（机械设计及理论专业论文）注射机合模过程液压伺服系统的分析.pdf

学位论文数据集 中图分类号 t h l3 7 7 学科分类号 4 6 0 2 0 1 0 论文编号 10 0 10 2 0 1 10 6 2 7 密级公开 学位授予单位代码 10 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名文式轩学号 2 0 0 8 0 0 0 6 2 7 获学位专业名称机械设计及理论获学位专业代码 0 8 0 2 0 3 课题来源其他项目研究方向注射成型 论文题目注射机合模过程液压私服系统的分析 关键词联合仿真，电液伺服系统，合模过程能耗 论文答辩日期 2 0 1 1 1 1 2 8+ 论文类型 应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师杨于光副教授北京化工大学聚合物加工与设备 评阅人1张亚军教授 北京化工大学聚合物加工与设备 评阅人2 评阅人3 评阅人4 徽员蝴 钱才富 教授 北京化工大学化工机械 高级工程北京冠天能工程科 答辩委员1 李晓航化工机械 师技有限公司 答辩委员2薛平研究员北京化工大学聚合物加工与设备 高级工程 答辩委员3戴凌汉 北京化工大学化工机械 师 答辩委员4张亚军教授 北京化工大学聚合物加工与设备 答辩委员5 陈国华副教授北京化工大学化工机械 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中 查询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 摘要 注射机合模过程液压伺服系统的分析 摘要 注射成型技术是塑料产品加工的重要方法之一，在塑料制品的加 工工程中被广泛应用。目前大部分以液压为动力的注射机的能耗过大 的问题越发明显，所以解决注射机液压系统能耗的问题就直接关系到 注射成型行业的发展与未来。 本课题主要研究了注射机伺服液压合模系统的特性以及加入储能 器后对合模过程能耗的影响。通过a m e s i m 和m a t l a b s i m u l i n k 的各自 特点，以电液伺服阀闭环p i d 控制的注射机合模液压系统为研究对象， 建立了液压系统的模型并利用遗传算法对p i d 控制参数进行了整定。 模拟结果表明：p i d 闭环控制的注射机合模液压伺服系统具有较好的响 应速度、稳定性与精度。 在建立的伺服液压合模系统模型中加入储能器节能模块，利用储 能器在高压高流量工作状态的同时对蓄能器进行能量补充，而在高压 低流过程中直接使用蓄能器的能量以达到节能的效果。同时通过对注 射机合模过程能耗的实验研究加以对比分析，结果表明：有储能器节 能模块的伺服液压系统能够达到一定的节能效果。 关键词：a m e s i m ；联合仿真；电液伺服系统；合模过程能耗； 北京化工大学硕士学位论文 a n a l y s i so fc l a m p i n gp r o c e s sh y d r a u l i c s e r v o s y s t e mf o ri n j e c t i o nm o l i d i n g m a c h i n e a b s t r a ct t h ei n je c t i o nm o l d i n gi st h ep r e f e r r e dm e t h o d si np l a s t i cp r o d u c t i o n a n do n eo ft h em o s ti m p o r t a n tm o l d i n gm e t h o d s t h ee n e r g yc o n s u m p t i o n p r o b l e mo ft h ep o w e r e db yh y d r a u l i ci n j e c t i o nm a c h i n e sh a sb e e n b e c o m i n gm o r ea n dm o r eo b v i o u s s o l v i n go f t h i sp r o b l e mi sr e l a t e dt ot h e d e v e l o p m e n to f t h ew h o l ep l a s t i cp r o c e s s i n gi n d u s t r y t h i st h e s i si sm a i n l ya b o u tt h ec h a r a c t e r i s t i c so fi n je c t i o nm a c h i n e h y d r a u l i cs e r v o - s y s t e mf o rc l a m p i n gp r o c e s sa n dt h ei n f l u e n c eo fe n e r g y c o n s u m p t i o nw h e njo i naa c c u m u l a t o r a m e s i ma n dm a t l a b s i m u l i n k s o f t w a r ew a r eu s e df o re s t a b l i s h i n gt h ei n je c t i o nm a c h i n es e r v oh y a r a u l i c s y s t e mf o rc l a m p i n gp r o c e s s ，a n dt h e ng e n e t i ca l g o r i t h mm e t h o dw a s u s e d t oo p t i m i z ep i dc o n t r o lp a r a m e t e r s s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tp i d c l o s e d l o o pc o n t r o lo fi n je c t i o nm a c h i n es e r v oh y d r a u l i cs y s t e mh a sg o o d s t a b i l i t ya n da c c u r a c y a d daa c c u m u l a t o ri nt h eh y d r a u l i cs e r v o - s y s t e mm o l d ，t h r o u g ht h e m e t h o dw h i c ht h ea c c u m u l a t o rc o m p l e m e n t si t se n e r g yi nh i g hp r e s s u r e 摘要 a n dh i g hf l o ww o r k i n gs t a t ea n dr e l e a s e si t s e n e r g yi nh i g hv o l t a g el o w f l o ww o r k i n gs t a t et oa c h i e v et h ee f f e c to fs a v i n g e n e r g y a tt h es a m e c o m p a r a t i v es i m u l a t i o nr e s u l t sw i t hc l a m p i n gp r o c e s se x p e r i m e n ts t u d yo f e n e r g yc o n s u m p t i o nr e s u l t s ，i ts h o w e dt h a ta d daa c c u m u l a t o ri nt h e h y d r a u l i cs e r v o s y s t e mc a na c h i e v ee n e r g y s a v i n ge f f e c t k e yw o r d s ： a m e s i m ， u n i t e d s i m u l a t i o n ， e l e c t r o h y d r a u l i c s e r v o - s y s t e m ，c l a m p i n gp r o c e s se n e r g yc o n s u m p t i o n i i i 原书空白页 不缺内容 目录 目录 第一章绪论1 1 1 注射机及其结构简介1 1 2 注射机液压系统3 1 2 1 注射机液压系统的简介5 1 2 2 液压系统的能耗分析6 1 3 前人的研究成果6 1 4 论文研究的意义和内容7 1 4 1 论文研究的意义一8 1 4 2 论文研究的内容9 第二章伺服液压系统模型的建立与优化1 0 2 1 引言1 0 2 2a m e s i m 与s i m u l i n k 联合仿真的简介与实现11 2 3 伺服液压系统模型的建立1 2 2 4 基于遗传算法的p i d 参数的整定1 5 2 5 本章小结2 1 第三章合模过程液压系统的仿真分析2 2 3 1 引言2 2 3 2 仿真分析2 2 3 3 本章小结2 6 第四章合模过程液压系统能耗的仿真分析2 7 4 1 引言2 7 4 2 合模过程节能原理2 7 4 3 仿真过程与结果2 8 4 4 仿真结果讨论3 4 4 5 本章小结3 5 第五章合模过程的实验研究3 6 5 1 引言3 6 v 北京化工大学硕士学位论文 5 2 实验设备3 6 5 3 数据采集系统3 7 5 4 实验方案3 9 5 5 实验结果记录4 3 5 6 实验结果与模拟结果的对比讨论5 5 第六章总结与展望5 7 6 1 结论5 7 6 2 本课题存在的不足之处5 7 6 3 研究展望5 8 参考文献5 9 附录：遗传算法m a t l a b 程序61 致谢6 5 研究成果及发表的学术论文6 7 导师与作者简介6 9 v i 目录 c o n t e n t c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 1 1 1i n j e c t i o nm o l d i n gm a c h i n ea n dw o r k i n g p r i n c i p l e 1 1 2i n j e c t i o nm o l d i n gm a c h i n eh y d r a u l i cs y s t e m 3 1 2 1i n s t r u c t i o no f t h e h y d r a u l i cs y s t e m 4 1 2 2h y d r a u l i cs y s t e m se n e r g yc o n s u m p t i o na n a l y s i s ，5 1 3h 巧e c t i o nm o l d i n gm a c h i n ec l a m p i n gp r o c e s s 6 】【4r e s e a r c hc o n t e n ta n ds i g n i f i c a n c eo f t h i ss u b j e c t 7 1 4 1s i g n i f i c a n c eo f t h i sp a p e r 8 1 4 2m a i nc o n t e n t so f t h i sp a p e r 9 c h a p t e r 2s e r v o h y d r a u l i cs y s t e m m o d e le s t a b l i s h m e n ta n d o p t i m i z a t i o n 1 0 2 1i n s t r u c t i o n 1 0 2 2t h ei n t r o d u c t i o no f a m e s i ma n ds i m u l i n k 1 1 2 3s e r v oh y d r a u l i cs y s t e mm o d e le s t a b l i s h m e n t 1 3 2 4o p t i m i z ep i dc o n t r o lp a r a m e t e r sb a s e do ng e n e t i ca l g o r i t h mm e t h o d 1 7 2 5c o n c l u s i o no f t h i sc h a p t e r 2 3 c h a p t e r3t h es i m u l a t i o na n a l y s i so fc l a m p i n gp r o c e s sh y d r a u f i c s y s t e m 。：2 4 3 1i n t r o d u c t i o n ：! z 3 2t h es i m u l a t i o na n a l y s i s 2 4 3 3c o n c l u s i o no f t h i sc h a p t e r 2 9 c h a p t e r4 t h es i m u l a t i o na n a l y s i so fc l a m p i n gp r o c e s sh y d r a u h e s y s t e me n e r g yc o n s u m p t i o n 3 0 4 1i n t r o d u c t i o n 3 0 4 2t h ec l a m p i n gp r o c e s sh y d r a u l i cs y s t e me n e r g y s a v i n gp r i n c i p l e 一3 0 4 3t h es i m u l a t i o np r o c e s sa n dr e s u l t 31 v i i 北京化工大学硕士学位论文 4 4t h es i m u l a t i o nr e s u l ta n a l y s i s 3 7 4 5c o n c l u s i o no f t h i sc h a p t e r 3 8 c h a p t e r5e x p e r i m e n t a la n a l y s i so fc l a m p i n gp r o c e s s 3 9 1 ；1i n s t r u c t i o n 3 9 5 2i n s t r u c t i o no f e x p e r i m e n t a le q u i p m e n t s 3 9 5 3d a t ar e c o r d i n gs y s t e m 4 0 5 4e x p e r i m e n t a ls c h e m e 4 2 1 ；5r e s u l tr e c o r d s 4 3 5 6a n a l y s i so fe x p e r i m e n tr e s u l t s 5 5 c h a p t e r6c o n c l u s i o na n dp r o s p e c t 5 7 6 1c o n c l u s i o n 5 7 6 2u n d e rr e s e a r c hp r o b l e m s 5 7 6 3t h ep r o s p e c to f t h ef u r t h e rr e s e a r c h 5 8 r e f e r e n c e 5 9 a p p e n d i x ：m a t l a bp r o g r a m so fg a 6 1 a c k n o w l e d g m e n t 6 5 p u b l i c a t i o n s 、6 7 b i o g r a p h i c a ls k e t c h 6 9 v i i i 符号说明 符号说明 制品质量，g 注射功耗，1 0 2 w s 主电机功率，1 0 2 w 每个采样间隔内的注射功耗值，1 0 2 w s 数据采集系统第k 次采样的功率值，1 0 2 w 数据采集系统采样间隔，s 注射速率，c m 3 s 注射速度，c m s 注射压力，m p a 保压压力，m p a 保压时间，s 合模力，k n 合模缸油压，m p a 合模缸活塞面积，c r n 2 放大系数 i x m q p q m 址n 耽h k a m 第一章绪论 1 1 注射机及其结构简介 第一章绪论弟一早瑁化 在塑料成型加工技术方面，注射成型技术占有着非常大的比例，在国民生产 生活中的各个领域都被广泛应用。很据有关调查结果表明，注射成型技术在塑料 加工中运用的比例超过了百分之三十，并且仍在继续的增长中。注射机是注射成 型所用的主要成型设备，为了达到使塑料熔融并在模具中成型目的，通常注射机 都具备注射系统、合模系统、液压控制系统和电气控制系统四部分，如图1 1 所示 【1 o 图1 - 1 注射成型机 f i g 1 - 1i n j e c t i o nm o l d i n gm a c h i n e ( 1 ) 注射装置 注射机的主要工作方式是把塑料原料塑化成为熔融的形态，并用适当的压力 与速度将熔融形态的塑料注如制品模具中来成型产品的。注射机的主要组成可以 大致分为以下部件：塑化部件、料斗、螺杆传动装置、注射油缸、注射座移动油 缸等组成，其中塑化部分又是由机筒、螺杆或柱塞、喷嘴等组成。 ( 2 ) 合模装置 合模装置是使模具按照工艺要求经行启闭、锁紧和取出制品等动作的装置， 它的主要组成部分是由模具、连接前后模板的拉杆、模具打开与闭合所用的合模 油缸和顶出制品所用的顶出油缸、调节模具的装置等。在塑料注射成型过程中， 由于物料的流动性等其他物理化学性能的影响为了保证最后制品的各项性能一般 都会对物料施加很高的压力下在注射进模腔中的，这就要保证模具的夹紧力一定 1 北京化t 大学硕i j 学位论文 要满足要求否则会使使制品出现飞边等问题而影响制品的质量。 ( 3 ) 液压系统 液压系统是为注射机各个执行部件提供动力同时控制其按照一定顺序完成工 艺所要求的加工动作的装置。注射机的工作工程是一个循环往复的过程，通常情 况下是从模具的闭合开始的，接着是塑料的塑化，注射熔融物料至模具，完后的 产品冷却成型以及丌模取出制品等工序。液压系统的作用就是要使温度、时间、 压力、速度、位置等各项工艺指标以及各个工作顺序能够精准的达到要求。 ( 4 ) 控制系统 控制系统是控制注射机按照工艺要求达到压力、温度、时间和速度等设定值( 过 程控制) 以及各个执行元件在注塑成型周期的工作顺序( 顺序控制) 的装置。其中电 气部分一般分为动作程序控制系统、过程程序控制系统和动力装置三部分。注射 机在工作过程中第一步一般是闭合模具，模具闭合后料筒中的塑料被机筒内持续 旋转的螺杆不断的向前输送。塑料在被不断向前输送过程中同时会被机筒的加热 系统和螺杆的剪切作用加热，最终达到所预想的熔融状态。等到螺杆退回到一定 位置，即预塑计量完毕，螺杆停转，准备下次注射。等到进入下一个循环时，螺 杆会借助液压油缸的推力沿轴向方向移动，把处在机筒最前部的熔融料推出，进 入模具。等到熔融料在模具中冷却成型后，打开模具将制品顶出。从以上所诉中， 可得出螺杆在注射成型周期过程中不仅旋转而且发生轴向运动，这就行程了非稳 态的塑化工程。而模腔压力是熔料充模与冷却成型过程最有效的控制手段之一。 台模 充模 保压 0 予英塑 开模 第一章绪论 图1 2 注射成型循环步骤 f i g 1 - 2i n j e c t i o nm o l d i n gs t e p s 1 2 注射机液压系统及其能耗 1 2 1 注射机液压系统简介 注射机液压控制系统简称液控系统。是注射机的重要组成部分。注射机液控 系统工作质量，比如系统工作的稳定性，可靠性、重复性、精度、灵敏度、节能 性以及低噪音性能等都将直接影响注射制品质量，如注射速率，它影响剪切速率 和剪切应力，对制品的特征如收缩、翘曲和冲击强度等都有很大影响；而合模力 直接影响产品表观质量和尺寸精度。 注射机的液压控制正向着高控制精度、高灵敏睹、节能化、比例、伺服和微 机程序化的方向发展。注射机液压控制系统严格地按控制程序进行工作，与其他 的液压机械比较有严格的夜控程序，注射机液压系统系统，电器系统与自动化仪 表系统按着注塑工艺要求组成较完善的工作程序和循环周期。液压控制系统通过 各液压元件按规定程序操纵各执行元件( 工作油缸) 完成动作。就合模过程而言， 通常是由电液换向阀实现启闭换向控制，并通过二位四通电液阀组成差动油路： 当油缸的进回油腔接通是实现快速移模，不接通时为慢速移模。通过行程阀对液 动换向阀门的控制油进行控制，实现液压保护。 绝大多数的注射成型机目前主要采用的是电液比例控制的液压系统技术，这 种技术通常分为闭环比例控制系统与开环比例控制系统两种，这两种技术都有一 些不足的地方。其中开环比例控制的液压系统的主要缺点是对于干扰的抵抗能力 较低，并且控制的精度也不是很高，而且系统的响应速度由元件特性及其相互作 用来确定；虽然闭环比例控制系统中加入反馈与检测的技术，能够进行自我的调 节，从而具有了一定的抗干扰能力，控制精度也响应的得到了一定的提高，响应 速度也较快，但是稳定性确较差。采用电液比例控制及单元技术，一般是按比例 的算法运用电液比例阀来控制注射机液压动力系统的流量和压力，通过与计算机 技术的结合，达到了流量和压力和的无级调节，满足了注射成型过程所需要的多 级速度、多级压力的工艺要求。有一些为了简化控制回路而采用单元技术，这样 不仅可以增加系统控制精度以及可靠性，同时还便于维修和减小了安装体积。对 于中小型注射机的液压阀通常采用板式阀，而大功率机型一般采用插装阀，控制 元件接近执行元件一般来安装，这样可以提高响应速度，灵敏性和稳定性，同时 还可以减少长油路带来的损耗。除了一些基本的控制回路以外，液压系统中有时 还会还设置有一些专用的控制回路，以备需要组合使用，扩充了注射机的功能。 3 北京化工大学硕士学位论文 常见的几种液压系统的型式： ( 1 ) 普通型定量泵和常规的异步电动机相结合的型式。合模、注射、保压、冷却、 开模等工作程序组成了注射机通常的工作过程，这里每一个工作程序需要的能耗， 一般压力和流量都是不相同的，因而，在注射机一个工作循环中负载也都是处在 不断变化的状态下的。在这个定量泵与异步电机的组合形式下，电机驱动定量泵 给予液压系统一个恒定的流量，工作循环中遇到需要低流量的情况时，那些多出 的流量则通过液压系统中的一流装置卸出，这种高压节流便造成了注射机最主要 的能量损失，同时在注射机液压系统工作工程中不断伴随着液压油的势能与动能 之间的变化，在转变过程中不可避免的会产生大量的热能，这些也是能量的损失 并且还会造成液压油由于温度过高而变质的情况，因此必须要用大量的冷却水去 冷却液压油，这些都对注射机工作性能造成了很大的影响。 ( 2 ) 变频器与异步电机组合驱动定量泵的型式。这种型式的优点在于能够根据具 体的实际情况，通过变频器改变不同工作情况下电机的转速以达到改变定量泵的 流量，并且可以在工作情况需要的情况下使电机待机，达到降低能耗减少散热的 目的。这种型式的不足之处在于变频电机，因为变频电机的响应速度普通电机等 其他电机相比相对较慢，这种情况在一些功率相对较大的电机上表现的就更为突 出，有一些电机的转速从零加速到最大转速需要几秒甚至十几秒。这种缺点就导 致了在一些特定的工作条件下无法满足要求，例如一个需要很大流量注塑工艺过 程，若采用变频电机虽然可以达到降低能耗减少散热的目的，但由于响应慢，注 射流量的最大值出现的时间较为片后，这样就会影响发泡过程中发泡成核的质量， 而且还降低制品的拉伸模量与抗疲劳强度。 ( 3 ) 动力装置为普通异步电机驱动变量泵，控制装置为比例阀调节的型式。这种 单元形式可以根据工作工程的要求停工相应的流量与压力，在响应速度上也非常 优秀，在待机、冷却等工作过程中虽然没有流量与压力的输出，但是电动机仍然 处于空载运行中，造成了不必要的能耗，提高生产成本。 ( 4 ) 伺服电机与定量泵相结合的型式。伺服电机通常是带有驱动控制器、高精度 的编码器以及高灵敏度的压力反馈装置的电控系统，形成很高精度双闭环控制， 大幅度提升了液压装置系统的各项性能指标，具有了自适应负载的性能，并且在 在空载时停止工作以达到无能耗的效果、同时输出转矩大、，输出线性好。图1 3 是一常见注射机液压系统【2 圳。 4 第一章绪论 图1 - 3 注射机液压系统图 f i g 1 - 3i n j e c t i o nm o l d i n gm a c h i n eh y d r a u l i cs y s t e m 1 2 2 液压系统的能耗分析 注射机液压控制系统特点，由于液压系统的输出总功率是一定的，但由于执 行每一个程序时所需要的实际功率不同，如图1 4 所示。若不考虑效率，系统功率 消耗( e l ) 应是： e l = p pq p - p oq o ( 1 1 ) 式中p 厂泵压力，m p a ； q r 泵排油率，c m 3 s ； p 0 _ 系统控制所需压力，m p a ； q o 系统控制所需流率，c m 3 s 。 2 0 0 1 5 0 篱 】0 勺 世5 0 旮 丑 铎 0 二镧 塑化 蒸瓣蕊篙，渊= 蓊 图l - 4 注射机工作步骤输出功率 f i g 1 - 4p o w e ro u t p u to ft h ei n j e c t i o nm o l d i n gs t e p s 5 北京化工大学硕士学位论文 对于一般注射机液压系统的功率使用的平均效率只有3 5 ，而4 0 以上的功 率没有发挥出来，因此对液压系统经行节能研究建立节能系统是重要的。目前国 内注射机液压系统的效率不高主要原因有几方面，例如：通过溢流阀或者其他溢 流装置回流的高压节流造成的能量损失和系统在空载运行时电机的仍然消耗的能 量等。一些其它液压系统中的常见问题也会造成不同程度的能量损失如：液压油 的质量差，有空气或水分进入，油变质分解；电机轴承的磨损和精度差；油泵的 磨损和制造精度以及漏油等问题。因此。除了对工艺参数优化设计以外，还应该 对液压系统本身加以改进，设计更加节能、高效、环保的新型液压系统。 1 , 3 前人的研究成果 在注塑机液压系统节能和提高精度等要求方面，目前国内很多研究人员只是 在原有基础上进行了改进。如胡蓉和欧阳资恩，改进注射机液压系统，在油路中 增设了液压调模回路，方便锁模力的调整。背压用单向节流调压阀被溢流背压阀 所代替，新设计使螺杆倒索阻力减少，减少倒索压力。系统通过增设蓄能器利用 充、放回路以蓄存系统低负载时多余流量来减少系统在低速、低负载时的溢流与 节流所带来的能耗损失，同时满足系统高压、高流量时系统对压力、流量的需要。 这样可减少液压泵的规格，降低设备的装机功率。用比例压力控制和比例流量阀 的组合替换替原系统的多级调速与调压的回路，达到了系统远程对压力、流量的 连续控制的要求，使系统工作压力、流量平稳变化；同时减少了改进成本。吕超 珍采取了开关式液压控制阀用电液比例控制阀所替代的型式，在种型式下可以通 过输入连续的电信号按比例控制液压系统的流量与压力，即使负载产生大的变化 也不会系统的性能；此外采用两组油泵电机( 一组为单泵，另一组为双联油泵) 来代 替原有的动力系统，让大泵与小泵分开作用，并且采用单向阀来进行控制，满足 了注射系统与合模系统动作的同步性的要求，液压阀产生的过油能耗也得到了改 善；并且可以在大流量高注射速度时使所有油泵的流量都进入工作油缸，满足了 高响应、高注射速度的要求，加强了液压系统输出能量的利用效率，提高了系统 性能；注射系统与合模系统的流量是利用注射系统中的液压马达来进行调整的， 这样不仅不需要外接液压马达进行流量调整带来的麻烦及浪费，还给后续的工作 过程带了极大的便利条件。所以这种型式满足了结构紧凑、响应速度快、制件成 型周期短、设备投资成本低等要求，改善了传统注射成型p p 薄壁制品时由于生产 效率低、设备投资成本高、设备占地面积大而导致的产品附加值低等问题【5 1 。 同时目前存在两种基本的解决方案，即全电动式和电动一液压混合式，各自 主要特点如下【6 _ 9 】： ( 1 ) 全电动式注射机具有很多优点，尤其是在节能方面的优势，根据数据显示， 6 第一章绪论 现今比较先进的全电动式注射机可以减低能耗达到7 0 ，此外，因为运用了伺服 电机代替原有的普通异步电机注射精度比传统注射机大幅度的提高，在转速方面 稳定性也非常好，同时还具有多级调速。但全电动式注射的使用寿命上与全液压 式注射机相比比较短，目前国内厂家对全电动式注射机还缺乏比较成熟的技术与 使用经验，声场中主要还以日系设备为主。 ( 2 ) 电动液压式注射机是液压与电力混合驱动的一种注射机，它的特点是兼有全 电动注射机的能耗低与全液压式注射机性能优异的特点，是近些年来国内注射机 技术发展的又一个新的方向。马俊彪提出了在微型发泡的注射机上采用液压伺服 系统后，比传统的液压系统能耗降低了约5 0 8 0 ，其注射精度提高1 5 2 0 ，重 复稳定性也较好，产品合格率有较大的提高，各个工序的平均能耗又有所降低。 国外方面，日精推出新型精密注射机，也是一种电动和液压相结合的立式的注射 机，同时具有电动注射机与液压注射机的特点。 1 4 论文研究的意义与内容 1 4 1 论文研究的意义 随着改革的逐渐深入、科技的持续发展、技术的不断进步，各行各业对于注 射机的要求也越来越高，而在一些特殊制品行业尤其像医疗器械及i t 工业方面， 对精密注塑存在着更高的要求。本课题基于目前经济形势和节能降耗的大主题环 境下，对锁模机构和注射机构做出进一步改进，以达到对注塑机普遍提出的小型 化、节能化、高精度的要求。 锁模机构主要是控制合模过程，合模过程作为注射机工作循环的一个必要部 分，其动力控制系统的性能直接影响注射成型制品的质量和注射机性能的水平。 合模过程中最主要的参数是合模力，在注射充模阶段和保压补缩阶段，模腔压力 要产生使模具分开的胀模力。为了克服这种胀模作用，合模系统必须施模具以闭 紧力，此为合模力。合模力的调整将直接影响制品的表观质量和尺寸精度：合模 力过小会导致模具无法抵消胀模力，模具无法合紧，发生溢料；但是如果合模力 过大则又会使模具变形，制品产生内应力和产生过多的能耗。又由于注射住喷嘴 和模具接触的作用以及注射时溶体压力产生的胀模作用，合模力在注塑周期中也 是变化的，如图1 - 6 所示： 7 北京化工大学硕士学位论文 p 1 p 5 p 6 图1 5 合模力周期变化图 f i g 1 - 5c y c l ev a r i a t i o n so ft h ec l a m p i n gf o r c e p 1 p 2 是闭模，p 2 p 3 注射座前进，p 3 _ p 5 是注射充模及压实，p 5 p 6 是保压， p 6 p 7 是压力切换及螺杆退回，p 7 p 8 是注射座后退，p 8 p 9 是开模。 因此，研究本课题的意义在于改进传统的合模过程液压系统，采用较为优秀 控制技术对合模力控制更加准确，以及分析合模过程能耗的特点找出一定节能方 案以降低不必要的能量消耗。 1 4 2 论文研究的内容 本课题主要是研究的内容是：注射机液压伺服动力锁模系统的分析。通过新 型建模仿真软件a m e s i m 和m a t l a bs i m u l i n k 联合对注塑机合模过程液压伺服系 统经行建模和优化参数，并且进行合模仿真，评价优化后的合模性能。提出一定 的节能方案并进行模拟仿真，在与实验相结合探索合模过程能耗的主要影响因素 间的联系，及对节能仿真结果进行对比分型及评价。主要内容如下： ( 1 ) 利用a m e s i m 和m a t l a bs i m u l i n k 软件对注射机液压合模系统建立模型和参 数优化。本部分工作内容是利用新型的仿真软件a m e s i m 结合在数字处理方面较 优秀的m a t l a b s i m u l i n k 软件建立采用伺服阀及闭环p i d 控制系统的液压合模回 路。再通过遗传算法对闭环控制参数进行优化整定。 ( 2 ) 通过a m e s i m 和m a t l a bs i m u l i n k 软件建立较为优越的伺服液压系统，模拟 注射机液压系统的工作环境，对注射机合模过程经行反复多次的仿真实验并分析 仿真结果，对注射机采用伺服阀，及闭环p i d 控制系统的液压合模回路的响应速 度、稳定性及精度方面与常规的注射机合模过程液压控制回路进行一定对比分析 和探讨，找出模型优越点和与实际情况之间的误差，以提高注射机的性能。 ( 3 ) 结合利用a m e s i m 和m a t l a bs i m u l i n k 对注射机合模过程液压系统采用一定 的节能方法，并对其模拟仿真探讨节能方案的可行性以及对节能方案给予一定的 评价，同时为下一步进行注射机合模过程实验研究创造条件。 第一章绪论 ( 4 ) 采用理论分析和实验相结合的研究方法对注射机合模过程的能耗进行研究， 分别在不同的锁模力和锁模时间下测得注射机合模过程的能耗耗，分析这两点因 素对能耗的影响，再与仿真模拟的具有节能特点的合模液压系统的合模过程的能 耗进行对比，并且分析节能模块对对注射机合模过程能耗的影响。 9 北京化工大学硕士学位论文 2 1 引言 第二章伺服液压系统模型的建立与优化 现今，计算机技术突飞猛进，仿真技术也随之日新月异，这项技术对工程设 计开发与科学研究中的作用也越来越明显。工程设计开发中利用仿真技术不仅可 以使企业高效率低成本的将新产品投入到市场，而且避免了很多不必要的风险； 同样的，在科学研究中利用仿真技术可以为科学研究提供虚拟的实验模拟分析， 以避免不表要的物力财力的消耗，同时很大程度的减少科研时间，对科学研究成 果水平也有一定的提高，从而使研成果能够最快速的转变为实际生产力。在现在 的工程技术以及科学研究中计算机仿真技术以无与伦比的优越特性成为了必不可 少的重要组成部分。本文利用领先的流体、传动系统和液压机械系统建模软件 a m e s i m 对注射机合模过程液压伺服系统建立仿真模型。 a m e s i m 是一款多学科，多领域模拟仿真软件，提供了大量的和其它相关软件 的接口。s i m u l i n k 依托m a t l a l b 强大的数字处理功能是现今一款主流的动态系统仿真 模拟分析的软件，他最主要的特点是对研究对象建立数学模型再借助m a t l a l b 平台 的数字处理功能来对研究对象进行分析研究，因此对研究对象建立数学模型便成 为了研究成败的关键点。s i m u l i n k 是属于m a t l a l b 平台下的一个子模块软件，所以可 以非常方便的借助于m a t l a l b 平台非常优秀的数字处理性能，根据模拟环境改变模 拟参数，建立满足用户要求的数学模型，处理模拟过程中出现的各种技术上的问 题。在本课题中a m e s i m 作为课题系统模型建模仿真的平台，而s i m u l i n k 作为课题 中控制系统模型建模的平台。利用a m e s i m 中提供的a m e s i m 与s i m u l i n k 的接口功 能，通过便捷和行之有效的方法达到a m e s i m 中的工程系统模型与s i m u l i n k 中控制 系统模型之间的交互用作，这就使