設計臥式鉆鏜組合機床液壓動力滑臺液壓系統(tǒng)

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1、臥式鉆鏈組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計例題 設計的臥式鉆鏈組合機床的液壓動力滑臺液壓系統(tǒng)要求完成 ： 快進一工進一快退一停止；切削推力 25000N,快進行程 400mm, 工進行程 50mm V快=6m/min、V工進=0.05-0.10m/min, 運動部件重 G=9800N,。靜摩擦系數(shù)：fj=0.2 ,動摩擦系數(shù)：fd=0.1 ,液壓缸機械 效率： 0.9,快速起動時間不大于 0.2s. 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： (1)、工況分析 切削推力： F切=25000N 靜摩擦力： F j = f j G=0.2 X 9800=1960N 動

2、摩擦力： F d= f dG=0.1 X 9800=980N 啟動慣性力： F g=ma= (9800/9.81) X (6/ (0.2 X 60)) =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 啟=Fj/ n = 1960/0.9=2180N F 加=(Fd+Fg) / 不=(980+499) /0.9=1640N F 快=Fd/ n =980/0.9=1090N F 工=(F切+ Fd) / n = (25000+980) /0.9=28900N 反向啟動過程作用力與 F啟、F加、F快大小相同，方向相反 工況運行圖如下: 2800m

3、進給循訐圖 速度循環(huán)圖 推力循環(huán)圖 圖4-18:臥式鉆鏈組合機床液壓缸工況圖 、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 F 工==28900N 在 20000-30000N 之間，P 1=3-4MPa 選 取,P1=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=0.8MPa。 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: D F I 1 II 1 d [pi P/ 圖4-19 :臥式鉆鏈組合機床液壓缸力的平衡圖 F=RA- P 2A2= Ai (Pi- P 2 A A

4、i) 快進速度 V快=6m/min,工進速度 V工進=0.05m/min,相差很大，應進 行差動換接，取k= A 2/ A i=0.5,則： 0.11m d 4F工 4 28900 .(p1-kp2) - (3.4 0.5 0.8) 106 X110=77 取液壓缸筒標準值：D=110 d=0.7D=0.7 取活塞桿標準值： d=80 4、認證液壓缸筒壁厚 筒計算壁厚： 額定工作壓力: 試驗壓力為： 許用應力?。? PyD 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 n=3.4MPa<16MPa y=1.5Pn=1.5 X 3.4=5.1MPa

5、 11000N / mm2 ( b /n 取安全系數(shù) n=5) 5.1 10 110 10 0 4— 0.0023m 2.3 2 11000 104 5、定液壓缸筒的長度 活塞桿工作行程：450 活塞桿伸生長度不少于 1100 取活塞桿長2000 取液壓缸筒長：L=1600 6、求最少活塞桿直徑 8 2 4F 4 28900 取 10N/m d . .. 8 0.019m 19 , ,108 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rk (2)、求活塞桿的臨界負載Fk L/rk 2000 / 2

6、0 100 選用45#鋼，取其柔性系數(shù) 1 85 液壓缸的安裝方式采用一端固定 活塞桿細長比: L「k 取: Fk 2 2EJ L2 100 1 4 1v 2 ，一端自由，其末端系數(shù)2 1/4 2 85 1 4 42.5 2.06 1011 45#鋼的彈性模量：取 活塞桿橫截面慣性矩: 22 E 2.06 1011N/m2 J d 4 64 0.024 64一 199000N 活塞桿伸由長度：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)：nk= + 28900=6.9 8、液壓

7、缸各截面積 _ 2 2_2 A1 ( /4)D = ( /4) 11 95.0cm 2 2 2 A3 ( /4)d2 = ( /4) 82 50.3cm2 A2 ( /4)(D2 d2) = ( /4) (112 82) 44.7 cm2 9、初定液壓缸流量 快進： Q1 VA1 = 60 0.95 57.0L/min Q2 vA2 = 60 0.45 26.8L/min Qp Q1 Q2 = 57.0 26.8 30.2L/min 工進 Q工 v2A = (0.05 0.10) 9.5 (0.48 0.95)L/min： 10、液壓缸的負載、壓力、流量、功率的工況表

8、工 況 負載 (N) 液 壓 缸 計算公式 油壓力 5 P1X 10 回油壓力 5 P2X 10 輸入流里 Q(L/min) 入功率 P(kw) 快進 差動 啟動 2180 4.33 0 P1=(Fi + ApA2)/A3 加速 恒速 1640 1090 7.70 6.62 △ p=5 30.2 0.33 Q=(A 1-A2) X v 快 P=p1Q 工 進 28900 34.2 8 0.48-0.95 0.29-0.54 P1=(Fi+p2A2)/A1 Q=v i A1 P=p1Q 工 快退 啟動 加速

9、2180 4.88 0 P1=(Fi+p2A)/A2 1640 14.28 Q=A 2 X v 快 恒速 1090 13.06 5 26.8 0.58 P=P2Q 三、確定定位夾緊液壓缸結構尺寸及流量 1、定位夾緊力設計計算 F夾=KF工/f f2) K k1k2k3k4 2.4 Ki一安全系數(shù) Ki 1.5 2 K2一加工系數(shù) K2 1.2 K3一刀具鈍化系數(shù) K3 1.2 1.3 K4一斷位切削系數(shù) K4 1.2 根據(jù)實用經(jīng)驗，夾緊支撐系數(shù) 力=0.2, f2=0.7 F夾=KF工/(f1 f2)2.4 2890

10、0/0.9 77100N 根據(jù)實用經(jīng)驗，推薦夾緊工作壓力 P夾=20 x 105Pa /4 F 夾 I 4 77100 八” D . 0.22 m \ p . 20 105 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=丫夾A夾=10 0.95 2 19L/min 四、設計臥式鉆鏈組合機床的液壓動力滑臺的液壓系統(tǒng)圖 電磁鐵動作表 采用調(diào) 105 Pa , ,設定 動作 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA DP1 DP2 工件夾緊 十 十 快 進 十

11、 工 進 十 十 十 快 退 十 十 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(qū)動功率計算 (1)、高壓小流量泵工作壓力 P1計算 高壓小流量泵工作循環(huán)過程中，最大工作壓力 34.2 105Pa, 速閥進口節(jié)流調(diào)速，設定工進最大壓力損失為 P 10 105Pa, D 5 5 p1 34 2 105 10 105 4.42MPa (2)、低壓大流量泵工作壓力 P2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 13.06 高于快進工

12、作壓力6.62 105Pa,取13.06 105Pa為快速進給工作壓力 快進最大壓力損失為 p 5 105 Pa,則： p2 p p = (13.06 5) 105 18.06 105Pa (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 1.2Q 1.2 30.2 36.24L/min p 工進最大流量0.95L/min ,溢流閥最少穩(wěn)定流量為 3L/min ,即局壓小 流量泵的流量最少要 4L/min ,選YB-D32-50/4-10,額定壓力p 10MPa , 轉(zhuǎn)速 n 1000r/min ,選 YB-C36/5. (4)、電動機的驅(qū)動功

13、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 輸由功率為：P p2Q 13,06 105 26.8 10 3 /60 0.58KW 快速進退最大工作壓力： p = (13.06 5) 105 1 8.06 1 05Pa , 取電機效率： 0.75,則電動機的驅(qū)動功率為 Pt = pQ/ 18.06 105 41 10 3 /(60 0.75) 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 A。 qp1) q1 A 4 =

14、95(36-5) 77.4 50.3 A2 q2 q1 - A1 44.7 “ 77.4 ——36.4 95 S (qp1 qp?) v 10 A1 A2 410 … 8.15 50.3 工 進 q1 0.95 A2 q2 q1 — A1 44.7 0.95 ——0.45 95 q1 10 0.95 … V2 0.1 A1 95 快 退 q1 qp1 q p2 5 36 41 q2 5% 41 9544.7 87 V3 q1 / A2 10 4144.7 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

15、實際通流量 元件規(guī)格 數(shù)量 備U 濾油器 41 L/min WU-63 x F 1 油 箱 246 L/min （容積） 1 自 制(300L/min ) 外控順序閥 36 L/min X4F-B20D-Y1 1 單向閥 36L/min DF-B20H2 1 先導式溢流閥 5L/min YF-B6B 1 電液換向閥 87L/min 34EYOB25H-T 1 單向程行調(diào)速閥 < 1L/min 1QCA3-D16 1 壓力繼電 DP-63 型 2 液壓缸（主缸） 1 電磁換向閥 87L/min 2

16、3E1B25C 1 P型背壓閥 < 1L/min P-D6B 1 電磁閥 77.4L/min 22E1B25C 1 減壓閥 19L/min JF3-C10B 1 單向閥 19L/min DF-B10H2 1 電磁換向閥 19L/min 24EB10H-ZZ 1 單向順序閥 19L/min XD2F-B10E-Y1 1 夾緊液壓缸 1 定位液壓缸 1 壓力表開關 YK2-6 1 （圖上未標） 油管尺寸 雙聯(lián)葉片泵 36/5 L/min YB-D36/5 1 01 02 03

17、 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 3、 按標準化元件計算液壓油管內(nèi)徑尺寸如下： d 2 .Q—v=2 77.4 1000（60 400 ） 20mm 取液壓油管內(nèi)徑標準值 d=20 （外徑 d=25 )  4、油箱容積 V=6Qp=6 41 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 回油管長度 經(jīng)計算油管內(nèi)徑d=20,液壓裝置未安裝前，設置進、 3.2cST L=2.5m

18、,選取L-AN32號機油400C的運動粘度 1)、 進油路流態(tài)判別 v 4Q/ d2 = 4 77.4 10 3 /(60 _2 0.02 ) 4.1.m/s Re 型 Q2 d/ d2 3 77.4 10 2 60 /22 3.2 1027 <2000 為層流 2)、 進油路沿程阻力損失 p進= . 2 2 L v_ 75 L v 75 d -2 Red 1027 2.5 0.02 2 880 4.1 5 0.68 10 105 3）、進油路局部阻力損失 p局=p 沿 10 %/ = 0.68 0.10 0.

19、068 4）、進油路液壓閥阻力損失 Q1 2 /Q行、2 5 77.4 2 5 77.4 5 PL p7(鼠) = 2 10 前) 2 10 (/) 2.40 10 5）、進油路總阻力損失 P進=P沿 P局 P閥=(0.68 0.06 7 2.40) 10 5 3.15 1 05 Pa B、回油路壓力損失 1)、回油路流態(tài)判別 v 4Q/ d 2 = 4 36.4 10 3/(60 0.022) 1.93m/s Re vd d2 36.4 103 60 722 2 3^2 483<2000 為層流 2)、回油路沿程阻力損失 _ 2 2 _

20、__2 L v 75 L v2 75 2.5 880 1.932 5 p進= 0.32 10 d 2 Re d 2 483 0.02 2 3)、回油路局部阻力損失 p局=p 沿 10 %/ = 0.32 0.10 0.032 105 4)、回油路液壓閥阻力損失 pK= P11(-Qr)2= 2 105 (364)2 0.26 105 Q 額 100 5)、回油路總阻力損失 5 5 、 p回=p沿 p局 p閥=(0.32 0.032 0.26) 10 061 10 Pa C、系統(tǒng)快進總壓力損失 A2 5 5 44.7 5 f p p進 p回丁 = 3.15

21、10 0.61 10 —— 3.44 10 Pa Ai 95.0 D、系統(tǒng)快進液壓泵工作壓力 5 5 5 5、 p大 p p = (13.06 3.44) 10 16.50 10 Pa (13.06 5.0) 10 18.06 10 Pa 系統(tǒng)快進工作性能穩(wěn)定可靠。 (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Q工max= 0.95L/min ,其沿程、局部壓力損失可略去不計，只 有調(diào)速閥、背壓閥的壓力損失納入計算如下： A . . 44.7 - px= p調(diào) p背2=5 105 8 105 ——8.76 105Pa A 95.0 B、系

22、統(tǒng)工進高壓小流量液壓泵工作壓力 5 5 5 Pj、= E p = (34.2 8.76) 10 43.0 10 Pa 44.2 10 Pa 系統(tǒng)工進工作性能穩(wěn)定可靠O (3)、校核系統(tǒng)驅(qū)動電機功率 _ _ 一 5 3 - 一 %=pQ/ 16.50 10 41 10 /(60 0.75) 1.5KW 1.65KW 選Y90L 2型2.2KW交流異步電動機，系統(tǒng)可靠性穩(wěn)定。 2、系統(tǒng)熱能工況的穩(wěn)定性校核 (1)、系統(tǒng)效率 1)、快進、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：t1 L快/v快進=40 60/815 2.94s

23、工進時間：t2 L工/v工=5 60/10 30.00s 快退時間：t3 (L快 L工)/v 快退=(40 5) 60/920 2.93s 2)、快進、工進、快退所占的時間效率 快進時間效率： t"(t1 t2 t3)= 2.94/(2.94 30.00 2.93) 8.19% 工進時間效率： t2/(t1 t2 t3)= 30.00 /(2.94 30.00 2.93) 83.64% 快退時間效率： t3/(t1 t2 t3)= 2.93 /(2.94 30.00 2.93) 8.17% 快進快退占進給決時間的 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

24、進效率 系統(tǒng)輸生功率： 5 3 Po p 小 Q工=43.0 10 0.95 10 /60 68.1W 系統(tǒng)輸入功率： Pi P小 P^=P hQp P順額() 2Q1; Q順額 3 5 3 5 36 2 36 10 (43.0 10 5 10 )/60 3 10 (36) 36一^— 358.3 58.8 417.1 63 60 系統(tǒng)工進效率: = Po/Pi = 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。 液壓缸工進負載： Fx= (F

25、切 + Fd) /刀=(25000+980) /0.9=28900N 最大進給速度： vx= 0.01/60 0.0017m/s 系統(tǒng)輸生功率： Po Fxvx= 28900 0.0017 49.13W 系統(tǒng)輸入功率: Pi (Pi 小 P 大)=(P小 Qp (Q順 Q順額 )2Qp大)/ 43.0 105 5 10 3/60 3 5 36 2 105 ( )2 63 36 10 3 /0.75 417.1/0.75 556.13w 60 系統(tǒng)能耗功率: P Pi Pg 556.13 49.13 507W 系統(tǒng)工質(zhì)升高的溫度: T —P- 103 -0.507- 103 0507 103 12.90C 250C 3 V2 3.2462 39.26 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。