1    引言

        自立式注塑机出现以来,其控制系统随着工业技术的发展而不断发展。目前,立式注塑机的控制系统种类繁多,性能各异,但是总的说来,它的基本结构可以用下式说明。

        立式注塑机控制系统=驱动系统+电子控制器

        驱动系统驱动立式注塑机的各个机构运动,如合模机构、塑化机构、注射机构、顶出机构等。电子控制器控制整个工艺流程的动作顺序,并使相应的机构按要求动作,以达到注塑工艺的要求。

        下面分别对驱动系统和电子控制器进行介绍。

2    立式注塑机驱动系统

        立式注塑机的驱动系统根据其控制的形式可以分为三类,即液压控制式、电动控制式与电动/液压复合控制式。

2.1    液压控制式

        液压控制式是采用液压系统完成对各个机构的驱动,它又可以细分为以下几种。

        (1)传统液压控制系统

        采用定量泵供油,通过流量/压力复合控制阀调节系统所需要的流量与压力,用开关阀控制各个执行器,如开合模液压缸、注射液压缸等的动作。

        它的优点在于结构简单,成本低廉,可以将所有的阀集成在一块或数块阀板上,调试方便,P/Q阀和开关阀相对较便宜,并且可以获得很大的合模力。

        缺点在于以下几点。

        第一是控制精度不高。整个控制其实是一个开关控制,由于开关阀的启闭有数十到数百毫秒的延时,所以对注射位置、开合模位置的控制精度不高,并且使运动速度难以提高。

        第二是能源耗费大。采用P/Q阀后,虽然压力可以随着工艺过程的不同而改变,但是定量泵所输出的流量一定,而不同的工艺流程需要的流量不同,多余的流量就通过溢流阀,造成了很大的溢流损失,特别是在高压、小流量的保压过程时损耗更大。同时,依靠流量阀的节流来获得不同的流量,其节流损失也相当得大。溢流损失及节流损失最终都体现在液压油的发热上,而立式注塑机液压系统由于空间所限,油箱体积不能很大,必须配置油液的冷却系统来保证液压系统的正常工作。

        第三是噪声大。高速运行的大功率电动机与液压泵噪声很大,使得工作环境恶劣。

        (2)高速液压控制系统

        对于一些需要快速运动的回路,如开合模、注射回路,采用电液伺服阀代替开关阀,利用电液伺服阀的快速响应能力实现对运动的高速、精确控制,可以对立式注塑机的流量与压力形成闭环控制,获得对位置的精确控制。

        它的缺点在于价格昂贵与抗油污能力差,这也是由于电液伺服阀本身的特点所决定的。大流量的电液伺服阀及其放大器均较昂贵,并且对液压油的污染非常敏感,而立式注塑机的工作场合一般均较为恶劣,如果不能对液压油的污染进行控制,极易发生阀卡的故障。

        (3)变量泵节能型液压控制系统

        在立式注塑机液压控制系统中,其能量损失是由节流损失与溢流损失两大部分组成的,节能的关键就在于减少这两类的损失。采用变量泵是一个很好的办法。它通过调节泵的排量,从而使泵输出的流量、压力与系统的要求相适应,最大限度地减少液压系统的溢流损失与节流损失,可以显著节能。采用比例变量泵系统的全液压式立式注塑机是目前国内立式注塑机生产厂家的主流产品,技术比较成熟。

        采用变量泵的缺点在于变量泵价格昂贵、结构复杂、调试维护不易和易受油液污染的影响。若采用比例/伺服变量泵,价格要比定量泵贵得多,而且较易受到油液污染的影响。

        (4)变频器节能型液压控制系统

        采用变频器控制普通的三相异步电动机,从而驱动定量液压泵,通过变频器改变电动机的转速,达到改变液压泵输出流量的目的。在国内,变频液压技术主要用于对原有立式注塑机液压系统进行改造。现已有许多变频器厂家生产研制出立式注塑机专用节能变频器组,其应用降低了原有立式注塑机的能耗。

        它的优点在于以下三个方面。

        第一是节能。利用变频器改变泵的转速,使泵的输出流量与立式注塑机工艺流程所要求的相适应,可以使溢流损失降至最低,有效地节约了能源。同时,由于立式注塑机变频调速系统一般选用定量泵,与变量泵相比,定量泵的效率更高,故液压系统回路效率较高,与传统的阀控节流调速相比可节能30%～60%左右。特别是在冷却时还可将泵完全停止,降低了电动机与泵的空载损耗,具有比变量泵系统更大的节能潜力。另外,使用变频液压技术可显著提高使用电流的功率因素,降低了无功电流,从而降低线路损耗。

        第二是对原有立式注塑机液压系统改造最小。只需给传统立式注塑机的电动机加上变频器,就可以完成改装,对成熟的液压系统不需进行更改,改造难度较小。并且变频器是一个成熟的技术,其维护保养方便。

        第三是降低噪声,环境亲和度好。电动机和泵不必在高速下长期运行,大部分时间转速较低,甚至在冷却时可以完全停止,大大减少了噪声污染,改善了工人的工作环境,符合环保潮流。

        它的缺点有两点。

        第一是响应速度慢。由于电动机加上泵的转动惯量较大,构成变频器的电力电子器件过载能力低,从而使系统的响应速度较慢,不适合高速立式注塑机采用。

        第二是受泵及变频器的低速性能影响大。很多液压泵均有最低转速的要求,并且大部分通用变频器低速性能较差,影响了系统的节能及工作性能。