大尺寸構(gòu)件的臥式數(shù)控冷彎機(jī)及其數(shù)控冷彎方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及大口徑鋼管或大尺寸型鋼構(gòu)件的二次冷彎成形設(shè)備，所成形的產(chǎn)品主要應(yīng)用于建筑鋼結(jié)構(gòu)和管道工程領(lǐng)域，大口徑鋼管或大尺寸型鋼構(gòu)件的直徑或截面最大尺寸可超過1500mm。
【背景技術(shù)】
[0002]大尺寸鋼管和型鋼的弧形構(gòu)件廣泛應(yīng)用于建筑鋼結(jié)構(gòu)和管道工程領(lǐng)域，這類構(gòu)件主要由冷彎方式加工成形，所采用的冷彎工藝為分段連續(xù)成形。在構(gòu)件彎制前，先要經(jīng)歷大量的試彎確定成形荷載，然后根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)以某一固定的分段長度為單位將構(gòu)件分為若干段，每次將某一個(gè)分段頂彎至預(yù)先設(shè)定的弧度，隨后將未成形段朝已成形段的方向移動一個(gè)單位分段長度的距離，并逐次對移動后的分段頂彎成形，如此連續(xù)分段頂彎成形，最終將該構(gòu)件整體頂彎至設(shè)計(jì)要求的曲線形狀?；⌒螛?gòu)件雖然已大量用于工程中，但是所采用的冷彎成形彎曲機(jī)幾乎均為企業(yè)的自制設(shè)備，粗糙的設(shè)備導(dǎo)致成形產(chǎn)品的精度難以控制，成品率低，材料耗費(fèi)大。
[0003]已有大量公開的專利涉及小口徑鋼管冷成形的彎管機(jī)，有手動也有數(shù)控彎管機(jī)。如中國專利公開號為CN204148315U、名稱為“一種民用建筑建造用彎管機(jī)”提出了一種新型民用建筑建造用的、以折彎方式成形的彎管機(jī)；中國專利公開號為CN104128398A、名稱為“數(shù)控液壓頂彎彎管機(jī)及其彎曲方法”提出了一種數(shù)控液壓頂彎彎管機(jī)及其彎曲方法。但這些專利所涉及的成形設(shè)備和成形工藝，均僅適用于小口徑鋼管的冷彎成形。
[0004]在大尺寸構(gòu)件的冷彎成形方面，亦有大量公開的專利涉及了企業(yè)自制的彎圓管和彎型鋼的設(shè)備。中國專利公開號為CN203197057U、名稱為“重型液壓彎管機(jī)”提出一種由機(jī)架、立柱和橫梁構(gòu)成的豎向垂直加載體系，利用液壓缸推力和設(shè)備自重作為成形荷載加載成形，可彎曲直徑500?1000mm的鋼管。中國專利公開號為CN201061810Y、名稱為“垂直液壓冷彎管機(jī)”提出了一種應(yīng)用于大口徑長輸管道施工建設(shè)的新型垂直液壓冷彎管機(jī)。然而，目前的大尺寸構(gòu)件冷彎成形設(shè)備均存在一些共性缺陷，主要體現(xiàn)在:(1)成形胎架采用龐大、復(fù)雜的成形系統(tǒng)，只能彎制特殊規(guī)格的產(chǎn)品，設(shè)備的適用性差；(2)采用垂直成形方式，處于支承模兩端的構(gòu)件外伸部分的自重，會影響成形分段的受力狀態(tài)，從而使得每一個(gè)分段的成形均不具備重復(fù)性特征，成形工藝難以標(biāo)準(zhǔn)化；(3)缺少構(gòu)件限位裝置消除構(gòu)件卸載回彈產(chǎn)生的剛體位移，致使難以量測分段成形的實(shí)際變形；(4)缺少有效的變形測量裝置，目前采用拉線和卷尺等簡單的測量工具，產(chǎn)品的成形精度難以保證；(5)缺少合適的送料裝置，分段成形時(shí)主要依賴于大型桁車輔助構(gòu)件移動，生產(chǎn)效率低；(6)無法實(shí)現(xiàn)數(shù)控成形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有成形設(shè)備存在的問題，提供一種大尺寸構(gòu)件的臥式數(shù)控冷彎機(jī)及其數(shù)控冷彎方法，成形時(shí)采用臥式布局，引入構(gòu)件夾模、位移測量裝置和送料裝置，實(shí)現(xiàn)成形加載、構(gòu)件變形的測量以及構(gòu)件移動等成形動作的聯(lián)動控制，提高產(chǎn)品的成形精度。
[0006]本發(fā)明一種大尺寸構(gòu)件的臥式數(shù)控冷彎機(jī)采用的技術(shù)方案是，其外部是一個(gè)成形胎架，成形胎架的內(nèi)部設(shè)有安裝梁、加載裝置、支承裝置、位移測量裝置和送料裝置，成形胎架外部側(cè)面上裝有數(shù)控裝置；所述安裝梁由兩根設(shè)在成形胎架內(nèi)底部、沿前后水平方向左右各一且相互平行處于同一高度的底梁，以及兩根設(shè)在成形胎架左右內(nèi)側(cè)面上、沿前后水平方向左右各一、相互平行且處于同一高度的側(cè)梁組成；所述加載裝置位于成形胎架內(nèi)左側(cè)的前后正中間，包括加載油缸和與加載油缸的伸出端相連接的成形模，加載油缸上設(shè)有壓力傳感器；所述支承裝置位于成形胎架內(nèi)右側(cè)的前后方，包括以以加載裝置的中心為對稱面布置的一對支承短柱和一對構(gòu)件夾模，構(gòu)件夾模與對應(yīng)的支承短柱連接，構(gòu)件夾模上設(shè)有伺服電機(jī)；所述位移測量裝置設(shè)在一對支承短柱的正中間且正對加載裝置；所述送料裝置設(shè)在兩根所述底梁上，包括傳動軸、傳動鏈條、輔助傳動輪和主傳動輪，主傳動輪上設(shè)有伺服電機(jī)，主傳動輪通過傳動鏈條帶動傳動軸同步移動；所述數(shù)控裝置由輸入裝置、顯示屏和PLC控制器組成，輸入裝置的輸出端連接PLC控制器的輸入端，PLC控制器的輸出端連接顯示屏；PLC控制器還通過不同端口分別連接加載油缸、加載油缸的壓力傳感器、構(gòu)件夾模的伺服電機(jī)、主傳動輪的伺服電機(jī)以及位移測量裝置。
[0007]本發(fā)明一種大尺寸構(gòu)件的臥式數(shù)控冷彎機(jī)的數(shù)控冷彎方法采用的技術(shù)方案是包括以下步驟:
[0008]A、將待彎制構(gòu)件從成形胎架后方送入置放在送料裝置上，在數(shù)控裝置的輸入裝置中輸入待彎制構(gòu)件的材料性能、截面尺寸、彎曲半徑、加載油缸的加載能力、支承裝置的支承跨距這些參數(shù)；將支承跨距范圍內(nèi)的待彎制構(gòu)件受力模型視為簡支梁模型，PLC控制器根據(jù)輸入?yún)?shù)基于簡支梁受力原理計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)成形荷載Fu;
[0009]B、PLC控制器根據(jù)待彎制構(gòu)件和構(gòu)件夾模之間的水平距離確定構(gòu)件夾模的伺服電機(jī)的進(jìn)給行程，啟動構(gòu)件夾模的伺服電機(jī)，使構(gòu)件夾模夾緊待彎制構(gòu)件；
[0010]C、PLC控制器控制加載油缸3.1加載，加載油缸的壓力傳感器實(shí)時(shí)測量到加載油缸的實(shí)時(shí)成形荷載Ft并輸入PLC控制器中，位移測量裝置實(shí)時(shí)測量待彎制構(gòu)件在水平成形平面內(nèi)的實(shí)時(shí)成形位移V并輸入PLC控制器中；
[0011]D、PLC控制器判別實(shí)時(shí)成形荷載？,是否滿足F t= F u，如滿足該條件，PLC控制器則控制加載油缸卸載，卸載過程中PLC控制器根據(jù)加載油缸的壓力傳感器反饋的數(shù)據(jù)判別實(shí)時(shí)成形荷載^是否滿足F t= 0，如滿足該條件，則PLC控制器從位移測量裝置此時(shí)輸入的數(shù)據(jù)中確定出該時(shí)刻構(gòu)件的實(shí)測變形A ;
[0012]E、PLC控制器根據(jù)實(shí)測變形Δ確定出構(gòu)件在連續(xù)成形時(shí)構(gòu)件的分段長度L和每次成形后構(gòu)件的移動距離2L ;
[0013]F、PLC控制器控制構(gòu)件夾模的伺服電機(jī)脫模以松開構(gòu)件；
[0014]G、PLC控制器控制主傳動輪的伺服電機(jī)工作，使構(gòu)件從成形胎架的后方向前方移動，構(gòu)件移動2L的距離后，PLC控制器控制主傳動輪的伺服電機(jī)停止工作；
[0015]H、重復(fù)步驟B?G開始下一個(gè)分段的頂彎，如此連續(xù)分段頂彎，實(shí)現(xiàn)整體構(gòu)件的連續(xù)數(shù)控冷彎成形。
[0016]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后具有的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0017]1、構(gòu)件在冷彎時(shí)，成形荷載以一對平衡力的方式，通過加載裝置和支承裝置作用于成形胎架。采用空間框架作為成形荷載的受力胎架，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可將該平衡力系集成在一起考慮，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，簡化成形設(shè)備系統(tǒng)。不同于將加載裝置和支承裝置的受力胎架分開單獨(dú)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)胎架，為承擔(dān)大尺寸構(gòu)件成形引起的巨大荷載，采用非常笨重的巨型成形設(shè)備。
[0018]2、本發(fā)明通過設(shè)計(jì)受力合理的成形胎架，使得成形工藝易于標(biāo)準(zhǔn)化；設(shè)計(jì)了臥式的成形受力設(shè)備，使成形荷載與構(gòu)件自重荷載分別在水平平面和豎直平面內(nèi)單獨(dú)作用于成形分段。荷載作用解耦后，因成形荷載始終作用在水平平面內(nèi)，而支承跨距兩端的外伸段(待成形部分和已成形部分)的自重荷載始終作用在豎直平面內(nèi)。不會在構(gòu)件移動過程時(shí)，因兩端外伸段長度的不斷變化所引起的自重荷載變化，影響到成形段的受力。這樣使各個(gè)成形分段只在水平平面內(nèi)受同樣大小的成形荷載作用，可實(shí)現(xiàn)成形過程的標(biāo)準(zhǔn)化。
[0019]3、本發(fā)明不同于傳統(tǒng)的冷彎機(jī)，傳統(tǒng)的冷彎機(jī)需要采用標(biāo)桿控制油缸加載、利用卷尺測量位移，以及整個(gè)成形過程中始終占用大型桁車才能移動構(gòu)件。本發(fā)明在加載油缸上配置壓力傳感器，準(zhǔn)確控制成形荷載；利用電動夾爪作為構(gòu)件夾模，成形時(shí)固定構(gòu)件以消除構(gòu)件卸載回彈產(chǎn)生的剛體位移，配合位移傳感器準(zhǔn)確測得構(gòu)件的實(shí)際變形量，移動構(gòu)件時(shí)松開夾模，配合送料裝置移動構(gòu)件；采用伺服電機(jī)控制送料系統(tǒng)精確移動構(gòu)件，最終實(shí)現(xiàn)加載、變形測量和送料的聯(lián)動控制。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明大尺寸構(gòu)件的臥式數(shù)控冷彎機(jī)工作狀態(tài)外觀示意圖；
[0021]圖2是圖1中冷彎機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是圖2中成形胎架1的主體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4是圖2中加載裝置3的構(gòu)造及安裝結(jié)構(gòu)的后視示意圖；
[0024]圖5是圖2中支承裝置4和位移測量裝置5的構(gòu)造和安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖6是圖2中送料裝置5的構(gòu)造示意圖；<