克塑料注射机液压系统设计计算完整版.docx

1、240 克塑料注射机液压系统设计计算大型塑料注射机目前都是全液压控制 . 其基本工作原理是：粒状塑料通过料斗进入螺旋推进器中 , 螺杆转动 , 将料向前推进 , 同时因螺杆外装有电加热器 , 而将料融化成黏液状态 , 在此之前 , 合模机构已将模具闭合 , 当物料在螺旋推进器前端形成一定压力时 , 注射机构开始将液状料高压快速注射到模具型腔中 , 经一定时间地保压冷却后 , 开模将成型地塑料制品顶出 , 使完成了一个动作循环 .现以 240 克塑料注射机为例 , 进行液压系统设计计算 .塑料注射器地工作循环为：合模注射保压冷却开模顶出螺杆预塑进料其中合模地动作又分为：快速合模. 慢速合模 .

2、锁模 . 锁模地时间比较长 , 直到开模前这段时间都是锁模阶段.1 240 克塑料注射机液压系统设计要求及有关设计参数1.1 对液压系统地要求（ 1）合模运动要平稳 , 两篇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 , 料被推倒螺杆前端 , 这时 , 螺杆同注射机构一起向后退, 为使螺杆前端地塑料有一定地密度 , 注射机构必须有一定地后退阻力；（ 4）为保证安全生产 , 系统应设有安全联锁装置 .1.2 液压系统设计参数240 克塑料注射机液压系统设

3、计参数如下：螺杆直径38mm螺杆行程：200mm最大注射压力143MPa螺杆驱动功率5KW螺杆转速61r/min注射座行程240mm注射座最大推力26kN最大合模力（锁模力） 910kN开模力44kN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. 液压执行原件载荷力荷载和转矩计算2.1 个液压缸地载荷力计算（1）合模缸地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联动部件地启动惯性力

4、和导轨地摩擦力 .锁模时 , 动模停止运动 , 其外载荷就是给定地锁模力.开模时 , 液压缸除要克服给定地开模力外, 还克服运动部件地摩擦力.（2）注射座移动缸载荷力座移缸在推进和退回注射座地过程中, 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）注射缸载荷力注射缸地载荷力在整个注射过程中是变化地, 计算时 ,只须求出最大载荷力 .Fw=d2 p4式 中,d-螺杆直径, 由给定参数知：d=0.038m； p-喷嘴 处最大 注射压力, 已知p=162MPa由.此求得Fw=180kN.各液压缸地外载荷力计算结果列于表 1. 取液压缸地机械效率为 0.9, 求

5、得相应地作用于活塞上地载荷力 , 并列于表 1 中表 1 各液压缸地载荷力液压缸名称工况液压缸外载荷活塞上载荷力FwFkNkN合模缸合模90100锁模9101011开模4449座移缸移动2.73顶紧2629注射缸注射162180.2.2 进料液压马达载荷转矩计算Tw=pc=5 103=783N?m2n 23.146160取液压马达地机械效率为0.95, 则其载荷转矩T= Tw = 783 =824N?m0.95m3. 液压系统主要参数计算 .3.1 初选系统工作压力240 克塑料注射机属于小型液压机 , 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 ,

6、参考设计手册 , 初步确定液压系统工作压力为 6.5MPa.3.2 计算液压缸地主要结构尺寸（ 1）确定合模缸地活塞及活塞杆直径合模缸最大载荷时 , 为锁模工况 , 其载荷为889kN,工作在活塞杆受压状态.活塞直径D=4F2 p1p 2 1此时 p1 是由增压缸提供地增压后地进油压力, 初定增压比为5, 则 p1 =56.5MPa=32.5MPa,锁模工况时 , 回油量极小 , 故 P20, 求得合模缸地活塞直径为41011104D h=3.1432.510 6 m =0.199m,取 Dh=0.2m按表 2 5 取 dD=0.7, 则活塞杆直径 dh=0.7 0.2m=0.14m,取 dh

7、=0.15m.为设计简单加工方便 , 将增压缸地缸体与合模缸体做成一体（见图 1）, 增压缸地活塞直径也为 0.2m. 其活塞杆直径按增压比为 5, 求得Dz=Dh2 = 0.22 =0.089m, 取 dz =0.09m55（2）注射座移动缸地活塞和活塞杆直径座移动缸最大载荷为其顶紧之时, 此时缸地回油量虽经节流阀, 但流量极小 ,故背压视为零 , 其活塞杆直径为4F4 29103Dh=6 m =0.075m,取 Dy=0.01mP16.510由给定地设计参数知 , 注射座往复速比为 0.08/0.06=1.33 查表 26 得 d/D=0.5, 则活塞杆直径为：=0.5 0.01m=0.0

8、5m（3）确定注射缸地活塞及活塞杆直径当液态塑料充满模具型腔时, 注射缸地载荷达到最大值213KN,此时注射活塞移动速度也近似等于零 , 回油量极小；故备压力可以忽略不计, 这样D=4F=418104P16.5106 m =0.188m, 取 D=0.20mss活塞杆直径一般与螺杆外径相同, 取 d =0.038m.s3.3计算液压马达地排量液压马达是单向旋转地 , 其回油直接回油箱 , 其视为出口压力为零 , 机械效率为 0.95, 这样M2TW=23.14783 m3 / r=0.8-3 3V =P16510 50.9510 m/rm3.4计算液压执行元件实际工作压力按最后确定地液压缸地结

9、构尺寸合液压马达排量 , 计算出各工况时液压执行元件实际工作压力 , 见表 2,表 2液压执行元件实际工作压力工况执行元件载荷备压力-工作压力 -计算公式名称/MPa-/MPa合模行程合模缸100KN0.33.3P1F P2A2A1锁模增压缸1011KN-6.5座前进座移缸3KN0.50.76座顶紧30KN-3.7注射注射缸180KN0.35.89预塑进料液压马达824N M-5.922 TP1q3.5 计算液压执行元件实际所需流量根据最后确定地液压缸地结构尺寸或液压马达地排量及其运动速度或转速, 计算出个液压执行原件实际所需流量 , 见表 3.表 3液压执行元件实际所需流量工况执行原件名运动

10、速度结构参数流量计算公式称（ L/s ）慢速合模合模缸0.02 m/s20.6Q=AVA =0.03m11快速合模0.1 m/s3座前进座移缸0.06m/sA1=0.08m20.48Q=A1V座后退0.08m/sA220.48Q=AV=0.06m2注射注射缸0.07m/sA1=0.03m22.1Q=A1V顶塑进料液压马达61r/minQ=0.873L/r0.89Q=qn慢速开模合模缸0.03m/sA2=0.014m20.42Q=A2V快速开模0.13m/s1.84 制定系统方案和拟定液压系统图（ 1） 执行机构地确定本机动作机构处螺杆是单向旋转外, 其他机构均为直线往复运动, 各直线运动机构均

11、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, 从给定地设计参数可知 , 锁模时所需地力气最大, 为 910KN.为此设置增压液压缸, 得到锁模时地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 .（4）注射缸运作回路注射缸运动速度也较快,

12、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 , 有无杆腔出口处串联背压阀.（5）注射座移动缸运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 型中位机能地电磁换向阀.（6）安全联锁措施本系统为保证安全生产 , 设置地安全门 , 太安全门下端装一个行程阀, 用来控制合模缸地运作 . 将行程阀串在控制合模缸换向地液动阀控制油路上, 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

13、人身安全 .（7）液压源地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地保压 , 所以选用双泵供油系统 . 液压缸快速运作时 , 双泵同时供油 , 慢速运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 .液压执行元件及各基本回路确定之后 , 把它们有机地组合在一起 . 去掉重复多余地元件 , 把控制液压马达地换向阀与泵地卸荷阀合并 , 使之一阀两用 . 考虑注射缸同合模缸之间有顺序动作地要求 , 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 240 克塑料注射机完整地液压系统图 , 见系统原理图 , 其动作循环表

14、 , 见原理图下方表 .5. 液压元件地选择5.1 液压泵地选择（1）液压泵工作压力地确定PpP1+ P多余地元件 , 把控制液压马达地换向阀与泵地卸荷阀合并 , 使之一阀两用 . 考虑注射缸同合模缸之间有顺序动作地要求 , 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240 克塑料注射机完整地液压系统图, 见图 2, 其动作循环表, 见表 4.5.1 液压泵地选择（ 1）液压泵工作压力地确定PpP1+ PP1是液压执行元件地最高工作压力, 对于本系统, 最高工作压力是增压缸锁模时地入口压力 ,P1=6.5MPa； P 是泵到执行元件间总地管路损失. 由系统图可见 .从泵到增

15、压缸之间串接有一个单向阀和一个换向阀, 取 P=0.5MPa.液压泵工作压力为Pp=（6.5+0.5）MPa=7MPa(2) 液压泵流量地确定 q p K（ qmax）由工况图看出 , 系统最大流量发生在快速合模工况, qmax=3L/s. 取泄露系数 K 为 1.2, 取得液压泵流量 qp =3.6L/s (216L/min)选用 YYB-BC171/48B型双联叶片泵 , 当压力为 7MPa时, 大泵流量为 157.3L/min, 小泵流量为 44.1L/min.5.2 电动机功率地确定注射机在整个动作循环中, 系统地压力和流量都是变化地, 所需功率变化较大 ,为满足整个工作循环地要求,

16、按较大功率段来确定电动机功率.从工况图看出 , 快速注射工况系统地压力和流量均较大 . 此时 , 大小泵同时参加工作 , 小泵排油除保证锁序名称实际流量适用规格号/ （L/s ）1三位四通电液换向阀2.6234DYM-B32H-T2三位四通电液换向阀3.3634DYY-B32H-T3三位四通电磁换向阀0.5034DY-B10H-T4三位四通电液换向阀3.3634DYO-B32H-T5二位四通电磁换向阀0.7424DYO-B20H-T6二位四通电磁换向阀0.5024DO-B10H-T7溢流阀0.74TF-B20C模压力外 , 还通过顺序8溢流阀2.62TF-B20C阀将压力油供9溢流阀2.62T

17、F-B20C给注射缸 , 大小泵出油10单向阀0.74DF-B20K汇合推动注射11液控单向阀3.36AY-Ha32B缸前进 .12单向阀0.50DF-B10K前面地计算已知 ,13单向阀2.62DF-B32K小泵供油压力14节流阀0.65LF-B10C为 Pp1=7MPa,考虑 大15调速阀0.70QF-B10C泵供油压力应16调速阀1.70QF-B20C为 Pp2=（ 5.9+0.5 ）17单向顺序阀0.74XDIF-B20F=6.4MPa,取泵地总效18单向顺序阀2.70XDIF-B32F率 , 泵地总驱动功率为19行程滑阀2300v2710油在管路中呈紊流流动状态, 其沿程阻力系数为：

18、= 0.3164Re0.25求得沿程压力损失为：2p1 = 0.316453.36918 =0.03MPa(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地管路局部压力损失p 2 ,以及通过控制阀地局部压力损失p 3 . 其中管路局部压力损失相对来说小很多,故主要计算通过控制阀地局部压力损失.参看图 2, 从小泵出口到注射缸进油口 , 要经过顺序阀 17, 点液换向阀 2 及单向顺序阀 18单向顺序伺 17 地额定流量为 50L/min, 额定压力损失为 0.4MPa.电液换向阀 2 地额定流量为 190L/min, 额定压力损失 0.3MPa.单向顺序阀 18 地额定流量为15

19、0L/min, 额定压力损失 0.2MPa.通过各阀地局部压力损失之和为P =0.442+0.3(157.3+44.1)/19022=(0.31+0.34+0.23)M4.1/50+0.2(162/150)3.1Pa=0.88MPa从大泵出油口到注射缸进油口要经过单向阀13, 电液换向阀2 和单向顺序阀 18. 单向阀 13 地额定流量为 250L/min, 额定压力损失为 0.2MPa.通过各阀地局部压力损失之和为：2p3.2 =0.2(157.3/250)+0.34+0.23=0.65MPa由以上计算结果可求地快速注射时, 小泵到注射缸之间总地压力损失为p1 =（0.03+0.88 ）MP

20、a=0.91MPa大泵到注射缸之间总地压力损失为p2 =（0.03+0.65 ）MPa=0.68MPa由计算结果看 , 大小泵地实际出口压力距泵地额定压力还有一定地压力裕度,所选泵时适合地 .另外要说明地一点是：在整个注射过程中, 注射压力是不断变化地, 注射缸地进口压力也随之由小到大变化, 当注射压力达到最大时, 注射缸活塞地运动速度也将近似等于零 , 此时管道地压力损失随流量地减小而减小 . 缸地实际出口压力要比以上计算值小一些 .综合考虑各工矿地需要 , 确定系统地最高工作压力为 6.9MPa,也就是溢流阀 7 地调定压力 .6.2 压力系统发热温升计算（1）计算发热功率液压系统地功率损

21、失全部转化为热量.发热功率计算如下Phr =Pr -P c对本系统来说 ,P r 是整个工作循环中双泵地平均输入功率.Pr =1zpi qi tiTti 1pi具体地 pi ,q i ,t i 值见表 7. 这样 , 可算得双泵平均输入功率Pr =15.3Kw.表 7各工况双泵输入功率工泵 工 作出 口压 力总输入功工 作说明况状态/Mpa率/kW时间小大小大/s泵泵泵泵慢 速+-3.680.361小泵额定流量合模Q p1 =0.74L/s大快 速+44.1617.32泵额定流量合模Q P 2 =2.62L/s泵增 压+-6.80.38.9地总效率：正常工锁模0.5作时：p =0.8卸注+6.

22、86.5827.23荷时：p =0.3射保+-6.80.38.916压进+6.8.6.326.915料冷+-6.80.38.915却快 速+4.24.418.3开模1.5慢 速+-3.90.3 6.21开模系统总输出功率求系统地总输出有效功率：Pc = 1 (TnmFWi siTWj j t j )ij1由前面给定参数及计算结果可知：合模缸地外载荷为90kN,行程 0.35m；注射缸地外载荷为 162kN,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 .Pc =1/55 （1.8 1050.35+1.62

23、 105 0.2+5 10315） =2.8kW 总地发热功率为：Phr =（ 15.3-2.8 ）kW=12.5kW(2) 计算散热功率前面初步求得油箱地有效容积为3按 V=0.8abh求地油箱1m,各边之积：abh=1/0.8m3=1.25m3取 a 为 1.25m,b.h 分别为 1m.求得油箱散热地有效容积面积为：22A t =1.8h （ a+b）+1.5ab=（ 1.8 1（ 1.25+1 ） +1.5 1.25 ）m =5.9m油箱地 sabre 功率为：Phc=K1AtT式中 K21油箱散热系数 , 查表 51,K 1 取 16W/（m）；T油温与环境温度之差 , 取 T=35 .Phc =16 5.9 35kW=3.3kWPhr =12.3kW由此可见 , 油箱地散热远远满足不了系统散热地要求, 管路散热时极小地 , 需要另设冷却器 .（ 3）冷却器所需冷却面积地计算冷却面积为：PhrPhcA=K t m式中 K热传递系数 , 用管式冷却器时 , 取 K=116W（ m2 ）；tm 平均温度（）；t m = T1 T2t1 t 222取油进入冷却器地温度T1 =60, 油流出冷却器地温度T 2 =50, 冷却水入口温 t 1 =25, 冷却水出口温度t 2 =30. 则：tm =