注塑機電液控制系統節能原理及最新技術

控制系統    時間:2014-03-11 15:12:19
注塑機電液控制系統節能原理及最新技術簡介
     1 概述  80年代以來,塑料機械工業在我國獲得了蓬勃發展,特別是塑料注塑機年生產能力已達萬台以上……
注塑機電液控制系統節能原理及最新技術正文
   1 概述
80年代以來,塑料機械工業在我國獲得了蓬勃發展,特別是塑料注塑機年生產能力已達萬台以上,不僅滿足了國內生產的需要,還大量出口創匯,為滿足這種機器高輸出力、快速響應、高速、壓力控制精度和重複精度的技術要求,國產注塑機幾乎全部採用了液壓傳動和電液比例控制技術。為進一步提高精度,國外還開發了過程變數:模腔壓力、注射速度、螺桿轉速等閉環微機控制的電液系統。我國在這方面也作了相應的研究。但是進入90年代以來,隨著世界各國在環境保護,如能耗、雜訊、泄漏等控制方面日益嚴格的要求,節能已成為注塑機電液系統的研究重點。為降低能耗,德、日等國已開發了全電氣傳動控制的注塑機,並投放市場。與電液控制相比,目前電氣傳動還存在無法實現集中控制,很難實現高精度的壓力控制,必須經過中間轉換裝置才能實現直線傳動等不足,但已向電液控制提出了嚴厲的挑戰。因此,電液控制系統必須在節能技術方面做出相應發展,才可能避免被全電控技術取代。

2 國產注塑機電液控制技術現狀
目前國產注塑機幾乎全部應用了電液比例技術,其技術特徵是用三通型的比例調速閥控制速度,再在其上迭加比例壓力先導閥控制系統壓力。同最初採用分離元件構成的系統相比,該系統雖可大大減少元件數量、簡化結構,但因採用定量泵供油,工作過程中始終存在與流量有關的能量損失,特別是保壓過程中,這部分的能耗處於最大值。這樣的系統在國外已很少採用。

3 負載感應注塑機電液系統
針對閥控電液控制系統有比較大能量損失的不足,國外發展了應用變數泵和電液比例閥結合的負載感應型的注塑機電液控制系統,原理如圖1所示。執行機構的運動速度將由流過比例節流閥的流量和變數泵相結合來控制。比例節流閥進出口油壓反饋到變數泵控制機構的先導閥上,通過這一差壓反饋調整泵的變數機構,使泵輸出的流量始終與負載所要求的相一致。這樣就可消除採用定量泵加比例閥控制存在的與流量有關的能量損失,該系統在調整過程中,比例節流閥進出口兩端的壓差保持恆定,這樣通過比例節流閥的流量就可由電信號連續比例控制。這一壓力差值一般為1.5-2MPa。當系統運行的壓力達到比例溢流閥VDB1所限制的設定值,系統就從流量控制狀態轉換為壓力控制狀態,系統僅輸出維持壓力所需的流量。採用這種閥和泵結合的方式,可以開環也可以閉環控制鎖模機構、注塑過程、背壓以及輔助執行機構的運動。為了控制塑化過程中的充填壓力,增加了溢流主閥VDB2,與比例先導溢流閥一起控制這一壓力。

 負載感應型電液控制系統

4 應用p/Q比例複合泵的電液系統
採用閥泵結合的負載敏感控制原理,儘管可消除應用定量泵與三通比例閥所有的與流量有關的能量損失,但因比例節流閥存在固定的工作壓差,仍存在較大的節流損失、特別在高速階段,這一損失就很大。消除這一部分能量損失的方法是應用壓力、流量直接閉環控制的高響應變數泵作為動力源。簡化的迴路原理如圖2所示。

 應用p/Q複合比例泵的電液控制系統


該系統的最大優勢就是不存在任何與流量和壓力有關的能量損失。
為了提高動態響應速度,整個控制機構由差壓控制型徑向變數柱塞泵,含位置閉環的高速比例閥,以及壓力感測器和位移感測器組成。控制流量由比例閥與檢測變數泵偏心量的位移感測器構成的位置閉環系統完成。通過壓力感測器補償因泄漏造成的流量損失,使泵輸出的流量在0~10V內與設定值信號成線性比例。控制系統壓力由比例閥與壓力感測器構成的電閉環迴路完成,壓力與流量兩種控制狀態的分離與轉換由電子放大器根據設定信號自動完成。分別是該變數泵分別控制壓力和流量時的動態階躍響應曲線。

 p/Q比例複合泵動態階躍響應曲線


可見當系統的輸出流量由0增大到90%時,響應時間約為50ms;而由90%輸出流量減小為0時,響應時間約為30ms,系統壓力的動態響應時間當負載容腔為4L時,小於200ms,均與高性能的比例閥相當,因而完全適合於注塑機的過程式控制制。
應用電液閉環p/Q比例複合變數泵,控制油源可以是由輔助泵提供,也可以由系統自身的油源提供。採用自身油源時,為了達到希望的動態特性,必須在壓力通道上串接一壓力順序閥,對系統進行預載入,使系統的最低壓力提高

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