大尺寸构件的卧式数控冷弯机及其数控冷弯方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机械设备技术领域，尤其是涉及大口径钢管或大尺寸型钢构件的二次冷弯成形设备，所成形的产品主要应用于建筑钢结构和管道工程领域，大口径钢管或大尺寸型钢构件的直径或截面最大尺寸可超过1500mm。
【背景技术】
[0002]大尺寸钢管和型钢的弧形构件广泛应用于建筑钢结构和管道工程领域，这类构件主要由冷弯方式加工成形，所采用的冷弯工艺为分段连续成形。在构件弯制前，先要经历大量的试弯确定成形荷载，然后根据已有经验以某一固定的分段长度为单位将构件分为若干段，每次将某一个分段顶弯至预先设定的弧度，随后将未成形段朝已成形段的方向移动一个单位分段长度的距离，并逐次对移动后的分段顶弯成形，如此连续分段顶弯成形，最终将该构件整体顶弯至设计要求的曲线形状。弧形构件虽然已大量用于工程中，但是所采用的冷弯成形弯曲机几乎均为企业的自制设备，粗糙的设备导致成形产品的精度难以控制，成品率低，材料耗费大。
[0003]已有大量公开的专利涉及小口径钢管冷成形的弯管机，有手动也有数控弯管机。如中国专利公开号为CN204148315U、名称为“一种民用建筑建造用弯管机”提出了一种新型民用建筑建造用的、以折弯方式成形的弯管机；中国专利公开号为CN104128398A、名称为“数控液压顶弯弯管机及其弯曲方法”提出了一种数控液压顶弯弯管机及其弯曲方法。但这些专利所涉及的成形设备和成形工艺，均仅适用于小口径钢管的冷弯成形。
[0004]在大尺寸构件的冷弯成形方面，亦有大量公开的专利涉及了企业自制的弯圆管和弯型钢的设备。中国专利公开号为CN203197057U、名称为“重型液压弯管机”提出一种由机架、立柱和横梁构成的竖向垂直加载体系，利用液压缸推力和设备自重作为成形荷载加载成形，可弯曲直径500?1000mm的钢管。中国专利公开号为CN201061810Y、名称为“垂直液压冷弯管机”提出了一种应用于大口径长输管道施工建设的新型垂直液压冷弯管机。然而，目前的大尺寸构件冷弯成形设备均存在一些共性缺陷，主要体现在:(1)成形胎架采用庞大、复杂的成形系统，只能弯制特殊规格的产品，设备的适用性差；(2)采用垂直成形方式，处于支承模两端的构件外伸部分的自重，会影响成形分段的受力状态，从而使得每一个分段的成形均不具备重复性特征，成形工艺难以标准化；(3)缺少构件限位装置消除构件卸载回弹产生的刚体位移，致使难以量测分段成形的实际变形；(4)缺少有效的变形测量装置，目前采用拉线和卷尺等简单的测量工具，产品的成形精度难以保证；(5)缺少合适的送料装置，分段成形时主要依赖于大型桁车辅助构件移动，生产效率低；(6)无法实现数控成形。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于解决现有成形设备存在的问题，提供一种大尺寸构件的卧式数控冷弯机及其数控冷弯方法，成形时采用卧式布局，引入构件夹模、位移测量装置和送料装置，实现成形加载、构件变形的测量以及构件移动等成形动作的联动控制，提高产品的成形精度。
[0006]本发明一种大尺寸构件的卧式数控冷弯机采用的技术方案是，其外部是一个成形胎架，成形胎架的内部设有安装梁、加载装置、支承装置、位移测量装置和送料装置，成形胎架外部侧面上装有数控装置；所述安装梁由两根设在成形胎架内底部、沿前后水平方向左右各一且相互平行处于同一高度的底梁，以及两根设在成形胎架左右内侧面上、沿前后水平方向左右各一、相互平行且处于同一高度的侧梁组成；所述加载装置位于成形胎架内左侧的前后正中间，包括加载油缸和与加载油缸的伸出端相连接的成形模，加载油缸上设有压力传感器；所述支承装置位于成形胎架内右侧的前后方，包括以以加载装置的中心为对称面布置的一对支承短柱和一对构件夹模，构件夹模与对应的支承短柱连接，构件夹模上设有伺服电机；所述位移测量装置设在一对支承短柱的正中间且正对加载装置；所述送料装置设在两根所述底梁上，包括传动轴、传动链条、辅助传动轮和主传动轮，主传动轮上设有伺服电机，主传动轮通过传动链条带动传动轴同步移动；所述数控装置由输入装置、显示屏和PLC控制器组成，输入装置的输出端连接PLC控制器的输入端，PLC控制器的输出端连接显示屏；PLC控制器还通过不同端口分别连接加载油缸、加载油缸的压力传感器、构件夹模的伺服电机、主传动轮的伺服电机以及位移测量装置。
[0007]本发明一种大尺寸构件的卧式数控冷弯机的数控冷弯方法采用的技术方案是包括以下步骤:
[0008]A、将待弯制构件从成形胎架后方送入置放在送料装置上，在数控装置的输入装置中输入待弯制构件的材料性能、截面尺寸、弯曲半径、加载油缸的加载能力、支承装置的支承跨距这些参数；将支承跨距范围内的待弯制构件受力模型视为简支梁模型，PLC控制器根据输入参数基于简支梁受力原理计算出标准成形荷载Fu;
[0009]B、PLC控制器根据待弯制构件和构件夹模之间的水平距离确定构件夹模的伺服电机的进给行程，启动构件夹模的伺服电机，使构件夹模夹紧待弯制构件；
[0010]C、PLC控制器控制加载油缸3.1加载，加载油缸的压力传感器实时测量到加载油缸的实时成形荷载Ft并输入PLC控制器中，位移测量装置实时测量待弯制构件在水平成形平面内的实时成形位移V并输入PLC控制器中；
[0011]D、PLC控制器判别实时成形荷载？,是否满足F t= F u，如满足该条件，PLC控制器则控制加载油缸卸载，卸载过程中PLC控制器根据加载油缸的压力传感器反馈的数据判别实时成形荷载^是否满足F t= 0，如满足该条件，则PLC控制器从位移测量装置此时输入的数据中确定出该时刻构件的实测变形A ;
[0012]E、PLC控制器根据实测变形Δ确定出构件在连续成形时构件的分段长度L和每次成形后构件的移动距离2L ;
[0013]F、PLC控制器控制构件夹模的伺服电机脱模以松开构件；
[0014]G、PLC控制器控制主传动轮的伺服电机工作，使构件从成形胎架的后方向前方移动，构件移动2L的距离后，PLC控制器控制主传动轮的伺服电机停止工作；
[0015]H、重复步骤B?G开始下一个分段的顶弯，如此连续分段顶弯，实现整体构件的连续数控冷弯成形。
[0016]本发明采用上述技术方案后具有的优点在于:
[0017]1、构件在冷弯时，成形荷载以一对平衡力的方式，通过加载装置和支承装置作用于成形胎架。采用空间框架作为成形荷载的受力胎架，在结构设计时可将该平衡力系集成在一起考虑，进行结构优化设计，简化成形设备系统。不同于将加载装置和支承装置的受力胎架分开单独设计的传统胎架，为承担大尺寸构件成形引起的巨大荷载，采用非常笨重的巨型成形设备。
[0018]2、本发明通过设计受力合理的成形胎架，使得成形工艺易于标准化；设计了卧式的成形受力设备，使成形荷载与构件自重荷载分别在水平平面和竖直平面内单独作用于成形分段。荷载作用解耦后，因成形荷载始终作用在水平平面内，而支承跨距两端的外伸段(待成形部分和已成形部分)的自重荷载始终作用在竖直平面内。不会在构件移动过程时，因两端外伸段长度的不断变化所引起的自重荷载变化，影响到成形段的受力。这样使各个成形分段只在水平平面内受同样大小的成形荷载作用，可实现成形过程的标准化。
[0019]3、本发明不同于传统的冷弯机，传统的冷弯机需要采用标杆控制油缸加载、利用卷尺测量位移，以及整个成形过程中始终占用大型桁车才能移动构件。本发明在加载油缸上配置压力传感器，准确控制成形荷载；利用电动夹爪作为构件夹模，成形时固定构件以消除构件卸载回弹产生的刚体位移，配合位移传感器准确测得构件的实际变形量，移动构件时松开夹模，配合送料装置移动构件；采用伺服电机控制送料系统精确移动构件，最终实现加载、变形测量和送料的联动控制。
【附图说明】
[0020]图1是本发明大尺寸构件的卧式数控冷弯机工作状态外观示意图；
[0021]图2是图1中冷弯机内部结构示意图；
[0022]图3是图2中成形胎架1的主体结构示意图；
[0023]图4是图2中加载装置3的构造及安装结构的后视示意图；
[0024]图5是图2中支承装置4和位移测量装置5的构造和安装结构示意图；
[0025]图6是图2中送料装置5的构造示意图；<