大型钻床动力头的液压系统设计

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：F力二25000NF=f,G=0.2X9800=1960NF产0=0.1X9800=980NF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=2180NF馆二(Fd+J)/(980+499)/0.9=1640NF怏=Fd/r1=980/0.9=1090NFx=(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：-V21FPiP2I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,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=110d=0.7D=0.7XI10=77取活塞杆标准值：d=804、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=3,4MPa16MPaP=1.5Pn=1.5X3.4=5.1MPab=11000N/nun1(cr=畤/取安全系数n=5)5.1xl0-xll0xl0-0Q()23/n=232x11000xlO45、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=16006、求最少活塞杆直径取=109/?2 d =4F4x28900八八一、?、=0.019？=19乃口V乃x1()819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4rk =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。”227t x 0.024X = 199000N45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=95.0cm2A3=(/4)J2=(/4)x82=503cm2A2=(71/4)(D2-6/2)=(/4)x(112-82)=44.7cm29、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21804.330P尸(H+-pa2yA3加速恒速164010907.706.62p=530.20.33Q=(A-A2)Xv快P*Q工进2890034.280.48-0.950.29-0.54P产(H+p2A-/A】Q=v=AtP*Qx快退启动21804.880P尸（H+pzAJ/A?加速164014.285Q=A2Xv恒速109013.0626.80.58三、确定定位夹紧液压缸结构尺寸及流量1、定位夹紧力设计计算F=KFAKffK=k1k2k3k4=2.4R安全系数& =1.5-2Kz一加工系数K2=.2K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=0.7F；=KF+/2)=2.4x28900/0.9=77100根据实用经验，推荐夹紧工作压力P矣=20X10Pa14尸共I4x77100八”D=/1=J=0.22/nY7rpx20x10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=55Q夹二A=10x0.95x2=19L/min四、设计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1YA2YA3YA4YA5YA6YADPIDP2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=18.06x05Pa(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/minQp=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)”450.3A447=77.4x=36.495in9r+%,2)v=10xAA2*=8.1550.3工进q=0.95a2447=0.95x=0.4595510x0.95=0.12495快退%=qpi+卷2=5+36=41%，%=41x9%4.7=87匕=%/4=10x4%.7=9.23、根据工作压力和通流量选取液压元件序号元件名称实际通流量元件规梏数量笛ii01双联叶片泵36/5L/minYB-D36/5102滤油器41L/minWU-63XF103油箱246L/min（容积）1自制(300L/min)04外控顺序阀36L/minX4F-B20D-Y1105单向阀36L/minDF-B20H2106先导式溢流阀5L/minYF-B6B107电液换向阀87L/min34EYOB25H-T108单向程行调速阀1L/min1QCA3-D16109压力继电DP-63型210液压缸（主缸）111电磁换向阀87L/min23E1B25C112P型背压阀1L/minP-P6B113电磁阀77.4L/min22E1B25C114减压阀19L/minJF3-C10B115单向阀19L/minDF-B10H2116电磁换向阀19L/min24EB10H-ZZ117单向顺序阀19L/minXD2F-B10E-Y1118夹紧液压缸119定位液压缸120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=32571）、进油路流态判别口=4。/位/=4x77,4xl0-3/(60xx0.022)=4.1./n/52x =1027 2000 3.2为层流nvdQ,77.4xl03R.=2=Tu#d?60x4/222）、进油路沿程阻力损失少产/建=巫生=二、至、=0.68。进d2Rd210270.0223）、进油路局部阻力损失p局泊xlO%/=0.68x0.10=0.068xlO54）、进油路液压阀阻力损失r*74*7*7AA/%=A7(2)2+/%(三)2=2x10x(-)2+2x105x(-)=2.40x105阈Q：Q微1001005）、进油路总阻力损失进=；+A/;,.+Ap闷=(0.68+0.067+2.40)x105=3.15x10sB、回油路压力损失1）、回油路流态判别p=4Q/%/2=4x36.4xIO、/(60xx0.022)=1.93a?/sT=M哭xg4832OOO为层流2）、回油路沿程阻力损失AV2 75 L75切产7仁二 R d 24s30.023我生变= 0.32x1。3）、回油路局部阻力损失局=沿X10%/=0.32x0.10=0.032x1054）、回油路液压阀阻力损失=2x10、x(过收)2=0.26x10JQn1005）、回油路总阻力损失回=如沿+局+N)忖=(0.32+0.032+0.26)x105=061x105PaC、系统快进总压力损失AP=如进+回=3J5xlO5+0.61xlO5x=3.44xl05495.0D、系统快进液压泵工作压力pK=p+M=(13.06+3.44)x105=16.50x05Pa(13.06+5.0)x105=18.06x05Pa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=S95L/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$+8x10x=8.76x10,P疔A95.0B、系统工进高压小流液压泵工作压力P=PX+A/?=(34.2+8.76)x105=43.0x05Pa44.2xIO5Pa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)=.5KWxc-3=(43.0x105x5x10-3)/60+3xIO5x(.)2x=358.3+58.8=417.16360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)/QXQXXX3=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=556.1349.13=507VV系统工质升高的温度:x103 = 222xK)3土 246x103=12.9()C25)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。