塑料注射机液压系统设计课程设计

塑料注射机液压系统设计 目 录 第一章 绪论 2 1.1注塑机概述 2 1.2注塑机的工作原理 4 1.3塑料注射机的工作循环塑料 4 第二章 液压系统设计 5 2.1对液压系统的要求 5 2.2液压系统设计参数 5 第三章 工况分析 6 3.1 合摸油缸负载 6 3.2 注射座整体移动油缸负载 7 3.3 注射油缸负载 8 3.4 顶出油缸负载 8 3.5 初算驱动油缸所需的功率 9 3.6 液压执行元件载荷力和载荷转矩计算 9 3.7 液压系统主要参数计算 11 第四章 制定系统方案和拟定液压系统图 15 4.1制定系统方案 15 4.2拟定液压系统图 17 第五章 液压缸的设计 17 5.1液压缸主要尺寸的确定 17 5.2 液压缸的结构设计 22 第六章 液压元件的选择 25 6.1液压泵的选择 25 6.2电动机功率的确定 25 6.3液压阀的选择 26 6.4液压马达的选择 26 6.5油管内径计算 27 6.6确定油箱的有效容积 27 第七章 液压系统性能验算 27 7.1验算回路中的压力损失 27 7.2液压系统发热温升计算 29 第八章 液压站的设计 32 8.1 250型注塑机液压站的设计 32 8.2液压油箱的设计 34 8.3 液压泵组的结构设计 38 设计内容 设计说明及计算过程 备注 第一章 绪论 1.1注塑机概述 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。

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。注射成型工艺对各种塑料的加工具有良好的适应性，生产能力较高，并易于实现自动化。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，从而成为目前塑料机械中增长 设计内容 设计说明及计算过程 备注 最快，生产数量最多的机种之一。

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。

要有好的制品，必须要有好的设备。而设备的优良取决于开发者的设计和制作水平。

本论文撰写了注塑机发展、工作原理、液压系统设计、液压元件的选择、液压缸的设计、液压站的设计、几大模块，最后在加以验证液压系统设计是否有效。

设计内容 设计说明及计算过程 备注 1.2注塑机的工作原理 注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。

注射成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料—熔融塑化—施压注射—充模冷却—启模取件。取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。

1.3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。

设计内容 设计说明及计算过程 备注 第二章 液压系统设计 2.1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。

2.2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/s 设计内容 设计说明及计算过程 备注 第三章 工况分析 塑料注射成型机液压系统的特点是整个动作循环过程中，系统的负载变化和速度变化均变大，在进行工况分析时必须加以考虑。

3.1 合摸油缸负载 闭摸动作的工况特点是：模具闭合过程中的负载是轻载，速度有慢—快—慢的变化；
模具闭合后的负载为重载，速度为零。

（1）
根据合模力确定合模油缸推力 由于合模机构形式不同，合模油缸推力的计算方法也就不一样。250注射机合模机构采用了液压—机械组合形式。

图3.1 根据连杆机构受力分析可得合模油缸推力为：
设计内容 设计说明及计算过程 备注 P1z=P合/[18.6×(I1/I)+1] 试中 P1z—合模油缸为保证模具锁紧所需的油缸推力，牛；

P合—模具锁紧所需的合模力，牛。

I1/I—有关长度之比，SX—ZY—250注射机合模机构取I1/I=0.8，故为保证模具锁紧力（1600KN）所需的油缸推力为；

P1z =1600000/15.9=100628(牛）
（2）空行程时油缸推力 空行程时油缸推力P1q只需满足克服摩擦力的要求。根据同类型机台实测结果，取P1q=0.14P1z则：
P1q=0.14×100628=14088 （牛）
SX—ZY—250注射机闭模速度较小，因此惯性力很小，可忽略。

（3）启模时油缸推力 启模时油缸推力P2z需满足启模力和克服油缸摩擦力的要求，即：
P2z=P启+T=60000+0.1×60000=66000（牛）
3.2 注射座整体移动油缸负载 注射座整体移动过程中，油缸推力 P3q只需满足克服各种摩擦力的要求，而当喷嘴接触模具浇口时，则必须保持注射座油缸最大推力 P3z为40KN，以使注射成型过程正常进行。根据类比，取 P3q=0.23P3z则P3q=0.23X40000=9200（牛）。

设计内容 设计说明及计算过程 备注 3.3 注射油缸负载 注射过程中，负载是变化的，当熔融塑料注人模腔时，注射压力由零逐渐沿AB上升，模腔注满时压力由B急速上升到C点，当冷却时塑料收缩，压力降低，为防止收缩需补缩保压，其压力为DE曲线如下：
图3.2 根据最大注射压力和螺杆直径，可确定注射缸的最大推力为：
P4z=1/4兀d2螺P注=206.6（KN）
保压过程中油缸负载一般要比注射过程油缸负载小，其值随制品形状，塑料品种以及成型工艺条件不同而异。

3.4 顶出油缸负载 顶出油缸的最大推力P5z需满足制品顶出力和克服油缸摩擦力的要求，即：
设计内容 设计说明及计算过程 备注 P5z=P顶+ T=36+0.1×36=39.6（KN）
3.5 初算驱动油缸所需的功率 根据上述工况分析可知，在注射过程中，系统所需的功率为最大， N=(Pmax×V/n)×10-3 试中 N—驱动油缸所需的功率，千瓦；

Pmax—最大的负载，牛 V—在最大负载时的工作速度，米/秒；

n—包括油泵在内的驱动装置总效率。

N=(Pmax×V/n)×10-3=206.6×103×25×10-3×10-3/0.8=6.5（KW）
3.6 液压执行元件载荷力和载荷转矩计算 3.6.1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。

设计内容 设计说明及计算过程 备注 （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3-1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 90 100 锁模 900 1000 开模 49 55 座移缸 移动 2.7 3 预紧 27 30 注射缸 注射 192 213 3.6.2进料液压马达载荷转矩计算 设计内容 设计说明及计算过程 备注 取液压马达的机械效率为0.95，则其载荷转矩 3.7 液压系统主要参数计算 3.7.1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。

3.7.2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1000kN，工作在活塞杆受压状态。活塞直径 此时p1是由增压缸提供的增压后的进油压力，初定增压比为5，则p1＝5×6.5MPa＝32.5MPa，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 设计内容 设计说明及计算过程 备注 取d/D＝0.7，则活塞杆直径dh＝0.7×0.2m＝0.14m，取dh＝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 ，取 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 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，则活塞杆直径为：
⑶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 设计内容 设计说明及计算过程 备注 取 活塞杆的直径一般与螺杆外径相同，取。

3.7.3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 3.7.4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 工况 执行元件名称 载荷 背压力 工作压力 合模行程 合模缸 100 0.3 3.3 锁模 增压缸 1000 — 6.4 设计内容 设计说明及计算过程 备注 座前进 座移缸 3 0.5 0.76 座顶紧 30 — 3.8 注射 注射缸 213 0.3 5.9 预塑进料 液压马达 838 — 6.0 3.7.5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: 执行元件名称: 合模缸 慢速合模运动速度 结构参数 流量 0.6计算公式 快速合模 运动速度 结构参数 流量 3.0计算公式 执行元件名称:座移缸 座前进运动速度 结构参数 流量 0.48计算公式 设计内容 设计说明及计算过程 备注 座后退 运动速度 结构参数 流量 0.48计算公式 执行元件名称: 注射缸 注射 运动速度 结构参数 流量 2.7 计算公式 执行元件名称: 液压马达 预塑进料 运动速度 结构参数 流量 计算公式 第四章 制定系统方案和拟定液压系统图 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。

设计内容 设计说明及计算过程 备注 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。

设计内容 设计说明及计算过程 备注 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250克塑料注射机完整的液压系统图，见图2，其动作循环表，见附录一。

第五章 液压缸的设计 5.1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。

设计内容 设计说明及计算过程 备注 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：
取 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 设计内容 设计说明及计算过程 备注 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 设计内容 设计说明及计算过程 备注 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’=35mm 4) 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。

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；

设计内容 设计说明及计算过程 备注 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：
设计内容 设计说明及计算过程 备注 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 5.2 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。

设计内容 设计说明及计算过程 备注 1) 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：
设计内容 设计说明及计算过程 备注 1）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。

2）
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：
（1）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。

（2）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。

2）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。

设计内容 设计说明及计算过程 备注 第六章 液压元件的选择 6.1液压泵的选择 ⑴液压泵工作压力的确定 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，；
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。

液压泵工作压力为 ⑵液压泵流量的确定 由工况图看出，系统最大流量发生在快速合模工况，。取泄漏系数为1.2，求得液压泵流量 选用YYB-BCl71/48B型双联叶片泵，当压力为7 MPa时，大泵流量为157.3L/min，小泵流量为44.1L/min。

6.2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。

设计内容 设计说明及计算过程 备注 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，考虑大泵到注射缸之间的管路损失，大泵供油压力应为，取泵的总效率，泵的总驱动功率为 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。

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。

6.3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附录二。

6.4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SZM0.9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20 MPa，额定转速为8～l00r/min，最高转矩为3057N·m，机械 设计内容 设计说明及计算过程 备注 效率大于0.90。

6.5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附录三。

6.6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＝1 m3 第七章 液压系统性能验算 7.1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。

设计内容 设计说明及计算过程 备注 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0.3 MPa。单向顺序阀18的额定流量为150L/min，额定压力损失0.2 MPa。

通过各阀的局部压力损失之和为 设计内容 设计说明及计算过程 备注 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 ∑p 2＝(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。

7.2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值见附录四。这样，可算得双泵平均输入功率Pr＝12kW。

设计内容 设计说明及计算过程 备注 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＝12.3kW ⑵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：
设计内容 设计说明及计算过程 备注 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。

设计内容 设计说明及计算过程 备注 附：系统工况图 第八章 液压站的设计 8.1 250型注塑机液压站的设计 液压站是由液压油箱、液压泵装置及液压控制装置三大部分组成。液压油箱装有空气滤清器、滤油器、液面指示器和清洗孔等。液压泵装置包括不同类型的液压泵、驱动电机及其它们之间的联轴器等。液压控制装置是指组成液压系统的各阀类元件及其联接体。

机床液压站的结构型式有分散式和集中式两种类型。

（1）集中式，这种型式将机床液压系统的供油装置、控制调节装置独立于机床之外，单独设置一个液压站。这种结构的优点是安装维修方便，液压装置的振动、发热都与机床隔开，缺点是液压站增加了占地面积。

（2）分散式，这种型式将机床液压系统的供油装 设计内容 设计说明及计算过程 备注 置、控制调节装置分散在机床的各处。例如，利用机床床身或底座作为液压油箱存放液压油。把控制调节装置放在便于操作的地方。这种结构的优点是结构紧凑，泄漏油易回收，节省占地面积，但安装维修不方便。同时供油装置的振动、液压油的发热都将对机床的工作精度产生不良影响，故较少采用，一般非标设备不推荐使用。

液压站的结构布置，液压站上各部件、元件的布置要均匀，便于装配、调试、使用与维护，适当注意外形整齐和美观；
液压控制装置在液压油箱上的安放位置应便于压力阀、流量阀的调节，应便于电磁阀的手动调整和装拆，应便于压力表与压力表开关的观察和调整。

在液压站结构总成设计中还应特别注意污染控制、泄漏控制、液压冲击控制、振动与噪声控制等。

液压动力源（即液压泵组）是多种元、附件组合而成的整体，是为一个或几个系统存放一定清洁度的工作介质，并输出一定压力、流量的液体动力，兼作整体式液压站安放液压控制装置基座的整体装置。

液压动力源一般由液压泵组、油箱组件、控温组件、过滤组件和蓄能器组件等5个相对独立的部分组成。

液压动力源装置按液压泵组布置方式的分为：上置式液压动力源、非上置式液压动力源、柜式液压动力源。上置式液压动力源，泵组布置在油箱之上的上置式液压动力源，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，液压泵置于油箱之内时，称为立式液压动力源。上置式液压动力源占 设计内容 设计说明及计算过程 备注 地面积小，结构紧凑，液压泵置于油箱内的立式安装动力源，噪声低且便于收集漏油。这种结构在中、小功率液压站被广泛使用。当采用卧式动力源时，由于液压泵置于油箱之上，必须注意各类液压泵的吸油高度，以防止液压泵进油口处产生过大的真空度，造成吸空或气穴现象。叶片泵的吸油高度≤500mm. 8.2液压油箱的设计 8.2.1 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。

8.2.2油箱的分类 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。

8.2.3 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 设计内容 设计说明及计算过程 备注 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=10～12 8.2.4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 设计内容 设计说明及计算过程 备注 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150 mm。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 设计内容 设计说明及计算过程 备注 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0.5 mm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 液压系统的管路要进入油箱并在油箱内部终结。

1）吸油管和回油管 液压泵的吸油管和系统的回油管要分别进入由隔板隔开的吸油区和回油区，管端应加工成朝向箱壁的45°斜口，这样既可增加开口面积，又利于 设计内容 设计说明及计算过程 备注 沿箱壁环流。为了防止空气吸入空气（吸油管）或混入（回油管），以免搅动或吸入箱底沉积物，管口上缘至少要低于最低液面75mm，管口下缘至少离开箱底最高点50mm。回油管流速过高时，可在回油管端装设钻有许多小孔的油管形扩散器。

吸油管前必须安装粗过滤器，以清除较大颗粒杂质，保护液压泵；
建议在回油管上安装精过滤器，以滤除细微颗粒杂质，保护液压元件。

2）泄油管 泄油管应尽量单独接入油箱并在液面以上终结。如果泄油管通入液面以下，要采取措施防止出现虹吸现象。

3）穿孔的密封 8.2.5 液压油箱外形尺寸 液压油箱的有效容积确定后，需设计液压油箱的外形尺寸，为提高冷却效率，在安装位置不受限制时，可将液压油箱的容量予以增大。

油箱部分的长、宽、高尺寸为：a=1250mm,b=860mm,c=775mm 下图所示为液压油箱的简图，在箱的上盖或侧面可以安装液压泵、电动机以及其它液压元件。

8.3 液压泵组的结构设计 液压泵组是指液压泵及驱动泵的原动机和联轴器及传动底座组件。液压泵组的结构设计要点如下：
8.3.1 液压泵组的布置方式 可根据主机的结构布局、工况特点、使用要求及 设计内容 设计说明及计算过程 备注 安装空间的大小，合理确定液压泵组的布置方式 8.3.2 液压泵组的连接 确定液压泵与原动机的轴间连接和安装方式首先考虑的问题是：液压泵轴的径向和轴向负载的消除或防止。由于本设计中泵轴在结构上不能承受额外的径向和轴向载荷，所以液压泵最好由原动机经联轴器直接驱动，并使泵轴与驱动轴之间严格对中，轴线的同轴度误差不大于0.08mm. 原动机与液压泵之间的联轴器宜采用带非金属弹性元件的挠性联轴器.例如GB-5272-1985中规定的梅花形弹性联轴器,具有弹性、耐磨性、缓冲性及耐油性较高，制造容易，维护方便等优点。

8.3.3 液压泵组的安装方式 本设计中采用钟形罩立式安装，通过液压泵上的轴端法兰实现泵与钟形罩的连接，钟形罩再与带发兰的立式电动机连接，依靠钟形罩上的止口保证液压泵与电动机的同轴度。此种方式安装和拆卸均较方便。

8.3.4 液压泵的安装姿态 应使液压泵的壳体泄油口朝上，以保证工作时泵壳体中始终充满油液。泵的轴伸和联轴器等外露的旋转部分，应该设有可拆装的防护罩以保证安全。泵的下方应设置滴油盘，以免检修时油液流到地面上。

设计小结 本课题完成250g中小型注塑机的液压系统设计。塑料注射成型机是热塑性制品的成型加工设备，它将颗粒塑料加热熔化后，高压快速注入模腔，经一定时间的保压，冷却后成型为塑料制品。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；

SZ—250型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。液压控制装置的结构采用块式集成设计块式，做成通用化的6面体油路块（集成块）。本设计中采用钟形罩立式安装，通过液压泵上的轴端法兰实现泵与钟形罩的连接，钟形罩再与带发兰的立式电动机连接，依靠钟形罩上的止口保证液压泵与电动机的同轴度。

实验报告 感想 在这段充实而繁忙的的日子里我掌握、巩固许多专业方面的知识，同时也收获了许多其他方面的东西。在此我要感谢XX老师在课程设计期间给予的全面、悉心的指导。老师广博的学识、严谨的作风以及平易近人的态度，使我不仅在学业上有很大的提高，同时也在如何做人方面终身受益。

再次对蔺老师表示诚挚的谢意。

同时还要感谢我的同学、朋友，有了你们的关怀、支持和帮助，让我顺利完成了课程设计，在此向你们表示衷心的感谢，谢谢你们！ 参考文献 [1]章宏甲，黄谊.液压传动[M].机械工业出版社，2003 [2]杨培元，朱福元.液压系统设计简明手册[M].机械工业出版社，2004，7 [3]雷天觉.液压工程手册[M].北京：机械工业出版社，1990 [4]马广，张国文.冲压与塑料成型机械[M].山东科学技术出版社，2004，9 [5]谢家瀛.组合机床设计简明手册[M].北京：机械工业出版社，2002，8 [6]张利平.液压站设计与使用[M]. 北京：海洋出版社，2004，2 附录 附录一 电磁铁动作表 电磁铁 动作 1YA 2 YA 3 YA 4 YA 5 YA 6 YA 7 YA 8 YA 9 YA 10 YA 快速合模 慢速合模 增压锁模 注射座前进 注射 注射保压 减压（放气）
再增压 预塑进料 注射座后退 慢速开模 快速开模 系统卸荷 序号 名称 实际流量 选用规格 1 三位四通电液换向阀 2.62 34DYM-B32H-T 2 三位四通电液换向阀 3.36 34DYY-B32H-T 3 三位四通电液换向阀 0.50 34DY-B10H-T 4 三位四通电液换向阀 3.36 34DYO-B32H-T 5 二位四通电液换向阀 0.74 24DYO-B32H-T 6 二位四通电液换向阀 0.50 24DO-H10H-T 7 溢流阀 0.74 YF-B20C 8 溢流阀 2.62 YF-B20C 9 溢流阀 2.62 YF-B20C 10 单向阀 0.74 DF-B20K 11 液控单向阀 3.36 AY-H32B 12 单向阀 0.50 DF-B10K 13 单向阀 2.62 DF-B32K 14 节流阀 0.65 LF-B10C 15 调速阀 0.70 QF-B10C 16 调速阀 1.70 QF-B20C 17 单向顺序阀 0.74 XDIF-B20F 18 单向顺序阀 2.70 XDIF-B32F 19 行程滑阀 0.50 24C-10B 附录二 250克塑料注射机液压阀名细表 附录三 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 大泵吸油管 2.62 0.85 0.063 0.065 小泵吸油管 0.735 1 0.031 0.032 大泵排油管 2.62 4.5 0.027 0.032 小泵排油管 0.735 4.5 0.014 0.015 双泵并联后管路 3.36 4.5 0.031 0.032 注射缸进油管路 2.66 4.5 0.028 0.032 附录四 工况 泵工作状态 出口压力 总输入功率 工作时间 说明 小泵 大泵 小泵 大泵 慢速合模 3.68 0.3 6 1 小泵额定流量大泵额定流量泵的总效率：正常工作时 卸荷时 快速合模 4 4.16 17.3 2 增压锁模 6.8 0.3 8.9 0.5 注射 6.8 6.58 27.8 3 保压 6.8 0.3 8.9 16 进料 6.8 6.3 26.9 15 冷却 6.8 0.3 8.9 15 快速开模 4.2 4.4 18. 1.5 慢速开模 3.9 0.3 6.2 1 注：表中表示正常工作，表示卸荷