液压系统设计计算实例.doc

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1、液压系统设计计算实例本节以一台卧式单面多轴钻孔组合机床为例，要求设计出驱动它的动力滑台的液压系统，以实现“快进→工进→快退→停止”的工作循环。已知：机床上有主轴16个，加工φ13．9mm的孔14个，加工φ8．5mm的孔2个；刀具材料为高速钢，工件材料为铸铁，硬度为240HB；机床工作部件总重量为G＝9810N；快进、快退速度为υ1＝υ3＝7m/min，快进行程长度为l1＝100mm，工进行程长度为l2＝50mm，往复运动的加速、减速时间不希望超过0．2s；动力滑台采用平导轨，其静摩擦系数为0.2，动摩

2、擦系数为0.1；液压系统中的执行元件使用液压缸。分析系统工况一、负载分析工作负载：由切削原理课程可知，高速钢钻头钻铸铁孔时的轴向切削力F，与钻头直径D（以mm计）、每转进给量s（以mm/r计）和铸件硬度HB之间的经验算式为：Ft＝25.5Ds0.8（HB）0.6根据组合机床加工特点，钻孔时的主轴转速和每转进给量s可选用下列数值：对φ13．9mm的孔来说：n1＝360r／min，sl＝0.147mm/r对φ8．5mm的孔来说：n2＝550r／min，s2＝0.096mm/r代人经验算式得：Ft＝（14×

3、25.5×13.9×0.1470.8×2400.6＋2×25.5×8.5×0.0960.8N＝30468N惯性负载阻力负载：静摩擦阻力Ffs＝0.2×9810N＝1962N动摩擦阻力Ffd＝0.1×9810N＝981N液压缸的机械效率取ηm＝0.9，由此得出液压缸在各工作阶段的负载如表9．2．1所示。表9．2．1液压缸在各工作阶段的负载值工况负载组成负载值F/N推力F·ηm-1/N启动F＝Ffm19622180加速F＝Ffs＋Fm15641738快进F＝Ffs9811090工进F＝Ffd＋Ft3144

4、934943快退F＝Ffd9811090二、负载图和速度图的绘制负载图按上面数值绘制，如图9．2．1（a）所示。速度图按已知数值υ1＝υ3＝7m/min、l1＝100mm、l2＝50mm、快退行程l3＝ll＋l2＝150mm和工进速度υ2等绘制。如图9．2．1（b）所示。其中υ2由主轴转速及每转进给量求出，即υ2＝nlS1＝n2S2≈53mm/min。液压缸工作负载/N＜50005000～1000010000～2000020000～3000030000～50000＞50000液压缸工作压力/MPa0.

5、8～11.5～22.5～33～44～67～10设备类型系统压力/MPa设备类型系统压力/MPa精加工机床0.8～2农业机械、小型工程机械、冶金机械、工程机械辅助机构10～16半精加工机床3～5粗加工或重型机床5～10液压机、重型机械、冶金机械、大、中型挖掘机、起重运输机20～32液压缸主要参数的确定由表9.1.1和9.1.2可知，组合机床液压系统在最大负载约为35000N时宜取p1＝4MPa。鉴于动力滑台要求快进、快退速度相等，这里的液压缸可选用单杆式的，并在快进时作差动连接。这种情况下液压缸无杆腔工

6、作面积A1取为有杆腔工作面积A2的两倍，即活塞杆直径d与缸筒直径D成d＝0．707D的关系。在钻孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压p2，取p2＝0.8MPa，以防孔被钻通时滑台突然前冲。快进时液压缸虽作差动连接，但由于油管中有压降△p存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时可取△p≈0.5MPa。快退时回油腔中是有背压的，这时p2亦可按0.5MPa估算。由工进时的推力计算液压缸面积：F/ηm＝A1p1—A2p2＝A1p1-（A1/2）p2故有D=＝11.12cm；d＝0.707D＝7.86cm当按G

7、B2348－80将这些直径圆整成就近标准值时得：D＝11cm，d＝8cm。由此求得液压缸两腔的实际有效面积为：A1＝πD2/4＝95.03cm2，A2＝π（D2－d2）/4＝44.77cm2。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，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率，如表9．2．2所示，并据此绘出工况图如图9.2.2所示。表9．2．2液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工况负载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/k

8、w计算式快进(差动)启动2180p2＝00.434－－p1=(F＋A2Δp)/(A1-A2)q=(A1－A2)υlP＝p1q1加速l738p2=pl+△p(△p=0.5MPa)0.79l－－恒速10900.66235.190.39工进349430.84.0540.50.034p1＝(F＋p2A2)/Alq＝Alυ2P＝p1q快退启动2180p2＝00.487－－p1＝(F+p2Al)/A2q=A2υ2P＝plq加速17380.51.45－－恒速10901