基于amesim的注塑机移模系统联合仿真分析

基于amesim的注塑机移模系统联合仿真分析

近年来，随着塑料加工行业的快速发展，塑料加工设备的生产、加工和制造日益受到重视。作为塑料加工设备中应用最广泛的设备之一，2级注塑机起着重要作用。为最大限度地降低液压系统的能量损耗,结合插装阀和伺服驱动的优点,提出了伺服泵控容积调速控制系统,并采用插装阀的先导阀控制插装阀的启闭,从而控制液压缸活塞杆的运动方向和运动速度。为验证移模液压系统设计的正确性和有效性,利用动态系统仿真软件Simulink和液压系统仿真软件AMESim两种软件各自优越性12型注塑机移动模系统的设计1.1快速开模阶段二板式注塑机合模系统的基本功能是实现模具的开启与闭合(移模)、模具锁紧(锁模)和制品顶出图2为二板式注塑机移模液压系统的原理图。图2中的20代表移模液压缸,有杆腔进油实现闭模,反之为开模。开、闭模的动作过程为慢速-快速-慢速。闭模时:安全门关闭,使机动换向阀5处于右位,电磁铁1YA、2YA得电,3YA、4YA失电,液压油通过插装阀A2进入移模液压缸有杆腔,无杆腔回油则通过插装阀A3进入油箱。开模时:电磁铁3YA、4YA得电,1YA、2YA失电,液压油通过插装阀A4进入液压缸无杆腔,有杆腔回油通过插装阀A1进入油箱。为减少启动时的冲击和振动及移模结束时保护模具,在阀7、10位置处加入背压阀6、11。开闭模速度的变化通过调节背压阀6、11的大小实现,慢速时背压为6MPa,快速时背压为0。另外,快速开模阶段,控制电磁铁1YA、2YA、3YA、4YA均得电,液压缸有杆腔和无杆腔连通,形成差动连接,实现动模板快速退回。若设置液压缸的有效面积比为1∶2,既可以使开闭模速度相等,又使泵输出的流量减小。当泵突然停止工作,液压缸在惯性作用下会继续运动,造成短时负压,为此在系统中设置了单向阀14、16。设置单向阀15是将油液封闭在控制回路中,加快阀下个周期的动作速度。通过位移传感器22检测活塞杆的位移,进而控制伺服电机的转速改变,以实现移模慢快速的切换。1.2组模板运动速度曲线某二板式注塑机移模的最大行程为2m,开闭模动作时间均为5s。设计动模板运动速度曲线如图3。动模板质量约为25t,模板与工作台产生的摩擦力是不容忽视的。由经验可以取静摩擦因数为0.2,动摩擦因数为0.1。考虑启动及变速时的惯性负载,液压缸的负载曲线如图4所示。2系统模型的建立为验证移模液压系统设计的正确性和有效性,采用大型液压系统仿真软件AMESim及动态系统仿真软件Simulink建立了联合仿真模型。利用AMESim的机械库、信号库、HCD库等建立液压系统模型,联合Simulink建立控制系统模型,最终建立二板式注塑机移模系统AMESim/Simulink联合仿真模型,如图5所示。图6为采用Matlab/Simulink建立的移模系统控制模型。利用AMESim系统模型的位移信号作为控制系统的输入信号,实现对不同位移范围内的开闭模速度控制,输出信号分别控制AMESim模型中伺服电机和插装阀的先导阀动作,从而控制伺服电机的转速和插装阀的启闭,以实现模板运动方向和速度的控制。图6中,v1为动模板运动速度,u为动模板位移,S1为伺服电机的输入信号,S2、S4、S5、S7为各个电磁换向阀的输入信号,S3、S6为各背压阀的输入信号。移模系统联合仿真模型部分仿真参数如表1所示。3模拟结果和分析仿真过程主要关注动模板的运行速度、动模板位移、系统的压力及系统的功耗。具体仿真结果如下所述。3.1稳定误差及位移图7为动模板运动速度曲线。由图7可知,动模板的运动速度可以达到系统的速度要求。对比图3,可以看出动模板的运动速度在刚启动时和速度变换时存在波动,但是仅需0.2~0.4s就可以达到稳定状态,响应速度快,稳定后的速度分别约为0.180、0.543m/s,稳定误差小,仅有1.1%,满足速度要求。另外,可以适当增大系统背压以减小系统中的速度波动。位移设定值为2m,由图8可知,实际位移为1.99259m,精度为0.00741,满足精度要求。压力取决于负载,压力跟随负载变化,二板式注塑机系统的最大压力理论值为10.3MPa,由图9可知,系统最大压力为10.2MPa,比理论值略小,精度约为99%,慢速段的压力为6.09MPa,快速段的压力为5.16MPa,满足要求。3.2系统能耗和节能潜力的计算在图5所示的联合仿真模型中液压泵入口处接入压力传感器和流量传感器,监测系统的压力和流量,将压力和流量相乘,可以得到系统的功率,再进行积分,计算出系统的能耗由图10可知,液压系统由伺服电机驱动时移模阶段总能耗为55kJ,而液压系统由普通电机驱动时移模阶段总的能耗为76kJ,节能27%。图11为系统的功率曲线,可见慢速移模时节能效果明显,而快速移模时,两者能耗几乎相同,这是因为快速移模时,两者均为满流量运转,伺服泵控系统特别适用于短时间需要满流量运转,长时间需要非满流量运转的情况,此时节能效果显著。4提高运行效率1)设计了二板式注塑机移模系统液压回路。采用插装阀和伺服电机对执行机构的运动方向和运动速度进行调节;通过位移信号控制伺服电机,实现系统流量的改变,以最大限度提高运行效率和降低能耗。2)利用AMESim和Simulink两种软件的各自优势,建立系统联合仿真模型,进行仿真分析,从而避免建立复杂的数学模型及公式推导,方便、高效、直观地实现系统建模及参数优化。3)通过对某二板式