120型注塑机液压系统设计毕业论文设计.doc

洛阳理工学院毕业设计（论文）120型注塑机液压系统设计摘 要本次毕业完成120小型注塑机的液压系统设计。塑料注射成型机是热塑性制品的成型加工设备，它将颗粒塑料加热熔化后，高压快速注入模腔，经一定时间的保压，冷却后成型为塑料制品。本次设计主要完成了以下设计内容：注塑机的各个动作液压回路以及注射成型工艺过程分析，绘制工作原理图；液压结构设计与绘图。液压缸设计中，缸体与缸盖采用外半环连接方式，活塞杆与活塞螺纹采用组合式结构中的螺纹连接。液压控制装置的结构采用块式集成设计块式。本设计中采用钟形罩立式安装，通过液压泵上的轴端法兰实现泵与钟形罩的连接，钟形罩再与带发兰的立式电动机连接，依靠钟形罩上的止口保证液压泵与电动机的同轴度。关键词：注塑机，液压系统，液压缸120 Injection molding machine Hydraulic system designABSTRACTThe completion of this subject 120g small injection molding machine hydraulic system. Plastic injection molding is a thermoplastic products, processing equipment, it will heat melting plastic particles, high speed injection mold cavity, after some time packing, cool molding for the plastic products. This design was completed for the following design elements: principles and theoretical study of injection molding and injection molding process analysis; low power and highly efficient energy-saving hydraulic system design, schematic drawing of work; hydraulic structure design and drawing. Hydraulic cylinder design, the cylinder block and cylinder head connection with external half-ring, piston rod and piston screw thread used to connect modular structure. The structure of hydraulic control unit integrated with block block design, made of 6-sided universal manifold block (Manifold). This design uses vertical installation of the bell jar, pump the shaft through the pump flange to achieve the connection with Bell, Bell again and vertical motors with flange connection, relying on the only bell-shaped hood hydraulic pump and motor mouth to ensure concentricity.KEY WORDS: Injection molding machine ，Hydraulic System，Hydraulic cylinder1目录前 言1第1章 绪 论31.1 注塑机概述31.2 注射机的工作循环3第2章 120型注塑机液压系统设计42.1 120型注射机液压系统设计要求及有关设计参数42.1.1 对液压系统的要求42.1.2 液压系统设计参数42.2 液压执行元件载荷力和载荷转矩计算42.2.1 各液压缸的载荷力计算42.2.2 进料液压马达载荷转矩计算62.3 液压系统主要参数计算62.3.1 初选系统工作压力62.3.2 液压缸的主要结构尺寸计算62.3.3 液压马达的排量计算102.3.4 液压执行元件实际工作压力计算102.3.5 计算液压执行元件实际所需流量132.4 制定系统方案和拟定液压系统图142.4.1 制定系统方案142.4.2 拟定液压系统图152.4.3 液压系统工作原理172.5 液压元件的选择202.5.1 液压泵的选择202.5.2 电动机功率的确定212.5.3 液压阀的选择222.5.4 液压马达的选择232.5.5 油管内径计算232.6 液压系统性能验算232.6.1 验算回路中的压力损失232.6.2 液压系统发热温升计算252.7 液压缸的设计282.7.1 液压缸壁厚和外径的计算282.7.2 液压缸工作行程的确定302.7.3 缸盖厚度的确定312.7.4 最小导向长度的确定322.7.5 缸体长度的确定342.7.6 液压缸的结构设计34第3章 液压集成块的设计373.1 块式集成的结构373.2 块式集成的特点373.3 块式集成液压控制装置的设计373.3.1 块的设计383.3.2 确定孔道直径及通油孔间的壁厚383.3.3 中间块外形尺寸的确定393.3.4 布置集成块上的液压元件393.3.5 集成块油路的压力损失403.3.6 集成块的材料和主要技术要求40第4章 注塑机动力装置设计424.1 液压动力源装置的组成424.2 液压油箱的设计434.2.1 确定油箱的有效容积434.2.2 液压油箱的外形尺寸434.2.3 液压油箱的结构设计44结论48谢 辞49参考文献50外文资料翻译51前 言注塑机是塑料机械的主要品种之一占塑料机械总产值的38%有1/3的塑料制品是由注塑机生产的。中国注塑机企业主要分布在东南沿海、珠江三角洲一带其中宁波地区发展势头最猛现已成为中国最大的注塑机生产基地年生产量占国内注塑机年总产量1/2以上占世界注塑机的1/3。 中国注塑机虽然发展很快、生产品种也较多，基本上能供给国内塑料原料加工与塑料跋喙毓抵破酚玫拇邓芑档炔75制品加工、成型所需的一般技术装备个别产品也进入世界前列但与工业发达国家如德国、日本、意大利相比中国注塑机还有一定差距主要表现在品种少、能耗高、控制水平低、性能不稳定等方面。 目前中国注塑机产品主要集中在通用的中小型设备上技术含量低20世纪80-90年代的低档产品供大于求机械制造能力过剩企业效益下降。有的品种特别是超精大型高档产品还是空白仍需进口。据2001年统计中国进口注塑机使用外汇11.2亿美元而出口注塑机创汇只有1.3亿美元进口远大于出口。 中国加入世界经贸组织(WTO)后国外的机械制造业加速对华转移世界一些知名的注塑机企业如德国德马克、克虏伯、巴登菲尔日本住友重工等公司先后“进驻”中国有的还进一步设立了技术中心。国外注塑机制造商的进入给中国注塑机行业带来了发展活力同时也使中国注塑机制造企业充满了机遇与挑战。 从50年代技术创新推出了螺杆式塑料注塑成型机至今已有50多年的历史。目前在工程塑料业中80采用了注塑成型。近年来由于汽车、建筑、家用电器、食品、医药等产业对注塑制品日益增长的需要推动了注塑成型技术水平的发展和提高。我国塑料机械2000年销售额在70亿元人民币左右以台数记约为8.5万台其中40左右是注塑成型机。从美国、日本、德国、意大利、加拿大等主要生产国来看注塑机的产量都在逐年增加在塑料机械中占的比重最大。 从注塑机问世起锁模力在10005000kN注塑量在502000g的中小型注塑机占绝大多数。到了70年代后期由于工程塑料的发展特别是在汽车、船舶、宇航、机械以及大型家用电器方面的广泛应用使大型注塑机得到了迅速发展。美国最为明显。在1980年全美国约有140台10000kN以上锁模力的大型注塑机投入巾场到1985年增至500多台。日本名机公司已经成功地制造了当今世界最大的注塑机其锁模力达到120000kN注塑量达到92000。洛阳理工学院毕业设计（论文）第1章 绪 论1.1 注塑机概述大型塑料注射机目前都是全液压控制。其基本工作原理是：粒状塑料通过料斗进入螺旋推进器中，螺杆转动，将料向前推进，同时，因螺杆外装有电加热器，而将料熔化成粘液状态，在此之前，合模机构已将模具闭合，当物料在螺旋推进器前端形成一定压力时，注射机构开始将液状料高压快速注射到模具型腔之中，经一定时间的保压冷却后，开模将成型的塑科制品顶出，便完成了一个动作循环。1.2 注射机的工作循环注射机的工作循环为：合模注射保压冷却开模顶出 螺杆预塑进料其中合模的动作又分为：快速合模、慢速合模、锁模。锁模的时间较长，直到开模前这段时间都是锁模阶段。39第2章 120型注塑机液压系统设计2.1 120型注射机液压系统设计要求及有关设计参数2.1.1 对液压系统的要求1. 合模运动要平稳，两片模具闭合时不应有冲击。2. 当模具闭合后，合模机构应保持闭合压力，防止注射时将模具冲开。注射后，注射机构应保持注射压力，使塑料充满型腔。3. 预塑进料时，螺杆转动，料被推到螺杆前端，这时，螺杆同注射机构一起向后退，为使螺杆前端的塑料有一定的密度，注射机构必需有一定的后退阻力。4. 为保证安全生产，系统应设有安全联锁装置。2.1.2 液压系统设计参数250克塑料注射机液压系统设计参数如下：螺杆直径 35mm螺杆行程 200mm最大注射压力 100Mpa螺杆驱动功率 6kW螺杆转速 65r/min注射座行程 250mm注射座最大推力 27kN最大合模力(锁模力) 900kN开模力 49kN动模板最大行程 400mm快速闭模速度 0.1m/s慢速闭模速度 0.02m/s快速开模速度 0.15m/s慢速开模速度 0.03m/s注射速度 0.08m/s注射座前进速度 0.06m/s注射座后移速度 0.08m/s2.2 液压执行元件载荷力和载荷转矩计算2.2.1 各液压缸的载荷力计算1. 合模缸的载荷力合模阶段：合模缸在模具闭合过程中是轻载，其外载荷主要是动模及其连动部件的起动惯性力和导轨的摩擦力。锁模阶段：动模停止运动，其外载荷就是给定的锁模力。开模阶段：液压缸除要克服给定的开模力外，还克服运动部件的摩擦阻力。2. 注射座移动缸的载荷力座移缸在推进和退回注射座的过程中，同样要克服摩擦阻力和惯性力，只有当喷嘴接触模具时，才须满足注射座最大推力。3. 注射缸载荷力注射缸的载荷力在整个注射过程中是变化的，计算时，只须求出最大载荷力。式中 d螺杆直径p喷嘴处最大注射压力由给定参数知：d0.035m p100Mpa由此求得 96.2kN各液压缸的外载荷力计算结果列于表l。取液压缸的机械效率为0.95，求得相应的作用于活塞上的载荷力，并列于表2-1中。表2-1各液压缸的载荷力液压缸名称工况液压缸外载荷活塞上的载荷力合模缸合模9094.74锁模900947.37开模4951.58座移缸移动2.72.84预紧2728.42注射缸注射96.2101.22.2.2 进料液压马达载荷转矩计算已知：螺杆驱动功率 Pc=6kW 螺杆转速 n=60r/min取液压马达的机械效率为则其载荷转矩2.3 液压系统主要参数计算2.3.1 初选系统工作压力120g塑料注射机属小型液压机，载荷最大时为锁模工况，此时，高压油用增压缸提供；其他工况时，载荷都不太高，参考设计手册（表2-2），初步确定系统工作压力为6.5MPa。表2-2 按载荷选择液压系统工作压力负载力/kN50工作压力/Mpa52.3.2 液压缸的主要结构尺寸计算1. 确定合模缸的活塞及活塞杆直径合模缸最大载荷时，为锁模工况，其载荷力为947.37kN，工作在活塞杆受压状态。活塞直径此时p1是由增压缸提供的增压后的进油压力，初定增压比为6，则66.5MPa39Mpa锁模工况时，回油流量极小，故p20，求得合模缸的活塞直径为表2-3 常用液压缸内径D（GB2348-80） (mm)810121620253240506380(90)100(110)125(140)160(180)200(220)250320400500630查表2-3取Dh0.18m 表2-4 按工作压力选取d/D工作压力/Mpa7.0d/D0.50.550.620.70 0.7按表2-4 取d/D0.7则活塞杆直径dh0.70.18m0.126m表2-6 活塞杆直径系列 （GB2348-80） （mm）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400查表2-6 取dh0.125m。为设计简单加工方便，将增压缸的缸体与合模缸体做成一体(见图1)，增压缸的活塞直径为Dh0.18m。其活塞杆直径按增压比为6，求得图2-1 增压缸和合模缸查表2-6 取dz0.07m2. 注射座移动缸的活塞和活塞杆直径座移动缸最大载荷为其顶紧之时此时缸的回油流量虽经节流阀，但流量极小，故背压视为零，则其活塞直径为查表2-3 取Dy0.1m由给定的设计参数知，注射座往复速比为0.080.061.33表2-7 缸径、速比、活塞杆直径的关系 （JB1068-67） (mm)缸筒内径D速 比 21.461.331.251.154028222018145035283522186345353228228055454035289060504540321007055504535110806055504012590706055451401008070605015010585756555160110908070551801251009080632001401101009070查表2-7 得活塞杆直径为：dy=0.05m则d/D=0.05/0.1=0.53. 确定注射缸的活塞及活塞杆直径当液态塑料充满模具型腔时，注射缸的载荷达到最大值101.2kN，此时注射缸活塞移动速度也近似等于零，回油量极小；故背压可以忽略不计，这样查表2-3 取0.16m；活塞杆的直径一般与螺杆外径相同，取ds0.035m。2.3.3 液压马达的排量计算液压马达是单向旋转的，其回油直接回油箱，视其出口压力为零，容积效率为，这样计算得：2.3.4 液压执行元件实际工作压力计算按最后确定的液压缸的结构尺寸和液压马达排量，计算出各工况时液压执行元件实际工作压力。根据所选用用液压系统压力选择合理的背压值。表2-8 执行元件背压的估计值系统类型背压中、低压系统08Mpa简单系统，一般轻载节流调速系统0.20.5出口带调速阀的调速系统0.50.8出口带背压阀0.51.5带补油泵的闭式回路0.81.5中、高压系统 816Mpa带补油泵的闭式回路比中低压系统高50%100%高压系统 1632Mpa如锻压机械等初算时背压可忽略不计1. 合模缸工作压力计算已求得：外载荷F=94.74kN 取背压力P2=0.3Mpa 活塞直径Dh0.18m 活塞杆直径dh0.125m进油腔作用面积回油腔作用面积得合模缸工作压力2. 锁模状态时增压缸工作压力已求得：外载荷F=947.37kN 取背压力P2=0Mpa 活塞直径Dh0.18m 合模缸活塞杆直径dh0.125m 增压缸活塞杆直径dz0.07m 进油腔作用面积回油腔作用面积因 P1A1=P3A3锁模状态增压缸工作压力 3. 注射座移动缸工作压力（1）注射座前进状态已求得：外载荷F=2.84kN 取背压力P2=0.5Mpa 活塞直径Dy0.1m 活塞杆直径dy0.05m进油腔作用面积回油腔作用面积得此状态注射座移动缸工作压力（2）注射座顶紧状态已求得：外载荷F=28.42kN 取背压力P2=0Mpa 活塞直径Dy0.1m 活塞杆直径dy0.05m进油腔作用面积得此状态注射座移动缸工作压力4. 注射缸工作压力已求得：外载荷F101.2 kN 取背压力P2=0.3Mpa 注射缸活塞直径0.16m注射缸活塞杆直径ds0.035m进油腔作用面积回油腔作用面积得此状态注射座移动缸工作压力5. 预塑进料液压马达工作压力已求得：外载荷转矩T=1005.69 容积效率进料液压马达工作压力表2-9 液压执行元件实际工作压力工况执行元件名称载荷背压力P2/MPa工作压力P1/MPa计算公式合模行程合模缸94.74kN0.33.89锁模增压缸947.37 kN5.67座前进座移缸2.84 kN0.50.737座顶紧28.42 kN3.62注射注射缸101.2 kN0.35.34预塑进料液压马达1005.696.52.3.5 计算液压执行元件实际所需流量根据最后确定的液压缸的结构尺寸或液压马达的排量及其运动速度或转速，计算出各液压执行元件实际所需流量。表2-10 液压执行元件流量工况执行元件名称运动速度结构参数流量/（）计算公式慢速合模合模缸0.020.51快速合模0.12.54座前进座移缸0.060.47座后退0.080.47注射注射缸0.081.6预塑进料液压马达651.11慢速开模合模缸0.030.4快速开模0.151.982.4 制定系统方案和拟定液压系统图2.4.1 制定系统方案1. 执行机构的确定本机动作机构除螺杆是单向旋转外，其他机构均为直线往复运动。各直线运动机构均采用单活塞杆双作用液压缸直接驱动，螺杆则用液压马达驱动。从给定的设计参数可知，锁模时所需的力最大，为947.37kN。为此设置增压液压缸，得到锁模时的局部高压来保证锁模力。2. 合模缸动作回路 合模缸要求其实现快速、慢速、锁模，开模动作。其运动方向由电液换向阀直接控制。快速运动时，需要有较大流量供给。慢速合模只要有小流量供给即可。锁模时，由增压缸供油。3. 液压马达动作回路 螺杆不要求反转，所以液压马达单向旋转即可，由于其转速要求较高，而对速度平稳性无过高要求，故采用旁路节流调速方式。4. 注射缸动作回路 注射缸运动速度也较快，平稳性要求不高，故也采用旁路节流调速方式。由于预塑时有背压要求，在无杆腔出口处串联背压阀。5. 注射座移动缸动作回路 注射座移动缸，采用回油节流调速回路。工艺要求其不工作时，处于浮动状态，故采用Y型中位机能的电磁换向阀。6. 安全联锁措施本系统为保证安全生产，设置了安全门，在安全门下端装一个行程阀，用来控制合模缸的动作。将行程阀串在控制合模缸换向的液动阀控制油路上，安全门没有关闭时，行程阀没被压下，液动换向阀不能进控制油，电液换向阀不能换向，合模缸也不能合模。只有操作者离开，将安全门关闭，压下行程阀，合模缸才能合模，从而保障了人身安全。7. 液压源的选择该液压系统在整个工作循环中需油量变化较大，另外，闭模和注射后又要求有较长时间的保压，所以选用双泵供油系统。液压缸快速动作时，双泵同时供油，慢速动作或保压时由小泵单独供油，这样可减少功率损失，提高系统效率。2.4.2 拟定液压系统图液压执行元件以及各基本回路确定之后，把它们有机地组合在一起。去掉重复多余的元件，把控制液压马达的换向阀与泵的卸荷阀合并，使之一阀两用。考虑注射缸同合模缸之间有顺序动作的要求，两回路接合部串联单向顺序阀。再加上其他一些辅助元件便构成了120塑料注射机完整的液压系统图。图2-2 液压系统原理图2.4.3 液压系统工作原理1. 关安全门为了保证操作安全，注塑机都装有安全门。关安全门，行程阀6恢复常位，合模缸才能动作，开始整个动作循环。2. 合模动模板慢速启动、快速前移，接近定模板时，液压系统转为低压、慢速控制。在确认模具内没有异物存在，系统转为高压使模具闭合。这里采用了液压机械式合模机构，合模缸通过对称五连杆机构推动模板进行开模和合模，连杆机构具有增力和自锁作用。（1）慢速合模 （3Y+、14Y+）大流量泵4通过电磁溢流阀5卸载，小流量泵3的压力由溢流阀31调定，泵3压力油经电液换向阀7右位进入合模缸左腔，推动活塞带动连杆慢速合模，合模缸右腔油液经阀7和冷却器回油箱。（2）快速合模 （1Y+、3Y+、14Y+）慢速合模转快速合模时，由行程开关发令使1 Y得电，泵3不再卸载，其压力油经单向阀与泵3的供油汇合，同时向合模缸供油，实现快速合模，最高压力由阀31限定。（3）低压合模 （3Y+、6Y+、14Y+）泵4卸载，泵3的压力由远程调压阀14控制。因阀32所调压力较低，合模缸推力较小，即使两个模板间有硬质异物，也不致损坏模具表面。（4）高压合模 （3Y+、4Y+、14Y+）泵4卸载，泵3供油，系统压力由高压溢流阀31控制，油液经阀10到达增压缸左腔，此时液控单向阀11不开启，合模缸回油腔油液经阀7流回油箱，高压合模并使连杆产生弹性变形，牢固地锁紧模具。3. .注射座前移（8Y+、14Y+）泵3的压力油经电磁换向阀30左位进入注射座移动缸左腔，注射座前移使喷嘴与模具接触，注射座移动缸左腔油液经阀30回油箱。4. 注射注射螺杆以一定的压力和速度将料筒前端的熔料经喷嘴注入模腔。分慢速注射与快速注射两种。（1）慢速注射 （8Y+、12Y+、14Y+） 泵3的压力油经电液换向阀28左位和单向节流阀27进入注射缸右腔，左腔油液经电液换向阀26中位回油箱，注射缸活塞带动注射螺杆慢速注射。（2）快速注射 （1Y+、8Y+、11Y+、12Y+、14Y+）泵3和泵4的压力油经电液换向阀26右位进入注射缸右腔，左腔油液经阀26回油箱。由于两个泵同时供油，且不经过单向节流阀27，注射速度加快。5. 保压 （7Y=、8Y+、12Y+、14Y+）由于注射缸对模腔内的熔料实行保压并补塑，只需少量油液，所以泵4卸载，泵3单独供油，多余的油液经溢流阀31溢回油箱，保压压力由远程调压阀33调节。6. 预塑 （1Y+、8Y+、13Y+、14Y+） 保压完毕，从料斗加入的物料随着螺杆的转动被带至料筒前端，进行加热塑化，并建立起一定压力。当螺杆头部熔料压力到达能克服注射缸活塞退回的阻力时，螺杆开始后退。后退到预定位置，即螺杆头部熔料达到所需注射量时，螺杆停止转动和后退，准备一下次注射。与此同时，在模腔内的制品冷却成型。7. 注射座后退 （9Y+、14Y+）保压结束，注射座后退。泵4卸载，泵3压力油经阀30左位使注射座后退。8. 开模开模速度一般为慢快慢（1）慢速开模1 （2Y+、14Y+） 泵4卸载，泵3压力油经电液换向阀7左位进入合模缸右腔，左腔油液经阀7回油箱。（2）快速开模 （1Y+、2Y+、14Y+）泵3和泵4合流向合模缸右腔供油，开模速度加快。（3）慢速开模2 （2Y+、14Y+） 泵4卸载，泵3压力油经电液换向阀7左位进入合模缸右腔，左腔油液经阀7回油箱。9. 顶出（1）顶出缸前进（5Y+、14Y+） 泵4卸载，泵3压力油经电磁换向阀6右位，单向节流阀12进入顶出缸左腔，推动顶出制品，其运动速度由单向节流阀12调节，溢流阀31为定压阀。（2）顶出缸后退 （14Y+） 泵3的压力油经阀9常位使顶出缸后退。10. 螺杆后退（10Y+、14Y+） 为了拆卸螺杆，有时需要螺杆后退。这时电磁铁10Y、14Y得电，泵4卸载，泵3压力油经左位进入注射缸左腔，注射缸活塞携带螺杆后退。当电磁铁11Y、14Y得电时，螺杆前进。表2-11 液压系统电磁铁动作顺序2.5 液压元件的选择 2.5.1 液压泵的选择1. 液压泵工作压力的确定是液压执行元件的最高工作压力，对于本系统，最高压力预塑进料阶段液压马达进入压力，6.5MPa；p是泵到执行元件间总的管路损失。由系统图可见，从液压泵到液压马达之间串接有一个单向阀、一个电液换向阀和一个单向节流阀，取p0.5MPa。液压泵工作压力为2. 液压泵流量的确定由工况图看出，系统最大流量发生在快速合模工况，取泄漏系数K为1.2求得液压泵流量 (186L/min)表2-12 各类液压泵性能比较及应用 类 型性能参数齿轮泵叶片泵柱塞泵单作用（变 量）双作用轴 向柱塞式径 向柱塞式压力范围Mpa2212.56.36.32121401020排量范围0.365013200.54800.2360020720转速范围/30070005002000500400060060007001800容积效率/%70958592809488938090总效率/%63877185658281888183流量脉动/%127152功率质量比中小中中小噪 声稍 高中中大中耐污能力中 等中中中中价格最低中中低高高应用一般常用于机床液压系统及低压大流量的一些系统或控制系统在中、低压液压系统中用得较多，常用于精密机床及一些大功率较大的设备上。在各类机床设备中得到广泛应用，在注塑机、运输装卸机械、液压机和工程机械。在各类高压系统中应用非常广泛，如冶金、锻压、矿山，起重机械、工程机械。多用于10Mpa以上的各类液压系统中，由于体积大，重量大，耐冲击性好。选用PV2R型双联叶片泵，当压力为7 MPa时，大泵流量为157.3L/min，小泵流量为44.1L/min。2.5.2 电动机功率的确定注射机在整个动作循环中，系统的压力和流量都是变化的，所需功率变化较大，为满足整个工作循环的需要，按较大功率段来确定电动机功率。从工况图看出，快速注射工况系统的压力和流量均较大。此时，大小泵同时参加工作，小泵排油除保证锁模压力外，还通过顺序阀将压力油供给注射缸，大小泵出油汇合推动注射缸前进。前面的计算已知，小泵供油压力为，考虑大泵到注射缸之间的管路损失，大泵供油压力应为，取泵的总效率，泵的总驱动功率为考虑到注射时间较短，不过3s，而电动机一般允许短时间超载25%，这样电动机功率还可降低一些。P23.480%18.72 kW验算其他工况时，液压泵的驱动功率均小于或近于此值。查产品样本，选用22kW的电动机。2.5.3 液压阀的选择选择液压阀主要根据阀的工作压力和通过阀的流量。本系统工作压力在7MPa左右，所以液压阀都选用中、高压阀。所选阀的规格型号见表2-13。表2-13 120塑料注射机液压阀名细表序号名称实际流量（L/s）选用规格5电磁溢流阀2.62YF-B20C6二位四通电磁换向阀0.534DYY-B32H-T7三位四通电液换向阀2.5424DO-H10H-T8行程阀2.5424C-10B9单向阀0.735DF-B10K10二位四通电液换向阀0.73524DO-H10H-T11液控单向阀2.54AY-H32B12单向节流阀0.5LF-B10C24旁通型调速阀1.11QF-B10C26三位四通电液换向阀1.624DO-H10H-T27单向节流阀1.6LF-B10C28三位四通电液换向阀1.1124DO-H10H-T29背压阀0.530三位四通电磁换向阀0.4734DYY-B32H-T31电磁溢流阀0.6YF-B20C32远程调压阀0.633远程调压阀0.634三位四通电磁换向阀0.534DYY-B32H-T2.5.4 液压马达的选择已求得液压马达的排量为1Lr，正常工作时，输出转矩1005.69N.m，系统工作压力为7MPa。选SZM0.9双斜盘轴向柱塞式液压马达。其理论排量为1.08L/r，额定压力为20MPa，额定转速为8l00r/min，最高转矩为3057Nm，机械效率大于0.90。2.5.5 油管内径计算本系统管路较为复杂，取其主要几条(其余略)，有关参数及计算结果列于表2-14。表2-14 主要管路内径管路名称通过流量（L/s）允许流速（L/s）管路内径/m实际取值/m大泵吸油管2.620.850.0630.065小泵吸油管0.73510.0310.032大泵排油管2.624.50.0270.032小泵排油管0.7354.50.0140.015双泵并联后管路3.364.50.0310.032注射缸进油管路2.664.50.0280.0322.6 液压系统性能验算2.6.1 验算回路中的压力损失本系统较为复杂，有多个液压执行元件动作回路，其中环节较多，管路损失较大的要算注射缸动作回路，故主要验算由泵到注射缸这段管路的损失。1. 沿程压力损失沿程压力损失，主要是注射缸快速注射时进油管路的压力损失。此管路长 5m，管内径0.032m，快速时通过流量2.7L/s；选用20号机械系统损耗油，正常运转后油的运动粘度27mm2/s，油的密度918kg/m3。油在管路中的实际流速为油在管路中呈紊流流动状态，其沿程阻力系数为：求得沿程压力损失为：2. 局部压力损失局部压力损失包括通过管路中折管和管接头等处的管路局部压力损失p2，以及通过控制阀的局部压力损失p3。其中管路局部压力损失相对来说小得多，故主要计算通过控制阀的局部压力损失。从小泵出口到注射缸进油口，要经过顺序阀17，电液换向阀2及单向顺序阀18。单向顺序伺17的额定流量为50L/min，额定压力损失为0.4MPa。电液换向阀2的额定流量为190L/min，额定压力损失0.3 MPa。单向顺序阀18的额定流量为150L/min，额定压力损失0.2 MPa。通过各阀的局部压力损失之和为从大泵出油口到注射缸进油口要经过单向阀13，电液换向阀2和单向顺序阀18。单向阀13的额定流量为250L/min，额定压力损失为0.2 MPa。通过各阀的局部压力损失之和为：由以上计算结果可求得快速注射时，小泵到注射缸之间总的压力损失为p1(0.030.88)MPa0.91MPa大泵到注射缸之间总的压力损失为p2(0.030.65)MPa0.68MPa由计算结果看，大小泵的实际出口压力距泵的额定压力还有一定的压力裕度，所选泵是适合的。另外要说明的一点是：在整个注射过程中，注射压力是不断变化的，注射缸的进口压力也随之由小到大变化，当注射压力达到最大时，注射缸活塞的运动速度也将近似等于零，此时管路的压力损失随流量的减小而减少。泵的实际出口压力要比以上计算值小一些。综合考虑各工况的需要，确定系统的最高工作压力为6.8MPa，也就是溢流阀7的调定压力。2.6.2 液压系统发热温升计算1. 计算发热功率液压系统的功率损失全部转化为热量。发热功率计算如下PhrPrPc对本系统来说，Pr是整个工作循环中双泵的平均输入功率。表2-15双泵各状态功率工况泵工作状态出口压力/MPa总输入功率/kW工作时间/s说明小泵大泵小泵大泵慢速合模+-3.890.361小泵额定流量大泵额定流量泵的总效率：正常工作时卸荷时快速合模+44.1617.32增压锁模+-5.670.38.90.5注射=+5.676.1527.83保压+-5.670.38.916进料+5.676.326.915冷却+-5.670.38.915快速开模+4.24.418.1.5慢速开模+-3.90.36.21注：表中+表示正常工作，-表示卸荷。求系统的输出有效功率：由前面给定参数及计算结果可知：合模缸的外载荷为90kN，行程0.35m；注射缸的外载荷为192kN，行程0.2m；预塑螺杆有效功率5kW，工作时间15s；开模时外载荷近同合模，行程也相同。注射机输出有效功率主要是以上这些。总的发热功率为：Phr(15.33)kW12.3kW2. 计算散热功率前面初步求得油箱的有效容积为1m3，按V0.8abh求得油箱各边之积：abh1/0.8m31.25m3取a为1.25m，b、h分别为1m。求得油箱散热面积为：At1.8h(ab)1.5ab(1.8l(1.251) 1.51.25)m2 5.9m2油箱的散热功率为：PhcK1AtT式中 K1油箱散热系数，查表51，K1取16W/(m2)；T油温与环境温度之差，取T35。Phc165.935kW3.3kWPhr12.3kW由此可见，油箱的散热远远满足不了系统散热的要求，管路散热是极小的，需要另设冷却器。3. 冷却器所需冷却面积的计算冷却面积为：式中 K传热系数，用管式冷却器时，取K116W(m2)； tm平均温升()；取油进入冷却器的温度T160，油流出冷却器的温度T250，冷却水入口温度tl25，冷却水出口温度t230。则：所需冷却器的散热面积为：考虑到冷却器长期使用时，设备腐蚀和油垢、水垢对传热的影响，冷却面积应比计算值大30，实际选用冷却器散热面积为：A1.32.8m23.6m2注意；系统设计的方案不是唯一的，关键要进行方案论证，从中选择较为合理的方案。同一个方案，设计者不同，也可以设计出不同的结果，例如系统压力的选择、执行元件的选择、阀类元件的选择等等都可能不同。图2-3 系统工况图2.7 液压缸的设计2.7.1 液压缸壁厚和外径的计算1. 合模液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径D与其壁厚的比值的圆筒称为薄壁圆筒。起重机械和工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算式中 液压缸壁厚(m)；D液压缸内径(m)，合模缸Dh0.18m；试验压力，一般取最大工作压力的(1.251.5)倍；缸筒材料的许用应力。其值为：锻钢：；铸钢：；无缝钢管：；高强度铸铁：。这里选用无缝钢管。在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够，如在切削过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式进行校核。合模液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外经为为表2-16 液压缸缸筒外径 （mm）压 力（Mpa）缸筒外径材 料40 50 63 80 90 100 110125 140 （150） 160 180 20012.51650 60 76 95 108 121 133146 168 180 194 219 24520号无缝钢 管2050 60 76 95 108 121 133146 168 180 194 219 24535号或45号无缝钢 管2550 60 83 102 108 121 133152 168 180 194 219 2453254 63.5 83 102 114 127 140查表2-16 取合模液压缸外径取2. 注射座移动液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算根据计算公式：式中 液压缸壁厚(m)；D液压缸内径(m)，注射座移动液压缸Dy0.1m；试验压力，一般取最大工作压力的(1.251.5)倍；缸筒材料的许用应力。无缝钢管：；缸体外径查表2-16 取注射座移动缸外径3. 注射液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算根据计算公式：式中 液压缸壁厚(m)；D液压缸内径(m)，注射缸0.16m；试验压力，一般取最大工作压力的(1.251.5)倍；缸筒材料的许用应力。无缝钢管：；缸体外径查表2-16 取注射座移动缸外径2.7.2 液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定2-6液压缸活塞行程参数系列（GB234980） （mm）255080100125160200250320400500630800100012501600200025003200400040639011014018022028036045055070090011001400180022002800390024026030034038042048053060065075085095010501200130015001700190021002400260030003800注：液压缸活塞行程参数依、次序优先选用。合模液压缸工作行程选 注射座移动缸行程注射缸行程2.7.3 缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两式进行近似计算。无孔时 有孔时 式中 t缸盖有效厚度(m)；缸盖止口内径(m)；缸盖孔的直径(m)。液压缸：无孔时 ，取 t=20mm有孔时，取 t=50mm夹紧与定位液压缸：无孔时，取t=17mm有孔时：，取t=35mm2.7.4 最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离H称为最小导向长度（如下图2-4所示）。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度（间隙引起的挠度）增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。图2-4 液压缸的导向长度对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求：式中 L液压缸的最大行程；D液压缸的内径。活塞的宽度B一般取B=(0.61.0)D；缸盖滑动支承面的长度，根据液压缸内径D而定；当D80mm时，取。为保证最小导向长度H，若过分增大和B都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定，即1. 合模液压缸：最小导向长度：，取H=130mm活塞宽度：B=0.8D=144mmD80mm，取缸盖滑动支承面长度：合模缸活塞隔套长度：2. 注射座移动液压缸最小导向长度：，取H=63mm活塞宽度：B=0.8D=80mm，取 B=80mmD80mm时，取缸盖滑动支承面长度：注射座移动缸活塞隔套长度：3. 注射液压缸最小导向长度：，取H=90mm活塞宽度：B=0.8D=128mm，取 B=128mmD80mm时，取缸盖滑动支承面长度：注射缸活塞隔套长度：2.7.5 缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的2030倍。1. 合模液压缸：缸体内部长度2. 注射座移动液压缸：缸体内部长度3. 注射液压缸：缸体内部长度2.7.6 液压缸的结构设计液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括：缸体与缸盖的连接结构、活塞与活塞杆的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、排气装置及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同，结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。1. 缸体与缸盖的连接形式缸体与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。本次设计中采用外半环连接，如下图2-4所示：图2-5 缸体与缸盖外半环连接方式优点：结构较简单；加工装配方便缺点：外型尺寸大；缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸筒壁厚2. 活塞杆与活塞的连接结构参阅P15表2-8，采用组合式结构中的螺纹连接。如下图2-5所示：图2-6 活塞杆与活塞螺纹连接方式特点：结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置。应用较多，如组合机床与工程机械上的液压缸。3. 活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可做成与端盖分开的导向套结构。后者导向套磨损后便于更换，所以应用较普遍。导向套的位置可安装在密封圈的内侧，也可以装在外侧。机床和工程机械中一般采用装在内侧的结构，有利于导向套的润滑；而油压机常采用装在外侧的结构，在高压下工作时，使密封圈有足够的油压将唇边张开，以提高密封性能。在本次设计中，采用导向套导向的结构形式，其特点为： 导向套与活塞杆接触支承导向，磨损后便于更换，导向套也可用耐磨材料。盖与杆的密封常采用Y形、V形密封装置。密封可靠适用于中高压液压缸。 防尘方式常用J形或三角形防尘装置。活塞及活塞杆处密封圈的选用活塞及活塞杆处的密封圈的选用，应根据密封的部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。在本次设计中采用O形密封圈。第3章 液压集成块的设计3.1 块式集成的结构块式集成是按典型液压系统的各种基本回路，做成通用化的6面体油路块（集成块），通常其四周除1面安装通向液压执行器（液压缸或液压马达）的管接头外，其余3面安装标准的板式液压阀及少量叠加阀或插装阀，这些液压阀之间的油路联系由油路块内部的通道孔实现，块的上下两面为块间叠积结合面，布有由下向上贯穿通道体的公用压力油孔P、回油孔O（T）、泄漏油孔L及块间连接螺栓孔，多个回路块叠积在一起，通过4只长螺栓固紧后，各块之间的油路联系通过公用油孔来实现。3.2 块式集成的特点可简化设计；设计灵活、更改方便；易于加工、专业化程度高；结构紧凑、装配维护方便；系统运行效率较高块式集成的主要缺点是集成块的孔系设计和加工容易出错，需要一定的设计和制造经验3.3 块式集成液压控制装置的设计集成块单元回路实质上是液压系统原理图的一个等效转换。分解集成块单元回路时，应优先采用现有系列集成块单元回路，以减少设计工作量。集