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ZDY4000全液压钻机液压油泵流量压力计算方案

88bifa必发:2019-02-22 浏览次数:229

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1、液压系统的工况分析 (负载与运动)

ZDY4000钻机的液压油泵系统需执行三个功能回转、给进、夹持,三个功能分别由三个执行元件。一个执行元件是液压马达,为钻机提供回转部分的转速和转矩;一个执行元件是液压油缸,为钻机提供给进部分的给进力和起拔钻具的起拔力;另一个执行元件也是液压油缸,是夹持器、卡盘部分,提供夹持钻杆的夹紧力。

①钻机的回转部分。ZDY4000钻机的回转为一档无级变速50~175 r/min,最大扭矩为3200 N・m。在变量泵―定量马达的回路中液压马达的输出转矩为。

②钻机的给进部分。液压缸的负载,随着钻头的回转供给相应的给进力102 kN,给进速度为0~0.22 m/s;随着钻孔深度的增加,添加钻杆时快速回升卡盘时,所需的起拔速度0.32 m/s,起拔钻具时提供最大的起拔力70 kN。

③钻机的夹持部分。夹持结构为液压打开,碟弹夹紧。液压打开方式为油缸活塞形式。夹持油缸有一定的结构限制,油压只需打开碟形弹簧即可。

2、液压系统主要参数

压力和流量是液压系统最主要的两个参数。根据这两个参数来计算和选择液压元件、辅助件和原动机的规格型号。

2.1 初选系系统压力

初选系系统压力选定的是否合理,直接关系到整个系统压力统设计的合理性。在液压系统功率一定的情况下,若系统压力选得过低,则液压元、辅件的尺寸和重量就增加,系统造价也相应增加;若系统压力选得较高,则液压设备的重量、尺寸和造价会相应降低。

然而,若系统压力选用过高,由于对制造液压元、辅件的材质、密封、制造精度等要求的提高,反而会增大或增加液压设备的尺寸、重量和造价,其系统效率和使用寿命也会相应下降,因此也不能一味追求高压。根据经验本钻机的液压系统工作压力选定为21 MPa。

2.2 计算液压马达排量和液压缸尺寸

①计算液压马达排量。

式中:P1为液压缸的工作腔压力;P2为液压缸的回油腔压力;A1为液压缸无杆腔的有效面积,A1=?仔D2/4;A2为液压缸有杆腔的有效面积,A2=?仔(D2-d2)/4;D为液压缸内径;d为活塞杆直径;F0为液压缸的最大工作力;F为液压缸的最大外负载,无杆腔为工作腔时(起拔),F=70 kN,有杆腔为工作腔时(给进),F=102 kN;?浊nm为液压缸的机械效率,一般取(0.9~0.97),选取?浊nm=0.95。

为调节给进及起拔的速度,本钻机的液压系统回路上分别设有减压阀和节流阀。根据液压回路特点选取背压的经验数据如表1所示。选取本钻机的液压缸回路的背压为1 MPa。杆径比(即活塞杆直径与活塞直径的比)d/D。一般按下述原则选取:

当活塞杆受拉时,一般取d/D=0.3~0.5,当活塞杆受压时,为保证压杆的稳定性,一般取d/D=0.5~0.7。杆径比d/D还常常按液压缸的往返速比 i=v2 / v1(其中v2 、v1分别为液压缸正反行程速度)的要求来选取。其经验数据如表2所示。

ZDY4000液压钻机专用双联柱塞泵

3、计算液压马达和液压缸所需流量

液压马达的最大流量为:qmax=Vm nm max (9)式中:qmax为液压马达最大流量,单位ml/min;Vm为液压马达排量,单位ml/r;nm max为液压马达最高转速参考工况分析部分,单位r/min。由式(2)和(5)可得:qmax=1135.57×163.95=185 767.9 ml/min

液压缸的最大流量为:qmax=AVmax (10)式中:A为液压缸的有效面积,A=?仔D2/4(m2);Vmax为液压缸的最大速度(起拔钻杆时),此时回转器不工作,Vmax=0.32 m/s。qmax=×0.082/4×0.32=1.608×10-3m3/s=96509.6 ml/min在本钻机工作时,液压马达和液压缸是并联连接,而且液压马达和液压缸的流量不是同时达到最大。

在本钻机的液压系统中,由于变量泵产生的流量还将消耗于液压泵、液压马达、液压缸和阀等的内泄上,因而变量泵产生的流量,只有在满足泄漏外尚有多余时,才能使液压马达、液压缸建立起足够的压力、输出转矩和压力。以此来确定液压系统的最小流量qmin。

由于液压缸的最大流量大于液压马达的最大流量,选取液压执行元件的最大流量为96509.6 ml/min。

液压系统的最小流量,根据经验公式可算出:qmax=96509.6 ml/min×(1+5%)=101335.1 ml/min (11)

4、计算出液压马达和液压缸的总功率

液压马达和液压缸在钻机打孔时,给进和回转同时进行。液压系统的功率为:式中:P为液压系统压力kgf / cm2;qmin为液压系统的最小流量m3/h。P总功率=210×101 335.1×1×10-6×60/36.7=34.79 kW。

需要指出的是,式中的P仅是系统的静态压力。系统工作过程中存在过渡过程中的动态压力,其最大值往往比静态压力要大很多。所以选取液压泵的额定压力时应比系统最高压力大25%~60%,使液压泵有一定的压力储备。最高系统的压力储备宜取小值。中、低压系统的压力储备应取大值,本系统压力储备取大值。

5、主要液压元件的选择

5.1 液压马达

根据式(3)和(5)的计算结果需满足钻机的最大转矩,以液压马达的性能参数转矩、转速、工作压力等为依据进行选择。本钻机选用液压马达的参数为:V=160 ml/r。此马达为斜轴式变量马达。

5.2 液压缸

根据式(8)的计算结果,参考液压缸的基本参数(负载、运动方式等)为依据进行选择。本钻机的液压缸选用80/50的车用液压油缸。

5.3 液压泵

本钻机采用双泵系统,电动机直接带动主泵,主泵在经过皮带轮带动副泵,为整个系统提供油压。变量油泵和变量马达组合进行无级调速,转速和扭矩可在大范围内调整,提高了钻机对不同钻进工艺的适应能力。

①确定液压泵的工作压力。PP=P1+P式中:P1为执行元件(液压马达)的最大工作压力;?驻P为液压泵出口到执行元件入口之间的压力损失。P=21+1=22 MPa。

②确定液压泵的流量。本钻机液压系统的执行元件液压马达和液压缸同时动作,但流量不同时达到最大。液压马达随着转矩的增大,工作压差随着增大,流量减小。

为液压系统最大工作压力;qp为液压泵流量;?浊P为液压泵总效率;容积效率与机械效率的乘积取0.86。PP=220×89×10-3×60/46×0.86=26.69 kW

由转速及功率确定电动机的型号:YBK2-225S-4;电动机功率:37 kW;额定转速:1 480 r/min,验算符合假设电机转速的设定值。

6、结 论

按照选定型号的液压泵、液压马达、液压缸样本上的技术参数进行验算,能够达到本钻机要求的性能参数,系统温升可以得到控制。

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