基于負載敏感理論的注塑機液壓系統(tǒng)的設計與研究

邢穎++邢婕思

【摘 要】本文通過對塑料制品注塑成形工藝流程的分析，針對目前注塑機的高能耗問題，基于負載敏感理論對其液壓系統(tǒng)進行了設計和優(yōu)化；根據(jù)其工作周期較長、短時間需要大流量的工作特點，設計了能與執(zhí)行機構所需液壓能相匹配的供油系統(tǒng)；并分析了液壓系統(tǒng)應用的關鍵技術。該設計與研究避免了傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)元件多、調試繁瑣、不能連續(xù)控制、系統(tǒng)工作不穩(wěn)定等缺點，有效地解決了執(zhí)行部件的沖擊問題，使液壓系統(tǒng)高效節(jié)能、運行平穩(wěn)可靠。

【關鍵詞】負載敏感；液壓系統(tǒng)；節(jié)能；比例控制；注塑機

0 引言

塑料成型工業(yè)中，注塑成型占有十分重要的位置，除少數(shù)的幾種塑料外，幾乎所有的塑料都可以采用注塑的方法成型。在塑料制品的總產(chǎn)量中，注塑制品占所有模塑件總產(chǎn)量的1/3以上。注塑成型的制品的應用已十分廣泛，并隨著塑料原料的不斷改進，已逐步取代傳統(tǒng)的金屬和非金屬材料的制品。由此，注塑成型設備—注塑機的生產(chǎn)制造日益受到人們的關注。而國內的注塑機生產(chǎn)起步較晚，存在適應性及可靠性差、能耗高等缺點不足。隨著能源危機的日益加重，注塑機的高能耗成為一個亟待解決的問題。注塑機主要由塑化系統(tǒng)、注射系統(tǒng)、合模機構、動力驅動系統(tǒng)等部分組成。塑化量大和冷卻時間較長是其主要特點，在塑化機構、動力驅動系統(tǒng)等方面進行節(jié)能技術開發(fā)，是注塑機節(jié)能的要點。本文將圍繞注塑機液壓動力驅動系統(tǒng)的高效節(jié)能、運行平穩(wěn)可靠等關鍵技術進行研究。

1 塑料制品注塑成型工藝過程分析

注塑機通常分為立式注塑機、臥式注塑機、角式注塑機等，雖然種類不同，但組成部件基本相同。注塑機主要包括塑化系統(tǒng)、注射系統(tǒng)、合模機構、制品頂出裝置、動力驅動系統(tǒng)等部件。其主要工藝流程為：

注塑成型過程如圖1所示，塑料原料從注塑機的料斗進入加熱筒，經(jīng)加熱熔融塑化成黏流態(tài)熔體，后由柱塞或螺桿的推動在一定的壓力下通過噴嘴注入模具型腔，經(jīng)一定時間的保壓冷卻定型后可保持模具型腔所賦予的形狀，然后開模分型獲得制品。

2 負載敏感液壓系統(tǒng)的設計與研究

注塑機的成型工藝是按照一定順序、不同性能要求的一個多執(zhí)行機構的周期性動作系統(tǒng)。系統(tǒng)中執(zhí)行元件多，動作復雜，順序要求嚴格，并且要求具有一定的動態(tài)響應特性，因此注塑機的動力驅動系統(tǒng)一般采用液壓傳動系統(tǒng)。

圖2 供油系統(tǒng)原理圖

1.比例節(jié)流閥；2.定量泵；3.電機；4.比例壓力閥

現(xiàn)階段的注塑機液壓系統(tǒng)采用的是定量泵+比例壓力+比例流量的方式向系統(tǒng)供油，如圖2所示，這樣使整個系統(tǒng)的原件少了許多，回路變得簡單。但是系統(tǒng)仍然采用的是定量泵，而注塑機需要多級流量和壓力控制，因此工作過程中始終存在與流量有關的能量損失。

定量泵+比例壓力+比例流量系統(tǒng)的功率去向主要有三方面：負載消耗、節(jié)流損失和溢流損失。注塑機的一個工作循環(huán)主要包括鎖合模、射座前移、射膠預塑、冷卻保壓、塑化松退、射臺后退等階段，各工步對流量的需求如圖3所示，流量需求波動很大，剖面線部分即為采用定量泵+比例壓力+比例流量系統(tǒng)的注塑機在一個工作循環(huán)中的流量損失。因此，必須尋找一種系統(tǒng)能使液壓泵所輸出的流量隨執(zhí)行機構所需流量的變化而變化，使液壓泵與執(zhí)行機構達到功率匹配以降低注塑機的能耗。

圖3 各工步流量需求

a.鎖合模；b.射座前移；c.射膠；d.保壓；e.松退；f.射臺后退；g.開模

負載敏感液壓系統(tǒng)是一種能夠依據(jù)執(zhí)行元件所需壓力和流量僅向系統(tǒng)提供所需壓力和流量的液壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)中對流量的控制主要同過負載敏感閥和變量泵完成，能夠感受執(zhí)行元件的壓力和流量需求，實現(xiàn)變量泵和執(zhí)行元件的功率匹配。

本系統(tǒng)中液壓閥均采用板式連接的安裝方式，安裝在集成塊上，借助三維CAD軟件設計液壓集成塊，省去了板式安裝的外部油管連接。方便裝配、調節(jié)、更換、維修及保養(yǎng)，也很大程度上降低了液壓系統(tǒng)泄露的可能性。

本液壓系統(tǒng)的設計過程中，使用AMESim仿真技術對各回路進行了仿真分析，并依據(jù)分析結果對液壓系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計。其中，鎖合模系統(tǒng)的分析得到了設定信號下鎖合模缸流量變化曲線。通過分析合理的確定調速閥的設計參數(shù)，提高整個鎖合模系統(tǒng)的運行平穩(wěn)性，使傳統(tǒng)鎖合模系統(tǒng)開合模過程中產(chǎn)生沖擊的問題得以解決，減少了機械動作過程中的震動和噪聲，提高了整個系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性和工作的可靠性。

3 結束語

本文通過對塑料制品注塑成形工藝流程的分析，基于負載敏感理論對其液壓系統(tǒng)進行了設計和優(yōu)化。系統(tǒng)中，斜盤式軸向柱塞泵、負載敏感閥和壓力切斷閥組合向各執(zhí)行元件供油，合理的配置了動力資源，大幅減小了液壓泵及驅動電機的裝機容量，有效解決了注塑機執(zhí)行部件運行過程中的沖擊問題，實現(xiàn)了注塑機機運行中的高效節(jié)能、平穩(wěn)可靠。

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[責任編輯：湯靜]