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1、臥式鉆鏜組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)例題
設(shè)計(jì)的臥式鉆鏜組合機(jī)床的液壓動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)要求完成:
快進(jìn)→工進(jìn)→快退→停止;切削推力25000N,快進(jìn)行程400mm,工進(jìn)行程50mm,V快=6m/min、V工進(jìn)=0.05-0.10m/min,運(yùn)動(dòng)部件重G=9800N,。靜摩擦系數(shù):fj=0.2,動(dòng)摩擦系數(shù):fd=0.1, 液壓缸機(jī)械效率:,快速起動(dòng)時(shí)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: Fj= fjG=0.2×9800=1960N
動(dòng)摩擦力: Fd=
2、 fdG=0.1×9800=980N
啟動(dòng)慣性力: Fg==(9800/9.81)×(6/(0.2×60))=499N
(2)、液壓缸的推力
啟動(dòng)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(dòng)過(guò)程作用力與F啟、F加、F快大小相同,方向相反。
工況運(yùn)行圖如下:
圖4-18:臥式鉆
3、鏜組合機(jī)床液壓缸工況圖
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(dòng)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(wú)桿腔作工作腔列液壓缸力的平衡方程:
圖4-19:臥式鉆鏜組合機(jī)床液壓缸力的平衡圖
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(dòng)換接,取k= A2/
4、A1=0.5,則:
取液壓缸筒標(biāo)準(zhǔn)值:D=110
d=0.7D=0.7×110=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(jì)算壁厚:
額定工作壓力: Pn=3.4MPa<16MPa
試驗(yàn)壓力為: Py=1.5Pn=1.5×3.4=5.1MPa
許用應(yīng)力取: ( 取安全系數(shù)n=5)
5、定液壓缸筒的長(zhǎng)度
活塞桿工作行程:450
活塞桿伸出長(zhǎng)度不少于1
5、100
取活塞桿長(zhǎng)2000
取液壓缸筒長(zhǎng):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(zhǎng)比:
?。?
45#鋼的彈性模量:取
活塞桿橫截面慣性矩:
活塞桿伸出長(zhǎng)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
6、數(shù):nk=÷28900=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(jì)算公式
油壓力
P1×105
回油壓力
P2×105
輸入流量
Q(L/min)
入功率
P(kw)
快進(jìn)
差動(dòng)
啟動(dòng)
2180
4.33
0
P1=(Fi+△pA2)/A3
加速
恒速
1640
1090
7.70
7、
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(dòng)
加速
恒速
2180
4.88
0
P1=(Fi+p2A1)/A2
1640
14.28
5
Q=A2×v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
8、1、定位夾緊力設(shè)計(jì)計(jì)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(shí)用經(jīng)驗(yàn),夾緊支撐系數(shù)f1=0.2,f2=0.7
根據(jù)實(shí)用經(jīng)驗(yàn),推薦夾緊工作壓力P夾=20×105Pa
取兩個(gè)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(jì)臥式鉆鏜組合機(jī)床的液壓動(dòng)力滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)圖
電磁鐵動(dòng)作表
動(dòng) 作
1YA
2YA
3YA
4YA
5YA
6YA
DP1
DP2
工件夾緊
?。?
+
9、
快 進(jìn)
?。?
工 進(jìn)
?。?
?。?
+
快 退
?。?
+
工件松夾
五、液壓元件設(shè)計(jì)計(jì)算與選擇
1、液壓泵工作壓力、流量、驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算
(1)、高壓小流量泵工作壓力計(jì)算
高壓小流量泵工作循環(huán)過(guò)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(jì)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:
10、=
(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(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(jī)效率:,則電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率為
選型交流異步電動(dòng)機(jī)。
2、確定液壓缸的輸入輸出流量和移動(dòng)速度
工步
輸入流量L/min
輸出流量L/min
移動(dòng)速度 m/min
快
進(jìn)
=
工
進(jìn)
11、
快
退
3、根據(jù)工作壓力和通流量選取液壓元件
序號(hào) 元件名稱 實(shí)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-63×F 1
03 油 箱 246 L/min(容積) 1 自制(300L/min)
04 外控順序閥 36 L/
12、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
13、(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
14、 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(kāi)關(guān) YK2-6 1 (圖上未標(biāo))
3、油管尺寸
按標(biāo)準(zhǔn)化元件計(jì)算液壓油管內(nèi)徑尺
15、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(jì)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(zhǎng)度L=2.5m,選取L-AN32號(hào)機(jī)油400C的運(yùn)動(dòng)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
=
16、
=< 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(jì),只有調(diào)速閥、背壓閥的壓力損失納入計(jì)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(dòng)電機(jī)功率
選型交流異步電動(dòng)機(jī),系統(tǒng)可靠性穩(wěn)定。
2、系統(tǒng)熱能
17、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(shí)間
由設(shè)計(jì)依據(jù),主液壓缸快進(jìn)行程40cm,工進(jìn)行程5cm,則
快進(jìn)時(shí)間:
工進(jìn)時(shí)間:
快退時(shí)間:
2)、快進(jìn)、工進(jìn)、快退所占的時(shí)間效率
快進(jìn)時(shí)間效率:
工進(jìn)時(shí)間效率:
快退時(shí)間效率:
快進(jìn)快退占進(jìn)給決時(shí)間的16.36%,系統(tǒng)熱能穩(wěn)定性校核主要校核工進(jìn)時(shí)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(shí)間30.00s,占總進(jìn)給時(shí)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(jì)。