液压系统设计计算举例.doc

液压系统设计计算举例某厂汽缸加工自动线上要求设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床，机床有主轴16根，钻14个13.9mm的孔，2个8.5mm的孔，要求的工作循环是：快速接近工件，然后以工作速度钻孔，加工完毕后快速退回原始位置，最后自动停止；工件材料：铸铁，硬度HBS为240；假设运动部件重G9800N；快进快退速度v10.1m/s；动力滑台采用平导轨，静、动摩擦因数s=0.2，d=0.1；往复运动的加速、减速时间为0.2s；快进行程L1=100mm；工进行程L2=50mm。试设计计算其液压系统。一、作Ft与vt图1.计算切削阻力钻铸铁孔时，其轴向切削阻力可用以下公式计算：Fc=25.5DS0.8硬度0.6 (N)式中：D为钻头直径(mm)；S为每转进给量(mm/r)。选择切削用量：钻13.9mm孔时，主轴转速n1360r/min，每转进给量S1=0.147mm/r；钻8.5mm孔时，主轴转速n2550r/min，每转进给量S2=0.096mm/r。则Fc=1425.5D1S0.81硬度0.6+225.5D2S0.82硬度0.6=1425.513.90.1470.82400.6+225.58.50.0960.82400.6=30500(N)2.计算摩擦阻力静摩擦阻力：Fs=fsG=0.29800=1960N动摩擦阻力：Fd=fdG=0.19800=980N3.计算惯性阻力4.计算工进速度工进速度可按加工13.9的切削用量计算，即：v2=n1S1=360/600.147=0.88mm/s=0.8810-3m/s5.根据以上分析计算各工况负载如表9-7所示。表9-7 液压缸负载的计算工 况计算公式液压缸负载F/N液压缸驱动力F0/N启 动F=faG19602180加 速F=fdG+G/gv/t14801650快 进F=fdG9801090工 进F=Fc+fdG3148035000反向启动F=fsG19602180加 速F=fdG+G/gv/14801650快 退F=fdG9801090制 动F=fdG-G/gv/t480532其中，取液压缸机械效率cm=0.9。6.计算快进、工进时间和快退时间快进： t1=L1/v1=10010-3/0.1=1s工进： t2=L2/v2=5010-3/0.8810-3=56.6s快退： t3=(L1+L2)/v1= (100+50)10-3/0.1=1.5s7.根据上述数据绘液压缸Ft与vt图见图9-5。图9-5 Ft与vt图二、确定液压系统参数1.初选液压缸工作压力由工况分析中可知，工进阶段的负载力最大，所以，液压缸的工作压力按此负载力计算，根据液压缸与负载的关系，选p1=40105Pa。本机床为钻孔组合机床，为防止钻通时发生前冲现象，液压缸回油腔应有背压，设背压p2=6105Pa，为使快进快退速度相等，选用A1=2A2差动油缸，假定快进、快退的回油压力损失为p=7105Pa。2.计算液压缸尺寸由式(p1A1-p2A2)cm=F得：液压缸直径：D=取标准直径：D110 mm 因为A1=2A2，所以d=80mm则液压缸有效面积：A1=D2/4=112/4=95cm2A2=/4 (D2-d2)=/4 (112-82)=47cm23.计算液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率液压缸工作循环各阶段压力、流量和功率计算表。表9-8 液压缸工作循环各阶段压力、流量和功率计算表工况计算公式F0/nP2/paP1/paQ/(10-3m3/s)P/kw快进启动P1=F0/A+p22180P2=04.6*1050.5加速Q=av11650P2=7x10510.5*105快进P=10-3p1q10909x1050.5工进p1=F0/a1+p2/2q=A1V1p=10-3p1q3500P2=6x10540x1050.83x1050.033快退反向启动P1=F0/a1+2p22180P2=04.6x105加速165017.5x105快退Q=A2V21090P2=7*10516.4x1050.50.8制动P=10-3p1q53215.2x105图96 液压缸工况图4.绘制液压缸工况图见图9-6。三、拟定液压系统图1.选择液压回路(1)调速方式；由工况图知，该液压系统功率小，工作负载变化小，可选用进油路节流调速，为防止钻通孔时的前冲现象，在回油路上加背压阀。(2)液压泵形式的选择；从qt图清楚的看出，系统工作循环主要由低压大流量和高压小流量两个阶段组成，最大流量与最小流量之比qmax/qmin=0.5/0.8310-260，其相应的时间之比t2/t1=56。根据该情况，选叶片泵较适宜，在本方案中，选用双联叶片泵。(3)速度换接方式：因钻孔工序对位置精度及工作平稳性要求不高，可选用行程调速阀或电磁换向阀。(4)快速回路与工进转快退控制方式的选择：为使快进快退速度相等，选用差动回路作快速回路。 2.组成系统在所选定基本回路的基础上，再考虑其他一些有关因素组成图9-7所示液压系统图。四、选择液压元件1.选择液压泵和电动机(1)确定液压泵的工作压力。前面已确定液压缸的最大工作压力为40105Pa，选取进油管路压力损失p=8105Pa，其调整压力一般比系统最大工作压力大5105Pa，所以泵的工作压力pB(4085)10553105Pa这是高压小流量泵的工作压力。由图9-7可知液压缸快退时的工作压力比快进时大，取其压力损失p4105Pa，则快退时泵的工作压力为： pB=(16.44)10520.4105Pa这是低压大流量泵的工作压力。(2)液压泵的流量。由图9-7可知，快进时的流量最大，其值为30L/min，最小流量在工进时，其值为0.51L/min，根据式9-20，取K1.2，则： qB1.20.510-3=36L/min由于溢流阀稳定工作时的最小溢流量为3L/min，故小泵流量取3.6L/min。根据以上计算，选用YYB-AA36/6B型双联叶片泵。(3)选择电动机：由P-t图可知，最大功率出现在快退工况，其数值如下式计算：P=式中：B为泵的总效率，取0.7；q136L/min0.610-3m3/s，为大泵流量；q26L/min0.110-3m3/s，为小泵流量。根据以上计算结果，查电动机产品目录，选与上述功率和泵的转速相适应的电动机。2.选其他元件 根据系统的工作压力和通过阀的实际流量选择元、辅