液压传动系统设计计算简例

出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册下册》第2048页（1810字）

设计的内容和步骤上节已经阐述，本节不再一一仿照论述，仅就前三项设计步骤摘要给以说明。

以前述塑料注射成型机(以下简称注塑机)为例，对液压传动系统设计计算给以简要说明。塑料注射成型机的主要动作，在典型系统中已经较详细地做了介绍。可归纳为模具和注射两部分的动作，详见图33．1－2和表33．1－1。因为注射动作是在高压闭模时完成的，所以两部分动作的流量要求不必叠加，从而减小了对液压能源的总流量的需求。

图33．1－2 行走液压系统回路图

表33．1－1

(1)明确主机要求，设计液压执行元件及选择系统主要参数

A．模具的动作和增速液压缸压力、流量的确定

模具的动作要求，高压闭模力950～1000T，低压合模力约3～15T，而且为提高生产率快速合模速度可达0．3m／s。按照一般注塑机液压系统，取系统工作压力为20MPa，则由高压闭模力可求得驱动模具的液压缸的有效作用面积A=0．5(m²)。但是若按此面积和快速合模速度计算液压缸所需最大流量，流量太大，也不必要。故采用了图33．1－2所示的增速液压缸。而系统能源的流量还要根据注射动作的要求来决定。因插芯动作也与模具动作不同时进行，且需压力和流量都不大，其所需仅启动一组泵即可。

按液压缸流量和压力的计算公式和结构强度等，可设计增速缸得到其具体尺寸，然后再验算是否满足闭模力和合模速度的要求。所设计的增速缸结构尺寸如图33．2－14所示。于是可根据图中尺寸和系统压力验算如下。

图33．2－14 液压增速缸

最大闭模力

F=pA=pπ(D²－d²)／4

=20×10⁶π(0．8²－0．18²)／4

=9544(kN)=972．9kgf

因此，最大闭模力满足要求。

最大合模速度所要求的最大流量q

q=VA_d／η_v=Vπd²／4／η_v

=0．3π×0．18²／4／0．92

=0．008297(m³／s)

=498(L／min)

B．注射和预塑

注射动作中除注射座缸外，注射缸和预塑都有速度要求，同时塑料制品保压时是由注射缸实现的。要求注射缸的最大注射速度V_max=5m／min。注射缸设计时，应使保压压力不高于系统最高压力。因为最大注射速度和最大保压压力并非同时需要，所以控制阀的功率也不是很大。最后，设计的注射缸如图33．1－2所示，其活塞直径的名义尺寸为34cm，活塞杆直径的名义尺寸为30cm，背压为1MPa左右。据此可计算出保压压力为19MPa，注射缸需要的最大流量q为：

q=V_maxA／ηv=5×(π0．34²／4)／0．92

=0．4940(m³／min)

=494(L／min)

可见系统的能源设计能满足注塑机的主要要求，分别启动各组能源(或使一些能源卸荷)是合理的。

(2)控制元件的选择

因为模具的动作由增速缸实现，又无调速要求，故选用压力流量合适的方向阀完成速度换接即可，这里就不详述了。

注射缸和液压马达用户要求用p－q阀(一种比例阀)控制。这样既可充分利用p－q阀对注射缸和液压马达进行无级调速，以得到最大注射速度和各种预塑需要的转速，又可在前面板上很方便地通过电位计来调节。同时也保证了保压压力的实现。因最高压力和最大流量并非同时出现，所以p－q阀的功率也不是很大。