注塑機(jī)液壓系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

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. 《液壓傳動(dòng)》 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 姓 名： 張 陽(yáng) 學(xué) 號(hào)： 077001583 注塑機(jī)是一種通用設(shè)備，通過(guò)它與不同專用注塑模具配套使用，能夠生產(chǎn)出多種類型的注塑制品。注塑機(jī)主要由機(jī)架，動(dòng)靜模板，合模保壓部件，預(yù)塑、注射部件，液壓系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)等部件組成；注塑機(jī)的動(dòng)模板和靜模板用來(lái)成對(duì)安裝不同類型的專用注塑模具。合模保壓部件有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是用液壓缸直接推動(dòng)動(dòng)模板工作，另一種是用液壓缸推動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)通過(guò)機(jī)械機(jī)構(gòu)再驅(qū)動(dòng)動(dòng)模板工作（機(jī)液聯(lián)合式）。注塑機(jī)工作時(shí)，按照其注塑工藝要求，要完成對(duì)塑料原料的預(yù)塑、合模、注射機(jī)筒快速移動(dòng)、熔融塑料注射、保壓冷卻、開(kāi)模、頂出成品等一系列動(dòng)作，因此其工作過(guò)程中運(yùn)動(dòng)復(fù)雜、動(dòng)作多變、系統(tǒng)壓力變化大。 合模 注射座前進(jìn) 注射 保壓 冷卻 預(yù)塑 開(kāi)模 注射座后退 頂出制品 頂出缸退回 注塑機(jī)的工作循環(huán)過(guò)程 合模 注塑機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的要求是 1)具有足夠的合模力 熔融塑料以120～200MPa的高壓注入模腔，在已經(jīng)閉合的模具上會(huì)產(chǎn)生很大的開(kāi)模力，所以合模液壓缸必須產(chǎn)生足夠的合模力，確保對(duì)閉合后的模具的鎖緊，否則注塑時(shí)模具會(huì)產(chǎn)生縫隙使塑料制品產(chǎn)生溢邊，出現(xiàn)廢品。 2)模具的開(kāi)、合模速度可調(diào) 當(dāng)動(dòng)模離靜模距離較遠(yuǎn)時(shí)，即開(kāi)合模具為空程時(shí)為了提高生產(chǎn)效率，要求動(dòng)?？焖龠\(yùn)動(dòng)；合模時(shí)要求動(dòng)模慢速運(yùn)動(dòng)，以免沖擊力太大撞壞模具，并減少合模時(shí)的振動(dòng)和噪聲。因此，一般開(kāi)、合模的速度按慢一快一慢運(yùn)動(dòng)的規(guī)律變化。 3)注射座整體進(jìn)退 要求注射座移動(dòng)液壓缸應(yīng)有足夠的推力，確保注塑時(shí)注射嘴和模具澆口能緊密接觸，防止注射時(shí)有熔融的塑料從縫隙中溢出。 4)注射壓力和注射速度可調(diào) 注塑機(jī)為了適應(yīng)不同塑料品種、制品形狀及模具澆注系統(tǒng)的工藝要求，注射時(shí)的壓力與速度在一定的范圍內(nèi)可調(diào)。 5)保壓及壓力可調(diào) 當(dāng)熔融塑料依次經(jīng)過(guò)機(jī)筒、注射嘴、模具澆口和模具型腔完成注射后，需要對(duì)注射在模具中的塑料保壓一段時(shí)間，以保證塑料緊貼模腔而獲得精確的形狀，另外在制品冷卻凝固而收縮過(guò)程中，熔化塑料可不斷充入模腔，防止產(chǎn)生充料不足的廢品。保壓的壓力也要求根據(jù)不同情況可以調(diào)整。 6)制品頂出速度要平穩(wěn)頂出速度平穩(wěn)，以保證成品制品不受損壞。 . 11 YA 21 推料缸 6 注塑機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖 A-大流量液壓泵 E-小流量液壓泵 1、2-電液換向閥 3-電磁換向閥 4、5-電液換向閥 6、21-電磁換向閥 7、8、9-溢流閥 10、11、12-單向閥 13-液控單向閥 14-節(jié)流閥 15、16-調(diào)速閥 17、18-單向順序閥 19-行程閥 20-液壓馬達(dá) X X X X A B 10 YA 9 YA 8 YA 7 YA 6 YA 5 YA 4 YA 3 YA 2 YA 1 YA 齒輪 料斗 料筒 噴嘴 注射座移動(dòng)缸 合模缸 增力缸 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 5 4 3 2 1 該注塑機(jī)各執(zhí)行元件的動(dòng)作循環(huán)主要依靠行程開(kāi)關(guān)切換電磁換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。電磁鐵動(dòng)作順序見(jiàn)下圖 為保證安全生產(chǎn)，注塑機(jī)設(shè)置了安全門(mén)，并在安全門(mén)下裝設(shè)一個(gè)行程閥19加以控制，只有在安全門(mén)關(guān)閉、行程閥19上位接入系統(tǒng)的情況下，系統(tǒng)才能進(jìn)行合模運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)工作過(guò)程如下 (1)合模 合模是動(dòng)模板向定模板靠攏并最終合攏的過(guò)程，動(dòng)模板由合模液壓缸或機(jī)液組合機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，合模速度一般按慢一快一慢的順序進(jìn)行。具體如下： 1）動(dòng)模板慢速合模運(yùn)動(dòng) 當(dāng)按下合模按鈕，電磁鐵1YA、l0YA通電，電液換向閥4右位接入系統(tǒng)，電磁閥6上位接入系統(tǒng)。低壓大流量液壓泵A通過(guò)電液換向閥l的M型中位機(jī)能卸荷，高壓小流量液壓泵B輸出的壓力油經(jīng)閥4、閥13進(jìn)入合模缸左腔，右腔油液經(jīng)閥4回油箱。合模缸推動(dòng)動(dòng)模板開(kāi)始慢速向右運(yùn)動(dòng)。此時(shí)系統(tǒng)油液流動(dòng)情況為： 進(jìn)油路 液壓泵B→電液換向閥4（右位）→單向閥13→合模缸左腔； 回油路 合模缸右腔→電液換向閥4（右位）→油箱 2）動(dòng)模板快速合模運(yùn)動(dòng) 當(dāng)慢速合模轉(zhuǎn)為快速合模時(shí)，動(dòng)模板上的行程擋塊壓一下行程開(kāi)關(guān)，使電磁鐵5YA通電，閥1左位接入系統(tǒng)，大流量泵A不再卸荷，其壓力油經(jīng)單向閥11、單向順序閥17與液壓泵B的壓力油匯合，共同向合模缸供油，實(shí)現(xiàn)動(dòng)模板快速合模運(yùn)動(dòng)。此時(shí)系統(tǒng)油液流動(dòng)情況為 進(jìn)油路 （液壓泵A→單向閥11→單項(xiàng)順序閥17）＋（液壓泵B）→電液換向閥4（右位）→單向閥13→合模缸左腔； 回油路 合模缸右腔→電液換向閥4（右位）→油箱 3）合模前動(dòng)模板的慢速運(yùn)動(dòng) 當(dāng)動(dòng)?？焖倏拷o模板時(shí)，另一行程擋塊將壓下其對(duì)應(yīng)的行程開(kāi)關(guān)，使5YA斷電、閥1復(fù)位到中位，泵A卸荷，油路又恢復(fù)到以前狀況，使快速合模運(yùn)動(dòng)又轉(zhuǎn)為慢速合模運(yùn)動(dòng)，直至將模具完全合攏。 (2)增壓鎖模 當(dāng)動(dòng)模板合攏到位后又壓下一行程開(kāi)關(guān)，使電磁鐵7YA通電、5YA失電，泵A卸荷、泵B工作，電液換向閥5右位接入系統(tǒng)，增力缸開(kāi)始工作，將其活塞輸出的推力傳給合模缸的活塞以增加其輸出推力。此時(shí)，溢流閥7開(kāi)始溢流，調(diào)定泵B輸出的最高壓力，該壓力也是最大合模力下對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)最高工作壓力。因此，系統(tǒng)的鎖模力由溢流閥7調(diào)定，動(dòng)模板的鎖緊由單向閥10保證。此時(shí)系統(tǒng)油液流動(dòng)情況為 進(jìn)油路 液壓泵B→單向閥10→電磁換向閥5（右位）→增壓缸左腔； 液壓泵B→電液換向閥4（右位）→單向閥13→合模缸左腔； 回油路 增壓缸右腔→油箱； 合模缸右腔→電液換向閥4（右位）→油箱。 (3)注射座整體快進(jìn) 注射座的整體運(yùn)動(dòng)由注射座移動(dòng)液壓缸驅(qū)動(dòng)。當(dāng)電磁鐵9YA通電時(shí)，電磁閥3右位接入系統(tǒng)，液壓泵B的壓力油經(jīng)閥12、閥3進(jìn)入注射座移動(dòng)缸右腔，左腔油液經(jīng)節(jié)流閥14回油箱。此時(shí)注射座整體向左移動(dòng)，使注射嘴與模具澆口接觸。注射座的保壓頂緊由單向閥12實(shí)現(xiàn)。此時(shí)系統(tǒng)油液流動(dòng)情況為： 進(jìn)油路 液壓泵B→單向閥12→注射座移動(dòng)缸右腔； 回油路 注射座移動(dòng)缸左腔→電磁換向閥3（右位）→節(jié)流閥14→油箱。 (4)注射 當(dāng)注射座到達(dá)預(yù)定位置后，壓下一行程開(kāi)關(guān)，使電磁鐵4YA、5YA通電，電磁換向閥2右位接入系統(tǒng)，閥1左位接入系統(tǒng)。于是，泵A的壓力油經(jīng)閥11，與經(jīng)閥17而來(lái)的液壓泵B的壓力油匯合，一起經(jīng)閥2、閥18進(jìn)入注射缸右腔，左腔油液經(jīng)閥2回油箱。注射缸活塞帶動(dòng)注射螺桿將料筒前端已經(jīng)預(yù)塑好的熔料經(jīng)注射嘴快速注入模腔。注射缸的注射速度由旁路節(jié)流調(diào)速的調(diào)速閥15調(diào)節(jié)。單向順序閥18在預(yù)塑時(shí)能夠產(chǎn)生一定背壓，確保螺桿有一定的推力。溢流閥8起調(diào)定螺桿注射壓力作用。此時(shí)系統(tǒng)油液流動(dòng)情況為 進(jìn)油路 （泵A→閥11）＋（泵B→單向順序閥17）→電磁換向閥2（左位）→單向順序閥18→注射缸右腔； 回油路 注射缸左腔→電磁閥2（左位）→油箱。 (5)注射保壓 當(dāng)注射缸對(duì)模腔內(nèi)的熔料實(shí)行保壓并補(bǔ)塑時(shí)，注射液壓缸活塞位工作移量較小，只需少量油液即可。所以，電磁鐵5YA斷電，閥1處于中位，使大流量泵A卸荷，小流量泵B繼續(xù)單獨(dú)供油，以實(shí)現(xiàn)保壓，多余的油液經(jīng)閥7溢回油箱。 (6)減壓(放氣)、再增壓 先讓電磁鐵1YA、7YA失電，電磁鐵2YA通電；后讓1YA、7YA通電，2YA失電，使動(dòng)模板略松一下后，再繼續(xù)壓緊，以排放盡模腔中氣體，保證制品質(zhì)量。 (7)預(yù)塑進(jìn)料 保壓完畢后，從料斗加入的塑料原料隨著裹在機(jī)筒外殼上的電加熱器對(duì)其的加熱和螺桿的旋轉(zhuǎn)將加熱熔化混煉好的熔塑帶至料筒前端，并在螺桿頭部逐漸建立起一定壓力。當(dāng)此壓力足以克服注射液壓缸活塞退回的背壓阻力時(shí)，螺桿逐步開(kāi)始后退，并不斷將預(yù)塑好的塑料送至機(jī)筒前端。當(dāng)螺桿后退到預(yù)定位置，即螺桿頭部熔料達(dá)到所需注射量時(shí)，螺桿停止后退和轉(zhuǎn)動(dòng)，為下一次向模腔注射熔料做好準(zhǔn)備。與此同時(shí)，已經(jīng)注射到模腔內(nèi)的制品冷卻成型過(guò)程完成。 注塑機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖電磁鐵動(dòng)作表 動(dòng)作程序 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA 9YA 10YA 11YA 合模 啟動(dòng)慢移 ＋ － － － － － － － － ＋ － 快速合模 ＋ － － － ＋ － － － － ＋ － 增壓鎖模 ＋ － － － － － ＋ － － ＋ － 注射座整體快移 － － － － － － ＋ － ＋ ＋ － 注射 － － － ＋ ＋ － ＋ － ＋ ＋ － 注射保壓 － － － ＋ － － ＋ － ＋ ＋ － 減壓排氣 － ＋ － － － － － － ＋ ＋ － 再增壓 ＋ － － － － － ＋ － ＋ ＋ － 預(yù)塑進(jìn)料 － － － － － ＋ ＋ － ＋ ＋ － 注射座后移 － － － － － － － ＋ － ＋ － 開(kāi)模 慢速開(kāi)模 ＋ － － － － － － － － ＋ － 快速開(kāi)模 ＋ － － － ＋ － － － － ＋ － 推料 頂出缸伸出 － － － － － － － － － ＋ ＋ 頂出缸縮回 － － － － － － － － － ＋ － 系統(tǒng)卸荷 － － － － － － － － － － － 注：“＋”表示電磁鐵通電；“－”表示電磁鐵斷電。 預(yù)塑螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)由液壓馬達(dá)20通過(guò)一對(duì)減速齒輪驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。這時(shí)，電磁鐵6YA通電，閥1右位接入系統(tǒng)，泵A的壓力油經(jīng)閥1進(jìn)入液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)回油直通油箱。馬達(dá)轉(zhuǎn)速由旁路調(diào)速閥16調(diào)節(jié)，溢流閥9為安全閥。螺桿后退時(shí)，閥2處于中位，注射缸右腔油液經(jīng)閥18和閥2回油箱，其背壓力由閥18調(diào)節(jié)。同時(shí)活塞后退時(shí)，注射缸左腔會(huì)形成真空，此時(shí)依靠閥2的Y型中位機(jī)能進(jìn)行補(bǔ)油。此時(shí)系統(tǒng)油液流動(dòng)情況為 液壓馬達(dá)回路：進(jìn)油路 泵A→閥1右位→液壓馬達(dá)20進(jìn)油口； 回油路 液壓馬達(dá)20回油口→閥1右位→油箱。 液壓缸背壓回路：注射缸右腔→單項(xiàng)順序閥18→調(diào)速閥15→油箱。 (8)注射座后退 當(dāng)保壓結(jié)束，電磁鐵8YA通電，閥3左位接入系統(tǒng)，泵B的壓力油經(jīng)閥12、閥3進(jìn)入注射座移動(dòng)液壓缸左腔，右腔油液經(jīng)閥3、閥14回油箱，使注射座后退。泵A經(jīng)閥1卸荷。此時(shí)系統(tǒng)油液流動(dòng)情況為 進(jìn)油路 泵B→閥12→閥3（左位）→注射座移動(dòng)缸左腔； 回油路 注射座移動(dòng)缸右腔→閥3（左位）→節(jié)流閥14→油箱。 (9)開(kāi)模 開(kāi)模過(guò)程與合模過(guò)程相似，開(kāi)模速度一般歷經(jīng)慢一快一慢的過(guò)程。 1)慢速開(kāi)模 電磁鐵2YA通電，閥4左位接入系統(tǒng)，液壓泵6的壓力油經(jīng)閥4進(jìn)入合模液壓缸右腔，左腔的油經(jīng)液控單向閥13、閥4回油箱。泵A經(jīng)閥1卸荷。 2)快速開(kāi)模 此時(shí)電磁鐵2YA和5YA都通電，A、B兩個(gè)液壓泵匯流向合模液壓缸右腔供油，開(kāi)模速度提高。 (10)頂出 模具開(kāi)模完成后，壓下一行程開(kāi)關(guān)，使電磁鐵11YA得電，從泵B來(lái)的壓力油，經(jīng)過(guò)單向閥10，電磁換向閥21上位，進(jìn)入推料缸的左腔，右腔回油經(jīng)閥21的上位回油箱。推料頂出缸通過(guò)頂桿將已經(jīng)注塑成型好的塑料制品從模腔中推出。 (11)推料缸退回 推料完成后，電磁閥11YA失電，從泵B來(lái)的壓力油經(jīng)閥21下位進(jìn)入推料缸油腔，左腔回油經(jīng)過(guò)閥21下位后回油箱。 (12)系統(tǒng)卸荷 上述循環(huán)動(dòng)作完成后，系統(tǒng)所有電磁鐵都失電。液壓泵A經(jīng)閥1卸荷，液壓泵B經(jīng)先導(dǎo)式溢流閥6卸荷。到此，注塑機(jī)一次完整的工作循環(huán)完成。 三、系統(tǒng)性能分析 1)由于該系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)中，合模缸和注射缸等液壓缸的流量變化較大，鎖模和注射后又系統(tǒng)有較長(zhǎng)時(shí)間的保壓，為合理利用能量系統(tǒng)采用雙泵供油方式，液壓缸快速動(dòng)作（低壓大流量）時(shí)，采用雙液壓泵聯(lián)合供油方式；液壓缸慢速動(dòng)作或保壓時(shí)，采用高壓小流量泵B供油，低壓大流量泵A卸荷供油方式。 2)由于合模液壓缸要求實(shí)現(xiàn)快、慢速開(kāi)模、合模以及鎖模動(dòng)作，系統(tǒng)采用電液換向閥換向回路控制合模缸的運(yùn)動(dòng)方向，為保證足夠的鎖模力，系統(tǒng)設(shè)置了增力缸作用合模缸的方式，再通過(guò)機(jī)液復(fù)合機(jī)構(gòu)完成合模和鎖模，因此，合模缸結(jié)構(gòu)較小、回路簡(jiǎn)單。 3)由于注射液壓缸運(yùn)動(dòng)速度較快，但運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性要求不高，故系統(tǒng)采用調(diào)速閥旁路節(jié)流調(diào)速回路。由于預(yù)塑時(shí)要求注射缸有背壓且背壓力可調(diào)，所以在注射缸的無(wú)桿腔出口處串聯(lián)一個(gè)背壓閥。 4)由于預(yù)塑工藝要求注射座移動(dòng)缸在不工作時(shí)應(yīng)處于背壓且浮動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)采用Y型中位機(jī)能的電磁換向閥，順序閥18產(chǎn)生可調(diào)背壓，回油節(jié)流調(diào)速回路等措施，調(diào)節(jié)注射座移動(dòng)缸的運(yùn)動(dòng)速度，以提高運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。 5)預(yù)塑時(shí)螺桿轉(zhuǎn)速較高，對(duì)速度平穩(wěn)性要求較低，系統(tǒng)采用調(diào)速閥旁路節(jié)流調(diào)速回路。 6)由于注塑機(jī)的注射壓力很大(最大注射壓力達(dá)153MPa)，為確保操作安全，該機(jī)設(shè)置了安全門(mén)，在安全門(mén)下端裝一個(gè)行程閥，串接在電液閥4的控制油路上，控制合模缸的動(dòng)作。只有當(dāng)操作者離開(kāi)模具，將安全門(mén)關(guān)閉時(shí)壓下行程閥后，電液換向閥才有控制油進(jìn)入，合模缸才能實(shí)現(xiàn)合模運(yùn)動(dòng)，以確保操作者的人身安全。 7)由于注塑機(jī)的執(zhí)行元件較多，其循環(huán)動(dòng)作主要由行程開(kāi)關(guān)控制，按預(yù)定順序完成。這種控制方式機(jī)動(dòng)靈活，且系統(tǒng)較簡(jiǎn)單。 8)系統(tǒng)工作時(shí)，各種執(zhí)行裝置的協(xié)同運(yùn)動(dòng)較多、工作壓力的要求較多、壓力的變化較大，分別通過(guò)電磁溢流閥7，溢流閥8、9，和單項(xiàng)順序閥17、18的聯(lián)合作用，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中不同位置、不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的不同壓力控制。 液壓執(zhí)行元件載荷力和載荷轉(zhuǎn)矩計(jì)算 各液壓缸的載荷力計(jì)算 ⑴合模缸的載荷力 合模缸在模具閉合過(guò)程中是輕載，其外載荷主要是動(dòng)模及其連動(dòng)部件的起動(dòng)慣性力和導(dǎo)軌的摩擦力。 鎖模時(shí)，動(dòng)模停止運(yùn)動(dòng)，其外載荷就是給定的鎖模力。 開(kāi)模時(shí)，液壓缸除要克服給定的開(kāi)模力外，還克服運(yùn)動(dòng)部件的摩擦阻力。 ⑵注射座移動(dòng)缸的載荷力 座移缸在推進(jìn)和退回注射座的過(guò)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(shí)，才須滿足注射座最大推力。 ⑶注射缸載荷力 注射缸的載荷力在整個(gè)注射過(guò)程中是變化的，計(jì)算時(shí)，只須求出最大載荷力。 式中，d——螺桿直徑，由給定參數(shù)知：d＝0.04m；p——噴嘴處最大注射壓力，已知p＝153MPa。由此求得Fw＝192kN。 各液壓缸的外載荷力計(jì)算結(jié)果列于表l。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。 進(jìn)料液壓馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩計(jì)算 取液壓馬達(dá)的機(jī)械效率為0.95，則其載荷轉(zhuǎn)矩 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算 初選系統(tǒng)工作壓力 塑料注射機(jī)屬小型液壓機(jī)，載荷最大時(shí)為鎖模工況，此時(shí)，高壓油用增壓缸提供；其他工況時(shí)，載荷都不太高，參考設(shè)計(jì)手冊(cè)，初步確定系統(tǒng)工作壓力為6.5MPa。 計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 ⑴確定合模缸的活塞及活塞桿直徑 合模缸最大載荷時(shí)，為鎖模工況，其載荷力為1000kN，工作在活塞桿受壓狀態(tài)?；钊睆? 此時(shí)p1是由增壓缸提供的增壓后的進(jìn)油壓力，初定增壓比為5，則p1＝56.5MPa＝32.5MPa，鎖模工況時(shí)，回油流量極小，故p2≈0，求得合模缸的活塞直徑為 ，取Dh＝0.2m。 按表2—5取d/D＝0.7，則活塞桿直徑dh＝0.70.2m＝0.14m，取dh＝0.15m。 為設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單加工方便，將增壓缸的缸體與合模缸體做成一體(見(jiàn)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 ，取dz＝0.09m。 ⑵)注射座移動(dòng)缸的活塞和活塞桿直徑 座移動(dòng)缸最大載荷為其頂緊之時(shí)，此時(shí)缸的回油流量雖經(jīng)節(jié)流閥，但流量極小，故背壓視為零，則其活塞直徑為 ，取Dy＝0.1m 由給定的設(shè)計(jì)參數(shù)知，注射座往復(fù)速比為0.08／0.06＝1.33，查表2—6得d/D＝0.5，則活塞桿直徑為： dy＝0.50.1m＝0.05m ⑶確定注射缸的活塞及活塞桿直徑 當(dāng)液態(tài)塑料充滿模具型腔時(shí)，注射缸的載荷達(dá)到最大值213kN，此時(shí)注射缸活塞移動(dòng)速度也近似等于零，回油量極??；故背壓力可以忽略不計(jì)，這樣 ，取Ds＝0.22m； 活塞桿的直徑一般與螺桿外徑相同，取ds＝0.04m。 計(jì)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，視其出口壓力為零，機(jī)械效率為0.95，這樣 計(jì)算液壓執(zhí)行元件實(shí)際工作壓力 按最后確定的液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸和液壓馬達(dá)排量，計(jì)算出各工況時(shí)液壓執(zhí)行元件實(shí)際工作壓力，見(jiàn)表2。 計(jì)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)的排量及其運(yùn)動(dòng)速度或轉(zhuǎn)速，計(jì)算出各液壓執(zhí)行元件實(shí)際所需流量，見(jiàn)表3。 制定系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)圖 制定系統(tǒng)方案 ⑴執(zhí)行機(jī)構(gòu)的確定 本機(jī)動(dòng)作機(jī)構(gòu)除螺桿是單向旋轉(zhuǎn)外，其他機(jī)構(gòu)均為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。各直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)均采用單活塞桿雙作用液壓缸直接驅(qū)動(dòng)，螺桿則用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。從給定的設(shè)計(jì)參數(shù)可知，鎖模時(shí)所需的力最大，為900kN。為此設(shè)置增壓液壓缸，得到鎖模時(shí)的局部高壓來(lái)保證鎖模力。 ⑵合模缸動(dòng)作回路 合模缸要求其實(shí)現(xiàn)快速、慢速、鎖模，開(kāi)模動(dòng)作。其運(yùn)動(dòng)方向由電液換向閥直接控制。快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(shí)，由增壓缸供油。 ⑶液壓馬達(dá)動(dòng)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(duì)速度平穩(wěn)性無(wú)過(guò)高要求，故采用旁路節(jié)流調(diào)速方式。 ⑷注射缸動(dòng)作回路 注射缸運(yùn)動(dòng)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(shí)有背壓要求，在無(wú)桿腔出口處串聯(lián)背壓閥。 ⑸注射座移動(dòng)缸動(dòng)作回路 注射座移動(dòng)缸，采用回油節(jié)流調(diào)速回路。工藝要求其不工作時(shí)，處于浮動(dòng)狀態(tài)，故采用Y型中位機(jī)能的電磁換向閥。 ⑹安全聯(lián)鎖措施 本系統(tǒng)為保證安全生產(chǎn)，設(shè)置了安全門(mén)，在安全門(mén)下端裝一個(gè)行程閥，用來(lái) 控制合模缸的動(dòng)作。將行程閥串在控制合模缸換向的液動(dòng)閥控制油路上，安全門(mén)沒(méi)有關(guān)閉時(shí)，行程閥沒(méi)被壓下，液動(dòng)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(kāi)，將安全門(mén)關(guān)閉，壓下行程閥，合模缸才能合模，從而保障了人身安全。 ⑺液壓源的選擇 該液壓系統(tǒng)在整個(gè)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(zhǎng)時(shí)間的保壓，所以選用雙泵供油系統(tǒng)。液壓缸快速動(dòng)作時(shí)，雙泵同時(shí)供油，慢速動(dòng)作或保壓時(shí)由小泵單獨(dú)供油，這樣可減少功率損失，提高系統(tǒng)效率。 擬定液壓系統(tǒng)圖 液壓執(zhí)行元件以及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(dòng)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250克塑料注射機(jī)完整的液壓系統(tǒng)圖，見(jiàn)圖2，其動(dòng)作循環(huán)表，見(jiàn)表4。 液壓元件的選擇 液壓泵的選擇 ⑴液壓泵工作壓力的確定 pP≥pl＋∑Δp pl是液壓執(zhí)行元件的最高工作壓力，對(duì)于本系統(tǒng)，最高壓力是增壓缸鎖模時(shí)的入口壓力，pl＝6.4MPa；∑Δp是泵到執(zhí)行元件間總的管路損失。由系統(tǒng)圖可見(jiàn)，從泵到增壓缸之間串接有一個(gè)單向閥和一個(gè)換向閥，取∑Δp＝0.5MPa。 液壓泵工作壓力為 pP＝(6.4＋0.5)MPa＝6.9MPa ⑵液壓泵流量的確定 qP≥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。取泄漏系數(shù)K為1.2，求得液壓泵流量 qP＝3.6L/s (216L/min) 選用YYB-BCl71/48B型雙聯(lián)葉片泵，當(dāng)壓力為7 MPa時(shí)，大泵流量為157.3L/min，小泵流量為44.1L/min。 電動(dòng)機(jī)功率的確定 注射機(jī)在整個(gè)動(dòng)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(gè)工作循環(huán)的需要，按較大功率段來(lái)確定電動(dòng)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(shí)，大小泵同時(shí)參加工作，小泵排油除保證鎖模壓力外，還通過(guò)順序閥將壓力油供給注射缸，大小泵出油匯合推動(dòng)注射缸前進(jìn)。 前面的計(jì)算已知，小泵供油壓力為pP1＝6.9MPa，考慮大泵到注射缸之間的管路損失，大泵供油壓力應(yīng)為pP2＝(5.9＋0.5)MPa＝6.4MPa，取泵的總效率ηP＝0.8，泵的總驅(qū)動(dòng)功率為 ＝27.313 kW 考慮到注射時(shí)間較短，不過(guò)3s，而電動(dòng)機(jī)一般允許短時(shí)間超載25%，這樣電動(dòng)機(jī)功率還可降低一些。 P＝27.313100/125 ＝21.85 kW 驗(yàn)算其他工況時(shí)，液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率均小于或近于此值。查產(chǎn)品樣本，選用22kW的電動(dòng)機(jī)。 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(guò)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、高壓閥。所選閥的規(guī)格型號(hào)見(jiàn)表5。 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(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩769N.m，系統(tǒng)工作壓力為7MPa。 選SZM0.9雙斜盤(pán)軸向柱塞式液壓馬達(dá)。其理論排量為0.873L/r，額定壓力為20 MPa，額定轉(zhuǎn)速為8～l00r/min，最高轉(zhuǎn)矩為3057Nm，機(jī)械效率大于0.90。 油管內(nèi)徑計(jì)算 本系統(tǒng)管路較為復(fù)雜，取其主要幾條(其余略)，有關(guān)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果列于表6。 確定油箱的有效容積 按下式來(lái)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，液壓泵每分鐘排出壓力油的體積 為0.2m3。參照表4—3取a＝5，算得 有效容積為 V＝50.2m3＝1 m3 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 驗(yàn)算回路中的壓力損失 本系統(tǒng)較為復(fù)雜，有多個(gè)液壓執(zhí)行元件動(dòng)作回路，其中環(huán)節(jié)較多，管路損失較大的要算注射缸動(dòng)作回路，故主要驗(yàn)算由泵到注射缸這段管路的損失。 ⑴沿程壓力損失 沿程壓力損失，主要是注射缸快速注射時(shí)進(jìn)油管路的壓力損失。此管路長(zhǎng) 5m，管內(nèi)徑0.032m，快速時(shí)通過(guò)流量2.7L/s；選用20號(hào)機(jī)械系統(tǒng)損耗油，正常運(yùn)轉(zhuǎn)后油的運(yùn)動(dòng)粘度ν＝27mm2/s，油的密度ρ＝918kg/m3。 油在管路中的實(shí)際流速為 油在管路中呈紊流流動(dòng)狀態(tài)，其沿程阻力系數(shù)為： 求得沿程壓力損失為： ⑵局部壓力損失 局部壓力損失包括通過(guò)管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失Δp2，以及通過(guò)控制閥的局部壓力損失Δp3。其中管路局部壓力損失相對(duì)來(lái)說(shuō)小得多，故主要計(jì)算通過(guò)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)過(guò)順序閥17，電液換向閥2及單向順序閥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0.3 MPa。單向順序閥18的額定流量為150L/min，額定壓力損失0.2 MPa。 通過(guò)各閥的局部壓力損失之和為 從大泵出油口到注射缸進(jìn)油口要經(jīng)過(guò)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0.2 MPa。 通過(guò)各閥的局部壓力損失之和為： 由以上計(jì)算結(jié)果可求得快速注射時(shí)，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 ∑p 2＝(0.03＋0.65)MPa＝0.68MPa 由計(jì)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，所選泵是適合的。 另外要說(shuō)明的一點(diǎn)是：在整個(gè)注射過(guò)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(shí)，注射缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度也將近似等于零，此時(shí)管路的壓力損失隨流量的減小而減少。泵的實(shí)際出口壓力要比以上計(jì)算值小一些。 綜合考慮各工況的需要，確定系統(tǒng)的最高工作壓力為6.8MPa，也就是溢流閥7的調(diào)定壓力。 液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計(jì)算 ⑴計(jì)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(jì)算如下 Phr＝Pr－Pc 對(duì)本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，Pr是整個(gè)工作循環(huán)中雙泵的平均輸入功率。 具體的pi、qi、ti值見(jiàn)表7。這樣，可算得雙泵平均輸入功率Pr＝12kW。 系統(tǒng)總輸出功率 求系統(tǒng)的輸出有效功率： 由前面給定參數(shù)及計(jì)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192kN，行程0.2m；預(yù)塑螺桿有效功率5kW，工作時(shí)間15s；開(kāi)模時(shí)外載荷近同合模，行程也相同。注射機(jī)輸出有效功率主要是以上這些。 總的發(fā)熱功率為： Phr＝(15.3－3)kW＝12.3kW ⑵計(jì)算散熱功率 前面初步求得油箱的有效容積為1m3，按V＝0.8abh求得油箱各邊之積： abh＝1/0.8m3＝1.25m3 取a為1.25m，b、h分別為1m。求得油箱散熱面積為： At＝1.8h(a＋b)＋1.5ab ＝(1.8l(1.25＋1) ＋1.51.25)m2 ＝5.9m2 油箱的散熱功率為： Phc＝K1AtΔT 式中 K1——油箱散熱系數(shù)，查表5—1，K1取16W/(m2℃)； ΔT——油溫與環(huán)境溫度之差，取ΔT＝35℃。 Phc＝165.935kW＝3.3kW＜Phr＝12.3kW 由此可見(jiàn)，油箱的散熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了系統(tǒng)散熱的要求，管路散熱是極小的，需要另設(shè)冷卻器。 ⑶冷卻器所需冷卻面積的計(jì)算 冷卻面積為： 式中 K——傳熱系數(shù)，用管式冷卻器時(shí)，取K＝116W／(m2．℃)； Δtm—平均溫升(℃)； 取油進(jìn)入冷卻器的溫度T1＝60℃，油流出冷卻器的溫度T2＝50℃，冷卻水入口溫度tl＝25℃，冷卻水出口溫度t2＝30℃。則： ℃ 所需冷卻器的散熱面積為： 考慮到冷卻器長(zhǎng)期使用時(shí)，設(shè)備腐蝕和油垢、水垢對(duì)傳熱的影響，冷卻面積應(yīng)比計(jì)算值大30％，實(shí)際選用冷卻器散熱面積為： A＝1.32.8m2＝3.6m2 注意；系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案不是唯一的，關(guān)鍵要進(jìn)行方案論證，從中選擇較為合理的方案。同一個(gè)方案，設(shè)計(jì)者不同，也可以設(shè)計(jì)出不同的結(jié)果，例如系統(tǒng)壓力的選擇、執(zhí)行元件的選擇、閥類元件的選擇等等都可能不同。 附：系統(tǒng)工況圖