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(jī)的高能耗問題，基于負(fù)載敏感理論對其液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化；根據(jù)其工作周期較長、短時(shí)間需要大流量的工作特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了能與執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需液壓能相匹配的供油系統(tǒng)；并分析了液壓系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。該設(shè)計(jì)與研究避免了傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)元件多、調(diào)試繁瑣、不能連續(xù)控制、系統(tǒng)工作不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，有效地解決了執(zhí)行部件的沖擊問題，使液壓系統(tǒng)高效節(jié)能、運(yùn)行平穩(wěn)可靠。

【關(guān)鍵詞】負(fù)載敏感；液壓系統(tǒng)；節(jié)能；比例控制；注塑機(jī)

0 引言

塑料成型工業(yè)中，注塑成型占有十分重要的位置，除少數(shù)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(chǎn)量中，注塑制品占所有模塑件總產(chǎn)量的1/3以上。注塑成型的制品的應(yīng)用已十分廣泛，并隨著塑料原料的不斷改進(jìn)，已逐步取代傳統(tǒng)的金屬和非金屬材料的制品。由此，注塑成型設(shè)備—注塑機(jī)的生產(chǎn)制造日益受到人們的關(guān)注。而國內(nèi)的注塑機(jī)生產(chǎn)起步較晚，存在適應(yīng)性及可靠性差、能耗高等缺點(diǎn)不足。隨著能源危機(jī)的日益加重，注塑機(jī)的高能耗成為一個(gè)亟待解決的問題。注塑機(jī)主要由塑化系統(tǒng)、注射系統(tǒng)、合模機(jī)構(gòu)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等部分組成。塑化量大和冷卻時(shí)間較長是其主要特點(diǎn)，在塑化機(jī)構(gòu)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等方面進(jìn)行節(jié)能技術(shù)開發(fā)，是注塑機(jī)節(jié)能的要點(diǎn)。本文將圍繞注塑機(jī)液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高效節(jié)能、運(yùn)行平穩(wěn)可靠等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

1 塑料制品注塑成型工藝過程分析

注塑機(jī)通常分為立式注塑機(jī)、臥式注塑機(jī)、角式注塑機(jī)等，雖然種類不同，但組成部件基本相同。注塑機(jī)主要包括塑化系統(tǒng)、注射系統(tǒng)、合模機(jī)構(gòu)、制品頂出裝置、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)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(jī)的料斗進(jìn)入加熱筒，經(jīng)加熱熔融塑化成黏流態(tài)熔體，后由柱塞或螺桿的推動(dòng)在一定的壓力下通過噴嘴注入模具型腔，經(jīng)一定時(shí)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(fù)載敏感液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

注塑機(jī)的成型工藝是按照一定順序、不同性能要求的一個(gè)多執(zhí)行機(jī)構(gòu)的周期性動(dòng)作系統(tǒng)。系統(tǒng)中執(zhí)行元件多，動(dòng)作復(fù)雜，順序要求嚴(yán)格，并且要求具有一定的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，因此注塑機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般采用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。

圖2 供油系統(tǒng)原理圖

1.比例節(jié)流閥；2.定量泵；3.電機(jī)；4.比例壓力閥

現(xiàn)階段的注塑機(jī)液壓系統(tǒng)采用的是定量泵+比例壓力+比例流量的方式向系統(tǒng)供油，如圖2所示，這樣使整個(gè)系統(tǒng)的原件少了許多，回路變得簡單。但是系統(tǒng)仍然采用的是定量泵，而注塑機(jī)需要多級(jí)流量和壓力控制，因此工作過程中始終存在與流量有關(guān)的能量損失。

定量泵+比例壓力+比例流量系統(tǒng)的功率去向主要有三方面：負(fù)載消耗、節(jié)流損失和溢流損失。注塑機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)主要包括鎖合模、射座前移、射膠預(yù)塑、冷卻保壓、塑化松退、射臺(tái)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(dòng)很大，剖面線部分即為采用定量泵+比例壓力+比例流量系統(tǒng)的注塑機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中的流量損失。因此，必須尋找一種系統(tǒng)能使液壓泵所輸出的流量隨執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需流量的變化而變化，使液壓泵與執(zhí)行機(jī)構(gòu)達(dá)到功率匹配以降低注塑機(jī)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(tái)后退；g.開模

負(fù)載敏感液壓系統(tǒng)是一種能夠依據(jù)執(zhí)行元件所需壓力和流量僅向系統(tǒng)提供所需壓力和流量的液壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)中對流量的控制主要同過負(fù)載敏感閥和變量泵完成，能夠感受執(zhí)行元件的壓力和流量需求，實(shí)現(xiàn)變量泵和執(zhí)行元件的功率匹配。

本系統(tǒng)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(shè)計(jì)液壓集成塊，省去了板式安裝的外部油管連接。方便裝配、調(diào)節(jié)、更換、維修及保養(yǎng)，也很大程度上降低了液壓系統(tǒng)泄露的可能性。

本液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，使用AMESim仿真技術(shù)對各回路進(jìn)行了仿真分析，并依據(jù)分析結(jié)果對液壓系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。其中，鎖合模系統(tǒng)的分析得到了設(shè)定信號(hào)下鎖合模缸流量變化曲線。通過分析合理的確定調(diào)速閥的設(shè)計(jì)參數(shù)，提高整個(gè)鎖合模系統(tǒng)的運(yùn)行平穩(wěn)性，使傳統(tǒng)鎖合模系統(tǒng)開合模過程中產(chǎn)生沖擊的問題得以解決，減少了機(jī)械動(dòng)作過程中的震動(dòng)和噪聲，提高了整個(gè)系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性和工作的可靠性。

3 結(jié)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(fù)載敏感理論對其液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化。系統(tǒng)中，斜盤式軸向柱塞泵、負(fù)載敏感閥和壓力切斷閥組合向各執(zhí)行元件供油，合理的配置了動(dòng)力資源，大幅減小了液壓泵及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的裝機(jī)容量，有效解決了注塑機(jī)執(zhí)行部件運(yùn)行過程中的沖擊問題，實(shí)現(xiàn)了注塑機(jī)機(jī)運(yùn)行中的高效節(jié)能、平穩(wěn)可靠。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李晶潔，賈躍虎，孫志慧.負(fù)載敏感變量泵在裝載機(jī)液壓系統(tǒng)上的應(yīng)用與節(jié)能分析[J].流體傳動(dòng)與控制，2010（1）：6-8.

[2]劉榛，盧堃，陸初覺.負(fù)載敏感變量泵中負(fù)載敏感閥的設(shè)計(jì)與分析[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，31（6）：55-58.

[3]劉會(huì)永.負(fù)載敏感技術(shù)的特點(diǎn)及其應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2010（21）：61.

[4]宋滿倉.注塑模具設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010，1.

[5]張友根.大型注塑機(jī)液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的分析研究[J].橡塑技術(shù)與裝備，2009（1）：42-51.

[責(zé)任編輯：湯靜]