液压传动系统设计实例

图10.9-10 注塑机的工作循环 250g 塑料注射成型机液压系统设计

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。 一、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

二、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。

三、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===⋅

四、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⨯=

===⨯⨯