设计卧式钻镗组合机床液压动力滑台液压系统

卧式钻镗组合机床动力滑台液压系统设计例题设计的卧式钻镗组合机床的液压动力滑台液压系统要求完成:
快进→工进→快退→停止；切削推力25000N，快进行程400mm,工进行程50mm，V快=6m/min、V工进=0.05-0.10m/min,运动部件重G=9800N,。

静摩擦系数：f j=0.2，动摩擦系数：f d=0.1，液压缸机械效率：9.0=
η，快速起动时间不大于0.2s.
一、行工况分析，确定液压缸推力
1、工况分析及液压缸的推力：
（1）、工况分析
切削推力：F切=25000N
静摩擦力： F j= f j G=0.2×9800=1960N
动摩擦力： F d= f d G=0.1×9800=980N
启动惯性力： F g=ma=(9800/9.81)×（6/（0.2×60））=499N （2）、液压缸的推力
启动推力： F启= F j/η= 1960/0.9=2180N
加速推力： F加=（F d+F g）/η=（980+499）/0.9=1640N
快进推力： F快= F d/η=980/0.9=1090N
工进推力： F工=（F切+ F d）/η=（25000+980）/0.9=28900N 反向启动过程作用力与F启、F加、F快大小相同，方向相反。

工况运行图如下：
图4-18：卧式钻镗组合机床液压缸工况图
二、确定液压缸工作压力、结构尺寸、初定液压缸流量
2、选取工作压力及背压力
F工==28900N 在20000-30000N之间,P1=3-4MPa 选
取,P1=3.4MPa，为防止加工结束动力头突然前冲, 设回油路有背压阀，取背压P2=0.8MPa。

3、确定液压缸结构尺寸
取液压缸无杆腔作工作腔列液压缸力的平衡方程：
图4-19：卧式钻镗组合机床液压缸力的平衡图
F=P 1A 1- P 2A 2= A 1（P 1- P 2 A 2/ A 1）
快进速度V 快=6m/min ，工进速度V 工进=0.05m/min,相差很大,应进行差动换接,取k= A 2/ A 1=0.5,则： m F D 11.010
)8.05.04.3(28900
4)kp - (p 46
21=⨯⨯-⨯==
ππ工 取液压缸筒标准值：D=110
d=0.7D=0.7×110=77 取活塞杆标准值： d=80 4、认证液压缸筒壁厚
中低压液压系统,由其切削加工性能确定液压缸筒壁厚，按薄壁圆筒计算壁厚：
额定工作压力： P n =3.4MPa<16MPa
试验压力为： P y =1.5P n =1.5×3.4=5.1MPa 许用应力取： []2/11000mm N =σ （[]n b /σσ= 取安全系数n=5）
[]3.20023.01011000210110101.524
3
6=⨯⨯⨯⨯⨯=≥
-m D
p y σδ 5、定液压缸筒的长度
活塞杆工作行程：450
活塞杆伸出长度不少于1100 取活塞杆长2000 取液压缸筒长：L=1600 6、求最少活塞杆直径 取[]28/10m N =σ []
19019.010
28900
448
==⨯⨯=
=
m F
d πσπ 19比80少4.21倍,稳定性足够安全可靠。

7、校核活塞杆的稳定性 （1）、求活塞杆的临界半径k r 204
8044
6424
=====
d d d A
J
r k
ππ （2）、求活塞杆的临界负载k F
10020/2000/==k r L
选用45#
钢，取其柔性系数851=ϕ
液压缸的安装方式采用一端固定,一端自由,其末端系数4/12=ϕ 活塞杆细长比： 5.42418510021==>=ϕϕk r L
取： N L EJ F k 1990002
6402.01006.2412
4112222=⨯⨯
⨯⨯⨯==πππϕ 45#
钢的弹性模量：取211/1006.2m N E ⨯=
活塞杆横截面惯性矩：644d J π= 活塞杆伸出长度：L=2000
该液压缸活塞杆的稳定性能好,可靠性高。

（3）、求活塞杆临界负载的安全系数 其安全系数：n k =÷28900=6.9 8、液压缸各截面积 21)4/(D A π=＝220.9511)4/(cm =⨯π 23)4/(d A π=＝2
23.508)4/(cm =⨯π
))(4/(222d D A -=π＝2227.44)811()4/(cm =-⨯π
9、初定液压缸流量 快进： 11vA Q ==min /0.5795.060L =⨯ 22vA Q ==min /8.2645.060L =⨯
21Q Q Q p -==min /2.308.260.57L =-
工进12A v Q =工=min /)95.048.0(5.9)10.005.0(L -=⨯-：
三、确定定位夹紧液压缸结构尺寸及流量 1、定位夹紧力设计计算 ）（＝工夹21/f f KF F +
4.24321==k k k k K
K 1—安全系数 25.11-=K
K 2—加工系数 2.12=K K 3—刀具钝化系数
3.12.13-=K
K 4—断位切削系数 2.14=K
根据实用经验，夹紧支撑系数f 1=0.2，f 2=0.7
=+）（＝工夹21/f f KF F N
771009.0/289004.2=⨯
根据实用经验，推荐夹紧工作压力P 夹＝20×105
Pa =
=
p
F D
π夹
4m 22.010
2077100
45
=⨯⨯⨯π 取两个液压缸筒直径标准值： D=110
设定活塞杆承受拉力，取活塞杆标准直径： d=55 Q 夹=＝夹
夹A v min /19295.010L =⨯⨯
四、设计卧式钻镗组合机床的液压动力滑台的液压系统图
电磁铁动作表
动 作
1YA
2YA 3YA 4YA 5YA 6YA DP1 DP2
工件夹紧 ＋ ＋ 快 进 ＋ 工 进 ＋
＋
＋
快 退
＋
＋
工件松夹
五、液压元件设计计算与选择
1、液压泵工作压力、流量、驱动功率计算 （1）、高压小流量泵工作压力1p 计算
高压小流量泵工作循环过程中，最大工作压力Pa 5102.34⨯，采用调速阀进口节流调速，设定工进最大压力损失为=∆p Pa 51010⨯，则
=1p MPa 42.410101023455=⨯+⨯⋅
（2）、低压大流量泵工作压力2p 计算
低压大流量泵的快速进退工作表得知快退工作压力为Pa 51006.13⨯，高于快进工作压力Pa 51062.6⨯,取Pa 51006.13⨯为快速进给工作压力, 设定快进最大压力损失为=∆p Pa 5105⨯，则：
p p p ∆+=2＝Pa 551006.1810)506.13(⨯=⨯+
（3）、液压泵的流量及规格
由工况表得知快速进给流量为min /2.30L
==Q Q p 2.1min /24.362.302.1L =⨯
工进最大流量min /95.0L ，溢流阀最少稳定流量为min /3L ，即高压小流量泵的流量最少要min /4L ，选YB-D32-50/4-10,额定压力MPa p 10=，转速min /1000r n =,选YB-C36/5.
（4）、电动机的驱动功率
从液压缸的负载、压力、流量、功率的工况表得知，液压缸最大输出功率为：Q p P 2=KW 58.060/108.261006.1335=⨯⨯⨯=-
快速进退最大工作压力：p ＝Pa 551006.1810)506.13(⨯=⨯+， 取电机效率：75.0=η，则电动机的驱动功率为
η/pQ P ＝电
KW 65.1)75.060/(10411006.183
5=⨯⨯⨯⨯=-
选290-L Y 型KW 2.2交流异步电动机。

2、确定液压缸的输入输出流量和移动速度
3、根据工作压力和通流量选取液压元件
序号 元件名称 实际通流量 元件规格 数量 备 註
01 双联叶片泵 36/5 L/min YB-D36/5 1 02 滤油器 41 L/min WU-63×F 1
03 油 箱 246 L/min （容积） 1 自制（300L/min ） 04 外控顺序阀 36 L/min X4F-B20D-Y1 1 05 单向阀 36L/min DF-B20H2 1 06 先导式溢流阀 5L/min YF-B6B 1 07 电液换向阀 87L/min 34EYOB25H-T 1 08 单向程行调速阀 ≤1L/min 1QCA3-D16 1 09 压力继电 DP-63型 2
10 液压缸（主缸） 1 11 电磁换向阀 87L/min 23E1B25C 1 12 P 型背压阀 ≤1L/min P-D6B 1 13 电磁阀 77.4L/min 22E1B25C 1 14 减压阀 19L/min JF3-C10B 1 15 单向阀 19L/min DF-B10H2 1 16 电磁换向阀 19L/min 24EB10H-ZZ 1 17 单向顺序阀 19L/min XD2F-B10E-Y1 1 18 夹紧液压缸 1 19 定位液压缸 1
20 压力表开关 YK2-6 1 （图上未标）
3、油管尺寸
按标准化元件计算液压油管内径尺寸如下：
v
Q d π2==mm 20)40060(10004.772=⨯⨯⨯π
取液压油管内径标准值 d=20 （外径 d=25）
4、油箱容积
V=p Q 6=L 246416=⨯ 六、液压系统稳定性论证
1、液压泵工作压力稳定性校核
（1）、系统快进液压泵工作压力稳定性校核 A 、进油路压力损失
经计算油管内径d=20，液压装置未安装前，设置进、回油管长度L=2.5m,选取L-AN32号机油400
C 的运动粘度cST 2.3=υ
1）、进油路流态判别
24d Q v =＝s m /.1.4)02.060/(104.77423=⨯⨯⨯⨯-π
=
=υ
vd
R e υπ/2d d Q ＝10272.32
2/60104.7723=⨯⨯⨯π<2000 为层流
2）、进油路沿程阻力损失
=
=∆2
7522
2v d L R v d L p e ρρλ＝进521068.021.488002.05.2102775⨯=⨯⨯⨯
3）、进油路局部阻力损失
010⨯∆∆沿局＝p p ＝510068.010.068.0⨯=⨯
4）、进油路液压阀阻力损失
22
17)(
）
（＝额
行行额阀Q Q p Q Q p p ∆+∆∆＝55251040.2)1004.77(102)1004.77(102⨯=⨯⨯+⨯⨯ 5）、进油路总阻力损失
阀局沿进＝p p p p ∆+∆+∆∆＝Pa 551015.310)40.2067.068.0(⨯=⨯++
B 、回油路压力损失 1）、回油路流态判别
2
4d Q v π=＝s m /93.1)02.060/(104.36423=⨯⨯⨯⨯-π
=
=υ
vd
R e υπ/2d d Q
＝4832.322/60104.3623=⨯⨯⨯π<2000 为层流
2）、回油路沿程阻力损失
=
=∆2
7522
2v d L R v d L p e ρρλ＝进521032.0293.188002.05.248375⨯=⨯⨯⨯
3）、回油路局部阻力损失
010⨯∆∆沿局＝p p ＝510032.010.032.0⨯=⨯
4）、回油路液压阀阻力损失
2111)(
额阀＝Q Q p p ∆∆＝52
51026.0)100
4.36(102⨯=⨯⨯ 5）、回油路总阻力损失
阀局沿回＝p p p p ∆+∆+∆∆＝Pa 551006110)26.0032.032.0(⨯=⨯++
C 、系统快进总压力损失
12
A A p p p 回
进∆+∆=∆＝Pa 5551044.30
.957.441061.01015.3⨯=⨯⨯+⨯ D 、系统快进液压泵工作压力
p p p ∆+=大＝Pa Pa 55551006.1810)0.506.13(1050.1610)44.306.13(⨯=⨯+<⨯=⨯+
系统快进工作性能稳定可靠。

（2）、系统工进液压泵工作压力稳定性校核 A 、系统工进液压泵压力损失
工进流量m in /95.0max L Q ＝工，其沿程、局部压力损失可略去不计，只有调速阀、背压阀的压力损失纳入计算如下：
1
2A A p p p 背
调工＝∆+∆∆＝Pa 5551076.80
.957.44108105⨯=⨯⨯+⨯
B 、系统工进高压小流量液压泵工作压力
p P P ∆+1＝小＝Pa Pa 555102.44100.4310)76.82.34(⨯<⨯=⨯+
系统工进工作性能稳定可靠。

（3）、校核系统驱动电机功率
η/pQ P ＝电
KW KW 65.15.1)75.060/(10411050.163
5<=⨯⨯⨯⨯=-
选290-L Y 型KW 2.2交流异步电动机，系统可靠性稳定。

2、系统热能工况的稳定性校核 （1）、系统效率
1）、快进、工进、快退时间
由设计依据，主液压缸快进行程40cm,工进行程5cm ，则 快进时间：＝快进快v L t /1=s 94.2815/6040=⨯ 工进时间：＝工工v L t /2=s 00.3010/605=⨯
快退时间：＝）（快退工快v L L t /3+=
s 93.2920/60)540(=⨯+ 2）、快进、工进、快退所占的时间效率
快进时间效率： ＝)/(3211t t t t ++%19.8)93.200.3094.2/(94.2=++ 工进时间效率：＝)/(3212t t t t ++%64.83)93.200.3094.2/(00.30=++ 快退时间效率：＝)/(3213t t t t ++%17.8)93.200.3094.2/(93.2=++
快进快退占进给决时间的16.36%，系统热能稳定性校核主要校核工进时区。

3）、系统工进效率 系统输出功率：
工小Q p P o =＝W 1.6860/1095.0100.4335=⨯⨯⨯-
系统输入功率：
顺顺额
顺顺额小大小）（
＝Q Q Q p Q p p P P p i i 2
∆+∆+= 1.4178.583.35860
1036)6336(10360/)105100.43(3
25
3
5
=+=⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=--
系统工进效率：
i o P P /＝η＝%3.131.417/1.68=
（2）、系统热能工况的稳定性校核
工进时间30.00s ，占总进给时间35.87s 的83.64%，是系统热能工况的稳定性校核区域。

液压缸工进负载：
F 工=（F 切+ F d ）/η=（25000+980）/0.9=28900N
最大进给速度：
s m v /0017.060/01.0=＝工
系统输出功率：
＝工工v F P o =W 13.490017.028900=⨯
系统输入功率：
η/2））（）＝（（大顺额
顺顺额小大小p p i i Q Q Q p Q p p P P ∆+∆+= =w 13.55675.0/1.41775.0/601036)6336(10360/105100.4332535==⎥⎦
⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯-- 系统能耗功率：
0P P P i -=∆W 50713.4913.556=-=
系统工质升高的温度：
33210⨯∆=∆V P T C C 003332259.121026
.39507.010246507.0<=⨯=⨯= 经校核，该液压系统在夏季具有良好的工作稳定性，符合可靠性设计。