大型鉆床動力頭的液壓系統(tǒng)設(shè)計

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. 設(shè)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(shù)參數(shù)：動力滑臺工作循環(huán)為：快進(jìn)→工進(jìn)→快退→停止。液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)與性能要求為：切削力Ft=4320N；移動部件總重力G=2500N；快進(jìn)行程L1=110mm；工進(jìn)行程L2=180mm；快進(jìn)速度為V1=3.0m/min；工進(jìn)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=0.15。該動力滑臺可在任意位置停止。 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： Fj= fjG=0.29800=1960N 動摩擦力： Fd= fdG=0.19800=980N 啟動慣性力： Fg==(9800/9.81)（6/（0.260））=499N （2）、液壓缸的推力 啟動推力： F啟= Fj/η= 1960/0.9=2180N 加速推力： F加=（Fd+Fg）/η=（980+499）/0.9=1640N 快進(jìn)推力： F快= Fd/η=980/0.9=1090N 工進(jìn)推力： F工=（F切+ Fd）/η=（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： 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(jié)構(gòu)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,P1=3-4MPa 選取,P1=3.4MPa，為防止加工結(jié)束動力頭突然前沖, 設(shè)回油路有背壓閥，取背壓P2=0.8MPa。 3、確定液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸 取液壓缸無桿腔作工作腔列液壓缸力的平衡方程： 圖4-19：大型鉆床動力頭液壓液壓缸力的平衡圖 F=P1A1- P2A2= A1（P1- P2 A2/ A1） 快進(jìn)速度V快=6m/min，工進(jìn)速度V工進(jìn)=0.05m/min,相差很大,應(yīng)進(jìn)行差動換接,取k= A2/ A1=0.5,則： 取液壓缸筒標(biāo)準(zhǔn)值：D=110 d=0.7D=0.7110=77 取活塞桿標(biāo)準(zhǔn)值： d=80 4、認(rèn)證液壓缸筒壁厚 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： 額定工作壓力： Pn=3.4MPa<16MPa 試驗壓力為： Py=1.5Pn=1.53.4=5.1MPa 許用應(yīng)力取： （ 取安全系數(shù)n=5） 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2000 取液壓缸筒長：L=1600 6、求最少活塞桿直徑 取 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 （2）、求活塞桿的臨界負(fù)載 選用45#鋼，取其柔性系數(shù) 液壓缸的安裝方式采用一端固定,一端自由,其末端系數(shù) 活塞桿細(xì)長比： 取： 45#鋼的彈性模量：取 活塞桿橫截面慣性矩： 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(fù)載的安全系數(shù) 其安全系數(shù)：nk=19900028900=6.9 8、液壓缸各截面積 　　　＝ 　　?。? 　　?。? 9、初定液壓缸流量 快進(jìn)：　= = = 工進(jìn)=：　 10、液壓缸的負(fù)載、壓力、流量、功率的工況表 工　　況 負(fù) 載 （N） 　　　液　　　壓　　　缸 計算公式 油壓力 P1105 回油壓力 P2105 輸入流量 Q(L/min) 入功率 P(kw) 快進(jìn) 差動 啟動 2180 4.33 0 P1=(Fi+△pA2)/A3 加速 恒速 1640 1090 7.70 6.62 △p =5 30.2 0.33 Q=(A1-A2)v快 P=p1Q 工　　進(jìn) 28900 34.2 8 0.48-0.95 0.29-0.54 P1=(Fi+p2A2)/A1 Q=v工A1 P=p1Q工 快退 啟動 加速 恒速 2180 4.88 0 P1=(Fi+p2A1)/A2 1640 14.28 5 Q=A2v快 1090 13.06 26.8 0.58 P=p2Q 三、確定定位夾緊液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸及流量 1、定位夾緊力設(shè)計計算 K1—安全系數(shù)　　　 K2—加工系數(shù)　　　 K3—刀具鈍化系數(shù)　 K4—斷位切削系數(shù)　　　 根據(jù)實用經(jīng)驗，夾緊支撐系數(shù)f1=0.2，f2=0.7 根據(jù)實用經(jīng)驗，推薦夾緊工作壓力P夾＝20105Pa 取兩個液壓缸筒直徑標(biāo)準(zhǔn)值：　D=110 設(shè)定活塞桿承受拉力，取活塞桿標(biāo)準(zhǔn)直徑： d=55 Q夾= 四、設(shè)計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 DP1 DP2 工件夾緊 ?。? 　 ?。? 快　　進(jìn) ?。? 工　　進(jìn) 　＋ 　 ?。? ?。? 快　　退 ?。? 　 ＋ 工件松夾 　 五、液壓元件設(shè)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計算 高壓小流量泵工作循環(huán)過程中，最大工作壓力，采用調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速，設(shè)定工進(jìn)最大壓力損失為，則 　　　 （2）、低壓大流量泵工作壓力計算 低壓大流量泵的快速進(jìn)退工作表得知快退工作壓力為，高于快進(jìn)工作壓力,取為快速進(jìn)給工作壓力, 設(shè)定快進(jìn)最大壓力損失為，則： ＝ （3）、液壓泵的流量及規(guī)格 　由工況表得知快速進(jìn)給流量為 　 工進(jìn)最大流量，溢流閥最少穩(wěn)定流量為，即高壓小流量泵的流量最少要，選YB-D32-50/4-10,額定壓力，轉(zhuǎn)速,選YB-C36/5. （4）、電動機的驅(qū)動功率 從液壓缸的負(fù)載、壓力、流量、功率的工況表得知，液壓缸最大輸出功率為： 快速進(jìn)退最大工作壓力：＝， 取電機效率：，則電動機的驅(qū)動功率為 　 選型交流異步電動機。 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(jìn) = 　工 　進(jìn) 　快 　退 3、根據(jù)工作壓力和通流量選取液壓元件 序號　　元件名稱　　 　　實際通流量　　　元件規(guī)格　　　 數(shù)量 備　註 01 雙聯(lián)葉片泵　　　　　36/5 L/min YB-D36/5 1 02 濾油器　　　　　　　41 L/min WU-63F 　1 03 油　　箱　　　　　　246 L/min（容積） 1 自制（300L/min） 04 外控順序閥　　 　　　36 L/min X4F-B20D-Y1 1 05 單向閥　　　　 　　　36L/min DF-B20H2 1 06 先導(dǎo)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(diào)速閥　　　≤1L/min 1QCA3-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-D6B 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 1 18 夾緊液壓缸　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1 19 定位液壓缸　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1 20 壓力表開關(guān)　　　　　　　　　　　　　YK2-6 1 （圖上未標(biāo)） 3、油管尺寸 按標(biāo)準(zhǔn)化元件計算液壓油管內(nèi)徑尺寸如下： = 取液壓油管內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)值 d=20 （外徑 d=25） 4、油箱容積 V== 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(jìn)液壓泵工作壓力穩(wěn)定性校核 A、進(jìn)油路壓力損失 經(jīng)計算油管內(nèi)徑d=20，液壓裝置未安裝前，設(shè)置進(jìn)、回油管長度L=2.5m,選取L-AN32號機油400C的運動粘度 1）、進(jìn)油路流態(tài)判別 　　＝ ＝<　為層流 2）、進(jìn)油路沿程阻力損失 3）、進(jìn)油路局部阻力損失 　　?。? 4）、進(jìn)油路液壓閥阻力損失 ＝ 5）、進(jìn)油路總阻力損失 　　　＝ B、回油路壓力損失 1）、回油路流態(tài)判別 　?。? ＝<　為層流 2）、回油路沿程阻力損失 3）、回油路局部阻力損失 　　?。? 4）、回油路液壓閥阻力損失 ＝ 5）、回油路總阻力損失 　　?。? C、系統(tǒng)快進(jìn)總壓力損失 ＝ D、系統(tǒng)快進(jìn)液壓泵工作壓力 ＝ 系統(tǒng)快進(jìn)工作性能穩(wěn)定可靠。 （2）、系統(tǒng)工進(jìn)液壓泵工作壓力穩(wěn)定性校核 A、系統(tǒng)工進(jìn)液壓泵壓力損失 　工進(jìn)流量，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： ?。? B、系統(tǒng)工進(jìn)高壓小流量液壓泵工作壓力 ＝ 系統(tǒng)工進(jìn)工作性能穩(wěn)定可靠。 （3）、校核系統(tǒng)驅(qū)動電機功率 選型交流異步電動機，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(jìn)、工進(jìn)、快退時間 　由設(shè)計依據(jù)，主液壓缸快進(jìn)行程40cm,工進(jìn)行程5cm，則 快進(jìn)時間： 工進(jìn)時間： 快退時間： 2）、快進(jìn)、工進(jìn)、快退所占的時間效率 快進(jìn)時間效率： 工進(jìn)時間效率： 快退時間效率： 快進(jìn)快退占進(jìn)給決時間的16.36%，系統(tǒng)熱能穩(wěn)定性校核主要校核工進(jìn)時區(qū)。 3）、系統(tǒng)工進(jìn)效率 系統(tǒng)輸出功率： ＝ 系統(tǒng)輸入功率： 系統(tǒng)工進(jìn)效率： ＝ （2）、系統(tǒng)熱能工況的穩(wěn)定性校核 工進(jìn)時間30.00s，占總進(jìn)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(jìn)負(fù)載： F工=（F切+ Fd）/η=（25000+980）/0.9=28900N 最大進(jìn)給速度： 系統(tǒng)輸出功率： 系統(tǒng)輸入功率： 系統(tǒng)能耗功率： 系統(tǒng)工質(zhì)升高的溫度： 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(shè)計。 .