[2007.02]节能式大型中空成型机的液压、气动系统的设计

摘  要：本文介绍了大型塑料中空机的液压，液压伺服及气动系统的设计及配件选用。

关键词：大型塑料中空成型机；液压系统；液压伺服系统；气动系统；节能

1     前言

   大型中空成型机是加工制造大型塑料中空制品的重要设备,设备其中的液压及气动系统是重要的动力系统,它们的可靠性及稳定性对设备起决定性的作用。同时，对设备的节能也起关键性的作用。在国内，大型中空成型机近20年来发展迅速，但与国外发达国家的同类型设备比较还有一定差距，相比之下，液压及气动系统还有需要努力提高的地方。近20年来，我们在进口及国产大型中空成型机的液压及气动系统方面进行了一些改进工作。结合技术改造，并在国产大型中空机上重新设计制造了液压及气动系统，经过多年使用证明效果较好，现整理成文，与专家学者讨论并供同行参考。

2     大型塑料中空制品的成型工艺

   大型塑料中空制品的成型主要经过以下流程：原料上料，（将颗粒状的塑料原料经过上料系统加入到挤出机料斗中）经过挤出机加热挤出到机头，料位达到设置的值，口模开口并上下移动，挤出或者压出设置好的所需型坯，模具合模并吹压缩空气使之成型，冷却成型后开模并取出制品。修饰后即成产品。塑料中空制品机头大多分为储料式和连续挤出式。目前这两种型式的大型机头均已经实行数字化型坯调节，从而使型坯能满足大型中空制品的成型要求，保障这类产品的使用质量。

3     大型塑料中空成型机的主液压系统的设计

    大型塑料中空成型机的液压系统较为复杂，执行动作较多，时间顺序要求严格。控制精度要求较高，因此液压系统的设计与原件选用及模块的制造等都要搞好。（图1为大型中空成型机的液压原理图），主要有型坯注射，开合模，模具上合模，模具下合模，扩坯油缸升降，中心吹油缸升降，以及其它附加动作。型坯注射，开合模，压力调节阀均采用插装阀，其余动作均采用叠加阀，液压泵采用高压双联叶片泵，吸油过滤器采用管道型过滤器。与控制电路配合即可实现较为完备的动作控制。

   在塑料制品中空吹塑过程中，型坯注射及模具合模保压锁模过程中油压需要较高，型坯注射时间较短，但需要较高的油压及较大的流量，这时可以让高压双联叶片泵均输出大流量及高压力，从而达到快速挤出型坯，保障型坯质量的目的。保压锁模过程则时间较长，可以让高压双联叶片泵的小泵输出小流量及高压力，从而使设备的液压系统达到实现节能的目的。我厂前几年利用设备改造的机会淘汰了中空机原有的液压系统，而采用了图1的液压系统，在提高设备稳定性的同时，取得了一定的节能效果。（节能对比见附表）

   型坯注射及开合模的插装阀的回油控制阀均采用了常开型，从而确保不会因为其它控制原因或者反应延迟对油路及液压系统造成冲击。

   吸油过滤器与回油过滤器对整个液压系统的长期稳定性使用起着较大的作用，同时也是降低设备运行成本的重要措施。选用时宜采用较大容量的过滤器，从而减少运行故障及换油次数。吸油过滤器采用管道型，利于缩短维修保养的时间和方便维修操作。

   插装阀的阀座集成块最好设计为一个整体，虽然集成块设计及加工时难度稍大些，但是油路的泄漏会少些，设备的长期稳定性会好得多。也利于设备的外观设计。

   压力及流量调节没有采用压力与流量比例阀来控制，而采用两组双电控溢流调节插装阀来控制，主要目的是为了使设备的长期使用时运行费用较低，和降低维修保养时的换件成本。同时，对操作人员的技术素质要求也可降低。在此需要说明的是：对于目前许多厂家采用的压力与流量双比例阀液压控制系统，在设备的最初几年里，确有调节方便，节能效果也较好。但是随后设备的维修难度加大，对维修人员的技术素质要求较高，往往一旦维修中判断失误，会给设备使用企业带来较多的经济损失和浪费。而采用两组双电控溢流调节插装阀来控制压力与流量系统在近阶段中能较好的解决这类问题。

   设备在气候炎热的南方使用时，油冷却器应当选用较大型号的产品，确保设备在夏季能正常运行。并将油温控制在30-45℃左右。

   液压油管的设计与选用对系统影响较大，为了降低油路对系统的冲击和噪音及泄漏，有必要在管道的一定位置上设计选用耐高压的胶管总成。

图1   大型中空吹塑成型机液压原理图

 

4      大型塑料中空成型机的型坯控制液压伺服系统的设计

     大型塑料中空吹塑成型机必需采用有壁厚控制的液压系统，而液压伺服系统作为比较成熟的系统常用来精确控制型坯的壁厚，从而达到高质量型坯的要求，进而确保大型中空吹塑产品的高质量。图2是大型中空吹塑成型机液压伺服系统原理图。它们主要由电液伺服阀，溢流阀，单向阀，进回油过滤器，储能器，高压油泵，油冷却器，油箱等组成。

液压伺服系统是一种高精度要求的液压系统，对各个配件的要求均较高。

选择液压伺服系统的配件和使用时，特别注意的地方有：

①      伺服阀的选用，从功率，抗污染性，可靠性，稳定性等方面综合考虑，由于射流管式伺服阀具有以上多方面的优点，应尽量选择射流管式伺服阀。对伺服阀的压力和流量参数选择也至关重要，从大型塑料中空吹塑成型机多年运行的情况来看，伺服阀的压力参数宜选液压系统压力的1.5-2倍，流量参数宜选4-6倍。伺服阀的安装位置应尽量靠近伺服油缸，阀芯位置为水平安装。

②      吸油及出油过滤器的流量参数宜选6-8倍，出油过滤器的压力参数宜选1.5-2倍。过滤精度为3-5。

③      溢流阀，单向阀，截流阀，泵等的压力参数宜选1.5-2倍，流量参数宜选2-2.5倍。泵最好采用柱塞泵。

④      储能器压力参数宜选1.5-2倍，容量参数宜选7-9倍。确保伺服系统的稳定性。

⑤      伺服阀的电控系统的精度也需要特别注意。

⑥      伺服油箱最好采用不锈钢板焊接，虽然制作成本高点，但是能有效减少污染和延长换油周期。

⑦      伺服系统最好布置在成型机头附近，使之减少管路损失。

⑧      伺服系统安装后投入使用前，系统的清洁与冲洗至关重要，首次冲洗时间宜在24小时以上。最好设计专用的冲洗电路，实现自动冲洗。

⑨      伺服系统运行时的油温应控制在25-40℃，确保伺服系统的动作稳定性。

⑩      目前不论是专业的设备制造厂，还是设备使用厂家对液压系统使用几年后的油液泄漏问题仍应下大力解决。为了减少液压阀间的泄漏，采用高强度螺栓及联接螺纹间采用合适的胶是个较好的办法。

 图2   大型中空成型机液压伺服系统原理图

5、  大型塑料中空成型机的气动系统的设计气动系统主要控制安全门开关，机械手进退、开合，扩坯收扩，预夹机构夹放，侧吹针进退，嵌件顶出，低、高压吹气，气循环等动作。见图3：大型塑料中空成型机的气动系统原理图。

 6     结束语

①           大型或超大型塑料中空成型机的液压系统的节能设计至关重要，它可使系统的节能效果显著，各原件的选择应充分考虑设备长期的稳定性和维修保养的方便及换件成本。双联泵与电控卸荷阀相配合，可使液压系统取得较大幅度的节能效果，从而降低生产成本。（我厂单机节能效果对比见附表）

②           大型或超大型塑料中空成型机的液压伺服系统是实现壁厚控制的主要手段，伺服阀及相关配件的选用至关重要，应主要考虑系统的使用寿命和使用的可靠性。同时，液压伺服系统应尽量靠近执行机构。

③           大型或超大型塑料中空成型机的气动系统的控制阀应尽量选用双电控阀，以确保设备运行时和维修保养时操作人员的安全。当气动系统压力较大时，（比方说吹塑工程塑料时）控制阀应选用金属密封的阀，这样可以使气动系统更加可靠以及延长使用寿命。

④           在此，建议中空机设备制造厂家大力开展设备节能的研究与推广应用工作。

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