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上顶式模塑机 液压 系统 设计

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毕业设计（论文）目录目录1第 1 章 绪论31.1 上顶式模塑机的发展及应用31.1.1塑料上顶式模塑机的定义31.1.2上顶式模塑机在国内外的发展现状31.1.3上顶式模塑机的应用51.2 液压系统的组成及主要参数62.1 工作原理72.2 液压系统特点12第 3 章 参数计算及元件选择133.1 参数的确定133.1.1 已知参数133.1.2 自定义参数133.2 液压元件的选择143.2.1泵的选择143.2.2电机的选取153.2.3 联轴器的选择153.2.4 滤油器的选择163.2.5管路的选取163.2.6阀的选择183.2.7其他元件的选择214.1 液压泵站的组成，分类及其位置224.1.1液压泵站的组成224.1.2泵站的设计要点234.1.3液压元件的连接方式234.2 液压阀块的设计244.2.1液压阀块的特点244.2.2阀块六个表面的功用244.2.3设计原则254.2.4尺寸标注254.2.5孔道布置254.2.6加工精度264.2.7材料选择264.2.8液压阀块的加工制造264.2.9液压阀块的调试274.3 油箱的设计274.3.1油箱的作用274.3.2油箱有效容积的确定274.3.3液压油箱的外形尺寸274.3.4油箱的结构设计274.3.5油箱附件的选择284.4 液压缸的设计284.4.1缸筒与端盖284.4.2活塞的设计294.4.3活塞杆的设计294.4.4缓冲装置的设计30结论31参考文献32致谢3232第 1 章 绪论1.1 上顶式模塑机的发展及应用1.1.1塑料上顶式模塑机的定义 塑料上顶式模塑机简称上顶式模塑机，它是将颗粒状塑料加热融化到流动状后，用模塑装置以高压、快速注入到温度较低的模具内腔，保压一定时间后冷却凝固，成型为塑料制品的设备。上顶式模塑机的工作循环过程包括合模、模塑座前移、模塑、保压、冷却预塑、模塑座后退、开模、顶出制品、顶出缸后退九个动作。以上动作分别由合模缸、模塑座缸、预塑马达、模塑缸、顶出缸完成。为权衡模具寿命、制品质量和生产率，注塑成型工艺要求模具在启闭的过程中和塑料模塑各个阶段的速度均不同；在闭模、模塑、保压等动作中，对系统压力要求亦不同。故系统控制部分较复杂。1.1.2上顶式模塑机在国内外的发展现状 近年来，我国在开发上顶式模塑机新技术，研制新机型和特殊使用机型方面取得可喜成绩，如电磁动态塑化上顶式模塑机、气体（液氮）辅助模塑技术和设备、C型机座二板机及双组分夹芯发泡注塑技术和设备等具有国际先进水平。此外，通过运用CA DCAE进行优化设计，改进与革新功能组件，并采用先进液电系统，使产品性能、效率、精度及能耗等有了明显提高。国内上顶式模塑机生产还在适应宽范围使用（精密注塑件、工程件和普通件）的不同要求，进一步扩大产品系列，一批精密型机和大型机陆续研制成功。我国制造上顶式模塑机采用数字控制的比例进一步加大，已达到60以上。目前，国内外出现一种新型全液压系列上顶式模塑机，这种机械只有少数企业生产，它与目前使用较多的“液压肘连杆式上顶式模塑机”有着很大的区别，其主要特点如下：在机械方面，采用双快速移模油缸，动模板四缸直锁式，双模板锁模框架结构；电气液压方面，采用单泵，高速增压，差动外循环，比例反馈调节的稳压油路。在机械的总体方面，无论从结构设计，还是从工艺制造或是从安全可靠的使用角度，都达到相当高的水平。其中，技术创新的地方有很多，与国外同类机相比较，无论在技术先进性方面、运动的平衡、可靠性方面以及在节能和使用寿命方面，还是在内部与外部的制造质量方面，都已接近或达到世界先进上顶式模塑机的水平；有的还取得了突破性进展，例如类似的德国最新型CD系列上顶式模塑机，其合模力只达到80吨，我国已达到500吨。另一个突破是系统的自适应能力增加，例如合模力适应注塑压力的变化；合模机构的系统变形适应模具的定位情况。1.1.3上顶式模塑机的应用 从世界范围来看，塑料工业发展速度是惊人的平均以每年15%的速度递增，大约每隔5年起产量增加一倍，预计2010年以重量计算的塑料产量将超过钢产量。塑料在结构材料的总消耗中，到2000年猛增至78%，黑色金属降低为19%。由此可见塑料机械的地位和它的发展前途。因此，生产上顶式模塑机这样高科技术品的企业，应研究一下与之相适应的产业结构与特征，需要调整与完善高科技产品结构的企业管理机制！我想只有这样，我国的住塑机行业才有希望，才会发展很快，才会有更光明的前途！1.2 液压系统的组成及主要参数塑料上顶式模塑机主要用于热塑性塑料的成形加工。该机采用连杆赠礼机构来实现合模与锁模，其液压系统具有结构紧凑、工作压力低、可靠性高、维修保养方便、驱动功率大和能量利用合理等优点。塑料上顶式模塑机由合模装置（定模板、动模板、启模合模装置、制品顶出机构），模塑部件（加料装置、料桶、螺杆、喷嘴、加料预塑装置、模塑缸及模塑座移动缸），液压传动装置，电器控制装置组成。其液压系统主要参数如下：合模力 100KN合模最大速度 35mm/s第2章 工作原理及特点2.1 工作原理上顶式模塑机属中、小型上顶式模塑机。它有三种规格，每次最大模塑容量为106173毫升，其塑化能力为3255kg/h,合模的最大锁紧力为800kN。图21为其液压系统图。该系统是由合模液压缸、模塑座移动缸、模塑缸、预塑液压马达、顶出缸等执行元件及其控制回路组成的较为复杂的中高压系统。图22液压缸。图21 上顶式模塑机液压系统图该系统由定额压力为16MPa的中高压双连叶片泵（YB-E50/25）供油。P1为大流量泵，其工作压力由溢流阀2调定为较低压力，当电磁铁1YA不通电时，P1泵的油可经电磁换向阀1卸荷。P2为小流量泵，其最高工作压力由先导式溢流阀4调为高压。当电磁阀2YA不通电时，P2泵的油可由电磁换向阀5控制，经过阀4卸荷。当电磁铁2YA通电时，分别改变电磁换向阀9和10的通油状态，可使P2泵输出油液的压力分别由先导式溢流阀6、7、8调接为比较低（比阀4调压低）的树脂。系统中需要获得快速时，可由双泵同时供油，需慢速工作时，可使大泵P1卸荷，而由小泵P2项系统供油。下面以“全自动”方式分析该液压系统的工作原理：关安全门为保证操作安全，上顶式模塑机都装有安全门，行程阀23恢复常位，合模缸才能动作，开始整个动作循环。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。1）慢速合模 电磁铁2YA、3YA、16YA通电。这时阀1右位，大泵P1卸荷；阀5右位，小泵P2供油，系统压力由阀4调为高压。在合模杠子系统中，先导电磁阀27上位接入系统，压力油进入合模缸右腔，缸右腔油流回油箱，其活塞右移，使动模板右移合模。其油路为控制油路：（使阀25换为右位）进油路：泵P2阀24（左）阀23（下）液动换向阀25右端回油路：阀25左端阀24（左）油箱主油路： （慢速高压合模由阀29调速） 进油路：泵P2阀25（右）节流阀29合模缸左腔 回右路：合模缸右腔阀27（上）阀25(右) 油箱2）快速合模 当动模板上的挡块压下行程开关S1时，电磁铁1YA、17YA通电（电磁铁2YA、3YA、16YA保持原通电状态）。这时阀1换为左位，大泵P1与P2同时向合模缸供油；二位二通电磁阀28换为上为，主进油路不再经过节流阀29，故合模缸快速合模。由于双泵并联，故系统的工作压力由溢流阀2限定。它的控制油路及主回油路同1），主进油路为进油路： 泵（P1、P2）阀25（右）阀28（上）合模缸左腔（快速合模）3）慢速合模 当挡块压下行程开关S2时，电磁铁1YA、17YA断电（电磁铁2YA、3YA、16YA保持原通电状态），子系统完全恢复到1状态，P1泵卸荷，节流阀29接入系统，实现慢速合模。4）低压慢速合模 当挡块压下行程开关S3时，电磁铁15通电（电磁铁2YA、3YA、16YA保持原通电状态）,P2供油。阀9换为右位，远程调压阀6接入系统，使系统压力为低压，合模缸低压慢速合模。这样可以防止在两模板接近时，中间有硬异物时模具损坏.。5）慢速高压合模 当挡块压下行程开关S4时，15YA又断电，系统恢复为慢速高压合模状态，其油路于1）完全相同，这时，合模缸活塞慢速前进并带动双连杆增力机构使模具锁紧。模塑座前移合模缸锁紧后其终点开关S5被压下，使2YA、8YA通电（3YA、16YA断电，阀24换为中位，阀27换为下位）。这时，P2供油，阀4调压；电磁换向阀18右位接入系统，压力油经液控单向阀19进入模塑右腔，缸左腔回油，模塑座整体左移，直至模塑喷嘴与浇口顶接为止。液控单向阀19的作用是在模塑缸前进到位时将模塑座锁紧，防止喷嘴与浇口接触处松开。这时阀24、阀25均换为中位，合模缸两腔右路被封闭在锁紧位置上。模塑1）慢塑模塑 当模塑座缸使模塑座整体移动到位时，挡块压下开关S6时，时11YA、13YA通电（2YA、8YA保持通电状态），阀12左位接入系统，阀10换为右位，系统由小泵P2供油，由远程调压阀8调压。这时，压力油经阀12、阀14进入模塑缸右腔，模塑缸左腔油由阀17回油，其活塞带动螺杆前进慢速模塑。其油路为： （慢速模塑，阀14调速） 进油路：泵P2阀12（左）节流阀14模塑缸右腔 回油路：模塑缸左腔阀17（钟）油箱2）快速模塑 当挡块压下行程开关S7时，使1YA、9YA通电（2YA、8YA、11YA、13YA保持通电），双泵供油，阀8调压。阀17换为左位，压力油经阀17进入模塑缸右腔，模塑缸左腔回油，活塞带动螺杆快速左移模塑。其油路位： （螺杆快进，快速模塑） 进油路：泵（P1、P2）阀17（左）模塑缸左腔 阀12（左）阀14 回油路：模塑缸左腔阀17（左）油箱保压当挡块压下行程开关S8时，使1YA、9YA、13YA断电14YA通电（2YA、8YA、11YA保持同电）并使时间继电器延时计时。使系统由P2供油，阀9换为右位，远程调压阀7调压。阀17恢复中位、阀12左位，压力油经节流阀14进入模塑缸右腔，补充泄漏油实现模塑缸保压。其油路为： （活塞及螺杆不再前进） 进油路：泵P2阀12（左）模塑缸右腔 回油路：模塑缸左腔阀17（左）油箱预塑当保压至预定时间，时间继电器发出信号使1YA、12YA通电，11YA、14YA断电（2YA、8YA保持通电）。这时双泵供油，阀12右位接入系统，阀2调压。压力油进入预塑液压马达，使预塑马达旋转，并带动螺杆转动，史料斗中的颗粒塑料卷入料筒，并被不断被推至前端加热预塑。螺杆转动速度由旁油路调速阀15调节。预塑马达的油路为： （使螺杆旋转送料预塑由阀15调速） 进油路：泵（P1、P2）阀12（右）单向阀16液压马达进油口 调速阀15 回油路：液压马达回油口 油箱这时模塑缸活塞在螺杆反推力作用下右移，模塑缸右腔回油，左腔由油箱中吸油。模塑缸油路位： （以螺杆反力推动活塞后退） 进油路：油箱阀17（右）缸左腔 回油路：缸右腔单向阀13阀12（右）被压阀11油箱防流涎螺杆退至预定位置，挡块压下行程开关S9时，使10YA通电（2YA、8YA保持通电），1YA、12YA断电，这时P2供油，阀4调压，阀17换为右位，模塑缸左腔进压力油，右腔回油，使螺杆强制后退。其油路位： （螺杆强制后退、复位） 进油路：泵P2阀17（右）模塑缸左腔 回油路：模塑缸右腔阀17（右）油箱这时模塑缸仍处于左端位置，且液控单向阀19锁紧，以防喷嘴流涎。模塑座缸后退当挡块压下行程开关S10时，7YA通电、8YA、10YA断电（2YA保持同电），压力油经阀18左位进入模塑座缸左腔并打开单向阀19，使缸右腔经阀19及阀18左位回油，模塑座整体后腿。这时P2泵供油，阀4调压。开模1）慢速开模 当挡块压下行程开关S11时，使2YA、4YA、17YA通电，P2供油，阀4调压。阀24右位，使阀25换为左位，阀28上位。这时压力油经过节流阀26进入合模缸右腔，缸左腔回油，实现慢速楷模，其速度油阀6调节。2）快速开模 当挡块压下行程开关S12时，使1YA、2YA、4YA、16YA、17YA通电，双泵供右，阀2调压；阀27上位，压力油经阀27进入合模缸，不再经过节流阀26，因而实现快速开模。3）慢速开模 由挡块压下行程开关S13控制、油路同1）。顶出制品1) 顶出制品 挡块压下行程开关S14，使2YA、5YA通电，阀4调压。顶出缸左腔经阀20（左）及节流阀21进压力油，右腔回油。顶出杆右移顶出制品，使其移动速度由阀21调节。2）顶出缸退回 当顶出杆到位将工件顶出后，挡块压下行程开关S15，使2YA、6YA通电（5YA断电），阀20换为右位，P2泵供油，阀4调压。顶出缸右腔进压力油，左腔经单向阀22回油，其活塞退回原位。挡块压下终点行程开关S16时，可使2YA、6YA断电停止工作；也可以使2YA、3YA、16YA同时通电，开始下一次工作循环。2.2 液压系统特点 1）该液压系统位多缸复杂系统，但其各子系统并不复杂。各子系统之间的工作顺序有严格的要求，它采用了多个行程开关控制电磁换向阀的通断电顺序实现，比较方便、可靠。在模塑保压阶段采用了时间继电器，时设备能实现全自动工作。2）该系统工作循环各工作阶段要求压力和速度各不相同。它采用了由双连泵、先导式溢流阀、远程调压阀及多个电磁换向阀组成的快速回路、多级调压回路和卸荷回路满足系统各工作阶段对速度和工作压力的要求。其元件数量多，发热大，控制系统也比较复杂。第 3 章 参数计算及元件选择3.1 参数的确定3.1.1 已知参数 合模力 100KN合模开模最高速度 35mm/s3.1.2 自定义参数1. 合模缸慢速合模工作压力为16MPa,快速合模工作压力为8 MPa，低压慢速合模工作压力为6 MPa，高压慢速合模工作压力16 MPa，合模缸活塞杆直径200mm A1=0.0616 A2=0.0314内腔的有效面积A: A=A1-A2=0.0302 2. 顶出缸 工作压力为16 MPa，活塞直径100mm，活塞杆直径70mm,行程为100mm,速度为2m/min。3. 模塑座缸工作压力为16 MPa，活塞直径为125mm，活塞直径为90mm,行程140mm,速度为3m/min。4. 模塑缸慢速工作压力为6 MPa，快速工作压力为8 MPa，活塞直径为160mm，活塞杆直径为110mm,行程为180mm,快速为4m/min,慢速为1.5m/min。5. 保压保压压强为4 MPa。3.3 液压元件的选择3.3.1泵的选择1. 确定泵的最大工作压力Pp泵的工作压力PpP1P式中： P1液压缸最大工作压力 8+1=9 MPa 16+1=17 MPa2.确定液压泵的流量 多液压缸同时工作时，液压泵的输出流量应为 k（） 式中： k系统漏油系数；一般取k=1.11.3，此时取k=1.1。 同时动作的液压缸的最大总流量；对于在工作过程中用节流阀调速的最小溢流量，一般取0.510-4L/min (L/min)3.选择液压泵的规格为使液压泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大25%60%，此处选取30%。 16（1+30%）=20.8MPa查机械设计手册： 选取PFFED-5141110/056双连叶片泵 前泵流量 141L/min 后泵流量 72141L/min前、后泵额定压力 21MPa 驱动功率（前泵为64Kw,后泵为33Kw） 转速范围： 7002000r/min 生产厂家： 榆次液压件厂3.3.2电机的选取 根据泵的功率和转速，查机械设计课程设计，选取电动机:型号: Y280M-4 额定功率: 75Kw 转速: 1480 r/min 满载电流: 140A 效率: 92.7% 功率因数: 0.883.3.3 联轴器的选择联轴器根据电机转矩和液压泵的轴的直径选取：刚性可移动式联轴器滑块连轴器（JB/ZQ4384-86）KL8。3.3.4 滤油器的选择滤油器是液压系统中对油液进行过滤净化的重要元件。过滤是目前应用最广泛的油液净化方法。过滤是利用多空隙可透性介质率除浮在油液中的固体颗粒污染物，其主要机制可归纳为直接阻截和吸附作用。滤芯是滤油器的核心部件，滤油器的性能主要取决于滤芯的结构参数和过滤材料的特性。液压系统用的滤油器滤芯有线隙式、片式、烧结式、折叠圆筒式等结构形式，其中应用最为广泛的是折叠圆筒式滤芯。1. 吸油滤油器吸油滤油器的主要作用是保护液压泵，防止吸油时将较大颗粒的污染物吸入泵内。吸油滤油器的压差受液压泵吸油特性的限制使用中一般不大于0.02Mpa。压差过大，容易造成液压泵吸空而导致气蚀损坏。因而吸油滤油器一般采用100180um低精度滤芯。因此，所选过滤器为YLX-160100通径： 40mm 公称流量： 160L/min 过滤精度： 100m联结方式：螺纹联结 2. 回油过滤器 回油过滤器的主要作用是在系统油液流回油箱之前，将外界侵入系统的和系统内产生的污染物滤净。从位置安装来说，在系统回油路中安装滤油器比较合理。然而，回油滤油器受其上游执行元件流量波动的影响，使其过滤性能下降。回油过滤器承受的背压一般不超过1Mpa，因而结构尺寸可适当加大，以提高纳垢量。回油过滤器可采用高精度滤芯。本系统采用YLH-16030通径： 40mm 公称流量： 160L/min 过滤精度： 30m联接方式：螺纹联结3.3.5管路的选取管路是液压系统中液压元件之间传递工作液体的各种管道的总称，关岛街头用于管路之间的连接，以及管道与液压元件之间的连接。为保证液压系统工作可靠，管路及管接头应有足够的强度，良好的密封性，压力损失要小，拆卸方便。本系统工作压力为16Mpa,因此管路及管接头应有足够的强度，良好的密封性，能使油路正常工作。1. 管路内径管路内径的大小，取决于管路的种类及管内液体流速的大小。在流量一定的情况下，内径小则流速高，压力损失大，容易产生噪声；内径大则难于安装，所占空间大，重量大，管路内径一般由下式确定d 式中 d-管路内径（mm） -管道中的流量（L/min） -管内允许流速（m/s） 允许流速推荐： 液压泵压油管道 0.51.5m/s 液压系统压油管道 3 6m/s 液压系统回油管道 1.52.6m/s一般常取1m/s以下，压力高，管道短，粘度小则取大值。由此可得： 液压泵吸油管道内径 =61.1（mm）取外径值为75mm,壁厚6mm。液压系统压油管道内径 =22.9（mm）取外径值为25mm,壁厚2.5mm。液压系统回油管道内径 =36.1（mm）取外径值为42mm,壁厚2mm。2.管路的连接管路的连结件一般分为管接头和法兰连结两种，当管径大时，采用法兰连结；较小时采用管接头连结故外径为75mm的管路采用法兰连结，外径为25m和42mm或更小的采用管接头连结。3.管路的材料1）压力油油路采用无缝钢管，因为无缝钢管耐压高、变形小、耐油抗腐蚀，虽然装配时不易弯曲，但装配后能长久保持原状。2）回油油路和吸油油路均采用有缝钢管，因为有缝钢管造价低廉且回油油路和吸油油路工作压力不高。3.3.6阀的选择 根据阀的功用、工作流量和压力选择阀的种类和型号。1. 单向阀的选择在液压系统中，用来控制流体方向的阀统称为方向控制阀。方向控制阀的安装连结方式可分为螺纹式、板式和法兰式。参见国标GB/T2878-931）单向阀的选择单向阀又称为止口阀，它使液体只能向一个方向流动。单向阀可以用于液压泵的出口，防止油路互相干扰；也可以用于旁通阀，于其它类型的液压阀并联，从而构成组合阀。对单向阀来说的主要性能是：油液向一个方向通过时，压力损失要小；反之不通过是密封性能要好；动作灵敏，工作时无撞击和噪音。2)液控单向阀的选择液控单向阀是允许液体向一个方向流动，反向开启则必须通过液压控制来实现的单向阀。它可以用作二通开关阀，也可以用作保压阀，用两个液控单向阀可以组成“液压锁”。本系统采用的液控单向阀的型号为SV25GA/30。2.换向阀的选择1）手动换向阀手动换向阀是利用手动杠杆来操纵的方向控制阀。该阀根据定位方式的不同，有弹簧复位式和钢球定位式两种。本系统采用4WMM/0C102）电磁换向阀电磁换向阀是用电磁铁推动阀芯，从而改变流体流动方向的控制阀。电磁换向阀有滑阀和球阀两种结构形式。它可以直接用在液压系统中，控制油路的通断和切换，也可用作先导阀，用来操作其它阀。主要的性能特性： 1）工作可靠性 2）压力损失3）内泻流量4）换向和复位时间5）换向频率6）使用寿命本系统中采用的电磁换向阀型号为3WE5A-6.0/OW220RNZ4,4WE5E-6.0/0FW220-50NZ4,4WE5J-6.0/0FW220-50NZ4,4WE5L-6.0/OFW220-50NZ4。 3）液控换向阀 液控换向阀是靠外控油进入主阀芯的一端，推动主阀芯向另一断移动，达到另一个工作位置，从而改变油流方向。卸荷端的油经外部流出。 本系统采用4WH25E10.3.溢流阀的选择在液压系统中，用来控制流体压力的阀通称为压力控制阀，简称压力阀。按用途，压力阀可分为溢流阀、遥控阀、安全阀、电磁溢流阀、卸荷溢流阀、被压阀、平衡阀、缓冲阀等。压力控制阀的连接安装方式可分为螺纹式、板式和法兰式，其中螺纹式连接的管口结构及技术条件可参照国家标准GB/T2878-93。溢流阀是使系统中多于流体通过该阀溢出流回油箱，从而维持其进口压力保持恒定的压力控制阀在液压系统中，溢流阀可做定压阀，用以维持系统压力恒定，实现远程调压或多级调压；做安全阀，防止液压系统过载；做制动阀，对执行机构进行缓冲、制动；做被压阀，给系统加载或提供被压；它还可与电磁阀组成电磁溢流阀，控制系统卸荷。溢流阀可分为：直动式、先导式。制动式稳态力平衡方成为：-（4-1）P进口压力（Pa）A 阀芯有效承受面积（）k弹簧刚度（N/m）x0弹簧预压缩量（m）x阀口开口量（m） 由(4-1)可以看出，只要在设计时保证xx0即可使，P=k(x0+x)/Akx0/A=C0,这就表明，当溢流量变化时，直动式溢流阀的进口压力式近于恒定的。先导式稳态溢平衡方成为： -(4-2) 式中kk0,AcA,xcxco本系统中溢流阀主要作为调压阀用，直动式溢流阀的型号为DBDHG3/4G/0NG/0，先导式溢流阀的型号为DBW25BG/5X20XYW220-50Z4R12。4单向阀的选择单向节流阀是把节流阀心分为上阀芯和下阀芯两部分。当液体正向流动时，其截流过程和节流阀一样；当液体反向流动时，下阀芯其单向阀的作用，单向阀打开，可实现反向自由流动。性能要求：a. 流量调节范围大，流量-压差变化平滑；b. 内泄漏小，对外由外泄漏口的，外泄漏量也要小；c. 压力损失小，对单向节流阀，正向和反向压力损失都要小；d. 调节力矩小，动作灵敏。根据上要求及管径选择节流阀的型号为MK25G12。5.调速阀的选择旁路调速阀又称溢流截流阀，也是一种压力补偿性节流阀，它由溢流阀和节流阀并联而成。进口处的高压油一部分经节流阀去执行机构，压力下降，另一部分经溢流阀的溢流口去油箱。溢流阀上下两端分别与节流阀前后的压力相通。当出口压力增大时，阀芯下移，关小溢流口，溢流阻力增大，进口压力随之增加，因而节流阀的前后压差基本保持不变；反之亦然，即通过阀的流量基本不受负载的影响。本系统采用2FRM6B376-2X/32QM.3.3.7其他元件的选择1）压力表 本系统采用压力表的型号为YN100 2）压力表开关为了防止冲击损坏压力表，压力表需要通过压力表开关与系统连接。当需要观察压力值时使压力表与系统接通，当不需要使用压力表时与系统隔开。单点式压力表开关由两个接口，使用时通过旋转手轮改变开口大小，可以对压力表起缓冲作用。本系统采用KF-L8/14E. 第4章 泵站系统的设计4.1 液压泵站的组成，分类及其位置4.1.1液压泵站的组成 液压泵站是一种元件组合体，一般是由液压泵组，油箱组件，控温组件，蓄能器组件和过滤器组件等相对独立的单元组合而成。 液压泵站是为了一个或几个系统存放有一定清洁度要求的工作介质，并输出具有一定（或可调）压力、流量的液体动力的整体装置。是向液压系统提供动力远的重要部件。泵站使用于主机与液压装置可以分离的各种液压机械。1.电动机与液压泵的连接方式本系统中采用联轴器将电动机与液压泵连接。2.泵站的布置方式按泵站的布置方式，可将泵站分为以下几种：a.立式泵站 b.卧室泵站 c.旁置式泵站立式泵站：将液压泵和与之相连的油管放在液压箱内，这种结构形式紧凑、美观，同时电机与液压泵的同轴度能保证，吸油条件好，漏油可直接回油箱，占地面积小。但不便于安装且散热条件不好。卧式泵站：液压泵及管道都安装在液压由向外面，并采用卧式电动机，安装维修方便，散热条件好，但卧式电机与液压泵的同轴度难以保证。本系统由于仅有一个电机和一个双连泵，考虑到安装、维护方便，散热条件好，便于收集漏油及成本问题，所以采用卧式泵站。3.泵站的位置高压泵站的位置选择是否合适，对液压机能否正常工作，能否发挥液压机能力，管道布置是否合理以及对泵站内设备的维护均有极大影响，因此选择泵站位置时：a.泵站应尽可能的靠近所服务的液压机，以减少高压油液的压力降，缩短高低压管道，简化管道的维修，对于泵直接传动的泵站，因服务于一台液压机，故更应布置在近旁。b.由于泵站内有电动机，油液发热，温度高，泵站内不准有烟气，尘垢等，故应将泵站布置在通风采光好的位置。4.1.2泵站的设计要点1.液压装置中个部件、元件的布置要均匀、便于安装、调整、维修和使用，并且要适当的注意外观的整齐和美观；2.为了消除泵站轴向和径向负载，本系统的泵站电动机经圆柱刚性滑块联轴器直接驱动叶片泵，并使泵和电动机的出轴严格对中，轴线的同轴度不大于0.05mm；3.泵组传动底座要有足够的强度和刚度，以防发生共振，产生噪声；4.为了防止油温过高，过低，影响油液粘度，泄漏及其它负面影响，应设置一个温度计；5.应能保证漏油不污染场地，并能被收回；6.贴地或沿着机器外壁面铺设。相互平行的管道应有一定的间隔，并用管夹固定；随工作部件运动的管道可采用软管、伸缩管或弹性馆。软管安装时应避免发生扭转，以免影响使用寿命；7.与执行机构相连的管道一般都先集中到执行元件的中间接头上，然后再分别到各局部，这样有利于搬运、装拆和维修；8.在阀类元件的布置中，行程阀的安装位置必须靠近运动部件。手动换向阀的位置必须靠近操作部位。换向阀之间应留有一定的轴向距离，以便进行手动调整装拆点磁铁。压力表及其开关应布置在便于观测和调整的地方；9.应注意进油口的过滤，一般将油液注油口和通气口合二为一，取下通气帽时可以注油，放回通气帽时即成为通气口；4.1.3液压元件的连接方式液压装置的总体布局分为集中式和分散式两种形式。集中式结构是将整个设备液压系统的油源、控制阀部分独立设置于主机之外或安装在地下，组成液压站。分散式结构是把液压系统中液压泵、控制调节装置分别安装在设备上适当的位置。本液压装置采用分散式。液压阀的配置形式分为板式配置和集成式配置。目前液压系统大多数采用集成式形式。它是将液压阀件安装在集成块上，集成块一方面起安装底板的作用，另一方面起内部油路的作用。这种配置结构紧凑、安装方便。本液压泵站装置的液压元件安装在三个集成块上。所有采用板式连接的阀均安装在集成块上。具体安排见泵站装配图。4.2 液压阀块的设计 液压阀块在液压系统中的重要性已被越来越多的人们所认识，其应用的范围也越来越广泛。液压阀块的使用不仅能简化液压系统的设计和安装，而且便于实现液压系统的集成化和标准化，有利于降低制造成本，提高精度和可靠性。然而随着液压系统复杂程度的提高，越来越增加了液压阀块的设计、制造和调试的难度，若设计考虑不周，就会造成制造工艺复杂、加工成本提高、原材料浪费、使用维护麻烦等一系列的问题。4.2.1液压阀块的特点 液压阀块是液压系统无管化连接方式的一种常用方法（又称插装阀），它不仅能简化液压系统的设计和安装，而且便于实现液压系统的集成化和标准化。它有如下特点：1.用标准元件或标准参数的元件，按典型动作与块体构成标准回路，选块叠积组成系统，大大的缩短了设计、制造周期；2.基本回路和液压系统的变化灵活；3.省去了大量的管子和街头，机构紧凑，占地面积小；4.元件距离近，油道短，压力损失小，效率高；5.无管子引起的振动，泄漏小，系统稳定性好；6.安装、使用、维护方便；7.工艺性好，便于生产；8.便于通用化、系统化、标准化。4.2.2阀块六个表面的功用液压阀块共有六个表面（图4-1），其各表面的功用如下：1.顶面和底面：阀块的顶面和底面为叠积结合面，表面部有功用压力油孔P、公用回油孔O、泄露油孔L及四个螺栓孔。2.前面、后面和右侧面1）右侧面：安装经常调整的元件，有压力控制阀类如溢流阀、减压阀、顺序阀等，流量控制阀类如节流阀、调速阀等。2）前侧面：安装方向阀类，如电磁换向阀、单向阀；当压力阀类和流量阀类再有侧面安装部下时，应安装在前侧面，以便于调整。3）后侧面：安装方向阀类等不调整的元件。3.左侧面：左侧面设有连接执行元件机构的输出油口，外侧压点及其它辅助油口，如蓄能器油孔、备用压力继电器油孔等。4.2.3设计原则液压阀块的油路符合液压系统原理图是设计的首要原则。阀块设计前，首先要读懂原理图，然后确定哪一部分油路可以集成。每个块体上包含的元件数量应适中，元件太多阀块体积大，设计、加工困难、用料可能浪费；元件太少，集成意义不大，也造成材料浪费。系统原理图如图4-2、图4-3所示。在阀块设计中，油路应尽量简洁，尽量减少深孔、斜孔和工艺孔。阀块中孔径要和流量相匹配，特别应注意贯通的孔必须保证有足够的通流面积，注意进出油口的方向和位置，应与系统的总体布置及管道连接形式相匹配，并考虑安装操作的工艺性，有垂直或水平安装要求的元件，必须要保证安装后符合要求。对于工作中需调节的元件，设计时要考虑其操作和观察的方便性，如溢流阀、调速阀等可调元件应设置在调节手柄便于操作的位置。需要经常检修的元件及关键元件如比例阀、伺服阀等应处于阀块的上方或外侧，以便于拆装。另外，阀块设计中要设置足够数量的侧压点，以供阀块调试用。在满足要求的前提下，阀块的体积要尽量小4.2.4尺寸标注设计阀块时，阀的一组尺寸应自成一体，其安装面上标出基准螺钉孔的位置，其余相关的尺寸以及准螺钉孔为标准。另外，该视图还应标出所装元件的油口代号，同时标出油口的大小和深度。这样便于孔道的加工和校验。阀块应设计装配图，保证所装的元件、管件、密封件安装后互不干涉。装配图上要标注外形尺寸。4.2.5孔道布置 在布置阀块孔道时，首先根据系统的总体布置确定各油口的方位，互相沟通的元件应尽量至于互相垂直的相邻面上以简化孔道布置，然后先走通主油路，再完成小通径的油路和控制油路。另外，在孔道的布置中各油路连接正确外，还有考虑外形。采用深孔流道时，必须考虑钻头的长度及钻孔时发生偏斜的可能，一般长径比应小于10mm。所有孔距的确定应保证比后有足够的强度，对于中高压系统而言，采用的壁厚应大于5mm,如果是深孔，还应考虑钻头在允许范围内的偏斜，应适当加大孔距。另外，还应校验元件安装螺钉孔是否与其通道贯通。4.2.6加工精度 液压阀块上安装阀、管接头的表面Ra值应达到0.4，末端管街头的密封面的Ra值达到3.2。另外，安装管接头螺孔与其外贴合面之间的垂直度至少应为8级。阀块上所有螺孔应有加工精度要求，一般选7H，此外，还有尺寸公差和形位公差要求。4.2.7材料选择阀块的材料可选用球墨铸铁、Q-235A钢、35钢、45钢或铝合金。原则上球墨铸铁为好，因为它的加工性能好，尤其对深孔加工更加有利。但球墨铸铁内部不要疏松，以放在压力油下发生泄漏，故不适用于中高压场合。一般的阀块采用45钢即可。4.2.8液压阀块的加工制造1.预处理加工阀块的材料要保证内部组织致密，不得有夹层、沙眼等缺陷，必要时应对毛坯探伤。铸铁块和较大的钢材块在加工前应进行实效处理和预处理2.机加工铣、刨阀块毛坯等粗加工后，进行钳工划线，应留有最后精磨的余量。阀块的表面粗糙度一定要达到设计要求，尤其是液压阀、法兰、管接头的安装面上不得有划线痕和其它缺陷，否则会造成渗漏。3.去毛刺阀块的机加工完成后，必须要倒棱、去刺，阀块中所有流道、尤其是相贯流道的交叉处必须彻底清除毛刺，这与整个液压系统的可靠性息息相关。是十分重要的。4.清洗阀块进入装配前必须彻底清洗、吹风、最好配有专用的清洗设备，清洗液宜采用防锈清洗液，亦可采用煤油或机油。冲洗时最好有一定的压力，所有流道特别是盲孔必须清洗干净，不得留有任何铁屑、污垢和杂物。清洗后的阀块应马上进入装配，否则应涂上防锈漆，并将油口盖住，防止腐蚀和再次污染。5.装配阀块装配前应再次校对孔道的连通情况是否与原理图相符，校对所有待装的元件及零部件，保证所装配的元件、密封件及其它部件均为合格品。液压阀安装螺栓的强度及精度等级必须符合该阀的使用要求，并应采用测力扳手拧紧，拧紧力矩的大小应符合生产厂的要求，过紧或过松都会影响系统的密封效果。阀块上的螺栓应加厌氧胶助封，使用厌氧胶前必须对结合面清洗除油垢，加胶拧紧，24小时后才能通油4.2.9液压阀块的调试液压阀块调试前应进行1020（min）的回路冲洗，冲洗时就不断切换阀块上的电磁换向阀，是油流能冲洗到阀块所有通道。若阀块上装有比例阀合伺服阀，应该装冲洗板，以防损坏精密元件。阀块调试包括耐压试验和功能试验。试验时可采用系统本身的油源也可采用专用试验台。1.耐压试验表4-1 阀块试验压力值工作压力Ps(Mpa)1616252531.5试验压力1.5Ps25Ps小于24Mpa时，按24Mpa试验1.15Ps小于31.5Mpa时按31.5Mpa试验耐压试验中应逐级升压，达到试验压力后保压510（min），所有的连接面不得有渗漏。考虑到组成试验台或液压系统为常规元件，故试验压力一般不超过31.5Mpa。耐压试验中如果发现液压阀与阀块的结合面处有渗漏，应查明渗漏原因，据问题合理处理，不应采用在结合面上涂密封胶的方法来堵漏。耐压试验时，阀块回路中压力阀的调压弹簧应调到最松，节流阀应调到最大，做完耐压试验后，应将阀块上的溢流阀及安全阀调到系统的设定压力。2.功能试验阀块上的每一个回路的每个阀都应对照液压系统原理进行功能试验。首先将所试回路的P、T、A、B、X、Y油口连通，其余回路的油口暂时由螺堵或闷盖法兰堵住。一般情况下接溢流阀加载，假如回路中有比例阀、调速法、节流阀，则应接油缸或液压马达做试验。将阀块上的P口的压力调到工作压力后，试验回路的动作功能，要求各元件的动作准确可靠。将阀块上的压力阀及压力继电器调到系统设定压力的位置并锁定，对于减压阀要求其在外负荷变化时，超标值应符合标准。阀块上的电磁阀中位机能应正确，换向灵敏，动作可靠，并多次（5次以上）重复试验。调节阀块上的调速阀、截留法、比例及伺服阀等，观察输出流量应随输入信号改变。调试中遇到故障时，不要急于拆检，要先从原理分析，列出引起故障的各种因素，并从主到次逐一检查，并可借助于测压接头检测关键的实际压力。功能测试后，要及时把外露的油口堵住，防止脏物侵入。4.3 油箱的设计4.3.1油箱的作用液压油箱在液压系统中除了贮存液压油外，还起着散热、分离液压油中的杂质和气泡的作用。其作用如下：1.贮存供系统工作循环所需的油量；2.散发系统工作过程中产生的一部分热量；3.促使油液中的空气分离及消除泡沫；4.为系统提供安装元件的位置。4.3.2油箱有效容积的确定 油箱容量与系统的流量有关，根据经验，油箱的有效容积及液面高度只占油箱高度的80%时的油箱容积一般为泵每分钟输出流量的37倍。对于行走机械和设置冷却设备，油箱的容量可选择小一些；对于固定设备，空间，面积不受限制的设备，则应用较大的容量，通常取为泵每分钟输出流量的710倍。 液压油箱在不同工作条件下，影响散热的条件有很多，通常按压力范围来考虑。液压油箱的有效容积V可概略的确定为： V=(710)qp式中 V-液压油箱的有效容量qp-液压泵额定流量 应当注意：设备停止运转后，设备中的那部分油也会因为重力作用而流回液压油箱。为了防止液压油从油箱中溢出，油箱中的液压油位不能太高，一般不超过液压油箱高的80%。计算： V=10qp =10（141+72）2130（L）4.3.3液压油箱的外形尺寸液压油箱的有效容积确定后，需要设计油箱的外形尺寸，一般比例为1：1：11：2：3。为了提高冷却率在安装位置不受限制时，可将液压油箱予以增大。 设计油箱： 长=2m 宽=1.5m 高=6.75m4.3.4油箱的结构设计 在一般的设计中，又想多采用钢板焊接式。1. 隔板隔板增长液压油流动循环时间，除去沉淀的杂质，分离、清除水和空气，调整温度，吸收液压油压力的波动及防止液压油的波动。隔板高度为液面高度的2/33/4。2. 吸油管和回油管吸油管和回油管之间的距离要尽可能远些，回油管口形式有直角口、斜口、弯角直口、带扩散器出口等几种形式，斜口应用的较多，一般为450斜口。为了防止液压波动可以在回油管口安装扩散器。回油管必须置在液面以下，一般距液压油箱底面的距离大于300mm。回油口绝对不允许在液面以上。单独设置回油管是理想的，但不得已时则应使用会有集管，不要人为的施以背压。泄露油管的直径和长度要适当，管口应在液面之上，以避免产生背压。泄漏油管以单独配管为妙，尽量避免与回油集流配管的方法。吸油管前一般应设置滤油器，其精度为100200目的网式或线隙式滤油器。滤油器要有足够的容量，避免阻力太大。滤油器与油箱底之间的距离应不小于20mm，吸油管应插入液压油面一下，防止吸油时卷吸空气或因流入液压油箱的液压油搅动油面，致使油中混入气泡。为了油液流动具有方向性，要综合考虑隔板，吸油管和回油管的配置，尽量把吸油管和回油管用隔板隔开。为了不使回油管的压力波动波及吸油管，吸油管及回油管的斜口方向应一致而不是相对着。3. 防止杂物侵入为了防止液压油被污染，液压油箱应做成完全封闭的。在结构上应注意以下几点：a.不要将配油管简单的插入液压油箱，这样空气、杂质和水分等便会从其周围的间隙侵入。同时应尽量避免液压泵及马达直接装在液压油箱顶盖上。 b.在结合面上需衬入密封填充材料、密封胶和液态密封胶，以保证可靠的气密性。例如，液压油箱的上盖可直接焊上，也可使密封垫进行密封。c.为保证液压油箱通大气并净化抽吸空气，必须配备空气滤清器。空气滤清器常设计成既能通气又能加油的结构。 d.顶盖及清洗孔 在液压油箱顶盖上装设马达、泵、阀组、空气滤清器时，必须十分牢固。液压油箱同它们的结合面要平整光滑，将密封填料、耐油橡胶垫圈以及液态密封胶衬入期间，以防止杂质、水和空气侵入，以防止漏油。同时，不允许由阀和管道泄漏在箱盖上的液压油流回油箱。 油箱上的清洗孔，应最大限度的易于清扫液压油箱的各个角落和取出油箱内的各个元件。 为了便于排放油污，液压油箱底部应做成倾斜式箱底，并将放油塞安装在最低处。e.液压油箱内的液面高度应便于观察，应在油箱的侧面安装液面指示器，指示最高、最低油位。液面指示器可选用带温度计的。f.对液压装置而言，从工厂装配开始，到最终送到用户，再经过反复拆装，所以在液压装置整体上或阀块上应装设有吊钩、吊环螺钉或吊耳环。g.液压油箱的防锈：为了防止液压油箱内部生锈应在油箱内壁涂耐油防锈涂料。h.为了提高液压系统工作的稳定性，应使系统在适宜的温度下工作。液压油温度一般希望保持在3050度范围内，最高不宜超过60度，最低不低于15度。寒冷地区因温度低，液压泵启动困难，需要加热，工厂中常用SYR2型油用管状电加热器。4.3.5油箱附件的选择1.空气滤清器当液压系统工作时，油箱内液面时而上升时而下降，上升时由里往外排空气，下降时由外往内吸空气。空气滤清器能保持油箱内外的压力平衡，以避免泵可能出现空穴现象，此外，空气滤清器可净化空气，防止杂质进入油箱污染油源。本系统采用EF6-80。2.液位温度计本系统采用CYW400，可同时测量油温及液面高度。4.4 液压缸的设计液压缸是液压系统中的执行元件，以直线往复运动的形式，将液压能转换为机械能。液压缸结构简单，制造比较容易，用来实现直线的往复运动最为方便，因此，应用非常广泛。 液压缸有多种分类，本系统根据要求，选单作用活塞式液压缸。4.4.1缸筒与端盖1.结构缸筒的结构与端盖的连接形式与液压缸的用途工作压力环境以及安装要求等因素有关。端盖分为前端盖和后端盖。前端盖将液压缸的活塞（柱塞）腔封闭，并起着为活塞杆（柱塞）导向密封和防尘的作用。后端盖将缸筒底腔封闭，本次缸筒与端盖的连接方式为法兰式。2.材料液压缸体的材料常为20、35、45号钢的无缝钢管。缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，能长期承受最高工作压力及短期动态试验压力而不致产生永久变形；有足够的刚度，能承受活塞侧向和安装的反作用力而不致产生弯曲。需要焊接的缸筒，还要有良好的焊接性能。本缸采用45钢4.4.2活塞的设计1.活塞的材料液压缸活塞的材料常为耐磨铸铁、灰铸铁、钢及铝合金等。本缸活塞的材料采用45钢。2.活塞的结构活塞的结构主要考虑与缸筒内壁的滑动和密封，以及与活塞杆之间的连接和密封。活塞的结构形式取决于密封件的型式，而密封件的型式则根据压力、速度、温度等工作条件决定。3.活塞的密封活塞与缸筒的密封有间隙密封、活塞环、O型密封圈和唇型密封圈等橡胶密封件密封。目前，组合密封装置应用比较多，它显著的提高了密封性能，降低了摩擦阻力，无爬行等现象；具有耐磨损，安装沟槽简单，拆装方便的特点，同时，允许活塞外圆与缸