卧式钻镗组合机床动力头

1、、设计任务 1二、设计数据分析计算 11）确定液压缸的结构尺寸及工况图 1（1）负载图及速度图。 1（2）初选液压缸的结构尺寸。 3（3 ）液压缸工况图。 32）拟定液压回路 5（1 ）选择液压回路。 5（2）组成液压系统图。 73）计算和选择液压元件 7（1）确定液压泵的规格和电机功率。 7（2 ）液压阀的选择。 8（3）确定管道尺寸 94）液压系统主要性能的估算 9（1）液压缸的速度 10（2）系统的效率 10（3）液压回路和液压系统的效率 13（4）液压系统发热与温升的验算 13一、设计任务设计一台卧式钻、镗组合机床液压系统。该机床用于加工铸铁箱形零件的孔系，运动部件总重G=10000N

2、液压缸机械效率为 0.9，加工时最大切削力为 12000N,工作循环为：“快 进一一工进一一死挡铁停留一一快退一一原位停止”。快进行程长度为0.4m,工进行程为0.1m快进和快退速度为 0.1m/s,工进速度范围为 3 X 10 45 X 10 3m/s，采用平导轨，启 动时间为0.2s。要求动力部件可以手动调整，快进转工进平稳、可靠。二、设计数据分析计算1) 确定液压缸的结构尺寸及工况图(1)负载图及速度图。 负载分析。a. 切削力：Fl=12000Nb. 摩擦阻力：FfSfs Fg =0.2 X10000=2000NFfdfd Fg =0.1 X10000=1000Nc. 惯性阻力LFg_

3、 10000 0.1Fm ma -=N=510Ng t 9.810.2d. 重力阻力因工作部件是卧式安置，故重力阻力为零。e. 密封阻力将密圭寸阻力考虑在液压缸的机械效率中去，去液压缸机械效率m=0.9。f. 背压阻力背压力p2查表选取。根据上述分析课算出液压缸在各动作阶段中的负载，见下表。工况计算公式液压缸负载f/n液压缸推力F/ m F /0.9N启动F Ffs20002222加速FF fdFm15101678快速F Ffd10001111工进F Fl Ffd1300014444快退FFfd10001111负载图、速度图。快进速度进速度2=31与快退速度410 5 103相等，即1 = 3

4、=0.1m/s。行程分别为l1 =0.4m,3m/s，行程l3=0.1m。负载图和速度图如下。|3=0.5m；工Z7V I1000014444-1111IJU0.5 i/m-2222i/nr(2)初选液压缸的结构尺寸。初选液压缸的工作压力Pi。查表初选p =3MPa 计算液压缸的结构尺寸。因要求13,故选用单杆式液压缸，使A 2A2(d=0.707D)，且快进时液压缸差动连接。因为是钻(镗)孔加工，为防止钻(镗)通孔时工作部件突然前冲，回油路中应有背压。查表暂取背压为p2 p1p p1 0.5MPa。快进时，液压缸是差动连接，由于管路中有压力损失，所以这时液压缸有杆腔内的压力P2必大于无杆腔中

5、的压力 P-。若估取这部分损失为p=0.5MPa,则p2 p1p p1 0.5MPa0.5MPa快退时，油液从液压缸无杆腔流出，是有阻力的，故也有背压。此时背压也按 估取。由公式可求出面积F所以R-P2144442153.5 ( cm )(3 1 0.6) 106 24 535 =8.25cm按标准取D=85mm液压缸活塞杆直径-D 0.707 D 0.707 85 60 mm按标准取d=60mm由此求得液压缸实际有效工作面积为亜 56.7( cm2)无杆腔面积:A上4有杆腔面积:查得调速阀A2-(D2(4'4Q-10Q-100的最小稳定流量为d2)-(852602)28.5(cm2)

6、qVmin0.05L/min。由公式验算液压缸的有效工作面积，即2A 56.7cmOv minvmin5042 23cm 27.8cm10 4 10 60A228.5cm2皿 27.8cm2V min有效工作面积均能满足工作部件的最低速度要求。(3) 液压缸工况图。液压缸工作循环中各动作阶段的压力、流量和功率的实际使用值，见下表。工况负载F/N液压缸计算公式回油压力p2 /MPa输入流量q/(L/mi n)进油腔压力p1 /MPa输入功率P/kW快 进启 动2222一一0.788一F A>P2P1A Aq (A1 A2 ) 1p P1q加 速1678P2= P1 +P = P1 +0.5

7、一1.100一恒 速111116.920.8990.254工进144440.60.1021.7012.8490.0050.081F A>P2P1Aq A 2 p P1q快 退启 动2222一一0.780一F AP2P1A2qA2 3pP1q加 速16780.5一1.584一恒 速111117.11.3850.395根据上表可绘制液压缸的工况图，如下图所示。p/MPaq/(L min)L1000.788PkW2) 拟定液压回路(1) 选择液压回路。 调速回路及油源形式。由工况图可知，该机床液压系统功率小，速度较低；钻镗加工为连续切削，切削力变化小。故采用节流调速回路。为增加运动的平稳性，为

8、防止当工件钻通时工作部件突然前冲， 采用调速阀的出口节流调速回路。由工况图还可以看出，该系统由低压大流量和高压小流量两个阶段组成。其最大流量与最小流量之比为 qmax/qmin =17.1/(0.1021.701)=10.05167.65，而相应的时间之比为t工/t快=(20333)/9=2.2237 。此比值很大，为了节约资源，采用双定量泵供油。 快速回路及速度换接回路。因系统要求快进，快退的速度相等，故快进时采用液压缸差动连接的方式，以保证快进、快退时的速度基本相等。由于快进、工进之间的速度相差较大，为减小速度换接时的液压冲击，采用行程阀控制的换接回路。 换向回路。由工况图可看出，回路中流

9、量较小，系统的工作压力也不高，故采用电磁换向阀的换向回路。 压力控制回路。在双定量泵供油的油源形式确定后，卸荷和调压问题都已基本解决，即工进时，低压泵卸荷，高压泵工作并由溢流阀调定其出口压力。当换向阀处于中位时，高压泵虽未卸荷，但功率损失不大，故不再采用卸荷回路，以便油路结构更加简单。 行程终点的控制方式。在行程终点采用死挡铁停留的控制方式。上述选择的液压回路，如下图所示。双泵油源YJ调速及速度换接回路（2）组成液压系统图。液压系统图、动作循环图及电磁铁动作循环表3HT3DF担T2DT3DT2XKYJ+士-+-土-+一-土#±+Y3）计算和选择液压元件（1）确定液压泵的规格和电机功率

10、。 液压泵工作压力的计算。a.确定小流量泵的工作压力pP1。Pi=2.849MPa。在出口小流量泵在快进、快退和工进时都向系统供油。最大工作压力为节流调速中，因进油路比较简单，故进油路压力损失取p1 =0.5MPa,则小流量泵的最高工作压力为Ppi = Pi +Pi =2.849+0.5=3.349MPab.确定大流量泵的工作压力pP2。大流量泵只有在快进、快退中供油。由工况图可知，最大工作压力为p1=1.385MPao若取此时进油路上的压力损失为p1 =0.5MPa,则大流量泵的最高工作压力为Pp2= Pi +Pi =1.385+05=1 885MPa 液压泵流量计算。由工况图知，液压缸所需

11、最大流量为17.1L/min，若取泄漏折算系数 K=1.2，则两个泵的总流量为qp =17.1 X1.2=20.52( L/min )因工进时的最大流量为1.701L/min，考虑到溢流阀的最小稳定流量( 3L/min ),故小流量泵的流量最少应为 4.701L/min。 液压泵规格的确定。按式 Ppmax= Pp1 为1+(2560)%=3.349 >1+(2560)%=4.1865.358MPa 及 qp =20.52(L/min )查设计手册，选取 YB 10/12型双联叶片泵，额定压力为6.3MPa。 电机功率的确定。由工况图得知，液压缸最大功率Fmax=0.395kW，出现在压

12、力为1.385MPa、流量为17.1L/min的快退阶段，这时泵站输出压力为1.885MPa,流量为22L/min。若取泵的总效率为p =0.75，则电机所需功率为Ppqp 1.885 22P= =0.92kWP 60 0.75查手册选用功率为 1.1kW、同步转速为1000r/min的电动机。(2)液压阀的选择。根据系统的最高工作压力和通过各阀的最大实际流量，选出各阀的规格见下表。序 号液压元件名称通过的最 大实际流量/(L/mi n)型号规格接口尺寸数量1双联叶片泵YB 10/1210/12L/mi n 6.3MPa12溢流阀10Y-25B25L/min6.3MPa1213顺序阀12XY-

13、25B25L/min6.3MPa1214单向阀12I-25B25L/min6.3MPa1215三位四通电磁换向阀4434D-63B63L/min6.3MPa1816调速阀3.4Q-25B25L/min6.3MPa1217、10单向阀22I-25B25L/min6.3MPa1228二位三通机动换向阀2223C-25B25L/min6.3MPa1219压力继电器一DP1-63B调压范围16.3MPa11111二位二通电磁换向阀2222D-25B25L/min6.3MPa12112滤油器22XU-40X10040L/min100 m113压力表开关一K-6B6.3MPa41选择液压元件时，在满足要求

14、的条件下， 应尽量选择使各元件的接口尺寸相一致，以便管道的选择和安装方便。（3）确定管道尺寸压油管道由式（5-12 ）有d=222 10 3/60 (2.5 5)0.00980.0137(m)9.8 13.7(mm)按已选定的标准元件的接口尺寸取d=12mm吸油管道d=2取 d=25mm22一10 3 / 60 (0.5 1.5)0.0176 0.0306(m) 17.6 30.6(mm)回油管道取 d=25mm3种管道皆为无缝钢管。22 10 3/60（1.52.5）0.0193 0.025(m) 19.3 25(mm)（4）确定邮箱容量按推荐公式 V=(57) qp ,取V=6X22=13

15、2L4）液压系统主要性能的估算下面主要对液压缸的速度、系统效率和温升进行估算。(1) 液压缸的速度在液压系统各个组成元件确定之后，液压缸在实际快进、工进和快退时的输入、排出流量和移动速度，已与题目原来所要求的数值不尽相同，故需要重新估算。估算结果如表。输入流量/(L/min)排出流量/(L/min)移动速度/(m/min)q qp q2qp V1qAA2qpAq2q qp=快进(差动)A1 A2=44.234-2222 1032222 28.544.234=22.234(56.7 28.5) 10 456.7 28.5=7.8A2q2 -q1A工进q1=0.102 1.70128 5V2 =0

16、.018 0.3(0.102 1.701)56.7=0.051 0.855A q2 q1q1V3AA2快退q1= qp=22一 56.73=22 10- 22一428.528.5 10=43.77=7.72(2) 系统的效率回路中的压力损失管道直径按选定元件的接口尺寸确定，即d=12mm回路中进、回油管道长度暂取l=12m估算。油液的运动粘度取 v=75 10 6m2/s。系统中有关元件的额定压力损失如表34D-63B22D-25B23C-25BI-25BQ-25BXY-25B5Pvn/( 10 )Pa421.5253a.快进时的回路压力损失 快进时进油管中的流态为层流，即Re=vd/v=4

17、q1 / ( dv) 4 44.234 10 3/(12 10 3 75 10 6 60) 1043.52320 ,故进油管的沿程压力损失为8 106 vq15Pll410d进油管的局部压力损失估取为8 106 75 10 6 44.234 21210552.56 10 (Pa)p 10.1 Pl1 0.256 105Pa进油路上，油液只经过1个三位四通电磁换向阀5,参照表8.11，该阀上的局部压力损失为Pv5Pvn (比)2 4 105(H)2 0.488 105 Paqvn63由此得快进时油路上的压力损失为p 2.56 105 0.488 1053.304 105(Pa)同理，可以判断出回

18、油管道中也是层流。pl2 1.29 105(Pa)p 20.129 105Pa此时，回油经过阀11和阀8，回油量为q2=22.234L/min。两阀局部压力损失为5PvPv11Pv8 2.77 10 (Pa)由此可得快进时回油路上的压力损失为p 4.189 105(Pa)将回油路上的压力损失折算到进油路上，得出差动快速时进油路上的压力损失为p15.41 105(Pa)这个数值的精确值是阀 3的调整压力的下限参考之一。b.工进时的回路压力损失同理,计算工进时的进油路上的最大压力损失为p 0.48 105(Pa)回油路上的最大压力损失(取调速两端最小压差为5 105 pa )为P5.26105(P

19、a)整个回路的压力损失为P13.12510 (Pa)C.快退时的回路压力损失 快退时整个回路压力损失为P114.36510 (Pa)液压泵的工作压力。小流量泵在工进时的工作压力可按式(8-14 )求出，但此时液压缸的工作压力从新计算，即14444 455Pp P1P1p1=-r +3.12 105 =28.59 X105 (Pa)56.7 10此值是溢流阀调整压力的主要参考数据。 顺序阀的调整压力顺序阀在快进、快退时关闭，工件时打开，其调整压力必须保证关得住，开得及时。由 表8.8知，液压缸在快进、快退时的负载相同，但回路中的压力损失不同，快退时为55p1 14.36 105(Pa)(快进时为p1 5.41 10 (Pa)。故快退时大流量泵的压力出现最高值，即1)则系统74% 98%111155PpP1P14 14.36 105=18.25 x105(Pa)28.5 10故阀 3 的调整压力 Pv3 应为：28.59 X105 Pa> Pv3 >18.25 X1Q5Pa(3) 液压回路和液压系统的效率液压缸的工作压力为p1 144