液压传动系统设计实例

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图10.9-10 注塑机的工作循环 2·4 液压传动系统设计计算实例

——250g 塑料注射成型机液压系统设计计算

塑料注射成型机(简称注塑机)的基本工作原理是:颗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溶化成黏液状态,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,注射机构开始将黏液状料高压快速注射到模具型腔之中,经

一定时间保压冷却后开模,把成型

的塑料制品顶出,便完成一个动作

循环。注塑机的工作循环如图10.9-10所示。

250g 注塑机的一次注塑量为250克,拟采用液压传动与控制方式。 2·4·1 设计要求及设计参数

(1) 设计要求

1) 合模运动要平稳,两片模具闭合时不应有冲击;

2) 合模后,合模机构应保持闭合压力,防止注射时冲开模具;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,物料被推至前端,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,注射机构必须有一定的后退阻力;

4) 系统应设有安全联锁装置,以保证安全生产。 (2) 设计参数

250g 注塑机液压系统的设计参数如表10.9-19所示。

表10.9-19 250g 注塑机的设计参数

2.4.2 选择液压执行元件

本注塑机动作机构除螺杆为单向旋转外,其他机构均为直线往复运动。因此,各直线运动机构均采用单活塞杆双作用液压缸直接驱动;因螺杆不要求反转,故采用单向液压马达驱动。从给定的设计参数可知,锁模时所需的力最大,为900kN 。为此,可设置增压器,以获得锁模时的局部高压来保证锁模力。

2·4·3 液压执行元件工况分析与计算

各执行机构的运动速度要求示于表10.9-19。 (1) 各液压缸负载力计算

1) 合模缸的负载力 合模缸在模具闭合过程为轻载,此时外负载主要是动模及其联动部件的启动惯性力和导轨的摩擦力。锁模时,动模已停止运动,其外负载就是要给定的锁模力。开模时,液压缸要给定开模力和克服运动部件的摩擦阻力。

2) 注射座移动缸的负载力 注射座移动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,才需满足注射座最大推力。

3) 注射缸载荷力 注射缸的负载力在整个注射过程是变化的,计算时,只需根据螺杆直径d 和喷嘴处最大注射压力p (由表10.9-19可知,d =40mm ,p =153MPa )求出最大负载力F e ;算得2/4192(N)e F p d k π=⋅=。

各液压缸的外负载计算结果列于表10.9-20。考虑液压缸的机械损失,取液压缸的机械效率为0.9,求得相应液压缸活塞上的负载力,并列于表10.9-20中。

表10.9-20 各液压缸负载力

(2) 预塑进料液压马达负载转矩计算

负载转矩为 3

e 2)510(260/60)796(N

m )T P n

ππ==⨯

⨯⨯

=⋅; 取液压马达的机械效率为0.95mm η=,则其驱动转矩为

07960.95838(N m)mm T T η===⋅

2·4·4 确定液压系统主要参数

(1) 预选系统设计压力

250g 注塑机属小型液压机类型,负载最大为锁模工况,其他工况负载都不大。参考表10.9-4,预选系统工作压力为6.5MPa 。对于锁模工况,可采用增压器提供高压油,以满足最大负载需要。

(2) 各液压缸的主要结构尺寸确定

1) 合模缸 合模缸在锁模工况负载最大达1000kN ,为了节能,并不需要提高系统工作压力,可采用增压器即增压缸增压。初选增压缸的增压比为5,则工作压力可达

1 6.5MPa 532.5MPa p =⨯=;考虑到锁模工况时的回油量很小,背压20p ≈,从而求得合模

缸的内径(即活塞直径)为

0.198m h D == 依据GB/T 2348-1993(见表10.9-8)规定,取标准值200mm h D =。

图10.9-11 共用缸体的合模缸与增压缸

杆又参考表10.9-6取/0.7h h d D =,则活塞直径0.70.2m=140mm h d =⨯。

为设计、制造简单方便,将增压缸与合模缸做成一体,见图10.9-11。可知,增压缸的活塞增

直径也为200mm h D =。由增压比为5,求得压缸的活塞杆直径为

89.4mm z d =

= 圆整,取90mm z d =。

2) 注射座移动缸 注射座移动缸的最大负载力为其顶紧时,此时缸的回油流量虽经节流阀,但流量极小,故背压近似为零,则其活塞直径为

0.076m y D === 依GB/T 2348-1993,取标准值80mm y D =。

由表10.9-19给定设计参数可知,注射座往复速比为0.08:0.06=1.33,查表10.9-7得

/0.5y y d D =,则活塞杆直径为0.50.58040(mm)y y d D =⨯=⨯=。

3) 注射缸 当黏状塑料充满模具型腔时,注射缸的负载达到最大值213kN ,此时,注射

活塞速度也近似为零,回油量极小,故背压也忽略不计,从而得到注射缸的内径

0.2043m s D == 取标准值220mm s D =。

注射缸的活塞杆直径一般与螺杆外径相同,取40mm s d =。 由上求得各液压缸的结构尺寸,算出它们无杆腔和有杆腔的有效作用面积,列入表10.9-21中。

表10.9-21 各液压缸的结构尺寸

(3) 单向旋转液压马达的回油直接回油箱,视其出口压力为零,取机械效率为0.95,则液压马达的排量应为

36

122796

0.0008(m /r)0.8(L/r)6.5100.95

e mm T V p ππη⨯=

===⨯⨯

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