基于負載敏感理論的注塑機液壓系統的設計與研究

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進行了設計和優化；根據其工作周期較長、短時間需要大流量的工作特點，設計了能與執行機構所需液壓能相匹配的供油系統；并分析了液壓系統應用的關鍵技術。該設計與研究避免了傳統的液壓系統元件多、調試繁瑣、不能連續控制、系統工作不穩定等缺點，有效地解決了執行部件的沖擊問題，使液壓系統高效節能、運行平穩可靠。

【關鍵詞】負載敏感；液壓系統；節能；比例控制；注塑機

0 引言

塑料成型工業中，注塑成型占有十分重要的位置，除少數的幾種塑料外，幾乎所有的塑料都可以采用注塑的方法成型。在塑料制品的總產量中，注塑制品占所有模塑件總產量的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—注塑機的生產制造日益受到人們的關注。而國內的注塑機生產起步較晚，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、注射系統、合模機構、動力驅動系統等部分組成。塑化量大和冷卻時間較長是其主要特點，在塑化機構、動力驅動系統等方面進行節能技術開發，是注塑機節能的要點。本文將圍繞注塑機液壓動力驅動系統的高效節能、運行平穩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、注射系統、合模機構、制品頂出裝置、動力驅動系統等部件。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，經加熱熔融塑化成黏流態熔體，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行機構的周期性動作系統。系統中執行元件多，動作復雜，順序要求嚴格，并且要求具有一定的動態響應特性，因此注塑機的動力驅動系統一般采用液壓傳動系統。

圖2 供油系統原理圖

1.比例節流閥；2.定量泵；3.電機；4.比例壓力閥

現階段的注塑機液壓系統采用的是定量泵+比例壓力+比例流量的方式向系統供油，如圖2所示，這樣使整個系統的原件少了許多，回路變得簡單。但是系統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+比例流量系統的功率去向主要有三方面：負載消耗、節流損失和溢流損失。注塑機的一個工作循環主要包括鎖合模、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+比例流量系統的注塑機在一個工作循環中的流量損失。因此，必須尋找一種系統能使液壓泵所輸出的流量隨執行機構所需流量的變化而變化，使液壓泵與執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

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

本系統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、更換、維修及保養，也很大程度上降低了液壓系統泄露的可能性。

本液壓系統的設計過程中，使用AMESim仿真技術對各回路進行了仿真分析，并依據分析結果對液壓系統進行了優化設計。其中，鎖合模系統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，提高整個鎖合模系統的運行平穩性，使傳統鎖合模系統開合模過程中產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，提高了整個系統性能的穩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進行了設計和優化。系統中，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行部件運行過程中的沖擊問題，實現了注塑機機運行中的高效節能、平穩可靠。

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[責任編輯：湯靜]