中大型注塑機(jī)液控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

中大型注塑機(jī)液控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的液壓閥主要為滑動(dòng)閥結(jié)構(gòu)，傳壓能力小，閥芯尺寸大，變換時(shí)間長(zhǎng)，換向影響大，不適應(yīng)大型中、大型注塑機(jī)對(duì)高壓大流量的要求。自20世紀(jì)70年代以來,二通插裝閥(以下稱插裝閥)發(fā)展和應(yīng)用日益廣泛,主要是因?yàn)椴逖b閥比傳統(tǒng)閥有許多優(yōu)點(diǎn):液阻小,流量大,壓力高,響應(yīng)快,泄漏小,靜動(dòng)態(tài)特性好等。目前,以二通插裝閥為核心元件的液壓系統(tǒng),在中大型注塑機(jī)中應(yīng)用廣泛。在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,如何正確選用插裝閥及配置其參數(shù),是設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。特殊場(chǎng)合下,當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)插裝閥不能滿足系統(tǒng)工作需要時(shí),可將插裝閥改造后使用。下面以注塑機(jī)注射預(yù)塑控制模塊為例,試述插裝閥的選型及不能滿足要求時(shí)的改進(jìn)設(shè)計(jì)。1功能模塊設(shè)計(jì)注塑機(jī)液控系統(tǒng)是由泵系統(tǒng)主油路和各控制油路系統(tǒng)組成的。主油路系統(tǒng)中主要由壓力閥和流量閥組成的功能模塊系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)壓力、流量進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)。注塑機(jī)的功能模塊主要有:系統(tǒng)壓力流量模塊、注射預(yù)塑控制模塊、合?？刂颇K、頂出中子控制模塊等。下面以合模力2000t的注塑機(jī)注射預(yù)塑控制模塊為例,說明各插裝閥的選型方法。1.1注射預(yù)塑控制如油路圖(圖1)所示,當(dāng)V13的9DT得電時(shí),注射座前進(jìn),噴嘴抵住模具澆口,即可開始注射。2DT、3DT同時(shí)得電時(shí),V1、V3開啟,壓力油自注射油缸有桿腔進(jìn)入,無桿腔油液回油箱,即可進(jìn)行注射和保壓。保壓結(jié)束后,若要泄壓,可使5DT得電,高壓油經(jīng)V9與系統(tǒng)壓力同步下降。2DT、4DT得電時(shí),V5開啟,預(yù)塑馬達(dá)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行儲(chǔ)料,螺桿在熔料反作用力作用下后退,系統(tǒng)的回油經(jīng)V1流入注射油缸無桿腔,實(shí)現(xiàn)補(bǔ)油,而有桿腔油就經(jīng)V4至系統(tǒng)回油中,保證預(yù)塑的同時(shí),螺桿能后退。預(yù)塑的背壓通過V10來控制,V10的開口度依6DT信號(hào)值的大小按比例打開,即可實(shí)現(xiàn)比例背壓調(diào)節(jié)。若要求零背壓,可使7DT得電,打開V11來實(shí)現(xiàn)。注射、保壓、預(yù)塑過程中,9DT需持續(xù)通電,使噴嘴緊抵模具澆口,防止漏料。1DT得電時(shí),V2開啟,壓力油自注射油缸無桿腔進(jìn)入,有桿腔油液經(jīng)V4回油箱,即可進(jìn)行射退動(dòng)作。8DT得電時(shí),注射座后退。1.2圖紙和工作流中的操作順序注塑預(yù)塑控制模塊油路圖及工作程序,詳見圖1,表1所示。2插裝閥的選擇2.1插裝閥的結(jié)構(gòu)插裝閥由插件和蓋板兩大部件組成。插件包括閥芯、閥套、彈簧和密封件等,其作用是控制流道的通斷、流量的大小、壓力的高低。插件有多種面積比、多種類型可供選擇。蓋板是插裝閥的主要元件,其中裝有先導(dǎo)閥和節(jié)流阻尼孔等,插裝閥就是通過各種控制蓋板來達(dá)到方向、壓力、流量等的控制。插裝閥安裝在不同的油路塊中,便可構(gòu)成各種不同的油路。通常將插裝閥分為方向功能、壓力功能和流量功能三大類。方向功能插裝閥可包含單向閥功能、換向閥功能等。壓力功能插裝閥可包含溢流閥功能、順序閥功能及減壓閥功能等。流量功能插裝閥可包含節(jié)流閥功能、調(diào)速閥功能、溢流節(jié)流閥功能等。插裝閥可以較方便地加入比例控制組件,得到比例壓力控制、比例流量控制。如圖2所示,插裝閥由:A為正向(底面),B為側(cè)向,C為控制腔,A,B,C分別表示三個(gè)工作腔,有效工作面積為A流經(jīng)插裝閥的油液,可以從A口流向B口,也可以從B口流向A口,但性能上有較大的不同。A腔與C腔的有效面積比稱為插裝閥的面積比,以伊頓—威格士為例,方向功能插件面積比有:1:1、1:1.05、1:1.1、1:1.6、1:2等。當(dāng)面積比比較大時(shí),如1:1、1:1.05和1:1.1,A腔具有較大的工作面積,A到B的流通能力大,開啟壓力小,而B到A流動(dòng),B的工作腔面積小,流通能力小,開啟壓力高。這種大面積比的插裝閥適宜從A到B的流動(dòng),而不適宜于B到A的流動(dòng),一般把這種插件稱為AA2.2插裝閥的密封合模力2000t的注塑機(jī),系統(tǒng)流量約1000L/min,注射時(shí),注射油缸無桿腔回油量約1300L/min,因此選公稱通徑NG50的插裝閥,它的額定流量為1700L/min。從注射預(yù)塑控制模塊的工作過程可知,V1、V2、V3和V5起油液流通開關(guān)的作用,應(yīng)選方向功能插裝閥,而V4有控制背壓的要求,必須選壓力功能插裝閥。選擇流動(dòng)方向時(shí),還需考慮閥的泄漏問題。插裝閥靠錐面密封,泄漏量遠(yuǎn)較滑閥的間隙密封小。必須注意的是,插裝閥的密封與控制方式有關(guān)。如果控制油從A口引出,閥芯關(guān)閉時(shí),A口到B口之間基本是線密封,幾乎無直接泄漏,但B與C之間是滑閥間隙密封,即存在A到C再到B的泄漏。如果控制油從B口引出,B與C之間雖是滑閥間隙密封,但間隙兩側(cè)壓力相等,則避免了B與C之間的內(nèi)泄漏。采用外控方式時(shí),主油口A和B之間的泄漏可以避免。但控制壓力PC大于PB時(shí),C腔向B腔有泄漏,必須考慮泄漏對(duì)系統(tǒng)的影響。注射預(yù)塑控制模塊中,V1插件,因?yàn)橐骖橝到B(注射回油)和B到A(預(yù)塑補(bǔ)油)的雙向流動(dòng),應(yīng)選B2.3控制方法的選擇2.3.1實(shí)際閥芯關(guān)閉時(shí)閥芯不能保持有效C腔控制油直接引自A腔或B腔,不需要外部控制油即可自鎖。但是插件在開啟狀態(tài)需要關(guān)閉時(shí),C腔的壓力與A或B的壓力基本一致,不能保證主閥上下形成有效的壓力差,閥芯關(guān)閉要靠彈簧,速度較慢,甚至影響系統(tǒng)運(yùn)行。2.3.2主閥芯沒有自鎖能力C腔控制油取自插裝閥的外部,控制壓力高于閥的工作腔壓力,使主閥芯上下形成有效壓差,閥關(guān)閉快速嚴(yán)密。但是主閥沒有自鎖能力,當(dāng)主油路壓力瞬間升高時(shí),可能造成閥芯錯(cuò)誤開啟。需要單設(shè)的外部控制油源。2.3.3內(nèi)部和外部混合控制C腔控制油取自插裝閥的內(nèi)部及外部,通過梭閥選取壓力高者,這種控制方式兼有上面的優(yōu)缺點(diǎn)。因注射預(yù)塑控制模塊的方向功能插裝閥均選用B2.4開啟壓力的影響插件彈簧的作用,是使插件在起始狀態(tài)有一個(gè)預(yù)壓力,閥芯處于關(guān)閉狀態(tài)。一般有四種規(guī)格的彈簧可供選擇,開啟壓力分別是0.05MPa、0.1MPa、0.2MPa和0.4MPa。彈簧選配的基本原則是,在保證插件可靠關(guān)閉的前提下盡可能選用開啟壓力較低的彈簧,以降低流道內(nèi)的阻力。因插件在制造安裝中的偏差和系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的需要,彈簧在插裝閥集成塊試驗(yàn)時(shí)要根據(jù)插件的運(yùn)行情況加以適當(dāng)調(diào)整。2.5控制腔排油過快蓋板中的節(jié)流阻尼孔大小對(duì)性能有較大的影響。方向功能插裝閥,開啟時(shí)液壓力遠(yuǎn)大于彈簧力,當(dāng)控制腔排油過快時(shí),閥開啟太快,易造成液壓沖擊。這時(shí)可減小節(jié)流阻尼孔直徑,使開啟時(shí)間延長(zhǎng),降低液壓沖擊。如果關(guān)閉過快,造成液壓沖擊,也可減小節(jié)流阻尼孔直徑,使關(guān)閉時(shí)間延長(zhǎng)。但節(jié)流阻尼孔直徑過小時(shí),可能造成閥的瞬時(shí)錯(cuò)誤開啟,給系統(tǒng)帶來影響。比如,A2.6液壓橋路的阻尼匹配壓力功能插裝閥的工作原理,是通過液壓橋路和壓力負(fù)反饋等機(jī)制,實(shí)現(xiàn)壓力的有效控制。溢流閥型的流向?yàn)閺腁到B,C腔的控制油可旁路從A腔通過阻尼孔引入,也可從閥芯中間阻尼孔引入。C腔的控制油泄出阻尼孔,大小也很重要,它與引入阻尼孔共同組成液壓橋路,和閥的開關(guān)時(shí)間和壓力穩(wěn)定性有直接的關(guān)系。標(biāo)準(zhǔn)的阻尼孔匹配數(shù)值,可查相關(guān)手冊(cè),在此基礎(chǔ)上,根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況作微調(diào)。用比例溢流閥做先導(dǎo)的壓力功能插裝閥,先導(dǎo)閥的流量一般較小,以HNC為例,6通徑規(guī)格的比例溢流閥,最大流量只有2L/min,液壓橋路阻尼匹配較難。經(jīng)實(shí)際試用,溢流閥主閥用閥芯帶阻尼孔的插件時(shí),主閥卸荷往往不充分,或有壓力波動(dòng)。因此對(duì)于通徑較大的插裝閥,可選用閥芯不帶阻尼孔的調(diào)壓插件,控制油從A腔旁路引入,并加可調(diào)節(jié)阻尼,調(diào)節(jié)插件控制腔壓力與比例溢流閥P口壓力基本相同,使主閥卸荷充分,調(diào)壓平穩(wěn)。3系統(tǒng)的被動(dòng)開啟插裝閥系統(tǒng)經(jīng)實(shí)際運(yùn)行,發(fā)現(xiàn)有一個(gè)較大的缺陷。在作預(yù)塑動(dòng)作時(shí),V1的開啟不理想。當(dāng)預(yù)塑馬達(dá)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行儲(chǔ)料時(shí),螺桿在熔料反作用力下后退,系統(tǒng)的回油應(yīng)該及時(shí)經(jīng)V1流入注射油缸無桿腔,實(shí)現(xiàn)補(bǔ)油,使螺桿能順利后退。但經(jīng)V1流入油缸的油是通油箱的極低壓力的油,它必須在注射油缸無桿腔活塞后退產(chǎn)生負(fù)壓并克服插裝閥彈簧力的情況下,才能勉強(qiáng)通過V1進(jìn)入油缸。這種被動(dòng)的開啟十分不可靠,必須將其改造為主動(dòng)開啟。如圖3所示,將V1的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造,在插件中增加一個(gè)活塞結(jié)構(gòu),在Z腔的壓力油作用下插件可主動(dòng)開啟。動(dòng)作原理:如圖4所示,在原有A、B、C三腔基礎(chǔ)上增加Z腔,當(dāng)Z腔不通高壓油時(shí),閥芯的開關(guān)同正常插裝閥,當(dāng)Z腔通壓力油時(shí),將根據(jù)A、B、C、Z四腔的綜合作用力決定閥芯的開和關(guān)。在當(dāng)前這個(gè)應(yīng)用中,C、Z兩腔同時(shí)通高壓油時(shí),閥芯關(guān)閉;C腔通高壓油,Z腔通油箱時(shí),閥芯關(guān)閉;C腔通油箱,Z腔通高壓油時(shí),閥芯開啟。經(jīng)這樣改造后,當(dāng)需要做預(yù)塑動(dòng)作時(shí),2DT、4DT、6DT得電,V1的C腔通油箱,Z腔通高壓油,閥芯主動(dòng)開啟,螺桿在熔料反作用力作用下后退時(shí),系統(tǒng)的回油經(jīng)V1輕松流入注射油缸無桿腔,實(shí)現(xiàn)補(bǔ)油。4插裝閥液壓系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)的思路在插裝閥液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,要根據(jù)系統(tǒng)的工作要求,正確合理地選用各類插裝閥,確定閥的各項(xiàng)參數(shù),例如:插裝閥的通徑、