简易注塑机液压系统设计

海南大学液压与气压传动课程设计说明书名 称： 简易注塑机液压系统设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 12机械电子2班 学 院： 机电工程学院 指导老师： 李粤老师 评阅意见评阅成绩 评阅教师： 2013年12月12日课程设计目录一.明确液压系统的设计要求2二.动作顺序要求及工作参数2三.负载图和速度图的绘制4四.确定液压系统主要参数54.1确定液压缸工作压力54.2计算液压缸主要结构参数6五.液压系统方案设计85.1选用执行元件85.2速度控制回路的选择95.3选择快速运动和换向回路105.4速度换接回路的选择105.5组成液压系统原理图115.5系统图的原理13六.液压元件的选择156.1确定液压泵的规格和电动机功率156.2确定其它元件及辅件166.3主要零件强度校核18七.液压系统性能验算197.1工进时的压力损失验算和小流量泵压力的调整207.2快退时的压力损失验算及大流量泵卸载压力的调整207.3局部压力损失207.4液压系统的发热和温升验算21设计小结22参考文献23简易注塑机液压系统设计任竹鹏（海南大学机电工程学院，海南 海口 ）摘要:液压传动有许多突出的优点,因此它的应用非常广泛。如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等;行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等;钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等;船舶用的甲板起重机械(绞车)、船头门、舱壁阀、船尾推进器等;特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等;军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。液压传动技术的应用场合很广，有几个方面。Abstract: There are many prominent characters of hydraulic transmission, therefore it is widely used, such as common industrial plastic processing machinery, pressure machinery, machine tools and so on; the same situation in Walking machinery such as construction machinery, building machinery, agricultural machinery, automobile and so on; steel and iron industrial machinery such as metallurgy machinery, lifting gear, roll adjusting devices and so on; The ships deck hoisting machinery such as bow gate, bulkhead valve, stern propeller and so on; the special technology such as giant antenna control device, surveying buoy, fluctuation revolving stage and so on; the military industrial such as artillery operating control, the ships anti-rolling system, the flight vehicle simulation, the alighting carriage gathering and sending installment and the rudder control installment and so on. the hydraulic transmission technology application situation from several aspects. 一.明确液压系统的设计要求设计一简易注塑机液压系统，选择一组参数，独立完成以下内容：1液压系统设计根据设备的用途、特点和要求，利用液压传动的基本原理进行工况分析，拟定合理液压系统原理图，电磁铁通断表，再经过必要的计算确定液压有关参数，然后按照所得参数选择液压元件、相关设备的规格型号。2液压装置结构设计液压装置包括集成块、液压站等，进行结构设计时应考虑元件布局合理、紧凑、美观、外连管道少，装卸、调试方便，集成块中的油路尽可能简单、短、交叉少，加工容易、加工工作量尽可能少。 3绘制工程图、编写设计说明书绘制液压系统原理图（系统总油路，集成块集成回路）；液压装置工程图（集成块结构图，集成块元件装配图），图纸必须按GB要求打印，2张以上的 A3图纸，A4图纸量根据实际定：编写设计说明书7页2. 动作顺序要求及工作参数2.1 准备工作 料斗加料，螺旋机构将一定的数量的物料送入料筒，由筒外电加热器加热预塑，合上安全门。 2.2工作循环合模注射塑化注射座后退开模取出制品合模具体动作如下：1模运动缸快速前进，闭模，行程L1，负载力F1，速度V1。2慢速闭模，行程开关切换。3注射缸前进，注射，行程L2，负载力F2，速度V2。4塑化液压马达转动，塑化，注射缸自动退回，负载扭矩T，转速N。5模运动缸快速退回，开模。6慢速开模，行程开关切换以上参数为最大值，应可调。所有动作由行程开关自动控制参数表学号F1（T）F2（T）T（m.n）V1（mm/s）V2（mm/s） Nr/sL1(mm)L2(mm)77403024050 2851000140三.液压系统方案设计表2按负载选择工作压力负载/ KN50工作压力/MPa 0.811.522.5334455表3 各种机械常用的系统工作压力机械类型机 床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机械大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.82352881010182032由表2和表3可知，组合机床液压系统在最大负载约为40000N时宜取5MPa。根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析，所设计机床对调速范围、低速稳定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题。速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心。此外，与所有液压系统的设计要求一样，该组合机床液压系统应尽可能结构简单，成本低，节约能源，工作可靠。3.1系统回路，工作介质的选用开环控制方式注塑机液压系统的液压传动：是以液压油为工作介质，通过动力元件(油泵)将原动机的机械能变为液压油的压力能，再通过控制元件，然后借助执行元件(油缸或油马达)将压力能转换为机械能，驱动负载实现直线或回转运动，且通过对控制元件遥控操纵和对流量的调节，调定执行元件的力和速度。3.2确定供油方式考虑到该注塑机在工作时负载较大，泵源系统宜选用压力较大的柱塞泵供油。本设计中采用斜盘式轴向柱塞定量泵。3.3调速方式的选择在本次设计的简易注塑机的液压系统中，速度的调节可采用调速阀调速。快速和慢速开闭模的调节可通过两位四通的电磁换向阀的通断来控制。3.4速度换接方式的选择本系统用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度换接的平稳性较差。若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。3.5液压系统原理图要实现系统的动作，即要求实现的动作顺序为：启动加速快进减速工进快退停止。则可得出液压系统中各电磁铁的动作顺序如表3所示。表中“+”号表示电磁铁通电或行程阀压下；“”号表示电磁铁断电或行程阀复位。1 快进快进如图所示，按下启动按钮，电磁铁1YA通电，由泵输出地压力油经2三位五通换向阀的左侧，这时的主油路为：进油路：泵 向阀10三位五通换向阀2（1YA得电）行程阀3液压缸左腔。回油路：液压缸右腔三位五通换向阀2（1YA得电）单向阀6行程阀3液压缸左腔。由此形成液压缸两腔连通，实现差动快进，由于快进负载压力小，系统压力低，变量泵输出最大流量。2 减速当滑台快到预定位置时，此时要减速。挡块压下行程阀3，切断了该通路，电磁阀继续通电，这时，压力油只能经过调速阀4，电磁换向阀16进入液压缸的左腔。由于减速时系统压力升高，变量泵的输出油量便自动减小，且与调速阀4开口向适应，此时液控顺序7打开，单向阀6关闭，切断了液压缸的差动连接油路，液压缸右腔的回油经背压阀8流回油箱，这样经过调速阀就实现了液压油的速度下降，从而实现减速，其主油路为：进油路：泵 向阀10三位五通换向阀2（1YA得电）调速阀4电磁换向阀16液压缸左腔。回油路：液压缸右腔三位五通换向阀2背压阀8液控顺序阀7油箱。3 工进减速终了时，挡块还是压下，行程开关使3YA通电，二位二通换向阀将通路切断，这时油必须经调速阀4和15才能进入液压缸左腔，回油路和减速回油完全相同，此时变量泵输出地流量自动与工进调速阀15的开口相适应，故进给量大小由调速阀15调节，其主油路为：进油路：泵 向阀10三位五通换向阀2（1YA得电）调速阀4调速阀15液压缸左腔。回油路：液压缸右腔三位五通换向阀2背压阀8液控顺序阀7油箱。4 死挡铁停留当主杆完成工进进给碰到死铁时，主杆即停留在死挡铁处，此时液压缸左腔的压力升高，使压力继电器14发出信号给时间继电器，主杆停留时间由时间继电器调定。5 快退注射结束后，时间继电器发出信号，使电磁铁1YA、3YA断电，2YA通电，这时三位五通换向阀2接通右位，因返回时的负载小，系统压力下降，变量泵输出流量又自动恢复到最大，滑快速退回，其主油路为：进油路：泵 向阀10三位五通换向阀2（2YA得电）液压缸右腔。回油路：液压缸左腔单向阀5三位五通换向阀2（右位）油箱。6 原位停止 当滑台退回到原位时，挡块压下原位行程开关，发出信号，使2YA断电，换向阀处于中位，液压两腔油路封闭，滑台停止运动。这时液压泵输出的油液经换向2直接回油箱，泵在低压下卸荷。系统图的动作顺序表如表所示表电磁铁的动作顺序表图 1 液压系统图4.2计算液压缸主要结构参数由于工作进给速度与快速运动速度差别较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总流量需求考虑，应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。通常利用差动液压缸活塞杆较粗、可以在活塞杆中设置通油孔的有利条件，最好采用活塞杆固定，而液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式。这种情况下，应把液压缸设计成无杆腔工作面积是有杆腔工作面积两倍的形式，即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d = 0.707D的关系。 工进过程中，当孔被钻通时，由于负载突然消失，液压缸有可能会发生前冲的现象，因此液压缸的回油腔应设置一定的背压(通过设置背压阀的方式)，选取此背压值为p2=0.8MPa。快进时液压缸虽然作差动连接（即有杆腔与无杆腔均与液压泵的来油连接），但连接管路中不可避免地存在着压降，且有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时取0.5MPa。快退时回油腔中也是有背压的，这时选取被压值=0.6MPa。工进时液压缸的推力计算公式为，式中：F 负载力 hm液压缸机械效率 A1液压缸无杆腔的有效作用面积 A2液压缸有杆腔的有效作用面积 p1液压缸无杆腔压力 p2液压有无杆腔压力因此，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为液压缸缸筒直径为由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d = 0.707D，因此活塞杆直径为d=0.707112.27=79.37mm，根据GB/T23481993对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为D=120mm，活塞杆直径为d=80mm。此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：工作台在快进过程中，液压缸采用差动连接，此时系统所需要的流量为工作台在快退过程中所需要的流量为工作台在工进过程中所需要的流量为q工进 =A1v2=2.8 L/min根据上述液压缸直径及流量计算结果，进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如表4所示。表4 各工况下的主要参数值工况推力F/N回油腔压力P2/MPa进油腔压力P1/MPa输入流量q/L.min-1输入功率P/Kw计算公式快进启动2222.2201.07加速2054.971.511.01快速1111.111.350.8550.30.71工进45555,560.84.472.80.21 快退起动2222.2200.35 加速2054.970.62.19快退1111.110.61.2662.81.32制动167.260.61.11注：六.液压元件的选择6.1确定液压泵的规格和电动机功率本设计所使用液压元件均为标准液压元件，因此只需确定各液压元件的主要参数和规格，然后根据现有的液压元件产品进行选择即可。（1）计算液压泵的最大工作压力由于本设计采用双泵供油方式，根据液压系统的工况图，大流量液压泵只需在快进和快退阶段向液压缸供油，因此大流量泵工作压力较低。小流量液压泵在快速运动和工进时都向液压缸供油，而液压缸在工进时工作压力最大，因此对大流量液压泵和小流量液压泵的工作压力分别进行计算。根据液压泵的最大工作压力计算方法，液压泵的最大工作压力可表示为液压缸最大工作压力与液压泵到液压缸之间压力损失之和。对于调速阀进口节流调速回路，选取进油路上的总压力损失=0.2MPa，同时考虑到压力继电器的可靠动作要求压力继电器动作压力与最大工作压力的压差为0.3MPa，则小流量泵的最高工作压力可估算为大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，图4表明，快退时液压缸中的工作压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为0.5MPa，则大流量泵的最高工作压力为： （2）计算总流量 表3表明，在整个工作循环过程中，液压油源应向液压缸提供的最大流量出现在快退工作阶段，为62.8L/min，若整个回路中总的泄漏量按液压缸输入流量的10%计算，则液压油源所需提供的总流量为： 工作进给时，液压缸所需流量约为2.8 L/min，但由于要考虑溢流阀的最小稳定溢流量3 L/min，故小流量泵的供油量最少应为5.8L/min。据据以上液压油源最大工作压力和总流量的计算数值，因此选取PV2R12-8/44型双联叶片泵，其中小泵的排量为8mL/r，大泵的排量为44mL/r，若取液压泵的容积效率=0.9，则当泵的转速=1500r/min时，液压泵的实际输出流量为 由于液压缸在快退时输入功率最大，这时液压泵工作压力为2.69MPa、流量为70.2L/min。取泵的总效率=0.85，则液压泵驱动电动机所需的功率为：根据上述功率计算数据，此系统选取Y112M型电动机，其额定功率，额定转速。6.2确定其它元件及辅件(1) 确定阀类元件及辅件根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，查阅产品样本，选出的阀类元件和辅件规格如表6所列。表6 液压元件规格及型号序号元件名称最大通过流量/型号1双联叶片泵65YB1-4/652过滤器70XU-702003三位五通电磁换向阀7070D1-63BY4单向阀70CRG-03-04-505调速阀0.25FG-3-10-K-106二位二通电磁阀7022D1-70BH7单向阀70CRG-03-04-508液控顺序阀0.25XY-25B9背压阀0.25B-10B10减压阀70RCT-03-B-2211单向阀70CRG-03-04-5012单向顺序阀70HC-T-03-N-2-P-2213单向节流阀70MK-8-G-1.214压力继电器HED1K15工作液压缸6580-60-32016电动机Y112M17溢流阀40DA-1018单向阀70CRG-03-04-50*注：此为电动机额定转速为1500r/min时的流量。(2) 确定油管根据表中数值，当油液在压力管中流速取5m/s时，可算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为：取标准值20mm；因此与液压缸相连的两根油管可以按照标准选用公称通径为的无缝钢管或高压软管。如果液压缸采用缸筒固定式，则两根连接管采用无缝钢管连接在液压缸缸筒上即可。如果液压缸采用活塞杆固定式，则与液压缸相连的两根油管可以采用无缝钢管连接在液压缸活塞杆上或采用高压软管连接在缸筒上。（3）油箱的设计 油箱的主要用途是贮存油液，同时也起到散热的作用，参考相关文献及设计资料，油箱的设计可先根据液压泵的额定流量按照经验计算方法计算油箱的体积，然后再根据散热要求对油箱的容积进行校核。油箱中能够容纳的油液容积按GB/T79381999标准估算，取时，求得其容积为按JB/T79381999规定，取标准值V=350L。6.3主要零件强度校核1 缸筒壁厚=5因为方案是低压系统，校核公式, 式中：-缸筒壁厚（） -实验压力 ,其中是液压缸的额定工作压力 D-缸筒内径 D=0.12m -缸筒材料的许用应力。，为材料抗拉强度（MPa）,n为安全系数，取n=5。对于P116MPa.材料选45号调质钢，对于低压系统因此满足要求。2 缸底厚度:对于平缸底，厚度 有两种情况：a. 缸底有孔时：其中b. 缸底无孔时，用于液压缸快进和快退；其中3 杆径d由公式：式中：F是杆承受的负载（N），F=45555.6N 是杆材料的许用应力，=100 4 缸盖和缸筒联接螺栓的底径d1式中 K-拧紧系数，一般取K=1.251.5； F-缸筒承受的最大负载（N）； z-螺栓个数； -螺栓材料的许用应力， ，为螺栓材料的屈服点（MPa），安全系数n=1.22.5 七.液压系统性能验算 7.1工进时的压力损失验算和小流量泵压力的调整工进时管路中的流量仅为2.8，因此流速很小，所以沿程压力损失和局部压力损失都非常小，可以忽略不计。这时进油路上仅考虑调速阀的压力损失，回油路上只有背压阀的压力损失，小流量泵的调整压力应等于工进时液压缸的工作压力加上进油路压差并考虑压力继电器的动作需要，则 即小流量泵的溢流阀20应按此压力调整。7.2快退时的压力损失验算及大流量泵卸载压力的调整因快退时，液压缸无杆腔的回油量是进油量的两倍，其压力损失比快时要大，因此必须计算快退时的进油路和回油路的压力损失，以便确定大流量泵的卸载压力。7.3局部压力损失由于采用集成块式的液压装置，所以只考虑阀类元件和集成块内油路的压力损失。通过各阀的局部压力损失按参考文献【1】中式（1-39）计算，结果列于表六中。 表六 阀类元件局部压力损失元件名称额定流量实际通过流量额定压力损失实际压力损失三位五通电磁阀6316/3240.26/1.03单向阀251620.82二位二通电磁阀633241.03单向阀251220.46 注：快退时经过三位五通阀的两油道流量不同，压力损失也不同。从以上验算结果可以看出，各种工况下的实际压力损失都小于初选的压力损失值，而且比较接近，说明液压系统的油路结构、元件的参数是合理的，满足要求。7.4液压系统的发热和温升验算液压传动系统在工作时，有压力损失、容积损失和机械损失，这些损失所消耗的能量多数转化为热能，使油温升高，导致油的粘度下降、油液变质、机器零件变形等，影响正常工作。为此，必须控制温升T在允许的范围内，如一般机床D= 25 30 ；数控机床D 25 ；粗加工机械、工程机械和机车车辆D= 35 40 。 液压系统的功率损失使系统发热，单位时间的发热量f（kW）可表示为式中 系统的输入功率（即泵的输入功率）（kW）； 系统的输出功率（即液压缸的输出功率）（kW）。 若在一个工作循环中有几个工作阶段，则可根据各阶段的发热量求出系统的平均发热量对于本次设计的组合机床液压系统，其工进过程在整个工作循环中所占时间比例达88.9%因此系统发热和油液温升可用工进时的发热情况来计算。在整个工作循环中，工进阶段所占时间最长，所以系统的发热主要是工进阶段造成的，故按工进工况验算系统温升。 工进时液压泵