240克塑料注射機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計計算

1、240克塑料注射機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 大型塑料注射機(jī)目前都是全液壓控制。其基本工作原理是：粒狀塑料通過料斗進(jìn)入螺旋推進(jìn)器中，螺桿轉(zhuǎn)動，將料向前推進(jìn)，同時因螺桿外裝有電加熱器，而將料融化成黏液狀態(tài)，在此之前，合模機(jī)構(gòu)已將模具閉合，當(dāng)物料在螺旋推進(jìn)器前端形成一定壓力時，注射機(jī)構(gòu)開始將液狀料高壓快速注射到模具型腔中，經(jīng)一定時間的保壓冷卻后，開模將成型的塑料制品頂出，使完成了一個動作循環(huán)。 現(xiàn)以240克塑料注射機(jī)為例，進(jìn)行液壓系統(tǒng)設(shè)計計算。 塑料注射器的工作循環(huán)為： 合模注射保壓冷卻開模頂出螺桿預(yù)塑進(jìn)料 其中合模的動作又分為：快速合模、慢速合模、鎖模。鎖模的時間比較長，直到開模前這段時間都是鎖模階段。

2、1240克塑料注射機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計要求與有關(guān)設(shè)計參數(shù)1.1對液壓系統(tǒng)的要求（1）合模運(yùn)動要平穩(wěn)，兩篇模具閉合時不應(yīng)有沖擊；（2）當(dāng)模具閉合后，合模機(jī)構(gòu)應(yīng)保持閉合壓力，防止注射時將模具沖開。注射后，注射機(jī)構(gòu)應(yīng)保持注射壓力，使塑料充滿型腔;（3）預(yù)塑進(jìn)料時，螺桿轉(zhuǎn)動，料被推倒螺桿前端，這時，螺桿同注射機(jī)構(gòu)一起向后退，為使螺桿前端的塑料有一定的密度，注射機(jī)構(gòu)必須有一定的后退阻力；（4）為保證安全生產(chǎn)，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有安全聯(lián)鎖裝置。1.2液壓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù) 240克塑料注射機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)如下： 螺桿直徑 38mm 螺桿行程： 200mm 最大注射壓力 143MPa 螺桿驅(qū)動功率 5KW 螺桿轉(zhuǎn)速 61r/m

3、in 注射座行程 240mm 注射座最大推力 26kN 最大合模力（鎖模力）910kN 開模力 44kN 動模板最大行程 350mm 快速閉模速度 0.1m/s 慢速閉模速度 0.02m/s 快速開模速度 0.13m/s 慢速開模速度 0.03m/s 注射速度 0.07m/s 注射座前進(jìn)速度 0.06m/s 注射座后移速度 0.08m/s2.液壓執(zhí)行原件載荷力荷載和轉(zhuǎn)矩計算2.1個液壓缸的載荷力計算（1）合模缸的載荷力 合模缸在模具閉合過程中是輕載，其外載荷主要是動模與其聯(lián)動部件的啟動慣性力和導(dǎo)軌的摩擦力。鎖模時，動模停止運(yùn)動，其外載荷就是給定的鎖模力。開模時，液壓缸除要克服給定的開模力外，還

4、克服運(yùn)動部件的摩擦力。（2）注射座移動缸載荷力 座移缸在推進(jìn)和退回注射座的過程中，同樣要克服摩擦阻力和慣性力，只有當(dāng)噴嘴接觸模具時，才須滿足注射座最大推力。（3）注射缸載荷力 注射缸的載荷力在整個注射過程中是變化的，計算時，只須求出最大載荷力。 Fw=d²式中，d-螺桿直徑，由給定參數(shù)知：d=0.038m；p-噴嘴處最大注射壓力，已知p=162MPa。由此求得Fw=180kN。各液壓缸的外載荷力計算結(jié)果列于表1。取液壓缸的機(jī)械效率為0.9，求得相應(yīng)的作用于活塞上的載荷力，并列于表1中 表1各液壓缸的載荷力液壓缸名稱工況液壓缸外載荷 活塞上載荷力合模缸合模90100鎖模9101011開

5、模44 49座移缸移動 2.73頂緊 26 29注射缸注射 162 180。 2.2進(jìn)料液壓馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩計算 Tw=783Nm 取液壓馬達(dá)的機(jī)械效率為0.95，則其載荷轉(zhuǎn)矩 T=824Nm3.液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計算.3.1初選系統(tǒng)工作壓力240克塑料注射機(jī)屬于小型液壓機(jī)，載荷最大時為鎖模工況，此時，高壓油用增壓缸提供；其他工況時，載荷都不太高，參考設(shè)計手冊，初步確定液壓系統(tǒng)工作壓力為6.5MPa。3.2計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸（1）確定合模缸的活塞與活塞桿直徑 合模缸最大載荷時，為鎖模工況，其載荷為889kN，工作在活塞桿受壓狀態(tài)?；钊睆?D=此時是由增壓缸提供的增壓后的進(jìn)油壓力，初定增壓比為

6、5，則=5×6.5MPa=32.5MPa，鎖模工況時，回油量極小，故P20，求得合模缸的活塞直徑為 Dh=0.199m,取Dh=0.2m按表25取dD=0.7，則活塞桿直徑dh=0.7×0.2m=0.14m，取dh=0.15m。為設(shè)計簡單加工方便，將增壓缸的缸體與合模缸體做成一體（見圖1），增壓缸的活塞直徑也為0.2m。其活塞桿直徑按增壓比為5，求得Dz=0.089m,取dz=0.09m （2）注射座移動缸的活塞和活塞桿直徑 座移動缸最大載荷為其頂緊之時，此時缸的回油量雖經(jīng)節(jié)流閥，但流量極小，故背壓視為零，其活塞桿直徑為Dh=0.075m,取Dy=0.01m 由給定的設(shè)計參

7、數(shù)知，注射座往復(fù)速比為0.08/0.06=1.33查表26得d/D=0.5,則活塞桿直徑為：=0.5×0.01m=0.05m（3）確定注射缸的活塞與活塞桿直徑 當(dāng)液態(tài)塑料充滿模具型腔時，注射缸的載荷達(dá)到最大值213KN，此時注射活塞移動速度也近似等于零，回油量極?。还蕚鋲毫梢院雎圆挥?，這樣 Ds=0.188m,取Ds=0.20m 活塞桿直徑一般與螺桿外徑一樣，取ds=0.038m。 3.3計算液壓馬達(dá)的排量 液壓馬達(dá)是單向旋轉(zhuǎn)的，其回油直接回油箱，其視為出口壓力為零，機(jī)械效率為0.95，這樣VM=0.8×10-3m3/r 3.4計算液壓執(zhí)行元件實(shí)際工作壓力 按最后確定的液

8、壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸合液壓馬達(dá)排量，計算出各工況時液壓執(zhí)行元件實(shí)際工作壓力，見表2， 表 2 液壓執(zhí)行元件實(shí)際工作壓力工況執(zhí)行元件名稱載荷備壓力-/MPa工作壓力-/MPa計算公式合模行程合模缸100KN0.33.3鎖模增壓缸1011KN-6.5座前進(jìn)座移缸3KN0.50.76座頂緊30KN-3.7注射注射缸180KN0.35.89預(yù)塑進(jìn)料液壓馬達(dá)824N·M-5.923.5計算液壓執(zhí)行元件實(shí)際所需流量 根據(jù)最后確定的液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸或液壓馬達(dá)的排量與其運(yùn)動速度或轉(zhuǎn)速，計算出個液壓執(zhí)行原件實(shí)際所需流量，見表3。 表 3 液壓執(zhí)行元件實(shí)際所需流量工況執(zhí)行原件名稱運(yùn)動速度結(jié)構(gòu)參數(shù)流量（L/s）

9、計算公式慢速合模合模缸0.02 m/sA1=0.03m20.6Q=A1V快速合模0.1 m/s3座前進(jìn)座移缸0.06m/sA1=0.08m20.48Q=A1V座后退0.08m/sA2=0.06m20.48Q=A2V注射注射缸0.07m/sA1=0.03m22.1Q=A1V頂塑進(jìn)料液壓馬達(dá)61r/minQ=0.873L/r0.89Q=qn慢速開模合模缸0.03m/sA2=0.014m20.42Q=A2V快速開模0.13m/s1.84制定系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)圖（1） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的確定本機(jī)動作機(jī)構(gòu)處螺桿是單向旋轉(zhuǎn)外，其他機(jī)構(gòu)均為直線往復(fù)運(yùn)動，各直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)均采用單活塞桿雙作用液壓缸直接驅(qū)動，螺桿則用

10、液壓馬達(dá)驅(qū)動，從給定的設(shè)計參數(shù)可知，鎖模時所需的力氣最大，為910KN。為此設(shè)置增壓液壓缸，得到鎖模時的局部高壓來保證鎖模力。（2） 合模缸動作回路 合模缸要求其實(shí)現(xiàn)快速.慢速.鎖模.開模動作。其運(yùn)動方向由電液換向閥直接控制。快速運(yùn)動時，需要有較大流量供給。慢速合模只要有小流量供給即可。鎖模時，由增壓缸供油。（3） 液壓馬達(dá)動作回路 螺桿不要求反轉(zhuǎn)，所以液壓馬達(dá)單向旋轉(zhuǎn)即可，由于其轉(zhuǎn)速要求較高，而對速度平穩(wěn)性無過高要求，故采用旁路節(jié)流調(diào)速方式。（4）注射缸運(yùn)作回路 注射缸運(yùn)動速度也較快，平穩(wěn)性要求不高，故也采用旁路節(jié)流調(diào)速方式。由于預(yù)塑時有背壓要求，有無桿腔出口處串聯(lián)背壓閥。（5）注射座移動缸

11、運(yùn)作回路注射座移動缸，采用回油節(jié)流調(diào)速回路。工藝要求其不工作時，處于浮動狀態(tài)，故采用Y型中位機(jī)能的電磁換向閥。（6）安全聯(lián)鎖措施本系統(tǒng)為保證安全生產(chǎn)，設(shè)置的安全門，太安全門下端裝一個行程閥，用來控制合模缸的運(yùn)作。將行程閥串在控制合模缸換向的液動閥控制油路上，安全門沒有關(guān)閉時，行程閥沒被壓下，液動換向閥不能進(jìn)控制油，電液換向閥不能換向，合模缸也不能合模。只有操作者離開，將安全門關(guān)閉，壓下行程閥，合模缸才能合模從而保障了人身安全。（7）液壓源的選擇 該液壓系統(tǒng)在整個工作循環(huán)中需油量變化較大，另外，閉模和注射后又要求有較長時間的保壓，所以選用雙泵供油系統(tǒng)。液壓缸快速運(yùn)作時，雙泵同時供油，慢速運(yùn)作或保

12、壓時由小泵單獨(dú)供油，這樣可減少功率損失，提高系統(tǒng)效率。 液壓執(zhí)行元件與各基本回路確定之后，把它們有機(jī)地組合在一起。去掉重復(fù)多余的元件，把控制液壓馬達(dá)的換向閥與泵的卸荷閥合并，使之一閥兩用?？紤]注射缸同合模缸之間有順序動作的要求，兩回路接合部串聯(lián)單向順序閥，再加上其他一些輔助元件便構(gòu)成了240克塑料注射機(jī)完整的液壓系統(tǒng)圖，見系統(tǒng)原理圖，其動作循環(huán)表，見原理圖下方表。5.液壓元件的選擇5.1 液壓泵的選擇（1）液壓泵工作壓力的確定 PpP1+P多余的元件，把控制液壓馬達(dá)的換向閥與泵的卸荷閥合并，使之一閥兩用?？紤]注射缸同合模缸之間有順序動作的要求，兩回路接合部串聯(lián)單向順序閥，再加上其他一些輔助元件

13、便構(gòu)成了240克塑料注射機(jī)完整的液壓系統(tǒng)圖，見圖2，其動作循環(huán)表，見表4。5.1 液壓泵的選擇（1）液壓泵工作壓力的確定 PpP1+P P1是液壓執(zhí)行元件的最高工作壓力，對于本系統(tǒng)，最高工作壓力是增壓缸鎖模時的入口壓力，P1=6.5MPa；P是泵到執(zhí)行元件間總的管路損失。由系統(tǒng)圖可見。從泵到增壓缸之間串接有一個單向閥和一個換向閥，取P=0.5MPa。液壓泵工作壓力為 Pp=（6.5+0.5）MPa=7MPa(2)液壓泵流量的確定 K（qmax）由工況圖看出，系統(tǒng)最大流量發(fā)生在快速合模工況，qmax=3L/s。取泄露系數(shù)K為1.2，取得液壓泵流量 =3.6L/s (216L/min)選用YYB-

14、BC171/48B型雙聯(lián)葉片泵，當(dāng)壓力為7MPa時，大泵流量為157.3L/min，小泵流量為44.1L/min。5.2電動機(jī)功率的確定注射機(jī)在整個動作循環(huán)中，系統(tǒng)的壓力和流量都是變化的，所需功率變化較大，為滿足整個工作循環(huán)的要求，按較大功率段來確定電動機(jī)功率。從工況圖看出，快速注射工況系統(tǒng)的壓力和流量均較大。此時，大小 泵同時參加工作，小泵排油除保證鎖序號名稱實(shí)際流量/（L/s）適用規(guī)格1 三位四通電液換向閥2.6234DYM-B32H-T2 三位四通電液換向閥3.3634DYY-B32H-T3 三位四通電磁換向閥0.5034DY-B10H-T4 三位四通電液換向閥3.3634DYO-B32

15、H-T5 二位四通電磁換向閥<0.7424DYO-B20H-T6 二位四通電磁換向閥<0.5024DO-B10H-T7 溢流閥0.74TF-B20C8溢流閥2.62TF-B20C9 溢流閥2.62TF-B20C10 單向閥0.74DF-B20K11 液控單向閥3.36AY-Ha32B12 單向閥0.50DF-B10K13 單向閥2.62DF-B32K14 節(jié)流閥0.65LF-B10C15 調(diào)速閥<0.70QF-B10C16 調(diào)速閥<1.70QF-B20C17 單向順序閥0.74XDIF-B20F18 單向順序閥2.70XDIF-B32F19 行程滑閥<0.5024

16、C-10B模壓力外，還通過順序閥將壓力油供給注射缸，大小泵出油匯合推動注射缸前進(jìn)。前面的計算已知，小泵供油壓力為Pp1=7MPa，考慮大泵供油壓力應(yīng)為Pp2=（5.9+0.5）=6.4MPa，取泵的總效率，泵的總驅(qū)動功率為 P= =21.924KW考慮到注射時間較短，不過3s，而電動機(jī)一般允許短時間超載25，這樣電動機(jī)功率還可降低一些。 P=21.924×100/125 =17.54KW驗(yàn)算其他共況時，液壓泵的驅(qū)動功率均小于或近于此值。差產(chǎn)品樣本，選用18KW的電動機(jī)。5.3液壓閥的選擇 選擇液壓閥主要根據(jù)閥的工作壓力和通過閥的流量。本系統(tǒng)工作壓力在7MPa左右，所以液壓閥都選用中、

17、高壓閥。所選閥的規(guī)格型號見表5。5.4液壓馬達(dá)的選擇在3.3節(jié)已求得液壓馬達(dá)的排量為0.8L/r，正常工作時，輸出轉(zhuǎn)矩783N.m，系統(tǒng)工作壓力為7MPa。選SZM0.9雙斜盤軸向柱塞式液壓馬達(dá)。其理論排量為0.873L/r，額定壓力為20MPa，額定轉(zhuǎn)速為8100r/min,最高轉(zhuǎn)矩為3057N.m，機(jī)械效率大于0.90。三本系統(tǒng)管路徑較為復(fù)雜，取其主要幾條（其余略），有關(guān)參數(shù)與計算結(jié)果列于表6。 表6主要管道徑管路名稱通過流量/(L/s)允許流速/(m/s)管路徑/m實(shí)際取值/m大泵吸油管2.620.850.0630.065小泵吸油管0.73510.0310.032大泵吸油管2.624.5

18、0.0270.032小泵吸油管0.7354.50.0140.015雙泵并聯(lián)后管路3.364.50.0310.032注射缸進(jìn)油管路2.664.50.0280.0325.6確定的有效容積按下式來初步確定油箱的有效容積 V=aqv已知所選泵的總流量為201.4L/min，這樣，液壓泵每分鐘排除壓力油的體積為0.2m3。參照表4-3取a=5，算得有效容積為 V=5×0.2m³=1m³6液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算6.1驗(yàn)算回路中的壓力損失本系統(tǒng)較為復(fù)雜，有多個液壓執(zhí)行元件動作回路，其中環(huán)節(jié)較多，管路損失較大的藥算注射缸動作回路，故主要驗(yàn)算由泵到注射缸這段管路的損失。（1）沿程壓力損失

19、沿程壓力損失，主要是注射缸快速注射時進(jìn)油管路的壓力損失。此管路長5m，管徑0.032m，快速時通過流量2.7L/s；選用20號機(jī)械系統(tǒng)損耗油，正常運(yùn)轉(zhuǎn)后油的運(yùn)動粘度v=27mm2/s，油的密度=918kg/m³。油在管路中的實(shí)際流速為V=3.36m/sR=3981>2300油在管路中呈紊流流動狀態(tài)，其沿程阻力系數(shù)為：=求得沿程壓力損失為：p=0.03MPa(2)局部壓力損失局部壓力損失包括通過管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失p,以與通過控制閥的局部壓力損失p。其中管路局部壓力損失相對來說小很多，故主要計算通過控制閥的局部壓力損失。參看圖2，從小泵出口到注射缸進(jìn)油口，要經(jīng)

20、過順序閥17，點(diǎn)液換向閥2與單向順序閥18單向順序伺17的額定流量為50L/min，額定壓力損失為0.4MPa。電液換向閥2的額定流量為190L/min，額定壓力損失0.3MPa。單向順序閥18的額定流量為150L/min，額定壓力損失0.2MPa.通過各閥的局部壓力損失之和為P3.1=0.444.1/502+0.3(157.3+44.1)/1902+0.2(162/150)2=(0.31+0.34+0.23)MPa=0.88MPa從大泵出油口到注射缸進(jìn)油口要經(jīng)過單向閥13，電液換向閥2和單向順序閥18。單向閥13的額定流量為250L/min，額定壓力損失為0.2MPa。通過各閥的局部壓力損失

21、之和為：p3.2=0.2(157.3/250)2 +0.34+0.23=0.65MPa由以上計算結(jié)果可求的快速注射時，小泵到注射缸之間總的壓力損失為p1 =（0.03+0.88）MPa=0.91MPa大泵到注射缸之間總的壓力損失為p2 =（0.03+0.65）MPa=0.68MPa由計算結(jié)果看，大小泵的實(shí)際出口壓力距泵的額定壓力還有一定的壓力裕度，所選泵時適合的。另外要說明的一點(diǎn)是：在整個注射過程中，注射壓力是不斷變化的，注射缸的進(jìn)口壓力也隨之由小到大變化，當(dāng)注射壓力達(dá)到最大時，注射缸活塞的運(yùn)動速度也將近似等于零，此時管道的壓力損失隨流量的減小而減小。缸的實(shí)際出口壓力要比以上計算值小一些。綜合

22、考慮各工礦的需要，確定系統(tǒng)的最高工作壓力為6.9MPa，也就是溢流閥7的調(diào)定壓力。6.2 壓力系統(tǒng)發(fā)熱溫升計算（1）計算發(fā)熱功率 液壓系統(tǒng)的功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量。 發(fā)熱功率計算如下Phr =Pr-Pc對本系統(tǒng)來說，Pr是整個工作循環(huán)中雙泵的平均輸入功率。Pr=具體的pi,qi,ti值見表7。這樣，可算得雙泵平均輸入功率Pr=15.3Kw. 表7 各工況雙泵輸入功率工 況泵工作狀態(tài) 出口壓力/Mpa總輸入功率/kW工作時間 /s說明小泵 大泵 小泵 大泵慢速合模+ - 3.68 0.3 6 1小泵額定流量Q=0.74L/s 大泵額定流量Q=2.62L/s 泵的總效率：正常工作時：=0.8卸荷時

23、：=0.3快速合模 + + 4 4.16 17.3 2增壓鎖模 + - 6.8 0.3 8.9 0.5注 射 + + 6.8 6.58 27.2 3保 壓 + - 6.8 0.3 8.9 16進(jìn) 料 + + 6.8. 6.3 26.9 15冷 卻 + - 6.8 0.3 8.9 15快速開模 + + 4.2 4.4 18.3 1.5慢速開模 + - 3.90.3 6.2 1系統(tǒng)總輸出功率求系統(tǒng)的總輸出有效功率：Pc =由前面給定參數(shù)與計算結(jié)果可知：合模缸的外載荷為90kN，行程0.35m；注射缸的外載荷為162kN，行程0.2m；預(yù)塑螺桿有效功率5kW，工作時間15s；開模時外載荷近同合模，行

24、程也一樣。注射機(jī)輸出有效功率主要是以上這些。Pc =1/55（1.8×105×0.35+1.62×105×0.2+5×103×15）=2.8kW總的發(fā)熱功率為：Phr=（15.3-2.8）kW=12.5kW(2)計算散熱功率 前面初步求得油箱的有效容積為1m3，按V=0.8abh求的油箱各邊之積：a·b·h=1/0.8m3=1.25m3 取a為1.25m，b、h分別為1m。求得油箱散熱的有效容積面積為：A t =1.8h（a+b）+1.5ab=（1.8×1×（1.25+1）+1.5×1.25）m2 =5.9m2油箱的sabre功率為：Phc=K1AtT式中 K1油箱散熱系數(shù)，查表51，K1取16W/（m2·）；T油溫與環(huán)境溫度之差，取T=35。 Phc =16&