CN111810495A - 一种闭式油路的注塑机锁模液压系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流体工作系统技术领域，具体公开了一种闭式油路的注塑机锁模液压系统，包括锁模机构，锁模机构包括锁模油缸,还包括油泵、换向器件、主传感器和控制子系统，油泵的出油口和换向器件之间通过进油管路连通，换向器件和锁模油缸的第一油口之间通过第一油路连通，锁模油缸的第二油口和换向器件之间通过第二油路连通，换向器件和油泵的吸油口之间通过回油管路连通，油泵、进油管路、换向器件、第一油路、锁模油缸、第二油路和回油管路形成闭式液压油路；主传感器用于获取能够反映负载移动情况的移动信息，控制子系统根据移动信息生成控制指令对电机进行实时闭环控制。采用本技术方案能够提高控制精度、节能环保、延长液压元件使用寿命。

Description

一种闭式油路的注塑机锁模液压系统

技术领域

本发明涉及流体工作系统技术领域，特别涉及一种闭式油路的注塑机锁模液压系统。

背景技术

注塑机又名塑料注射成型机。它是将热塑性塑料或热固性塑料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。注塑机通常由注射系统、合模系统、液压系统、电气控制系统、润滑系统、加热及冷却系统、安全监测系统等组成。其中，液压系统为注塑机按工艺过程要求的各种动作提供动力，并满足注塑机各部分动作所需压力、速度及位置控制等要求。液压系统主要由各种液压元件和液压辅助元件所组成。

随着国内的液压元件和伺服电机生产逐渐趋于成熟，传统的液压驱动方式经过几代的技术演变发展，已从节流远程调压的液压系统演变到最新的伺服驱动液压系统，相对于传统的液压系统，节能效果有了很大的改善。但是发展到目前为止，液压系统在以下几个方面仍存在问题：

1、控制精度方面，(1)有些设备的液压驱动系统，采用开环油路，开环油路需采用大容量的开放式油箱，容积较大，占地面积较大，因此开放式油箱是远离执行元件设置的，油泵位于开放式油箱处，因此油泵连接到油缸的管路很长，进油管路和回油管路的总长可达3-20米不等，并且有些部件是可移动的，这些部件需要通过软管连接，由于液压油的可压缩特性，软管连接具有的弹性，以及管路过长的原因，容易出现超调现象，导致控制系统的控制精度较低。(2)同时在实际应用时动态负载变化较大，也会导致控制系统的控制精度较低。(3)采用开环油路的情况下，要做到在远离负载的情况下做闭环控制，几乎是不可能的，所以现有油路通常是开环控制，但由于油泵的内泄量与工作速度、压力、油温、粘度等有关，长时间运转，油泵难免会存在内泄问题，因此开环控制的精度有限。(4)现有技术中，液压控制系统的驱动器接收模拟信号，进行模数转换后，输出数字信号控制伺服电机工作，模拟信号存在容易受干扰，信号容易失真，响应慢等问题，同样会导致液压控制系统的控制精度低。

2、节能环保方面，开环油路需采用大容量的开放式油箱，而开放式油箱需要使用较多的装机液压油，以市面常见的150吨锁模注塑机为例，装机容量为200升抗磨液压油，根据注塑机的使用环境且是开放式油箱，要求每4000-6000小时更换液压油，以连续80％时间工作的工况下，12年的工作周期就需要更换2400升液压油，目前中国保有的注塑机超过十万台以上，目前抗磨液压油单价在10-15元/升，换油对用户是一笔不小的成本，处置费油也需要成本，废油处理对环境带来的影响，同样是个非常严重的社会问题。

3、使用寿命方面，由于采用了开放式油箱，随着液位变化、温度变化及油液的高速流动，空气中的气体、灰尘、水分容易进入液压油，导致液压油容易乳化和氧化，液压元件容易气蚀，降低液压元件的使用寿命。

发明内容

为了提高控制精度、节能环保、延长液压元件使用寿命，本发明提供一种闭式油路的注塑机锁模液压系统。

本发明基础方案如下：

一种闭式油路的注塑机锁模液压系统，包括锁模机构，所述锁模机构包括锁模油缸，所述锁模油缸包括第一油口和第二油口，还包括油泵、用于驱动油泵的电机和控制子系统，所述油泵包括出油口和吸油口，还包括换向器件，所述油泵的出油口和换向器件之间通过进油管路连通，所述换向器件和锁模油缸的第一油口之间通过第一油路连通，锁模油缸的第二油口和换向器件之间通过第二油路连通，所述换向器件和油泵的吸油口之间通过回油管路连通，油泵、进油管路、换向器件、第一油路、锁模油缸、第二油路和回油管路形成闭式液压油路，还包括主传感器，所述主传感器用于获取能够反映负载移动情况的移动信息，控制子系统根据移动信息生成控制指令对电机进行实时闭环控制。

基础方案的有益效果为：

1.本方案中采用闭式油路，相较于现有的开式油路，取消了大型开放式油箱，油泵不再远离锁模油缸设置，有效地缩短管路，减少管路中的油量，从而避免了由于油液的可压缩特性，软管连接具有的弹性，以及管路过长，动态负载变化大，而容易出现超调现象的弊端。同时通过主传感器获取反映负载移动情况的移动信息，通过控制子系统根据移动信息对电机进行实时闭环控制，有效改善因油路发生溢流、漏油等影响控制精度的情况，从而避免运动冲击震动不平稳，位置控制不准的问题，提高控制精度。以注塑机锁模力为110吨的液压系统为例，干循环周期1.5秒时，开模停止重复精度为正负0.15mm，传统方式下为正负0.5mm，绝对停止精度为正负0.3mm，传统开放式油路为正负5mm，运行平稳，无冲击震动，带负载150kg重量下，精度无明显变化，注塑由于是直线线性运动，100mm/s注射速度时，螺杆重复控制精度为0.05mm，绝对停止精度为0.08mm。

2.本方案中采用闭式油路，相较于现有的开环液压油路，取消了大型开放式油箱，因此减少了大量的装机液压油，以注塑机锁模力为110吨为例，采用开放式液压油路，装机液压油量为170升，采用本方案后，装机油量为16升，大大的节约了成本，且无需处理大量的费油，不会对环境造成影响，节能环保。

3.本方案中采用闭式油路，空气中的气体、灰尘、水分不容易进入液压油路，液压油不容易被乳化和氧化，同时液压元件也不容易气蚀，延长了液压元件的使用寿命。

进一步，进油管路和回油管路之间设置有溢流管路，溢流管路上设置有溢流阀。

有益效果：在闭式液压油路中出现高压冲击负载或液压系统中的压力传感器故障导致压力失控时，进油管路中的液压油可以经过溢流阀回到低压的回油管路，带来的益处时，抗冲击负载，保护液压系统，同时预防压力传感器故障时产生超高压造成液压元件损坏。

进一步，还包括冷却器，所述冷却器设置在所述回油管路上。所述冷却器用于对液压油进行冷却，使所述液压油的油温始终保持在工艺要求范围内。

进一步，进油管路和回油管路之间还设有负压补偿管路，在所述负压补偿管路上设置有单向阀。负压补偿管路用于对进油管路进行负压补偿，并且负压补偿管路的设置，为单向阀提供安装位置，便于单向阀进行安装。

进一步，还包括液压储能器，所述液压储能器设置在冷却器与换向器件之间的回油管路上。

有益效果：液压储能器用于存储和释放液压油，以注塑机的开模动作为例，由于油缸无杆腔回油量大于有杆腔的进油量，油泵不需要的多余液压油流入设置在回油管路中的液压储能器中。

当推动负载运动的过程中突然产生负向负载时，例如在注塑机中开模泄压时，进油管路出现负压情况，单向阀导通，回油管路和液压储能器内的液压油依次经过回油管路、补偿油路、进油管路、第一油路或第二油路至油缸，进行负压补油，从而避免负向负载出现导致的断油抖动和损坏液压元件的情况。

另外，液压储能器中的液压油可以补偿由于闭式液压油路可能存在的液压油泄漏造成的油量损耗。

进一步，所述的换向器件为换向阀，所述换向阀用于闭式液压油路的换向，所述的换向阀包括四个口，其中两个口分别与进油管路和回油管路连通，另外两个口分别与第一油路和第二油路连通。

有益效果：换向阀用于闭式液压油路的换向，以第一油路连通油缸的无杆腔，第二油路连通油缸的有杆腔为例，当换向阀的两个口连通进油管路和第一油路，另外两个口连通了回油管路和第二油路时，油缸的无杆腔进油，有杆腔出油，反之，当换向阀的两个口连通进油管路和第二油路，另外两个口连通了回油管路和第一油路时，油缸的无杆腔出油，有杆腔进油，实现液压油路的换向。液压系统就可以轮流控制油缸执行不同的动作，并实现调压调速的闭环控制。

进一步，还包括从传感器，从传感器用于获取能够反映锁模油缸活塞推力的压力信息，控制子系统用于根据压力信息调整控制指令。

有益效果：通过从传感器获取压力信息，控制子系统根据压力信息对控制指令进行调整，压力信息是指能够反映油缸活塞推力的信息，例如油缸的有杆腔和无杆腔的压力信息，根据压力信息对控制指令进行调整，可进一步提高液压驱动控制的控制精度。

进一步，所述的控制子系统采用全数字PID运动控制算法进行控制。

有益效果：采用全数字PID运动控制算法，由于是通过数字信号进行控制的，与模拟信号相比，抗干扰能力强，响应速度快，提高控制精度，并且本案是采用PID运动控制算法控制的，从而可实现实时闭环修正，提高驱动控制的控制精度。

进一步，预先设置起步阶段的终点位置和终点速度，运行阶段的终点位置和终点速度，以及尾端阶段的终点停止位置，控制子系统用于根据起步阶段中的终点位置和终点速度，运行阶段的终点位置和终点速度，尾端阶段的终点位置，以及移动信息，自动生成平滑的连续速度曲线，控制子系统根据连续速度曲线生成控制指令，通过控制指令对电机进行控制。

有益效果：根据平滑的连续速度曲线生成控制指令进行控制，有效提高了机械运动的运动平稳性，减少机械冲击，延长设备寿命。

进一步，控制子系统还用于在尾端阶段采用位置闭环算法，通过主传感器实时检测移动信息以及根据连续速度曲线的速度变化，生成减速曲线，并根据实时检测到的压力信息闭环调整控制指令。

有益效果：在尾端阶段采用位置闭环算法，实时检测移动信息和压力信息，并根据连续速度曲线的速度变化生成减速曲线，从而使停止位置准确且无冲击，减少甚至避免出现撞击负载的情况。

附图说明

图1为一种闭式油路的注塑机锁模液压系统实施例中闭式油路的示意图；

图2为一种闭式油路的注塑机锁模液压系统实施例的装配示意图；

图3为一种闭式油路的注塑机锁模液压系统实施例的逻辑框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：油泵101、换向阀102、锁模油缸103、溢流阀104、单向阀105、液压储能器106、冷却器107、电机108、主传感器200、从传感器201、进油管路301、第一油路302、第二油路303、第一回油管路304、液压储能管路309、第二回油管路310、第三回油管路311。

实施例

本实施例闭式油路的注塑机锁模液压系统，如图1和图2所示，包括锁模机构，锁模机构包括锁模油缸103，锁模油缸103包括第一油口和第二油口，还包括油泵101、用于驱动油泵的电机108和控制子系统，油泵101包括出油口和吸油口，本实施例中油泵101采用定量泵，油泵101为齿轮泵、螺杆泵、柱塞泵、叶片泵等泵中的一种，在本实施例中，油泵101为齿轮泵。

还包括换向器件，本实施例中，换向器件为换向阀102，换向阀102用于闭式液压油路的换向，换向阀102包括四个口，其中两个口分别与进油管路301和回油管路连通，另外两个口分别与第一油路302和第二油路303连通。

油泵101的出油口和换向器件之间通过进油管路301连通，换向器件和锁模油缸103的第一油口之间通过第一油路302连通，锁模油缸103的第二油口和换向器件之间通过第二油路303连通，换向器件和油泵101的吸油口之间通过回油管路连通。具体的，将换向阀102的四个口分别定义为P端接口、T端接口、A端接口和B端接口，油泵101的出油口和P端接口之间通过进油管路301连通，A端接口和锁模油缸103的第一油口之间通过第一油路302连通，锁模油缸103的第二油口和B端接口之间通过第二油路303连通，T端接口和油泵101的吸油口之间通过回油管路连通。油泵101、进油管路301、换向器件、第一油路302、锁模油缸103、第二油路303和回油管路形成闭式液压油路。

回油管路上设有冷却器107，冷却器107用于对液压油进行冷却，从而维持闭式油路的热量平衡，使闭式油路中液压油的油温始终保持在工艺要求的范围内。回油管路包括第一回油管路304、第二回油管路310和第三回油管路311，进油管路301和第一回油管路304之间设有溢流管路和负压补偿管路，溢流管路上设有供进油管路301向回油管路单向导通的溢流阀104，负压补偿管路上设有供第一回油管路304向进油管路301单向导通的单向阀105。在冷却器107与换向器件之间的回油管路上设置有液压储能管路309，液压储能管路309上设置有液压储能器106，液压储能器106用于存储和释放液压油，实现闭式油路的储油和补油。

还包括电机108和驱动器，在本实施例中，电机108选用同步伺服电机，同步伺服电机与油泵101传动连接，驱动器与同步伺服电机电连接，驱动器用于接收控制子系统的指令控制同步伺服电机运行，同步伺服电机用于驱动油泵101。

具体使用时：当需要推动活塞向左(以图1所示为例)运动时，驱动器控制同步伺服电机运行，同步伺服电机驱动油泵101，油泵101泵出的液压油进入进油管路301，进油管路301内的液压油通过P端接口进入换向器件，换向器件内的液压油通过A端接口进入第一油路302，第一油路302内的液压油通过第一油口进入锁模油缸103的无杆腔，无杆腔内的液压油推动活塞向有杆腔移动。随着活塞的移动，有杆腔内的液压油通过第二油口进入第二油路303，第二油路303内的液压油通过B端接口进入换向器件，换向器件内的液压油通过T端接口进入第一回油管路304，流经第二回油管路310，第二回油管路310内的液压油经过冷却器107冷却后经过第三回油管路311，从吸油口回到油泵101。

反之，当活塞向右侧运动时，驱动器控制同步伺服电机运行，同步伺服电机驱动油泵101，油泵101泵出的液压油进入进油管路301，进油管路301内的液压油通过P端接口进入换向器件，换向器件内的液压油通过B端接口进入第二油路303，第二油路303内的液压油通过第二油口进入锁模油缸103的有杆腔，有杆腔内的液压油推动活塞向无杆腔移动。随着活塞的移动，无杆腔内的液压油通过第一油口进入第一油路302，第一油路302内的液压油通过A端接口进入换向器件，换向器件内的液压油通过T端接口进入第一回油管路304，流经第二回油管路310，第二回油管路310内的液压油经过冷却器107冷却后经过第三回油管路311，从吸油口回到油泵101。

合模时，活塞移动一定行程时，因为有杆腔回油量要小于推动活塞所需要的油量，吸油口不足的油量由液压储能器106提供，液压储能器106的液压油被释放出来经过液压储能管路309、第二回油管路310、冷却器107、第三回油管路311补偿给油泵101的吸油口。反之，开模动作时，由于无杆腔回油量大于有杆腔的进油油量，油泵101不需要的多余油量被液压储能器106吸收。正常使用过程中，由于进油管路301压力未超额定压力，即不出现泄压失速等特殊情况，溢流阀104和单向阀105均不起作用。

当换向阀102进行换向的瞬间以及出现超过额定压力负载的冲击载荷时，造成进油管路301中压力过高，超过溢流阀104预先设定的保压压力值时，在压力作用下，溢流阀104自动高速导通，使得进油管路301中过多的液压油进入第一回油管路304中，进油管路301中压力被瞬间释放，通过第一回油管路304到液压储能管路309并进入到液压储能器106中，进行临时储能。当进油管路301中压力低于溢流阀104预先设定的保护压力值时，溢流管路自动切断。使闭式液压油路具备抗冲击载荷功能，并保护液压系统平稳运作。也同时避免压力脉动异常导致控制子系统出现超调。

当液压油在推动活塞运动的过程中突然产生负向负载，例如注塑机中进行开模泄压时曲肘被瞬间弹开力推动，导致活塞杆带动活塞运动失速，此时进油管路301产生负压，即回油管路的压力大于进油管路301的压力，单向阀105瞬间导通，回油管路及液压储能器106中的液压油流向进油管路301，及时对进油管路301进行负压补油，避免因活塞杆运动失速产生的负压，导致油泵101、电机108等失速出现损坏液压元件的现象。同时也能避免因活塞杆带动活塞运动失速导致进油管路301瞬间断油，而使活塞及活塞杆发生抖动影响平稳性的情况。

本实施例中，还包括主传感器200，主传感器200用于获取能够反映负载移动情况的移动信息，主传感器200获取的移动信息为锁模油缸103内活塞杆的移动信息和/或活塞杆连接的负载的移动信息，本实施例优选为锁模油缸103内活塞杆的移动信息。主传感器200可选用内置式位移传感器、外置式位移传感器、旋转式传感器中的一种，在本实施例中，主传感器200为外置式的磁致线性位移传感器。具体的，主传感器200包括电子室、波导尺和活动磁环，电子室与波导尺连接，活动磁环套接在波导尺上，安装时，电子室安装在注塑机锁模尾板上，波导尺与锁模油缸103相对固定，活动磁环通过连接杆与活塞杆同步运动，主传感器200获取的移动信息为锁模油缸103内活塞杆的移动信息。在其他实施例中，主传感器200为内置式的磁致线性位移传感器，电子室与锁模油缸103缸体外侧固定连接，波导尺与锁模油缸103缸体的外侧平行，活动磁环与活塞杆连接，即当活塞杆移动时，活动磁环随活塞杆在波导管上移动。在另一实施例中，活塞杆连接齿条，活塞杆移动带动齿条运动，齿条运动时带动齿轮驱动旋转编码器，直线运动转换为旋转运动，获得角度信息，并通过转动信息获得直线移动位置和速度。

还包括从传感器201，从传感器201用于获取能够反映锁模油缸103活塞推力的压力信息，从传感器201获取的压力信息包括锁模油缸103的进油压力信息，或者进油压力信息与回油压力信息，本实施例优选进油压力信息与回油压力信息。可根据需求选择从传感器201的数量和不同安装位置，在本实施例中，从传感器201的数量为两个，从传感器201分别安装在进油管路301和第一回油管路304上，具体的，两从传感器201的感应端分别安装在进油管路301与换向阀102的P端接口的连通处，以及第一回油管路304与换向阀102的T端接口的连通处，分别用于对换向阀102的P端接口和T端接口的压力进行检测，从而反映锁模油缸103的进油压力信息与回油压力信息。在其他实施例中，从传感器201的数量为一个，从传感器201为压力传感器，从传感器201安装在进油管路301上。具体的，从传感器201包括感应端，感应端安装在进油管路301与换向阀102的P端接口的连通处，用于对换向阀102的P端接口的压力进行检测，从而反映锁模油缸103的进油压力信息。

还包括控制子系统，如附图3所示，控制子系统分别与主传感器200、从传感器201、驱动器信号连接，控制子系统用于根据移动信息生成控制指令，并将控制指令发送给驱动器，通过驱动器对同步伺服电机进行实时闭环控制，控制子系统还用于根据压力信息调整控制指令。具体的，控制子系统采用全数字PID运动控制算法进行控制，预先设置起步阶段的终点位置和终点速度，运行阶段的终点位置和终点速度，以及尾端阶段的终点停止位置，控制子系统用于根据起步阶段中的终点位置和终点速度，运行阶段的终点位置和终点速度，尾端阶段的终点位置，以及移动信息，自动生成平滑的连续速度曲线，连续速度曲线的斜率不能超过驱动控制系统的最大加速度。控制子系统根据连续速度曲线生成控制指令，通过控制指令对同步伺服电机进行控制，以保证控制过程运行平稳连续无冲击，有效提高了机械运动的运动平稳性，减少机械冲击。控制子系统还用于在尾端阶段采用位置闭环算法，通过主传感器200实时检测移动信息以及根据连续速度曲线的速度变化，生成减速曲线，并根据实时检测到的压力信息闭环调整控制指令，从而使停止位置准确且无冲击。通过提高锁模油缸103控制负载运动的控制精度，减少甚至避免出现撞击负载的情况。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种闭式油路的注塑机锁模液压系统，包括锁模机构，所述锁模机构包括锁模油缸，所述锁模油缸包括第一油口和第二油口，还包括油泵、用于驱动油泵的电机和控制子系统，所述油泵包括出油口和吸油口，其特征在于，还包括换向器件，所述油泵的出油口和换向器件之间通过进油管路连通，所述换向器件和锁模油缸的第一油口之间通过第一油路连通，锁模油缸的第二油口和换向器件之间通过第二油路连通，所述换向器件和油泵的吸油口之间通过回油管路连通，油泵、进油管路、换向器件、第一油路、锁模油缸、第二油路和回油管路形成闭式液压油路，还包括主传感器，所述主传感器用于获取能够反映负载移动情况的移动信息，控制子系统根据移动信息生成控制指令对电机进行实时闭环控制。

2.根据权利要求1所述的闭式油路的注塑机锁模液压系统，其特征在于：进油管路和回油管路之间设置有溢流管路，溢流管路上设置有溢流阀。

3.根据权利要求1所述的闭式油路的注塑机锁模液压系统，其特征在于：还包括冷却器，所述冷却器设置在所述回油管路上。

4.根据权利要求3所述的闭式油路的注塑机锁模液压系统，其特征在于：进油管路和回油管路之间还设有负压补偿管路，在所述负压补偿管路上设置有单向阀。

5.根据权利要求4所述的闭式油路的注塑机锁模液压系统，其特征在于：还包括液压储能器，所述液压储能器设置在冷却器与换向器件之间的回油管路上。

6.根据权利要求1所述的闭式油路的注塑机锁模液压系统，其特征在于：所述的换向器件为换向阀，所述换向阀用于闭式液压油路的换向，所述的换向阀包括四个口，其中两个口分别与进油管路和回油管路连通，另外两个口分别与第一油路和第二油路连通。

7.根据权利要求1所述的闭式油路的注塑机锁模液压系统，其特征在于：还包括从传感器，从传感器用于获取能够反映锁模油缸活塞推力的压力信息，控制子系统用于根据压力信息调整控制指令。

8.根据权利要求1或7所述的闭式油路的注塑机锁模液压系统，其特征在于：所述的控制子系统采用全数字PID运动控制算法进行控制。

9.根据权利要求8所述的闭式油路的注塑机锁模液压系统，其特征在于：预先设置起步阶段的终点位置和终点速度，运行阶段的终点位置和终点速度，以及尾端阶段的终点停止位置，控制子系统用于根据起步阶段中的终点位置和终点速度，运行阶段的终点位置和终点速度，尾端阶段的终点位置，以及移动信息，自动生成平滑的连续速度曲线，控制子系统根据连续速度曲线生成控制指令，通过控制指令对电机进行控制。

10.根据权利要求9所述的闭式油路的注塑机锁模液压系统，其特征在于：控制子系统还用于在尾端阶段采用位置闭环算法，通过主传感器实时检测移动信息以及根据连续速度曲线的速度变化，生成减速曲线，并根据实时检测到的压力信息闭环调整控制指令。

Images