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大XX大学毕业设计(论文)注塑机液压系统设计所在学院专业班级姓名学号指导老师年月日摘要本次设计主要完成了以下设计内容:注射成型原理和理论研究及注射成型工艺过程分析;注塑机节能低耗高效的液压系统设计,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。关键词:注塑机,液压系统,液压缸AbstractThisdesignmainlycompletedthefollowingcontent:injectionmoldingprincipleandtheorystudyandinjectionmoldingprocessanalysis;injectionmoldingmachineenergysavingandlowconsumptionandefficienthydraulicsystemdesign,drawingontheworkprincipleofhydraulicstructuredesignanddrawing.Designofhydrauliccylinder,thecylinderbodyandthecylindercoverwithhalfringconnectingmode,thepistonrodandthepistonscrewadoptsthecombinedstructureofscrewthreadconnection.KeyWords:Injectionmoldingmachine,HydraulicSystem,Hydrauliccylinder目录摘要 IIAbstract III目录 IV第1章绪论 61.1注塑机概述 61.1注塑机的起源与发展 61.2国外注塑机的发展情况 71.3国内注塑机的发展情况 71.4注塑机的发展趋势 81.5塑料注射机的工作循环塑料 9第2章注塑机液压系统设计 102.1注射机液压系统设计要求及有关设计参数 102.1.1对液压系统的要求 102.1.2液压系统设计参数 102.2液压执行元件载荷力和载荷转矩计算 112.2.1各液压缸的载荷力计算 112.2.2进料液压马达载荷转矩计算 122.3液压系统主要参数计算 122.3.1初选系统工作压力 122.3.2计算液压缸的主要结构尺寸 122.3.3计算液压马达的排量 132.3.4计算液压执行元件实际工作压力 132.3.5计算液压执行元件实际所需流量 142.4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 162.5液压元件的选择 172.5.1液压泵的选择 172.5.2电动机功率的确定 172.5.3液压阀的选择 182.5.4液压马达的选择 192.5.5油管内径计算 192.5.6确定油箱的有效容积 202.6液压系统性能验算 202.6.1验算回路中的压力损失 202.6.2液压系统发热温升计算 222.6.3液压缸的结构设计 27第三章液压集成块的设计 293.1块式集成的结构 303.2块式集成的特点 303.3块式集成液压控制装置的设计 31第4章注塑机液压辅助装置设计 344.1液压油箱的设计 344.2液压泵组的结构设计 37第5章润滑系统 385.1润滑标准 385.2部件的润滑 38第6章机床的冷却与维护、保养 39总结 40参考文献 41致谢 42第1章绪论1.1注塑机概述1.1注塑机的起源与发展注塑机又名注射成型机或注射机。它是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。分为立式、卧式、全电式。注塑机能加热塑料,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、液压传动系统、电气控制系统、润滑系统、加热及冷却系统、安全监测系统等组成。。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,1996--1998年我国出口注塑机8383台(套),进口注塑机42959台(套),其中1998年我国注塑机产量达到20000台,其销售额占塑机总销售额的42.9%。我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。从50年代推出了螺杆式塑料注射成形机至今已有50多年的历史。目前在工程塑料加工业中,80%采用注射成型。塑料颗粒(ABS,聚乙烯,改型聚苯乙烯等)在注塑机料筒内进行多段加热器加热融蚀后,经螺杆搅拌增压后注射入模具腔内,保压冷却成形,完成一个工件的加工过程。对于塑料加工,注塑机完整的工艺流程为,合模--锁模—注射—保压—冷却—脱模—开模。其中保压和冷却,脱模和开模是同时进行的,即保压过程中,模具在通水冷却;在开模的过程中,模具内的脱模顶针由隐蔽处逐渐后伸出,使附注在模具上的工件脱落,开模到位后一个加工过程结束。不论大,中,小型注塑机,其工艺流程都是相同的。目前绝大多数的注塑机都是液压传动的注塑机,这样,加剧了阀门和油泵的磨损,造成油温升高,电机噪声过大。另外,从注塑机的设计看,通常在设计时油泵都要留有余量,一般考虑10%~15%,但油泵的系列是有限的,往往选不到合适的油泵型号时就往上靠,存在严重的“大马拉小车“现象,造成电能的大量浪费。因此,对定量泵的注塑机进行变频调速改造,节约电能,提高经济效率具有重要的意义。1.2国外注塑机的发展情况回顾2008年全球注塑机出口总额为54.6亿美元,其中德国注塑机产业规模居世界首位,出口总额占全世\o"查看图片"

注塑机界出口总额的20%以上,在全球注塑机竞争中处于优势地位。意大利和日本分列第二、三位。美国的注塑机出口份额逐年下降,己由2000年的9.8%降叠2008年的5.3%。日本的电动注塑机在全世界占有重要地位,其中在北美地区的电动注塑机占有率已经达到30%左右。目前,欧美日的注塑机主要以精密注塑机、大型注塑机等高技术含量、高附加值的机型为主。近几年来,世界上工业发达国家的注塑机生产厂家都在不断提高普通注塑机的功能、质量、辅助设备的配套能力,以及自动化水平。同时大力开发、发展大型注塑机、专用注塑机、反应注塑机和精密注塑机,以满足生产塑料合金、磁性塑料、带嵌件的塑料制品的需求。就全球市场格局而言,全球建筑市场的持续发展,将会拉动对塑料管材、壁板等挤压制品的需求,进而推动挤出设备的需求增长。因此,预计全球挤出设备需求,将超过其他类型的塑机产品。美国工业市场研究公司的调查表明,美国和日本塑料机械需求将重新显现复苏迹象,西欧市场需求将在2009年加速增长。中国、印度和俄罗斯塑料机械销售前景看好。土耳其、捷克、伊朗及其他发展中国家和地区,对塑料机械需求也将逐步增长。1.3国内注塑机的发展情况目前中国生产注塑机的厂家较多,据不完全统计已超过60家。注塑机的结构形式有立式和卧式两种。按生产出的制品可分为普通型和精密型注塑机。一次注射量45-51000g;锁模力200-36000kN;加工原料有热固性塑料、热塑性塑料和橡胶三种。热塑性塑料包括聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚氨酯、聚碳酸酯、有机玻璃、聚砜及(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)等。从加工出的制品来看,有单色、双色的一般和精密塑料制品。上述产品的主要生产厂家都有自己的系列,各有自己的特点。如广东震德塑料机械厂生产的捷霸CJ系列注塑机每一种规格均有数控和电脑控制两种形式。又如浙江省宁波海天机械生产的HTF80X-HFT3600X型系列注塑机,可用于生产各种高精密的热性塑料制品,机器采用线型移动传感器控制注射、合模、顶出,采用多重CPU电控系统、大幅面彩色LED显示、全电脑自动控制。普通卧式注塑机仍是注塑机发展的主导方向,其基本结构几乎没有大的变化,除了继续提高其控制及自动化水平、降低能耗外,生产厂家根据市场的变化正在向组合系列化方向发展,如同一型号的注塑机配置大、中、小三种注射装置,组合成标准型和组合型,增加了灵活性,扩大了使用范围,提高了经济效益。注塑机是目前中国塑料机械中发展速度最快、水平与工业发达国家差距较小的塑机品种之一。但主要指普通型注塑机,在特大型、各种特殊、专用、精密注塑机的多数品种方面,有的产品尚属空白,这是与工业发达国家的主要差距经过多年的技术引进和技术创新,中国塑机行业在低端注塑机领域中,制造水平已经与发达国家相差无几,加上劳动力价格的优势,使得中国的低端注塑机出口占据了世界的半壁江山。此外,近几年来,中国塑机行业不仅在中端注塑机领域有了长足的进步,在高端注塑机领域也取得了重要突破,中国塑机的市场份额有望逐步扩大。。1.4注塑机的发展趋势从50年代技术创新推出了螺杆式塑料注射成型机至今已有50多年的历史。目前在工程塑料业中,80%采用了注射成型。近年来由于汽车、建筑、家用电器、食品、医药等产业对注射制品日益增长的需要,推动了注射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%左右是注射成型机。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。1.塑料注射成型机的技术水平及发展趋势从注射机问世起,锁模力在1000-5000kN,注射量在50-2000g的中小型注射机占绝大多数。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,使大型注射机得到了迅速发展。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,注射量达到92000g。目前注塑机发展的另一个重要方面,是各种专用注塑机,如排气式注塑机、发泡注塑机、多色注塑机等等。以加拿大HUSKY公司为代表的瓶胚机、包装机,集中体现了高新技术含量的特征。该公司推出的低压注塑成型技术,在锁模力只有传统技术三分之一时,仍可高质量的保证制品成型,使机器的体积和重量都大幅度降低,在节能和制品成本控制方面都具有重大意义。我们海天公司也积极研制了HTC系统的热固性材料的注塑机,HTP包装专用注塑机并出口到北美市场,HTE瓶胚专用注塑机,HTS双色成型注塑机,我们将会把这些研发进一步推向深入。注塑机在机械制品中占有重要地位。随着注塑材料的不断问世,注塑产品在国民经济的各个方面占有很大比重。注塑机又名注射成型机或注射机,它是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。分为立式、卧式、全电式。注塑机能加热塑料,对熔融塑料施加高压,使其射出而充满模具型腔。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液压系统的作用为通过改变压强增大作用力。一个完整的液压系统由五个部分组成,即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件(附件)和液压油。对于液压系统来说就处理小功率信号的数学运算、误差检测、放大、测试与补偿等功能而言,液压装置不如电子或机电装置那样灵活、线性、准确和方便,因而在控制系统的小功率部分,一般不宜采用,主要应用于系统的动力部分。所以注塑机可以应用液压系统来进行控制。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。1.5塑料注射机的工作循环塑料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。第2章注塑机液压系统设计2.1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液压系统设计参数根据任务书要求,确定注塑机参数塑料注射机液压系统设计参数如下:公称注射量:250cm3螺杆直径40mm螺杆行程200mm最大注射压力153MPa螺杆驱动功率5kW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350mm快速闭模速度0.1m/s慢速闭模速度0.02m/s快速开模速度0.13m/s慢速开模速度0.03m/s注射速度0.07m/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。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。(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,由给定参数知:d=0.04m;p——喷嘴处最大注射压力,已知p=153MPa。由此求得Fw=192kN。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0.9,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/kN活塞上的载荷力合模缸合模90100锁模16001800开模4955座移缸移动2.73预紧2730注射缸注射1922132.2.2进料液压马达载荷转矩计算取液压马达的机械效率为0.95,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6.5MPa。2.3.2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合模缸最大载荷时,为锁模工况,其载荷力为900kN,考虑20%的超载因素,工作在活塞杆受压状态。活塞直径:此时是由液压缸提供的增压后的进油压力,锁模工况时,回油流量极小,故p2≈0,求得合模缸的活塞直径为,取Dh=0.5m。按表2-5取d/D=0.7,则活塞杆直径dh=0.7×0.5m=0.35m,取dh=0.35m。⑵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,取Dy=0.1m由给定的设计参数知,注射座往复速比为0.08/0.06=1.33,查表2—6得d/D=0.5,则活塞杆直径为:dy=0.5×0.1m=0.05m⑶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,取Ds=0.22m;活塞杆的直径一般与螺杆外径相同,取ds=0.04m。2.3.3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0.95,这样2.3.4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2-2。表2-2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工作压力锁模合模缸1600—6.4座前进座移缸30.50.76座顶紧30—3.8注射注射缸2130.35.9预塑进料液压马达838—6.02.3.5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,见表3。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0.020.6快速合模0.13座前进座移缸0.060.48座后退0.080.48注射注射缸0.072.7预塑进料液压马达0.87慢速开模合模缸0.030.42快速开模0.131.82.4制定系统方案和拟定液压系统图2.4.1制定系统方案⑴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。⑵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。⑶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。⑷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。⑸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。⑹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。⑺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拟定液压系统图图2注塑机液压系统原理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塑料注射机完整的液压系统图,见图2,其动作循环表,见表2-4。 表2-4电磁铁动作表 2.5液压元件的选择2.5.1液压泵的选择⑴液压泵工作压力的确定pP≥pl+∑Δppl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,pl=6.4MPa;∑Δp是泵到执行元件间总的管路损失。由系统图可见,从泵到增压缸之间串接有一个单向阀和一个换向阀,取∑Δp=0.5MPa。液压泵工作压力为pP=(6.4+0.5)MPa=6.9MPa⑵液压泵流量的确定qP≥K(∑qmax)由工况图看出,系统最大流量发生在快速合模工况,∑qmax=3L/s。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-BCl71/48B型双联叶片泵,当压力为7MPa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pP1=6.9MPa,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ηP=0.8,泵的总驱动功率为=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=27.313×100/125=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。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2-5。表2-5塑料注射机液压阀名细表序号名称实际流量选用规格1三位四通电液换向阀2.6234DYM-B32H-T2三位四通电液换向阀3.3634DYY-B32H-T3三位四通电液换向阀0.5034DY-B10H-T4三位四通电液换向阀3.3634DYO-B32H-T5二位四通电液换向阀0.7424DYO-B32H-T6二位四通电液换向阀0.5024DO-H10H-T7溢流阀0.74YF-B20C8溢流阀2.62YF-B20C9溢流阀2.62YF-B20C10单向阀0.74DF-B20K11液控单向阀3.36AY-H32B12单向阀0.50DF-B10K13单向阀2.62DF-B32K14节流阀0.65LF-B10C15调速阀0.70QF-B10C16调速阀1.70QF-B20C17单向顺序阀0.74XDIF-B20F18单向顺序阀2.70XDIF-B32F19行程滑阀0.5024C-10B2.5.4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SYM0.9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8~l00r/min,最高转矩为3057N·m,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2-6。表2-6主要管路内径管路名称通过流量允许流速管路内径实际取值泵吸油管2.620.850.0630.065泵排油管0.7354.50.0140.015注射缸进油管路2.664.50.0280.0322.5.6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=aqV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。参照表4—3取a=5,算得有效容积为:V=5×0.2m3=1m32.6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。⑴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ν=27mm2/s,油的密度ρ=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:⑵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Δp2,以及通过控制阀的局部压力损失Δp3。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2,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0.3MPa。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: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=(0.03+0.88)MPa=0.91MPa大泵到注射缸之间总的压力损失为∑p2=(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⑴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=Pr-Pc对本系统来说,Pr是整个工作循环中双泵的平均输入功率。具体的pi、qi、ti值见表7。这样,可算得双泵平均输入功率Pr=12kW。系统总输出功率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=(15.3-3)kW=12.3kW⑵计算散热功率前面初步求得油箱的有效容积为1m3,按V=0.8abh求得油箱各边之积:a·b·h=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=(1.8×l×(1.25+1)+1.5×1.25)m2=5.9m2油箱的散热功率为:Phc=K1AtΔT式中K1——油箱散热系数,查表5—1,K1取16W/(m2·℃);ΔT——油温与环境温度之差,取ΔT=35℃。Phc=16×5.9×35kW=3.3kW<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。⑶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K=116W/(m2.·℃);Δtm—平均温升(℃);取油进入冷却器的温度T1=60℃,油流出冷却器的温度T2=50℃,冷却水入口温度tl=25℃,冷却水出口温度t2=30℃。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:A=1.3×2.8m2=3.6m2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。附:系统工况图2.7液压缸的设计2.7.1液压缸主要尺寸的确定液压缸壁厚和外经的计算 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。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);——试验压力,一般取最大工作压力的(1.25~1.5)倍;——缸筒材料的许用应力。无缝钢管。则: 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。 液压缸壁厚算出后,即可求出缸体的外经为为同理夹紧与定位液压缸的壁厚与外径为:缸体外径夹紧与定位液压缸的壁厚与外径为:,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,并参阅<<液压系统设计简明手册>>P12表2-6中的系列尺寸来选取标准值。液压缸工作行程选夹紧与定位液压缸选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’=35mm4)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=(0.6~10)D;缸盖滑动支承面的长度,根据液压缸内径D而定;当D<80mm时,取;当D>80mm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,即液压缸:最小导向长度:,取H=72mm活塞宽度:B=0.8D=64mm缸盖滑动支承面长度:隔套长度:夹紧与定位液压缸:最小导向长度:,取H=47mm活塞宽度:B=0.8D=50.4mm,取B=50mm缸盖滑动支承面长度:隔套长度: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20~30倍。液压缸:缸体内部长度夹紧与定位液压缸:缸体内部长度2.6.3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。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3所示:图3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<<液压系统设计简明手册>>P15表2-8,采用组合式结构中的螺纹连接。如下图4所示:图4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。活塞杆导向部分的结构(1)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。第三章液压集成块的设计液压控制装置的集成主要有板式集成、块式集成和叠加阀式集成。(1)板式集成液压控制装置,是把若干个标准板式液压控制阀用螺钉固定在一块公共底板(油路板,亦称阀板)上,按系统要求,通过油路板中钻、铣或铸造出的孔道实现各阀之间的油路联系,构成一个回路。对于较复杂的系统,则需将系统分解成若干个回路,用几个油路板来安装标准板式液压元件,各个油路板之间通过管道来连接。通常将油路板上安装阀的一面称为正面,不安装阀的一面称为背面。板式集成的特点是对于动作复杂的液压系统,会因液压元件数量的增加,导致所需油路板的尺寸和数量的增大,致使有些孔道甚至无法钻出,而铣槽往往出现渗漏串腔现象。此外,油路板是根据特定的液压系统专门设计制造的,不易实现标准化和通用化,不易组织专业生产。特别是当需要更改回路或追加元件时,油路板就要重新设计加工,而其中的差错可能会使整块油路板报废。总之,板式集成液压控制装置适合不太复杂的低压液压系统采用。(2)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)、泄油孔L及块间连接螺栓孔,多个回路块叠积在一起,同过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。块式集成有以下几个特点:1)可简化设计;2)设计灵活,更改方便;3)易于加工,专业化程度高;4)结构紧凑,装配维护方便;5)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)叠加阀是在集成块的基础上发展起来的,液压元件间的连接不需要另外的连接块,而是以特殊设计的叠加阀的阀体作为连接体,通过螺栓将液压阀等元件直接叠积并固定在最底层的基块(底板)上.基块侧面开有螺纹孔,通过管接头作为通向执行器、液压泵或油箱的孔道,并可以根据需要用螺塞封堵打开,只要把同一规格的叠加阀按一定顺序叠加起来,再将板式换向阀直接安装于这些叠加阀的上面,即可构成各种典型液压回路.叠加阀的特点为:结构紧凑,体积小,重量轻,占地面积小。叠加阀安装简便,装配周期短,系统有变动增减元件时,重新组装较为方便。使用叠加阀,元件间无管连接,消除了因管接头引起的漏油、振动和噪声。使用叠加阀系统配置简单,元件规格统一,外行整齐美观,维修保养容易。采用我过叠加阀组成的集中供油系统节电显著。由于规定尺寸限制,由叠加阀组成的回路形式少,通径较小,一般使用于工作压力小于20Mpa,流量小于200L/min的机床,轻工机械,工程机械等行业。综上比较可以得出此液压系统适用的块式集成为叠加式。③动力源装置确定液压动力源一般由液压泵组、油箱组件、控温组件和过滤器组件等相对独立的部分组成。尽管这几个部分相对独立,但设计者在液压动力源装置设计中,除了根据机器设备的工况特点和使用的具体要求合理进行取舍外,经常需要将它们进行适当的组合,合理构成一个部件。例如,油箱上常需将控温组件中的油温计、过滤器组件作为油箱附件而组合在一起构成液压油箱等等。按液压泵组布置的方式分上置式液压动力源、非上置式液压动力源和柜式液压动力源三种方式。本设计采用上置式液压动力源设计。当电动机卧式安装,液压泵置于油箱之上时,称为卧式液压动力源。当电动机立式安装于油箱之上时,称为立式液压动力源。上置式液压动力源占地面积小,结构紧凑,液压泵置于油箱内的立式安装动力源,躁声低且便于收集漏油。综合考虑本设计决定采用卧式液压动力源布置。【16】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1)分解液压系统并绘制集成块单元回路图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。集成块上液压阀的安排应紧凑,块树应尽量晒,以减少整个液压控制装置的结构尺寸和重量。集成块的数量与液压系统的复杂程度有关,一摞集成块组中,除基块和顶块外,中间块一般1-7块。当所需中间块多于7块时,可按系统工作特点和性质,分组多摞叠加,否则集成简单回路合用一个集成块;液压泵的出口窜接单向阀时,可采用管式连接的单向阀(窜接在泵与集成块组的基块之间);采用少量叠加阀、插装阀及集成块专用嵌入式插装阀;集成块侧面加装过渡板与阀连接;基块与顶块上布置适当的元件等等。块的设计(1)确定公用油道孔的数目集成块体的公用油道孔,有二孔、三孔、四孔、五孔等多种设计方案,应用较广的为二孔式和三孔式。二孔式在集成块上分别设置压力油孔P和回油孔O各一个,用4个螺栓孔与块组连接螺栓间的环形孔来作为泄漏油通道。二孔式集成块的优点是结构简单,公用通道少,便于布置元件;泄漏油道孔的通流面积大,泄漏油的压力损失小。缺点是:在基块上需将4个螺栓孔相互钻通,所以须堵塞的工艺孔较多,加工麻烦,为防止油液外漏,集成块间相互叠加面的粗糙度要求较高,一般应小于Ra0.8μm。三孔式在集成块上分别设置压力油孔P、回油孔O和泄油孔L共3个公用通道三孔式集成块的优点是结构简单,公用油道孔数较少,缺点是因泄漏油孔L要与各元件的泄漏油口相通,故其连通孔道一般细而长,加工较困难,且工艺孔较多。(2)液压元件样板(3)确定孔道直径及通油孔间的壁厚a.确定通油孔道的直径与阀的油口相通孔道的直径,应与液压阀的油口直径相同;与管接头相连接的孔道,其直径一般应按通过的流量和允许流速,用式计算,但孔口须按管接头螺纹小径钻崆并攻丝;工艺孔应用螺塞或球涨堵死;对于公用孔道,压力油孔和回油孔的直径可以类比同压力等级的系列集成块中的孔道直径确定,也可通过式计算得到;泄油孔的直径一般由经验确定。b.连接孔的直径固定液压阀的定位销孔的直径和螺钉孔的直径,应与所选定的液压阀的定位销直径及配合要求与螺钉孔的螺纹直径相同;连接集成块组的螺栓规格可类比相同压力等级的系列集成块的连接螺栓确定,也可以通过强度计算得到。单个螺栓的螺纹小径d的计算公式为:式中;P-块体内部最大受压面上的推力;n-螺栓个数;-担搁螺栓的材料许用应力。螺栓直径确定后,其螺栓孔(光孔)的直径也就随之而定,系列集成块的螺栓直径为M8-M12,其相应的连接孔直径为∅9-∅12(mm)。c.起吊螺钉的直径。单个集成块重量在30以上时,应按重量和强度确定螺钉孔的直径。d.油孔间的壁厚及其校核。通油孔间的最小壁厚的推荐值不小于5mm。当系统压力高于6.3Mpa时,或孔间壁厚较小时,应进行强度校核,以防止系统在使用中被击穿。(4)中间块外形尺寸的确定中间块用来安装液压阀,其高度H取决于所安装元件的高度。H通常应大于所安装的液压阀的高度。在确定中间块的长度和宽度尺寸时,在已确定共有油道孔基础上,应首先确定公有油道孔位置应与标准通道块上的孔一致。中间块的长度和宽度尺寸均应大于安放元件的尺寸,以便于设计集成块内的通油孔道时调整元件的位置。一般长度方向的调整尺寸为40-50mm,宽度方向为20-30mm。调整尺寸留的较大,孔道布置方便,但将加大块的外形尺寸和重量,反之,则结构紧凑、体积小、重量轻,但孔道布置困难。最后确定的中间块长度和宽度应与标准系列块的一致。(5)布置集成块上的液压元件液压元件在通道块上的安装位置合理与否,直接影响集成块体内孔道结构的复杂程度、加工工艺性的好坏及压力损失大小。元件安放位置不仅与典型单元回路的合理性有关,还要受到元件结构、操纵调整的方便性等因素的影响。a.中间块中间块的侧面安装各种液压控制元件。当需与执行装置连接时,3个侧面安装元件,一个侧面安装管接头。注意事项如下:应给安装液压阀、管接头、传感器及其他元件的各面留有足够的空间;集成块体上要设置足够的测压点,以便于调试和工作中使用;需经常调节的控制阀如各种压力阀和流量阀等应安放在便于调节和观察的位置,应避免相邻侧面的元件发生干涉;应使与各元件相通的油孔尽量安排在同一水平面,并在公用通油道的直径范围内,以减少中间连接孔、深孔和斜孔的数量。互不相通的孔间应保持一定壁厚,以防工作时击穿;集成块的工艺孔均应封堵,封堵有螺塞、焊接和球涨等三种方式;在集成块间的叠加面上,公用油道孔出口处要安装O形密封圈,以实现块间的密封。应在公用油道孔出口处按选用的O形密封圈的规格加工出深孔,O型圈沟槽尺寸应满足相关标准的规定;b.基块(底版)基块的作用是将集成块组件固定在油箱顶盖或专用底座上,并将公用通油孔道通过管接头与液压泵和油箱相连接,有时需在基块侧面上安装压力表开关。设计时要留有安装法兰、压力表开关和管接头等的足够空间。当液压泵出油口经单向阀进入主油路板时,可采用管式单向阀,并将其装在基块外。c.顶块(盖板)顶块的作用是封闭公用通油孔道,并在其侧面安装压力表开关以便测压,有时也可在顶块上安装一些控制阀,以减少中间块数量。(6)集成块油路的压力损失集成块组的压力损失,是指贯通全部集成块的进油、回油孔道的压力损失。在孔道布置一定后,压力损失随流量增加而增加。通常,经过一个块的压力损失值约为0.01Mpa.(7)集成块的材料和主要技术要求制造集成块的材料因液压系统压力高低和主机类型不同而异。通常,对于固定机械,低压系统的集成块,宜选用HT250或球墨铸铁;高压系统的集成块宜选用20钢和35钢锻件。对于有重量限制要求的行走机械等设备的液压系统,其集成块可采用铝合金锻件,但要注意强度计算。集成块的毛坯不得有砂眼、气孔、缩孔和夹层等缺陷,必要时需对其进行探伤检查。毛坯在切削加工前应进行时效处理或退火处理,以消除内应力。集成块各部位的粗糙度要求不同:集成块各表面和安装嵌入式液压阀的孔的粗糙度不大于Ra0.8μm,末端管接头的密封面和O形圈沟槽的粗糙度不大于Ra3.2μm,一般通油孔道的粗糙度不大于Ra12.5μm。块间结合面不得有明显划痕。形位公差要求为:块间结合面的平行度公差一般为0.03μm,其余4个侧面与结合面的垂直度公差为0.1mm。为了美观,机械加工后的铸铁和钢质集成块表面可镀锌。第4章注塑机液压辅助装置设计4.1液压油箱的设计1.油箱的作用:存储液压油液、散发油液热量、逸出空气、沉淀杂质、分离水分和安装元件。2.油箱通常可分为整体式油箱、两用油箱和独立油箱三类。整体式油箱是指在液压系统或机器的构件内形成的油箱。两用油箱是指液压油与机器中的其他目的用油的公用油箱。3.油箱的容量油箱的总容量包括油液容量和空气容量。油液容量是指油箱中油液最多时,即液面在液位计的上刻线时的油液体积。在最高液面以上要留出等于油液容量的10%~15%的空气容量,以便形成油液的自由表面,容纳热膨胀和泡沫,促进空气分离,容纳停机或检修时靠自重流回油箱的油液。油箱的容量通常可按式,-液压泵的总额定流量(L/min);-与系统压力有关的经验系数:低压系统=2~4,中低压系统=5~7,高压系统=10~124.油箱的设计1)箱顶、通气器(空气过滤器)、注油口油箱的箱顶结构取决于它上面安装的元件。例如,如果液压泵布置在油箱内部液面以下,则箱顶应为或应有可拆卸的盖。箱盖及管子引出口之类的所有开口都要妥为密封。箱顶上安装液压泵组时,顶板的厚度应为侧板厚度的四倍,以免产生振动。液压泵组与箱顶之间应设置隔振垫。为了便于布置和维修,有时采用装在箱顶上的回油过滤器。箱顶上一般要设置通气器(空气过滤器)、注油口,通气器通常为附带注油口的结构,取下通气帽可以注油,放回通气帽即成通气过滤器。2)箱壁、清洗孔、吊耳(环)、液位计对于钢板焊接的油箱,用来构成油箱体的中碳钢的最小厚度。箱顶上安装液压泵组时,侧板厚度应适当加大。当箱顶与箱壁之间为不可拆连接时,应在箱壁上至少设置一个清洗孔。清洗孔的数量和位置应便于用手清理油箱所有内表面。清洗口法兰盖板应该能由1个人拆装。法兰盖板应配有可以重复使用的弹性密封件。为了便于诱降的搬运,应在油箱四角的箱壁上方焊接吊耳(也称吊环)。吊耳有圆柱形和钩形两种。液位计通常为带有温度计的结构。液位计一般设在油箱外壁上,并近靠注油口,以便注油时观测液面。液位计的下刻线至少应比吸油过滤器或吸油管口上缘高出75mm,以防止吸入空气。液位计的上刻线对应着油液的容量。液位计与油箱的连接处有密封措施。3)箱底、放油塞、支角应在油箱底部最低点设置放油塞(≧M18×1.5),以便油箱清洗和油液更换。为此,箱底应朝向清洗孔和放油塞倾斜,倾斜坡度通常为1/25~1/20;这样可以促使沉积物(油泥或水)聚集到油箱中的最低点。为了便于放油和搬运,应该把邮箱架起来,油箱底至少离开地面150mm。油箱应设有支脚,支脚可以单独制作后焊接在箱底边缘上,也可以通过适当增加两侧壁高度,以使其经弯曲加工后兼作油箱支脚。支脚应该有足够大的面积,以便可以用垫片或契铁来调平。4)隔板、除气网为了延长油液在油箱中逗留的时间,促进油液在油箱中的环流,促使更多的油液参与在系统中的循环,从而更好地发挥油箱的散热、除气、沉淀等功能,油箱中,尤其在油液容量超过100L的油箱中应设置内部隔板。隔板要把系统回油区与吸油区隔开,并尽可能使油液在油箱内沿着油箱壁环流。隔板缺口处要有足够大的过流面积,使环流流速为0.3~0.6m/s。隔板结构有溢流式标准型、溢流式和回流式等多种型式。溢流式隔板的高度不应低于液面高度的2/3;隔板下部应开有缺口,以使吸油侧的沉淀物经此缺口至回油侧,并经放油口排出。隔板的安装型式为了有助于油液中的气泡浮出液面,可在油箱内设置除气网,除气网用网眼直径0.5mm的金属网制作,并倾斜10°~30°布置。5)过滤网的配置过滤网可以设计成将液压油箱内部一分为二,使吸油管与回油管隔开,这样液压油可以经过一次过滤(见下图12)。过滤网通常使用50~100目左右的金属网。6)管路的配置液

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