3    立式注塑机液压传动系统应用技术的科学发展原则的研究

        科学认识立式注塑机各种液压传动系统的动态响应性能，才能有的放矢科学地应用于注塑工程，同时对液压传动系统的设计有一个科学的指导。

        立式注塑机液压传动系统由传统的开关系统演变为比例系统，走向伺服系统。液压传动系统的性能成为应用技术的重点关注对象，液压传动系统与执行机构两者的性能匹配成为应用技术的研究重点。

        本节对主要研究立式注塑机液压传动系统的性能及其应用技术科学发展原则重点研发方向，论述了立式注塑机液压传动系统设计的常见缺陷及科学发展方向。

3.1    液压传动系统动态性能分析及应用技术的科学发展原则的研究

        反映系统动态特性的主要是系统的固有频率与阻尼系数。立式注塑机液压传动系统具有多种形式，首先要明确动态特性的研究对何种液压系统具有理论和实际意义，才能取得事半功倍的效果。

        1）泵控传动系统的动态响应性能的分析及应用技术的科学发展原则的研究

        泵控传动系统指泵源与传动系统为伺服控制系统。V4比例泵的液压动力驱动系统、电液比例恒压变量柱塞泵的液压动力驱动系统、交流伺服电机驱动双排量变量柱塞泵的液压传动系统为流量及压力闭环的泵控传动系统。伺服电机驱动系统驱动定量泵系统为压力闭环的泵控传动系统。这些泵控传动系统的共同特点是传动系统中压力管路容积大、系统阻尼比大，因此是一个固有频率很低的低响应传动系统。高响应的动力驱动系统与低响应传动系统组合，整个液压系统是一个低响应的泵控系统。

        泵控传动系统的性能与系统设计的应用技术科学发展原则重点研发方向：交流伺服电机驱动系统驱动定量泵系统为应用最为广泛的泵控系统。运行伺服电机的动态性能对整个系统的动态响应性能的影响极其有限，对成型周期基本没有影响，实际设计中，选用的伺服电机不必在动态响应性能方面做过高的苛求，普通的伺服电机即可满足要求；选用油泵主要考虑其容积效率以提高系统的功效；伺服电机是高价位的电机，联轴节直接影响伺服电机的使用寿命，所以伺服电机与泵的联结型式是寿命设计的主要对象，日本油研公司推出了伺服电机与泵直接联结的复合系统，即省却了联结的泵架、联轴节，又提高了传动的可靠性和效率，达到了节约资源、节能、降低制造成本的可持续发展的目的，同比国内，还停留在通用的弹性联轴节的结构上。

        伺服电机驱动液压泵的传动系统可以很好地和负载匹配，具有较高的效率，有利于降低噪声。变排量控制方式只能控制执行机构的单腔，同时受限于泵的变量响应特性导致其系统刚度较低、快速性较差，主要用于大功率和性能要求不是很高的场合。

        伺服电机驱动定量泵的传动系统普遍存在压力超调的性能缺陷。从两个方面进行改进：

        电气控制技术。普通的PID控制的鲁棒性能差，难以有效压抑超调压力。运用变结构等新型算法于控制系统，达到有效抑制超调压力，但相对延长了稳态时间。

        液压控制技术。系统中设置小型蓄能器，吸收超调压力及脉动压力，缩短稳态时间。蓄能器储存的能量可释放给再利用，提高能效。

        2）阀控传动系统动态响应性能的分析及应用技术的科学发展原则的研究

        阀控伺服系统由电液伺服阀和执行机构构成闭环控制系统，具有高频响应性能。

        阀控伺服系统运用于瞬时高速注射，在注射启动瞬时发挥作用。瞬时高速注射时间不大于1s，甚至在0.5s时间内完成，注射速度大于300mm/s。瞬时高速注射时间性能取决于阀的动态响应性能，普通开关阀反映时间需约250ms，不可能实现瞬时高速注射，唯伺服阀控制系统才能达到。

        阀控伺服注射系统在注射油缸启动瞬时，影响系统固有频率的主要因数为密封阻尼及控制容积，为达到系统的固有频率最高，采取两种措施：为达到最小控制容积，伺服阀压力口直接与油缸进油口联接，达到最小控制容积；低阻尼密封件，达到最小阻尼比。注射量为6g的LED底板的阀控伺服单缸注射系统，伺服集成块直接安装于注射缸盖的无管路联接，单缸同比双缸的阀压力出口至缸接口的控制容积更小，提高系统的固有频率，达到最佳的伺服动态响应性能。

        阀控伺服注射系统，为保证电液伺服阀稳定工作，压差一般为负载的1/2。注射启动瞬间，系统为低压工况，阀前压力不会超过系统的额定压力，因此电液伺服阀主要实现流量高频响应，瞬时达到高速，存在较大的能量损失。

        根据阀控理论，泵源提供的压力应大于负载需求的压力，因此无法实现负载敏感的高能效运行，存在较大的节流和溢流损失，导致系统效率较低，由此而产生节流热及节流噪声。

        电液伺服比例阀性能的应用技术的科学发展原则的研究：

        传统的立式注塑机阀控液压传动系统的电液伺服阀组成的阀控系统，虽然电液伺服阀具有体积小、功率放大率高、直线性好、响应速度快、运动平稳可靠、能适应模拟量和数字量调节等优点，但存在抗污染能力差、功率损失大、价格昂贵、系统制造成本及维护使用成本较高等缺点，从而影响了系统运行的可靠性、性价比及应用性。普通的比例阀仅是将比例电磁铁代替普通液压阀的开关型电磁铁，工作频宽小（一般仅达到1~20Hz），稳态滞环在4%~7%之间，零位死区大，不能很好地用于常运行于零位附近的位置、力控制闭环系统，即使在放大器中设置了零位阶跃信号发生器，在性能上总不及无零位死区的伺服阀，一般只适用于开环系统。

        为适应科学性价比的工业级阀控系统的需求，国际上相继出现了比例阀吸收伺服阀的优点、带有多种内反馈式及电校正等手段的高频响的比例阀或电液伺服比例阀。电液伺服比例阀的稳态精度、动态响应和稳定性都有了极大地提高，滞环接近伺服阀，阀口零遮盖，无零位死区，频响接近于伺服阀，具有良好的抗污染能力及使用的可靠性，替代对动态响应频率和控制精度要求不高的阀控伺服系统的“喷嘴-挡板式”电液伺服阀。

        国际上具有代表性的电液伺服比例阀为阿托斯公司的DLHZ0系列、派克公司的DIFP系列、穆格公司的D633系列，用户根据实际所需选择，达到科学的性价比。