魏建鴻

（泰瑞機(jī)器制造（中國）有限公司，浙江 杭州310018）

0 前言

在當(dāng)前國家倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的大環(huán)境下，伺服泵在注塑機(jī)行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，大部分注塑機(jī)制造商都推出了自己的伺服泵機(jī)型，但多以單泵或雙泵的應(yīng)用為主，而三泵或三泵以上的中、大型注塑機(jī)的應(yīng)用比較少，而多回路的應(yīng)用就更少了。

伺服泵由于受到油泵排量、驅(qū)動(dòng)器功率和電機(jī)扭矩的限制，單泵系統(tǒng)的流量不能做到很大，所以，對于中、大型的注塑機(jī)必須使用多泵合流的方式作為機(jī)器動(dòng)力源，為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的壓力和流量控制，多泵合流時(shí)只能有一個(gè)主泵做閉環(huán)控制，其他泵作為從泵跟著主泵轉(zhuǎn)動(dòng)，如此就相當(dāng)于一個(gè)大泵在工作，其排量為所有泵的排量之和，這種控制方式叫做主從控制。

一般的注塑機(jī)液壓系統(tǒng)為單回路液壓系統(tǒng)，也就是同一時(shí)間只能控制一組液壓回路的壓力和流量。為節(jié)省時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，有的注塑機(jī)會(huì)設(shè)計(jì)成多回路液壓系統(tǒng)，在同一時(shí)間可以控制多組液壓回路的壓力和流量，這樣就可以使注塑機(jī)的多個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，從而節(jié)省時(shí)間。注塑機(jī)上最常用的聯(lián)動(dòng)方式有開模與脫模雙聯(lián)動(dòng)、開模和儲(chǔ)料雙聯(lián)動(dòng)以及開模與脫模、儲(chǔ)料三聯(lián)動(dòng)等，聯(lián)動(dòng)動(dòng)作越多，液壓回路就越復(fù)雜。某個(gè)回路里的伺服泵，在合流時(shí)作為從泵，一旦有聯(lián)動(dòng)功能時(shí)又要分流作主泵的方式，叫做主從切換控制［1-2］。

本文以德國博世力士樂公司的SVP伺服泵為實(shí)例，介紹開模與脫模雙聯(lián)動(dòng)的多回路控制技術(shù)，并提出改進(jìn)方案。

1 控制原理分析

1.1 改進(jìn)前方案

改進(jìn)前的雙聯(lián)動(dòng)液壓系統(tǒng)主要由以下部分組成：伺服電機(jī)M1和M2、油泵P1和P2、溢流閥V1和V2、壓力傳感器SP1和SP2、電磁換向閥V3以及單向閥V4，如圖1所示［4］。其中，伺服電機(jī) M1、油泵P1、溢流閥V1和壓力傳感器SP1組成開?；芈?，伺服電機(jī)M2、油泵P2、溢流閥V2和壓力傳感器SP2組成脫模回路，電磁換向閥V3和單向閥V4連接開?；芈泛兔撃；芈贰Ｋ欧姍C(jī)驅(qū)動(dòng)油泵轉(zhuǎn)動(dòng)，油泵為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，輸出壓力油；溢流閥V1和V2是液壓系統(tǒng)的安全閥，限制系統(tǒng)的最高壓力，起到安全保護(hù)的作用；壓力傳感器SP1和SP2檢測液壓系統(tǒng)的實(shí)際壓力并輸出電信號；電磁換向閥V3作為P2的主、從切換閥，當(dāng)電磁鐵YA33處于失電狀態(tài)時(shí)，電磁換向閥V3的P腔通A腔，使P2的壓力油經(jīng)P腔到A腔，再通過單向閥V3接通開?；芈?，由于單向閥V3有單向截流的作用，所以P2只能單向轉(zhuǎn)動(dòng)提供壓力油，不能反轉(zhuǎn)參與開?；芈返男箟簞?dòng)作，同時(shí)，電磁換向閥的T腔通B腔，使脫?；芈方油ㄓ拖?，脫?；芈沸箟?，此時(shí)脫模回路不能做任何動(dòng)作。當(dāng)電磁鐵YA33處于得電狀態(tài)時(shí)，電磁換向閥V3的P腔通B腔，使P2與脫?；芈吠?，A腔通T腔，使單向閥V4處于截止?fàn)顟B(tài)，從而使P1與P2分離實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)動(dòng)作。

圖1 改進(jìn)前雙聯(lián)動(dòng)液壓原理圖Fig.1 Double motion hydraulic drawing before mend

改進(jìn)前的雙聯(lián)動(dòng)電氣系統(tǒng)主要由以下部分組成：開模主泵驅(qū)動(dòng)器U1、脫模主泵或開模從泵驅(qū)動(dòng)器U2、開模壓力傳感器SP1、脫模壓力傳感器SP2、單刀雙頭繼電器KA1以及注塑機(jī)控制器 U3，如圖2所示［4］。注塑機(jī)控制器把壓力和流量的模擬通道用硬件回路直接連接到開模主泵驅(qū)動(dòng)器U1上，使用0～10V的模擬信號給開模主泵發(fā)指令。開模壓力傳感器SP1的信號直接連接到開模主泵驅(qū)動(dòng)器U1上。開模主泵的實(shí)際流量信號和10V電壓經(jīng)過繼電器KA1的常閉端連到驅(qū)動(dòng)器U2，同時(shí)從注塑機(jī)控制器來的壓力和流量信號連到常開端。脫模壓力傳感器SP2的信號通過KA 1的常開觸點(diǎn)連到驅(qū)動(dòng)器U2上。當(dāng)KA1線圈處于失電狀態(tài)時(shí)，開模主泵驅(qū)動(dòng)器U1的實(shí)際流量信號和10V電壓通過KA1常閉回路送到驅(qū)動(dòng)器U2上，同時(shí)KA1切斷了脫模壓力傳感器SP2與驅(qū)動(dòng)器U2間的信號，此時(shí)驅(qū)動(dòng)器U2作為開模從泵的驅(qū)動(dòng)器。

圖2 改進(jìn)前雙聯(lián)動(dòng)電氣原理圖Fig.2 Double motion electric drawing before mend

通過以上分析總結(jié)如下：（1）開模回路的壓力油不能切換到脫?；芈分校颐撃；芈芬ぷ?，電磁鐵YA33必須得電，這不是常規(guī)動(dòng)作，需要修改注塑機(jī)控制器的程序；（2）P2作為開模的從泵時(shí)不能參與反轉(zhuǎn)泄壓動(dòng)作，如此會(huì)造成主泵的泄壓時(shí)間過長，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)壓力響應(yīng)變慢；（3）需要使用單刀雙頭繼電器做主、從切換，使線路復(fù)雜化；（4）P2作為開模從泵時(shí)必須切斷脫模壓力傳感器的信號以及在壓力指令回路上加上10V電壓，用以避免開模從泵進(jìn)入壓力閉環(huán)控制模式，以干擾主泵壓力閉環(huán)控制［5］。

1.2 改進(jìn)后方案

改進(jìn)后的雙聯(lián)動(dòng)液壓系統(tǒng)主要由以下部分組成：伺服電機(jī)M1和M2、油泵P1和P2、溢流閥V1和V2、壓力傳感器SP1和SP2、電磁換向閥V3并通過外部回路連同P腔和B腔及T腔和A腔，取消了單向閥V4，如圖3所示。其中，伺服電機(jī)M1、油泵P1、溢流閥V1和壓力傳感器SP1組成開?；芈罚欧姍C(jī)M2、油泵P2、溢流閥V2和壓力傳感器SP2組成脫?；芈?，電磁換向閥V3連接開模回路和脫?；芈?。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵轉(zhuǎn)動(dòng)，油泵為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，輸出壓力油；溢流閥V1和V2是液壓系統(tǒng)的安全閥，限制系統(tǒng)的最高壓力，起到安全保護(hù)的作用；壓力傳感器SP1和SP2檢測液壓系統(tǒng)的實(shí)際壓力并輸出電信號；電磁換向閥V3作為P2的主、從切換閥，當(dāng)電磁鐵YA33處于失電狀態(tài)時(shí)，電磁換向閥V3的P腔通A腔和B腔、T腔通A腔和B腔，此時(shí)P1與脫?；芈愤B通，同時(shí)P2與脫?；芈愤B通并且與P1連通，即P1和P2可以同時(shí)供開?；芈泛兔撃；芈?，此狀態(tài)相當(dāng)于無聯(lián)動(dòng)功能的注塑機(jī)。當(dāng)電磁鐵YA33處于得電狀態(tài)時(shí)，電磁換向閥V3的P腔通B腔，使P2與脫?；芈吠ǎ珹腔通T腔，T腔通過外部回路又通A腔，使A腔處于封閉狀態(tài)，從而使P1與P2分流實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)動(dòng)作。

圖3 改進(jìn)后雙聯(lián)動(dòng)液壓原理圖Fig.3 Double motion hydraulic drawing after mend

改進(jìn)后的雙聯(lián)動(dòng)電氣系統(tǒng)主要由以下部分組成：開模主泵驅(qū)動(dòng)器U1、脫模主泵或開模從泵驅(qū)動(dòng)器U2、開模壓力傳感器SP1、脫模壓力傳感器SP2和注塑機(jī)控制器U3，取消了單刀雙頭切換繼電器KA1，在驅(qū)動(dòng)器U2上增加了主、從切換開關(guān)，如圖4所示［3］。注塑機(jī)控制器把壓力和流量的模擬通道用硬件回路直接連接到開模主泵驅(qū)動(dòng)器U1上，使用0～10V的模擬信號給開模主泵發(fā)指令。開模壓力傳感器SP1的信號直接連接到開模主泵驅(qū)動(dòng)器U1上。開模主泵的實(shí)際流量信號直接連到注塑機(jī)控制器上，脫模回路的壓力和流量指令信號直接連接到驅(qū)動(dòng)器U2上，脫模壓力傳感器SP2的信號直接連接到驅(qū)動(dòng)器U2上，當(dāng)“主、從切換”輸入端接收到24V信號時(shí)，驅(qū)動(dòng)器U2作為開模從泵的驅(qū)動(dòng)器，注塑機(jī)控制器把開模主泵的實(shí)際流量信號發(fā)送給從泵驅(qū)動(dòng)器，使從泵以相同的速度運(yùn)行，當(dāng)“主、從切換”輸入端沒有信號時(shí)，驅(qū)動(dòng)器U2作為脫模主泵的驅(qū)動(dòng)器［7］。

通過以上分析總結(jié)如下：（1）當(dāng)電磁鐵YA33處于失電狀態(tài)時(shí)，P1與P2同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，相當(dāng)于有2個(gè)泵的沒有聯(lián)動(dòng)功能的注塑機(jī)，所有動(dòng)作均可以由雙泵來提供動(dòng)力，當(dāng)電磁鐵YA33處于得電狀態(tài)時(shí)，P1與P2分流，開?；芈泛兔撃；芈房梢元?dú)立控制壓力和流量，從而可以實(shí)現(xiàn)雙聯(lián)動(dòng)；（2）P2作為開模的從泵時(shí)參與反轉(zhuǎn)泄壓動(dòng)作；（3）不需要繼電回路，線路簡單；（4）P2作為開模的從泵時(shí)處于速度模式，不用擔(dān)心是否會(huì)進(jìn)入壓力閉環(huán)控制模式［8-9］。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要設(shè)備及儀器

注塑機(jī)，TRX500Lsv，泰瑞機(jī)器制造（中國）有限公司；

調(diào)試軟件，IndraWorks Ds 11V06，德國博世力士樂公司［6］。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

首先對這臺(tái)機(jī)器進(jìn)行測試，包括控制器單個(gè)動(dòng)作的I／O信號、降壓控制性能等，然后按照新方案改裝這臺(tái)機(jī)器并測試，比較改裝前后的差異。

圖4 改進(jìn)后雙聯(lián)動(dòng)電氣原理圖Fig.4 Double motion electric drawing after mend

3 結(jié)果與討論

記錄實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果如表1所示。

表1 改裝前后的差異比較Tab.1 Difference before and after mend

從表2可以看出，常規(guī)機(jī)型只輸出了一組壓力和流量信號，那么P2是如何工作的呢？事實(shí)上，本文把P1的實(shí)際流量信號直接連到P2上，而壓力指令信號直接接上10V電壓。

表2 常規(guī)機(jī)型控制器I／O信號Tab.2 Controller I／O signal for general machine

從表3可以看出，當(dāng)沒有選用聯(lián)動(dòng)功能時(shí)，開模動(dòng)作有P1和P2工作，P2通過外部繼電器切換信號工作，而脫模進(jìn)和脫模退動(dòng)作只有P2工作，且動(dòng)作期間，電磁鐵YA33要工作。從表3可以看出，當(dāng)選用聯(lián)動(dòng)功能時(shí)，開模動(dòng)作只有P1工作，而脫模進(jìn)和脫模退動(dòng)作只有P2工作，且動(dòng)作期間，電磁鐵YA33要工作。

從表4可以看出，當(dāng)沒有選用聯(lián)動(dòng)功能時(shí)，開模動(dòng)作、脫模進(jìn)和脫模退動(dòng)作均有P1和P2工作，P2由控制器的輸出信號直接控制，并且脫模進(jìn)和脫模退動(dòng)作期間，電磁鐵YA33不需要工作。從表4可以看出，當(dāng)選用聯(lián)動(dòng)功能時(shí)，開模動(dòng)作只有P1工作，而脫模進(jìn)和脫模退動(dòng)作只有P2工作，且動(dòng)作期間電磁鐵YA33要工作。

表3 改裝前控制器I／O信號Tab.3 Controller I／O signal before mend

表4 改裝后控制器I／O信號Tab.4 Controller I／O signal after mend

4 結(jié)論

（1）當(dāng)不使用聯(lián)動(dòng)功能時(shí)，使用改進(jìn)后方案的注塑機(jī)相當(dāng)于一臺(tái)沒有聯(lián)動(dòng)功能的常規(guī)機(jī)器，脫模回路可以由雙泵同時(shí)供油，而改進(jìn)前的方案只能一個(gè)泵供油，機(jī)器運(yùn)動(dòng)速度較慢，這對于生產(chǎn)某些不適合使用聯(lián)動(dòng)功能的產(chǎn)品時(shí)非常重要；

（2）改進(jìn)后的方案增加了主、從切換信號，代替了改進(jìn)前的切換繼電器，不但簡化了電氣線路，而且使壓力控制更加可靠、穩(wěn)定；當(dāng)切換輸入端沒有24V信號時(shí)，伺服泵運(yùn)行在壓力控制模式，作主泵運(yùn)行，當(dāng)切換輸入端有24V信號時(shí)，伺服泵運(yùn)行在速度控制模式，作從泵運(yùn)行，消除了主泵和從泵在壓力控制上存在相互干擾的隱患；

（3）改進(jìn)后的方案使用了電磁換向閥的雙通道通油，通油能力明顯提高，選型時(shí)可以降低電磁換向閥的通徑，從而降低成本；

（4）改進(jìn)后的方案從泵可以參與反轉(zhuǎn)泄壓動(dòng)作，避免了改進(jìn)前的升壓有2個(gè)泵而降壓卻只有一個(gè)泵的狀況，縮短了降壓控制時(shí)間，提高了V／P轉(zhuǎn)換性能。

［1］宋春華，李發(fā)蓉，鄧 斌，等.注塑機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能研究［J］.塑料，2008，37（6）：88-90.Song Chunhua，Li Farong，Deng Bin，et al.Energy-saving Research on Drive System of Plastic Injection Molding Machine［J］.Plastics，2008，37（6）：88-90.

［2］牛治剛，屈福政，王 欣，等.多機(jī)構(gòu)復(fù)合動(dòng)作閉式回路液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.液壓與氣動(dòng)，2002，（6）：11-12.Niu Zhigang，Qu Fuzheng，Wang Xin，et al.Closed-circuit Hydraulic System Design for Multi-mechanism Compound Action［J］.Chinese Hydraulics ＆Pneumatics，2002，（6）：11-12.

［3］博世力士樂集團(tuán).博世力士樂伺服泵SvP安裝手冊［Z］.上海：博世力士樂集團(tuán)，2012.

［4］博世力士樂集團(tuán).博世力士樂伺服泵SvP安裝手冊［Z］.上海：博世力士樂集團(tuán)，2009.

［5］博世力士樂集團(tuán).力士樂伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目計(jì)劃手冊［Z］.上海：博世力士樂集團(tuán)，2007.

［6］博世力士樂集團(tuán).Svp伺服泵參數(shù)設(shè)定手冊［Z］.上海：博世力士樂集團(tuán)，2012.

［7］鐘漢如.注塑機(jī)控制系統(tǒng)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：87-91.

［8］董偉亮.液壓設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：1663-1682.

［9］李福義.液壓技術(shù)與伺服系統(tǒng)［M］.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，1992：220-230.