1、1可调速钢筋弯曲机的设计摘 要: 管材的弯曲加工在工业生产中占有非常重要的地位，可调速钢筋弯曲机是管材弯曲的主要设备。根据各种可调速钢筋弯曲机的不同性能以及其生产特点，本文设计了一种小型的可调速钢筋弯曲机，它采用机械传动，半自动控制的一种可调速钢筋弯曲机，本设计主要是对其整体的结构进行设计，使其能够适应生产的需要，达到省工、省时、提高生产效率、提高生产精度的目的。其占地面积小、使用方便、结构简单紧凑。该机主要由弯曲模、机体、档料架、传动机构、电器控制系统等组成。电机通过皮带传动带动涡轮减速器传动，再通过传动轴、齿轮副、将动力传到弯曲模上，使弯曲模旋转。关键词: 可调速钢筋弯曲机；电器控制；弯曲
2、半径；THE Design of Adjustable Speed Steel Bar Bending MachineAbstract：The bending of the pipe plays an important role in the industry manufacture. The bending machine is the mostly implement in the pipe bending. According to the bending machines different property and its manufacture property. Thinkin
3、g of the problem such as the worse bending quality, the low efficient and so on. We design a completely auto bending machine. Besides , it is of small footprint, easy to operate.This bending machine is made up of the bending model, the machine frame, the transmit mechanism, the electric control syst
4、em (include the brake system) and so on. First, the electric machine through the transmit axis and the gear, the mechanism transmit the power to the bending model begin to revolve. Key words：Adjustable speed steel bar bending machine; electrical control; bending radius1 绪 论 1.1 可调速钢筋弯曲机的概况及其背景 5 6 1
5、1现今工业发达，无论是哪一种机器设备、健身器材、家具等几乎都有结构钢筋，有导管，用以输油、输气、输液等，而在飞机、汽车及其发动机，健身器材，家具2等等占有相当重要的地位。各种管型品种之多、数量之大、形状之复杂，给导管的加工带来了不少的困难。目前，在可调速钢筋弯曲机进行管材弯曲过程中，外侧壁的减薄、破裂，内侧壁的增厚、起皱和横截面畸变及其演化过程，一直是包括管材弯曲成形在内的工程界未能有效解决的技术难题，也是当今国内外塑性加工学科研究的难点和热点。随着大口径薄壁管小弯曲半径件和难变形料(钛合金)管的应用推广，上述问题日益严重。弯钢筋主要用于电力施工，公铁路建设，锅炉、桥梁、船舶、家俱，装潢等方面
6、，可调速钢筋弯曲机的结构形式很多，按弯钢筋时加热与否可分为冷可调速钢筋弯曲机和热可调速钢筋弯曲机两类，按传动方式可分为手动、气动、机械传动和液压传动四种，按控制方式又可分为手控、半自动、自动和数控四种。目前钢筋的弯曲方法众多，按照成形方法来区分，主要有滚弯曲、模弯曲及无模弯曲三种；按照加热与否可分为冷弯法和热弯法；按照有无填充物可以分为有芯弯钢筋和无芯弯钢筋。有时为满足管件的特定形状要求，或为减轻弯曲加工工艺难度，也采用其他的特殊弯钢筋方法，如振动冲击弯曲等。对于许多小企业，家庭作坊，或者大企业中需要配管的场合，如工程机械上的压力油管，机床厂的液压管道发动机的油管健身器材的弯钢筋等等，这些场合
7、可能不需要功能全的可调速钢筋弯曲机，且加工的管件的难度不高，简易手动型的可调速钢筋弯曲机很可能适应。这系列可调速钢筋弯曲机采用手动夹紧，机械弯曲，机器结构简单，控制元件极少，因此价格上比较容易被用户接受。1.2 国内外研究现状我国市面上现有的自动可调速钢筋弯曲机大多数是液压的，数控的，也有机械传动的，但它们的占地面积较大(长度在 2.54m 之间 )，价格昂贵(25 万元人民币或更多) ，然而大多数用户都需求是是小占地面积小价格便宜使用方便的自动在机械工程和日常工作中，经常需要对管件进行弯曲加工。在企业中，如需要的弯钢筋直径较大，批量较大时，一般在固定的大型弯钢筋设备上进行操作。对于那些金属管
8、直径较小，需要批量不大的场合经常由操作工人制作一个简单的模具，人工弯制而成，但效率不高，耗费耗时。国外比较著名的可调速钢筋弯曲机生产厂家有德国的 VIETZ 公司和美国的CRC 公司。通用的技术都是利用静液压传动、气动控制技术来实现可调速钢筋弯曲机的弯钢筋操作和控制。 在欧美和澳大利亚等国家，意大利 ERCOLINA 是世界上最好的可调速钢筋弯曲机之一,其研发的一种新型的数控可调速钢筋弯曲机,此类型可3调速钢筋弯曲机不用穿芯轴,体积小,方便移动到现场加工生产,而且可以弯型材和型钢,最牛的就是它可以加个工作台,一下变成芯轴可调速钢筋弯曲机,卸下工作台,又可以变成新型无芯轴移动式数控可调速钢筋弯曲
9、机,国内有几家仿制的,工艺不成熟,效果也都不太好。但现有产品中大多结构较复杂、体积较大、重量较重。如下图 1、2 分别是液压可调速钢筋弯曲机、数控可调速钢筋弯曲机。图 1 液压可调速钢筋弯曲机Fig.1 Hydraulic pipe bender 图 2 数控可调速钢筋弯曲机Fig.2 CNC Bending Machine 本文便是朝占地面积小、价格便宜、使用方便、结构简单紧凑、能弯制直径不同圆管的自动可调速钢筋弯曲机（长 0.9M，宽 0.8M，高 1.1M），并着手对可调速钢筋弯曲机的性能进一步的强化，使其能弯曲不同口径或不同的钢型、采用制动电机以提高弯曲机的弯曲精度。大大的简化了电器控
10、制系统，方便操作 15 12。2 可调速钢筋弯曲机设计基本结构与原理4本文综合考虑其实用性和经济性等多方面因素，最后确定了本次设计的可调速钢筋弯曲机的基本结构及其工作原理。本次设计的可调速钢筋弯曲机是采用机械传动，半自动控制的一种便携式可调速钢筋弯曲机，主要是对其整体的结构进行设计，使其能够适应生产的需要，达到省工、省时、提高生产效率、提高生产精度的目的。其占地面积小、使用方便、结构简单紧凑 11。2.1 可调速钢筋弯曲机的基本原理与选择可调速钢筋弯曲机的弯曲原理,在普通情况下有以情二种，即滚弯式与缠绕式。如下图 3、4 分别是弯钢筋原理图。 图 3 滚弯式 图 4 缠绕式Fig. 3 Rol
11、l type Fig. 4 Wound二者各有优缺点。缠绕式主要用于方管的弯曲其结构复杂，而滚弯式主要用于圆管弯曲也可用于方管弯曲但没有缠绕式好，但结构简单。故本可调速钢筋弯曲机采用滚弯式。弯钢筋的步骤大致是：第一，留出第 1 段直线段长度，并夹紧管子。第二，弯曲。第三，松开夹紧块，取出管子，使模具复位。按管形标准样件在检验夹具上检查管形，并校正。第四，重复第 1 步，直至弯完管子为止。2.2 可调速钢筋弯曲机的基本结构 6 11该机主要由弯曲模、机体、挡料架、传动机构、电器控制系统等组成。电机通过皮带传动带动涡轮减速器传动，再通过传动轴、齿轮副、将动力传到弯曲模上，使弯曲模旋转。其简图如下图
12、 5：51-螺栓组 2-旁磁制动电动机 3-小带轮 4-皮带 5-机身 6-大齿轮 7-行程开关 8-盖板 9-挡料轮 10-螺纹杆 11-手轮 12-挡料座 13-操作按钮 14-电源开关 15-联轴器 16-涡轮减速器 17-大带轮图 5 可调速钢筋弯曲机外形简图Fig.5 Schematic shape of bending machine2.3 电器原理图 6 为小型自动可调速钢筋弯曲机的电器原理图。其工作过程，电源线接上，把电源开上，此时电机是不通电的。挡按下 SB1 时 KM1 接触器通电，此时常开开关两个 KM1 闭合通电，而另一个 KM1 常闭开关则打开断电，且此时电机正转，进
13、行弯曲工作，当弯曲到定角度时（此角度由弯曲角度的大小而调整）碰到了行程开关 X1 则接触器 KM1 断电则常开开关两个 KM1 打开即电机断电，由于电机是旁磁制动电机故电机很快停止运转，常闭开关闭合。此时弯曲过程已经完成，之后按下 SB2 则二个常开开关 KM2 闭合通电，而另一个 KM2 常闭开关打开断电，此时电机反转，当转回初始位置时由于碰到了行程开关 X2 则接触器 KM2 断电，则二个常开天关 KM2 打开断电，而另一个常闭开关闭合通电，电机停止。6当再次按下 SB1 时，则得反复工作。其中电路中设有过载保护、短路保护。当在工作中时，电路中具有自锁功能，因而不用怕操作者不小心按错键而出
14、事故。但当工作中出现意外时，只要转动电源开关，把电源开关断开即可使电机停转，之后处理意外后转动电源开关使电源通电便可继续进行正转或反转进行工作。QF-热断电器 FUI/FU2-熔断器 KM1/KM2-接触器 M-电动机 QS-电源开关 SB1/2-操作开关 X1/2 行程开关 L1/2/3 电源线图 6 电器原理图Figure 6 Electrical diagram2.4 工件工艺分析现取直径为 30mm 厚为 2mm 是无缝钢管做为弯钢筋件，材料为 10 号钢，其最小弯曲半径为 60mm。而弯曲件的弯曲半径为 100mm，固其符合加工工艺性。其工件如图 7。弯钢筋件要求不能有裂纹，不能有过
15、大的外凸。不能有趋纹。7图 7 弯钢筋件Fig. 7 Pipe fittings3 设计参数的选择和计算 1 2 13 183.1 电机选取由经验选取可调速钢筋弯曲机的弯钢筋速度为 8r/min则有 P=M = =2 KW (1)602834由工作功率为 2KW 所以电机功率P= (2)41235P工、 、 、 、 分别为带传动、蜗轮传动、联轴器、齿轮、轴承的传动12345效率。取 =0.96、 =0.9、 =0.99、 =0.97、 =0.98 则2345P= =2.5 KW20.96.0.978由于可调速钢筋弯曲机需要弯多种型式的钢型，固选用较大功率的电机以使可调速钢筋弯曲机能够适用更大的
16、弯曲范围，又由于弯曲机需要固有制动功能故选用配有制动功能的电机，且电机正反的频率过大，所以电机转速不宜过大，现取电机的转速为 960r/min 为宜。故先用电机的型号为 YEP132S-6，其基本性能如表 1：表 1 YEP132-6 的主要性能参数Table 1 YEP132-6 of the main performance parameters8型号 功率满载时转速 电流 效率功率因数堵转转矩最大转达矩静制动转达矩不小于空载制动时间不大于噪声YEP132S-63KW 960r/min8.8A 77% 0.67 2.2 2.2 294Nm 04/s 71/db电机的主要安装尺寸如下AGHF
17、ILEC B1 40893847 58028 021 6315132D图 8 电机Fig .8 Motor表 2 电机的安装尺寸 单位（mm）Table 2 units of the motor mounting dimensions (mm)型号 A B C D E F G H I LYEP-132S-6 280 140 89 38 80 315 216 132 210 5153.2 各用电器的选择 17 18由于此可调速钢筋弯曲机采用的是半自动的形式，故采用两个行程开关和两个交流接触电器等组成其电路。由于电机的功率为 3KW 且电压为 380Vh 频率为 50Hz的交流电。故选用行程开关的
18、型号 1LX19-131(B)，接触器型选用 1CJ-16，2 常闭 2 常开，其工作功率为 4KW。按钮使用普通型平钮二个，型号 1为 LA101P-P。电源开关选用 LW8 万能转换开关型号 1为 AC21，其工作功率为 3.8KW。短路保护熔断器选用 1RL6-25 其额定功率为 4KW。9过载保护采用 1JRS1-25/F 系列热继电器 JRS1-25/F 其控制功率为380*3=1124W,因为有二根线所以总功率为 1124*3=3372W 故合适。电源线采用 1BV4（B）即常用铜芯聚氯乙烯绝缘电线 4 平方毫米的铜线线芯结构为 7*0.85。其额定电压为 600V3.3 计算弯曲
19、力矩由弯钢筋力矩公式其中2384bsrttrM为弹性应力sr 为管材内径t 为管材壁厚为屈服应力b为中性层的弯曲半径=2346 Nm (3) 238364082615M3.4 传动比的计算与各传动装置的运动与参数由电机转速 N1=960r/min ，而可调速钢筋弯曲机的速度初拟为 N5 =8r/min所以 总传动比 =N1/N5=120i总由皮带轮的传动比为 14 所以取皮带轮的传动比 =2.5，由于单付齿轮的传1i动比为 18 。便拟定取齿轮传动比 =3,则蜗轮蜗杆的传动比 =16,蜗轮的传动比3i 2不大这有利于提高蜗轮的寿命。为进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速和转矩（或功率）。如
20、将传动装置各轴由高速至低速依次定为 1 轴、2 轴以及, , 为相邻两轴间的传动比；1i210， 为相邻两轴间的传动效率；012P1，P 2 为各轴的输入功率（Kw）；T1,T2 为各由的输入转矩（Nm）；N1,N2 为各轴的转速（r/min）；（1） 各轴转速电机轴转速 Nm=960 r/min蜗轮小轴端 N1= = =384 r/min 0i962.5蜗轮大轴端 N2= = =24 r/min1i384小齿轮转速 N3= N2=24 r/min大齿轮转速 N4= = =8 r/min32i工作台转速 N5= N4=8 r/min（2） 各轴的输入功率电机输出功率 P0=3KW蜗轮小轴输入功率 P1= P0 =3 =3 0.96=2.88KW 1（4）蜗轮大轴输入功率 P 2= P1 = P1 =2.88 0.9=2.59KW22齿轮小轴输入功率 P 3= P2 = P2 =2.59 0.99=2.56KW33齿轮大轴输入功率 P 4= P3 = P3 =2.56 0.972=2.41KW44工作台输入功率 = P4 = 工 5P4 =2.41 0.972 0.98=2.22KW25（3） 各轴输入转矩电机输出转矩 =9550 =9500 =29.84 Nm 0T0mPN3960（5）
