比例變量泵在注塑機上的系統構成與工作原理
(1)常規的注塑機比例控制系統。目前,國產注塑機的液壓控制系統絕大數采用定量泵十比例流量/壓力復合閥(P-Q閥)的控制方式,其系統構成原理如圖35所示。系統工作時,通過注塑機電控系統輸出的模擬壓力和流量控制信號,可實現系統的壓力、流量的連續以及按比例控制。P-Q閥系統由于滿足了注塑機開合模速度、注射速度、螺桿轉速、注射壓力、保壓壓力、螺桿扭矩、頂出力等動作的控制要求,改善了傳統注塑機采用普通泵+節流閥+溢流閥系統時只有幾級速度與壓力控制的狀態,因而在注塑機液壓系統中得到十分廣泛的應用。這種控制方式自20世紀80年代以來,一直沿用。
然而,普通定量泵+P-Q比例閥的控制系統雖然滿足了注塑機控制要求,保證了注塑成形工藝的穩定性和重復性。但由于系統工作時存在較多的節流損失與溢流損失,因而功率損耗較大,特別是對于一些保壓壓力較高,保壓時間長的制品,表現更為明顯。注塑成形工藝中,保壓時間有時達15~20s,普通P-Q系統的功率損失相當大。
(2)新型的比例變量泵系統。
1)比例變量泵的系統構成。圖36是應用了比例變量泵系統的注塑機液壓原理圖,這一系統改變了常規的比例控制方法,由定量泵+P-Q比例閥系統轉變為比例變量泵系統,其核心的控制元件采用了兼具比例壓力、比例流量、負載壓力反饋等多種復合控制功能的負載敏感型比例變量柱塞泵。
2)比例變量泵的結構和工作原理。圖37所示為負載敏感型比例變量柱塞泵的結構圖(以日本YUKEN公司油泵為例)。由圖37可見,整個比例變量泵由斜盤式變量柱塞泵、比例先導溢流閥、比例先導節流閥、壓力反饋閥、流量反饋閥、手動壓力調整機構、手動流量調整機構等部分組成。系統工作時,通過改變I1、I2兩個電信號,對比例變量泵的排量參數(斜盤傾角)進行控制和調整,就可向系統提供驅動負載所需要的壓力和流量。其工作原理是:當系統處于流量控制狀態時,首先給比例變量泵上的比例先導溢流閥輸入一個電信號I1,由負載決定的系統工作壓力,在比例溢流閥設定的壓力范圍內變化時,比例先導溢流閥能可靠地關閉,液壓泵出口壓力與負載保持一定的壓差△P,在最高限壓范圍內能適應負載的變化,系統處于流量調節狀態。
比例先導節流閥隨給定電信號I2的不同,改變相應的開口,在進出口壓差確定的情況下,其輸出流量只與I2有關(在液壓油溫保持穩定的情況下),不受負載變化或液壓泵馬達轉速波動的影響。
對于特定的控制信號I2,若比例先導節流閥進出口壓差不變,表示液壓泵輸出的流量與輸入信號相對應。而當負載壓力變化時,可能會有兩種情況:①比例先導節流閥口兩端壓差減小,說明液壓泵的輸出流量低于輸入電信號的對應值,這時系統壓力會通過壓力、流量反饋閥反饋給變量機構,變量柱塞泵斜盤傾角隨之變大,液壓泵輸出排量自動增加;②比例先導節流閥口兩端壓差增大,說明液壓泵的輸出流量高于輸入電信號的對應值,這時系統壓力同樣會反饋給變量機構,變量柱塞泵斜盤傾角隨之變小,液壓泵輸出排量自動減少。
當系統進入壓力控制狀態時,給比例先導節流閥輸入一個電信號,保證液壓泵有一定的流量輸出。此時,通過改變比例先導溢流閥的控制信號I1,就可得到與之成比例的液壓泵輸出壓力。在這種狀態下,變量柱塞泵的斜盤傾角很小,液壓泵輸出的流量很小,只保證形成保壓壓力的需要。