基于FluidSIM-Hydraulic的注塑機液壓回路控制分析

葉金玲，周欽河，黃誠

(廣東水利電力職業技術學院機械工程系，廣東廣州510925)

FluidSIM-H 是由德國FESTO 公司和Paderborn 大學聯合開發的專門用于液壓傳動技術的模擬仿真和排障的一種專業軟件。它的CAI 功能和回路的仿真功能緊密聯系在一起［1］，這是一般通用的計算機輔助繪圖軟件如AutoCAD 等所不具備的，通過強大的仿真功能可以實現顯示和控制回路的動作，還包含了豐富的教學資料，逼真地模擬各種元件工作過程及原理，對于液壓電氣技術的理解和掌握起到了關鍵的作用［2］。

塑料注射成型機是一種專用的塑料成型機械，其液壓傳動系統的作用是提供動力，按照工藝過程的要求，滿足各部分所需的溫度、壓力、速度等要求［3］。電氣控制系統與液壓系統合理配合，可實現注射機的各種程序動作，滿足塑料成型的工藝要求［4］。文中提出基于FluidSIM-H 液壓控制的注塑機成型分析，并將其應用到塑料產品的成型中，目前取得了較好的效果。

1 注塑機的工作原理

注塑機主要由機架，動靜模板，鎖模機構，預塑、注射部件，液壓系統，電氣控制系統等部件組成，如圖1 所示。按照塑料制品的工藝要求，注塑機的工作循環為合模→注射→保壓→預塑→開模→頂出制品→頂出缸后退→合模→冷卻定型，以上動作分別由合模缸、預塑液壓馬達、注射座缸、注射缸和頂出缸完成。控制系統由信號處理器、控制元件組成，信號處理器對成型結果進行處理并發出相應的信號，控制元件用來控制液壓系統按照要求順序工作。

圖1 注塑機

2 基于FluidSIM-H 的液壓控制分析

FluidSIM-H 軟件的圖庫中有100 多種標準液壓、電氣、啟動元件。在繪圖區域可把圖庫中的元件直接拖到制圖區，各種元件接口間進行連接，即可生成所需要的回路。另外，其強大的仿真功能可以幫助人們設計出結構簡單、可靠、效率較高的最優回路。在仿真中人們還可以觀察到各元件的動態，如液壓缸活塞桿的位置、運動速度、輸出力，換向閥的位置、流量計的流量等，從而正確地衡量回路實際運行時的工作狀態［5］。

2.1 注塑機液壓回路設計

在FluidSIM-H 軟件中選取以下液壓元件進行組合，形成圖2 所示的液壓回路設計模型。它由低壓大流量泵和高壓小流量泵合成的節能復合泵作為液壓動力元件;選取多個溢流閥作為快進壓力、高壓合模壓力、注射壓力以及低壓合模壓力、保壓壓力，共同形成保壓系統;設置了三位四通雙電控電磁換向閥和二位四通單電控電磁換向閥控制液壓油的流向，從而控制各個液壓缸及液壓馬達的運作;每個液壓執行元件(液壓缸和液壓馬達)都根據實際情況設置了參數，液壓缸的行程決定了行程開關的位置，輸出力體現了實際承載力，為了更直觀地看出仿真過程中的速度和輸出力，也都進行了參數的設定;另外，液壓控制元件還包括一些節流閥和調速閥，設置在液壓缸和馬達周圍，以便控制執行元件運動的速度。

圖2 液壓回路

2.2 電氣控制回路設計

圖3 為注塑機電氣控制回路設計。選取元件庫中的電氣元件如:電源、繼電器、電磁線圈、按鈕以及各種行程開關，通過連線組成完整的電氣回路圖。電氣元件和液壓元件通過標簽建立聯系，4 個液壓缸整個行程的起始點、終點和中間狀態點的行程開關(A0—A3，B0—B1，C0—C3，D0—D1)和電氣回路中的行程限位開關 (A0—A3，B0—B1，C0—C3，D0—D1)建立聯系;電磁換向閥的電磁鐵標簽和電氣回路中的電磁線圈建立聯系，從而把液壓回路和電氣控制系統連接起來［6］。

圖3 電氣控制回路設計

3 液壓控制的虛擬仿真

如圖4 所示，在仿真時，點擊電氣控制圖中的Start 按鈕，液壓回路和電氣回路就會相應運作。

圖4 液壓控制仿真過程

各液壓缸動作如下:

3.1 合模

(1)慢速合模(電磁線圈2Y、3Y1 通電)。低壓大流量泵1 通過溢流閥3 卸載，高壓小流量泵2 由溢流閥4 調定壓力，實現節能，合模缸慢速合模［7］。

(2)快速合模(電磁線圈1Y、2Y、3Y1 通電)。當活塞桿壓下行程開關A1 發出指令使1Y 得電，復合泵向合模缸供油，實現快速合模。

(3)低壓合模 (電磁線圈2Y、3Y1、9Y1 通電)。泵1 卸載，系統的壓力由低壓遠程溢流閥18 控制，實現低壓合模。

(4)高壓合模(電磁線圈2Y、3Y1 通電)。泵1卸載，系統壓力由高壓溢流閥4 控制，實現高壓合模。

3.2 注射

注射座缸前移 (電磁線圈2Y、5Y1 通電)。泵2→換向閥9→注射座缸右腔，推動注射座缸前移。

(1)慢速注射(電磁線圈2Y、5Y1、7Y1、8Y通電)。進油路從泵2→電液換向閥11 左位→單向節流閥14→注射缸右腔;回油路從注射缸左腔→電液換向閥11 中位→油箱，注射速度由單向節流閥調節。

(2)快速注射(電磁線圈1Y、2Y、5Y1、6Y0、7Y1、8Y 通電)。進油路從復合泵→電液換向閥11左位→注射缸左腔;回油路從注射缸右腔→換向閥11 右位→油箱。由于復合泵同時供油，因此注射速度加快了［8］。

3.3 保壓

電磁線圈2Y、5Y1、7Y1、9Y0 通電，泵1 卸載，泵2 單獨供油，壓力由遠程調壓閥19 調節，多余的油液經溢流閥4 流回油箱。

3.4 預塑

電磁線圈1Y、2Y、5Y1、7Y0 通電，泵1 和泵2→電液換向閥15 右位、調速閥13 和單向閥12→馬達，馬達的轉速由調速閥13 控制。當螺桿頭部的熔料壓力迫使注射缸后退時，注射缸右腔→單向節流閥14、電液換向閥15 右位和背壓閥16→油箱。

3.5 防流涎

電磁線圈2Y、5Y1、6Y1 通電，泵1 卸載，泵2→換向閥9 右位→注射座缸右腔，使噴嘴與模具保持接觸，另一條進油路從閥11 左位→注射缸左腔，使螺桿強制后退［9－10］。注射座移動缸左腔和注射缸右腔，油液分別經換向閥9 和閥11 回油箱。

3.6 注射座后退

電磁線圈2Y、5Y0 通電，5Y1 斷電，泵1 卸載，泵2→換向閥9 左位使注射座后退。

3.7 開模

(1)慢速開模(電磁線圈2Y、3Y0 通電)。泵1卸載，泵2→電液換向閥5 左位→合模缸右腔，左腔油液經換向閥5 流回油箱。

(2)快速開模(電磁線圈1Y、2Y、3Y0 通電)。泵1 和泵2→合模缸右腔供油，開模速度加快。

(3)慢速開模(電磁線圈2Y、3Y0 通電)。泵1卸載，泵2→電液換向閥5 左位→合模缸右腔，左腔油液經換向閥5 流回油箱。

3.8 頂出

(1)頂出缸前進(電磁線圈2Y、4Y 通電)。泵1 卸載，泵2→電磁換向閥8 左位、單向節流閥7→頂出缸左腔，運動速度由單向節流閥7 調節。

(2)頂出缸后退(電磁線圈2Y 通電)。泵2→換向閥8 右位使頂出缸后退。

4 結論

在FluidSIM-H 軟件中創建了注塑機的液壓回路圖和相應的電氣控制回路圖，通過二者有效的結合成功地將模擬仿真后的模型應用到了實際生產中，取得了良好的效果。同時也說明了仿真軟件的應用，可以大大提高生產效率，降低成本，在實際應用中發揮了很大的作用。

［1］何吉利．基于FluidSIM-P 的渦流探傷檢測臺氣動控制設計［J］．機床與液壓，2008，36(8):286－288．

［2］唐德棟，孔祥冰，韓桂華．FluidSIM-P 在液壓與氣動教學中的應用［J］．機械設計與制造，2005(4):41－42．

［3］周冬生．基于LabVIEW 的SZ-250A 型注塑機液壓控制系統［J］．電氣制造，2009(1):14－15．

［4］吳紅，周驥平．小型注塑機液壓驅動方式探討［J］．機床與液壓，2009，37(12):11－12．

［5］吳振順．氣壓傳動與控制［M］．哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社，1995．

［6］陸鑫盛，周洪．氣動自動化系統的優化設計［M］．上海:上海科技文獻出版社，2000．

［7］路甬祥．液壓氣動技術手冊［M］．北京:機械工業出版社，2002．

［8］江興華．液壓傳動與氣動傳動［M］．武漢:華中科技大學出版社，2005．

［9］左建民．液壓與氣壓傳動［M］．北京:機械工業出版社，1997．

［10］周欽河，葉金玲．液壓與氣動技術［M］．合肥:合肥工業大學出版社，2012．