液压变量泵在注塑机中的应用

随着工业发展，注塑机控制系统也得到同步发展。近年来，各塑料机械生产厂家为了适应国内塑料加工行业的结构调整，需要降低加工成本，提高加工效率。为了迅速满足市场的需求，缩短国产注塑机与国际注塑机之间的差距，20世纪90年代以来，国内的注塑机行业广泛应用了电液比例控制技术，实现了对压力、流量的比例控制，改善和提高了系统的控制精度、动态响应和稳定性等，包括比例压力、比例流量、比例压力流量复合、比例流量方向复合以及二通、三通比例插装阀在内的比例控制技术日益趋于稳定和成熟。

在电液比例控制技术中，最重要的元件之一是比例变量泵，属容积调速控制系统范畴。为了简化液压系统设计，降低能量消耗，减少节流、溢流损失和系统发热，提高系统效率，日本YUKEN及德国Rexroth、Bosh等公司先后研制开发了多种比例变量泵。在国外，比例变量泵系统已成功地应用于部分高性能的注塑机上。这一技术在国内注塑机行业也得到推广和应用，本节以震德塑料机械有限公司节能型机型CJ80MZV为例，介绍比例变量泵在注塑机的应用情况。

图7-7所示为应用了比例变量泵的注塑机的液压原理简图，其中1为负载敏感型的比例变量柱塞泵。与阀控系统相比，这种系统的构成更为简单，由原来的定量泵组合比例压力、比例流量控制转变为比例变量泵，同样可进行比例压力、比例流量等多种控制。比例变量泵系统工作时，通过改变I₁和I₂两个控制电信号，控制和调节泵的排量，向负载提供所需的压力和流量，控制方便。

系统工作时，通过改变I₁、I₂两个电信号，对比例变量泵的排量参数（斜盘倾角）进行控制和调整，就可向系统提供驱动负载所需要的压力和流量。其工作原理是：当系统需要调节流量时，先给变量泵上的电液比例先导溢流阀输入一个电信号I₁，如果系统的工作压力在溢流阀设定的压力范围内变化，比例先导溢流阀能可靠地关闭，泵的出口压力与负载压力保持压差Δp，在最高的限压范围内能适应负载的变化，系统处于流量调节的状态。随给定的电信号I₂的不同，比例节流阀保持相应的开口，在确定进出口压差的情况下，其输出流量只与电信号I₂有关，而与负载压力变化或泵（马达）转速波动的影响无关。对于特定的电信号I₂，若比例节流阀的进出口压差保持不变，则说明泵的输出流量与输入信号相对应。而当负载压力改变时，比例节流阀口两端压差增大（或减小），表明泵的输出流量高于（或低于）输入其对应的电信号值，此时泵的出口压力反馈给变量机构，变量活塞推动变量柱塞泵改变斜盘倾角，从而减小（或增大）泵的排量。当系统进入保压工况时，通过改变比例先导溢流阀的输入电信号I₁就可得到与之成比例的泵的输出压力。在这种状态下，变量柱塞泵的斜盘倾角很小，泵输出的流量很小，只维持保压压力。

比例变量泵系统的应用，实现了注塑机液压系统由阀控系统向泵控系统的转变，使常规的节流调速系统转变为比例变量调速系统，整机的控制性能指标得到了改善和提高。比例变量泵系统除具有常规比例控制系统的优点外，更具有如下优点：

图7-7 应用了比例变量泵的注塑机的液压原理简图

1）系统发热降低，液压元件使用寿命延长。比例变量系统几乎无节流和溢流损失，系统运行时发热大大减少，油温稳定性进一步提高。可节省冷却水的消耗及厂房冷却设施的投资费用，且低油温使密封元件寿命大大提高。(www.xing528.com)

2）能量消耗减少，系统效率提高。比例变量泵系统具有良好的自适应性，其输出的压力和流量能够与负载需求相一致，解决了节流调速系统的流量、压力不适应问题，能量损耗大大减少，系统效率提高，节能效果十分明显。

3）可实现数控比例背压的控制，塑化效果得到了改善。

4）液压系统污染度指标降低，系统故障明显减少，运动稳定性大大提高。

同时还应考虑该系统在应用中的几个关键问题：

1）噪声问题。噪声由比例变量柱塞泵的结构与工作原理所决定。一般而言，泵的输出压力、流量脉动较大，导致系统的噪声比较明显。在使用时，必须从系统配置上采取一定措施，如采用蓄能器等元件以减小输出脉动，采用吸声材料等来降低系统噪声。通过采取各种措施，可以使系统的噪声降低到常规液压系统的水平。

2）液压系统污染度的控制。在比例变量泵系统中，污染度指标直接影响到泵的使用寿命。为此，系统的污染度指标必须控制在按NAS1638油液污染度等级标准规定的NAS8级以内，要达到这一要求，必须按系统工程原理去规划实施，控制系统设计、制造、安装、调试及使用的全过程，才能保证系统长期稳定工作。

3）响应速度的调整。与定量泵组合PQ比例阀的液压系统相比，由于控制原理和系统结构的差异，比例变量泵系统的响应速度相对比较慢，特别是卸压特性，差别比较明显。为了解决这一问题，在系统设计时，增加了卸压回路，提高了系统的响应速度。