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. 《液壓傳動(dòng)》 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 姓 名： 張 陽 學(xué) 號： 077001583 注塑機(jī)是一種通用設(shè)備，通過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)模板和靜模板用來成對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、開模、頂出成品等一系列動(dòng)作，因此其工作過程中運(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)過程 合模 注塑機(jī)對液壓系統(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)生很大的開模力，所以合模液壓缸必須產(chǎn)生足夠的合模力，確保對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、合模速度可調(diào) 當(dāng)動(dòng)模離靜模距離較遠(yuǎn)時(shí)，即開合模具為空程時(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、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)過機(jī)筒、注射嘴、模具澆口和模具型腔完成注射后，需要對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)主要依靠行程開關(guān)切換電磁換向閥來實(shí)現(xiàn)。電磁鐵動(dòng)作順序見下圖 為保證安全生產(chǎn)，注塑機(jī)設(shè)置了安全門，并在安全門下裝設(shè)一個(gè)行程閥19加以控制，只有在安全門關(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應(yīng)的行程開關(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 － － － － － － － ＋ － ＋ － 開模 慢速開模 ＋ － － － － － － － － ＋ － 快速開模 ＋ － － － ＋ － － － － ＋ － 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通過一對減速齒輪驅(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)開模 開模過程與合模過程相似，開模速度一般歷經(jīng)慢一快一慢的過程。 1)慢速開模 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，開模速度提高。 (10)頂出 模具開模完成后，壓下一行程開關(guān)，使電磁鐵11YA得電，從泵B來的壓力油，經(jīng)過單向閥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，在安全門下端裝一個(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)操作者離開模具，將安全門關(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。 開模時(shí)，液壓缸除要克服給定的開模力外，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，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 ，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?。还时硥毫梢院雎圆挥?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，開模動(dòng)作。其運(yùn)動(dòng)方向由電液換向閥直接控制?？焖龠\(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，而對速度平穩(wěn)性無過高要求，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，在安全門下端裝一個(gè)行程閥，用來 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，安全門沒有關(guān)閉時(shí)，行程閥沒被壓下，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，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。 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。考慮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，見圖2，其動(dòng)作循環(huán)表，見表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，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)格型號見表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 5m，管內(nèi)徑0.032m，快速時(shí)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(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，以及通過控制閥的局部壓力損失Δp3。其中管路局部壓力損失相對來說小得多，故主要計(jì)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)過順序閥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。 另外要說明的一點(diǎn)是：在整個(gè)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(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 對本系統(tǒng)來說，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，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： 考慮到冷卻器長期使用時(shí)，設(shè)備腐蝕和油垢、水垢對傳熱的影響，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