基于FluidSIM-Hydraulic的注塑機(jī)液壓回路控制分析

葉金玲，周欽河，黃誠

(廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，廣東廣州510925)

FluidSIM-H 是由德國FESTO 公司和Paderborn 大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的專門用于液壓傳動(dòng)技術(shù)的模擬仿真和排障的一種專業(yè)軟件。它的CAI 功能和回路的仿真功能緊密聯(lián)系在一起［1］，這是一般通用的計(jì)算機(jī)輔助繪圖軟件如AutoCAD 等所不具備的，通過強(qiáng)大的仿真功能可以實(shí)現(xiàn)顯示和控制回路的動(dòng)作，還包含了豐富的教學(xué)資料，逼真地模擬各種元件工作過程及原理，對于液壓電氣技術(shù)的理解和掌握起到了關(guān)鍵的作用［2］。

塑料注射成型機(jī)是一種專用的塑料成型機(jī)械，其液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是提供動(dòng)力，按照工藝過程的要求，滿足各部分所需的溫度、壓力、速度等要求［3］。電氣控制系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)合理配合，可實(shí)現(xiàn)注射機(jī)的各種程序動(dòng)作，滿足塑料成型的工藝要求［4］。文中提出基于FluidSIM-H 液壓控制的注塑機(jī)成型分析，并將其應(yīng)用到塑料產(chǎn)品的成型中，目前取得了較好的效果。

1 注塑機(jī)的工作原理

注塑機(jī)主要由機(jī)架，動(dòng)靜模板，鎖模機(jī)構(gòu)，預(yù)塑、注射部件，液壓系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)等部件組成，如圖1 所示。按照塑料制品的工藝要求，注塑機(jī)的工作循環(huán)為合?！⑸洹骸A(yù)塑→開?！敵鲋破贰敵龈缀笸恕夏！鋮s定型，以上動(dòng)作分別由合模缸、預(yù)塑液壓馬達(dá)、注射座缸、注射缸和頂出缸完成?？刂葡到y(tǒng)由信號處理器、控制元件組成，信號處理器對成型結(jié)果進(jìn)行處理并發(fā)出相應(yīng)的信號，控制元件用來控制液壓系統(tǒng)按照要求順序工作。

圖1 注塑機(jī)

2 基于FluidSIM-H 的液壓控制分析

FluidSIM-H 軟件的圖庫中有100 多種標(biāo)準(zhǔn)液壓、電氣、啟動(dòng)元件。在繪圖區(qū)域可把圖庫中的元件直接拖到制圖區(qū)，各種元件接口間進(jìn)行連接，即可生成所需要的回路。另外，其強(qiáng)大的仿真功能可以幫助人們設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡單、可靠、效率較高的最優(yōu)回路。在仿真中人們還可以觀察到各元件的動(dòng)態(tài)，如液壓缸活塞桿的位置、運(yùn)動(dòng)速度、輸出力，換向閥的位置、流量計(jì)的流量等，從而正確地衡量回路實(shí)際運(yùn)行時(shí)的工作狀態(tài)［5］。

2.1 注塑機(jī)液壓回路設(shè)計(jì)

在FluidSIM-H 軟件中選取以下液壓元件進(jìn)行組合，形成圖2 所示的液壓回路設(shè)計(jì)模型。它由低壓大流量泵和高壓小流量泵合成的節(jié)能復(fù)合泵作為液壓動(dòng)力元件;選取多個(gè)溢流閥作為快進(jìn)壓力、高壓合模壓力、注射壓力以及低壓合模壓力、保壓壓力，共同形成保壓系統(tǒng);設(shè)置了三位四通雙電控電磁換向閥和二位四通單電控電磁換向閥控制液壓油的流向，從而控制各個(gè)液壓缸及液壓馬達(dá)的運(yùn)作;每個(gè)液壓執(zhí)行元件(液壓缸和液壓馬達(dá))都根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置了參數(shù)，液壓缸的行程決定了行程開關(guān)的位置，輸出力體現(xiàn)了實(shí)際承載力，為了更直觀地看出仿真過程中的速度和輸出力，也都進(jìn)行了參數(shù)的設(shè)定;另外，液壓控制元件還包括一些節(jié)流閥和調(diào)速閥，設(shè)置在液壓缸和馬達(dá)周圍，以便控制執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)的速度。

圖2 液壓回路

2.2 電氣控制回路設(shè)計(jì)

圖3 為注塑機(jī)電氣控制回路設(shè)計(jì)。選取元件庫中的電氣元件如:電源、繼電器、電磁線圈、按鈕以及各種行程開關(guān)，通過連線組成完整的電氣回路圖。電氣元件和液壓元件通過標(biāo)簽建立聯(lián)系，4 個(gè)液壓缸整個(gè)行程的起始點(diǎn)、終點(diǎn)和中間狀態(tài)點(diǎn)的行程開關(guān)(A0—A3，B0—B1，C0—C3，D0—D1)和電氣回路中的行程限位開關(guān) (A0—A3，B0—B1，C0—C3，D0—D1)建立聯(lián)系;電磁換向閥的電磁鐵標(biāo)簽和電氣回路中的電磁線圈建立聯(lián)系，從而把液壓回路和電氣控制系統(tǒng)連接起來［6］。

圖3 電氣控制回路設(shè)計(jì)

3 液壓控制的虛擬仿真

如圖4 所示，在仿真時(shí)，點(diǎn)擊電氣控制圖中的Start 按鈕，液壓回路和電氣回路就會(huì)相應(yīng)運(yùn)作。

圖4 液壓控制仿真過程

各液壓缸動(dòng)作如下:

3.1 合模

(1)慢速合模(電磁線圈2Y、3Y1 通電)。低壓大流量泵1 通過溢流閥3 卸載，高壓小流量泵2 由溢流閥4 調(diào)定壓力，實(shí)現(xiàn)節(jié)能，合模缸慢速合模［7］。

(2)快速合模(電磁線圈1Y、2Y、3Y1 通電)。當(dāng)活塞桿壓下行程開關(guān)A1 發(fā)出指令使1Y 得電，復(fù)合泵向合模缸供油，實(shí)現(xiàn)快速合模。

(3)低壓合模 (電磁線圈2Y、3Y1、9Y1 通電)。泵1 卸載，系統(tǒng)的壓力由低壓遠(yuǎn)程溢流閥18 控制，實(shí)現(xiàn)低壓合模。

(4)高壓合模(電磁線圈2Y、3Y1 通電)。泵1卸載，系統(tǒng)壓力由高壓溢流閥4 控制，實(shí)現(xiàn)高壓合模。

3.2 注射

注射座缸前移 (電磁線圈2Y、5Y1 通電)。泵2→換向閥9→注射座缸右腔，推動(dòng)注射座缸前移。

(1)慢速注射(電磁線圈2Y、5Y1、7Y1、8Y通電)。進(jìn)油路從泵2→電液換向閥11 左位→單向節(jié)流閥14→注射缸右腔;回油路從注射缸左腔→電液換向閥11 中位→油箱，注射速度由單向節(jié)流閥調(diào)節(jié)。

(2)快速注射(電磁線圈1Y、2Y、5Y1、6Y0、7Y1、8Y 通電)。進(jìn)油路從復(fù)合泵→電液換向閥11左位→注射缸左腔;回油路從注射缸右腔→換向閥11 右位→油箱。由于復(fù)合泵同時(shí)供油，因此注射速度加快了［8］。

3.3 保壓

電磁線圈2Y、5Y1、7Y1、9Y0 通電，泵1 卸載，泵2 單獨(dú)供油，壓力由遠(yuǎn)程調(diào)壓閥19 調(diào)節(jié)，多余的油液經(jīng)溢流閥4 流回油箱。

3.4 預(yù)塑

電磁線圈1Y、2Y、5Y1、7Y0 通電，泵1 和泵2→電液換向閥15 右位、調(diào)速閥13 和單向閥12→馬達(dá)，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速由調(diào)速閥13 控制。當(dāng)螺桿頭部的熔料壓力迫使注射缸后退時(shí)，注射缸右腔→單向節(jié)流閥14、電液換向閥15 右位和背壓閥16→油箱。

3.5 防流涎

電磁線圈2Y、5Y1、6Y1 通電，泵1 卸載，泵2→換向閥9 右位→注射座缸右腔，使噴嘴與模具保持接觸，另一條進(jìn)油路從閥11 左位→注射缸左腔，使螺桿強(qiáng)制后退［9－10］。注射座移動(dòng)缸左腔和注射缸右腔，油液分別經(jīng)換向閥9 和閥11 回油箱。

3.6 注射座后退

電磁線圈2Y、5Y0 通電，5Y1 斷電，泵1 卸載，泵2→換向閥9 左位使注射座后退。

3.7 開模

(1)慢速開模(電磁線圈2Y、3Y0 通電)。泵1卸載，泵2→電液換向閥5 左位→合模缸右腔，左腔油液經(jīng)換向閥5 流回油箱。

(2)快速開模(電磁線圈1Y、2Y、3Y0 通電)。泵1 和泵2→合模缸右腔供油，開模速度加快。

(3)慢速開模(電磁線圈2Y、3Y0 通電)。泵1卸載，泵2→電液換向閥5 左位→合模缸右腔，左腔油液經(jīng)換向閥5 流回油箱。

3.8 頂出

(1)頂出缸前進(jìn)(電磁線圈2Y、4Y 通電)。泵1 卸載，泵2→電磁換向閥8 左位、單向節(jié)流閥7→頂出缸左腔，運(yùn)動(dòng)速度由單向節(jié)流閥7 調(diào)節(jié)。

(2)頂出缸后退(電磁線圈2Y 通電)。泵2→換向閥8 右位使頂出缸后退。

4 結(jié)論

在FluidSIM-H 軟件中創(chuàng)建了注塑機(jī)的液壓回路圖和相應(yīng)的電氣控制回路圖，通過二者有效的結(jié)合成功地將模擬仿真后的模型應(yīng)用到了實(shí)際生產(chǎn)中，取得了良好的效果。同時(shí)也說明了仿真軟件的應(yīng)用，可以大大提高生產(chǎn)效率，降低成本，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮了很大的作用。

［1］何吉利．基于FluidSIM-P 的渦流探傷檢測臺氣動(dòng)控制設(shè)計(jì)［J］．機(jī)床與液壓，2008，36(8):286－288．

［2］唐德棟，孔祥冰，韓桂華．FluidSIM-P 在液壓與氣動(dòng)教學(xué)中的應(yīng)用［J］．機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2005(4):41－42．

［3］周冬生．基于LabVIEW 的SZ-250A 型注塑機(jī)液壓控制系統(tǒng)［J］．電氣制造，2009(1):14－15．

［4］吳紅，周驥平．小型注塑機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)方式探討［J］．機(jī)床與液壓，2009，37(12):11－12．

［5］吳振順．氣壓傳動(dòng)與控制［M］．哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995．

［6］陸鑫盛，周洪．氣動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)［M］．上海:上?？萍嘉墨I(xiàn)出版社，2000．

［7］路甬祥．液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002．

［8］江興華．液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)傳動(dòng)［M］．武漢:華中科技大學(xué)出版社，2005．

［9］左建民．液壓與氣壓傳動(dòng)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1997．

［10］周欽河，葉金玲．液壓與氣動(dòng)技術(shù)［M］．合肥:合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2012．