大型钻床动力头的液压系统设计

设计的大型钻床动力头液压的液压动力滑台液压系统要求完成:

技术参数：动力滑台工作循环为：快进→工进→快退→停止。液压系统的主要参数与性能要求为：切削力Ft=4320N；移动部件总重力G=2500N；快进行程L1=110mm；工进行程L2=180mm；快进速度为V1=3.0m/min；工进速度为V2=0.07m/min；快退速度为V3=6m/min；加速时间和减速时间均为0.2s；静摩擦因素fs=0.2；动摩擦因素fd=0.15。该动力滑台可在任意位置停止。

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：大型钻床动力头液压液压缸工况图

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：大型钻床动力头液压液压缸力的平衡图 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）

[]3.20023.010

11000210110101.524

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 =199000÷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=＝223.508)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＝20×105Pa =

=

p

F D π夹

4m 22.010*******

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、设计大型钻床动力头液压的液压动力滑台的液压系统图

电磁铁动作表