半自動液壓專用鉆鏜機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計說明書

1、僅供個人參考計算項目及內(nèi)容計算結(jié)果半自動液壓專用鉆鏈機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計某工廠設(shè)計一臺鉆鏈專用機(jī)床，要求孔的加工精度為TI6級。要求該機(jī)床液壓系統(tǒng)要完成的工作循環(huán)是：工件定位、夾緊一動力頭快進(jìn)一工進(jìn)一終點停留一動力頭快退一工件松開、拔銷。該機(jī)床運(yùn)動部件的重量為30000N,快進(jìn)、快退速度為6m/min,工進(jìn)的速度為20120mm/min可無級調(diào)速，工作臺的最大行程為400mm,其中工進(jìn)的總行程為150mm,工進(jìn)時的最大軸向切削力為20000N,工作臺的導(dǎo)軌采用平導(dǎo)軌支撐方式；夾緊缸和拔銷缸的行程都為25mm,夾緊力為12000-8000N之間可調(diào)，夾緊時間不大于1秒鐘。1.工況分析根據(jù)已知條件，繪

2、制運(yùn)動部件的速度循環(huán)圖，如圖1-1所示。計算各階段的外負(fù)裁，如下：液壓缸所受外負(fù)裁F包括三種類型，即F=Fm+Ff+Fa(1-1)式中F6一工作負(fù)裁，對于金屬鉆鏈專用機(jī)床，既為工進(jìn)時的最大軸向切削力，工作負(fù)裁：F=20000N為Fs=20000N;Fa一運(yùn)動部件速度變化時的慣性負(fù)裁；Ff一導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)裁，啟動時為靜摩擦阻力，啟動后為動摩擦力阻力，對于平導(dǎo)軌Ff可由下式求得：Ff=f(G+FRn)；G一運(yùn)動部件重力；FRn一垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)裁，本設(shè)計中為零；f一導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，在本設(shè)計中取靜摩擦系數(shù)為0.2,動摩擦系數(shù)為0.1。則求得導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載：Ffs=0.2乂30000N=6000N(

3、1-2)Ffs=6000NFfa=0.1父30000N=3000NF伯=3000N上式中Ffs為經(jīng)摩擦阻力，F(xiàn)fa為東摩擦阻力。Fa=Gg3式中g(shù)一重力加速度；加速或減速時間，一般&=0.010.5s取X慣性負(fù)裁：=0.2s一取時|用內(nèi)的速度及化量。在本設(shè)計中Fa=1530N不得用于商業(yè)用途Fa300009.86N=1530N0.260根據(jù)上述計算結(jié)果，列出各工作階段所受的外負(fù)載(見表1-1),并畫出如圖1-2所示的負(fù)載循環(huán)圖圖1-2負(fù)載循環(huán)圖表1-1工作循環(huán)各階段的外負(fù)載工作循環(huán)外負(fù)載F(N)工作循環(huán)外負(fù)載F(N)啟動、加速F=Ffs+Fa7530N工進(jìn)F=Ffa+Fco23000N

4、快進(jìn)F=Ffa3000N快退F=Ffa3000N2.擬定液壓系統(tǒng)原理圖tn二CL L _L 7(1)確定供油方式P1 =4MPaP2 =0.5MPa考慮到該機(jī)床在工作進(jìn)給時負(fù)載較大，速度較低。而在快進(jìn)、快退時負(fù)載較小，速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供油或者變量泵供油。本設(shè)計采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。(2)夾緊回路的選擇采用二位四通電磁閥來控制夾緊、松開換向動作時，為了避免工作時突然失電而松開，應(yīng)采用失電夾緊方式。為了實現(xiàn)火緊力的大小可調(diào)和保持火緊力的穩(wěn)定，在該回路中裝有減壓閥。(3)定位液壓缸與夾緊缸動作次序回路的選擇。定位液壓缸和夾緊缸之間的動作次序采用單向順

5、序閥來完成，在松開和拔銷之間的動作次序采用二位四通電磁閥控制。(4)調(diào)速方式的選擇在中小型專用機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或者調(diào)速閥。根據(jù)鉆鏈類專用機(jī)床工作時對低速性能和速度負(fù)載特性都有一定技術(shù)要求的特點，采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高、發(fā)熱小和速度剛性好的特點，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負(fù)切削力的能力。(5)速度換接方式的選擇本設(shè)計采用電磁閥的快慢速度換接回路，它的特點是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)行程方便,閥的安裝也容易。最后把所選擇的液壓回路組合起來，既可組成圖13所示的液壓系統(tǒng)原理圖。進(jìn)給缸：D = 100mmd=70mm3.液壓系統(tǒng)的計算

6、和選擇液壓元件(1)液壓缸主要尺寸的確定。1)工作壓力Pi的確定。工作壓力Pi可根據(jù)負(fù)載大小及其機(jī)器的類型來初步確定，參閱表2-1取液壓缸工作壓力為4MPa。2)計算液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d。由負(fù)載圖知最大負(fù)載F為23000N,按表2-2可取P2為0.5MPa,為0.95,按表2-3,取d/D為0.7。將上述數(shù)據(jù)代入式可得DD 二4 230003.14 40 1 05 0.951jo1"'(2-3)2m = 9.1 10 m夾緊缸：D = 80mmd=60mm根據(jù)表2-4,將液壓缸內(nèi)徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑D=100mm；活塞桿直徑d,按d/D=0.7及表2-5,活塞桿直徑系列

7、取d=70mm。定位缸：D = 50mmd=35mm按工作要求夾緊力由一個夾緊缸提供，考慮到夾緊力的穩(wěn)定，夾緊缸的工作壓力應(yīng)低于進(jìn)給液壓缸的工作壓力，取油背壓力為3.0MPa,回油背壓力為零，“cm為0.95,則按式(2-3)可得2m = 7.3 10 m4120003.14301050.95按表2-4及表2-5液壓缸和活塞桿的尺寸系列，取加緊液壓缸的D和d分別為80mm及56mm。按工作要求工作定位由一個進(jìn)位缸提供，進(jìn)位缸的工作壓力應(yīng)低于進(jìn)給火流量：L/min緊缸的工作壓力，取油背壓力為2.0MPa,回油背壓力為零,，m為0.95,則按式(2-3)可得2 8000；3.14 30 105 0

8、.952m = 4.2 10- m按表2-4及表2-5液壓缸和活塞桿的尺寸系列，取定位液壓缸的D和d分別為50mm及35mm。本設(shè)計中調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)選取液壓缸有桿腔的實際面積，既A=二；D2-d2=:102-72cm2=40cm244q 快進(jìn)=23.04q工進(jìn)=0.94q快退=24q 夾=7.54按最低工進(jìn)速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，由式（2-4）得最小有效面積:minqmin,min3二0.05102cm2=25cm2系統(tǒng)靜態(tài)壓力：P p =4.5 MPa泵的流量：q P =28.8 L/min因為滿足A>Amin，故液壓缸能達(dá)到所需低速。3）計

9、算在各工作階段液壓缸所需的流量,2.n2o、.q快進(jìn)=-du快進(jìn)=-m（7h10）父6m/min=23.04L/min（差動）44q工進(jìn)=三D2u工進(jìn)=x0.12M0.12m3/min=0.94L/min（工進(jìn)）44q快退=三（D2P22快退=-x（0.12-0.072）X6m3/min=24L/min（快退）44u夾=25M10，/1=0.025m/s（夾緊速度）2233q夾=-DU夾=X0.08M25M10M60m/min=7.54L/min（夾緊）44（2）確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格1）泵的工作壓力的確定?？紤]到正常工作中進(jìn)油路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為Pp=Pi+&

10、#39;、p式中Pp液壓泵最大工作壓力；Pi執(zhí)行元件最大工作壓；p即進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時簡單系統(tǒng)可取0.20.5MPa,復(fù)雜系統(tǒng)取0.51.5MPa,本設(shè)計取0.5MPa。Pp=P1+二亡p=40.5MPa=4.5MPa上述計算所得的Pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過度階p段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力儲備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力Pn應(yīng)滿足Pn2（1.251.6）Ppo中低壓系統(tǒng)泵的基本參數(shù)：取最小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本設(shè)計中Pn=1.25Pp=5.63MPa。Vp=25Ml/r,2）泵的流量確定。液壓泵的最大流量應(yīng)為Pn=6.3MP

11、aqP之kL區(qū)qmaxnH=1450r/min式中qP淞壓泵的取大流里；'=0.85,qmax同時動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。刈=0.7kL系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取kL二=1.11.3,本設(shè)計取kL=1.2。qp之kL(Zq)=1.2M24L/min=28.8L/min1max3）選擇液壓泵的規(guī)格。根據(jù)以上算得的Pp和qp,查找相關(guān)手冊，選用YBX-25限壓式變量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量Vp=25Ml/r,泵的額定壓力Pn=6.3MPa,電動機(jī)的轉(zhuǎn)速Ah=1450r/min,容積效率為nv=0.85,總效率n=0.7。4）與液壓泵匹配日勺電動機(jī)日勺選定。首先分別算出快進(jìn)

12、匕上進(jìn)兩種不同，況時的功率，取兩者較大值作為選擇電動機(jī)規(guī)格的依據(jù)。由于在慢進(jìn)時泵輸出的流量減少，泵的效率急劇下降，一般當(dāng)流量在0.21L/min范圍內(nèi)時，可取州=0.030.14。同時還應(yīng)注意為了使所選擇的電動機(jī)在經(jīng)過泵的流量特性曲線最大功率點時不致停轉(zhuǎn)，需進(jìn)行驗算，即PbQpvY90L4型：2Pn(1-6)電動機(jī)，具額定功率為式中Pn所選電動機(jī)答定功率；PB限壓式變量泵的限壓力；1.5KW,額qP壓力力PB時，泵的軸出流重。定轉(zhuǎn)速為首先計算快進(jìn)的功率，快進(jìn)的外負(fù)載為3000N,進(jìn)油路的壓力損失定為1400r/min。0.3MPa,由式（1-4）可得r、Pp=3000q乂dcf-4-noMPa

13、=1.104MPaX10十0.3TT22一黑0.072<4J60 0.7序號元件名稱方案通過流星(L/min)1濾油器XUB32 M 10028.82液壓泵YBX-2528.83壓力開關(guān)KF3-EA10B4減壓閥JF3-10B7.55單向閥AF3-EA10B7.56二位四通換向閥24EF3-E10B7.5管道尺寸油管的內(nèi)徑:d=12mm吸油管內(nèi)徑:d=28mm油箱容積:V=160L僅供個人參考快進(jìn)時所需電動機(jī)功率為1.1 24 KW = 0.45KW60 0.7P=Ppqp-n-工進(jìn)時所需電動機(jī)功率為4.50.942”，P=KW=0.102KW查閱相關(guān)電動機(jī)類型標(biāo)準(zhǔn)，選用Y90L4型電動

14、機(jī)，具額定功率為Pn=1.5KW,額定轉(zhuǎn)速為1400r/min。根據(jù)產(chǎn)品樣本可查得YBX25的流量壓力特性曲線。再由已知的快進(jìn)時流量為23.04L/min,工進(jìn)時的流量為0.942L/min,壓力為4.5MPa,作出泵的實際工作時的流量壓力特性曲線，查得該曲線拐點處的流量為33L/min一壓力為3.2MPa,該工作點處對應(yīng)的功率為3.233P=KW=2.5KW600.7所選電動機(jī)滿足式(1-6),拐點處能正常工作。(3)液壓閥的選擇本液壓系統(tǒng)可采用力士樂系統(tǒng)的閥，控制液壓缸部分選用力士樂系列的閥，其夾緊部分選用疊加閥。選定的液壓元件如下表1-2所示表1-2液壓元件明細(xì)表不得用于商業(yè)用途僅供個人

15、參考7單向順序閥AXF3-E10B7.58二位四通換向閥24EF3-E10B249二位四通換向閥24EF3-E10B2410單向調(diào)速閥AQF3-E10B2411二位四通換向閥24EF3-E10B2412壓力表開關(guān)KF3-EA10B(4)確定管道尺寸油管內(nèi)勁尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定。綜合諸因素，現(xiàn)取油管白內(nèi)徑d為12mm。參照YBX-25變量泵吸油口連接尺寸，取吸油管內(nèi)勁d為28mm。(5)液壓油箱容積的確定本設(shè)計為中低液壓系統(tǒng)，液壓油箱有效容量按泵的流量的57倍來確定，取選用容量為160L的郵箱。4.液壓系統(tǒng)的驗算已知該液壓系統(tǒng)中進(jìn)、回油管的內(nèi)勁均為12mm,各段管道的長度分別

16、為：AB=0.3m,AC=1.7m,AD=1.7m,DE=2m。選用L-HL32液壓油，考慮到油的最低溫度為15cle時該液壓油的運(yùn)動粘度u=150cst=1.5cm2/s,油的密度P二920kg/m3。(1)壓力損失的驗算1)工作進(jìn)給時進(jìn)油路壓力損失。運(yùn)動部件工作進(jìn)給時的最大速度為0.12m/min,進(jìn)給時的最大流量為0.942L/min,則液壓油在管內(nèi)流速以為d2 44 0,942 1033.14 1.22cm/min = 833cm/min = 13.9cm/s不得用于商業(yè)用途管道流動雷諾系數(shù)Re1為13.9 1.21.5=11.1Re1<2300,可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿

17、程阻力系數(shù)7575小門=6.8。Re111.1進(jìn)油管道BC的沿程壓力損失Ap-為仙2l ":二二0.681.7 0.3920 0.139221.2-10_4 _Pa = 0.1 10 Pa查得換向閥34EF30-E10B的壓力損失p1=0.05父106Pa忽略油液通過管接頭、油路板等處的局部壓力損失，剛進(jìn)油路總壓力損失P1=.PuP/=0.11040.05106Pa：0.05106Pa2）工作進(jìn)給時回油路的壓力損失。由于選用單活塞桿液壓缸，且液壓缸有桿腔的工作面積為無桿腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進(jìn)油管道的二分之一，則-12=6.95cm/s2Re22d 6.95 1.

18、21.5= 5.567575Re25.55= 13.5回油管道壓力損失Ap2工為:JU-2920 0.6952x1.2 10，Pa =0.5 106Pa查產(chǎn)品樣本知換向閥34EF30-E10B的壓力損失即2二=0.025父106Pa,換向閥34EW30-E10B的壓力損失AP2T=0.025父106Pa,調(diào)速閥AQF3-E10B的壓力損失AP2s=0.5M106Pa?；赜吐房倝毫p失為即2為：P2=：p24+甲22+：P2-3+El=(0.5+0.025+0.025+0.5)父106Pa=1.05Pa3）變量泵出口處的壓力Pp為F/cmA2P2Pp=22PA+ 0.05x106 Pa = 3.

19、66x106 Pa78.54 10%23000/0.9540.0510工0.121064）快進(jìn)時的壓力損失?？爝M(jìn)時液壓缸為差動連接，自匯流點A至液壓缸進(jìn)油口C之間的管路AC中，流量為液壓泵出口流量的兩倍既為46L/min,AC段管路的沿程壓力損失Ar為Re1q4d21d75Re 1二 p1 j_ 34 46 103.14 1.22 60cm/s = 678.5cm/ s678.5 1.2 =542.51.55；8-0.138l ： 121 71 =0.138 .1.2 10900 6.7852Pa =0.41 106 Pa同樣可求得管道AB段及AD段的沿程壓力損失Pin和3工為Req4d234

20、 23 103.14 1.22 60cm/s = 339cm/ s2d339 1.2271.275= 45/271.2 =0.281.5Re 2p11 = 0.280.31.2 10”2920 3.396Pa = 0.029 10 Pa1.7 p1 4 = 0.28 1.2 102920 3.39Pa = 0.168 106 Pa查產(chǎn)品樣本知，流經(jīng)各閥的局部壓力損失為:4EW6E50/AG24的壓力損失&P2i=0.17M106Pa,3EW6E50/AG24的壓力損失&P21=0.17父106Pa。據(jù)分析在差動連接中，泵的出口壓力pP為Pp=2紳1+邳1/+印1/印2+皿/+-

21、FA2cm2 0,41 0,029 0.168 0.17 005 10ba = 2.15x106 Pa 0.95 _快退時壓力損失驗算從略。上述驗算表明，無需修改原設(shè)計。(2)系統(tǒng)溫升的驗算在整個工作循環(huán)中，工進(jìn)階段所占的時間最長，為了簡化計算，主要考慮工進(jìn)時的發(fā)熱量。一般情況下，工進(jìn)速度大時發(fā)熱量較大，由于限壓式變量泵在流量不同時，效率相差極大，所以分別計算最大、最小時的發(fā)熱量，然后加以比較，取數(shù)值大者進(jìn)行分析。ji當(dāng)u=2cm/min時2_3_33_一一0.10.02m/min=0.78510m/min=0.157L/min此時泵的效率為0.1,泵的出口壓力為6.

22、3MPa,則有6.30.157P輸入=KW=0.16KW60M0.12_2_3P輸出=Fu=23000xx10x10KW=0.008KW60此時的功率損失為P=P輸入一P輸出=0.16-0.008KW=0.152KW當(dāng)u=12cm/min時,q=0.942Lmin,總效率0=0.7,貝（JP輸入A30.942KW=0.141KW600.7122J3P輸出=F=230001010KW=0.048KW60P=外入P輸出=0.141-0.048KW=0.093KW可見在工進(jìn)速度低時，功率損失為0.152KW,發(fā)熱量最大。假設(shè)系統(tǒng)的散熱狀況一般，取K=10M10.KW/(cm2=C),油箱的散熱面積A

23、=0.0653V2=0.06531602m2=1.92m2系統(tǒng)的溫升為ptKA0.0933 1.9210 10 -C =5.4 C驗算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)5、主要部件的結(jié)構(gòu)特點分析與強(qiáng)度校核計算(1)夾緊液壓缸工作壓力的確定液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對不同用途的液壓設(shè)備,由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。設(shè)計時，可用類比法來確定<在本系統(tǒng)設(shè)計中，由于該系統(tǒng)屬于組合機(jī)床液壓系統(tǒng)，故液壓缸工作壓力通常為4MPa。(2)液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定4F由公式Do叩1TMi-9I R 一又由獷7得夾緊缸:4 120003.14 3.5 0.91 -0.7 1

24、 -0.6 23.5二73mm按照液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑系列取得D=80mmd=56mm液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積A=D2-d2=3.14802-562=25.62cm244保證最小穩(wěn)定速度的最小有效面積Amin=j=四=25cm2顯然有效工vmin2作面積A>Amin故可以滿足最小穩(wěn)定速度的要求(3)液壓缸壁厚和外徑的計算液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計算。由公式°'2/卜+0.4Py 1,V 1 -1.3旦1001110 十0.4父3M1.25 1 r -1 = 1.49 mmH 110 -1.331.25,故即可求出缸體的外徑D2D+26=80+2父1.49=8

25、2.98mm根據(jù)無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)選取D=100rm(4)液壓缸工作行程的確定根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實際工作的最大行程來確定，并參照表2-6中的系列尺寸可選得進(jìn)給液壓缸工作行程H=25mm(5)缸蓋厚度的確定選取無孔的平底缸蓋，其有效厚度t按強(qiáng)度要求用下面公式進(jìn)行近似計算t _0.433D2P得t_0.43310031.25=7.99mm故取t=20mm,110(6)最小導(dǎo)向長度的確定對一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足以下要求H>£+2故可得夾緊202缸最小導(dǎo)向長度H占25+80=41.25mm。H>41.25mm202活塞的寬度B一般由公式B=(0.61.0)D得進(jìn)給缸活塞寬度B=0.8x80=64mm；當(dāng)液壓缸內(nèi)徑D<80mm時