半自动液压专用钻镗机床液压系统设计说明书

1、仅供个人参考计算项目及内容计算结果半自动液压专用钻链机床液压系统设计某工厂设计一台钻链专用机床，要求孔的加工精度为TI6级。要求该机床液压系统要完成的工作循环是：工件定位、夹紧一动力头快进一工进一终点停留一动力头快退一工件松开、拔销。该机床运动部件的重量为30000N,快进、快退速度为6m/min,工进的速度为20120mm/min可无级调速，工作台的最大行程为400mm,其中工进的总行程为150mm,工进时的最大轴向切削力为20000N,工作台的导轨采用平导轨支撑方式；夹紧缸和拔销缸的行程都为25mm,夹紧力为12000-8000N之间可调，夹紧时间不大于1秒钟。1.工况分析根据已知条件，绘

2、制运动部件的速度循环图，如图1-1所示。计算各阶段的外负裁，如下：液压缸所受外负裁F包括三种类型，即F=Fm+Ff+Fa(1-1)式中F6一工作负裁，对于金属钻链专用机床，既为工进时的最大轴向切削力，工作负裁：F=20000N为Fs=20000N;Fa一运动部件速度变化时的惯性负裁；Ff一导轨摩擦阻力负裁，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦力阻力，对于平导轨Ff可由下式求得：Ff=f(G+FRn)；G一运动部件重力；FRn一垂直于导轨的工作负裁，本设计中为零；f一导轨摩擦系数，在本设计中取静摩擦系数为0.2,动摩擦系数为0.1。则求得导轨摩擦阻力负载：Ffs=0.2乂30000N=6000N(

3、1-2)Ffs=6000NFfa=0.1父30000N=3000NF伯=3000N上式中Ffs为经摩擦阻力，Ffa为东摩擦阻力。Fa=Gg3式中g一重力加速度；加速或减速时间，一般&=0.010.5s取X惯性负裁：=0.2s一取时|用内的速度及化量。在本设计中Fa=1530N不得用于商业用途Fa300009.86N=1530N0.260根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载(见表1-1),并画出如图1-2所示的负载循环图图1-2负载循环图表1-1工作循环各阶段的外负载工作循环外负载F(N)工作循环外负载F(N)启动、加速F=Ffs+Fa7530N工进F=Ffa+Fco23000N

4、快进F=Ffa3000N快退F=Ffa3000N2.拟定液压系统原理图tn二CL L _L 7(1)确定供油方式P1 =4MPaP2 =0.5MPa考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进、快退时负载较小，速度较高。从节省能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或者变量泵供油。本设计采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。(2)夹紧回路的选择采用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应采用失电夹紧方式。为了实现火紧力的大小可调和保持火紧力的稳定，在该回路中装有减压阀。(3)定位液压缸与夹紧缸动作次序回路的选择。定位液压缸和夹紧缸之间的动作次序采用单向顺

5、序阀来完成，在松开和拔销之间的动作次序采用二位四通电磁阀控制。(4)调速方式的选择在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或者调速阀。根据钻链类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定技术要求的特点，采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负切削力的能力。(5)速度换接方式的选择本设计采用电磁阀的快慢速度换接回路，它的特点是结构简单、调节行程方便,阀的安装也容易。最后把所选择的液压回路组合起来，既可组成图13所示的液压系统原理图。进给缸：D = 100mmd=70mm3.液压系统的计算

6、和选择液压元件(1)液压缸主要尺寸的确定。1)工作压力Pi的确定。工作压力Pi可根据负载大小及其机器的类型来初步确定，参阅表2-1取液压缸工作压力为4MPa。2)计算液压缸内径D和活塞杆直径d。由负载图知最大负载F为23000N,按表2-2可取P2为0.5MPa,为0.95,按表2-3,取d/D为0.7。将上述数据代入式可得DD 二4 230003.14 40 1 05 0.951jo1"'(2-3)2m = 9.1 10 m夹紧缸：D = 80mmd=60mm根据表2-4,将液压缸内径圆整为标准系列直径D=100mm；活塞杆直径d,按d/D=0.7及表2-5,活塞杆直径系列

7、取d=70mm。定位缸：D = 50mmd=35mm按工作要求夹紧力由一个夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压力应低于进给液压缸的工作压力，取油背压力为3.0MPa,回油背压力为零，“cm为0.95,则按式(2-3)可得2m = 7.3 10 m4120003.14301050.95按表2-4及表2-5液压缸和活塞杆的尺寸系列，取加紧液压缸的D和d分别为80mm及56mm。按工作要求工作定位由一个进位缸提供，进位缸的工作压力应低于进给火流量：L/min紧缸的工作压力，取油背压力为2.0MPa,回油背压力为零,，m为0.95,则按式(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液压缸和活塞杆的尺寸系列，取定位液压缸的D和d分别为50mm及35mm。本设计中调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面积，既A=二；D2-d2=:102-72cm2=40cm244q 快进=23.04q工进=0.94q快退=24q 夹=7.54按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度，由式（2-4）得最小有效面积:minqmin,min3二0.05102cm2=25cm2系统静态压力：P p =4.5 MPa泵的流量：q P =28.8 L/min因为满足A>Amin，故液压缸能达到所需低速。3）计

9、算在各工作阶段液压缸所需的流量,2.n2o、.q快进=-du快进=-m（7h10）父6m/min=23.04L/min（差动）44q工进=三D2u工进=x0.12M0.12m3/min=0.94L/min（工进）44q快退=三（D2P22快退=-x（0.12-0.072）X6m3/min=24L/min（快退）44u夹=25M10，/1=0.025m/s（夹紧速度）2233q夹=-DU夹=X0.08M25M10M60m/min=7.54L/min（夹紧）44（2）确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格1）泵的工作压力的确定。考虑到正常工作中进油路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为Pp=Pi+&

10、#39;、p式中Pp液压泵最大工作压力；Pi执行元件最大工作压；p即进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.20.5MPa,复杂系统取0.51.5MPa,本设计取0.5MPa。Pp=P1+二亡p=40.5MPa=4.5MPa上述计算所得的Pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过度阶p段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力Pn应满足Pn2（1.251.6）Ppo中低压系统泵的基本参数：取最小值，高压系统取大值。在本设计中Pn=1.25Pp=5.63MPa。Vp=25Ml/r,2）泵的流量确定。液压泵的最大流量应为Pn=6.3MP

11、aqP之kL区qmaxnH=1450r/min式中qP淞压泵的取大流里；'=0.85,qmax同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。刈=0.7kL系统泄露系数，一般取kL二=1.11.3,本设计取kL=1.2。qp之kL(Zq)=1.2M24L/min=28.8L/min1max3）选择液压泵的规格。根据以上算得的Pp和qp,查找相关手册，选用YBX-25限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：每转排量Vp=25Ml/r,泵的额定压力Pn=6.3MPa,电动机的转速Ah=1450r/min,容积效率为nv=0.85,总效率n=0.7。4）与液压泵匹配日勺电动机日勺选定。首先分别算出快进

12、匕上进两种不同，况时的功率，取两者较大值作为选择电动机规格的依据。由于在慢进时泵输出的流量减少，泵的效率急剧下降，一般当流量在0.21L/min范围内时，可取州=0.030.14。同时还应注意为了使所选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率点时不致停转，需进行验算，即PbQpvY90L4型：2Pn(1-6)电动机，具额定功率为式中Pn所选电动机答定功率；PB限压式变量泵的限压力；1.5KW,额qP压力力PB时，泵的轴出流重。定转速为首先计算快进的功率，快进的外负载为3000N,进油路的压力损失定为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序号元件名称方案通过流星(L/min)1滤油器XUB32 M 10028.82液压泵YBX-2528.83压力开关KF3-EA10B4减压阀JF3-10B7.55单向阀AF3-EA10B7.56二位四通换向阀24EF3-E10B7.5管道尺寸油管的内径:d=12mm吸油管内径:d=28mm油箱容积:V=160L仅供个人参考快进时所需电动机功率为1.1 24 KW = 0.45KW60 0.7P=Ppqp-n-工进时所需电动机功率为4.50.942”，P=KW=0.102KW查阅相关电动机类型标准，选用Y90L4型电动

14、机，具额定功率为Pn=1.5KW,额定转速为1400r/min。根据产品样本可查得YBX25的流量压力特性曲线。再由已知的快进时流量为23.04L/min,工进时的流量为0.942L/min,压力为4.5MPa,作出泵的实际工作时的流量压力特性曲线，查得该曲线拐点处的流量为33L/min一压力为3.2MPa,该工作点处对应的功率为3.233P=KW=2.5KW600.7所选电动机满足式(1-6),拐点处能正常工作。(3)液压阀的选择本液压系统可采用力士乐系统的阀，控制液压缸部分选用力士乐系列的阀，其夹紧部分选用叠加阀。选定的液压元件如下表1-2所示表1-2液压元件明细表不得用于商业用途仅供个人

15、参考7单向顺序阀AXF3-E10B7.58二位四通换向阀24EF3-E10B249二位四通换向阀24EF3-E10B2410单向调速阀AQF3-E10B2411二位四通换向阀24EF3-E10B2412压力表开关KF3-EA10B(4)确定管道尺寸油管内劲尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定。综合诸因素，现取油管白内径d为12mm。参照YBX-25变量泵吸油口连接尺寸，取吸油管内劲d为28mm。(5)液压油箱容积的确定本设计为中低液压系统，液压油箱有效容量按泵的流量的57倍来确定，取选用容量为160L的邮箱。4.液压系统的验算已知该液压系统中进、回油管的内劲均为12mm,各段管道的长度分别

16、为：AB=0.3m,AC=1.7m,AD=1.7m,DE=2m。选用L-HL32液压油，考虑到油的最低温度为15cle时该液压油的运动粘度u=150cst=1.5cm2/s,油的密度P二920kg/m3。(1)压力损失的验算1)工作进给时进油路压力损失。运动部件工作进给时的最大速度为0.12m/min,进给时的最大流量为0.942L/min,则液压油在管内流速以为d2 44 0,942 1033.14 1.22cm/min = 833cm/min = 13.9cm/s不得用于商业用途管道流动雷诺系数Re1为13.9 1.21.5=11.1Re1<2300,可见油液在管道内流态为层流，其沿

17、程阻力系数7575小门=6.8。Re111.1进油管道BC的沿程压力损失Ap-为仙2l ":二二0.681.7 0.3920 0.139221.2-10_4 _Pa = 0.1 10 Pa查得换向阀34EF30-E10B的压力损失p1=0.05父106Pa忽略油液通过管接头、油路板等处的局部压力损失，刚进油路总压力损失P1=.PuP/=0.11040.05106Pa：0.05106Pa2）工作进给时回油路的压力损失。由于选用单活塞杆液压缸，且液压缸有杆腔的工作面积为无杆腔的工作面积的二分之一，则回油管道的流量为进油管道的二分之一，则-12=6.95cm/s2Re22d 6.95 1.

18、21.5= 5.567575Re25.55= 13.5回油管道压力损失Ap2工为:JU-2920 0.6952x1.2 10，Pa =0.5 106Pa查产品样本知换向阀34EF30-E10B的压力损失即2二=0.025父106Pa,换向阀34EW30-E10B的压力损失AP2T=0.025父106Pa,调速阀AQF3-E10B的压力损失AP2s=0.5M106Pa。回油路总压力损失为即2为：P2=：p24+甲22+：P2-3+El=(0.5+0.025+0.025+0.5)父106Pa=1.05Pa3）变量泵出口处的压力Pp为F/cmA2P2Pp=22PA+ 0.05x106 Pa = 3.

19、66x106 Pa78.54 10%23000/0.9540.0510工0.121064）快进时的压力损失。快进时液压缸为差动连接，自汇流点A至液压缸进油口C之间的管路AC中，流量为液压泵出口流量的两倍既为46L/min,AC段管路的沿程压力损失Ar为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同样可求得管道AB段及AD段的沿程压力损失Pin和3工为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查产品样本知，流经各阀的局部压力损失为:4EW6E50/AG24的压力损失&P2i=0.17M106Pa,3EW6E50/AG24的压力损失&P21=0.17父106Pa。据分析在差动连接中，泵的出口压力pP为Pp=2绅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 _快退时压力损失验算从略。上述验算表明，无需修改原设计。(2)系统温升的验算在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，为了简化计算，主要考虑工进时的发热量。一般情况下，工进速度大时发热量较大，由于限压式变量泵在流量不同时，效率相差极大，所以分别计算最大、最小时的发热量，然后加以比较，取数值大者进行分析。ji当u=2cm/min时2_3_33_一一0.10.02m/min=0.78510m/min=0.157L/min此时泵的效率为0.1,泵的出口压力为6.

22、3MPa,则有6.30.157P输入=KW=0.16KW60M0.12_2_3P输出=Fu=23000xx10x10KW=0.008KW60此时的功率损失为P=P输入一P输出=0.16-0.008KW=0.152KW当u=12cm/min时,q=0.942Lmin,总效率0=0.7,贝（JP输入A30.942KW=0.141KW600.7122J3P输出=F=230001010KW=0.048KW60P=外入P输出=0.141-0.048KW=0.093KW可见在工进速度低时，功率损失为0.152KW,发热量最大。假设系统的散热状况一般，取K=10M10.KW/(cm2=C),油箱的散热面积A

23、=0.0653V2=0.06531602m2=1.92m2系统的温升为ptKA0.0933 1.9210 10 -C =5.4 C验算表明系统的温升在许可范围内5、主要部件的结构特点分析与强度校核计算(1)夹紧液压缸工作压力的确定液压缸工作压力主要根据液压设备的类型来确定，对不同用途的液压设备,由于工作条件不同，通常采用的压力范围也不同。设计时，可用类比法来确定<在本系统设计中，由于该系统属于组合机床液压系统，故液压缸工作压力通常为4MPa。(2)液压缸内径D和活塞杆直径d的确定4F由公式Do叩1TMi-9I R 一又由犷7得夹紧缸:4 120003.14 3.5 0.91 -0.7 1

24、 -0.6 23.5二73mm按照液压缸内径和活塞杆直径系列取得D=80mmd=56mm液压缸节流腔的有效工作面积A=D2-d2=3.14802-562=25.62cm244保证最小稳定速度的最小有效面积Amin=j=四=25cm2显然有效工vmin2作面积A>Amin故可以满足最小稳定速度的要求(3)液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。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,故即可求出缸体的外径D2D+26=80+2父1.49=8

25、2.98mm根据无缝钢管标准选取D=100rm(4)液压缸工作行程的确定根据执行机构实际工作的最大行程来确定，并参照表2-6中的系列尺寸可选得进给液压缸工作行程H=25mm(5)缸盖厚度的确定选取无孔的平底缸盖，其有效厚度t按强度要求用下面公式进行近似计算t _0.433D2P得t_0.43310031.25=7.99mm故取t=20mm,110(6)最小导向长度的确定对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求H>£+2故可得夹紧202缸最小导向长度H占25+80=41.25mm。H>41.25mm202活塞的宽度B一般由公式B=(0.61.0)D得进给缸活塞宽度B=0.8x80=64mm；当液压缸内径D<80mm时