毕业设计--液压系统设计计算实例

1、XSZY250A型塑料注射成型机液压系统第一章绪论注塑机具有能一次成型外型复杂、尺寸精确或带有金属嵌件的质地密致的塑料制品，被广泛应用于国防、机电、汽车、交通运输、建材、包装、农业、文教卫生及人们日常生活各个领域。在塑料工业迅速发展的今天，注塑机不论在数量上或品种上都占有重要地位，其生产总数占整个塑料成型设备的20%-30%,从而成为目前塑料机械中增长最快，生产数量最多的机种之一。据有关资料统计，2003-2006年我国出口注塑机18383台（套），进口注塑机82959台（套），其中2005年我国注塑机产量达到120000台，其销售额占塑机总销售额的42.9%。因此注射机应用的越来越广泛了。我

2、国塑料加工企业星罗其布，遍布全国各地，设备的技术水平参差不齐，大多数加工企业的设备都需要技术改造。这几年来，我国塑机行业的技术进步十分显著，尤其是注塑机的技术水平与国外名牌产品的差距大大缩小，在控制水平、产品内部质量和外观造型等方面均取得显著改观。选择国产设备，以较小的投入，同样也能生产出与进口设备质量相当的产品。这些为企业的技术改造创造了条件。注射成型是通过注塑机和模具来实现的。尽管注塑机的类型很多，但是无论那种注塑机，其基本功能有两个：（1）加热塑料，使其达到熔化状态；（2）对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。注塑机通常由注射系统、合模系统、液压传达动系统、电气控制系统、润滑系统、

3、加热及冷却系统、安全监测系统等组成。（1）注塑系统注射系统的组成：注射系统由塑化装置和动力传递装置组成。（2）合模系统合模系统的组成：合模系统主要由合模装置、调模机构、顶出机构、前后固定模板、移动模板、合模油缸和安全保护机构组成。（3）液压系统液压传动系统的作用是实现注塑机按工艺过程所要求的各种动作提供动力，并满足注塑机各部分所需压力、速度、温度等的要求。(4)电气控制系统电气控制系统与液压系统合理配合，可实现注射机的工艺过程要求(压力、温度、速度、时间)和各种程序动作。(5)润滑系统润滑系统是注塑机的动模板、调模装置、连杆机较等处有相对运动的部位提供润滑条件的回路，以便减少能耗和提高零件寿命

4、，润滑可以是定期的手动润滑，也可以是自动电动润滑；(6)安全保护与监测系统注塑机的安全装置主要是用来保护人、机安全的装置。主要由安全门、液压阀、限位开关、光电检测元件等组成，实现电气一一机械一一液压的联锁保护。在注塑机中液压系统属于最重要部份也是最复杂的，它能实现注塑机按工艺过程所要求的各种动作提供动力，并满足注塑机各部分所需压力、速度、温度等的要求。它能用无固定形状但确定体积的液体传递力和运动.液压系统包括(1)动力装置(2)执行装置(3)控制调节装置(4)辅助装置.因此液压系统的好坏直接导致注塑机的整体性能。本文所设计的是250克塑料注射机的液压系统。第二章设计参数及系统工况的确定2.1

5、250克塑料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)足够的合模力，熔融塑料通常以4-15Mh的高压注入模腔，因此模具必须具有足够的合模力，否则会使模具离缝而产生塑料的溢边现象。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)开模和合模速度可调节，由于既要考虑缩短空行程时间以提高生产率，又要考虑合模过程中的缓冲要求以防止损坏模具和制品，所以合模机构在开模，合模过程中需要有多种速度。(4)注射座整体前移和后退，为了适应各种塑料的加工需要，注射座移动液压缸应

6、有足够的推力，以保证注射时喷嘴与模具浇口紧密接触。(5)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；(6)注射力和注射速度可调节，根据塑料的品种，制品的几何形状及模具浇注系统的不同，注射成型过程中要求注射力和注射速度可调节。(7)保压，注射动作完成后，需要保压。保压压力也要求可调节。(8)速度平稳，顶出制品时速度平稳。(9)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40mm螺杆行程200mm最大注射压力153MPa螺杆驱动功率5kW

7、螺杆转速60r/min注射座行程230mm注射座最大推力27kN最大合模力(锁模力)900kN开模力49kN动模板最大行程快速闭模速度0.1m/s慢速闭模速度快速开模速度0.13m/s慢速开模速度注射速度0.07m/s注射座前进速度注射座后移速度0.08m/s350mm0.02m/s0.03m/s0.06m/s2.1.3系统工况塑料注射机的工作循环为:合模一注射座前移一注射一保压一冷却一注射座后退一开模一顶出一顶出缸后退一螺杆预塑进料46r4。顼塑冷却锁模Q注射10保压2.1系统工况图第三章液压系统设计3.4. 各液压缸的载荷力计算载何力分为外载荷和活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力.

8、其中外载荷又可分为：外载荷，导轨摩擦载荷，惯性载荷，外载荷就是三者之和.3.4.1 合模缸的载荷力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。锁模时，动模停止运动，其外载荷就是给定的锁模力。为900KN.根据系统参数.开模时，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。给定的参数为49KN.3.4.2 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。3.4.3 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。二2fw二一dp4式

9、中，d一螺杆直径，由给定参数知：d=0.04m；p一喷嘴处最大注射压力，已知p=153MPaFw二23.140.042=-dp=441531063=19210N各液压缸的外载荷力计算结果列于表3.1。取液压缸的机械效率为0.9,求得相应的作用于活塞上的载荷力，并列于表3.1中。机械效率0.9参考机械设计手册单行本.表3.1各液压缸的载荷力液压缸名称工况液压缸外载荷FMkN活塞上载荷力F/kN合模缸合模90100锁模9001000开模4955座移缸移动2.73顶紧2730注射缸注射1922133.5. 进料液压马达载荷转矩计算3实际输出转距Tw-=796Nm2二n23.1460/60其中pc=5

10、x103wn=60r/min取液压马达的机械效率为0.95,则其载荷转矩T=96-=838Nmm0.953.6. 液压系统主要参数计算3.6.1 初选系统工作压力250克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，初步确定系统工作压力为6.5MP33.6.2 计算液压缸的主要结构尺寸(1)确定合模缸的活塞及活塞杆直径图3.1合模缸合模缸最大载荷时，为锁模工况，其载荷力为1000kN,工作在活塞杆受压状态。活塞直径4F二L-P2(1)1此时pi是由增压缸提供的增压后的进油压力，初定增压比为5,则pi=5X6.5MPa=32.5M

11、Pa,锁模工况时，回油流量极小，故P20,求得合模缸的活塞直径为410010441000103Dh.6m=6=0.198m,3.1432.5103,1432.510取D=0.2m。根据机械设计手册单行本P25-51,d/D取0.7,则活塞杆直径dh=0.7X0.2m=0.14m,取dh=0.15m。3.1,增压缸的活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塞直径也为0.2m。其活塞杆直径按增压比为5,求得D；0.22dz-F=0.089m,取dz=0.09m。(2)注射座移动缸的活塞和活塞杆直径图3.2注射座移动缸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

12、极小，故背压视为零，则其活塞直径为4F43104Dy6m=0.076m'二Pi二6.510取Dy=0.1m由给定的设计参数知，注射座前移速度：0.06m/s注射座后移速成度：0.08m/s,注射座往复速比为0.08/0.06=1.33,根据1.33查机械设计手册P23-51。d/D=0.5则活塞杆直径为：dy=0.5X0.1m=0.05m(3)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213kN,此时注射缸活塞移动速度也近似等于零，回油量极小；故背压力可以忽略不计，这样(4F'4M21.3M104Ds=I=d6-m=0.204m,取Ds0.22

13、m二P1'二6.510活塞杆的直径一般与螺杆外径相同，取ds=0.04m。各液压缸的具体结构参考机械设计手册。3.3.3计算液压马达的排量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，机械效率为0.952-T根据公式Vm=旦”得，其中P1mTw7962m在3.3中已计算出P6.5106pa，一0.95为机械效率Vm2工P1m23.147963335m/r=0.810m/r65100.95计算液压执行元件实际工作压力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，见表3.2表3.2液压执行元件实际工作压力工况执行无件名称载荷背压力6/MR工

14、作压力D/MR计算公式合模行程合模缸100kN0.33.3R_F+P2A2A1锁模增压缸1000kN6.4座前移座移缸3kN0.50.76座顶紧30kN3.8注射注射缸213kN0.35.9预塑进料液压马达838N.m6.0REq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，见表3.3表3.3液压执元件实际所需流量工况执行元件名称运动速度(m/s)结构参数8M:(L/s)算式慢速合模合模缸0.02-2A1=0.03m0.6Q=Av快速合模0.13座前移座移缸0.06-2A1=0.008m0.48Q=Av座后退0.

15、08-2A2=0.006m0.48Q=Av注射注射缸0.07-2A1=0.038m2.7Q=Av预塑进料液压马达60q=0.873L/r0.87Q=qn慢速开模合模缸0.032A2=0.014m20.42Q=Av快速开模0.131.8制定系统方案和拟定液压系统图制定系统方案(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900kN=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

16、运动方向由电液换向阀直接控图3.3旁路节流调速制。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。旁路节流调速见图3.3(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型中位机能的电图3.4Y型电磁换向阀磁换向阀见图3.4(6)安全联锁措施本

17、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。将行程阀用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C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。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

18、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250克塑料注射机完整的7压系统图，见图3.5。图3.5250克塑料注射机液压系统图此系统具有合模，合模又分为快速合模，低压合模，高压合模。注射座前进，注射，保压，预塑，注射座后退，开模，顶出。这些动作都能在此系统中完成，具动循环表见表3.4。表3.4电磁铁动作表动、铁作1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA10YA快速合模十+慢速合模十+增压锁模+注射座前进+注射+注射保压+减压十+再增压十厂厂+预塑进料+注

19、射座后退+慢速开模+快速开模+系统卸荷液压元件的选择液压泵的选择(1)液压泵工作压力的确定液压泵的最大工作压力必须大于或等于液压执行元件最大工作压力和进油路上总压力损失这两者之和.pP>pi+EAppi是液压执行元件的最高工作压力，对于本系统，最高压力是增压缸锁模时的入口压力，pi=6.4MPa；12Ap是泵到执行元件间总的管路损失。由系统图可见，从泵到增压缸之间用接有一个单向阀和一个换向阀，取汇Ap=0.5MPa液压泵工作压力为pp=(6.4+0.5)MPa=6.9MPa图3.6双联叶片泵(2)液压泵流量的确定qP>K(Qma>)由工况图看出，系统最大流量发生在快速合模工况

20、，Eqmax=3L/so取泄漏系数K为1.2,求得液压泵流量qP=3.6L/s(216L/min)选用YYB-BC171/48B型双联叶片泵，见图3.6有关叶片泵的尺寸和结构。当压力为7MPa时，大泵流量为157.3L/min,小泵流量为44.1L/min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pp=6

21、.9MPa,考虑大泵到注射缸之间的管路损失，大泵供油压力应为pp2=(5.9+0.5)MPa=6.4MPa,取泵的总效率4p=0.8,泵的总驱动功率为_ppiqipP2q2P二二P6663107.35106.4102.6210一0.8=27.313kW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。P=27.313X100/125=21.85kW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。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7MP让右，所以液压阀都选用中、高压阀。所选阀的规格

22、型号见250克塑料注射成型机液压系统图A图纸标题栏。液压马达的选择在3.3节已求得液压马达的排量为0.8L/r,正常工作时，输出转矩769N.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0.873L/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。见图3.7图3.7液压马达油管内径和结构计算3.5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(1)大泵吸油管的内径计算：根据公式：d,1130qv式中：液体流量qv为2.62L/S流速V为0.85M/S代入公式得d_11302.62=0.06

23、3M0.85(2)小泵吸油管根据公式:d_1130qv式中：液体流量qv为0.735L/S流速V为1M/S代入公式得d*113WT=0.031M注射缸进油管路的内径计算:根据公式：d=2.qv式中qv-通过管路内的流量为2.62m3/sv管内允许流速4.5m/s根据机械设计手册P23-54查得。表3.5主要管路内径管路名称8M:L/s流速M/s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

24、管2.664.50.0280.0322.62q=20.028m.3.144.5根据计算注射缸进油管的内径为0.028m确定油箱的有效容积按下式来初步确定油箱的有效容积V=aqva一为经验系数，取a=5qv为液压泵每分钟排出压力油的容积。已知所选泵的总流量为201.4L/min,这样，液压泵每分钟排出压力油的体积为0.2m3。刚有效容积为V=5X0.2m3=1m3液压系统性能验算验算回路中的压力损失压力损失包括管路的沿程损失，管路的局部压力损失，和阀类元件的局部损失，总的压力损失为三者之和。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

25、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v=27mm2/§油的密度p=918kg/m3。油在管路中的实际流速为4q42.710一v=2"=2-=3.36m/s二d二0.032vd3.360.032R=-=3981.2300e_6、2710一油在管路中呈紊流流动状态，其沿程阻力系数为:0.3164'=0.25Re求得沿程压力损失为:2=0.03MPa0.316453.369180.25639810.03

26、2102(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Ap2,以及通过控制阀的局部压力损失AP30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。参看图3.5,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0.4MP3电液换向阀2的额定流量为190L/min,额定压力损失0.3MPa单向顺序阀18的额定流量为150L/min,额定压力损失0.2MPa。通过各阀的局部压力损失之和为444.1'2'。57.3+44.1个162p31=0.4,I

27、+0.3I+0.2.III5011190)1150!00.310.340.23MPa=0.88MPa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0.2MPa。通过各阀的局部压力损失之和为:157.3%2许32=0.2I+0.34+0.23=0.65MPaL<250J.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12P1=(0.03+0.88)MPa=0.91MPa大泵到注射缸之间总的压力损失为Ep2=(0.03+0.65)MPa=0.68MPa由计算结果看，大小泵的实际出口压力距泵的额定压

28、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。液压系统发热温升计算液压系统工作时，除执行元件驱动外载荷输出有效功率外，其余功率损失全部转化为热量，使油温升高。液压系统的功率损失主要有以下几种形式：1压泵的功率损失，2液压执行元件的功率损失，3溢流阀的功率损失，4油液流经阀或管路的功率损失。由

29、于本系统功率损失的环节太多，一一计算较麻烦，通常用以下办法计算液压系统的发热功率。(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Phr=RPc对本系统来说，P是整个工作循环中双泵的平均输入功率PrTt一工作周期p、qi、ti第i台泵的实际输出压力、流量、流量。具体的Pi、qi、ti值见表3.6。这样，可算得双泵平均输入功率Pr=12kW表3.6各工况双泵输入的功率愎自用工况系统状态出口压力MPa输出功率kw工作时间s说明小泵大泵小泵大泵慢速合模NOOFF3.630.361小泵额定流量Qi=0.74L/S大泵额定流县里Q2=2.62L/S泵的总效率：工作时np=0.8卸荷时

30、“p=0.3快速合模NONO44.1617.32增压缸NOOFF6.80.38.90.5注射NONO6.86.5827.83保压NOOFF6.80.38.916进料NONO6.86.326.915冷却NOOFF6.80.38.915快速开模NONO4.24.418.31.5慢速开模NOOFF3.90.36.21系统总输出功率求系统的输出有效功率:1Pc=TtFWisiTWjjtj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

31、。1553Pc=(1.4100.351.92100.251015)=3kW55总的发热功率为：Phr=(15.3-3)kW12.3kW(2)计算散热功率前面初步求得油箱的有效容积为1n3,按V=0.8abh求得油箱各边之积:a-bh=1/0.8m3=1.25m3取a为1.25m,b、h分别为1m求得油箱散热面积为：At=1.8h(a+b)+1.5ab=(1.8XlX(1.25+1)+1.5X1.25)m2=5.9m2图3.8油箱结构尺寸图油箱的散热功率为：Phc=KAAT式中K油箱散热系数，1g据机械设计手册p25-56查得，K取16W/(m2C)；AT油温与环境温度之差，取AT=35CoPh

32、c=16X5.9x35kW3.3kW<Phr=12.3kW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一传热系数，用管式冷却器时，取K=116W7(m2.-C)；AtmL平均温升(C)；T1T22t1t22T1、T2液压油入口的出口温度，t1、t2一冷却水或风的入口和出口温度取油进入冷却器的温度Ti=60C,油流出冷却器的温度T2=50C,冷却水入口温度ti=25C,冷却水出口温度t2=30C。则:60502530。人Atm=-=27.5C22所需冷却器的散热面积为：2=2.8m(12.33)10A二m11627.5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：A=1.3X2.8m2=3.6m2液压系统已设计完成，