液压系统

第四章注塑机液压控制系统

第一节概述

注塑机的液压控制系统简称液压系统，是注塑机的重要组成部分。注塑机液压系统的性能如稳定性、可靠性、重复精度、响应时间、节能效果、噪声等都将直接影响注塑机的性能以及注塑生产的成本和工作环境。目前，注塑机的液压系统正朝着高控制精度、高响应速度、闭环控制、低噪声、节能化方向发展。

一．注塑机液压系统的特点

1．在注塑机的一个工作循环中经过了合模慢——快——慢——低压保护——高压锁模——注射座前进——多级注射——多级保压——预塑——注射座退——冷却——开模慢——快——慢——顶出——顶退等动作，这其中每一个动作都要求液压系统的压力、流量值可以有不同的设置，也就是说注塑机工作循环的每一个动作甚至是在一个动作中的不同位置，需要液压系统提供的压力、流量值都是不同的。

2．我们知道液压系统中执行元件的输入功率等于系统给它提供的压力和流量的乘积，这也就是说注塑机各执行元件工作时所需的功率各不相同。所以让液压系统做到实时输出与各动作所需相匹配的功率，就是各种节能型注塑机比普通注塑机节能的根本所在。

二．注塑机液压系统的组成

注塑机的液压系统同样是由动力元件、控制元件、执行元件、辅助元件组成。

1．动力元件是实现将机械能转化成液压能的元件，即在电动机驱动下的各种液压泵。在注塑机液压系统中常用的液压泵是叶片泵、柱塞泵、齿轮泵等。

2．控制元件是在液压系统中用来控制系统压力、流量和液流方向的元件，即液压控制阀，分为压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。注塑机中常用的有：

压力控制阀溢流阀、减压阀、电磁溢流阀、比例压力阀等

流量控制阀节流阀、比例流量阀等

方向控制阀单向阀、电磁换向阀、电液换向阀、凸轮行程换向阀、比例换向阀等

近年来随着液压控制技术的发展，一些注塑机专用的伺服比例阀、伺服阀等已开始在国内的注塑机上应用。

3．执行元件是液压系统中将液压能转化成机械能的元件。在注塑机中常用的执行元件有各种油缸、摆线液压马达、径向柱塞液压马达等。

4．辅助元件是在液压系统中起辅助作用的元件。常用的有滤油器、油箱、液位计、冷却器、空气滤清器、管件、密封件、蓄能器等。

第二节注塑机常用液压元件

一．动力元件——液压泵

液压泵是将电动机的机械能转换成液压能的能量转换装置。它是通过使封闭容积发生变化来工作的，在吸油侧产生一个逐渐增大的容积而在排油侧产生一个逐渐减小的容积。不同类型的泵实现容积变化的方法各不相同，按结构形式可以分为叶片泵、柱塞泵、和齿轮泵三大类。液压泵按其在单位时间内所能输出油液体积能否调节而分为定量泵和变量泵两类。

液压泵的排量：液压泵主轴转一周排出的液体体积。

液压泵的理论流量：液压泵在单位时间内排出的液体体积。

q ——理论流量, 单位为 L/min

V ——排量，单位为 ml/r

n ——转速，单位为 r/min

液压泵的容积效率：由于构成液压泵的各相邻零件之间存在着间隙，不可避免地要产生泄漏，而且液压泵输油油压越高，间隙的泄漏量就越大。因此，液压泵工作时实际流量比理论流量要低。实际流量与理论流量之比，称液压的泵的容积效率。

η——容积效率

q 实——实际流量

q 理——实际流量

液压泵的输出功率：

P =△p q / 60

P ——液压功率，单位为 KW

q ——泵的流量，单位为 L/min

△p ——泵的进出口压差，单位为 MPa

通常，泵的进口压力近似为零，故在很多情况下，泵的进出口压差可用其出口压力来替代。 液压泵的理论转矩：

T ——理论转矩， 单位为 Nm

△p ——泵的进出口压差，单位为 MPa

V ——排量，单位为 ml/r

1． 叶片泵

注塑机液压系统常用的叶片泵为双作用式定量叶片泵。它是依靠叶片间的容积变化来实现吸油和压油的。具有输出流量均匀、噪声小、主轴径向受力均匀、寿命长等优点。 q= nV 1000

η= q 实 q 理 T= △p V 2π

工作原理如图所示，转子在定子圈内由驱动轴驱驶顺时针转动，驱动轴与电动机相联。随着转子转动，叶片的离心力加上叶片底部来自出油口的压力使叶片紧贴定子圈内表面。当叶片通过定子圈的进油口段时，叶片的径向运动和转子的转动造成叶片间与定子圈内表面和转子圆柱面所围成的一个封闭容腔体积逐渐增大，这就产生了一个低压条件，允许大气压力迫使液压油进入容腔，油液被密封在叶片间通过一个密封的区域输送到定子圈出口段。当接近出口段时，容腔体积逐渐减小，油液被压出，进入系统。转子旋转一周，叶片在转子槽内往复运动两次，完成两次吸排油，故称双作用叶片泵。各叶片泵制造公司的产品在叶片结构上会有所不同，大体上有子母叶片结构、柱销叶片结构和双叶片结构三种结构形式。在一个泵体内安装两套泵芯（由定子、转子、配油盘组成），由一根驱动轴驱动两个泵芯，泵有共同的吸油口，两个泵芯各自有独立的出油口，这就构成了双联叶片泵。下图为单联叶片泵和双联叶片泵的结构图。

2．柱塞泵

柱塞泵是用柱塞和缸体柱塞孔作为主要工作构件。柱塞在缸体柱塞孔中作往复运动，由柱塞与柱塞孔组成的密闭容腔发生容积变化来实现吸油压油的。根据柱塞的排列位置，柱塞泵在结构上可分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵，二者都有定量型和变量型。轴向柱塞泵中的柱塞是轴向排列的，当缸体轴线和传动轴轴线重合时，称为斜盘式轴向柱塞泵；当缸体轴线和传动轴轴线不在一条直线上，而成一个夹角时，称为斜轴式轴向柱塞泵。轴向柱塞泵具有结构紧凑，工作压力高，容易实现变量等优点。目前注塑机上常用的是斜盘式轴向柱塞泵。

斜盘式轴向柱塞泵的柱塞装在柱塞泵缸体中，沿轴向圆周均匀分布。柱塞端部带有滑靴，由弹簧通过滑靴压板将其压在斜盘上，同时在弹簧力和工作油压力作用下，缸体与配流盘被压紧。配流盘上有两个腰形配流窗口，一个与泵壳体的吸油口相连，称进油窗口；另一个与泵壳体的出油口相连，称排油窗口。当工作时，传动轴带动缸体转动。由于斜盘具有倾角，当缸体转动时，滑靴沿斜盘滑动，使柱塞在缸体的柱塞孔内作往复运动，当柱塞被拉出时掠过进油窗口，当柱塞被压入时掠过排油窗口，完成吸油排油过程。轴向柱塞泵的排量取决于柱塞的尺寸与数量以及行程。行程取决于斜盘倾角。通过调节斜盘倾角就可以使泵的输出流量连续地改变。近些年来一种电—液比例负载敏感控制型变量柱塞泵在注塑机上广泛应用起来。它是变量柱塞泵与比例压力、比例流量阀一起构成的。变量柱塞泵通过比例阀对压力、流量进行控制，与负载匹配，追随负载的变化提供系统所需压力和流量，因此功率消耗小，节能。下图为柱塞泵的结构图。