大型鉆床動力頭的液壓系統(tǒng)設計

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1、設計的大型鉆床動力頭液壓的液壓動力滑臺液壓系統(tǒng)要求完成： 技術參數(shù)：動力滑臺工作循環(huán)為：快進一工進一快退一停止。液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)與性能要求為：切削力FI-4320N;移動部件總重力G=2500N;快進行程Ll=ll()mm；工進行程L2=180mm；快進速度為Vl=3.0m/min;工進速度為V2=0.07m/min;快退速度為V3=6m/min;加速時間和減速時間均為0.2s；靜摩擦因素fs=0.2;動摩擦因素fd=0.15o該動力滑臺可在任意位置停止。 (1)、工況分析 切削推力： 靜摩擦力： 動摩擦力： 啟動慣性力： 一、行工況分析，確定液壓缸推力1、工況分析及液壓缸的推力

2、： F力二25000N F=f,G=0.2X9800=1960N F產^0=0.1X9800=980N F『〃出=(9800/9.81)X(6/(0.2X60))=499N 啟動推力: 加速推力: 快進推力: 工進推力: (2)、液壓缸的推力 F卮=F,/t]=1960/0.9=2180N F館二(Fd+J)/『(980+499)/0.9=1640N F怏=Fd/r1=980/0.9=1090N Fx=(F切+FJ/『(25000+980)/0.9=28900N 反向啟動過程作用力與F-F加、F快大小相同，方向相反。 2893 OTT 工況運行圖如下： 快進 ’I

3、工進 快退 迸給循環(huán)圖圖4-18:大型鉆床動力頭液壓液壓缸工況圖二、確定液壓缸工作壓力、結構尺寸、初定液壓缸流量2、選取工作壓力及背壓力 Fh==28900N在20000-3000(2之間R=3-4MPa選取R=3.4MPa,為防止加工結束動力頭突然前沖，設回油路有背壓閥，取背壓P2=().8MPa。 3、確定液壓缸結構尺寸 取液壓缸無桿腔作工作腔列液壓缸力的平衡方程： - --V2 1 F Pi P2I 圖今19：大型鉆床動力頭液壓液壓缸力的平衡圖 F=P.Aj-P2A2=A,(PrP2A2/A.) 快進速度V快=6m/min,工進速度V工產0.05m/min,

4、相差很大，應進行差動換按，取k=A,/ Ai=0.5,則: 4 x 28900 \^(P1-kp2) ^(3.4-0.5x0.8)xl06 =0.1 1/77 取液壓缸筒標準值：0=110 d=0.7D=0.7XI10=77 取活塞桿標準值：d=80 4、認證液壓缸筒壁厚 額定工作壓力: 試驗壓力為： 許用應力?。? 中低壓液壓系統(tǒng)，由其切削加工性能確定液壓缸筒壁厚，按薄壁圓筒計算壁厚: pn=3,4MPa<16MPa P=1.5Pn=1.5X3.4=5.1MPa [b]=11000N/nun1([cr]=畤/〃取安全系數(shù)n=5) 5.1xl0-xll0xl0-

5、0Q()23/n=23 2x11000xlO4 5、定液壓缸筒的長度 活塞桿工作行程：450 活塞桿伸出長度不少于1100 取活塞桿長2(X)0 取液壓缸筒長：L=1600 6、求最少活塞桿直徑 ?、?109/〃?2 d = 4F4x28900八…八一、 ―?~~、=0.019〃？=19 乃口]V乃x1()8 19比80少4.21倍，穩(wěn)定性足夠安全可靠。 7、校核活塞桿的穩(wěn)定性 (1)、求活塞桿的臨界半徑4 rk = 空于2。 (2)、求活塞桿的臨界負載& L/rk=2000/20=100 選用45#鋼，取其柔性系數(shù)%=85 液壓缸的安裝方式采用一端

6、固定,一端自由，其末端系數(shù)%=1/4 活塞桿細長比：=100＞的｛屆=8571/4=42.5 取: "也「""Xi?！? 22 7t x 0.024 X — = 199000N 45’鋼的彈性模量：取E=2.06x10“N/m2活塞桿橫截面慣性矩：J=M4/64 活塞桿伸出長度：L=2000 該液壓缸活塞桿的穩(wěn)定性能好，可靠性高。 (3)、求活塞桿臨界負載的安全系數(shù)其安全系數(shù)：6=199000+28900=6.98、液壓缸各截面積 A=(4/4)02=5/4)x112=95.0cm2 A3=(^/4)J2=(^/4)x82=503cm2 A2=(71/4)(

7、D2-6/2)=(^/4)x(112-82)=44.7cm2 9、初定液壓缸流■ 快進：Q\=嗎=60x0.95=57.0L/min 。)=vA^=60x0.45=26.8L/min 。,=0-0=57.0-26.8=30.2L/min 工進。=叱4=(0.。5-0.10)x9.5=(0.48-0.95)L/min: 10、液壓缸的負載、壓力、流■、功率的工況表 工況 負載 (N) 液壓缸 計算公式 油壓力 PlX1()5 回油壓力 P.X105 輸入流量 Q(L/min) 入功率 P(kw) 快進 差動 啟動 2180 4.33 0

8、 P尸(H+- pa2yA3 加速 恒速 1640 1090 7.70 6.62 △p=5 30.2 0.33 Q=(A[-A2)Xv快 P*Q 工進 28900 34.2 8 0.48-0.95 0.29-0.54 P產(H+p2A-/A】 Q=v=At  P*Qx 快退 啟動 2180 4.88 0 P尸（H+pzAJ/A? 加速 1640 14.28 5 Q=A2Xv^ 恒速 1090 13.06 26.8 0.58 三、確定定位夾緊液壓缸結構尺寸及流量1、

9、定位夾緊力設計計算F=KFAKf^f^ K=k1k2k3k4=2.4 R—安全系數(shù) & =1.5-2 Kz一加工系數(shù) K2=\.2 K「刀具鈍化系數(shù) Kl斷位切削系數(shù) 根據(jù)實用經(jīng)驗，夾緊支撐系數(shù)￡=0.2,f2=0.7 F；=KF+/2)=2.4x28900/0.9=77100^ 根據(jù)實用經(jīng)驗，推薦夾緊工作壓力P矣=20X10'Pa 14尸共I4x77100八” D=/1=J———=0.22/n Y7rp\x20x10 取兩個液壓缸筒直徑標準值：D=110設定活塞桿承受拉力，取活塞桿標準直徑：d=55 Q夾二％A=10x0.95x2=19L/min 四、設計

10、大型鉆床動力頭液壓的液壓動力滑臺的液壓系統(tǒng)圖 電磁鐵動作表 動作 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA DPI DP2 工件夾緊 + 十 快進 + 工進 + + 4- 快退 4- + 工件松夾 五、液壓元件設計計算與選擇 1、液壓泵工作壓力、流量、驅動功率計算 (1)、高壓小流量泵工作壓力Pl計算 高壓小流量泵工作循環(huán)過程中，最大工作壓力34.2x105P”，采用調速閥進口節(jié)流調速,設定工進

11、最大壓力損失為△〃=10x10$P”，則 Pi=342x1()5+10x105=4.42MPa (2)、低壓大流■泵工作壓力生計算 低壓大流量泵的快速進退工作表得知快退工作壓力為13.06x105P〃，高于快進工作壓力6.62x10》“，取13.06x105P?為快速進給工作壓力，設定快進最大壓力損失為 p2=p+△〃=(13.06+5)x10'=18.06x\05Pa (3)、液壓泵的流量及規(guī)格 由工況表得知快速進給流量為30.2L/min Qp=1.2。=1.2x30.2=36.24L/min 工進最大流量0.95L/min,溢流閥最少穩(wěn)定流量為3L/min,即高壓小流量泵

12、的流量最少要4L/min,選YB-D32-50/4-10,額定壓力p=WMPa,轉速〃=1000r/mm，選YB-C36/5. (4)、電動機的驅動功率 從液壓缸的負載、壓力、流量、功率的工況表得知，液壓缸最大輸出功率為： P=p2Q=13.06xlO5x26.8xl0-3/60=0.58A3V 快速進退最大工作壓力：p=(13.06+5)x105=18.06xIO5Pa, 取電機效率：〃=。?75,則電動機的驅動功率為 P、、=PQ/11=18.06x!05x41x10"/(6Gx0.75)=1.65KW 選Y90L-2型2.2KW交流異步電動機。 2、確定液壓缸的輸入輸出流

13、量和移動速度 工步 輸入流量L/min 輸出流量L/min 移動速度m/min 快 進 %24 二95(36+5)”450.3 A 447=77.4x=36.4 95 in9r+%,2)v=10x— A~A2 *=8.15 50.3 工 進 q]=0.95 a2 447 =0.95x=0.45 95 510x0.95 =—==0.1 2495  快 退 %=qpi+卷2 =5+36=41 %，% =41x9%4.7=87 匕=%/4 =10x4%.7=9.2 3、根據(jù)工作壓力和通流量選取液壓元件 序號 元件名稱

14、 實際通流量 元件規(guī)梏 數(shù)量 笛ii 01 雙聯(lián)葉片泵 36/5L/min YB-D36/5 1 02 濾油器 41L/min WU-63XF 1 03 油箱 246L/min （容積） 1 自制(300L/min) 04 外控順序閥 36L/min X4F-B20D-Y1 1 05 單向閥 36L/min DF-B20H2 1 06 先導式溢流閥 5L/min YF-B6B 1 07 電液換向閥 87L/min 34EYOB25H-T 1 08 單向程行調速閥 <1L/min 1Q

15、CA3-D16 1 09 壓力繼電 DP-63型 2 10 液壓缸（主缸） 1 11 電磁換向閥 87L/min 23E1B25C 1 12 P型背壓閥 <1L/min P-P6B 1 13 電磁閥 77.4L/min 22E1B25C 1 14 減壓閥 19L/min JF3-C10B 1 15 單向閥 19L/min DF-B10H2 1 16 電磁換向閥 19L/min 24EB10H-ZZ 1 17 單向順序閥 19L/min XD2F-B10E-Y1

16、1 18 夾緊液壓缸 1  19定位液壓缸1 20壓力表開關YK2-61（圖上未標） 3、油管尺寸 按標準化元件計算液壓油管內徑尺寸如下： d==2x，77.4x100（y（60x400/r）=20〃〃〃 取液壓油管內徑標準值d=20（外徑d=25） 4、油箱容積 V=6Q/,=6x41=246L 六、液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性論證 1、液壓泵工作壓力穩(wěn)定性校核 （1）、系統(tǒng)快進液壓泵工作壓力穩(wěn)定性校核 A、進油路壓力損失 經(jīng)計算油管內徑d=20,液壓裝置未安裝前，設置進、回油管長度L=2.5m,選取LAN32號機油40℃的運動粘度d=3257 1）、

17、進油路流態(tài)判別 口=4。/位/=4x77,4xl0-3/(60x^x0.022)=4.1./n/5 2 x ——=1027 < 2000 3.2 為層流 nvdQ,,77.4xl03 R.=——=2=T 'u#d?60x4/22 2）、進油路沿程阻力損失 少產/建=巫生=二、至、^￡=0.68'。進d2Rd210270.022 3）、進油路局部阻力損失 △p局泊xlO%/=0.68x0.10=0.068xlO5 4）、進油路液壓閥阻力損失 r*74*7*7A A/%=A〃7(2)2+△/%(三)2=2x10'x(—-)2+2x105x(---)=2.40x105

18、 閾Q："Q微100100 5）、進油路總阻力損失 △〃進=△〃；+A/;,.+Ap悶=(0.68+0.067+2.40)x105=3.15x10s B、回油路壓力損失 1）、回油路流態(tài)判別 p=4Q/%/2=4x36.4xIO、/(60x^x0.022)=1.93a??/s "T==M哭xg483〈2OOO為層流 2）、回油路沿程阻力損失 A V2 75 L 75 切產7仁二 —— R d 2 4s3 0.02 3我生變= 0.32x1。 3）、回油路局部阻力損失 △〃局=△〃沿X10%/=0.32x0.10=0.032x105 4）、回油路液壓閥阻力損失

19、=2x10、x(過收)2=0.26x10’ JQn100 5）、回油路總阻力損失 △〃回=如沿+△〃局+N)忖=(0.32+0.032+0.26)x105=061x105Pa C、系統(tǒng)快進總壓力損失 A △P=如進+△〃回=3J5xlO5+0.61xlO5x—=3.44xl05 495.0 D、系統(tǒng)快進液壓泵工作壓力 pK=p+M=(13.06+3.44)x105=16.50x\05Pa<(13.06+5.0)x105=18.06x\05Pa 系統(tǒng)快進工作性能穩(wěn)定可靠o （2）、系統(tǒng)工進液壓泵工作壓力穩(wěn)定性校核 A、系統(tǒng)工進液壓泵壓力損失 工進流量?！?max=S95

20、L/min,其沿程、局部壓力損失可略去不計，只有調速閥、背壓閥的壓力損失納入計算如下： △p[=△〃/+生=5x10$+8x10’x—=8.76x10,P" 疔A95.0 B、系統(tǒng)工進高壓小流?液壓泵工作壓力 P=PX+A/?=(34.2+8.76)x105=43.0x\05Pa<44.2xIO5Pa 系統(tǒng)工進工作性能穩(wěn)定可靠。 (3)、校核系統(tǒng)驅動電機功率 為=〃。/77=16.50x105x41xIO-37(60x0.75)=\.5KW

21、、工進、快退時間 由設計依據(jù)，主液壓缸快進行程40cm,工進行程5cm,則 快進時間：A=L快八，快進=40x60/815=2.94s 工進時間：G=G/h=5x60/10=30.00s 快退時間：G=(L快+加.)八快退=(40+5)x60/920=2.935 2)、快進、工進、快退所占的時間效率 快進時間效率：+12+G)=2.94/(2.94+30.00+2.93)=8.19% 工進時間效率：G/(6+G+〃)=30.00/(2.94+30.00+2.93)=83.64% 快退時間效率：-/6+G+G)=2.93/(2.94+30.00+2.93)=8.17% 快進快退

22、占進給決時間的16.36%,系統(tǒng)熱能穩(wěn)定性校核主要校核工進時區(qū)。 3)、系統(tǒng)工進效率 系統(tǒng)輸出功率： Po=p，2=43.0xl05x0.95x10-3/60=68.1W 系統(tǒng)輸入功率： pi=E小+Mk=p，)、Qp+M啾額(系-)A >>x[c-3 =(43.0x105x5x10-3)/60+3xIO5x(^.)2x———=358.3+58.8=417.1 6360 系統(tǒng)工進效率： J]=PJP,=68.1/417.1=13.3% (2)、系統(tǒng)熱能工況的穩(wěn)定性校核 工進時間30.00s,占總進給時間35.87s的83.64%,是系統(tǒng)熱能工況的穩(wěn)定性校核區(qū)域。 液壓

23、缸工進負載： Fx=(F切+B)Z(25000+980)/0.9=28900N 最大進給速度： V,=0.01/60=0.0017^/5 系統(tǒng)輸出功率： Po=FI.vI-28900x0.0017=49.13W 系統(tǒng)輸入功率： ”(片小+如大)=(p小Q.+3瞰(黑)2劣大)/〃 QXQX[XX~3 =43.0xlO5x5xlO-3/6O+3xlO5x(—)2x———/0.75=417.1/0.75=556.13卬 6360 系統(tǒng)能耗功率： △P=E-6=556.13—49.13=507VV 系統(tǒng)工質升高的溫度: x103 = 222xK)3 土 246 ^^x103=12.9()C<25<)C39.26 經(jīng)校核，該液壓系統(tǒng)在夏季具有良好的工作穩(wěn)定性，符合可靠性設計。