毕业设计--液压系统设计计算实例

XS—ZY—250A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、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、连杆机铰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，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——机械——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2.1 250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/s2.1.3系统工况塑料注射机的工作循环为：合模→注射座前移→注射→保压→冷却→注射座后退→开模→顶出→顶出缸后退→螺杆预塑进料2.1 系统工况图第三章 液压系统设计3.1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.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.3.1.1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.3.1.2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。

3.1.3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。

p d F W 24π=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 。

N p d F W 36221019210153404.014.34⨯=⨯⨯⨯==π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3.2进料液压马达载荷转矩计算实际输出转距m N nP T c W ⋅=⨯⨯⨯==79660/6014.3210523π其中p c =5×103w n=60r/min 取液压马达的机械效率为0.95，则其载荷转矩m N T T mW⋅===83895.0796η3.3液压系统主要参数计算3.3.1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6.5MPa 。

3.3.2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[])1(4221d p p FD --=π此时p 1是由增压缸提供的增压后的进油压力，初定增压比为5，则p 1＝5×6.5MPa ＝32.5MPa ，锁模工况时，回油流量极小，故p 2≈0，求得合模缸的活塞直径为mm D h 198.0105.3214.31010004105.3214.31010046364=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯=取D h ＝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d h ＝0.7×0.2m ＝0.14m ，取d h ＝0.15m 。

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3.1，增压缸的活塞直径也为0.2m 。

其活塞杆直径按增压比为5，求得m D d h z 089.052.0522===，取d z ＝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，但流量极小，故背压视为零，则其活塞直径为mm p FD y 076.0105.610344641=⨯⨯⨯⨯==ππ，取D y ＝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：d y ＝0.5×0.1m ＝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m m p FD s 204.0105.6103.2144641=⨯⨯⨯⨯==ππ，取D s ＝0.22m ；活塞杆的直径一般与螺杆外径相同，取d s ＝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0.95。

根据公式 mW M p T V ηπ12=得,其中WT —796N ˙m 在3.3中已计算出P —6.5⨯106p am η—0.95为机械效率rm r m p T V mW M /108.0/95.010*******.32233351-⨯=⨯⨯⨯⨯==ηπ3.3.4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3.2。

表3.2液压执行元件实际工作压力3.3.5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3.3。

表3.3液压执元件实际所需流量3.4.制定系统方案和拟定液压系统图3.4.1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。

(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，图3.3旁路节流调速平稳性要求不高，故也采用旁路节流调速方式。