翅片管绕片机送料装置设计.docx
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1、摘 要随着我国空调、制冷业的发展,对翅片管的需求量日益增加。作为翅片散热管生产的专用设备,翅片散热管绕制机仅靠进口已经不能适应市场竞争的要求。因此有必要借鉴国内、外绕制机的先进技术设计出一种全新的自动绕制机,以适应现在市场的需求。本文从特殊暖气管绕制机的功能要求出发,在查阅大量有关国内、外绕制机文献的基础上,提出了自动绕制机的总体设计方案,确定了该绕制机的绕制原理、加工工艺过程及总体布置等。课题来源于哈尔滨热风机制造厂和哈尔滨理工大学联合研制开发的合作项目。本设计拟解决原有传统的半机械、半手工的绕制方式,提高产品质量的稳定性,增加翅片散热管的绕制品种和规格,降低了操作者的劳动强度,实现了产品螺
2、距的无级调节,并可实现程序管理、参数预设置、自动和手动等功能。能够有效地提高企业的生产效率和自动化程度,提高企业在市场上的竞争力。关键词翅片散热管;绕制机;电动机;轴承。AbstractAlong with development of the air-conditions and refrigeration industry, the requirement for fin tube is increasing. As special product equipment of aliform radiator pipe, it cant adapt the requirement of ma
3、rket competition only by importation. So it is necessary to use advanced technique of demestic and oversea for reference and design a new automatism curling machine to adapting the requirement of market.This paper is Setting out from function request of special caliduct curling machine, After refer
4、to large numbers of books and related literature of curling machine, the design of automatism curling machine is put forward, and its curling principle, technics process and disposal are confirmed. The task roots in the cooperate exploitation item between Harbin sirocco machine produce factory and H
5、arbin university of science and technology. This design will resolve the curling problem of half machining and half handworking, advance the stability of product quality, and increase curling variety and specification of fin radiators, depress labor intension of manipulator, and realize function of
6、stepless adjusting to product pitch, program managing, parameter early-setting, automatism or handworking and so on. It can advance enterprise production and automatization, and enhance enterprise competition on the market.Keywords radiator pipe aliform ; curling machine目录 摘要IAbstractII第1章 绪 论11.1 课
7、题背景11.2 国内外研究现状21.2.1 国内研究现状21.2.2 国外研究现状31.3 研究的目的和意义41.4 本文研究的内容4第2章 总体设计62.1 设计要求62.2 绕制原理82.3 工艺流程92.4 总体布置102.4.1 基本要求102.4.2 布置形式及选择112.5 运动计算132.6 动力计算152.6.1 压紧力的计算152.6.2 钢管转动的有效功率162.6.3 总传动效率162.6.4 主运动电机功率172.6.5 进给运动电机功率172.7 本章小结17第3章 主要零部件设计193.1 床身设计193.2 自动上料装置设计203.3 托架设计213.3.1 托架
8、结构213.3.2 托架功用223.3.3 托架工作过程233.4 下料装置设计233.5 绕制装置设计243.6 本章小结25第4章 主要零部件的选择、计算与校核274.1 电机的选择274.2 同步齿形带的计算274.3 齿轮齿条传动294.4 矫正装置中弹簧的设计计算304.4.1 选取材料和确定许用应力314.4.2 计算曲度系数k314.4.3计算钢丝直径d314.4.4弹簧中径D2314.4.5弹簧有效圈数n324.4.6 弹簧的几何尺寸324.5 液压缸设计计算334.5.1 液压缸的设计概述334.5.2 液压缸的计算334.6 轴承的计算与校核354.6.1 寿命计算354.
9、6.2 静载荷计算364.6.3 许用转速验算374.7 本章小结37结 论39致 谢40参考文献40附录1 译文43附录2 英文参考文献46第1章绪 论1.1课题背景本课题来源于哈尔滨热风机制造厂和哈尔滨理工大学联合研制开发的合作项目。哈尔滨热风机制造厂是制造暖风机和组合式空调机组的专业生产厂家,翅片散热管是其主要产品之一。特殊散热器绕制机是生产翅片散热管(以下简称翅片管)的专用设备。翅片管是指金属外表面绕有连续薄带状的螺旋形金属翅片,利用翅片进行热交换的一种换热元件。这种翅片管是目前国内外一致公认的一种新型高效热交换元件,是先进的节能产品,可广泛应用于机械、冶金、石油、化工、电站、汽车、医
10、疗等行业的热交换器及各种散热器、暖风机等设备上。由于我国现有的绕制机多属于半机械半手工的操作方式,生产效率低、产品质量不稳定、产品规格少、不能满足用户日益增长的对产品质量、品种和规格的要求。因此,借鉴国外的先进技术,开发具有自动控制功能的绕制机是一项极具开发潜力的项目。随着工农业的日益发展和人们生活水平的不断提高,能源紧张已成为世界性重大问题之一。世界各国都纷纷寻找新的能源及节约能源的途径,而换热器是开发利用和节约能源的有效设备,在传热和余热回收,利用地热,太阳能等方面都离不开换热器。由于翅片管是换热器中最基本、最重要的热交换元件,其质量的优劣直接影响到热交换器的工作性能,因此翅片管的研究倍受
11、重视。现在国内市场上所用的翅片管大致分为两种:一种是在钢管外表面绕有连续薄带状的螺旋形的铝片,这种铝带翅片管是通过钢管转动和铝带的轴向移动使铝带变成螺旋状,进而靠铝带自身的张力紧紧地包裹在钢管上形成的。由于铝带将钢管全部包裹,并且铝带自身的散热效果很好,因此通过钢管的热量全部传给铝带,经过铝带向外部散热,这样就更好的达到了散热的效果,并且增大了散热面积1。另外一种是高频焊螺旋翅片管,其加工原理是在无缝钢管外圆上按一定的螺距缠绕钢带(钢带垂直于钢管外圆的表面),以高频电流作焊接热源,利用高频电流的集肤效应和电热效应,局部加热钢管与钢带的接触面及待焊区,使接触面达到塑性可焊状态,同时在翅片外侧施加
12、顶锻力将接触处的金属氧化物、局部熔化物以及多余的塑态金属挤出,使钢管与翅片材料之间达到固态原子间的结合,从而实现接触面的塑性焊接。这种翅片管的特点是焊接速度快,生产率高,调整方便。但是由于必须要使用高频电源,且高频焊电力消耗大,因此投资较大2。1.2国内外研究现状 1.2.1国内研究现状 60年代初,兰州石油机械研究所和哈尔滨空调机厂共同研制成功了单L型翅片管的绕制机,同时也研制出我国第一台空气冷却器,这标志着我国应用空冷技术时代的开始。该绕制机功能单一,只能绕制单一的L型翅片管,管径和片距均不能任意改变。且操作速度较低,工人劳动强度大,产品不能满足炼油、化工工艺的要求,国家仍需用大量外汇进口
13、急需的空冷器产品。为克服上述被动局面,1966年由兰州石油机械研究所与天津市风机厂合作,对镶嵌式翅片管制造工艺进行了研究。该工艺的研究内容包括翅片管的镶嵌工艺原理、镶嵌设备结构及其工艺过程等。最后试制成功了一台可以镶嵌光管直径25mm、铝翅片外径分别为44、50和57mm的绕制机。通过对镶嵌翅片管的热力学试验表明,这种翅片的制造工艺基本上是成功的,其性能与当时国外同类产品相近。然而,由于多种原因,该研究没有继续进行,成果也未推广使用3。在总结上述两种绕制机研制经验的同时,根据市场需求,兰州石油机械研究所与兰州长征机械厂协作,于1982年制成DL25-38型高速多功能翅片管绕制机。这台绕制机在原
14、理、结构及绕制工艺过程等方面,均吸取了前两种绕制机的成功经验。如在绕片时,无论铝带是镶嵌还是缠绕,都要先冷弯成型。由于翅片在绕(镶)时需承受很大的弯曲应力,故对铝带从材料成分、供货状态、机械性能及制造质量等都有严格的要求。该绕制机吸取这一教训,把铝翅片由纯弯曲状态改为压延、弯曲工艺。即把铝带绕到管上之前,先经过轧头和轧盘之间的挤压和延伸,最后再弯曲缠绕在管子上,使翅片的应力状态和变形点得到改善,从而避免了材料因受拉应力而使其外部边缘发生破坏的现象,这就是该绕制机成功的关键之一。同样,这台高速、多功能绕制机通过更换少数零部件,也可绕制单L、双L、KLM和镶嵌等形式的翅片管。这里还要说明一点,设计
15、绕制镶嵌式翅片管的绕制机,除了要解决管子旋转与翅片压延、缠绕速度同步和匹配的关键技术外,还要使管壁挤槽、缠绕和压紧三道工序外同步进行4。我国绕制机的大量使用从80年代开始,但多数为引进设备。随着我国空调、制冷业的发展,对翅片管的需求量日益增加,作为翅片管生产的专用设备,绕制机仅靠进口已不能适应市场竞争的要求。为此,我国各企业,如无锡雪隆换热器制造有限公司、沈阳汇智精密机械有限公司等,都纷纷开发、研制了适合本企业发展的设备,并取得了较好的经济效益。经过不断的改进和完善,绕制机的性能和各项参数都得到了很大的提高,但这些改进多数都只限于对机械结构的改进,绕制机自动控制能力相对较低1。1.2.2国外研
16、究现状 20世纪初,国外开始应用空冷技术来冷却炼油及化工过程的工艺流体。由于工艺过程的迅速发展,对空冷器翅片管的结构形式提出了多种要求,因此各种翅片管制造设备相继问世。英国、德国、波兰和美国等工业国家,都先后研制出各自的翅片管绕制机并取得了相应的专利。20世纪60年代中后期,美国的麦克埃洛依(Mc-ELROY)公司设计出了改进较大的高速多功能绕制机。法国、英国、德国和日本等许多空冷器制造公司,都使用该公司的绕制机。其特点是:具有完整的机械、电气、气动、润滑、冷却及钢管喷丸等系统,功能多,精度高。随着空分设备制造业的发展,欧美发达国家的空分设备制造企业急需开发新一代空分设备的核心部机换热器,而换
17、热器的核心零件就是翅片,这是制造出高效、节能和先进换热器的关键,而要制造这高精度的翅片必须有专用的翅片成形机。因此研制出能成形高精度翅片的成形机,成为当时各空分设备制造企业要发展和创新换热器的迫切需要5。70年代初期,美国TRIDAN公司就已经开始研制翅片散热管绕制机。目前,该公司生产的翅片换热器冲压生产线为全自动冲压生产线,满足各种换热器翅片的冲压加工,主要有开卷机,过油装置,精密高速压力机,拉料机构,真空吸料集料装置等组成6。日本OKA株式工业会社作为热交换器的专业制造厂家,是日本唯一的能够把绕制机、扁管制管机、组装机、检漏装置等设备组合一体系统性提案的设备厂家。该公司的翅片换热器生产线的
18、主要特点是磁粉阻尼自动控制开卷送料,磁粉阻尼自动控制张力,日本三菱变频调速控制送料,日本三菱交流伺服控制系统,控制高切断精度,刀片原材料采用特殊加工工艺处理,刀具使用寿命长,加工翅片快速稳定,人机界面触摸屏控制操作。该机具有自动开卷、张紧、送料、翅片成型、定波、整型、自动切断等功能7。1.3研究的目的和意义 目前,国产绕制机在市场上并不多见,而且多数都仅限于对机械结构的改进,并没有解决绕制机的自动控制问题,仍满足不了对换热元件的物理结构参数和性能技术参数的要求。国产绕制机与进口绕制机在技术方面有一定的差距。前者精度较低,自动化程度较差,调试困难,生产效率也不高,翅片管制造质量不易保证,故应对其
19、进行技术改造。为了满足国内、国际市场的需求,同时降低国内企业的生产成本,提高企业的市场竞争力,针对国产绕制机的不足,借鉴国外先进技术,在数字化平台上设计出一种新型高效的绕制机。开发后的绕制机功能齐全,使用可靠,根据实际需求,进行绕制工艺和结构设计。在以往研究的基础上进行改进和创新,使绕制机具有全自动控制功能,可实现生产过程的自动化、智能化,稳定加工质量提高企业的自动化程度,提高生产效率和产品加工精度。因此,开发具有自动控制功能的特殊散热管绕制机是一项极具开发潜力的项目,能够产生可观的经济效益和社会效益。该绕制机生产的翅片管的传热效率可提高30%,生产率提高约6倍,直接节约原材料(铝带)15%,
20、从而更好地满足客户对产品的需求。该特殊散热管绕制机的主要性能和要求均可达到国内领先水平,将填补国内相关领域的空白。经调查,全国使用该设备的企业有约上万家,该设备批量生产后,按市场份额的20%30%计算,年产值可达到约7000万元,销售收入约6300万元,利润约600万元,税金可达1070万元,具有可观的经济效益。1.4本文研究的内容 本课题主要是通过对国内外铝带绕制机进行研究的基础上,提出了一种全新的绕制机的设计方案。本方案能够实现绕制机自动上下料、自动传送、自动加工和实现不同的螺距加工等功能,使其加工的产品精度达到更高水平。具体有以下研究内容:1调研,收集相关资料,了解国内外现有设备的工作状
21、况。2根据所设计绕制机的性能要求和绕制原理,对其进行总体设计,初步确定其工艺路线及总体配置,同时进行运动计算和动力计算。3对绕制机各主要零部件进行详细设计,包括床身设计、自动上料装置设计、托架设计、下料装置设计、绕制装置设计。4根据运动和动力计算的结果,进行主要零部件的计算和选择,包括电机的选择,同步齿形带、齿轮齿条、弹簧、液压缸、轴承的设计计算,进而确定其主要结构尺寸。第2章总体设计机械系统总体设计是产品设计的关键,它对产品的技术性能、经济指标和外观造型均具有决定性意义。机械系统总体设计主要包括机械系统功能原理设计、总体布局、主要技术参数如尺寸参数、运动参数和动力参数的确定及技术经济分析等。
22、由于最终确定的总体设计方案是技术设计阶段的指导性文件,亦即各子系统中所有零部件的结构、形状、尺寸、材质等都是以总体设计方案为依据,所以,设计者在进行此阶段工作时必须大量查找国内、外有关同类产品设计的资料,通过分析、判断、创新,最终获取最有价值的信息以便设计出较理想的总体方案来8。2.1设计要求 由于设计要求既是设计、制造、试验、鉴定、验收的依据,同时又是用户衡量的尺度,所以,在进行设计前必须对所设计产品提出详细、明确的设计要求。任何一个产品的设计要求无外乎都是围绕着技术性能和经济指标来提出,一般主要包括功能要求、适应性要求、可靠性要求、生产能力要求、使用经济性要求和成本要求8。经过不断的改进和
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