液压系统设计计算实例

P=
p P1 q1 + p P 2 q 2
ηP
＝27.313 kW 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。 P＝27.313×100/125 ＝21.85 kW 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。 5.3 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表 5。 5.4 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，机械效率大于 0.90。 5.5 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表 6。
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5.6 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
6.液压系统性能验算 6.液压系统性能验算
6.1 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。 油在管路中的实际流速为
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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，见表 4。
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
Dy =
4F 4 × 3 × 10 4 = m = 0.076m ，取 Dy＝0.1m πp1 π × 6.5 × 10 6
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 d/D ＝0.5，则活塞杆直径为： dy＝0.5×0.1m＝0.05m 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
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液压系统设计计算实例
——250 克塑料注射祝液压系统设计计算 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 将料熔化成粘液状态，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之中，经一定 时间的保压冷却后，开模将成型的塑科制品顶出，便完成了一个动作循环。 现以 250 克塑料注射机为例，进行液压系统设计计算。 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。 1.250 克塑料注射机液压系统设计要求及有关设计参数 1.1 对液压系统的要求 ⑴合模运动要平稳，两片模具闭合时不应有冲击； ⑵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； ⑶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； ⑷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 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 2.液压执行元件载荷力和载荷转矩计算 2.液压执行元件载荷力和载荷转矩计算 2.1 各液压缸的载荷力计算 ⑴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
按表 2—5 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
dz =
2 Dh = 5
0.2 2 = 0.089m ，取 dz＝0.09m。 5
FW =
π
4
d2p
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 1 中。 2.2 进料液压马达载荷转矩计算
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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。 ⑵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。 ⑶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。
VM =
2πTW 2 × 3.14 × 796 3 = m / r = 0.8 × 10 −3 m 3 / r p1η m 65 × 10 5 × 0.95
3.4 3.4 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 2。
TW =
Pc 5 × 10 3 = = 796 N ⋅ m 2πn 2 × 3.14 × 60 / 60
取液压马达的机械效率为 0.95，则其载荷转矩
T=
TW
ηm
=
796 = 838 N ⋅ m 0.95
3.液压系统主要参数计算 3.液压系统主要参数计算 3.1 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。 3.2 计算液压缸的主要结构尺寸 ⑴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
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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。 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 pP1＝6.9MPa， 考虑大泵到注射缸之 间的管路损失， 大泵供油压力应为 pP2 ＝(5.9＋0.5)MPa＝6.4MPa，取泵的总 效率ηP＝0.8，泵的总驱动功率为
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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。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。 4.2 拟定液压系统图
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5.液压元件的选择 5.液压元件的选择
5.1 液压泵的选择 ⑴液压泵工作压力的确定 pP≥pl＋∑Δp pl 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，pl＝6.4MPa；∑Δp 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∑Δp＝0.5MPa。 液压泵工作压力为 pP＝(6.4＋0.5)MPa＝6.9MPa ⑵液压泵流量的确定 qP≥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。取泄漏系 数 K 为 1.2，求得液压泵流量 qP＝3.6L/s (216L/min) 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。 5.2 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，