注射机液压系统设计.docx
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注射机液压系统设计
1．引言…………………………………………………………………………1
2．正文…………………………………………………………………………2
2．1250克注射机液压系统设计……………………………………………4
2．2250注射机液压系统设计参数…………………………………………4
2．2．1对液压系统的要求…………………………………………………4
2．2．2液压系统设计参数…………………………………………………5
2．3注射机液压执行元件的设计………………………………………………5
2．3．1液压系统执行元件载荷和转矩的计算……………………………6
2．4液压系统中主要参数的计算………………………………………………7
2．4．1初选系统工作压力…………………………………………………7
2．4．2计算液压缸主要结构尺寸…………………………………………7
2．4．3计算液压马达的排量……………………………………………10
2．4．4计算液压执行元件实际工作压力………………………………11
2．4．5计算液压执行元件实际需要的流量……………………………11
2．5．制定液压系统方案和拟定系统图………………………………………12
2．5．1制定系统的方案…………………………………………………12
2．5．2拟定液压系统图…………………………………………………21
2．6．液压元件的选择…………………………………………………………21
2．6．1液压泵的选择……………………………………………………22
2．6．2电动机功率的确定………………………………………………30
2．6．3液压阀的选择……………………………………………………31
2．6．4液压马达的选择…………………………………………………36
2．6．5油管内径的计算…………………………………………………36
2．6．6油箱油箱容积的计算……………………………………………36
2．7液压系统性能验算………………………………………………………37
2．7．1计算回路中的压力损失…………………………………………37
2．7．2液压系统发热温升的计算………………………………………39
2．8常见系统故障与排除方法………………………………………………43
2．8．1管路常见问题及排除……………………………………………43
2．8．2蓄能器的故障及排除……………………………………………44
2．8．3冷却器的故障和排除……………………………………………45
2．8．4油箱的故障及排除………………………………………………46
2．9结束语…………………………………………………………………46
3．致谢词………………………………………………………………………46
4．参考文献………………………………………………………………………………………46
1．引言
随着科技的发展脚步越来越快时，模具的成型设备也趁着这个势头突飞猛进。
国外塑料机械工业未来的总体发展趋势，是朝着精密、高质、高效、节能、低噪音及可持续发展的方向发展。
塑料机械工业所提供的装备主要是为信息、生物、建筑、包装、交通及家电等行业服务。
国外塑料机械工业的发展趋势大致包括以下几个方面。
微型大型并重
微型化是今后各类塑机产品的发展方向之一。
微型塑机会有越来越多的市场需求，目前它在电子、信息、电器、医疗、生物等行业的初步应用，已经取得了阶段性成果，并呈良好的发展势头。
目前，国际上已经成功地开发出了质量为万分之一克的注射制品成型加工设备、直径为1mm的塑料管生产设备和容积为3ml的中空吹塑机等微型塑机产品。
据了解，一些发达国家目前正在研制能够替代人体血管的直径小于0．5mm的塑料管生产设备，而日本则表示要开发质量为十万分之一克的注射成型加工设备。
大型化也是塑机产品的发展方向之一。
目前生产小轿车车身板用的8000kN注射机已经研制成功，直径为2000mm的塑料管、宽为10m的片材及容积为5000L的中空容器等大型塑料制品的生产设备也已投放市常但是，一些工业用的更加大型的塑料制品的生产加工设备却依然是一片空白。
如小型快艇、运动艇、洲际长途输液输气用的超大直径塑料管以及1万升甚至更大容积的塑料储装容器的生产所需的加工设备，都有待于研制开发。
个性化
长期以来，塑料机械的机型、功能、规格的固定不变，已经远远不能满足市场的需求。
由于塑料制品需求的不断变化，塑料制品生产企业要求塑料机械工业能及时为其提供最具市场适应能力的塑料机械装备。
如：
动模板可移动又可转动的注射机、大成型面积小合模力或大合模力小注射量的注射机、混料与注射联用的成型设备、负有特殊外围配套装置的挤出生产线、木材与塑料共混成型加工设备等等，这就要求塑料机械工业企业及时对市场作出最有效的反应。
智能化
塑料机械工业产品的自动化控制技术目前已经发展到相当高的水平，设备单元的自动控制、参数的闭环控制、过程联运在线反馈控制等电子与计算机技术都在塑料机械产品上得到了较为广泛的应用，目前已经出现了具有智能控制功能的塑料机械产品。
人们有理由相信，随着智能化塑料机械产品的不断问世，为数众多的无人车间、无人工厂会变成现实。
网络化和虚拟化
网络技术是在电子、通讯、计算机技术高度发展的基础上诞生的，它把人类经济、技术带进了一个崭新的境域。
在世界塑料机械工业中，已经有一些厂家开发应用了网络化技术。
如美国的NDC公司、加拿大的Husky公司及奥地利的Greinere公司就开发和应用了网络技术。
他们可以坐镇公司本部，而利用网络通讯及遥感接口技术，为数千公里之外的客户提供技术培训、技术咨询、机台调试及排除故障等多种服务。
计算机和网络技术的发展，使得虚拟技术的实现成为可能。
由于虚拟技术可以形成和提供虚拟空间环境，因此，塑料机械厂家可以实行虚拟合作设计、虚拟合作制造。
虽然虚拟技术的发展，目前尚处于初始阶段，但由于虚拟技术所蕴藏的巨大的经济利益的诱惑，将为虚拟技术今后的迅猛发展提供强大的推动力。
国内从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。
80年代以来，CAD/CAE／CAPP／CAM计算机应用技术在塑机制造业的广泛采用，促进了我国注塑机研发和制造水平的高速发展。
以宁波海天股份有限公司为代表的一批国家级高新技术企业都相继引进美国，实现了三维立体参数化建模，机构运动仿真，对主关原件分析，对高应力区的应力分布、应力峰值、危险区域等进行准确的分析计算，帮助设计人员迅速地了解、评估和修改设计方案，保证重要零件结构合理性的可靠性达到完美结合。
为了保证高质量的设计输出到高质量的产品输出，旧的加工方式已经很难适应技术、质量竞争的要求。
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。
2．研究的目的和意义
因为目前注射机正朝着两大方向发展，大型化和微型化，所以我们要研究与其配套的液压传动系统以适应各种类型注射机的需要。
加入WTO以后，将对我国塑机行业的发展产生重大影响，对企业来说机遇和挑战并存。
除了幼稚工业在一定时段内得到保护外，其他的行业关税壁垒的保护将不复存在。
关税的降低会使大量的进口机占领国内市场，先进的技术、优秀的品质及良好的服务都具有强劲的竞争力。
利用我国开放的优惠条件，一些发达国家和地区的塑机制造商，已经进入我国内地。
所以我们必须通过大力发展和研究更新更好的技术来推动我国的塑机行业的发展提高整机的质量水平，提高市场的竞争里，这样才能有利于出口。
我们应该抓住机遇，迎接挑战，扬长避短，找到本企业的发展空间。
首先，应该确立外向型发展战略，大力扩大出口，创造条件使自己的产品进军国际市场，特别是优势产品应该加强出口工作力度，提高市场占有率。
鼓励更多的企业到境外设研究所，办企业，特别是东南亚、中东、非洲、俄罗斯和东欧市场都具有很大的潜力。
第二，积极扩大国际经济技术合作，大力引进国外先进技术，可以是合资合作，也可以是购买技术。
选择国际知名品牌的制造商，设立联合的产品开发研究机构。
第三，积极推行专业化生产，改变大而全、缺乏高、精、尖的弱势，提高关键零件部件的质量水平，把创造世界名牌产品作为奋斗的目标。
确立优质高效精益求精、至诚服务、誉满全球的质量方针。
跟踪世界先进技术，通过加大科技投人，加强产、学、研相结合的研究开发，突出自主的技术创新加速科技成果的产业化，加快塑机产品的升级。
3.本课题主要内容
1）工作要求要解决的问题：
a完成液压执行元件载荷力和载荷转矩计算。
b液压系统主要参数计算。
c制定系统方案和拟定系统原理图。
d液压系统性能验算。
e液压系统主要存在问题和故障等难题。
2）本论文的主要内容：
（1）在第1章引言部分主要介绍了现代注射机的发展状况以及今后的发展趋势，本课题的研究意义和主要要解决的问题。
（2）第2章具体的介绍了整个注射机液压系统的设计过程，这其中包括有液压系统主要参数计算，液压执行元件的载荷力载荷转矩的计算，液压系统方案的制定和拟定系统图，选液压元件，性能验算等工作过程。
最后得到了结论。
（3）参考文献本部介绍了整个设计过程中应用到的各种资料。
（4）致谢词
2250克注射机液压系统设计
2．1250克注射机工作原理和流程
大型注射机目前都是全液压控制的。
其基本工作原理是，颗粒状的塑料通过料桶进入到螺旋推进器中，螺杆转动，将料向前推动，同时因为螺杆外装有电加热器，而将塑料熔化成黏液状态，在此之前，合模机构已经将模具闭合起来，当物料在螺旋推进器的前端形成一定的压力后，注射机构开始将液态的塑料高压快速的注射到模具的型腔中，经过一定的时间冷却保压之后，开模，把成品件从模具中顶出，便完成了一个循环过程。
250克注射机的工作循环如下：
合模——注射——保压——冷却——开模——顶出
↓→螺杆进料
其合模的动作可以分为：
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。
2．2250克注射机液压系统设计要求以及有关设计参数
2.2.1对液压系统的要求
1）合模运动要平稳，两片模具闭合十不应该有冲击；
2）当模具闭合后，合模机构应保持闭合压力，防止注射机将模具冲开，注射后，注射机构应该保持注射压力，使塑料充满整个型腔；
3）预塑进料时，螺杆转动，料被推到螺杆的前端，这时，螺杆同注射机构一起想后退，为使螺杆前端塑料有一定的密度，注射机构必须有一定的后退阻力；
4）为了保证安全生产，系统应该设有安全联锁装置。
2.2.2液压系统设计参数
250克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……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
2．3液压执行元件的设计
合模缸在模具闭合的过程中是轻载荷，其外载荷主要是动模和其连接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，液压缸除了要克服给定的开模力外，还要克服运动部件的摩擦阻力。
注射座移动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，只有当喷嘴接近模具时，才需要满足注射座最大推力。
注射缸的载荷力在整个注射过程中是变化的，计算时只需要求出最大的载荷力。
（2—1）
式子中d——螺杆直径，给定的参数已知：
d=0.04m；
P——喷嘴处最大注射压力,已知p=153MPa。
由此式子可以得出,
=192MPa为注射缸最大载荷力。
各液压缸的外载荷力计算结果有表给出,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。
表2.1各液压缸的载荷力
液压缸名称
工况
液压缸外载荷
Fw/kN
活塞上载荷力
F/kN
合模缸
合模
90
100
锁模
900
1000
开模
49
55
座移缸
移动
2．7
3
定紧
27
30
注射缸
注射
192
213
进料液压马达载荷转矩计算
（2—2）
式中：
——螺杆功率；
n——螺杆转速。
取液压马达的机械效率为0.95,则其载荷转矩为
（2—3）
2．4液压系统主要参数计算
2.4.1初选系统工作压力
250克注塑料注射机属于小型的液压机，载荷最大时为锁模工况下，此时，高压油由增压缸提供，其他工况时，载荷都不太高，所以根据载荷初选的工作压力为6.5MPa。
2.4.2计算液压缸的主要结构尺寸
1）确定合模缸的活塞以及活塞杆直径，合模缸最大载荷时，为锁模工况下，其载荷力为1000kN，工作在活塞杆所受压状态。
活塞直径
（2—4）
此时p1是由增压缸提供的增压后的进油压力，初定的增压比为5，则p1=5×6.5MPa=32.5MPa，锁模工况时，回油流量极小，所以p2≈0,求得合模缸的活塞直径应该为
（2—5）
所以取Dh=0.2m,
为选定的增压缸直径。
按工作压力选取d/D=0.7，则活塞杆的直径为
d=0.7×0.2m=0.14m
则取dh=0.15m,
为选定的活塞杆直径。
2.5.2拟定液压系统图。
液压执行元件以及各个基本的回路确定之后，把它们有机的结合在一起。
去点多余重复的元件，把控制液压马达的换向阀与泵的卸荷阀合并之后，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，两回路结合部分串联单向顺序阀。
再加上其他一些必要的辅助元件便构成了250克注射机的液压系统图。
如下所示：
注射机在整个循环工程中，系统的压力和流量都是变化的，所需的功率也变化较大。
为了满足整个工作循环的需要，按较大的功率断来确定电动机功率。
从工况图上来看，快速注射工况系统的压力和流量都较大，此时，大小泵是同时工作的，小泵排油除了保证锁模压力外，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。
通过前面的计算可知道，小泵的供油压力为
=6.9MPa，考虑到大泵到注射缸之间的油路损失，大泵的供油压力应为：
（2—19）
取泵的总效率为
，所以泵的总驱动功率为
（2—20）
考虑到注射的时间较短，不过3s，而电动机一般允许短时间超载25%，这样电动机的功率还可以降低一下。
（2—21）
验算其他工况时，液压泵的驱动功率均小于或者等于此值，所以在此选用功率为22kw的电动机即可。
2.6.3液压阀的选择
液压控制阀的分类液压控制阀的分类方法繁多，以至于同一种阀在不同的场合，因其着眼点的不同也有不同的名称。
这一点在学习时应该引起高度的重视。
下面介绍几种不同的分类方法。
1）根据在液压系统中的功用分类
（]）液压控制阀。
用来控制液压比系统中的液流压力或利用压力控制的阀，如：
溢流阀控制阀的进口压力的压力阀。
当用于防止液压系统中压力过载，在紧急情况下起保护作用，又称为安全阀：
当用于维持液压系统压力基本恒定并将定量泵液压系统多余的油液溢流回油箱时，又称为定压阀。
在本系统中是安全阀的作用，控制最大压力。
减压阀控制阀的出口压力低于进口压力的阀。
其中，保证阀的出口压力为定值的阀为定值减压阀（简称减压阀）；保让阀的出口压力与进口压力之差为定值的称为定差减压阀，若用于控制另一阀（如节流阀）的进出口压力差为定位，又称为它控式定差减压阀；保证阀的出口压力和进口压力之比为定位的称为定比减压阀。
顺序阀当控制压力达到或超过调定值开起阀口使液流通过的阀，因为控制方式和用途不同又分为实现执行元件顺序动作的顺序阀反卸荷阀、背压阀、平衡阀和液动开关。
（2）流量控制阀用来控制液压系统中液流流量的阀。
如：
节流阀由可调油阻构成的阀。
调速阀由节流阀和压力补偿机构组成的阀，通过此类阀的流量大小可以不受阀的进口或出口压力变化的影响。
在本机构中起调节流速和控制油液压力的作用。
分流阀按一定的流量比例将进油分成两股，且不受负载变化影响的阀。
将两股按一定的比例的流量合为一股的阀称为集流阀。
（3）方向控制阀用来控制液压系统中液流流动方向的阀，如：
单向阀只允许液流正向流动，反向流动则被截止的阀。
换向阀将两个或两个以上的油口接通或关闭改变液流方问的阀。
两阀在本系统中均为控制方向的作用。
2）根据控制分式不同分类
（1）开关定值控制阀
此类阀借助于手动、机动、电磁铁和控制液压油等控制方式启闭液流通路，定值扦制液流参量。
由于应用比较广泛，所以称之为普通液压阀。
（2）伺服控制阀
此类阀根据输入信号（电气、机械、汽动等）及反馈量成比例地连续控制液压系统输出的液流参量。
伺服控制阀又称为随动阀，只有很高的动念响应和静态性能。
但价格昂贵、抗污染能力差，主要用于控制精度要求很高的场合。
（3）电液比例阀
电液比例阀的性能介于以上二类阀之间，它既可根据输入的电信号连续地按比例地控制液流参量，满足一般工业生产的性能要求，又因结构较伺服控制阀简单，价格较低易维护。
电液比例阀又分为开关定值控制阀的基础上直接将控制方式改为比例电磁铁控制的普通电液比例阀和新型的带内反馈的电液比例阀。
2．7液压系统性能验算
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移动动作回路，因此要验算由泵到注射缸这段油路的压力损失。
1）沿程压力损失。
沿程压力损失，主要是注射缸快速注射时油路的压力损失。
次管路长5m，管径为0.032m，快速通过时的流量为2.7L/s，选用20号机械系统损耗油，正常运动后，油的运动黏度为
，油的密度为
。
油在管路中的实际流速为
（2—25）
（2—26）
油在管路中为紊流流动状态，其沿程阻力系数为
（2—27）
按式
求得沿程的压力损失为
（2—28）
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
，以及通过控制阀的局部压力损失
。
其中管路局部压力损失相对来说小的多，因此要计算通过控制阀的局部压力损失情况。
参看前文中液压系统设计原理图可知，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以及单向顺序阀18。
单向顺序阀17的额定流量为50L/min，额定的压力损失为0.4MPa。
电液换向阀2的额定流量为190L/min，额定的压力损失0.3MPa。
单向顺序阀18的额定流量为150l/min，额定的压力损失为0.2MPa。
同过各阀的压力损失之和为：
（2—29）
从大泵出油口到注射缸进油口之间用经过单向阀13，电液换向阀2和单向顺序阀18。
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2．9结束语
我在查阅了大量文献资料的基础上，对注射机液压系统进行了设计。
完成了液压执行元件载荷力和载荷转矩的计算，液压系统主要参数的计算，液压系统性能校验，并制定了系统方案和拟定了系统工作原理图等工作。
液压系统是整个注射机的动力核心所在，其管件连接与动作要求是很高的，也是很负责的一个设计过程。
在设计过程中曾多次遇到困难，在知道老师和同组同学的帮助下，顺利的克服了设计中的种种困难，完成了设计的工作。
同时在设计中学习到了很多原来没有学习到的知识，也对以前学过的知识以补足，同组同学之间的协作，锻炼面对工作压力时的心境——如何尽自己的力量，发挥自己的潜力保质保量地完成了工作任务。
本次设计使我在工作的工程中得到了锻炼。
无论是资料的查阅，还是对所学课程有选择的运用，都使我在设计过程中体会到，作为一个设计人员在设计过程中应该做到的科学，严谨，认真。
同时也让我重新认识了我所学的课程对今后工作的重要性，让我在设计中发现自己的不足，不断的提高完善自己。
简单言之，本次的设计任务，即是对所学知识的巩固和提高，也是对新知识的探讨和学习，更是对我走向实际工作岗位前迈进的一大步。
3．参考文献
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