大型钻床动力头的液压系统设计

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1、设计的大型钻床动力头液压的液压动力滑台液压系统要求完成： 技术参数：动力滑台工作循环为：快进一工进一快退一停止。液压系统的主要参数与性能要求为：切削力FI-4320N;移动部件总重力G=2500N;快进行程Ll=ll()mm；工进行程L2=180mm；快进速度为Vl=3.0m/min;工进速度为V2=0.07m/min;快退速度为V3=6m/min;加速时间和减速时间均为0.2s；静摩擦因素fs=0.2;动摩擦因素fd=0.15o该动力滑台可在任意位置停止。 (1)、工况分析 切削推力： 静摩擦力： 动摩擦力： 启动惯性力： 一、行工况分析，确定液压缸推力1、工况分析及液压缸的推力

2、： F力二25000N F=f,G=0.2X9800=1960N F产^0=0.1X9800=980N F『〃出=(9800/9.81)X(6/(0.2X60))=499N 启动推力: 加速推力: 快进推力: 工进推力: (2)、液压缸的推力 F卮=F,/t]=1960/0.9=2180N F馆二(Fd+J)/『(980+499)/0.9=1640N F怏=Fd/r1=980/0.9=1090N Fx=(F切+FJ/『(25000+980)/0.9=28900N 反向启动过程作用力与F-F加、F快大小相同，方向相反。 2893 OTT 工况运行图如下： 快进 ’I

3、工进 快退 迸给循环图图4-18:大型钻床动力头液压液压缸工况图二、确定液压缸工作压力、结构尺寸、初定液压缸流量2、选取工作压力及背压力 Fh==28900N在20000-3000(2之间R=3-4MPa选取R=3.4MPa,为防止加工结束动力头突然前冲，设回油路有背压阀，取背压P2=().8MPa。 3、确定液压缸结构尺寸 取液压缸无杆腔作工作腔列液压缸力的平衡方程： - --V2 1 F Pi P2I 图今19：大型钻床动力头液压液压缸力的平衡图 F=P.Aj-P2A2=A,(PrP2A2/A.) 快进速度V快=6m/min,工进速度V工产0.05m/min,

4、相差很大，应进行差动换按，取k=A,/ Ai=0.5,则: 4 x 28900 \^(P1-kp2) ^(3.4-0.5x0.8)xl06 =0.1 1/77 取液压缸筒标准值：0=110 d=0.7D=0.7XI10=77 取活塞杆标准值：d=80 4、认证液压缸筒壁厚 额定工作压力: 试验压力为： 许用应力取： 中低压液压系统，由其切削加工性能确定液压缸筒壁厚，按薄壁圆筒计算壁厚: pn=3,4MPa<16MPa P=1.5Pn=1.5X3.4=5.1MPa [b]=11000N/nun1([cr]=畤/〃取安全系数n=5) 5.1xl0-xll0xl0-

5、0Q()23/n=23 2x11000xlO4 5、定液压缸筒的长度 活塞杆工作行程：450 活塞杆伸出长度不少于1100 取活塞杆长2(X)0 取液压缸筒长：L=1600 6、求最少活塞杆直径 取⑸=109/〃?2 d = 4F4x28900八…八一、 ―?~~、=0.019〃？=19 乃口]V乃x1()8 19比80少4.21倍，稳定性足够安全可靠。 7、校核活塞杆的稳定性 (1)、求活塞杆的临界半径4 rk = 空于2。 (2)、求活塞杆的临界负载& L/rk=2000/20=100 选用45#钢，取其柔性系数%=85 液压缸的安装方式采用一端

6、固定,一端自由，其末端系数%=1/4 活塞杆细长比：=100＞的｛届=8571/4=42.5 取: "也「""Xi。” 22 7t x 0.024 X — = 199000N 45’钢的弹性模量：取E=2.06x10“N/m2活塞杆横截面惯性矩：J=M4/64 活塞杆伸出长度：L=2000 该液压缸活塞杆的稳定性能好，可靠性高。 (3)、求活塞杆临界负载的安全系数其安全系数：6=199000+28900=6.98、液压缸各截面积 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、初定液压缸流■ 快进：Q\=吗=60x0.95=57.0L/min 。)=vA^=60x0.45=26.8L/min 。,=0-0=57.0-26.8=30.2L/min 工进。=叱4=(0.。5-0.10)x9.5=(0.48-0.95)L/min: 10、液压缸的负载、压力、流■、功率的工况表 工况 负载 (N) 液压缸 计算公式 油压力 PlX1()5 回油压力 P.X105 输入流量 Q(L/min) 入功率 P(kw) 快进 差动 启动 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 工进 28900 34.2 8 0.48-0.95 0.29-0.54 P产(H+p2A-/A】 Q=v=At  P*Qx 快退 启动 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、确定定位夹紧液压缸结构尺寸及流量1、

9、定位夹紧力设计计算F=KFAKf^f^ K=k1k2k3k4=2.4 R—安全系数 & =1.5-2 Kz一加工系数 K2=\.2 K「刀具钝化系数 Kl断位切削系数 根据实用经验，夹紧支撑系数£=0.2,f2=0.7 F；=KF+/2)=2.4x28900/0.9=77100^ 根据实用经验，推荐夹紧工作压力P矣=20X10'Pa 14尸共I4x77100八” D=/1=J———=0.22/n Y7rp\x20x10 取两个液压缸筒直径标准值：D=110设定活塞杆承受拉力，取活塞杆标准直径：d=55 Q夹二％A=10x0.95x2=19L/min 四、设计

10、大型钻床动力头液压的液压动力滑台的液压系统图 电磁铁动作表 动作 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA DPI DP2 工件夹紧 + 十 快进 + 工进 + + 4- 快退 4- + 工件松夹 五、液压元件设计计算与选择 1、液压泵工作压力、流量、驱动功率计算 (1)、高压小流量泵工作压力Pl计算 高压小流量泵工作循环过程中，最大工作压力34.2x105P”，采用调速阀进口节流调速,设定工进

11、最大压力损失为△〃=10x10$P”，则 Pi=342x1()5+10x105=4.42MPa (2)、低压大流■泵工作压力生计算 低压大流量泵的快速进退工作表得知快退工作压力为13.06x105P〃，高于快进工作压力6.62x10》“，取13.06x105P«为快速进给工作压力，设定快进最大压力损失为 p2=p+△〃=(13.06+5)x10'=18.06x\05Pa (3)、液压泵的流量及规格 由工况表得知快速进给流量为30.2L/min Qp=1.2。=1.2x30.2=36.24L/min 工进最大流量0.95L/min,溢流阀最少稳定流量为3L/min,即高压小流量泵

12、的流量最少要4L/min,选YB-D32-50/4-10,额定压力p=WMPa,转速〃=1000r/mm，选YB-C36/5. (4)、电动机的驱动功率 从液压缸的负载、压力、流量、功率的工况表得知，液压缸最大输出功率为： P=p2Q=13.06xlO5x26.8xl0-3/60=0.58A3V 快速进退最大工作压力：p=(13.06+5)x105=18.06xIO5Pa, 取电机效率：〃=。・75,则电动机的驱动功率为 P、、=PQ/11=18.06x!05x41x10"/(6Gx0.75)=1.65KW 选Y90L-2型2.2KW交流异步电动机。 2、确定液压缸的输入输出流

13、量和移动速度 工步 输入流量L/min 输出流量L/min 移动速度m/min 快 进 %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 进 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、根据工作压力和通流量选取液压元件 序号 元件名称

14、 实际通流量 元件规梏 数量 笛ii 01 双联叶片泵 36/5L/min YB-D36/5 1 02 滤油器 41L/min WU-63XF 1 03 油箱 246L/min （容积） 1 自制(300L/min) 04 外控顺序阀 36L/min X4F-B20D-Y1 1 05 单向阀 36L/min DF-B20H2 1 06 先导式溢流阀 5L/min YF-B6B 1 07 电液换向阀 87L/min 34EYOB25H-T 1 08 单向程行调速阀 <1L/min 1Q

15、CA3-D16 1 09 压力继电 DP-63型 2 10 液压缸（主缸） 1 11 电磁换向阀 87L/min 23E1B25C 1 12 P型背压阀 <1L/min P-P6B 1 13 电磁阀 77.4L/min 22E1B25C 1 14 减压阀 19L/min JF3-C10B 1 15 单向阀 19L/min DF-B10H2 1 16 电磁换向阀 19L/min 24EB10H-ZZ 1 17 单向顺序阀 19L/min XD2F-B10E-Y1

16、1 18 夹紧液压缸 1  19定位液压缸1 20压力表开关YK2-61（图上未标） 3、油管尺寸 按标准化元件计算液压油管内径尺寸如下： d==2x，77.4x100（y（60x400/r）=20〃〃〃 取液压油管内径标准值d=20（外径d=25） 4、油箱容积 V=6Q/,=6x41=246L 六、液压系统稳定性论证 1、液压泵工作压力稳定性校核 （1）、系统快进液压泵工作压力稳定性校核 A、进油路压力损失 经计算油管内径d=20,液压装置未安装前，设置进、回油管长度L=2.5m,选取LAN32号机油40℃的运动粘度d=3257 1）、

17、进油路流态判别 口=4。/位/=4x77,4xl0-3/(60x^x0.022)=4.1./n/5 2 x ——=1027 < 2000 3.2 为层流 nvdQ,,77.4xl03 R.=——=2=T 'u#d?60x4/22 2）、进油路沿程阻力损失 少产/建=巫生=二、至、^£=0.68'。进d2Rd210270.022 3）、进油路局部阻力损失 △p局泊xlO%/=0.68x0.10=0.068xlO5 4）、进油路液压阀阻力损失 r*74*7*7A A/%=A〃7(2)2+△/%(三)2=2x10'x(—-)2+2x105x(---)=2.40x105

18、 阈Q："Q微100100 5）、进油路总阻力损失 △〃进=△〃；+A/;,.+Ap闷=(0.68+0.067+2.40)x105=3.15x10s B、回油路压力损失 1）、回油路流态判别 p=4Q/%/2=4x36.4xIO、/(60x^x0.022)=1.93a??/s "T==M哭xg483〈2OOO为层流 2）、回油路沿程阻力损失 A V2 75 L 75 切产7仁二 —— R d 2 4s3 0.02 3我生变= 0.32x1。 3）、回油路局部阻力损失 △〃局=△〃沿X10%/=0.32x0.10=0.032x105 4）、回油路液压阀阻力损失

19、=2x10、x(过收)2=0.26x10’ JQn100 5）、回油路总阻力损失 △〃回=如沿+△〃局+N)忖=(0.32+0.032+0.26)x105=061x105Pa C、系统快进总压力损失 A △P=如进+△〃回=3J5xlO5+0.61xlO5x—=3.44xl05 495.0 D、系统快进液压泵工作压力 pK=p+M=(13.06+3.44)x105=16.50x\05Pa<(13.06+5.0)x105=18.06x\05Pa 系统快进工作性能稳定可靠o （2）、系统工进液压泵工作压力稳定性校核 A、系统工进液压泵压力损失 工进流量。「.max=S95

20、L/min,其沿程、局部压力损失可略去不计，只有调速阀、背压阀的压力损失纳入计算如下： △p[=△〃/+生=5x10$+8x10’x—=8.76x10,P" 疔A95.0 B、系统工进高压小流・液压泵工作压力 P=PX+A/?=(34.2+8.76)x105=43.0x\05Pa<44.2xIO5Pa 系统工进工作性能稳定可靠。 (3)、校核系统驱动电机功率 为=〃。/77=16.50x105x41xIO-37(60x0.75)=\.5KW

21、、工进、快退时间 由设计依据，主液压缸快进行程40cm,工进行程5cm,则 快进时间：A=L快八，快进=40x60/815=2.94s 工进时间：G=G/h=5x60/10=30.00s 快退时间：G=(L快+加.)八快退=(40+5)x60/920=2.935 2)、快进、工进、快退所占的时间效率 快进时间效率：+12+G)=2.94/(2.94+30.00+2.93)=8.19% 工进时间效率：G/(6+G+〃)=30.00/(2.94+30.00+2.93)=83.64% 快退时间效率：-/6+G+G)=2.93/(2.94+30.00+2.93)=8.17% 快进快退

22、占进给决时间的16.36%,系统热能稳定性校核主要校核工进时区。 3)、系统工进效率 系统输出功率： Po=p，2=43.0xl05x0.95x10-3/60=68.1W 系统输入功率： pi=E小+Mk=p，)、Qp+M啾额(系-)A >>x[c-3 =(43.0x105x5x10-3)/60+3xIO5x(^.)2x———=358.3+58.8=417.1 6360 系统工进效率： J]=PJP,=68.1/417.1=13.3% (2)、系统热能工况的稳定性校核 工进时间30.00s,占总进给时间35.87s的83.64%,是系统热能工况的稳定性校核区域。 液压

23、缸工进负载： Fx=(F切+B)Z(25000+980)/0.9=28900N 最大进给速度： V,=0.01/60=0.0017^/5 系统输出功率： Po=FI.vI-28900x0.0017=49.13W 系统输入功率： ”(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 系统能耗功率： △P=E-6=556.13—49.13=507VV 系统工质升高的温度: x103 = 222xK)3 土 246 ^^x103=12.9()C<25<)C39.26 经校核，该液压系统在夏季具有良好的工作稳定性，符合可靠性设计。