基于负载敏感理论的注塑机液压系统的设计与研究

邢颖++邢婕思

【摘 要】本文通过对塑料制品注塑成形工艺流程的分析，针对目前注塑机的高能耗问题，基于负载敏感理论对其液压系统进行了设计和优化；根据其工作周期较长、短时间需要大流量的工作特点，设计了能与执行机构所需液压能相匹配的供油系统；并分析了液压系统应用的关键技术。该设计与研究避免了传统的液压系统元件多、调试繁琐、不能连续控制、系统工作不稳定等缺点，有效地解决了执行部件的冲击问题，使液压系统高效节能、运行平稳可靠。

【关键词】负载敏感；液压系统；节能；比例控制；注塑机

0 引言

塑料成型工业中，注塑成型占有十分重要的位置，除少数的几种塑料外，几乎所有的塑料都可以采用注塑的方法成型。在塑料制品的总产量中，注塑制品占所有模塑件总产量的1/3以上。注塑成型的制品的应用已十分广泛，并随着塑料原料的不断改进，已逐步取代传统的金属和非金属材料的制品。由此，注塑成型设备—注塑机的生产制造日益受到人们的关注。而国内的注塑机生产起步较晚，存在适应性及可靠性差、能耗高等缺点不足。随着能源危机的日益加重，注塑机的高能耗成为一个亟待解决的问题。注塑机主要由塑化系统、注射系统、合模机构、动力驱动系统等部分组成。塑化量大和冷却时间较长是其主要特点，在塑化机构、动力驱动系统等方面进行节能技术开发，是注塑机节能的要点。本文将围绕注塑机液压动力驱动系统的高效节能、运行平稳可靠等关键技术进行研究。

1 塑料制品注塑成型工艺过程分析

注塑机通常分为立式注塑机、卧式注塑机、角式注塑机等，虽然种类不同，但组成部件基本相同。注塑机主要包括塑化系统、注射系统、合模机构、制品顶出装置、动力驱动系统等部件。其主要工艺流程为：

注塑成型过程如图1所示，塑料原料从注塑机的料斗进入加热筒，经加热熔融塑化成黏流态熔体，后由柱塞或螺杆的推动在一定的压力下通过喷嘴注入模具型腔，经一定时间的保压冷却定型后可保持模具型腔所赋予的形状，然后开模分型获得制品。

2 负载敏感液压系统的设计与研究

注塑机的成型工艺是按照一定顺序、不同性能要求的一个多执行机构的周期性动作系统。系统中执行元件多，动作复杂，顺序要求严格，并且要求具有一定的动态响应特性，因此注塑机的动力驱动系统一般采用液压传动系统。

图2 供油系统原理图

1.比例节流阀；2.定量泵；3.电机；4.比例压力阀

现阶段的注塑机液压系统采用的是定量泵+比例压力+比例流量的方式向系统供油，如图2所示，这样使整个系统的原件少了许多，回路变得简单。但是系统仍然采用的是定量泵，而注塑机需要多级流量和压力控制，因此工作过程中始终存在与流量有关的能量损失。

定量泵+比例压力+比例流量系统的功率去向主要有三方面：负载消耗、节流损失和溢流损失。注塑机的一个工作循环主要包括锁合模、射座前移、射胶预塑、冷却保压、塑化松退、射台后退等阶段，各工步对流量的需求如图3所示，流量需求波动很大，剖面线部分即为采用定量泵+比例压力+比例流量系统的注塑机在一个工作循环中的流量损失。因此，必须寻找一种系统能使液压泵所输出的流量随执行机构所需流量的变化而变化，使液压泵与执行机构达到功率匹配以降低注塑机的能耗。

图3 各工步流量需求

a.锁合模；b.射座前移；c.射胶；d.保压；e.松退；f.射台后退；g.开模

负载敏感液压系统是一种能够依据执行元件所需压力和流量仅向系统提供所需压力和流量的液压系统。该系统中对流量的控制主要同过负载敏感阀和变量泵完成，能够感受执行元件的压力和流量需求，实现变量泵和执行元件的功率匹配。

本系统中液压阀均采用板式连接的安装方式，安装在集成块上，借助三维CAD软件设计液压集成块，省去了板式安装的外部油管连接。方便装配、调节、更换、维修及保养，也很大程度上降低了液压系统泄露的可能性。

本液压系统的设计过程中，使用AMESim仿真技术对各回路进行了仿真分析，并依据分析结果对液压系统进行了优化设计。其中，锁合模系统的分析得到了设定信号下锁合模缸流量变化曲线。通过分析合理的确定调速阀的设计参数，提高整个锁合模系统的运行平稳性，使传统锁合模系统开合模过程中产生冲击的问题得以解决，减少了机械动作过程中的震动和噪声，提高了整个系统性能的稳定性和工作的可靠性。

3 结束语

本文通过对塑料制品注塑成形工艺流程的分析，基于负载敏感理论对其液压系统进行了设计和优化。系统中，斜盘式轴向柱塞泵、负载敏感阀和压力切断阀组合向各执行元件供油，合理的配置了动力资源，大幅减小了液压泵及驱动电机的装机容量，有效解决了注塑机执行部件运行过程中的冲击问题，实现了注塑机机运行中的高效节能、平稳可靠。

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[责任编辑：汤静]