液壓傳動與控制實用技術(shù)課件：液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 -

液壓系統(tǒng)設(shè)計計算

【學(xué)習(xí)目標】在已學(xué)習(xí)液壓傳動基礎(chǔ)理論、液壓元件結(jié)構(gòu)原理和液壓系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，通過本章學(xué)習(xí)，能正確運用各種液壓回路；獨立設(shè)計出符合機械設(shè)備使用要求的較復(fù)雜液壓傳動與控制系統(tǒng)?！緦W(xué)習(xí)要求】掌握液壓系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)和計算步驟，明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求，確定其主要工作參數(shù)，繪制液壓系統(tǒng)原理圖；掌握液壓系統(tǒng)主要元件的計算與選擇方法；了解液壓系統(tǒng)的仿真和性能分析方法。5.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計原則與策略液壓系統(tǒng)是液壓機械的一個組成部分，液壓系統(tǒng)的設(shè)計要同主機的總體設(shè)計同時進行。著手設(shè)計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。5.1.1液壓系統(tǒng)綠色設(shè)計原則該設(shè)計原則是在傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)設(shè)計中通常依據(jù)的技術(shù)原則、成本原則和人機工程學(xué)原則的基礎(chǔ)上納入環(huán)境原則，并將環(huán)境原則置于優(yōu)先考慮的地位。液壓系統(tǒng)的設(shè)計原則可概括如下：1．資源最佳利用率原則少用短缺或稀有的原材料，盡量尋找其代用材料，多用余料或回收材料為原材料；提高系統(tǒng)的可靠性和使用壽命；盡量減少產(chǎn)品中材料的種類，以利于產(chǎn)品廢棄后有效回收。2．能量損耗最少原則盡量采用相容性好的材料，不采用難以回收或不能回收的材料，在保證產(chǎn)品耐用的基礎(chǔ)上，賦予產(chǎn)品合理的使用壽命，努力減少產(chǎn)品使用過程中的能量消耗。3．零污染原則盡量減少或不用有毒有害的原材料。4．技術(shù)先進性原則優(yōu)化系統(tǒng)性能，在系統(tǒng)設(shè)計中樹立“小而精”的思想，在同一性能的情況下，通過系統(tǒng)設(shè)計小型化盡量節(jié)約材料和資源的使用量，如采用輕質(zhì)材料，去除多余的功能、避免過度包裝等，減輕產(chǎn)品重量；簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提倡“簡而美”的設(shè)計原則，如減少零部件數(shù)目，這樣既便于裝配、拆卸，又便于廢棄后的分類處理；采用模塊化設(shè)計，此時產(chǎn)品是由各功能模塊組成，既有利于產(chǎn)品的裝配、拆卸，又便于廢棄后的回收處理，在設(shè)計過程中注重產(chǎn)品的多品種及系列化；采用合理工藝，簡化產(chǎn)品加工流程，減少加工工序，簡化拆卸過程，如結(jié)構(gòu)設(shè)計時采用易于拆卸的連接方式、減少緊固件用量、盡量避免破壞性拆卸方式等；盡可能簡化產(chǎn)品包裝且避免產(chǎn)生二次污染。5．整體效益原則考慮系統(tǒng)對環(huán)境產(chǎn)生的附加影響，提供有關(guān)產(chǎn)品組成的信息，如材料類型、液壓油型號及其回收再生性能。5.1.2液壓系統(tǒng)綠色設(shè)計策略1．工作介質(zhì)污染控制液壓系統(tǒng)一思想污染物、入侵污染物和生成污染物。在產(chǎn)品設(shè)計過程中應(yīng)本著預(yù)防為主、治理為輔的原則，充分考慮如何消除污染源，從根本上防止污染。2．液壓系統(tǒng)噪聲控制液壓系統(tǒng)噪聲是對工作環(huán)境的一種污染，分機械噪聲和流體噪聲。在液壓系統(tǒng)中，電動機、液壓泵和液壓馬達等的轉(zhuǎn)速都很高，如果它們的轉(zhuǎn)動部件不平衡，就會產(chǎn)生周期性的不平衡力，引起轉(zhuǎn)軸的彎曲振動。3．液壓元件的連接與拆卸性的設(shè)計

液壓系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)盡量提高液壓系統(tǒng)的集成度，采用原則是對多個元件的功能進行優(yōu)化組合，實現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化，并盡可能使液壓回路的結(jié)構(gòu)緊湊，如減小液壓元件間的連接，設(shè)計易于拆卸的元件等。4．液壓系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計液壓系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計不但要保證系統(tǒng)的輸出功率要求，還要保證盡可能經(jīng)濟、有效的利用能量，達到高效、可靠運行的目的，液壓系統(tǒng)的功率損失會使系統(tǒng)的總效率下降、油溫升高、油液變質(zhì)，導(dǎo)致液壓設(shè)備發(fā)生故障。因此，設(shè)計液壓系統(tǒng)時必須多途徑地降低系統(tǒng)的功率損失。5.2液壓系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容與步驟液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容和一般流程：1．明確對液壓系統(tǒng)的要求；2．分析主機工況，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)；3．進行方案設(shè)計，初擬液壓系統(tǒng)原理圖；4．計算和選擇液壓元件；5．驗算液壓系統(tǒng)的性能；6．繪制正式系統(tǒng)工作圖，編制技術(shù)文件。5.2.1明確對液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求

液壓系統(tǒng)的設(shè)計必須能全面滿足主機的各項功能和技術(shù)性能。因此，首先要了解主機設(shè)計人員對液壓部分提出的要求。一般應(yīng)明確以下要點：1．主機的用途、類型、工藝過程及總體布局，要求用液壓傳動完成的動作和空間位置的限制；2．對液壓系統(tǒng)動作和性能的要求，如工作循環(huán)，運動方式（往復(fù)直線運動或旋轉(zhuǎn)運動、同步、順序或互鎖等要求），自動化程度，調(diào)速范圍，運動平穩(wěn)性和精度，負載狀況，工作行程等；3．工作環(huán)境：如溫度、濕度、污染、腐蝕及易燃等情況；4．其他要求：如可靠性，經(jīng)濟性等。5.2.2分析工況，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)

明確了液壓系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)后，對主機的工作過程進行分析，即負載分析和運動分析，確定負載和速度在整個工作循環(huán)中的變化規(guī)律，然后即可計算執(zhí)行元件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)（指液壓缸的有效工作面積或液壓馬達的排量），以及確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)——工作壓力和最大流量。1．工況分析主機工作過程中，其執(zhí)行機構(gòu)所要克服的負載包括工作負載（切削力、注射力、壓力等）、慣性負載和阻力負載（摩擦力、密封阻力、背壓阻力等）。各工作階段的負載可按以下各式計算另外，液壓缸還有密封阻力、背壓力等。根據(jù)各工作階段內(nèi)的負載和所經(jīng)歷時間，可繪制出負載循環(huán)圖，如圖5.1a所示。同樣，也可計算出執(zhí)行機構(gòu)在各階段的運動速度，繪制出速度循環(huán)圖，如圖5.1b所示。2．確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)執(zhí)行元件的工作壓力可以根據(jù)負載循環(huán)圖中的最大負載來選取，也可以根據(jù)主機的類型來確定，見表5-1和表5-2。5.3液壓系統(tǒng)原理圖確定和液壓元件的計算選擇5.3.1進行方案設(shè)計，確定液壓系統(tǒng)原理圖方案設(shè)計及初擬液壓系統(tǒng)原理圖是整個液壓系統(tǒng)設(shè)計中的重要步驟。它具體體現(xiàn)了主機對液壓系統(tǒng)提出的各項要求。主要工作包括兩項內(nèi)容：一是根據(jù)對液壓系統(tǒng)的各項要求，選擇液壓回路，進行方案設(shè)計；二是把選出的液壓回路有機地組成液壓系統(tǒng)。1．選擇液壓回路基本控制方案選擇液壓回路時既要考慮調(diào)速、壓力控制、換向、順序或同步動作、互鎖等，還要考慮節(jié)省能源，提高效率，減少發(fā)熱，安全可靠，減少沖擊等問題。1）制定調(diào)速方案液壓執(zhí)行元件確定之后，其運動方向和運動速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。2）制定壓力控制方案液壓執(zhí)行元件工作時，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級或無級連續(xù)地調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護作用。3）制定順序動作方案主機各執(zhí)行機構(gòu)的順序動作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運行，有的則是隨機的或人為的。工程機械的操縱機構(gòu)多為手動，一般用手動的多路換向閥控制。加工機械的各執(zhí)行機構(gòu)的4）選擇液壓動力源液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。2．初擬液壓系統(tǒng)原理圖將選定的各液壓回路組合、歸并在一起，再加上一些輔助元件或回路，就初步形成了液壓系統(tǒng)原理圖。在合成液壓系統(tǒng)原理圖時應(yīng)注意以下幾點：1）盡可能合并作用相同或相近的多余元件；2）消除回路合并可能帶來的相互干擾；3）對可靠性要求很高的主機，在液壓系統(tǒng)中設(shè)置必要的備用元件或備用回路；4）盡量采用標準元件，減少制造周期和成本；5）為了便于調(diào)整和檢修，在需要檢測系統(tǒng)參數(shù)的地方設(shè)置工藝接頭以便安裝檢測儀器。5.3.2液壓元件計算與選擇

液壓元件的選擇通常是由以下諸因素共同決定的：（1）參考同類設(shè)備；（2）系統(tǒng)所需要的最高壓力和最大流量；（3）對穩(wěn)態(tài)功率以及整個運動過程的考慮；（4）可供選用的液壓元件及其成本。1．液壓泵及電動機的選擇首先確定液壓泵的最大工作壓力2．控制閥的選擇各種控制閥的規(guī)格型號按該閥所在油路的最大工作壓力和流經(jīng)此油路的最大流量選定。即各種閥的額定壓力和額定流量應(yīng)與上述壓力和流量相接近。必要時可允許閥最大通過流量超過其額定流量的20%。此外，需確定液壓閥的安裝方式。液壓閥可分為管式閥、板式閥、和疊加閥等。管式閥是靠螺紋管接頭將閥的各進出油口直接與系統(tǒng)管路相連接，如圖5.2所示。板式閥有兩種連接安裝方式，如圖5.3所示為采用安裝底板的板式連接結(jié)構(gòu)，圖5.4所示為采用集成塊的另一種板式連接結(jié)構(gòu)。疊加閥式安裝連接(見圖5.5)是板式閥集成塊安裝連接的一種新型發(fā)展形式，用于液壓閥的集成化。閥與閥之間無須任何中間連接體，閥體本身就起到了連接板和油路通道的作用。3．液壓輔件選擇計算（1）蓄能器的選擇根據(jù)蓄能器在液壓系統(tǒng)中的功用，確定其類型和主要參數(shù)。（1）液壓執(zhí)行元件短時間快速運動，由蓄能器來補充供油，其有效工作容積為2）管道尺寸的確定（1）管道內(nèi)徑計算式中：q—通過管道內(nèi)的流量；v—管內(nèi)允許流速，見表5-3。（2）管道壁厚δ的計算3）油箱容量的確定初設(shè)計時，先按下式確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進行校核。油箱容量的經(jīng)驗公式為

V＝aqV式中：qV—液壓泵每分鐘排出壓力油的容積；a—經(jīng)驗系數(shù)，見表5-4。4）濾油器的選擇選擇濾油器的依據(jù)有以下幾點：（1）承載能力：按系統(tǒng)管路工作壓力確定。（2）過濾精度：按被保護元件的精度要求確定，選擇時可參閱表5-5。（3）通流能力：按通過最大流量確定。（4）阻力壓降：應(yīng)滿足過濾材料強度與系數(shù)要求。5.3.3液壓系統(tǒng)性能驗算及校核液壓系統(tǒng)初步設(shè)計是在某些估計參數(shù)情況下進行的，當各回路形式、液壓元件及聯(lián)接管路等完全確定后，針對實際情況對所設(shè)計的系統(tǒng)進行各項性能分析。對一般液壓傳動系統(tǒng)來說，主要是進一步確切地計算液壓回路各段壓力損失、容積損失及系統(tǒng)效率，壓力沖擊和發(fā)熱溫升等。根據(jù)分析計算發(fā)現(xiàn)問題，對某些不合理的設(shè)計要進行重新調(diào)整，或采取其他必要的措施。1．液壓系統(tǒng)壓力損失計算壓力損失包括管路的沿程損失Δp1，管路的局部壓力損失Δp2和閥類元件的局部損失Δp3，總的壓力損失為：2．液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算1）計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率液壓系統(tǒng)工作時，除執(zhí)行元件驅(qū)動外載荷輸出有效功率外，其余功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量，使油溫升高。液壓系統(tǒng)的功率損失主要有以下幾種形式：2）計算液壓系統(tǒng)的散熱功率液壓系統(tǒng)的散熱渠道主要是油箱表面，但如果系統(tǒng)外接管路較長，而且計算發(fā)熱功率時，也應(yīng)考慮管路表面散熱。3）根據(jù)散熱要求計算油箱容量最大溫差A(yù)T是在初步確定油箱容積的情況下，驗算其散熱面積是否滿足要求。當系統(tǒng)的發(fā)熱量求出之后，可根據(jù)散熱的要求確定油箱的容量。由ΔT公式可得油箱的散熱面積為3．計算液壓系統(tǒng)沖擊壓力壓力沖擊是由于管道液流速度急劇改變或管道液流方向急劇改變而形成的。例如液壓執(zhí)行元件在高速運動中突然停止，換向閥的迅速開啟和關(guān)閉，都會產(chǎn)生高于靜態(tài)值的沖擊壓力。它不僅伴隨產(chǎn)生振動和噪聲，而且會因過高的沖擊壓力而使管路、液壓元件遭到破壞；對系統(tǒng)影響較大的壓力沖擊常為以下兩種形式：1）當迅速打開或關(guān)閉液流通路時，在系統(tǒng)中產(chǎn)生的沖擊壓力。2）急劇改變液壓缸運動速度時，由于液體及運動機構(gòu)的慣性作用而引起的壓力沖擊，其壓力的增大值為計算出沖擊壓力后，此壓力與管道的靜態(tài)壓力之和即為此時管道的實際壓力。實際壓力若比初始設(shè)計壓力大得多時，要重新校核一下相應(yīng)部位管道的強度及閥件的承壓能力，如不滿足，要重新調(diào)整。5.4液壓系統(tǒng)仿真與性能分析5.4.1概述近年來，液壓傳動與控制系統(tǒng)在國民經(jīng)濟建設(shè)的各個行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，而且液壓系統(tǒng)越來越復(fù)雜，因此在對液壓系統(tǒng)進行設(shè)計和分析，困難和重要性同時存在。與此同時，流體力學(xué)、現(xiàn)代控制理論、算法理論、可靠性理論等相關(guān)學(xué)科的迅速發(fā)展，尤其是計算機技術(shù)的突飛猛進，液壓仿真技術(shù)和相應(yīng)的仿真軟件也會日臻完善。利用液壓系統(tǒng)計算機仿真技術(shù)可以通過仿真對所設(shè)計的系統(tǒng)進行整體分析和性能評估，從而進行優(yōu)化系統(tǒng)、縮短設(shè)計周期，解決液壓系統(tǒng)設(shè)計存在的某些問題。液壓系統(tǒng)仿真技術(shù)開始于20世紀50年代，當時Hanpun和Nightingle分別對液壓伺服系統(tǒng)作了動態(tài)性能分析，當時他們用傳遞函數(shù)法，僅分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性及頻率響應(yīng)特性，這是一種用于單輸入單輸出系統(tǒng)的非常簡單的方法，如今還被廣泛的應(yīng)用。隨后各種樣式的液壓系統(tǒng)仿真軟件被開發(fā)出來。5.4.2基于MATLAB的液壓系統(tǒng)的仿真技術(shù)研究與應(yīng)用采用MATLAB/Simulink軟件，利用Simulink對掘進機回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)進行建模、仿真與分析。1．掘進機回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)原理回轉(zhuǎn)液壓回路系統(tǒng)可簡化為如圖5.6所示：系統(tǒng)可分為復(fù)合動力源1、功率傳遞和控制2和執(zhí)行機構(gòu)3等三部分，復(fù)合動力源是由發(fā)動機驅(qū)動泵旋轉(zhuǎn)，泵將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗埽粓?zhí)行機構(gòu)是左右對稱布置的兩根油缸；其他均為功率傳遞和控制，如管路及三位四通閥。2．液壓系統(tǒng)建模與仿真在建立復(fù)雜系統(tǒng)的模型與系統(tǒng)仿真中，一般采自向上的建模方式:首先建立復(fù)雜系統(tǒng)中每個功能模塊，然后根據(jù)回轉(zhuǎn)液壓回路系統(tǒng)的特點將這些功能模塊進行有機的結(jié)合，逐漸建立整個系統(tǒng)模型。將回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的參數(shù)帶入到各個子系統(tǒng)中組合而成的總系統(tǒng)仿真模塊，限于篇幅只給出回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)(油缸緩沖)模塊圖如圖5.7所示。仿真計算的結(jié)果為：從中間位置向左回轉(zhuǎn)到極限位置的仿真結(jié)果如圖5.8所示。5.4.3AMESIM仿真技術(shù)及其在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用1．仿真問題的提出與目的利用仿真軟件AMESIM對500t液壓拉力試驗機液壓系統(tǒng)進行仿真，判別液壓系統(tǒng)的設(shè)計是否合理，是否能達到預(yù)期的設(shè)計目的，從而有效地縮短了設(shè)計周期。液壓拉力試驗機適用于連桿、彈簧、繩索、連接鏈、管件、金屬構(gòu)件，鋼絲繩礦車底盤等長試件的拉力-位移和拉力破斷試驗，在國家礦用設(shè)備的檢測檢驗中起著十分重要的作用。2．仿真模型的建立基于建模過程的復(fù)雜性以及給仿真研究帶來的不便,近幾年來國外尤其是歐洲陸續(xù)研制出一些更為實用的液壓機械仿真軟件,并獲得了成功的應(yīng)用。該系統(tǒng)仿真模型如圖5.9，主要參數(shù)如表5-6。3．系統(tǒng)加載仿真結(jié)果液壓拉力試驗機在最大載荷500噸下的調(diào)速仿真結(jié)果見圖5.10。在最大載荷500噸下的調(diào)壓仿真(0～28MPa)結(jié)果見圖5.11。5.5液壓系統(tǒng)裝配圖的繪制5.5.1液壓裝置總體布局液壓系統(tǒng)總體布局有集中式、分散式。集中式結(jié)構(gòu)是將整個設(shè)備液壓系統(tǒng)的油源、控制閥部分獨立設(shè)置于主機之外或安裝在地下，組成液壓站。如冷軋機、鍛壓機、電弧爐等有強烈熱源和煙塵污染的冶金設(shè)備，一般都是采用集中供油方式。分散式結(jié)構(gòu)是把液壓系統(tǒng)中液壓泵、控制調(diào)節(jié)裝置分別安裝在設(shè)備上適當?shù)牡胤?。機床、工程機械等可移動式設(shè)備一般都采用這種結(jié)構(gòu)。5.5.2液壓閥的配置形式1．板式配置板式配置是把板式液壓元件用螺釘固定在平板上，板上鉆有與閥口對應(yīng)的孔，通過管接頭聯(lián)接油管而將各閥按系統(tǒng)圖接通。這種配置可根據(jù)需要靈活改變回路形式。液壓實驗臺等普遍采用這種配置。2．集成式配置目前液壓系統(tǒng)大多數(shù)都采用集成形式。它是將液壓閥件安裝在集成塊上，集成塊一方面起安裝底板作用，另一方面起內(nèi)部油路作用。這種配置結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便。5.5.3集成塊設(shè)計1．塊體結(jié)構(gòu)集成塊的材料一般為鑄鐵或鍛鋼，低壓固定設(shè)備可用鑄鐵，高壓強振場合要用鍛鋼。塊體加工成正方體或長方體。2．集成塊結(jié)構(gòu)尺寸的確定外形尺寸要滿足閥件的安裝，孔道布置及其他工藝要求；為減少工藝孔，縮短孔道長度，閥的安裝位置要仔細考慮，使相通油孔盡量在同一水平面或是同一豎直面上。5.5.4繪制正式液壓系統(tǒng)裝配圖，編寫技術(shù)文件液壓系統(tǒng)完全確定后，要正規(guī)地繪出液壓系統(tǒng)圖。除用元件圖形符號表示的原理圖外，還包括動作循環(huán)表和元件的規(guī)格型號表。圖中各元件一般按系統(tǒng)停止位置表示，如特殊需要，也可以按某時刻運動狀態(tài)畫出，但要加以說明。裝配圖包括泵站裝配圖，管路布置圖，操縱機構(gòu)裝配圖，電氣系統(tǒng)圖等。技術(shù)文件包括設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計說明書和設(shè)備的使用、維護說明書等。5.6典型液壓系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用實例大型塑料注射機目前都采用全液壓控制系統(tǒng)。其基本工作原理是：粒狀塑料通過料斗進入螺旋推進器中，螺桿轉(zhuǎn)動，將料向前推進，同時，因螺桿外裝有電加熱器，而將料熔化成粘液狀態(tài)，在此之前，合模機構(gòu)已將模具閉合，當物料在螺旋推進器前端形成一定壓力時，注射機構(gòu)開始將液狀料高壓快速注射到模具型腔之中，經(jīng)一定時間的保壓冷卻后，開模將成型的塑科制品頂出，便完成了一個動作循環(huán)?，F(xiàn)以250塑料注射機為例，進行液壓系統(tǒng)設(shè)計計算。塑料注射機的工作循環(huán)為：合模→注射→保壓→冷卻→開?！敵觥輻U預(yù)塑進料其中合模的動作又分為：快速合模、慢速合模、鎖模。鎖模的時間較長，直到開模前這段時間都是鎖模階段。5.6.1250塑料注射機液壓系統(tǒng)設(shè)計要求及有關(guān)設(shè)計參數(shù)1．對液壓系統(tǒng)的要求1）合模運動要平穩(wěn)，兩片模具閉合時不應(yīng)有沖擊；2）當模具閉合后，合模機構(gòu)應(yīng)保持閉合壓力，防止注射時將模具沖開。注射后，注射機構(gòu)應(yīng)保持注射壓力，使塑料充滿型腔；3）預(yù)塑進料時，螺桿轉(zhuǎn)動，料被推到螺桿前端，這時，螺桿同注射機構(gòu)一起向后退，為使螺桿前端的塑料有一定的密度，注射機構(gòu)必需有一定的后退阻力；4）為保證安全生產(chǎn)，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有安全聯(lián)鎖裝置。2．液壓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

250塑料注射機液壓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)如下：螺桿直徑40mm螺桿行程200mm

最大注射壓力153MPa螺桿驅(qū)動功率5kW

螺桿轉(zhuǎn)速60r/min注射座行程230mm

注射座最大推力27kN最大合模力(鎖模力)900kN

開模力49kN動模板最大行程350mm

快速閉模速度0.1m/s慢速閉模速度0.02m/s

快速開模速度0.13m/s慢速開模速度0.03m/s

注射速度0.07m/s注射座前進速度0.06m/s

注射座后移速度0.08m/s5.6.2液壓執(zhí)行元件載荷力和載荷轉(zhuǎn)矩計算1．各液壓缸的載荷力計算1）合模缸的載荷力合模缸在模具閉合過程中是輕載，其外載荷主要是動模及其連動部件的起動慣性力和導(dǎo)軌的摩擦力。鎖模時，動模停止運動，其外載荷就是給定的鎖模力。開模時，液壓缸除要克服給定的開模力外，還克服運動部件的摩擦阻力。2）注射座移動缸的載荷力座移缸在推進和退回注射座的過程中，同樣要克服摩擦阻力和慣性力，只有當噴嘴接觸模具時，才須滿足注射座最大推力。3）注射缸載荷力注射缸的載荷力在整個注射過程中是變化的，計算時，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。2．進料液壓馬達載荷轉(zhuǎn)矩計算5.6.3液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計算1．初選系統(tǒng)工作壓力250克塑料注射機屬小型液壓機，載荷最大時為鎖模工況，此時，高壓油用增壓缸提供；其他工況時，載荷都不太高，參考設(shè)計手冊，初步確定系統(tǒng)工作壓力為6.5MPa。2．計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸1）確定合模缸的活塞及活塞桿直徑合模缸最大載荷時，為鎖模工況，其載荷力為1000kN，工作在活塞桿受壓狀態(tài)?；钊睆?）注射座移動缸的活塞和活塞桿直徑注射座移動缸最大載荷為其頂緊之時，此時缸的回油流量雖經(jīng)節(jié)流閥，但流量極小，故背壓視為零，則其活塞直徑為3）確定注射缸的活塞及活塞桿直徑當液態(tài)塑料充滿模具型腔時，注射缸的載荷達到最大值213kN，此時注射缸活塞移動速度也近似等于零，回油量極小；故背壓力可以忽略不計，這樣3．計算液壓馬達的排量液壓馬達是單向旋轉(zhuǎn)的，其回油直接回油箱，視其出口壓力為零，機械效率為0.95，這樣4．計算液壓執(zhí)行元件實際工作壓力按最后確定的液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸和液壓馬達排量，計算出各工況時液壓執(zhí)行元件實際工作壓力，見表5-7。5．計算液壓執(zhí)行元件實際所需流量根據(jù)最后確定的液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸或液壓馬達的排量及其運動速度或轉(zhuǎn)速，計算出各液壓執(zhí)行元件實際所需流量，見表5-8。5.6.4制定系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)圖1．制定系統(tǒng)方案1）執(zhí)行機構(gòu)的確定本機動作機構(gòu)除螺桿是單向旋轉(zhuǎn)外，其他機構(gòu)均為直線往復(fù)運動。各直線運動機構(gòu)均采用單活塞桿雙作用液壓缸直接驅(qū)動，螺桿則用液壓馬達驅(qū)動。從給定的設(shè)計參數(shù)可知，鎖模時所需的力最大，為900kN。為此設(shè)置增壓液壓缸，得到鎖模時的局部高壓來保證鎖模力。2）合模缸動作回路合模缸要求其實現(xiàn)快速、慢速、鎖模，開模動作。其運動方向由電液換向閥直接控制。快速運動時，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，由增壓缸供油。3）液壓馬達動作回路螺桿不要求反轉(zhuǎn)，所以液壓馬達單向旋轉(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。4）注射缸動作回路注射缸運動速度也較快，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)塑時有背壓要求，在無桿腔出口處串聯(lián)背壓閥。5）注射座移動缸動作回路注射座移動缸，采用回油節(jié)流調(diào)速回路。工藝要求其不工作時，處于浮動狀態(tài)，故采用Y型中位機能的電磁換向閥。6）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行程閥，用來控制合模缸的動作。將行程閥串在控制合模缸換向的液動閥控制油路上，安全門沒有關(guān)閉時，行程閥沒被壓下，液動換向閥不能進控制油，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。7）液壓源的選擇該液壓系統(tǒng)在整個工作循環(huán)中需油量變化較大，另外，閉模和注射后又要求有較長時間的保壓，所以選用雙泵供油系統(tǒng)。液壓缸快速動作時，雙泵同時供油，慢速動作或保壓時由小泵單獨供油，這樣可減少功率損失，提高系統(tǒng)效率。2．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，把它們有機地組合在一起。去掉重復(fù)多余的元件，把控制液壓馬達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克塑料注射機完整的液壓系統(tǒng)圖，見圖5.12。