钻镗两用组合机床动力滑台的液压系统的设计.docx
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钻镗两用组合机床动力滑台的液压系统的设计
1设计要求及工况分析
1.1设计要求
设计一台钻镗两用组合机床动力滑台的液压系统。
要求实现的动作顺序为:
快进→工进→快退→原位停止。
液压系统的主要参数与性能要求如下:
轴向切削力总和F=12000N,移动部件总重量G=20000N;行程长度200mm(工进和快进行程均为100mm)快进、快退的速度为6m/min,工进速度(20~1200)mm/min范围内无级调节;往返运动加速减速时间△t=0.2s;该动力滑台采用水平放置的平导轨;静摩擦系数fs=0.2;动摩擦系数fd=0.1。
1.2设计参数
系统设计参数如表1-1所示,静摩擦系数fs=0.2;动摩擦系数fd=0.1。
液压缸效率取0.9
L1=L2=100mm,L3=200mm。
动作顺序为:
快进→工进→快退→原位停止。
表1设计参数
参数
数值
轴向切削力
12000N
移动部件总重量
20000N
行程长度
200mm
快进,快退速度
6m/min
工进速度
20-1200mm/min
启动换向时间
0.2s
2选择执行元件
2.1分析系统工况
2.1.1工作负载
由题可知,工作负载Ft=12000N
2.1.2惯性负载
Fm=
X
=1000N
2.1.3阻力负载
静摩擦阻力
Ffs=0.2X20000N=4000N
动摩擦阻力
Ffd=0.1X20000N=2000N
则液压缸各工作状态负载如表2
液压缸工作状态表2
工况
负载组成
负载值F/N
推力F/ηm/N
启动
F=Ffs
4000
4444
加速
F=Fm+Ffd
3000
3333
快进
F=Ft
2000
2222
工进
F=Ffd+Ft
14000
15556
快退
F=Ft
2000
2222
根据液压缸上述各阶段的负载可绘制如图1(a)所示的负载循环图F-l。
1(b)速度图,选定工进速度为200mm/min
负载循环图1(a)
速度循环图1(b)
3主要参数确定
3.1初选液压缸工作压力
所设计的动力滑台在工进时负载最大,在其他工况负载都不高,参考表9-2和表9-3(书),初选液压缸工作压力P1=3MPa
3.2计算液压缸主要尺寸
鉴于动力滑动台要求快进,快退速度相等,液压缸可选用单杆式并在快进时做差动连接。
此时液压缸无杆腔工作面积A1应为有杆腔A2的两倍,即活塞杆外径d与液压缸内径D有d=0.707D的关系。
在钻孔加工时,液压缸回油路上必须有背压p2,以防止钻通时滑台突然前冲。
可取p2=0.8MPa。
快进时液压缸虽然作差动连接,但是由于油管中有压降△p的存在,有杆腔的压力必须大于无杆腔,估算时可取△p约为0.5MPa。
快退时油腔中有背压,这是P2也可按0.5MPa估算。
由工进时的推力计算液压缸的面积
F/ηm=A1p1-A2p2=A1p1-(A1/2)p2
所以A1=
)/(P1-
)=15556/(3-
)=64cm2
D=
=9.03cm
d=0.707D=6.38cm
当按GB2348—1993将这鞋直径圆整成接近标准值时D=10cm,
d=6cm。
由此求得液压缸两腔的的有效面积为A1=πD2/4=78.54cm2,
A2=π(D2-d2)/4=50.27cm2。
经检验,活塞杆的强度和稳定性均符合要求。
根据上述D与d的值,可以估算液压缸在不同工作阶段的压力,流量和功率(见表1-3),并据此绘出如图1-4所示的液压缸工况图,其中粗实线,细实线,和双点划线分别表示P,q,p。
工作台在快进过程中,液压缸采用差动连接,此时系统所需的流量为
q快进=(A1-A2)Xu1=16.96L/min
工作台在快退时所需的流量为
q快退=A2Xu2=30.16L/min
工作台在工进过程中所需的流量为
q工进=A1Xu1’=1.57L/min
其中最大流量为快退30.16L/min
工况
负载
F/N
回油腔压力p2/MPa
进油腔压力p1/MPa
输入流量q/L﹒min
输入功率
P/KW
计算式
快进
(差动)
启动
4444
p2=0
1.57
p1=(F+A2△p)/(A1-A2)
q=(A1-A2)u1
P=p1q
加速
3333
P2=p1+△p
(△p=0.5Mpa)
1.18
恒速
2222
0.79
16.96
0.223
工进
15556
0.8
1.98
1.57
0.05
p1=(F+p2A2)/A1
q=A1u1
P=p1q
快退
启动
4444
p2=0
0.88
p1=(F+p2A1)/A2
q=A2u3
P=p1q
加速
3333
0.5
0.66
恒速
2222
0.44
30.16
0.221
系统工况表表3
工况图图2
4液压系统的拟定
4.1选择基本回路
4.1.1选择高速回路
由图1-4可知,组合机床功率小,滑台运动速度低,工作负载变化小,可采用进口节流的调速形式。
为了解决进口截留调速回路在孔钻通时滑台突然前冲的现象,回油路上要设置背压阀。
由于液压系统选用了节流调速的方式,系统中液压油的循环必须是开式的。
从工况图可知,在这个系统的工作循环内,液压缸交替地要求油源提供低压大量和高压小流量的液压油。
最大流量和最小流量只比约为38,而快进,快退与工进时间分别为
t1=l1/v1+l3/v3=(60X100)/(6X1000)+(60X200)/(6X1000)=3s
t2=l2/v2=(60X100)/200=30s
即t1/t2=20。
因此从提高系统效率,节省能量的角度看,应采用如图双联式定量叶片泵,
双联式定量叶片泵图3
4.1.2选择选择快速运动和换向回路
系统在采用节流调速回路后,必须有单独的油路直接通向液压缸两腔,以实现快速运动。
才用如图的换向回路满足要求
3位5通电液换向阀图4
4.1.3选择速度换接回路
由q-l曲线可知,当滑台从快进转为工进时,输入的流量从16.95降为0.79,宜选用行程阀来控制速度换接
图5
4.1.4选用调压回路和卸荷回路
系统的调压问题已经解决。
卸荷问题可采用中位机能是Y型的三位换向阀来实现。
4.1.5组成液压系统
将上面选出的液压基本回路组合在一起,可得到完整的液压系统原理图
液压系统原理图
1-双联叶片泵2-三位五通电磁阀3-行程阀4-调速阀5,6,10,13-单向阀
7-顺序阀8-背压阀9-溢流阀11-过滤器12-压力开关
14-压力继电器
5液压原件的计算与选择
5.1.1确定液压泵的规格和电动机功率
液压缸最高工作压力为1.98MPa,若压力损失为0.8MPa,压力继电器整压力高出系统最高工作压力0.5MPa则小流量泵的最高共作压力为
PP1=1.98+0.8+0.5=3.28MPa
大流量泵是在快速运动时才向液压缸泵油,大流量泵的工作压力为
PP2=0.44MPa+0.5MPa=0.94MPa
两个液压泵应向液压缸提高的最大流量为30.16,泄漏量按10%算,则qp=1.1X30.16=33.176L/min,而溢流阀最下稳定流量为3L/min,工进时输入液压缸的流量为1.57L/min,所以小流量泵的最小应为4.57L/min,使用PV2R12-6/41型双联叶片泵。
泵的实际供油量为(6+41)X940X0.9/1000=34.7L/min
由于液压缸快进时输入功率最大,液压驱动原动机所需的功率为P=PPqP/
p=0.94X(40/60)/0.75=0.84KW
J02-32-6型电动机满足要求
5.1.2确定其他原件和辅助原件
液压缸的进,出流量计算
项目
快进
工进
快退
输入流量
96.40
0.79
34.7
输出流量
61.70
0.51
134.45
运动速度
12.2
0.1
6.9
当液压油流速取3m/min时
d1=26.11d2=15.67
选油管均为内径20mm,外径28mm的10号冷拔钢管。
油箱的容积V=aqv=6X40=240L
按GB2876—1981规定,取V=250L
选用元件的型号和规格
序号
原件名称
估计通过流量/L.min-1
型号
规格
1
双联叶片泵
PV2R12-6/41
14MPa,41和6L/min
2
三位五通电液阀
75
35DY3Y-E10B
16MPa,10通径
3
行程阀
84
AXQF-E10B
4
调速阀
<1
5
单向阀
75
6
单向阀
44
AF3-Ea10B
7
液控顺序阀
35
XF3-E10B
8
背压阀
<1
YF3-E10B
9
溢流阀
4.5
YF3-E10B
10
单向阀
35
AF3-Ea10B
11
滤油器
40
YYL-105-10
21MPa,90L/min
12
压力表开关
KF3-E3B
16MPa,3测试点
13
单向阀
75
AF3-Ea20B
16MPa,20通径
14
压力继电器
PF-B9C
14MPa,8通径
6液压系统的性能验算
6.1.1回路压力损失验算
由于系统的具体管路布置没有确定,整个回路的压力损失无法估算。
6.1.2发热温升验算
工进在整个工作循环中占用97%,所以系统发热和液压油升温主要是计算工进时的。
工进液压缸的有效功率为
Po=p2q2=fu=0.0259KW
压力损失为0.5PMa
则通过顺序阀7的流量为0.5+35=35.5
可知P2=0.537MPa从新计算工进时液压缸的进油压力
P1=2.9MPa
这时大流量泵通过液控顺序阀卸荷,小流量泵在高压下供油,所以两个泵的总输出功率为
Pi=0.50KW
则液压系统的发热量为
Hi=Pi-Po=0.0241KW
求出液压油温升的近似值
△T=0.6oC
温升没有超出允许范围,系统不需要设置冷却器。
心得体会
通过这次课程设计,使我进一步加深学生对所学液压传动理论知识的理解,培养了我运用理论知识独立解决有关本课程实际问题的能力,使我对液压系统工作原理图的设计有一完整和系统的概念;同时通过课程设计,培养了我计算,使用技术资料及绘制液压原理图的工程设计能力。
相信,这次课程设计给我带来的好处将在以后长久的时间里影响着我。
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