CN101503998A

CN101503998A - 电液融合双容积变动力控制系统

Info

Publication number: CN101503998A
Application number: CNA2008101614503A
Authority: CN
Inventors: 杨小理
Original assignee: HIGH-TECH FLUID POWER Co Ltd
Current assignee: HIGH-TECH FLUID POWER Co Ltd
Priority date: 2008-09-28
Filing date: 2008-09-28
Publication date: 2009-08-12

Abstract

本发明公开了一种电液融合双容积变动力控制系统，该系统包括有伺服电机、压力传感器、数模转换器、控制器及双容积柱塞泵，其中压力传感器与数模转换器电连接，数模转换器与控制器电连接，控制器与伺服电机电连接并控制伺服电机动作，压力传感器设在双容积柱塞泵的出油口处，用于检测双容积柱塞泵输出的液体压力，并将检测到的信号传送给数模转换器，由数模转换器将检测到的模拟信号转换成数字信号并传送给所述控制器。本发明中的控制系统具有更好的节能效果，更快的响应速度及更高的控制精度。

Description

电液融合双容积变动力控制系统

技术领域

本发明涉及一种动力控制系统，更具体地说，涉及一种在注塑机、压力机等设备中使用的电液融合双容积变动力控制系统。

背景技术

随着世界各国在环保(如能耗、噪音、泄漏等)控制方面日益严格的要求，节能已成为各种机械制造商研究的重点。例如：在注塑产品的成本构成中，电费占了相当的比例。而依据现有注塑机设备的工艺要求，油泵马达的耗电占整个设备耗电量的比例高达50％～65％，因此极需对马达的节能进行研究。

注塑机的工艺过程一般分为送料、合模(锁模)、注射(射胶)、保压、塑化(熔胶)、冷却、开模顶出等几个阶段，各个阶段需要不同的压力和流量。因此对于油泵而言，在注塑过程中是处于变化的负载状态，而现有注塑机几乎全部应用了P/Q复合电液比例阀+定量泵的节能系统，该系统主要是利用三通型的比例调速阀来控制速度，再在其上叠加比例压力先导阀控制系统压力。但由于采用定量泵供油，在工作过程中始终存在与流量有关的能量损失，特别是保压过程中，这部分的能耗很大。为此也有采用以下两种比较先进的控制系统：

1、负载敏感(感应)电液控制系统

应用变量泵和电液比例阀结合的负载敏感(感应)电液控制系统的运动速度将由流过比例节流阀的流量和变量泵相结合来控制。该系统采用泵阀结合的负载敏感控制原理，具有液压动力输出随负载而同步变化，尽管可消除应用定量泵与三通比例阀与流量有关的节能损失，但因比例节流阀存在固定的工作压差，仍存在较大的节流损失，特别在高速阶段，这一损失就很大。

2、定量泵+变频永磁调速电机系统

永磁电动机转速在变频器的控制下，随负载变化而变化，节能效果与负载敏感控制系统相当，但注塑成形各阶段频繁的速度变化使液压泵驱动电机频繁处于加减速工况下，由于磁滞效应及转动惯量的影响，响应速度慢(比例泵响应时间在100ms之内，变频调速响应时间需100～200ms)。导致了注射循环周期的增加，不能适应多级速度变化的快速注射。在油泵转速较低时，其输出压力、流量不稳定冷却效果下降，油泵电机的使用寿命降低，由于变频电机低速性能差，油泵低转速吸油性能不好，另外，电机经常在低转速下工作，与电机转子相连的风扇叶片的转速也低，致使电机散热不良，同时，绝缘层在变频器高频高压的冲击下绝缘下降而影响电机寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能获得更好的节能效果，更快的响应速度，更高的控制精度的电液融合双容积变动力控制系统。

本发明中的电液融合双容积变动力控制系统包括有伺服电机、压力传感器、数模转换器及控制器，所述压力传感器与所述数模转换器电连接，所述数模转换器与所述控制器电连接，所述控制器与所述伺服电机电连接并控制所述伺服电机动作，所述控制系统还包括有双容积柱塞泵，所述压力传感器设在所述双容积柱塞泵的出油口处，用于检测所述双容积柱塞泵输出的液体压力，并将检测到的信号传送给所述数模转换器，由所述数模转换器将检测到的模拟信号转换成数字信号并传送给所述控制器。

所述伺服电机内部设有用于检测所述伺服电机动作信号并能将所述动作信号传送给所述控制器的脉冲编码器。

所述双容积柱塞泵包括内部形成有容置空间的泵壳、用于闭合泵壳的后盖、穿设在泵壳与后盖之间且延伸出泵壳的一端与所述伺服电机驱动轴连接的传动轴，在所述传动轴上设置有能随传动轴一起旋转的缸体，所述缸体的油窗口与所述后盖上的进油口、出油口连通，并在所述油窗口内滑动至少设有一个借助于摇摆件能作直线移动的柱塞-滑靴组件，同时，在所述缸体的两侧各设有用于控制所述述双容积柱塞泵流量的最大流量控制件和最小流量控制件。

所述后盖上设有由所述控制器直接控制而能直接连通进油口与出油口的安全阀。

所述后盖上设在三条用于控制所述最大流量控制件和最小流量控制件的通道，在该三条通道之间设置有由所述控制器直接控制的电磁阀。

所述缸体的油窗口经配油盘与所述出油口、进油口连通。

本发明中的电液融合双容积变动力控制系统具有以下优点：

1、节能(节电)

通过伺服电机、无级控制变量柱塞泵以及闭环控制系统中压力流量的合理匹配，使得本系统比现有注塑机能耗大大降低(比定量泵注塑机节能60-70％，比变量注塑机节能40-50％，比定量泵+变频永磁调速电机系统节能20-30％，)。

2、系统油温升大幅降低，冷却水用量可节省80％以上(甚至不用冷却水)

由于系统无用功近乎等于零，使得系统油温升高得到很好控制，甚至取消冷却水及其电能消耗、变低速大扭矩为中速小扭矩、底压力从以前的2MPa变为现在的0MPa。

3、机身体积减小

冷却装置取消、油箱容积大幅减小、控制与油泵的集成使得整机体积减小和灵活且减少材料的使用。

4、降低噪音改善工作环境

系统最大功率降低、低转速工况时间长以及压力、排量和转速的合理匹配使得系统噪声值大大降低。

5、系统响应速度快

由于伺服电机启动响应时间≤0.01秒，加上柱塞泵的容积效高，所以本发明中的控制系统可在0.07秒内完成启动压力的爬升，以及由于伺服电机的反向转动可使系统压力在0.05秒内完成泄压至0MPa。

6、控制精度提高

控制系统通过闭环控制移模、锁模、注射、顶出时的流量和压力，提高了控制精度：重复精度≤0.1％，直线性≤1％。

附图说明

图1为本发明中电液融合双容积变动力控制系统的结构示意图；

图2为本发明中柱塞泵的工作原理图；

图3为本发明中柱塞泵的剖视示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明中的具体实施例作进一步详细说明。

如图1所示，本发明中的电液融合双容积变动力控制系统包括有双容积柱塞泵1、伺服电机2、压力传感器3、数模转换器4及控制器5，其中压力传感器3用于检测双容积柱塞泵1出口处液体的压力，并将检测到的信号传送给数模转换器4，由数模转换器4将压力传感器3检测到的模拟信号转换成数字信号并传送给控制器5，由控制器5控制伺服电机2来调整双容积柱塞泵1输出的液体压力，同时伺服电机2的工作情况由伺服电机2内部所设有脉冲编码器6传送给控制器5，从而对伺服电机2进行合理控制。本发明中的伺服电机2、压力传感器3、数模转换器4及控制器5均采用市售成熟产品，对于具体的结构及工作原理不再另行描述。

如图2和图3所示，本发明中的双容积柱塞泵1将压力传感器3设置在其内部出油口16处，也就是说直接设在双容积柱塞泵1内部，用于检测出油口16处的油压。双容积柱塞泵1包括内部形成有容置空间的泵壳10、用于闭合泵壳10的后盖11、穿设在泵壳10与后盖11之间且延伸出泵壳10的一端与伺服电机2驱动轴连接的传动轴12。在传动轴12上设置有能随传动轴12一起旋转的缸体13，缸体13的油窗口30经配油盘15与后盖11上的进油口16、出油口17连通，如图2所示，并在油窗口30内滑动设有至少一个柱塞-滑靴组件14，该柱塞-滑靴组件14的一端位于油窗口30内，另一端紧贴在摇摆件18的平面上，柱塞-滑靴组件14在随缸体13一起旋转的同时由于一端紧贴摇摆件18而在作往复直线运动，从而实现吸油与排油的目的。

后盖12中有三条通道26、27、28，每条通道均与出油口16相通，通道27与控制缸件22的内部油液相通，通道26与泵壳10的内腔相通，进一步通过外泄口(图中未示出)连通油箱。在通道26、27、28之间由电磁阀24控制连通与断开，从而控制双容积柱塞泵1的流量。

本发明中的双容积柱塞泵1还设置有安全阀29，该安全阀29置于后盖11处，由外部的控制器5直接控制调节，从而可以通过安全阀29直接使双容积柱塞泵1的进油口16与出油口17沟通，使系统压力不超过安全阀29设定的最大压力，确保系统的安全。

摇摆件18可转动地套设在传动轴12上，与传动轴12垂直线的夹角为α，同时在摇摆件18位于缸体13的两侧各设有最大流量控制件19和最小流量控制件20。其中最大流量控制件19包括有直接与摇摆件18连接的控制缸件22和位于控制缸件22内部用于推顶控制缸件22的调节件21。控制缸件22内部油液通路经通道27与电磁阀24连通，并由电磁阀24控制。最小流量控制件20中的油液经通道28与电磁阀24连通，并进一步与出油口16，从而由电磁阀24控制。

本发明中的双容积柱塞泵1的工作原理如下：

摇摆件18与传动轴12垂直线的夹角α决定了双容积柱塞泵1的排量，

排量＝C·tgα

其中C为双容积柱塞泵1为结构常数。

通过调节件21推动控制缸件22改变α角的最大值，也就设定了双容积柱塞泵1的最大排量，最小流量控制件20的位置则限定了α角的最小值，也就是说设定了双容积柱塞泵1的最小排量。

具体工作过程如下：

首先由电磁阀24接到控制器5的信号并使通道26与通道27相通，由流量最大控制件19设定α角的最大值，并关闭通道26与通道27的连通；接着进一步控制电磁阀24，使通道28与通道27相通，由流量最小控制件20设定α角的值，此时由压力传感器3将检测到信号经由数模转换器4对信号进行处理，并将处理后的信号传给控制器5，对伺服电机2进行控制，从而驱动传动轴12转动，使柱塞-滑靴组件14滑动，实现吸油与排油动作。在吸油与排油的动作过程中，利用压力传感器3及脉冲编码器6对出油口16处的油压及伺服电机2的运行情况进行实时监控，从而可以由控制器5随时调整伺服电机2的运作及双容积柱塞泵1的最大和最小流量。

综上所述，本发明中的电液融合双容积变动力控制系统具有下述优点：

1、双容积柱塞泵的最大排量和最小排量均可以任意设定，并由控制器随时直接控制，使得本发明中的控制系统适用于流量控制和压力控制频繁的塑机产品，如塑机处在锁模保压状态，双容积柱塞泵输出小流量，可显著节省能量。

2、伺服电机的应用，解决了变频调节技术通过调节液压泵的转速，响应速度慢的性能问题。同时由于电机自身运转的特性，提高了电力的利用效率。在注塑机成型过程中，针对不同的压力和流量，调整相应的频率输出，形成对压力、流量的精确闭环控制，实现伺服电机对注塑机能量需求的自动匹配和调整，可节省电量40～80％，并且在保压时伺服电机可以以极低转数旋转，使双容积柱塞泵的输出流量仅仅用以补充其本身的泄漏即可，具有节省能耗十分明显，能广泛用于塑机和压机等设备的优点。

3、无级控制变量柱塞泵的应用

本发明中的双容积柱塞泵为无级控制变量柱塞泵，在系统需要流量很小时，可以依靠其变量机构使油泵排出量自动减少到很低，而伺服电机则自然而然提高了转速，其转速的高低可以随意调节和控制设定。

4、闭环反馈控制装置的应用

通过内置的传感器，将压力和流量的差异快速并精确地反馈给控制器，再通过闭环控制进行高速运算修正调节，从而使注塑机的各个动作精度大大提高。

Claims

1、一种电液融合双容积变动力控制系统，包括有伺服电机、压力传感器、数模转换器及控制器，所述压力传感器与所述数模转换器电连接，所述数模转换器与所述控制器电连接，所述控制器与所述伺服电机电连接并控制所述伺服电机动作，其特征在于，所述控制系统还包括有双容积柱塞泵，所述压力传感器设在所述双容积柱塞泵的出油口处，用于检测所述双容积柱塞泵输出的液体压力，并将检测到的信号传送给所述数模转换器，由所述数模转换器将检测到的模拟信号转换成数字信号并传送给所述控制器。

2、根据权利要求1中所述的电液融合双容积变动力控制系统，其特征在于，所述伺服电机内部设有用于检测所述伺服电机动作信号并能将所述动作信号传送给所述控制器的脉冲编码器。

3、根据权利要求1所述的电液融合双容积变动力控制系统，其特征在于，所述双容积柱塞泵包括内部形成有容置空间的泵壳、用于闭合泵壳的后盖、穿设在泵壳与后盖之间且延伸出泵壳的一端与所述伺服电机驱动轴连接的传动轴，在所述传动轴上设置有能随传动轴一起旋转的缸体，所述缸体的油窗口与所述后盖上的进油口、出油口连通，并在所述油窗口内滑动至少设有一个借助于摇摆件能作直线移动的柱塞-滑靴组件，同时，在所述缸体的两侧各设有用于控制所述述双容积柱塞泵流量的最大流量控制件和最小流量控制件。

4、根据权利要求3所述的电液融合双容积变动力控制系统，其特征在于，所述后盖上设有由所述控制器直接控制而能直接连通进油口与出油口的安全阀。

5、根据权利要求3所述的电液融合双容积变动力控制系统，其特征在于，所述后盖上设在三条用于控制所述最大流量控制件和最小流量控制件的通道，在该三条通道之间设置有由所述控制器直接控制的电磁阀。

6、根据权利要求3所述的电液融合双容积变动力控制系统，其特征在于，所述缸体的油窗口经配油盘与所述出油口、进油口连通。