CN100553934C

CN100553934C - 机电液复合控制的注塑机系统

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Publication number: CN100553934C
Application number: CNB2006100124796A
Authority: CN
Inventors: 权龙�; 秦太龙; 李敏
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2026-03-07
Also published as: CN1817611A

Abstract

本发明公开了一种机电液复合控制的注塑机系统，其特征是在现有液压系统中增设了压力传感器6、二通比例节流阀7、蓄能器8、二位二通电磁阀9、电控单向阀10、转速控制器17、可控离合器29、30，并有二组输出线E1、E2，且E1与电机16的三条电源进线相连接，E2连接电机5的三条电源进线，同时用来控制电机15和5的转速，比例放大器19按主控计算机提供的指令信号u_v和压力传感器来的信号u_p，根据公式u_q＝u_v√p_o/u_p对设定值u_v校正后，将信号u_q输入到比例阀7中，即可自动控制。本发明用单向旋转电机即可控制锁模液压缸的双向运动，并取消了用变转速泵控制液压缸双向运动产生的制动能量损失，使系统具有并联驱动的能力，提高了生产效率。

Description

机电液复合控制的注塑机系统

技术领域

本发明涉及一种注塑机自动控制系统，尤其是一种对注塑机完成注塑成型工艺进行的机电液复合自动化控制系统。

背景技术

注塑机是生产塑料制品的主要设备，目前国内外生产的注塑机主要有全电控和液压控制二大类，采用全电控，一台注塑机要用到5至6个伺服电机，虽然生产过程能量效率高，但设备的成本也非常高。传统采用液压控制系统的注塑机，都采用一套动力源控制锁模液压缸，顶出液压缸，注射液压缸，机架平移液压缸和预塑液压马达5个执行器的动作，所以成本较全电控系统的注塑机低的多，其动力源主要采用交流异步电动机驱动定量液压泵加比例PQ阀和交流异步电动机驱动比例PQ泵二种方式，后者虽然较前者能量效率提高许多，但在部分负载和非工作周期电机仍以额定转速运转，存在较多能耗。为了降低这部分能耗，新的技术是在前面系统的基础上，进一步增加了电机转速的控制装置。如在欧洲专利EP050972A1中就提出了用变转速电机驱动电量液压泵，配合PQ比例阀复合控制注塑机液压系统的方案。在德国专利DE3919823A1中发明了用伺服电机驱动定量液压泵或电子排量控制的变量泵，按闭式回路原理控制注塑机液压执行器的原理，该方案虽极大地降低了注塑机生产过程的能耗，但要求泵具有双向旋转功能，并要采用双出杆的液压缸，还要用到其他的伺服电机控制预塑过程，造成系统技术复杂、成本高。

为了对现有技术进一步改进，本发明提出了用蓄能器存储锁模缸进给过程中的动能和制动能量用作锁模缸回程的动力，并用比例节流阀控制锁模液压缸的回程，从而只需单方向运转的液压泵和电机，可降低电机处于制动工况运转产生的能耗，并使开模、顶出和预塑能并联运行的新回路原理，同现有技术相比，不仅可进一步降低能耗，成本也低。

发明内容

本发明要解决的问题是在现有技术中采用电动控制或液压控制系统，成本高、能耗大而系统复杂的问题。其目的在于提供一种成本较低、生产过程噪声小且能量利用率高的机电液复合控制的注塑机系统。

本发明基于上述问题和目的，提出的技术方案包含有液压缸I、液压缸II、液压缸III、液压缸IV、电机I、方向阀I、方向阀II、方向阀III、背压阀、液压泵、电机II、主控计算机、方向阀IV，其系统构成是在现有注塑机系统中增设了压力传感器、二通比例节流阀、蓄能器、二位二通电磁阀、电控单向阀、转速控制器I、可控离合器I、可控离合器II，其所述的压力传感器是安装在管道l₂或液压缸I的A腔内，将液压缸I A腔内的实际压力值转换为电信号输入到比例放大器中，l₂的一端与液压缸I(1)的A腔连通；所述的二通比例节流阀的进油口b₁连通在管道l₂上，出口b₂连通在油箱上；所述的蓄能器的油口x与液压缸I的B腔连通；所述的二位二通电磁阀的二个油口分别与管道l₄和液压缸I的B腔连通，管道l₃的一端连通液压缸I的B腔，另一端连通液压缸II的方向阀I的入口；所述的电控单向阀的进口d₁连通在液压泵出口的液压管道l₁、1₄上，出口d₂连通在管道l₂上，液压管道l₁和l₄连通，l₄的另一端分别和二位二通电磁阀(9)、方向阀II(12)、方向阀III(13)的进口连通；所述的转速控制器有两组输出线E₁、E₂，其输出的一组线E₁与电机II的三条电源进线相连接，另一组线E₂与电机I的三条电源进线相连接。

上述所述的电机I和电机II是交流异步电机、交流伺服电机或者开关磁阻电机。

上述所述的液压泵是定量泵或者是电子比例控制的变排量泵。

上述所述的转速控制器I中设有一套整流器、一个计算回路，设有两个或者两个以上的PWM信号生成和驱动模块I和PWM信号生成和驱动模块II，设有两个或两个以上的逆变器I和逆变器II，设有两组或两组以上的输出线E₁、E₂，其输出的一组线E₁与电机II的三条电源进线相连接，另一组线E₂与电机I的三条电源进线相连接，计算回路的输出信号同时连接到PWM信号生成和驱动模块I和PWM信号生成和驱动模块II上；PWM信号生成和驱动模块I的信号输入到逆变器I中，PWM信号生成和驱动模块II的信号输入到逆变器II中。

上述所述的电机I两端的输出轴分别连接在可控离合器I和可控离合器II上；可控离合器I的另一端与预塑驱动杆连接，可控离合器II的另一端与液压泵连接，可控的离合器I、预塑驱动杆、电机、可控离合器II和液压泵同轴串联设置。

上述所述的预塑驱动杆与电机I的输出轴连接，或者与液压马达的输出轴连接。

上述所述的方向阀IV的工作油口C₁、C₂经管道l₂和l₃分别与液压缸I的A腔和B腔连通、进口C₃与管道l₁连通，管道l₆的一端与方向阀I、方向阀II、方向阀III、方向阀IV的出口连通、另一端接二通比例节流阀的进口b₁，二通比例节流阀的出口b₂直接与油箱连通。

本发明采用上述技术措施对注塑机控制系统进行了改进，与现有技术相比所具有的创新点在于：(1)用单方向旋转液压泵控制锁模机构、注塑机构的双向运动，且在系统中不需要外加辅助动力源；(2)对于锁模机构用蓄能器来进行锁模过程的制动，并存储锁模过程液压缸具有的动能和制动能量，用于控制开模和顶出过程，减少了电机处于制动工况产生的能量损失；(3)利用蓄能器来提供开模和顶出的能源，使整个机器仅用一套泵源装置就具有开模与预塑并联驱动的能力，提高了机器的生产效率；(4)通过可控制的离合器或功率电子技术采用一套频率控制器就可控制二个以上电机的传速；(5)通过实施上述技术措施，不仅降低了注塑机控制系统的生产成本和工艺过程操作成本，而且降低了生产过程中的噪声，提高了能量的利用率。本发明的机电液复合控制系统除在塑料注塑机中具有广泛的用途外，还可以用于压铸机等其它金属成型设备中，特别是在过程装备与控制工程中以及其它液压回路技术方面具有通用性。

附图说明

图1是本发明机电液复合控制的注塑机系统示意图

图2是本发明转速控制器17内部构成模块系统示意图

图3是本发明一个电机同时控制预塑和液压泵系统示意图

图4是本发明用液压马达代替电机控制预塑系统示意图

图5是本发明比例节流阀和转速可调蹦复合控制的注塑机系统示意图

图中：1：液压缸I 2：液压缸II 3：液压缸III 4：液压缸IV 5：电机I 6：压力传感器7：二通比例节流阀8：蓄能器9：二位二通电磁阀10：电控单向阀11：方向阀I 12：方向阀II 13：方向阀III14：背压阀15：液压泵16：电机17：转速控制器I 18：主控计算机19：比例放大器20：预塑驱动杆21：整流器22：滤波器23：计算回路24：电压/电流检测回路25：PWM信号生成及驱动模块I26：PWM信号生成及驱动模块II 27：逆变器I 28：逆变器II 29：可控离合器I 30：可控离合器II 31：转速控制器II 32：液压马达33：方向阀IV

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明机电液复合控制注塑机系统的原理和结构作出进一步的详细说明，本实施例是对本发明的详细说明，并不对本发明作出任何限制。

实施方式1

本发明的液压缸I 1是模板液压缸用于驱动模板，液压缸II 2是顶出液压缸用于顶出加工好的工件，液压缸III3是机架平移液压缸用于注塑机架的前后移动，液压缸IV4是注塑液压缸用于注塑和预塑；电机5是预塑电机用于驱动螺杆进行预塑，该电机5可以是交流异步电动机、开关磁阻电机或是交流伺服电机；压力传感器6来检测模板液压缸I 1运动过程中A腔的压力，并提供给比例放大器19；比例放大器19是用来校正通过二通比例节流阀7的流量，二通比例节流阀7的作用是控制模板液压缸I 1返回时(开模过程)的速度；蓄能器8是用来存储模板液压缸I 1进给运动中的动能和制动能量，作为该模板液压缸I 1返回时的动力；二位二通电磁阀9的作用是当蓄能器8由于能量损失，预充压力较低时，控制模板液压缸I 1返回；电控单向阀10的作用是切断模板液压缸I 1A腔与液压泵15之间的通道，使模板液压缸I 1、工件液压缸II 2与注射液压缸IV4可以并联工作；方向阀I是控制顶出液压缸运动方向的方向阀11、方向阀II是机架液压缸运动方向控制方向阀12、方向阀III是注射液压缸运动方向控制方向阀13；背压阀14为预塑过程中注射液压缸IV4产生一定的背压；液压泵15的作用是控制各个液压缸的运动速度，该液压泵15可以是定量压液压泵，也可以是电子比例控制的变量液压泵；液压电动机16为液压泵提供动力，该液压电动机16可以是交流异步电动机、开关磁阻电机，也可以是交流伺服电机；转速控制器具有二个逆变回路的逆变器I 31、逆变器II 32和二组输出线E₁、E₂，用来驱动液压电动机16和预塑电动机5，并可连续改变它们的转速；主控计算机18的作用是控制整机按预定的程序动作；比例放大器19的作用是控制二通比例节流阀7的流量不受负载压力的影响。

本发明根据注塑工艺的要求，系统的工作过程是：首先，主控计算机18发出指令u_n到转速控制器I 17，转速控制器I 17控制液压电机16按要求的转速转动，液压泵15控制膜板液压缸I 1伸出，伸出的速度与电机的转速成正比，当膜板液压缸I 1到位完成锁模后，主控计算机18给出指令到机架液压方向控制阀II 12，控制机架液压缸II 3的活塞杆伸出，机架前移，移到位后机架液压方向控制阀II 12回到中位。主控计算机18给出指令信号到注射液压方向控制阀III13，控制注射液压缸IV4的活塞杆伸出，进行注塑、保压，注塑速度通过改变液压电机II 16的转速来控制，保压结束后，主控计算机18给出指令到机架液压方向控制阀II 12，控制机架液压缸III3活塞杆收回，机架退回到原位。主控计算机18给出指令u_v到比例放大器19，比例放大器19经运算后给出指令u_q控制二通比例节流阀7的流量，膜板液压缸I 1在蓄能器8提供的动力作用下，收回活塞杆完成开模。主控计算机18进一步给出指令到工件液压方向控制阀I 11使工件液压缸II 2活塞杆伸出，完成顶出后退回，这时的动力仍然有蓄能器8提供。同时给出指令u_n到转速控制器I 17，但这时转速控制器I 17使逆变器I 27停止工作，液压电机II 16停转，而使逆变器II 32导通，控制预塑电机I 5的转速进行预塑，上述过程完成后，整个系统将重复前面的过程，开始新的一轮循环。

在图1所示的实施方案中，膜板液压缸I 1、工件液压缸II 2、机架液压缸III3都选用单出杆的差动液压缸，注射液压缸IV4为双出杆。预塑电机I 5、液压电机II 16都选用交流伺服电机。压力传感器6测压范围取0～30MPa。二通比例节流阀7采用插装式结构。蓄能器8选用气囊式结构，充气压力为7MPa。二位二通电磁阀9采用电磁铁直接驱动的形式。电控单向阀10采用二位二通插装阀和电磁先导阀组合方式。工件液压方向控制阀阀I 11为直接驱动的比例阀，控制工件液压缸II 2的运动方向和速度，机架液压方向控制阀II 12、注射液压方向控制阀III13为电液换向阀，背压阀14采用溢流阀和单向阀的组合。液压泵15选用内啮合式定量齿轮泵。转速控制器I 17的组成如图2所示，在现有通用控制器的基础上，增加了一路PWM生成及驱动模块I 25、PWM生成及驱动模块II26，增加了一个逆变器I 27，仅用一个计算单元同时控制2台电机。

实施方式2

本实施方式与实施方式1(图1所示)基本相同，区别部分如图3所示。在具体的系统中省去了电机II 16，增设了外部可控离合器I 29和可控离合器II 30，可控制离合器I 29、可控制离合器II30用于将预塑电机I 5分别与液压泵15和预塑驱动杆20同轴连接，并根据工艺可以同时驱动预塑电机I 5和预塑驱动杆20，也可以分别驱动这两个装置。转速控制器II 31选用通用的变频器，液压泵15选定量液压泵，预塑电机I 5仍选交流伺服电机。

实施方式3

本实施方案与图1所示实施方式1的区别在于，将原方案中的预塑电机I 5改为液压马达32，其他元件不变，如图4所示，液压马达32的进口m₁与注塑液压方向控制阀III13的出口b经管路l₅连通，液压马达的出口m₂与油箱接通。

实施方式4

在实施方式1的基础上实施另一种方式，如图5所示。取消了图1中的元件压力传感器6、蓄能器8、二位二通电磁阀9、电控单向阀10及管道，用方向阀IV33控制膜板液压缸I 1的运动方向，增设管道l₆，管道l₆一端同时与方向阀I 11、方向阀II 12方向阀III13和方向阀IV33的出口相连通，另一端连到二通比例节流阀7的进口b₁上，二通比例节流阀7的出口b₂直接与油箱连通。其余部分与实施方式1相同。

Claims

1.一种机电液复合控制的注塑机系统，其含有液压缸I(1)、液压缸II(2)、液压缸III(3)、液压缸IV(4)、电机I(5)、方向阀I(11)方向阀II(12)、方向阀III(13)、背压阀(14)、液压泵(15)、电机II(16)、主控计算机(18)、方向阀IV(33)、预塑驱动杆(20)及液压马达(32)，其特征是在液压控制的注塑机系统中增设了压力传感器(6)、二通比例节流阀(7)、蓄能器(8)、二位二通电磁阀(9)、电控单向阀(10)、转速控制器I(17)、可控离合器I(29)、可控离合器II(30)，其所述的压力传感器(6)是安装在管道l₂上或液压缸I(1)的A腔上，将液压缸I(1)A腔内的实际压力值转换为电信号输入到比例放大器(19)中，l₂的一端与液压缸I(1)的A腔连通；所述的二通比例节流阀(7)的进油口b₁连通在管道l₂上，出口b₂连通在油箱上；所述的蓄能器(8)的油口x与液压缸I(1)的B腔连通；所述的二位二通电磁阀(9)的二个油口分别与管道l₄和液压缸I(1)的B腔连通，管道l₃的一端连通液压缸I(1)的B腔，另一端连通控制液压缸II(2)的方向阀I(11)的入口；所述的电控单向阀(10)的进口d₁连通在液压泵(15)出口的液压管道l₁、l₄上，出口d₂连通在管道l₂上，液压管道l₁和l₄连通，l₄的另一端分别和二位二通电磁阀(9)、方向阀II(12)、方向阀III(13)的进口连通；所述的转速控制器I(17)有2组输出线E₁、E₂，其输出的一组线E₁与电机II(16)的三条电源进线相连接，另一组线E₂与电机I(5)的三条电源进线相连接。

2.如权利要求1所述的机电液复合控制的注塑机系统，其特征在于电机I(5)和电机II(16)是交流异步电机、交流伺服电机或者开关磁阻电机。

3.如权利要求1所述的机电液复合控制的注塑机系统，其特征在于液压泵(15)是定量泵或者是电子比例控制的变排量泵。

4.如权利要求1所述的机电液复合控制的注塑机系统，其特征在于转速控制器I(17)中设有一套整流器(21)、一个计算回路(23)，设有两个或者两个以上的PWM信号生成和驱动模块I(25)和PWM信号生成和驱动模块II(26)，设有两个或两个以上的逆变器I(27)和逆变器II(28)，设有两组或两组以上的输出线E₁、E₂，其输出的一组线E₁与电机II(16)的三条电源进线相连接，另一组线E₂与电机I(5)的三条电源进线相连接；计算回路(23)的输出信号同时连接到PWM信号生成和驱动模块I(25)和PWM信号生成和驱动模块II(26)上；PWM信号生成和驱动模块I(25)的信号输入到逆变器I(27)中，PWM信号生成和驱动模块II(26)的信号输入到逆变器II(28)中。

5.如权利要求1所述的机电液复合控制的注塑机系统，其特征是电机I(5)两端的输出轴分别连接在可控离合器I(29)和可控离合器II(30)上；可控离合器I(29)的另一端与预塑驱动杆(20)连接，可控离合器II(30)的另一端与液压泵(15)连接，可控离合器I(29)、预塑驱动杆(20)、电机I(5)、可控离合器II(30)和液压泵(15)同轴串联设置。

6.如权利要求1所述的机电液复合控制的注塑机系统，其特征在于预塑驱动杆(20)与电机I(5)的输出轴连接，或者与液压马达(32)的输出轴连接。

7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的机电液复合控制的注塑机系统，其特征在于方向阀IV(33)的工作油口C₁、C₂经管道l₂和l₃分别与液压缸I(1)的A腔和B腔连通、进口C₃与管道l₁连通，管道l₆的一端与方向阀I(11)、方向阀II(12)、方向阀III(13)、方向阀IV(33)的出口连通、另一端接二通比例节流阀(7)的进口b₁，二通比例节流阀(7)的出口b₂与油箱连通。