课程设计 注塑机液压系统设计

注塑机液压系统设计

目录

一、 设计要求和概述 ..................................................................................................................... 3

1.1设计任务： ......................................................................................................................... 3

1.1.1动作参数 .................................................................................................................. 3 1.2 设计要求说明 .................................................................................................................... 4

1.2.1 液压系统设计 ......................................................................................................... 4 1.2.2 液压装置结构设计 ............................................................................................... 4 1.2.3 绘制工程图、编写设计说明书 ........................................................................... 4

二、拟定液压系统原理图 ............................................................................................................... 4

2.1 确定供油方式 .................................................................................................................... 4 2.2 调速方式的选择 ................................................................................................................ 4 2.3 速度换接方式的选择 ........................................................................................................ 4 2.4 液压系统原理图 ................................................................................................................ 5 2.5 系统工作原理 .................................................................................................................... 5 2.6 电磁铁动作顺序表 ............................................................................................................ 6 三、液压系统的计算和选择液压元件 ........................................................................................... 5

3.1 液压执行元件主要尺寸的确定 ........................................................................................ 6

3.1.1 工作压力P的确定 ............................................................................................... 6 3.1.3 计算注塑液压缸内径圆D和活塞直径d ........................................................... 7

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3.1.4 计算在各工作阶段液压缸所需的流量 ............................................................... 8 3.2.2 泵的流量确定 ....................................................................................................... 9 3.2.3 选择液压泵的规格 ............................................................................................. 10 3.2.4 与液压泵匹配的电动机的选定 ................................................................................. 11 3.3 液压阀的选择 .................................................................................................................. 11 3.4 确定管道尺寸 .................................................................................................................. 12 3.5 液压油箱容积的确定 ...................................................................................................... 12 四、液压系统的验算 ..................................................................................................................... 13

4.1 压力损失的验算 .............................................................................................................. 13

4.1.1 进油路压力损失 ................................................................................................. 13 4.1.2 回油路的压力损失 ............................................................................................. 14 4.1.3 泵出口的压力Pp................................................................................................ 15 4.2系统温升的验算 ............................................................................................................... 15 五、系统方案验证 ......................................................................................................................... 16 六、集成块设计 ............................................................................................................................. 18

集成块油路图设计，如图 ..................................................................................................... 18 设计过程如下： ..................................................................................................................... 18

6.3.1 制做液压元件样板 ............................................................................................... 18 6.3.2 决定通道的孔径 ................................................................................................... 19 6.3.3 集成块上液压元件的布置 ................................................................................... 19 6.3.4 集成块上液压元件布置程序 ............................................................................... 19 6.4 集成块（闭合模模块）零件图的绘制 .................................................................. 20

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开闭模模块集成单元设计 ............................................................................................. 20 6.5课程设计心得 ........................................................................................................... 20 6.6参考文献 ................................................................................................................... 20

一、 设计要求和概述

1.1设计任务： 1.1.1动作参数

设计一台简易注塑机液压系统，动作顺序如下：

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。 设计参数如下：

学号 F1 (T) F2 (T) T (m.N) V1 (mm/s) V2 (mm/s) N r/s L1 (mm) L2 (mm) 36 40 24 380 50 20 4 800 140

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1.2 设计要求说明 1.2.1 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。

1.2.2 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。

1.2.3 绘制工程图、编写设计说明书

绘制液压系统原理图1份（A4）；集成块集成油路图1份（A4，同组相同)；集成块零件图1份（A3，同组不同）；编写设计说明书（包含的实验验证内容同组相同）。

二、拟定液压系统原理图

2.1 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。

2.2 调速方式的选择

在本次设计的简易注塑机的液压系统中，执行元件的工作负载变化不大，速度的调节可采用节流阀调速。快速和慢速闭模的调节可通过一个两位两通的电磁换向阀的通断来调节。

2.3 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

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度换接回路。

2.4 液压系统原理图

2.5 系统工作原理

第一步，启动液压泵，8YA得电，系统处于调压状态，手动控制1YA得电，换向阀6工作在左位，开闭模液压缸无杆腔进油，开闭模液压缸工作，进行快速闭模。 第二步，碰到行程开关1，7YA得电，系统转为慢速闭模。

第三步，碰到行程开头2，1YA、7YA失电，同时3YA得电，注塑液压缸无杆腔进油，注塑液压缸前进，进行注塑。

第四步，碰到行程开头3，3YA失电，同时5YA得电，转动液压马达工作，塑化。 第五步，时间继电器计时到，5YA失电，同时4YA得电，注塑液压缸有杆腔进油，注塑缸退回。

第六步，碰到行程开关4，3YA失电，同时2YA得电，开闭模液压缸退回，进行快速开模。

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2.6 电磁铁动作顺序表

1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA 快速闭模 + - - - - - - + 慢速闭模 + - - - - - + + 注塑 - - + - - - - + 马达转动 - - - - + - - + 注塑缸退回 - - - + - - - + 慢速开模 - + - - - - - + 停止 - - - - - - - -

三、液压系统的计算和选择液压元件

3.1 液压执行元件主要尺寸的确定 3.1.1 工作压力P的确定

工作压力P可以根据负载大小以及机器的类型来初步确定，参考教材《液压与气压传动》P171表8-1，初选液压缸的工作压力为P1=22MPa。 3.1.2 计算开闭模液压缸内径圆D和活塞直径d

由负载图知道最大负载F为400KN，参考《液压系统设计简明手册》P10表2-2，可取背压力P2为0.5MP，液压缸的机械效率ηcm为0.95（0.9~0.97），考虑到快进、快退速度相等，

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取d/D=0.71（《液压与气压传动》P173表8-5）。由《液压系统设计简明手册》P11式（2-3）可知，

D4Fp2dp1cm11p1D2

则 D44001030.157m

0.623.14221060.95{1[10.71]}22由《机械设计手册5》P105表8、表9，将液压缸内径圆取整为标准系列直径D=160mm，杆直径d，按d/D=0.71，活塞杆直径系列取d=110mm。 液压缸有杆腔面积为A14D240.16220.1103m2

液压缸有杆腔面积为A2（D2d2）（0.1620.112）10.6103m2

44

3.1.3 计算注塑液压缸内径圆D和活塞直径d

由负载图知道最大负载F为240KN，参考《机械设计手册5》P104表5，可取背压力P2为0.6MP，ηcm为0.95，考虑到快进、快退速度相等，按液压缸工作压力选取取d/D=0.7。由《机械设计手册5》P105式（37.5-18）可知，

D24F2p2dp1cm11p1D2

则 D242401030.122m

0.623.14221060.95{1[10.7]}22由《机械设计手册5》P105表8、表9，将液压缸内径圆取整为标准系列直径D2125mm，杆直径d2，按

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d2D20.71，活塞杆直径系列取d290mm。

液压缸无杆腔面积为A334D2240.125212.2710m2

液压缸有杆腔面积为A24（D2d22）（0.12520.092）5.91103m244

3.1.4 计算在各工作阶段液压缸所需的流量

闭模液压缸所需的流量：

Q1A1V120.110350103m3/s1.01103m3/s60.6L/min

注塑液压缸所需的流量：

Q32A3V212.271020103m3/s2.45104m3/s14.7L/min

3.1.5 计算液压马达所需流量 转动液压马达排量: V2T23.14380m3/r11.15105m3p6/r 1p2220.610液压马达所需流量：QVn11.1510544.46104m3/s26.76L/min

确定液压缸的流量、压力和选择泵的规格 3.2.1泵的工作压力的确定

液压缸的实际最大工作压力取决于开闭模液压缸，Fp2A24001030.610610.6103p1cmA0.95.1103Pa21.3MPa120 考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为

ppp1p

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故：

式中：

pp—泵的最大工作压力；

p1—执行元件最大工作压力；

p—进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.2—0.5MPa，复杂系统取0.5—1.5

MPa，本设计中取0.5MPa，所以有：

ppp1p=（21.3+0.5）MPa=21.8MPa

上述计算所得的pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的进度阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力储存量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力

Pn应满足Pn1.25~1.6pp

本设计取Pn1.3pp1.321.8MPa28.3MPa，本设计中Pn取28MPa。

3.2.2 泵的流量确定

液压泵的最大流量应为

qpKL(q)max

式中：

qp--液压泵的最大流量；

（q）max---同时动作的各执行元件所需要流量之和的最大值。如果这时溢流阀正在进行工

作，尚须加溢流阀的最小溢流量2—3L/min；

KL---系统泄露系数，一般取KL=1.1—1.3，现取KL=1.2。

3qpK（）1.21103m3s72.6LminLqmax1.21.0110

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3.2.3 选择液压泵的规格

根据以上算得的量泵

该泵的基本参数为：

pp和qp，根据《液压设计手册5》先选用XB-F40(XM)斜盘式轴向柱塞定

型号: XB-F40(XM) 变量型式: 定量 排量mL/r: 40 压力/MPa|额定: 21 压力/MPa|最高: 28 转速r/min|额定: 2500 转速r/min|最高: 4000 驱动功率/kW: 41 转矩/N·m: 120 容积效率(%): ≥93 重量/kg: 29

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3.2.4 与液压泵匹配的电动机的选定

电动机所需的功率为

Pppqp21.81061.21103kw28.36kW 30.9310选Y2-200L1-2型电机，额定功率30 kW，额定转速为2950 r/min。

3.3 液压阀的选择

本液压系统可采用力士乐系统或GE系列的阀。本设计方案中均选用GE系列阀。根据所拟定的液压系统图，按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。选定的液压元件如表4-2所示。 表4－2 液压元件明细表

序号 通过最大元件名称 流量（L/min） 型号 规格 额定流量(L/min) 100 94.5 100 60 40 额定压力(MPa) 32 32 31.5 31.5 31.5 031.5 1 2 6 7 8 9 滤油器 液压泵 三位四通换向阀 二位二通换向阀 节流阀 开闭模液压缸 66 72.6 60.6 ZU-H100×10S 63MCY14-1B 4WE-10-E 30.2 4WE-6-E 26.76 SRC-G-03 10 三位四通换向阀 60.6 4WE-10-E 100 ·

11 12 14 15 16

直控单向顺序阀 注塑液压缸 液压马达 溢流阀 单向节流阀 26.76 26.76 26.7 72.6 HC-T-03-M-1 50 21 31.5 20 DBDS8P ALF3-E10B 64 100 3.4 确定管道尺寸

油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计算。压油管的允许流速取v=4m/s， 闭合模液压缸所接的管道直径为

4Q41.01103d103mm17.9mmv3.144

注塑机液压缸所接的管道直径为

4Q42.45104d103mm8.8mm

v3.144统一取油管的内径d为20mm。吸油管同样可按上式计算，吸油管的速度一般取1m/s以下

4Q41.21103d103mm43.8mm

v3.140.8取吸油管内径d为45mm。

3.5 液压油箱容积的确定

本次设计的压液压系统中，取经验系数α=6，得

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系统油箱容量V=αqpn=8*72.6=580.8L

现选用规格为800的带支撑脚的矩形油箱油箱，容量为830 L。

四、液压系统的验算

现取进、回油管长l=2m.选用L-HL32液压油，考虑油的最低温度为15℃，查得15℃时该液压油的运动粘度v=150cst=1.5cm2/s，油的密度ρ=920kg/m。

34.1 压力损失的验算 4.1.1 进油路压力损失

工作时的最大流量为1.21103m3/s，则液压油在管内流速v1为

41.21103v1m/s3.85m/s 3223.14（2010）dq由文献[2，18]可知，管道流动雷诺数Re1为

Re1vd （5-1） vv1d3.8520103513.3 则 Re14v1.510Re1＜2300，可见油液在管道内流态为层流,其沿程阻力系数 λ1=80/Re1=75/513.3=0.146。进油管道BC的沿程压力损失Δp1-1为

P11lv229203.8526λ0.146Pa0.099510Pa 3d222010查得换向阀4WE10E的压力损失Δp12=0.3MPa

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。

由所给出的原理图可得液压油从泵出口到注射缸进油口，要经过电液换向阀6及单向节流阀7

单向节流阀7的额定流量为100L/min，额定压力损失为0.2MPa。电液换向阀2的额定流量为100L/min，额定压力损失0.3 MPa。

通过各阀的局部压力损失之和为

272.6272.60.20.30.263MPa

100100p12

p1Δp11Δp12(0.09950.263)MPa0.363MPa

4.1.2 回油路的压力损失

由于选用单活塞杆液压缸，且液压有杠腔的工作面积为无杠腔的工作面积的约二分之一，则回油管道的流量为进油管道的二分之一，则 v2=v1/2=1.51m/s

v2d1.5145103Re2453

v1.5104λ2=75/Re2=75/453=0.166

（1）回油管道的沿程压力损失为Δp2-1为：

P21lv229201.512λ0.166Pa0.077106Pa 2d224.510（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

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部压力损失。

由所给出的原理图可得液压油从注射缸出油口到回油槽，要经过及单向顺节流阀7，电液换向阀5电液换向阀6，滤油器1

单向节流阀7的额定流量为100L/min，额定压力损失为0.2MPa。电液换向阀5的额定流量为100L/min，额定压力损失0.3 MPa。电液换向阀6的额定流量为100L/min，额定压力损失0.3 MPa。

通过各阀的局部压力损失之和为

2272.6272.672.60.20.30.30.420MPa

100100100p22

回油路总压力损失Δp2为

p2p21p220.497MPa

4.1.3 泵出口的压力Pp

Pp=

F/cmA2Δp2Δp1

A1400103/0.9510.61030.49710660.363103Pa20.11020.57106Pa

4.2系统温升的验算

在整个工作循环中，考虑整个循环都是快速闭模时的发热量。

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当v=50mm/s时

q4D2v1.01103m3/s60.6L/min 此时泵的效率为0.85，泵的出口压力为

26.44MPa，则

20.5710660.6/60000p输入w24.62kw 0.85p输出Fv40010350103w20kw此时的功率损失为

pp输入p输出(24.6220)kw4.62kw

假定系统的散热状况一般，取K=15W/(m.C)，油箱的散热面积A为 ：

A0.0653V20.06538302m25.740m2

p4.6210338.2C 系统的温升为：TKA155.74设环境温度T2=25度

T1T2T2538.263.270C

验算表明系统的温升在许可范围内。

五、系统方案验证

随着液压机械自动化程度的不断提高，所用液压元件的数量急剧增加，因而小型化、集成化就成为液压传动技术发展的必然趋势。随着传感器技术、微电子技术的发展以及与液压技术紧密结合，出现了电液比例控制阀、电液比例控制泵和马达、数字阀等机电一体化器件，使液压技术向着高度集成化和柔性化的方向发展。近年来，在新型密封和无泄漏管件的开发、液压元件和系统的优化设计等方面取得了重要的进展。

在这些基础上，本设计结合了先进的液压元件，更加优化地实现了设计所规定的机器动作。下面是本设计实验验证的内容：

实验目的：验证简易注塑机液压系统设计方案的正确性。

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实验内容和要求：按设计方案原理图连接油路，观察油路是否通畅，机械运动是否与预期一致，分析方案的正确性和合理性。

实验所用器件：定量泵、压力表、顺序阀、Y型电磁换向阀、节流阀、O型电磁换向阀、溢流阀、液压缸、液压马达。

实验过程：按照设计要求，组装实验回路，确认液压元件后用软管和接头在液压实验装置上连成实验油路。实验原理图和方案实验油路图液压系统原理图 方案实验油路图

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实验结果：通过手动控制电磁阀的开关，实现了两液压缸的运动。

实验结论：该设计方案是正确的，通过顺序控制电磁阀的开关必能实现两液压缸的顺序动作，以实现系统设计的工序动作。

六、集成块设计

集成块油路图设计，如图

设计过程如下： 6.3.1 制做液压元件样板

制作液压元件样板。根据产品样本，对照实物绘制液压元件顶视图轮廓尺寸，虚线绘出液压元件底面各油口位置的尺寸，依照轮廓线剪下来，便于工作是液压元件样板。若产品样本与实物有出入，则以实物为准。若产品样本中的液压元件配有底板，则样板可按底板所提供的

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尺寸来制做。若没有底板，则要注意，有的样本中提供的是元件的府视图，做样板时应把产品样本中的图翻转180°。

6.3.2 决定通道的孔径

集成块上的公用通道，即压力油孔P，回油孔T，泄漏孔L及四个安装孔。压力油孔由液压泵流量决定，回油孔一般不得小于压力油孔。直接与液压元件连接的液压油孔由选定的液压元件规格确定。孔与孔之间的连接孔（即工艺孔）用螺塞在集成块表面堵死。与液压油管连接的液压没孔可采用米制细牙螺纹或英制管螺纹。本设计中采用的是米制细牙螺纹。

6.3.3 集成块上液压元件的布置

把做好的液压元件样板放在集成块各视图上进行布局，有的液压元件需要连接板，则样板应以连接板为准。

电滋阀应布置在集成块的前，后布，要避免电磁换向阀两端的电磁铁与其它部分相碰。液压元件的布置应以在集成块上加工的孔最少为好。孔道相通的液压元件尽可能布置在同一水平面，或在直径D的范围内，否则要钻垂直中间油孔，不通孔道之间的最小壁厚H必须进行强度校核。

液压元件在水平面上的孔道若与公共油孔相通，则应尽可能地布置在同一垂直位轩或在直径D范围，否则要钻中间孔道，集成块前后与左右连接的孔道应互相垂直，不然也要钻中间孔道。设计专用集成块时，要注意其高度应比装在其上的液压元件的最大横向尺寸大2mm，以避免上下集成块上的液压元件相碰，影响集成块紧固。

6.3.4 集成块上液压元件布置程序

电磁换向阀布置在集成块的前面和后面，先布置垂直位置，后布置水平位置，要避免电磁换向阀的固定螺孔与阀口通道，集成块固定螺孔相通。液压元件泄漏孔可考虑与回油孔合并。水平位置孔道可分三层进行布置。根据水平孔道布置的需要，液压元件可以上下移动一段距离。溢流阀的先导阀部分可伸出集成块外，有的元件如单向阀，可以横向布置。

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6.4 集成块（闭合模模块）零件图的绘制

集成块的六个面都是加工面，其中有三个侧面要装液压元件，一个侧面引管道，块内孔道纵横交错，层次多，需要多个视图和2~3个剖面图才能表达清楚。孔系的位置精度要求较高。因此尺寸，公差及表面粗糙度均应标注清楚，技术要求也应予说明。集成块的视图比较复杂，视图应尽可能少用虚线表达。为了便于检查和装配集成块，应把单向集成回路图和集成块上液压元件布置简图绘声绘色在旁边。而且应将各孔道编上号，列表说明各个孔的尺寸，深度以及与哪些孔相交等情况，压力块的零件图见附CAD图。

开闭模模块集成单元设计

模块的设计的直观三维图

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6.5课程设计心得体会

通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。

在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和INTERNET成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。

在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。

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6.6参考文献

《液压系统设计简明手册》 杨培元 朱福元 机械工业出版社 《液压与气压传动》 李笑 国际工业出版社 《机械设计手册 单行本 液压传动》 成大先 北京化学工业出版社 《液压气动手册》

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刘新德 北京 机械工业出版社