专利名称：肘杆式注塑机的快速开合模控制结构及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种使用伺服液压驱动装置及相关油路控制注塑机开合模应用，特别
是应用于使用肘杆式锁模结构的注塑机进行高速精密开合模的快速开合模控制结构及控 制方法。
背景技术：
肘杆式合模结构注塑机传统的开合模技术为普通电机带动液压泵(定量泵或变 量泵)输出压力和流量，通过方向控制阀切换压力油方向来开合模。此过程中根据开合模 参数的变化，压力油的压力和流量不断调整，多余的压力和流量通常会通过溢流阀流掉，此 过程不可避免的造成能量损耗；同时，由于快速开合模运动过程中液压油和模板高速运动 刚性冲击大，开模停止位置常常会有一定的偏差，开合模精度得不到保证，许多使用机械手 的注塑机通常要加机械的开模定位来保证开模精度，无形之中增加了使用成本，整机能耗 和使用成本的增加与国家提倡的节能降耗理念不相适应。因此，如何解决上述问题，成为亟 待解决的问题。 随着伺服驱动技术在我国的快速发展，其节能降耗的特性已为人们所共知，伺服 电机在使用过程中，与相通功率普通电机相比，能节约电能约30%以上。为了降低注塑机开 合模过程中的能耗，减少机器的使用成本，在不使用开合模机械定位的同时提高快速开合 模过程中动模板运行的位置重复精度，在传统的开合模油路技术基础上研究开发了用伺服 液压驱动装置快速开合模技术，该技术的特点是能耗低，运行和停止阶段模板和液压油的 刚性冲击小，快速开合模模板位置重复精度高。利用伺服液压驱动装置和带反馈的比例流 量阀、普通的方向控制阀组成的控制油路，在模板快速运动的过程中精确的控制开合模位 置，最大限度的减少了机器运行中能耗的损耗。
发明内容
本发明要解决技术问题是提供一种精密控制肘杆式注塑机高速开合模运动的快 速开合模控制结构，是具有速度快、精度高、效率高、低能耗的肘杆式注塑机的快速开合模 控制结构。 本发明要解决的技术问题还提供一种精密控制注塑机高速开合模运动的快速开 合模控制方法，是具有速度快、精度高、效率高、低能耗的肘杆式注塑机的快速开合模控制 方法。 为解决上述技术问题，本发明为达到精密控制注塑机高速开合模运动的目的，本 发明的肘杆式注塑机的快速开合模控制结构，该控制结构由供油油箱、开合模液压油缸、主 油管路和回油管路、伺服液压驱动装置、方向控制阀和带反馈的比例流量阀构成，所述开合 模液压油缸由锁模活塞、锁模活塞杆、位于锁模活塞杆侧的有杆腔和另一侧的无杆腔构成， 锁模活塞杆的输出端连动肘杆式开合模结构，主油管路连接供油油箱和无杆腔，回油管路 连接供油油箱和有杆腔，伺服液压驱动装置设置在主油管路中，比例流量阀设置在回油管路中，方向控制阀设置在主油管路和回油管路之间控制油路方向切换。 上述的肘杆式注塑机的快速开合模控制结构，所述伺服液压驱动装置包括伺服电 机和油泵，伺服电机伺服控制的油泵。 上述的肘杆式注塑机的快速开合模控制结构，所述伺服液压驱动装置和比例流量 阀位于主油管路和回油管路中的相对位置，所述方向控制阀设置在伺服液压驱动装置和比 例流量阀与开合模液压油缸之间。 为解决上述技术问题，本发明为达到精密控制注塑机高速开合模运动的目的，本 发明的一种肘杆式注塑机的快速开合模控制方法，包括下述步骤 ①、伺服液压驱动装置提供合模压力油，根据伺服系统油路特性，合理调高开合模 的压力值调高，设定的压力值超过开合模运行过程中能建立的压力值，使伺服液压驱动装 置的流量值追压力值，运行过程中保持流量值最大，使合模的运行速度提高，降低开合模运 动干周期。 ②、利用普通的方向控制阀切换液压油运动方向，通过方向控制阀的切换到油路 的合模位置，液压油经方向控制阀进入开合模液压油缸合模腔，开模腔和回油相通，实现注 塑机合模运动功能； ③、利用带反馈的比例流量阀控制合模过程中的回油，在高压合模前一小段将合模
过程中开模腔的回油量降到最小，使高压合模前一小段开模腔形成一定的回油低压阻止合模
运动，同时调整伺服驱动系统，使液压油的压力值和流量值降低，动模板高压合模段的运动速
度也随之降低直至起高压建立负载时停止。这样，减小了高速合模运行中模板和液压油的刚
性冲击，消除了高压合模瞬间动模板对定模板的撞击声，保证合模过程中运行平稳。
、同理，在开模过程中，伺服液压驱动装置提供开模压力油，根据伺服系统油路特
性，合理调高开合模的压力值调高，设定值超过开合模运行过程中能建立的压力值，使伺服液
压驱动装置的流量值追踪压力值，运行过程中保持流量值最大，使开模的运行速度提高。 ⑤、利用普通的方向控制阀切换液压油运动方向，通过方向控制阀切换到油路的
合模位置，液压油经方向控制阀进入开合模油缸开模腔，合模腔和回油相通，实现注塑机开
模运动功能； ⑥、利用带反馈的比例流量阀控制开模过程中的合模腔的回油，在开模停止前一 小段将合模腔的回油量逐渐降到最小，使开模停止过程中合模腔形成一定的回油低压阻止 开模运动，同时伺服液压驱动装置，使液压油的压力值和流量值降低，动模板开模段运动的 速度也随之逐渐降低直至停止，开模过程运行平稳，停止位置精确。 ⑦、通过上述步骤完成一次高速精密的开合模动作，此时返回步骤①，重复下一个 循环。 进一步地，步骤①、④所述的在伺服液压驱动装置调试过程中，使得设定的压力值 高于实际运行中模板负载建立的实际压力值，让流量追踪压力，流量值达到最大值运行，使 开合模运行周期加快，而且，因为压力没有完全建立，即使达到最高速运行，所消耗的能量 很低。 上述步骤③、⑥所述当开合模运行过程中，带反馈的比例流量阀随着运行状态的 变化，逐渐控制其回油量变小，提供回油低压阻碍动模板运动，减少高速开合模运行中的刚 性冲击，使得开合模运行平稳，位置重复精度更高。
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本发明由于采用上述技术方案，所提供一种综合利用伺服液压驱动装置、普通方 向控制阀、带反馈的比例流量阀组成的伺服液压驱动装置快速开合模结构，这种高精密快 速开合模技术适合于高速精密肘杆式注塑机开合模结构，消除一般注塑机高速运动过程中 模板运动冲击大、模板位置重复精度低的特点，能完全利用液压油控制做到高速开合模运 动过程中模板运行平稳，开模停止位置重复精度高，可以直接应用到机械手生产操作中，取 代传统的开合模机械定位结构，而且，通过对伺服液压驱动装置控制，合理调整开合模运行 中实际的压力流量值，使得模板在运行过程中的耗电量大幅度降低，大大节约生产过程中 的使用成本。 本发明由于采用上述技术方案，针对传统肘杆式注塑机快速开合模过程中存在的 问题，所要解决的技术难题是克服传统快速开合模过程中能耗大，控制精度低的缺点，发明 一种综合利用伺服液压驱动装置和普通方向控制阀，带反馈的比例流量阀等系统资源，高 效精确的控制注塑机的快速开合模，利用伺服液压驱动装置输出液压油压力流量全闭环的 性能及伺服液压驱动装置液压油速度追踪压力的特性(即当压力没有到达设定值时，伺服 电机的速度快速提高到最大值并保持运行，直到达到设定的压力值为止)，合理调高伺服 液压驱动装置压力值的设定，使开合模过程中保持高速低压运行，降低系统能耗；利用普通 的方向控制阀切换开合模的液压油控制开合模；利用带反馈的比例流量阀控制锁模系统回 油，合理的调节回油量的大小控制动模板的运动，减少高速运动过程中模板和液压油的刚 性运动对整机的冲击，使开合模运行平稳，动模板停止位置更加精确。 利用伺服液压驱动装置提供开合模所需的压力油进入开合模油缸，然后利用伺服 液压驱动装置的性能，合理调高开合模压力的设定值，使得压力油的速度追踪压力，在开合 模过程中保持大流量高速运行，同时，在合模停止阶段和开模终止阶段合理调整带反馈的 比例流量阀控制回油量大小，提供低压回油阻力阻止动模板运动，减少模板在高速运行的 过程中对机器的刚性冲击，使开合模运行平稳，开合模停止位置精度高，同时，因为伺服电 机油压系统直接提供的液压油流量大，压力小，开合模运行过程消耗的功率小，在使用过程 中，与相通功率普通电机的变量泵相比，能节约电能约25 % 。
本发明与现有技术相比具有如下优点 I.利用伺服液压驱动装置提供开合模运动的压力油，并且通过对伺服系统的控制 合理调配开合模运动过程中液压油的压力值和流量值，保证模板高速运行的同时降低整机 能耗； II.利用带反馈的比例流量阀控制开合模运动过程中的回油，根据动模板运动的 特点，合理控制运动中回油量的大小，在运动过程中适当增加回油阻力和低压，阻止动模板 运动，减少模板和液压油高速运动过程中的刚性冲击； III.开合模运动速度快速，运行周期短，电能损耗低，开合模运动中模板和液压油 的刚性冲击小，开合模过程中动模板停止的位置(开模停止位置和锁模停止位置)重复精 度高。
下面将结合附图中的实施例对本发明作进一步地详细说明，但不构成对本发明的 任何限制。
图1本发明伺服驱动油压系统快速开合模技术的结构示意图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明一种肘杆式注塑机的快速开合模控制结构，该控制结构由供 油油箱1、开合模液压油缸2、主油管路3和回油管路4、伺服液压驱动装置5、方向控制阀6 和带反馈的比例流量阀7构成，开合模液压油缸2由锁模活塞21、锁模活塞杆22、位于锁模 活塞杆22侧的有杆腔2a和另一侧的无杆腔2b构成，锁模活塞杆22的输出端连动肘杆8 开合模，主油管路3连接供油油箱1和无杆腔2b，回油管路4连接供油油箱1和有杆腔2a， 伺服液压驱动装置5设置在主油管路3中，比例流量阀7设置在回油管路4中，方向控制阀 6设置在主油管路3和回油管路4之间控制油路方向切换。 伺服液压驱动装置5包括伺服电机51和油泵52，伺服电机51伺服控制的油泵52。
伺服液压驱动装置5和比例流量阀7位于主油管路3和回油管路4中的相对位置， 方向控制阀6设置在伺服液压驱动装置5和比例流量阀7与开合模液压油缸2之间。
本技术发明的肘杆式合模结构的注塑机快速开合模方法，其具体过程步骤是
①.合模运动，首先伺服液压驱动装置5向供油油箱1吸油并提供压力油，通过方 向控制阀6进入开合模液压油缸2的无杆腔2b，锁模活塞21和锁模活塞杆22在压力油的 推动下向开合模液压油缸2的有杆腔2a方向运动，有杆腔2a的回油经过方向控制阀6和 比例流量阀7流回供油油箱1; ②.同时，通过调整伺服液压驱动装置5的压力流量参数80% 100%，在负载压 力没有建立起来的情况下，适当调高压力设定值120bar 160bar使伺服驱动的流量追踪 压力，在实际液压油低压30bar 50bar的情况下保持高速向有杆腔2a运动，使得锁模活 塞21和锁模活塞杆22快速向开合模液压油缸2前盖方向运动； ③.当锁模活塞21高速运行到贴近开合模液压油缸2前盖前一小段时，带反馈的 比例流量阀7合理调整其开口大小，约为流量阀的25% 45%，使得有杆腔2￡1的回油流 速减小，减少到约为原来的25% 45%，在锁模活塞21运动过程中形成低压，回油阻力约 10bar 45bar，同时调整伺服液压驱动装置5，使输出压力油的压力值和流量值减小，压力 20bar 50bar，流量10% 30% ，使得活塞在贴近开合模液压油缸2前盖的一小段时间运 行速度减缓，运行平稳，减小了模板运动最后阶段的锁模活塞21对开合模液压油缸2前盖 的刚性冲击； .当锁模活塞21贴住开合模液压油缸2前盖的瞬间，伺服液压驱动装置5提供 的压力油遇到阻力，即回油阻力约10bar 45bar，高压合模瞬间压力建立，同时伺服液压 驱动装置5和比例流量阀7和方向控制阀6关闭，合模停止； ⑤.同理，开模过程中，伺服液压驱动装置5向供油油箱l吸油并提供压力油，通 过方向控制阀6进入开合模液压油缸2的有杆腔2a，锁模活塞21和锁模活塞杆22在压力 油的推动下向开合模液压油缸2后盖的方向运动，无杆腔2b的回油经过方向控制阀6和带 反馈的比例比例流量阀7流回供油油箱1 ; .同样的，通过调整伺服液压驱动装置5的压力流量参数，流量参数80% 100X，在负载压力没有建立起来的情况下，适当调高压力设定值，压力设定值120bar 160bar使伺服电机的流量追踪压力保持大流量80% 100%运行，在实际液压油低压的情况下保持高速向无杆腔2b运动，使得锁模活塞21和锁模活塞杆22快速向开合模液压油缸 2后盖的方向运动； ⑦.当锁模活塞21高速运行到开模停止位置前一小段距离时，比例流量阀7合理 调整其开口大小，使得无杆腔2b的回油流速减小，减少约原来的25% 45%，在锁模活塞 21运动过程中形成一定的低压回油阻力，约10bar 45bar，同时调整伺服液压驱动装置5， 使输出压力油的压力值和流量值减小，压力20bar 50bar，流量10% 30%，使得锁模活 塞21在开模停止前一小段时间运行速度减缓，运行平稳，减小了模板运动最后阶段的锁模 活塞21高速运动的刚性冲击； ⑧.锁模活塞21平稳当到达开模位置时，伺服液压驱动装置5和比例流量阀7和
方向控制阀6关闭，开模停止。 ⑨、重复①一⑧运动，往复开合模； 本发明的伺服液压驱动装置5快速开合模技术，是利用伺服液压驱动装置5提供 液压油精确的压力值和流量值，通过合理调整液压油的压力设定值，在实际低压力值情况 下，使液压油运行的流量达到最大值运行，然后液压油通过方向控制阀6进入开合模液压 油缸2的无杆腔2b，推动开合模液压油缸2的锁模活塞21和锁模活塞杆22向开合模液压 油缸2的有杆腔2a运动，此时开合模液压油缸2有杆腔2a的油通过方向控制阀6和带反 馈的比例流量阀7流回供油油箱1，当锁模活塞21到达开合模液压油缸2前盖前面一小段 时，比例流量阀7通过控制开合模液压油缸2有杆腔2a回油量的变小形成回油低压，反向 阻碍锁模活塞21的运动，同时调整伺服液压驱动装置5，使输出压力油的压力值和流量值 减小，直到锁模活塞21贴紧开合模液压油缸2前盖，高压建立，合模运动结束；
同理，开模时，经过伺服液压驱动装置5调整的高速低压液压油通过方向控制阀6 进入开合模液压油缸2的有杆腔2a，推动油缸锁模活塞21和锁模活塞杆22向开合模液压 油缸2后盖方向的无杆腔2b运动，此时开合模液压油缸2无杆腔2b的油通过方向控制阀 6流经带反馈的比例流量阀7流回供油油箱1，当开合模液压油缸2锁模活塞21运动到达 无杆腔2b适当位置的时候，比例流量阀7通过控制开合模液压油缸2无杆腔2b回油量的 变小形成回油低压，阻碍油缸锁模活塞21向开合模液压油缸2后盖方向的运动，同时调整 伺服液压驱动装置5，使输出压力油的压力值和流量值减小，直到活塞平稳停止，开模结束。
设备方面，需要伺服液压驱动装置5，带反馈的比例流量阀7，普通方向控制阀来 实现伺服驱动液系统高精度快速开合模。伺服液压驱动装置5，带反馈的比例流量阀7需要 有标准配置的放大板实现其调节流量的功能。 综上所述，本发明已如说明书及图示内容，制成实际样品且经多次使用测试，从使 用测试的效果看，可证明本发明能达到其所预期之目的，实用性价值乃毋庸置疑。以上所举 实施例仅用来方便举例说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领 域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术 内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于 本发明技术特征的范围内。
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权利要求
一种肘杆式注塑机的快速开合模控制结构，其特征在于该控制结构由供油油箱(1)、开合模液压油缸(2)、主油管路(3)和回油管路(4)、伺服液压驱动装置(5)、方向控制阀(6)和带反馈的比例流量阀(7)构成，所述开合模液压油缸(2)由锁模活塞(21)、锁模活塞杆(22)、位于锁模活塞杆(22)侧的有杆腔(2a)和另一侧的无杆腔(2b)构成，锁模活塞杆(22)的输出端连动肘杆(8)开合模，主油管路(3)连接供油油箱(1)和无杆腔(2b)，回油管路(4)连接供油油箱(1)和有杆腔(2a)，伺服液压驱动装置(5)设置在主油管路(3)中，比例流量阀(7)设置在回油管路(4)中，方向控制阀(6)设置在主油管路(3)和回油管路(4)之间控制油路方向切换。
2. 根据权利要求1所述的肘杆式注塑机的快速开合模控制结构，其特征在于所述伺 服液压驱动装置(5)包括伺服电机(51)和油泵(52)，伺服电机(51)伺服控制的油泵(52)。
3. 根据权利要求1所述的肘杆式注塑机的快速开合模控制结构，其特征在于所述伺 服液压驱动装置(5)和比例流量阀(7)位于主油管路(3)和回油管路(4)中的相对位置，所 述方向控制阀(6)设置在伺服液压驱动装置(5)和比例流量阀(7)与开合模液压油缸(2) 之间。
4. 一种肘杆式注塑机的快速开合模控制方法，其特征在于包括下述步骤① .合模运动，首先伺服液压驱动装置(5)向供油油箱(1)吸油并提供压力油，通过方 向控制阀(6)进入开合模液压油缸(2)的无杆腔(2b)，锁模活塞(21)和锁模活塞杆(22) 在压力油的推动下向开合模液压油缸(2)的有杆腔(2a)方向运动，有杆腔(2a)的回油经 过方向控制阀(6)和比例流量阀(7)流回供油油箱(1);② .同时，通过调整伺服液压驱动装置(5)的压力流量参数，在负载压力没有建立起 来的情况下，调高压力设定值使伺服驱动的流量追踪压力，在实际液压油低压的情况下保 持高速向有杆腔(2a)运动，使得锁模活塞(21)和锁模活塞杆(22)快速向开合模液压油缸(2) 前盖方向运动；③ .当锁模活塞(21)高速运行到贴近开合模液压油缸(2)前盖前一小段时，带反馈的 比例流量阀(7)调整其开口大小，使得有杆腔(2a)的回油流速减小，在锁模活塞(21)运动 过程中形成低压的回油阻力，同时调整伺服液压驱动装置(5)，使输出压力油的压力值和流 量值减小，使得活塞在贴近开合模液压油缸(2)前盖的一小段时间运行速度减缓，运行平 稳，减小了模板运动最后阶段的锁模活塞(21)对开合模液压油缸(2)前盖的刚性冲击； .当锁模活塞(21)贴住开合模液压油缸(2)前盖的瞬间，伺服液压驱动装置(5)提 供的压力油遇到阻力，高压合模瞬间压力建立，同时伺服液压驱动装置(5)和比例流量阀 (7)和方向控制阀(6)关闭，合模停止; .同理，开模过程中，伺服液压驱动装置(5)向供油油箱(1)吸油并提供压力油，通 过方向控制阀(6)进入开合模液压油缸(2)的有杆腔(2a)，锁模活塞(21)和锁模活塞杆 (22)在压力油的推动下向开合模液压油缸(2)后盖的方向运动，无杆腔(2b)的回油经过方 向控制阀(6)和带反馈的比例比例流量阀(7)流回供油油箱(1); .同样的，通过调整伺服液压驱动装置(5)的压力流量参数，在负载压力没有建立起 来的情况下，调高压力设定值使伺服电机的流量追踪压力保持大流量运行，在实际液压油 低压的情况下保持高速向无杆腔(2b)运动，使得锁模活塞(21)和锁模活塞杆(22)快速向 开合模液压油缸(2)后盖的方向运动；⑦ .当锁模活塞(21)高速运行到开模停止位置前一小段距离时，比例流量阀(7)调 小其开口，使得无杆腔(2b)的回油流速减小，在锁模活塞(21)运动过程中形成低压回油阻 力，同时调整伺服液压驱动装置(5)，使输出压力油的压力值和流量值减小，使得锁模活塞 (21)在开模停止前一小段时间运行速度减缓、运行平稳，以减小了模板运动最后阶段的锁 模活塞(21)高速运动的刚性冲击；⑧ .锁模活塞(21)平稳当到达开模位置时，伺服液压驱动装置(5)和比例流量阀(7) 和方向控制阀(6)关闭，开模停止。
5. 根据权利要求4所述的肘杆式注塑机的快速开合模控制方法，其特征在于上述②、 ⑥步骤所述的在伺服液压驱动装置(5)调试过程中，使得设定的压力值高于实际运行中模 板负载建立的实际压力值，让流量追踪压力，流量值达到最大值运行，使开合模运行周期加 快。
6. 根据权利要求4所述的肘杆式注塑机的快速开合模控制方法，其特征在于上述以 及③、⑦所述当开合模运行过程中，带反馈的比例流量阀(7)随着运行状态的变化，逐渐控 制其回油量变小，提供回油低压阻碍动模板运动，减少高速开合模运行中的刚性冲击，使得 开合模运行平稳，位置重复精度更高。
全文摘要
本发明涉及一种由供油油箱、开合模液压油缸、主油管路和回油管路、伺服液压驱动装置、方向控制阀和带反馈的比例流量阀构成的肘杆式注塑机的快速开合模控制结构及控制方法，通过该装置利用伺服液压驱动装置提供开合模所需的压力油进入开合模油缸，然后利用伺服液压驱动装置的性能，合理调高开合模压力的设定值，使得压力油的速度追踪压力，在开合模过程中保持大流量高速运行；在合模停止阶段和开模终止阶段合理调整带反馈的比例流量阀控制回油量大小，提供回油阻力阻止动模板运动，减少模板在高速运行的过程中对机器的刚性冲击，使开合模运行平稳、停止位置精度高；本发明的快速开合模控制结构及方法实现速度快、精度高、效率高、低能耗等优点。
文档编号B29C45/68GK101758607SQ20091021397
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者刘洋, 李向东, 董鹏举, 谢雄飞, 黄俊明 申请人:东华机械有限公司