對拉彎機整體結構的設計，包括對總體結構方案的確定、主要零部件的設計與校核、對拉伸油缸部分的改進設計和最終電控部分的設計。其主要要求如下：在工作過程中，可以實現對拉伸速度的調控；保證夾鉗兩側產生的拉力相等，避免因為受力不均的現象而導致工件變形嚴重，影響最終的效果；在進行拉伸前，對工件實行夾緊，定位精準，防止脫落；可以對擺臂的速度可擺動角度進行調節。以下是設計要求：可拉彎材料包括鋁型材、小斷面鋼材、不銹鋼型材等等；可拉彎材料長度為1.2-4m；最大裝夾斷面為100*100mm；可彎曲最小半徑為0.25m（轉臂最大轉角處被彎曲弧長所對圓心角為120°）；最大力矩:≤300kN?m；轉臂油缸的最大拉力為200kN；拉伸油缸最大拉力為254kN；夾頭油缸最大夾緊力為92kN。第二章拉彎機總體結構確定2.1拉彎機的功能介紹本研究所設計的拉彎機是一種利用在飛機工業上的專用設備，它是根據廠家的實際需要設計的，在設計過程中主要是考慮到拉彎機的一些性能，以及所期望達到的效果進行考究，本次的設計主要是考慮鋁型材、不銹鋼以及小端面的鋼材，同時也要考慮到彎曲部分不能有任何褶皺，要保證其彎曲后的光滑性，考慮到一定的通用性，需要對不同尺寸的型材進行拉彎成型，因此本機器具有一定的通用性，同時在工件的加工過程中，可以根據實際情況對攻堅的長度和角度進行調節。塑型材最終形狀見圖2.1：圖2.1拉彎成型的型材本液壓拉彎機總長5300mm，總高1350mm。放置模板的工作臺尺寸為850*1600mm。夾持鋁型材、不銹鋼以及小端面的鋼材的長度1.2-4m，最大裝夾斷面：100*100mm；可彎曲最小半徑：0.25m。2.2拉彎機總體結構確定拉緊機構、夾持機構、切斷機構以及彎曲機構是液壓拉彎機的重要組成部分，當然還需要有電氣系統。對于拉彎機來說最主要的就是液壓系統，彎曲機構是由大臂、小臂再加上驅動大臂和小臂的油缸組成。而對于拉緊機構、夾持機構、切斷機構也需要靠相應的油缸來驅動。轉臺式和轉臂式是拉彎機的重要組成部分，而對于本文主要是考慮了轉臂式結構。液壓拉彎機外形圖如圖2.2所示：(在這里需要做一個聲明，由于拉彎機是左右對稱的結構，因此在這里采用了簡圖，表達了一半的內容)圖2.2拉彎機結構簡圖下面我們來分析一下拉彎機的動作過程，當然啟動電源和油泵是準備工作，隨后的動作如下：1．放上型材5，夾緊油缸4將型材夾持。2．接下來需左右拉伸油缸1，將工件進行預緊。3．大臂2在油缸12的推動下開始動作，型材開始在模板上成型。4．小臂3在油缸6推動下動作，型材在模板上成型，直至達到所需形狀。5．將設備恢復至原位。對于拉彎機來說也具備以下的功能（機械調整）:首先就是大臂的位置可以通過6來調整，但是這僅僅是相對大臂的位置，其次就是拉伸油缸也可以進行調整，夾緊塊則是可以根據拉伸油缸的位置進行超過六分之五圓的調整，可以進行一定的調整。第三章液壓拉彎機主要零部件結構設計3.1拉彎機工作原理本課題的研究方向是液壓式拉彎機，本研究所涉及的液壓拉彎機的工作原理如圖3.1所示：圖3.1液壓拉彎機的工作原理液壓拉彎機整體的工作流程：1．油缸2對型材8進行夾緊處理。2．油缸1對型材8進行拉伸，保持緊湊狀態。3．對于油缸5它的作用是非常重要的，它能夠通過限制大臂6的位置讓其在位置A到位置B之間運動。4．在到達預設位置B后，此時固定大臂不動，然后通過鉸鏈連接的油缸3推動小臂進行運動，最終到達位置C停止。5．反復運動，直到下一流程的開始。特別說明：1．油缸加持位置是可以進行調節的，當然調節范圍是在沿拉完線的方向，這樣就可以增強機械的通用性，即可以加工不同長度的型材。2．夾持頭可以調節其上下位置，這樣就可以讓型材適應模具表面。由圖2.3可見，拉彎機是通過油缸3和油缸5實現彎曲功能的，對于運動過程的分析我們可以參照下面的運動過程來進行，放置在大臂和小臂上方的是用于制造汽車玻璃形狀的模具。鋼件被加緊之后，油缸5就開始運動，這樣小臂會隨著大臂來運動，在通過模具的作用，這樣就可以實現初步的彎曲。這還沒有完，接下來大臂將被鎖緊，油缸將會推動小臂進行運動，當然這樣的運動是相對于大臂而言的，進而通過小臂的運動實現我們想要的形狀。為了增加其通用性，我們這里完全可以滿足不同型號的車窗，這是通過彎曲部分的長度來控制的。這樣一來就需要我們采用可調節的連接，尤其是大臂與小臂之間，同時對于連接油缸的滑塊我們也進行了優化，即采用方形滑塊結構，既能夠實現穩定的固定，又不容易出現相互脫落。當然兩者之間也會有一些不同，那就是采用了可以調整的加持機構，這樣的作用就是方便加持。不單單如此，小臂與大臂的旋轉角度也進行了一定的優化，對油缸也進行了限位處理，就是達到一定的伸縮量之后，油缸不會繼續前進，這樣其實就是加了一個行程開關，保護我們的裝置不受破壞。3.2輔助機構的設計3.2.1夾持機構本設計中夾持機構通過摩擦力實現對工件的夾持，而且本研究優化的產品結構非常簡單而且增加了其合理性。對于這套折彎機主要是采用上下塊分離夾緊的方式進行工作的，因此本套系統優化了以往的結構。對于一些細節的處理也是非常的講究的，首先就是螺栓連接的可靠性，以及夾緊塊采用的是鋸齒狀這些都是為了在呢個價裝置的可靠性和穩定性。為了滿足不同形狀和尺寸的型材，使用如圖3.2所示的結構設計：圖3.2夾持機構與拉伸機構相對轉動原理圖從圖中可以看出，夾持機構和拉伸機構之間可以實現相對轉動，正是由于這樣的相對轉動，這使油缸與拉伸油缸之間的摩擦力加大，從而進一步的實現緊固。3.2.2拉緊機構此部分的設計則是根據適用不同的產品結構進行的，首先就是拉緊機構可以相對于銷比進行移動，而對于加持機構和拉緊機構則是在其中間增加了一個導向桿，這個導向桿的作用還是非常大的，他的最大作用就是能夠保障兩機構的協調性和穩定性！3.2.3切斷機構對于切斷機構則是采用跟加持機構相似的原理，采用上下塊分離的形式進行工作，將下塊股東，上塊進行切割運動，實現了整體的穩定性。3.2.4機架對于機架來說這是一個輔助機構，但是也是不可或缺的，優良的機架可以保障床身的穩定性，同時機架的另一個作用就是放油箱，同時大臂也是在機架上固定的，因此機架是所有機構的結合處，因此機架需要采用優良的結構以及材料，目的就是為了讓機床更穩定。3.3液壓系統工作原理液壓系統原理圖見圖3.3所示。圖3.3液壓控制系統原理圖其工作流程如下：1．通過電磁換向閥實現對油缸的夾緊。2．拉伸油缸開始工作，同時在過程中，根據實際的工作情況對其速度和力進行調節。3．大臂進行擺動。4．小臂隨之擺動。5．在完成指定的工作任務后，電磁換向閥進行切斷運動。6．復位。3.4計算彎曲力矩通過拉彎力矩公式，可以知道，當拉彎的半徑越小時所受到的力矩越大，因此以最小半徑彎曲時的力矩為彎曲彎力矩，公式如下：（3-1）其中：為彈性應力；為管材內徑；為管材壁厚；為屈服應力；（3-2）3.5工況分析查閱資料可得液壓缸的機械效率，0.90~0.95，取=0.91；取液壓缸運動部件的質量為40（活塞桿和模具）。摩擦系數的選?。红o摩擦系數=0.2，動摩擦系數=0.1。、液壓缸活塞桿靜摩擦力：（3-3）液壓缸活塞桿動摩擦力：==0.1×40×9.8=39.2（3-4）、負載慣性力：取速度差0.023，啟動時間=0.2則==4（3-5）、工作負載力：（3-6）、液壓缸密封摩擦力：根據實際情況估取為=300（3-7）3.6液壓泵的校核由工況分析知，液壓缸在彎曲管材結束時出現最高壓力，即，此時液壓缸的輸入流量較小，也就是說進油路的液壓元件較少。故液壓泵至液壓缸間的進油路壓力損失估取為。由此算得液壓泵的最高壓力為：=+=31.6+0.5=32.6（3-8）由上述可得知，液壓泵所需的最大供油流量，按液壓缸的最大輸入流量（）來估算。取系統的泄漏系數，則：=1.1×23.98=26.378（3-9）根據系統所需流量，初選變量液壓泵的轉速為。取液壓泵的容積效率,根據下式進行計算：（3-10）式中——液壓泵的排量，；——液壓的轉速，；——液壓泵的最大流量，；——液壓泵的容積效率；根據以上數據計算得液壓泵的排量參考值為：==19.54（3-11）參考以上計算結果，查閱產品樣本，查詢《新編液壓技術實用手冊》，選用規格相近的25※CY14-1B壓力補償變量型斜盤式軸向柱塞泵。其額定壓力,排量，額定轉速，容積效率，故此其額度定流量為：==1500×25×0.92=34.5（3-12）而系統所需液壓泵的最大流量:(3-13)由此可知，滿足系統對流量的要求。第四章拉彎機拉伸油缸部分的設計改進在對拉彎機進行使用的過程中，我們發現，很多類似的產品在工作過程中都能表現出良好的功能特性，但是在拉伸油缸的部分會出現控制不當的現象，雖然問題很小，但是對于輸出拉力難以控制的話會導致對產品外觀造成影響，嚴重的話，還會導致產品發生斷裂，造成一定的經濟損失。綜合考慮各種驅動控制方式，最終選取電液伺服系統。4.1電液伺服系統簡介電液伺服系統是一種通過電能和液壓能進行轉化而完成控制任務的系統，在整個工作過程中，首先由電機釋放電能，同時釋放對應的模擬信號，經由伺服放大器進行信號的放大，再將信號輸出到執行機構上【3】o4.1.1指令信號源指令信號源是輸入信號，通過不同的信號發生裝置對伺服放大器進行信號輸入，形式多種多樣，其作用是發布對應的工作指令。4.1.2伺服放大器伺服放大器的主要作用為對信號進行接收和反饋，通過對信號進行放大實現其比較，通過不同的端子輸入來進行負反饋時的信號補償，并且可以根據電流大小引起的溫度變化來進行一定的校核補償。在進行信號放大的過程中，部分為有效信號，部分為誤差信號，伺服放大器會將誤差信號進行處理，施加到電液伺服閥上。同時，伺服放大器好具備過載保護和短路保護能力，當信號值過大或者伺服放大器內部出現短路的情況，伺服放大器會自動停止，防止自身內部線圈和結構的損壞，也保證了人的操作安全問題。在負反饋的過程中，伺服放大器可以調節自身輸出電流的大小和振幅以及頻率，滿足不同的實際電流情況。4.1.3電液伺服閥電液伺服閥在電液伺服控制系統中起到了十分重要的作用，通過電液伺服閥可以將控制結構和執行機構連接在一起，真正實現了電液之間的轉換。在整個系統中，電液伺服閥是及其重要的部分，要求其在運行過程中的精準度必須足夠高，同時密封性需要有所保障，防止在工作過程中因為油污和灰塵等問題影響到了其工作性能，出現減少使用壽命的狀況。電液伺服閥在工作過程中實現了用小的信號來控制輸出較大功率裝置的作用，整個系統運作效率的好壞，直接受它的特性影響4.1.4液壓執行元件液壓執行元件由液壓馬達、液壓缸以及擺動馬達組成。這三種執行元件的作用都是根據電液伺服閥所輸出的壓力和流量進行相應的直線、旋轉和擺動運動，在工作過程中，執行元件的參數和性能也在一定程度上影響著整個系統的性能，在進行液壓缸的選取時，要遵循密封性良好、摩擦力小的原則，而進行液壓馬達的選取時，要保證其在速度較低時的運動特性良好。4.1.5反饋傳感器在執行元件產生執行動作之后，需要對其運動動作進行一定的定位和反饋，這時就要用到反饋傳感器了，反饋傳感器可以對執行元件的速度、位移、加速度進行反饋，實現精準控制[4l。4.1.6電液伺服系統的特點在伺服放大器和伺服電機部位為電氣元件，通過信號線進行連接，信號傳遞速度快、精準程度高，同時較大的節約了工作空間，同時伺服電機具有負反饋功能，可以根據執行元件不同的運動信息進行調整控制，實現了自動化、智能化控制策略。而液壓元件具有響應速度快的優點，同時因其結構原因，整體結構比較緊固，慣性較小，可以實現較大功率的輸出【5]。電液伺服系統在很多行業都得到了大范圍的使用。4.1.7電液伺服系統的設計步驟根據不同的項目和具體的問題會有不同的設計思路以及設計步驟，本文在設計思路上采用的是工業上比較常見的頻率法，通過參考總體的設計要求進行初步的設計運算，再通過反復的檢查和計算，對其結構和控制系統進行校核運算，最終實現能夠在要求和標準下進行正常工作。設計步驟如下：1．通過對整體的結構參數分析總結，確定總體的設計原則和設計要求。2．初步設定方案，比較分析幾種方案，選擇出最優的方案，并繪制其原理圖。3．在靜止狀態下對整體的結構進行計算，包括容量、流量、液壓、氣壓等參數進行整體的設計和規劃。4．繪制各個元件的動態特性曲線圖，并且據此進行分析，確定相關的動態參數，繪制相應的流程圖。5．對整體的動力裝置及其他輔助裝置進行設計。同時還要對系統各個部件結構的工藝性進行檢查分析，確保在可靠程度、安全性能、使用時間、經濟性方面均能滿足使用要求。各個步驟可以交叉同步進行。各步驟簡要說明如下：1．設計要求(1)最終的執行元件的動態信息需要的控制方式。(2)確定負載的相關參數。(3)進行動態特性分析，包括其相關參數的分析。(4)對性能指標進行確定：a)精度要求：在工作過程中因為電流頻率突變而引發的信號波動而產生的誤差；執行元件在運動過程中受到的阻力、損失的熱能和死角位置產生的誤差；在反饋過程中因為電流、信號等能量損失造成的誤差。b)動態品質要求：包括穩定性和快速性。在工作過程中，很容易出現突變和波動現象，需要我們對頻率和峰值進行控制，實現平穩運轉。而響應速度是在進行起動和信號輸入輸出時特性，響應速度越快，其工作性能越好。c)工作條件及其它要求，包括：1)對外界環境需要有所要求，包括溫度、噪音、粉塵、和風速等都會對系統產生影響。2)其它條件比如安全性能、使用時間、可靠程度、經濟性方面均能滿足使用要求。2．初步確定設計方案，繪制原理圖根據總體的設計要求和相關參數，對本次設計方案進行初步確定，包括以下內容：控制的形式、動力元件的選用、液壓伺服的控制方式、執行元件的適用類型以及伺服類型，這些都需要根據總體要求進行確定。在完成上述內容的確定之后，需要繪制原理圖，通過對原理圖的繪制，實現對整體運動控制的描述。注意在進行原理圖的繪制過程中需要對不用結構的信號和電流形式進行區別和分開描述。3．根據靜態計算確定動力元件參數和選擇其它組成元件(1)動力元件設計進行設計時，需要充分了解動力系統的所需動力，以此為依據，進行油壓和元件、閥門規格的選取，首先需要確定油壓，再根據油壓對其他因素進行合理的匹配，最終還要結合其他結構和因素進行綜合考慮，實現對動力元件的設計。a)供油壓力的選擇選擇和計算時，我們要充分考慮到實際的因素，通常情況下，油壓越高，其所需要輸出的流量越少，可以減少輸油管道的長度和其他對應元件的尺寸和質量，降低了一定的成本。但是油壓不能過高，一旦超過28MPa，就會使管道和其他元件的尺寸增加，因為原有的尺寸并不能滿足液壓油在運動過程中產生的壓力需求，強度方面不滿足條件。另一方面，當油壓過高時，響應時間短，響應速度快，需要與之匹配的元件提高精準度才能增加整體的性能，從經濟性的角度考慮，油壓不應過大。在工業生產中，通常情況下，油壓為2.5-14MPa，這樣的油壓區間既可以滿足正常的生產工作任務，還可以減少對元件和其他結構的沖擊，在一定程度上提高了機構的使用壽命，同時，低壓力的液壓油在運動過程中很容易進行控制，有助于減少泄露現象的發生，在運動過程中較為安全，不會發生大規模的漏油而引起火災的現象。在選擇油壓時還需要我們進行綜合考慮，才能進行合理的設計。b）執行元件的選擇通常情況下，執行元件的選擇可以選擇較大的機構，這樣可以較大的滿足在運動過程中的負載需求，同時較大的執行機構還會增加整個系統的穩定性，保證在執行過程中可以實現穩定運轉。但是需要有所限制，如果執行機構過大的話，會增加動力系統的負載，同時，在空行程時還會造成極大的能源浪費，因此在選擇執行元件的過程中，需要綜合進行考慮，對其和其他元件的配合、和其他機構的配合、自身的負載需求、工作效率等進行分析。c)伺服閥的選擇在對伺服閥進行選擇的過程中，需要充分考慮整體系統的工作要求，在伺服閥的輸入輸出能力上進行分析運算，保證在其額定流量之上，一般來說，其輸出能力為額定流量的115%，在高速度的系統中需要提高到130%。除了輸出能力之外，還需要對以下因素進行分析考慮：(一)隨著流量的增加，伺服閥可以根據壓力的大小進行調整。(二)密封性良好，防止泄露問題的發生。(三)減少因環境因素如溫度、沖擊、振動而引起的誤差。(四)根據整體的工作要求選定合適的頻寬區間，保證頻寬的合理性。頻寬太大，容易對整個系統產生自身的干擾。(五)避外界對其的污染。(六)使用壽命、工作時間、成本等。(2)其他組成元件的選擇在其他組成元件，例如反饋傳感器、檢測器、誤差放大器的選擇中也需要我們進行綜合考慮。首先我們對其精度進行控制，在很多情況下，這些元件的精準程度在很大程度上影響了整體的使用性能。反饋傳感器中，通過對輸出信號進行進一步的監測和反饋，實現了補償，提高了整體系統的精準性；檢測器也是同樣的道理，通過檢測運動過程中的誤差大小，實現了對整體運動精準度的控制；誤差放大器可以將電流中細小的變化、波動、損耗進行信號方法，傳遞給處理器進行放大處理，實現對信號的精度補償。這些元件的共同配合使用實現了整體的高精度、良好的穩定性。4．計算動靜態品質，確定開環增益和校正裝置(1)對各個元件進行分析和選擇，在選擇后初步運算繪制出其動態特性圖，并將其進行整理，繪制圖。(2)通過各個元件的動態特性，實現對整體系統穩定性的運算。(3)對各個元件進行分析，確定誤差精度。(4)，通過上述對整體系統穩定性以及誤差的計算進行初步選定，根據選定結構，再代入整體系統進行校核，反復校核選取，最終確定相應的結構。4.2電液伺服系統控制液壓拉彎機拉伸油缸拉緊力的研究圖4.1為本控制系統的原理圖。圖4.1控制系統原理圖其中，ei—系統給定電壓，—比較環節的輸出電壓，ef—傳感器反饋電壓。圖4.2為液壓拉彎機力控制系統的方塊圖。圖4.2液壓拉彎機力控制系統方塊圖其中，K—伺服放大器增益，KSU—電液伺服閥流量增益，KC—壓力一流量增益，KS—負載剛度，AP—液壓缸工作面積，VI—總壓縮容積，WSU—電液伺服閥固有頻率，M1—負載質量，Be—系統的有效體積彈性模數(包括液體、連接管道和工作腔體的機械柔度)，BL—負載粘性阻尼系數。4.2.1控制系統供油壓力的選擇根據拉力實驗測得：拉伸油缸的最大拉伸力R。=1350N。根據課題的要求和相關分析，本設計使用的油壓不宜過大，初步定位P=6.3MPa。因為負載壓力滿足時，整體的系統性能最好，伺服閥輸出能力最佳。而過大的油壓會使其他結構的成本增加，最終造成一定的浪費現象，為了保障經濟性。所以取PL=4.2MPa。4.2.2液壓缸的設計根據公式:(4-1)可得到液壓缸有效工作面積(4-2)對于活塞,根據公式要求（4-3）其中，--活塞桿材料的許用應力，單位為帕(Pa)。當活塞桿材料為碳鋼時，=100～120MPa。由此得出：（4-4）初選d=16mm,由公式：（4-5）得D=26mm,其中，D為油缸內徑。又因為當活塞桿受拉時，應滿足：d=(O.3~0.5)D，綜合考慮以上因素，選取油缸內徑D為32mm。計算液壓缸外徑D1：根據公式：(4-6)其中，一缸體壁厚(m)，一缸體材料許用應力(Pa)，，一材料抗拉強度(Pa)，對于40Cr，取值為750MPa,n一安全系數，這里取n=5，P一液壓缸最大工作壓力(Pa)，這里取P=Ps。故得：（4-7）可取=8mm，則液壓缸外徑為：（4-8）得出液壓缸實際有效面積：（4-9）由于本設計中負載剛度較小，所以活塞的行程不宜選的過小。這罩取活塞的行程H為20厘米。4.2.3活塞桿強度校核活塞桿強度的校核1）、活塞桿是液壓缸的重要工作部件，液壓缸的強度可以決定它的的工作能力和性能。若活塞桿強度較低，容易發生事故，嚴重時會導致整個液壓系統癱瘓失去正常工作的能力?；钊麠U的強度校核公式如下：（4-10）式中——活塞桿上的作用力，N；——活塞桿材料的許用應力，；（取=240）依據上市計算得：（4-11）而，因此知活塞桿強度足夠。2）、另外，活塞桿一般都具有螺紋、退刀槽等結構。這些部位一般都是活塞桿上的危險截面，為了保證他們強度，需要對其進行強度校核，其計算公式如下：（4-12）式中——為活塞桿上的拉力，；——危險截面直徑，m；根據實際情況取，代入數據得：（4-13）由于，故強度足夠。3）、活塞穩定性的驗算若時，需要對活塞桿進行彎曲穩定性的驗算，安裝距離為。本設計的安裝距，故不需進行穩定性的驗算。4.2.4負載的信息已知的負載條件有：負載剛度，負載質量M1=4kg，負載截面積：，最大空載速度。4.2.5選擇伺服閥伺服閥最大空載流量由U和Ap確定:（4-14）伺服閥壓降：（4-15）根據Qom=46.8L/min和Pu=2.1MPa選擇FF106-63型電液伺服閥。它的技術參數為：額定供油壓力P=2lMPa，額定電流I=15mA，額定流量Qo=63L/min.伺服閥流量增益：（4-16）其流量一壓力系數為（4-17）液壓彈簧的剛度為：（4-18）可知液壓彈簧的剮度遠大于負載的剛度。即Kh>>K。另外由產品性能查得：伺服閥固有頻率（4-19）第五章液壓拉彎機電控部分的設計在電空設計部分，我們對常見的控制形式進行了總結，綜合考慮，最終決定使用可編程控制器技術來進行電控。5.1可編程控制器簡介可編程控制器是新一代的控制方式，通過PLC的內部程序，可以對輸入信號進行不同的處理，進而實現對應信號的輸出，實現了精準控制。同時，可編程控制器可以對整體系統進行全方位的控制，各個設備都可以用到，和傳統的繼電器控制相比，可編程控制器具有占地面積小、可靠程度高、安全性能好、便于控制的特點。5.1.1可編程控制器的特點根據國際通用標準，對其進行定義：PLC是一種數字式電子儀表，可以起到定時控制、順序控制、邏輯控制、技術控制以及四則運算的功能。PLC具有以下特點：1．對于外界干擾可以做到良好的屏蔽作用當今市面上的plc大多數都是通過電子集成在相應的主板上，這樣做的優勢在于高度的集成手段避免了外界對其的干擾，在運行過程中，通過主板、軟件和I/O接口進行信號傳遞，小部分采用接線的傳遞模式，這樣的方式可以避免因為噪音、污染、線路磨損而對信號傳遞過程造成一定干擾，同時，其工作時間較長，具有較長的使用壽命。2．適用范圍廣泛PLC在機械設備中有很廣泛的運用，具有極其強大的功能，它具備數字量和模擬量的輸入、輸出能力，數字運算以及邏輯運算能力，同時也適用于各個領域各個行業中，可以滿足各個行業的發展和需求，因此，其通用性好的特點使其可以大批量的進行規模生產，而繼電器控制做不到這一點。3．編程簡單，使用方便PLC具有多種編程語言的編程方法，不光是邏輯運算，還可以通過圖形和流程圖進行編程，極大的簡化了編程過程，便于掌握不同編程語言的人進行操作，各個編程語言之間可以相互轉化，在項目對接的時候十分的方便、快捷、有限。調用程序簡單快捷，便于對程序進行修改，同時內部具有一定的存儲空間，可以保證編程程序的不丟失，上手容易，無論是初學者還是文化程度較低的人群，都可以很快的上手。4．利于檢測、檢修、診斷故障PLC現今大多為顯示屏進行操作顯示，從人機交互界面來看，操作簡單、方便，可以和常規的鍵盤鼠標、打印機進行設設備連接，實現數據的輸入?？梢宰龅綄崟r檢測運行程序和運轉情況，在現場即可對程序進行修改和打印，方便找出錯誤和不滿足生產需求的程序。5．體積小、結構緊湊普通的PLC通過電機集成的方式實現了微型化，占地面積小，主板結構緊湊，使用時簡單的控制系統。而復雜的PLC使用的是模塊化的設計，通過不同的模塊對整體的系統進行控制處理，包括電源模塊、伺服放大器模塊、運動模塊、定位模塊等等，各個模塊之間通過編程語言進行控制。6．有較強的通訊和數據處理能力PLC和計算機、CRT和其他外接設備之間都可以很好的進行信息交互，不僅如此，它們還可以通過其內部的編程語言和指令系統，來達到和遠程的系統進行信息交互的目的，實現遠程的控制，而在工作現場，也可以根據實際的工況進行分析，通過計算機系統進行集中統一處理，實現通訊和數據處理能力。5.1.2可編程控制器的組成與工作原理可編程控制器(PLC)主要由中央處理單元(CPu)、輸入／輸出接口(I／O單元)、存儲器(ROM、RAM)、電源和編程器幾大部分組成，其組成框圖如圖5.1所示。圖5.1可編程控制器的組成原理圖最開始出現的PLC只能對0、1進行甄別和控制，也就是只能對開關量進行控制的處理。隨著科技的發展，相關領域的研究也在不斷發展，尤其是在計算機領域，人們在PLC領域的研究也取得了新的突破。通過對數字量和模擬量的輸入輸出轉換以及對信號進行處理和控制。PLC的大小不是根據其外形大小而定的，而是根據PLC上的I/O接口的數量而進行區別，通常情況下，數量在64以下的為微型，64-512為小型，512-2048為中型，2048以上為大型。5.1.3可編程控制器的編程方法最開始出現的PLC的編程語言為梯形圖和指令碼。通過圖形對其進行編程控制也是PLC的一大特色，而且不同的編程方法之間還可以相互轉換，這就極大的方便了不同編程語言的操作者進行使用操作，而圖形的方法也讓一些不具備計算機編程語言的工人具備編程能力，是十分方便的一種編程方法。5.1.4可編程控制器選型的原則現今隨著工業化進程的不斷推進，很多類型的PLC都涌現了。品牌不同、外觀不同、性能不同的PLC讓人眼花繚亂，同時也加大了選擇的難度，在進行PLC的選型時，要充分考慮以下原則：1．規模要適當2．功能要相當、結構要合理3．編程方便5.2可編程控制器技術在液壓拉彎機電控部分中的應用總體要求如下：：在進行工作時需要具有‘手動狀態”、“工作狀態I”、“工作狀態II”三種工作狀態。當拉彎機處于手動狀態時：1．接通電源，指示燈亮。2．把“拉伸”、“大臂”、“小臂”、“切斷”四個開關撥到“手動”位置。3．將“油泵”調整到工作狀態，同時工作指示燈亮。油泵開始運行。4．保持“壓緊左”的工作狀態，同時工作指示燈亮。根據實際的需要進行調整。保持“壓緊右”的工作狀態，同時工作指示燈亮。5．以下四個工位“拉伸”、“大臂”、“小臂”、“切斷”的調節方法同?4’?！皦壕o左”與“壓緊右”必須同時處在“工作狀態”，其目的是起保護作用，防止工件彈出。當拉彎機處于工作狀態“I”時：1．保持“工作狀態”的指示燈在“I”位置出亮起。2．把“拉伸”、“大臂”、“小臂”、“切斷”四個開關撥到“自動”位置。3．接通電源，指示燈亮。4．將“油泵”調整到工作狀態，同時工作指示燈亮。油泵開始運行。5．保持“壓緊左”的工作狀態，同時工作指示燈亮。根據實際的需要進行調整。6．保持“壓緊右”的工作狀態，同時工作指示燈亮。根據實際的需要進行調整。7．將系統調整至“拉伸”工作狀態，同時工作指示燈亮。這時其它“工位”的工作將依次自動完成，具體順序為：“拉伸”一延時“大臂”一行程開關“小臂”一延時“切斷”一行程開關切刀返回一延時結束(各個“工位”返回原始位置)。當拉彎機處于工作狀態“II”時：I．將“工作狀態”旋鈕轉到“II”。2．操作過程與“工作狀態I”完全一樣。3．具體順序如下：“拉伸”一延時“大臂”一行程開關延時“切斷”一行程開關切刀返回一延時結束(各個“工位”返回原始位置)。依據以上對整體工作性能的分析，在滿足工作要求的前提下，對整個的工作過程進行規劃設計，最后結合PLC的選型原則，最終確定具體型號為：CPMlA一40CDR—D—V1，其電源消耗為3．5w，屬于可擴展類型。它有40個I／0點數，能夠滿足系統的要求。根據要求，應用PLC設計的梯形圖如圖5.2所示。圖5.12電控部分梯形圖

結論本課題針對現今液壓拉彎機在結構上存在的不足進行設計改進，包括對整體結構的綜合設計，方案的設計、對拉緊機構進行了優化設計，最終設計了電氣的控制系統，實現了自動控制，得出如下結論：1．針對拉伸油缸的部分會出現控制不當的現象，綜合考慮各種驅動控制方式，最終采用電液伺服系統來進行控制，電液伺服系統信號傳遞速度快、精準程度高，同時較大的節約了工作空間，同時伺服電機具有負反饋功能，可以根據執行元件不同的運動信息進行調整控制，實現了自動化、智能化控制策略。而液壓元件具有響應速度快的優點。最終在計算的模擬上實現了良好的響應特性。2．使用PLC代替原有的繼電器控制，實現了機器的自動化控制。雖然最終的研究得到了相應的結論，但是還存在一定的不足之處：本設計沒有考慮實際生產上的具體工況，只是從理論模型上進行了運算，在實際的應用過程中還需要進行其他因素的考慮；在設計過程中，拉緊力的計算和最終的電氣控制部分是分開進行計算的，沒有做到綜合的系統的進行設計