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高效换热管成形加工设备设计与应用

作　者: 张健
导　师: 黄晓华
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 高效换热管成形控制系统数据采集
分类号: TK172.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

高效换热管是一种传热性能良好的异形管材,被广泛的应用于换热器中。换热器传热系数的高低直接决定了能源利用效率,高效换热管的质量是决定换热器传热系数的主要因素。目前换热管加工设备大部分是在普通车床上进行改造的,自动化程度低,精度差,无法自动识别方管,从而降低了换热管传热效率,严重影响了换热器的质量。本文针对上述问题,设计出一种高效智能换热管加工设备,对其关键技术进行研究。利用Deform-3D软件对挤压过程进行模拟仿真,通过改变刀具转速、下压量、直径、直径差参数,分析刀具压力变化与管子等效应变,结合加工实验,得到最优加工工艺参数,刀具尺寸参数。根据产品的加工成形原理,设计出一种新型机械机构,主要包括齿轮传动系统、径向挤压进给系统、定心机构,在Solid Works中完成以上各系统的三维实体建模。完成换热管加工设备的数字控制系统设计,采用伺服同步驱动技术,实现了三把刀具的同步等距径向挤压进给运动。设计电气控制系统总体方案,完成了交流电机变频电路的设计,电气控制柜的设计。完成挤压力实时采集系统的设计,利用C++语言编写程序操作界面,通过采集到的数据与标准参考值比较,实现加工过程中方管的自动识别。通过以上关键技术的研究,提高了换热管加工设备的生产效率,提升了产品的精度与一致性,推进了换热管加工技术的发展。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题研究背景  8
  1.2 高效换热管传热机理  8-9
  1.3 国内外研究现状  9-11
  1.4 课题研究意义  11
  1.5 课题主要研究内容  11-13
2 高效换热管成形机理的研究  13-30
  2.1 斜轧成形机理分析  13-15
    2.1.1 管子斜轧理论基础  13
    2.1.2 三辊斜轧特点  13-15
  2.2 加工工艺参数与刀具尺寸参数设计流程  15
  2.3 三辊刀式加工过程有限元建模  15-19
    2.3.1 Deform在金属成形中的应用  16
    2.3.2 有限元分析力学基础  16-17
    2.3.3 有限元模型建立  17-19
  2.4 数值模拟分析  19-28
    2.4.1 数值模拟参数的选取  19-20
    2.4.2 下压量变化对应力应变的影响  20-22
    2.4.3 刀具转速对应力应变的影响规律  22-24
    2.4.4 刀具直径对应力应变的影响规律  24-26
    2.4.5 直径差对应力应变的影响规律  26-28
  2.5 实验加工  28
  2.6 刀具参数规范设计  28-29
  2.7 本章小结  29-30
3 高效换热管加工设备机械系统的设计  30-44
  3.1 机械机构总体方案的设计  30-31
  3.2 齿轮系传动系统设计  31-36
    3.2.1 结构设计  31
    3.2.2 电机选型  31-32
    3.2.3 皮带轮设计  32-34
    3.2.4 齿轮系设计  34-36
  3.3 径向挤压进给传动系统的设计  36-43
    3.3.1 结构设计  36-38
    3.3.2 滚珠丝杆传动设计计算与选型  38-40
    3.3.3 伺服电机的选型与计算  40-43
  3.4 定心机构的设计  43
  3.5 本章小结  43-44
4 高效换热管加工设备控制系统的设计  44-59
  4.1 控制系统的设计要求  44
  4.2 控制系统总体方案  44-45
  4.3 伺服驱动系统设计  45-49
    4.3.1 伺服系统的概述  45-46
    4.3.2 伺服系统电气控制原理及工作过程描述  46-47
    4.3.3 伺服系统的硬件选型  47-48
    4.3.4 伺服系统的参数设定  48-49
  4.4 交流电机变频电路的设计  49-51
  4.5 控制柜的设计  51-56
    4.5.1 电气的布局  52
    4.5.2 电气元器件清单与接线  52-55
    4.5.3 电气连接安装应注意的地方  55-56
  4.6 控制系统的调试  56-58
    4.6.1 进给轴螺距误差补偿  56-57
    4.6.2 参考点建立  57
    4.6.3 实验验证  57-58
  4.7 本章小结  58-59
5 刀具挤压力数据采集系统设计  59-68
  5.1 压力数据采集系统控制要求分析  59
  5.2 数据采集系统硬件设计  59-63
    5.2.1 系统组成  59-60
    5.2.2 主要器件的选型  60-63
  5.3 数据采集系统的软件设计  63-65
    5.3.1 编译环境  63
    5.3.2 系统的工作方式  63-64
    5.3.3 系统工作界面设定  64-65
  5.4 数据采集系统加工验证  65-67
    5.4.1 数据采集系统调试  65-66
    5.4.2 数据结果分析  66-67
  5.5 本章小结  67-68
6 结论与展望  68-70
  6.1 结论  68
  6.2 展望  68-70
致谢  70-71
参考文献  71-74
附录  74

高效换热管成形加工设备设计与应用

内容摘要

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