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深圳立式注塑机之立式注塑机用负载敏感变量泵控制系统

时间:2016-02-23来源:今塑机械浏览次数:

立式注塑机液压系统在工作循环中不断地变换速度和压力,是典型的多级流量压力控制系统。目前国产设备中很多采用定量泵+比例流量/压力复合阀的控制方式,存在较多的节流与溢流损失,功率损耗较大。深圳立式注塑机工厂针对该情况,研究立式注塑机用负载敏感变量泵控制系统,采用MATLAB/SIMULINK软件进行仿真,探讨三种工作情况下的响应时间、调整时间、响应速度、节能效果等。
1.负载敏感变量泵控制系统工作原理
负载敏感变量泵控制系统工作原理图。该控制系统主要由变量泵、比例节流阀、比例压力阀、负载敏感阀、加载节流阀、两个杠杆柱塞和几个阻尼孔组成。流量由串连在泵供油管路上的比例节流阀调节,节流阀压差由阀端部的可调弹簧选择。由于动力源能保持节流阀两端的压差一定,所以供油量稳定。同时,因为采用负载压力作为控制信号,所以供油压力也能适应负载要求。
流量阀开口量、压力阀调压弹簧力变化、外负载变化都会引起杠杆运动,而引起负载敏感阀阀芯的运动,阀芯位移会引起泵偏心量改变,又引起流量和压力变化,压力、流量、阀的位移变化相互作用,构成一个负反馈过程,当它们达到平衡时,系统就会在稳定状态下工作。通过分别调节输入比例流量阀、比例压力阀的电流,可以得到相应的流量和压力。因此,这种系统具有流量、压力同时适应的功能。
2.负载敏感变量泵控制系统的仿真
在对系统采用功率键合图建模后,采用MATLAB软件进行仿真。在本系统中,要调节的参变量有:压力阀的输入电流(相当于立式注塑机所需压力变化)、加载节流阀的过流面积(相当于立式注塑机负载所需流量变化)。
部分仿真情况如下。
(1)输入电流信号和加载节流阀过流面积均为恒值,相当于立式注塑机液压系统的负载没有变化的情况。
以立式注塑机合模过程(负载所需压力和流量均为恒值)为例,压力阀输入一恒定电流值,加载节流阀过流面积为一恒定值。启动仿真系统,得到仿真曲线。可见,泵出口处的流量和压力随着负载所需的压力和流量的变化而变化,上升时间约为0.15s,调整时间约为0.5s。
(2)输入电流信号和加载节流阀过流面积均为阶跃信号,即立式注塑机液压系统负载所需压力和流量都有瞬时变化的情况。
以立式注塑机射台进动作完成0.5s后进行注塑(负载所需压力增大而所需流量减小)为例,压力阀输入信号为电流阶跃(正阶跃),加载节流阀过流面积为负阶跃。设定阶跃信号开始时间为0.5s。启动仿真系统,得到仿真曲线。该种情况下,负载所需压力和流量在0.5s时均有变化,可见,泵出口处的流量和压力随负载所需压力和流量的变化在0.5s时开始变化,并且响应速度较快,适应了负载所需流量和压力均有变化的情况。
(3)输入电流信号为恒定值,加载节流阀过流面积为阶跃信号,即负载所需压力不变而所需流量瞬时变化。
以立式注塑机射料0.5s完成后进行保压为例。压力阀输入恒定电流值,加载节流阀过流面积为负阶跃。设定阶跃信号开始时间为0.5s,启动仿真系统,得到仿真曲线。变量泵出口处的压力随着负载所需的压力没有较大变化,泵出口处的流量随着负载所需的流量在0.5s处迅速下降,下降时间约为0.15s,响应速度较快,适应负载所需压力不变而流量迅速变化的情况。
3.系统仿真结果分析
由三种形式输入信号的响应曲线来看,泵输出的流量和压力随着负载所需的流量和压力而变化,上升时间约为0.05~0.1s,调整时间约为0.2~0.5s。当0.5s处输入阶跃信号后,系统响应速度较快。经过计算,与PQ阀(定量泵+比例流量/压力复合阀)控制系统相比,仅注塑过程中的保压这一个环节就可以节能约30%。
4.小结
最后,深圳立式注塑机工厂指出本文中负载敏感变量泵控制系统采用流量-压力复合调节的控制方式,响应快且效率高于传统控制方式。用MATLAB/SIMULINK软件对液压系统进行控制特性仿真,组建模块时使用原始数学方程式,省去大量编程工作,并且可以清楚地观察到系统中各个元件的工作参数以及动态特性,为液压系统的设计和检验提供方便。

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