CN109210030B - 适用于模压成型工艺的液压机调平系统 - Google Patents

Abstract

一种适用于模压成型工艺的液压机调平系统包括：多个调平缸(4)，用于向液压机滑块(1)施加调平力；调平缸控制单元(20)，其包括位置控制器(21)和同步力控制器(22)，所述位置控制器(21)用于对各调平缸(4)实施位置控制，所述同步力控制器(22)用于对各调平缸(4)实施同步力控制；其中，所述调平缸控制单元(20)配置成在滑块减速下行阶段中对各调平缸(4)实施主动同步位置控制，其中，启动各调平缸以使各调平缸的活塞杆以低于滑块下行速度的速度下行，直至滑块接触各调平缸的活塞杆。

Description

适用于模压成型工艺的液压机调平系统

技术领域

本申请涉及一种适用于模压成型工艺的液压机调平系统，其中，调平缸在模压成型周期中的各个工艺阶段中被实施控制。

背景技术

通常，在液压机上利用模具模压成型工件时，在液压机的一个工作周期中，从滑块带着动模接朝向工件移动到模压成型之后滑块带着动模离开工件，根据滑块行程分为不同的工艺阶段。为了维持滑块的平行精度，可对滑块实施调平控制。

为此，各种液压机滑块调平系统被提出，用于对滑块实施平行度控制的调平操作。然而，现有技术通常仅在一部分滑块行程阶段内实施的调平操作，而非在模压成型周期中全程实施调平操作。例如，一些现有技术公开的调平操作涉及滑块下行施压阶段、保压阶段对调平缸进行同步位置控制，不涉及其它工艺阶段中的调平缸控制。

发明内容

本申请的目的是提供一种适用于模压成型工艺的液压机调平系统，其能够在模压成型周期中更多的工艺阶段中对调平缸进行控制。

根据本申请的一个方面，提供了一种适用于模压成型工艺的液压机调平系统，其包括：

多个调平缸，用于向液压机滑块施加调平力；

调平缸控制单元，其包括位置控制器和同步力控制器，所述位置控制器用于对各调平缸实施位置控制，所述同步力控制器用于对各调平缸实施同步力控制；

其中，所述调平缸控制单元配置成在滑块减速下行阶段中对各调平缸实施主动同步位置控制，其中，启动各调平缸以使各调平缸的活塞杆以低于滑块下行速度的速度下行，直至滑块接触各调平缸的活塞杆。

根据一种可行实施方式，在所述滑块减速下行阶段之前的滑块高速下行阶段中，所述调平缸控制单元对各调平缸实施位置控制，使各调平缸的活塞杆保持在待用位置。

根据一种可行实施方式，在滑块接触到各调平缸的活塞杆之后的滑块下行施压阶段中，所述调平缸控制单元对各调平缸实施同步位置控制或同步力控制。

根据一种可行实施方式，在动模模压工件时的滑块停止运动阶段，所述调平缸控制单元对各调平缸实施同步力控制。

根据一种可行实施方式，在滑块停止运动阶段中，同步力控制器在接收到的主液压缸的压力值高于一预定值时，提高调平缸的基准调平力。

根据一种可行实施方式，模压成型周期中还包括位于所述滑块停止运动阶段中的膜内涂层阶段，在所述膜内涂层阶段中，所述调平缸控制单元对各调平缸实施主动单独位置控制。

根据一种可行实施方式，在所述滑块停止运动阶段中进入保压状态，其中，同步力控制器基于主液压缸的压力设定各调平缸的总调平力，由此确定进入保压状态的时间点。

根据一种可行实施方式，在开模阶段中，所述调平缸控制单元对各调平缸实施主动同步位置控制，使各调平缸的活塞杆主动顶起滑块上行。

根据一种可行实施方式，在开模阶段之后的滑块加速上行阶段中，所述调平缸控制单元对各调平缸实施位置控制，使各调平缸的活塞杆以低于滑块上行速度的速度上行，达到并保持在所述待用位置。

根据一种可行实施方式，所述位置控制器以下述方式对各调平缸实施同步位置控制：

采集各活塞杆的位置信息，计算每个调平缸的活塞杆的实际位置与各调平缸的活塞杆的位置平均值之间的位置偏差值，然后基于该位置偏差值确定针对每个调平缸的同步位置控制指令。

根据一种可行实施方式，所述同步力控制器以下述方式对各调平缸实施同步力控制：

采集各活塞杆的位置信息，计算每个调平缸的活塞杆的实际位置与各调平缸的活塞杆的位置平均值之间的位置偏差值、并将各位置偏差值转化成等价力偏差值，并且基于各调平缸的压力信息计算各个调平缸的实际调平力，然后基于设定的基准调平力、每个调平缸的等价力偏差值和实际调平力确定每个调平缸的同步力控制指令。

根据一种可行实施方式，所述待用位置是可调的。

根据一种可行实施方式，在滑块减速下行阶段中，各调平缸的活塞杆下行的时间点和/或下行速度是可调的。

根据本申请的适用于模压成型工艺的液压机调平系统，能够在模压成型周期中的更多工艺阶段对调平缸进行控制，尤其是在滑块减速下行阶段中对调平缸实施主动位置控制，以使得滑块与调平缸活塞杆的接触更为流畅，并且降低初始调平误差。

附图说明

本申请的前述和其它方面将通过下面参照附图所做的详细介绍而被更完整地理解和了解，其中：

图1是根据本申请的一种可行实施方式的适用于模压成型工艺的液压机调平系统的控制策略图；

图2是展示根据本申请的一种可行实施方式的液压机滑块行程及调平控制的曲线图。

具体实施方式

本申请总体上涉及适用于模压成型工艺的液压机被动式动态电液调平技术。本申请涉及的液压机适用于模压成型工艺，模压成型的材料可以是塑料、复合材料(例如纤维增强塑料)等。

图1中示出了本申请的一种可行实施方式的适用于模压成型工艺的电液调平系统的控制策略。模压成型工艺中使用的液压机包括滑块1，该滑块1装有动模(未示出)，并且由主液压缸2驱动而相对于定模座以及定模座上安装的定模(未示出)下行(前进)和上行(后退)。主液压缸2由主液压管线3供应液压油。

工件在模压过程中对动模和滑块1施加反作用偏载扭矩，尽管滑块1通常配备有导向结构，但由于导向结构本身的定位精度不高，滑块1难免发生相对于定模座的一定程度的倾斜。本申请的被动式电液调平系统用于沿着与滑块1施加工作压力相反的方向向滑块1施加调平力，使得滑块高精度地平行于定模座。

本申请的被动式电液调平系统主要包括安装在定模座上并且以其活塞杆指向滑块1的n个调平缸4。可以理解，为了调平滑块1，4个或更多个调平缸4可以采用。通常，可在朝向滑块1的四角的位置分别布置一个调平缸4，即n＝4；对于其它应用，可能需要更多的调平缸4，例如8个。因此，虽然图中的实施方式示出了4个调平缸4，但本申请对调平缸4的数量没有限制，只要它们大致均布在面向滑块1上的围绕动模的位置即可。

当滑块1朝向定模座移动到与各调平缸4的活塞杆之间预定位置时，根据本申请的构思，各调平缸4会启动而使得它们的活塞杆以低于滑块1的行进速度的速度下行，使得滑块1追上并接触到各活塞杆，例如，滑块1上面对着各调平缸4布置的机械止挡5推抵于活塞杆末端。之后，各调平缸4的活塞杆被滑块1推压着下行。各调平缸4的活塞杆与滑块1保持接触，直至压缩成型结束后滑块1上行。

本申请的被动式电液调平系统包括调平缸控制单元20、信息采集元件和调平缸控制元件。所述调平缸控制单元20用于接收来自信息采集元件的有关主液压缸2和各调平缸4的输入信息，并且向调平缸控制元件输出控制各调平缸4操作的控制指令。

下面列举信息采集元件及其提供给调平缸控制单元20的输入信息：

连接着主液压缸2的压力腔的主液压缸压力传感器6，其提供主液压缸压力；

配备给主液压缸2的主液压缸位移传感器7，其提供主液压缸2的活塞杆位置；

配备给每个调平缸4的调平缸位移传感器8，用于提供每个调平缸4的活塞杆位置；

连接着每个调平缸4的无杆腔的无杆腔压力传感器9，用于提供每个调平缸4的无杆腔压力；

连接着每个调平缸4的有杆腔的有杆腔压力传感器10，用于提供每个调平缸4的有杆腔压力。

调平缸控制元件包括分别与每个调平缸4相连的控制阀11。调平缸控制单元20向每个控制阀11输出控制指令，每个控制阀11基于该控制指令控制调平液压油向相应调平缸4供应流量(包括流动方向)和压力等，以控制调平缸4的操作。在一种可行实施方式中，控制阀11为电液比例阀。在另一种可行实施方式中，控制阀11为电液伺服阀。

调平缸控制单元20在图1中以点划线方框圈出，并且主要包括位置控制器21和同步力控制器22。

位置控制器21的输入端口连接着主液压缸位移传感器7以及各调平缸位移传感器8，用于接收来自这些位移传感器的位置信息。位置控制器21的输出端口连接着各控制阀11，用于向各控制阀11输出控制指令。

同步力控制器22的输入端口连接着各无杆腔压力传感器9和有杆腔压力传感器10，用于接口来自这些压力传感器的压力信息，并且连接着各调平缸位移传感器8，用于接收来自这些位移传感器的位置信息。同步力控制器22的输出端口连接着各控制阀11，用于向各控制阀11输出控制指令。

调平缸控制单元20配置成在模压成型工艺的不同工艺阶段由位置控制器21或同步力控制器22向各调平缸提供不同的控制指令。位置控制器21提供的控制指令实现位置控制，同步力控制器22提供的控制指令实现同步力控制，如下面介绍。

位置控制器21提供的位置控制，可以主动控制各调平缸4的活塞杆的动作。位置控制可包括同步位置控制，即控制各调平缸4的活塞杆同步伸出(上行)或后退(下行)，或是单独位置控制，即分别控制每个平缸4的活塞杆伸出或后退。

所述同步位置控制是以下述方式实现的，其中，位移传感器8检测每个调平缸4的活塞杆的实际位置，并将位置信息反馈到位置控制器21。在位置控制器21中，计算每个调平缸4的活塞杆的实际位置与各调平缸4的活塞杆的位置平均值之间的位置偏差值，并基于该位置偏差值确定针对每个调平缸4的同步位置控制指令，并将同步位置控制指令发送给相应调平缸4的控制阀11。

关于单独位置控制，位置控制器21根据预期的工艺要求而分别控制每个调平缸4的活塞杆的位移，以使各调平缸4的活塞杆分别实现预期的位移。例如，可以使相邻的一对调平缸4的活塞杆伸出得多些，另一对调平缸4的活塞杆伸出得少些，从而迫使滑块1倾斜一个小角度。

所述同步力控制是以下述方式实现的，其中，位移传感器8检测每个调平缸4的活塞杆的实际位置，并将位置信息反馈到同步力控制器22，同步力控制器22计算每个调平缸4的活塞杆的实际位置与各调平缸4的活塞杆的位置平均值之间的位置偏差值，并将各位置偏差值转化成等价力偏差值。同时，通过压力传感器9、10检测每个调平缸4的实际工作压力、即调平力，并将其反馈给同步力控制器22。同步力控制器22基于设定的基准调平力(该基准调平力适用于所有调平缸4)、每个调平缸4的等价力偏差值和实际调平力确定每个调平缸4的同步力控制指令，并将同步力控制指令发送给相应调平缸4的控制阀11。

所述调平缸控制单元20针对液压机的一个模压成型周期中滑块的不同动作阶段为各调平缸4提供相应的控制。

如图2所示，在一个模压成型周期中，本申请以从时间点0开始经历的时间点t1至t10划分出下述滑块动作阶段：0～t1，滑块高速下行阶段；t1～t3，滑块减速下行阶段；t3～t4，滑块下行施压阶段；t4～t5，滑块停止运动阶段，这个阶段是动模模压工件的阶段，此阶段中通过升高主液压缸2的压力进入初次保压状态；t5～t6，可选的IMC(模内喷涂)阶段；t6～t7，滑块再次停止运动阶段，此阶段中通过升高主液压缸2的压力进入二次保压状态，这个阶段也是动模模压工件的阶段；t7～t8，开模阶段；t8～t10，滑块加速上行阶段。图2中的曲线S1表示滑块1的位置。

需要指出，如果圧缩成形工艺中不包含IMC阶段，则t4～t7为单一的停止运动阶段。

在不同滑块动作阶段，所述调平缸控制单元20通过位置控制器21或同步力控制器22为各调平缸4提供不同的控制。图2中以曲线S2表示各调平缸4的活塞杆的位置。

在时间段0～t2，对各调平缸4实施位置控制，其中，各调平缸4处在等待状态，使各调平缸4的活塞杆保持在预定的待用位置。所述待用位置高于时间点t3时滑块的位置。t2是滑块减速下行阶段中的一个时间点，即位于t1～t3之间，为滑块1与调平缸4的活塞杆之间的距离减小到一预定距离时的时间点。在时间段0～t2，位置控制器21基于主液压缸位移传感器7和各调平缸位移传感器8的检测信号，判断滑块1与各调平缸4的活塞杆之间的距离。

在时间点t2，位置控制器21判断出滑块1的与各调平缸4的活塞杆之间的距离减小到预定距离。位置控制器21启动各调平缸4的主动同步位置控制，使各调平缸4的活塞杆开始以低于同期滑块1下行速度的速度下行。

在时间段t2～t3，对各调平缸4实施主动同步位置控制使各调平缸4的活塞杆下行，从而各调平缸4的活塞杆进入主动下降状态，即以低于同期滑块1下行速度的速度下降，直到在时间点t3被滑块1追上。

需要指出，在时间段t2～t3中，还要对各调平缸4实施速度控制，使得各调平缸4的活塞杆在时间点t3被滑块1追上时，各调平缸4的活塞杆的下降速度与滑块1的下行速度之间的差值尽可能小，例如在一预定差值范围内。由于位移对时间的导数即为速度，因此，对各调平缸4的速度控制可以通过对各调平缸4的位置控制实现。

时间点t3可以预设，并且可由同步力控制器22基于来自各无杆腔压力传感器9的压力信息的增加判断出来。

在时间段t3～t4，各调平缸4的活塞杆被滑块1下压而被动下降，对各调平缸4实施同步位置控制或同步力控制。在此时间段中，滑块1开始压料。

在时间段t4～t5，对各调平缸4实施同步力控制，以使动模在各调平缸4的活塞杆的调平力的作用下被调平而达到并维持高平行度。在此时间段中，主液压缸2中的压力升高而达到保压状态。模压工件的时间点可以通过同步力控制器22基于来自压力传感器6的主液压缸压力检测值陡增而判断出来。如果压力传感器6的检测值高于预定值，则同步力控制器22控制调平缸4切换到对应于更大基准调平力的同步力控制，以确保足够的调平力去调整偏差和稳定的有效工作压力。

在时间段t5～t6，对各调平缸4实施主动单独位置控制，此期间基于IMC工艺利用各调平缸4控制滑块1的动作。例如，先让一侧的一对调平缸4伸出顶起滑块一小段距离(通常为0.5～2mm)，另外一侧的两个调平缸保持当前位置不动，这样滑块1就会出现小角度的倾斜，这样就可以去实施IMC(模内喷涂)或者排气等操作；完成上述动作之后，让调平缸回到原位，滑块1下降回到于时间段t4～t5相同的位置。

在时间段t6～t7，对各调平缸4实施同步力控制，以使动模在各调平缸4的活塞杆的调平力的作用下被调平而达到并维持高平行度。

在时间段t7～t8，对各调平缸4实施主动同步位置控制，使得各调平缸4的活塞杆主动同步顶起滑块1一段距离，此阶段也需要保证滑块1的平行度，否则动模会损坏工件。

在时间段t8～t9，滑块1开始加速上行，对各调平缸4实施主动位置控制(可以是单独控制，也可以是同步控制)，使得各调平缸4的活塞杆以低于滑块1上行速度的速度伸出，从而各调平缸4的活塞杆开始与滑块1分离而到达所述待用位置。

在时间段t9之后，对各调平缸4实施位置控制，使各调平缸4的活塞杆保持在待用位置，各调平缸4回到等待状态。

本申请的液压机调平系统通过在上述各时间段对各调平缸4实施位置控制或同步力控制，实现了在整个模压成型周期中对调平缸4的控制，并且实现了不同阶段的调平缸控制模式切换。

在对调平缸4实施同步位置和同步力控制期间，可以实现滑块1的调平，确保了滑块1的高平行度；同步力控制期间还能保持稳定的有效工作压力。

在时间段t2～t3的主动位置控制阶段，通过主动使各调平缸4的活塞杆下行，可避免滑块1猛力冲撞调平缸4的活塞杆，并且可消除滑块调平时的初始同步误差。

调平缸4的待用位置是可调的，并且，主动下降阶段的起始点t2以及主动下降阶段中的调平缸4速度也都可以是可调的，以实现调平缸4平稳地接触滑块1，即使滑块1本身的速度控制状况较差。

此外，基准调平力是可调的，因而可针对适用于特定模压成型要求的下行施压阶段实现可调的总调平力。

此外，在时间段t4～t5，通过设置主液压缸2的压力以及各调平缸4的总调平力，可以在最佳时间点切换到保压状态。

在保压状态，可以根据不同的主液压缸压力调节总调平力，以便在各次模压成型过程的保压状态中提供作用于工件的相同工作压力，从而保持产品质量稳定。

虽然这里参考具体的实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (13)

1.一种适用于模压成型工艺的液压机调平系统，包括：

多个调平缸(4)，用于向液压机滑块(1)施加调平力；

调平缸控制单元(20)，其包括位置控制器(21)和同步力控制器(22)，所述位置控制器(21)用于对各调平缸(4)实施位置控制，所述同步力控制器(22)用于对各调平缸(4)实施同步力控制；

其中，所述调平缸控制单元(20)配置成在滑块减速下行阶段中对各调平缸(4)实施主动同步位置控制，其中，在位置控制器(21)判断出滑块(1)与各调平缸(4)的活塞杆之间的距离减小到预定距离时，启动各调平缸(4)的主动同步位置控制，以使各调平缸(4)的活塞杆以低于滑块下行速度的速度下行，直至滑块接触各调平缸的活塞杆。

2.如权利要求1所述的液压机调平系统，其中，在所述滑块减速下行阶段之前的滑块高速下行阶段中，所述调平缸控制单元(20)对各调平缸(4)实施位置控制，使各调平缸的活塞杆保持在待用位置。

3.如权利要求1所述的液压机调平系统，其中，在滑块接触到各调平缸的活塞杆之后的滑块下行施压阶段中，所述调平缸控制单元(20)对各调平缸(4)实施同步位置控制或同步力控制。

4.如权利要求1至3中任一项所述的液压机调平系统，其中，在动模模压工件时的滑块停止运动阶段，所述调平缸控制单元(20)对各调平缸(4)实施同步力控制。

5.如权利要求4所述的液压机调平系统，其中，在滑块停止运动阶段中，同步力控制器(22)在接收到的主液压缸的压力值高于一预定值时，提高调平缸的基准调平力。

6.如权利要求4所述的液压机调平系统，其中，模压成型周期中还包括位于所述滑块停止运动阶段中的膜内涂层阶段，在所述膜内涂层阶段中，所述调平缸控制单元(20)对各调平缸(4)实施主动单独位置控制。

7.如权利要求4所述的液压机调平系统，其中，在所述滑块停止运动阶段中进入保压状态，其中，同步力控制器(22)基于主液压缸(2)的压力设定各调平缸(4)的总调平力，由此确定进入保压状态的时间点。

8.如权利要求2所述的液压机调平系统，其中，在开模阶段中，所述调平缸控制单元(20)对各调平缸(4)实施主动同步位置控制，使各调平缸的活塞杆主动顶起滑块上行。

9.如权利要求8所述的液压机调平系统，其中，在开模阶段之后的滑块加速上行阶段中，所述调平缸控制单元(20)对各调平缸(4)实施位置控制，使各调平缸的活塞杆以低于滑块上行速度的速度上行，达到并保持在所述待用位置。

10.如权利要求1至3中任一项所述的液压机调平系统，其中，所述位置控制器(21)以下述方式对各调平缸(4)实施同步位置控制：

采集各活塞杆的位置信息，计算每个调平缸的活塞杆的实际位置与各调平缸的活塞杆的位置平均值之间的位置偏差值，然后基于该位置偏差值确定针对每个调平缸的同步位置控制指令。

11.如权利要求1至3中任一项所述的液压机调平系统，其中，所述同步力控制器(22)以下述方式对各调平缸(4)实施同步力控制：

采集各活塞杆的位置信息，计算每个调平缸的活塞杆的实际位置与各调平缸的活塞杆的位置平均值之间的位置偏差值， 并将各位置偏差值转化成等价力偏差值，并且基于各调平缸的压力信息计算各个调平缸的实际调平力，然后基于设定的基准调平力、每个调平缸的等价力偏差值和实际调平力确定每个调平缸的同步力控制指令。

12.如权利要求2所述的液压机调平系统，其中，所述待用位置是可调的。

13.如权利要求1至3中任一项所述的液压机调平系统，其中，在滑块减速下行阶段中，各调平缸的活塞杆下行的时间点和/或下行速度是可调的。

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