一种钢管变曲率半径弯曲方法及实现设备与流程

本发明涉及钢管弯曲加工领域，特别是指一种钢管变曲率半径弯曲方法及实现设备。

背景技术：

塑料大棚现如今广泛应用于蔬菜、水果、花卉等作物的种植，大棚的骨架大部分是用钢管、方钢等制作而成。骨架的曲线形状是影响大棚功能的一个最重要的因素，把钢管弯曲成“弓”型是最为可取的，这不仅仅有利于采光、增加大棚强度，而且有利于冬季除雪。现在市面上也有对钢管进行弯曲成型的设备，但通常存在以下问题：

1.钢管的弯曲成型必须分段进行。也就是说在对钢管的第一段进行弯曲时，其曲率半径是不变的，对第二段进行弯曲时，首先要使钢管进给停止，然后根据曲线形状使压辊进给，压辊进给完成后，钢管继续进给，可见此段钢管的曲率半径也是固定的。依此类推，来完成整根钢管的成型。可见，在到达段与段交界处时，钢管要停止进给，严重的影响了生产效率。

2.在冷压弯曲成型过程中段与段交界处的钢管持续受力，在弯曲弧度较大时，钢管会出现起皱、凸起、托痕和压扁等缺陷，会严重影响骨架的质量，减少骨架的使用寿命。

技术实现要素：

本发明提出一种钢管变曲率半径弯曲方法及实现设备，其特殊之处是钢管的弯曲成型不需分段进行，而可以在同一钢管上进行不同曲率的弯曲加工。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种钢管变曲率半径弯曲方法，其包括以下步骤：

S1)用制图软件做出符合要求的曲线；

S2)在步骤S1)所得的曲线中找出最小曲率半径R_min和最大曲率半径R_max；

S3)通过关系式S＝a²/2R计算出R_min和R_max对应的压辊移动的最大位移S_max和最小位移S_min，其中R为所需要的钢管弯曲半径，S为轧辊移动位移量，a为相邻两轧辊之间的距离长度；

S4)设送管速度为V₁，某段钢管长度为L，该段钢管送完所需时间为T₁＝L/V₁，使得压辊移动的位移S在时间T₁内从S_min匀速移动到S_max。

上述技术方案中，钢管弯曲曲线曲率半径要求的是平滑的、较均匀过度的，所以当送管速度V₁一定的情况下，可求出管长L送完后的时间T₁＝L/V₁，只要保证压辊移动的位移S在时间T₁内从S_min匀速移动到S_max，就可以保证送出的管长范围内其曲率半径的变化是从最大曲率半径R_max到最小曲率半径R_min的平滑过度曲线，弯成的钢管和要求的曲线一致。

上述技术方案中，所述压辊进给平均速度为V＝(S_max-S_min)/t；其中，S_min为在该段曲线的最大曲率半径点压辊的绝对位移，S_max为在该段曲线的最小曲率半径点压辊的绝对位移。

上述技术方案的具体实现，可以由以下设备完成。

一种钢管变曲率半径弯曲设备，包括以下结构：

送管辊轮装置，包括若干送管主动辊轮及与其一一对应的送管从动辊轮装置，用于输送待加工钢管；

压辊装置，包括：压辊及与其相适配的压辊支架，所述压辊支架连接有压辊丝杠机构，所述压辊丝杠机构连接减速器，所述减速器连接伺服电动机；

所述压辊装置完成钢管的弯曲加工。

上述技术方案中，所述送管辊轮装置，具体包括：

若干送管主动辊轮，以及与其一一相适配的送管从动辊轮；

所述送管主动辊轮连接减速器和齿轮机构，所述减速器连接变频调速电动机；

每个所述送管从动辊轮下设有相适配的从动辊轮支架，每个所述从动辊轮支架连接一套压紧丝杠机构；

所述每套压紧丝杠机构连接一个手轮。

上述技术方案中，变频调速电动机通过减速器和齿轮机构带动送管主动辊轮转动。钢管在送管主动辊轮和送管从动辊轮间，通过送管主动辊轮和送管从动辊轮压紧后产生的摩擦力向前运动。所述送管从动辊轮通过丝杠机构调整其与钢管间压紧力的大小。

上述技术方案中，使钢管弯曲的压辊，是由伺服电动机通过减速器的压辊丝杠机构实现前后的移动。

本领域技术人员可以理解，上述技术方案中，送管速度及压辊的进给速度是根据要求由控制系统实时调节，以实现不同曲率半径的要求。

上述技术方案中，所述送管主动辊轮可以为四个，所述送管从动辊轮也为四个。

上述技术方案中，可以采用PLC控制器。由PLC控制器计算出压辊进给的位移及平均速度后，发出相应频率的脉冲信号给伺服驱动器来驱动伺服电动机运转。伺服电动机通过减速机带动丝杠机构转动，最终转换为压辊的进给。

上述设备在前述方法指导下进行生产。在钢管的弯曲成型过程中，成型曲线的半径是渐变的，钢管和压辊同时进给，生产具有连续性，提高了生产效率，且能有效避免钢管起皱、凸起、托痕和压扁等缺陷的产生。由于钢管和压辊的进给均采用PLC和伺服控制技术，钢管弯曲成型的曲线具有很高的一致性。

综上所述，本发明采用变半径渐变弯曲技术，工作时钢管和压辊同时进给，可减少钢管在某一点的持续受力，使生产具有连续性，提高了生产效率，且能有效避免钢管起皱、凸起、托痕和压扁等缺陷的产生。

钢管和压辊的进给采用PLC和伺服控制技术，使钢管成型的曲线具有很高的一致性，且维护和保养方便省力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中钢管变曲率半径弯曲设备的结构示意图；

图2为本发明中钢管变曲率半径弯曲设备的送管主动辊传动示意图；

图3为本发明中钢管变曲率半径弯曲设备的压辊进给传动过程示意图；

图4为本发明中钢管变曲率半径弯曲方法原理示意图；

图中：1-钢管；2-送管主动辊轮；21-送管主动辊轮减速器；22-变频调速电动机；3-压辊；31-压辊支架；32-压辊丝杠机构；33-减速机；34-伺服电动机；4-送管从动辊轮；41-从动辊轮支架；42-压紧丝杠机构；43-手轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先，本发明提供一种钢管变曲率半径弯曲方法，其包括以下步骤：

S1)用制图软件做出符合要求的曲线；

S2)在步骤S1)所得的曲线中找出最小曲率半径R_min和最大曲率半径R_max；

S3)通过关系式S＝a²/2R计算出R_min和R_max对应的压辊移动的最大位移S_max和最小位移S_min，其中R为所需要的钢管弯曲半径，S为轧辊移动位移量，a为相邻两轧辊之间的距离长度；

S4)设送管速度为V₁，某段钢管长度为L，该段钢管送完所需时间为T₁＝L/V₁，使得压辊移动的位移S在时间T₁内从S_min匀速移动到S_max。

上述技术方案中，钢管弯曲曲线曲率半径要求的是平滑的、较均匀过度的，所以当送管速度V₁一定的情况下，可求出管长L送完后的时间T₁＝L/V₁，只要保证压辊移动的位移S在时间T₁内从S_min匀速移动到S_max，就可以保证送出的 管长范围内其曲率半径的变化是从最大曲率半径R_max到最小曲率半径R_min的平滑过度曲线，弯成的钢管和要求的曲线一致。

上述技术方案中，所述压辊进给平均速度为V＝(S_max-S_min)/t；其中，S_min为在该段曲线的最大曲率半径点压辊的绝对位移，S_max为在该段曲线的最小曲率半径点压辊的绝对位移。

具体的以图4所示为例，来说明本技术方案的原理和实现方法：

如图4所示，钢管1置于四对送管辊轮之间，沿箭头所示方向进给送管，F点所在为压辊，所述压辊3沿其下方的箭头所指方向往复移动。本技术方案原理如下：

辊轮A、C间的长度与C、F间长度相等，都设为a。OB和OD分别为AC及CE的垂直平分线。所以三角形COD与三角形CEF相似。可得如下关系：OC＝CE²/2EF。此关系式中，OC实为钢管C点的曲率半径R，CE与CF接近相等，设长为a，EF实为压辊移动的距离，设为S，则上式可改写为：

R＝a²/2S

或

S＝a²/2R

通过上式可根据要求的钢管弯曲半径R计算出压辊移动的位移量S，反之，也可根据压辊移动的位移量S计算出钢管弯曲半径R。

考虑到钢管所应用的领域，比如大棚骨架用的钢管，其弯曲形状要求做成圆滑过度的变曲率半径的曲线。

要实现变曲率半径、圆滑曲线的钢管，首先要用制图软件做出符合要求的曲线，然后在曲线中找出最小曲率半径R_min和最大曲率半径R_max。这样可以通过关系式S＝a²/2R计算出R_min和R_max对应的压辊移动的最大位移S_max和最小位移S_min。如前所述，钢管弯曲曲线曲率半径要求的是平滑的、较均匀过度的，所以当送管速度V₁一定的情况下，可求出总管长L送完后的时间T₁＝L/V₁，只要保证压辊移动的位移S在时间T₁内从S_min匀速移动到S_max，就可以保证送出的 管长范围内其曲率半径的变化是从最大曲率半径R_max到最小曲率半径R_min的平滑过度曲线，弯成的钢管和要求的曲线一致。

上述技术方案的具体实现，可以由包括以下结构的设备完成。

如图1、图2和图3所示，本发明提供有一种钢管变曲率半径弯曲设备，包括以下结构：

送管辊轮装置，包括若干送管主动辊轮2及与其一一对应的送管从动辊轮装置，用于输送待加工钢管1；

压辊装置，包括：压辊3及与其相适配的压辊支架31，所述压辊支架31连接有压辊丝杠机构32，所述压辊丝杠机构连接减速器33，所述减速器连接伺服电动机34；

所述压辊装置完成钢管1的弯曲加工。

上述技术方案中，所述送管辊轮装置，具体包括：

若干送管主动辊轮2，以及与其一一相适配的送管从动辊轮4；

所述送管主动辊轮2连接减速器和齿轮机构，所述减速器连接变频调速电动机；

每个所述送管从动辊轮4下设有相适配的从动辊轮支架41，每个所述从动辊轮支架连接一套压紧丝杠机构42；

所述每套压紧丝杠机构连接一个手轮43。

上述技术方案中，变频调速电动机22通过送管主动辊轮减速器21和齿轮机构带动送管主动辊轮2转动。钢管1在送管主动辊轮2和送管从动辊轮4间，通过送管主动辊轮2和送管从动辊轮4压紧后产生的摩擦力向前运动。所述送管从动辊轮4通过压紧丝杠机构42调整其与钢管1间压紧力的大小。

上述技术方案中，使钢管弯曲的压辊3，是由伺服电动机34通过减速器33的压辊丝杠机构32实现前后的移动。

上述技术方案中，所述送管主动辊轮2可以为四个，所述送管从动辊轮4也为四个。

本领域技术人员可以理解，上述技术方案中，送管速度及压辊的进给速度是根据要求由控制系统实时调节，以实现不同曲率半径的要求。

上述技术方案中，可以采用PLC控制器。由PLC控制器计算出压辊进给的位移及平均速度后，发出相应频率的脉冲信号给伺服驱动器来驱动伺服电动机运转。伺服电动机通过减速机带动压辊丝杠机构转动，最终转换为压辊的进给，其具体传动过程如图3所示。

具体的，上述技术方案中，所述钢管的进给速度计算举例如下：

钢管进给速度可根据PLC控制器每秒钟接收到的增量式旋转编码器发出的脉冲数进行计算得出。增量式旋转编码器与计米轮同轴联接，计米轮的周长为300mm。钢管每进给300mm，则计米轮旋转一周，同时编码器发出600个脉冲。若PLC控制器每秒钟接收到300个脉冲信号，则进过计算可得钢管的进给速度为9000mm/min。

具体的，上述技术方案中，所述压辊的进给速度计算举例如下：

将要成型的钢管曲线分为多段。以其中一段为例，根据该段钢管的长度及钢管的进给速度，可计算出该段曲线成型所需的时间t＝该段钢管的长度/钢管的进给速度。

分别计算出此段曲线的最大曲率半径R_max和最小曲率半径R_min。设在曲线的最大曲率半径点，压辊的绝对位移为S_min，在曲线的最小曲率半径点，压辊的绝对位移为S_max，则压辊进给的平均速度V＝(S_max-S_min)/t。其余各段曲线，以此类推。

由上可见，在钢管的弯曲成型过程中，成型曲线的半径是渐变的，钢管和压辊同时进给，生产具有连续性，提高了生产效率，且能有效避免钢管起皱、凸起、托痕和压扁等缺陷的产生。由于钢管和压辊的进给均采用PLC和伺服控制技术，钢管弯曲成型的曲线具有很高的一致性。

综上所述，本发明采用变半径渐变弯曲技术，工作时钢管和压辊同时进给，可减少钢管在某一点的持续受力，使生产具有连续性，提高了生产效率，且能有效避免钢管起皱、凸起、托痕和压扁等缺陷的产生。

钢管和压辊的进给采用PLC和伺服控制技术，使钢管成型的曲线具有很高的一致性，且维护和保养方便省力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。