注塑機節(jié)能液壓系統(tǒng)的分析研究

1、注塑機節(jié)能液壓系統(tǒng)的分析研究注塑機節(jié)能液壓系統(tǒng)的分析研究注塑機的最主要的能耗即是動力驅(qū)動系統(tǒng),注塑機節(jié)能的重點即是提 高動力驅(qū)動系統(tǒng)本身的能耗效率及驅(qū)動系統(tǒng)輸出功率與執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行功率達(dá)到自適應(yīng)調(diào)節(jié)匹配,兩者之間的能量利用率越高,即系統(tǒng)節(jié)能率越高,達(dá)到節(jié)省能源的功 效。注塑機節(jié)能動力驅(qū)動系統(tǒng)是把有關(guān)節(jié)能驅(qū)動技術(shù)運用于注塑機上的技術(shù)。節(jié)能動力驅(qū)動系統(tǒng)是注塑機節(jié)能的主要研發(fā)課題。         注塑機動力驅(qū)動系統(tǒng)一般有以下三種:液壓驅(qū)動系統(tǒng)；全電子驅(qū)動系統(tǒng)；液電混合驅(qū)動系統(tǒng)。長期以來，注塑機節(jié)能液壓系統(tǒng)是重點研究的節(jié)能動力驅(qū)動系

2、統(tǒng)。注塑 機節(jié)能液壓系統(tǒng),正在從過去的流量比例和壓力比例的雙控制走向負(fù)載敏感自適應(yīng)控制，走向變頻調(diào)速控制、伺服控制及伺服閉環(huán)控制。 節(jié)能液壓驅(qū)動控制系統(tǒng)        注塑機的工藝過程一般分為鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻、開模等幾個階段，各個階段需要不同的壓力和流量。對于油泵馬達(dá)而言，注塑過程是處于變化的負(fù)載狀 態(tài)，在定量泵的液壓系統(tǒng)中，油泵馬達(dá)以恒定的轉(zhuǎn)速提供恒定的流量，多余的液壓油通過溢流閥回流，此過程稱為高壓節(jié)流。據(jù)統(tǒng)計由高壓節(jié)流造成的能量損失高達(dá) 36%-68%。減少節(jié)流損失，提高能量效率，成為液壓驅(qū)動系統(tǒng)節(jié)能的發(fā)展方向。 來源塑料模具

3、網(wǎng)     流量比例和壓力比例控制的雙比例控制與定量泵組成節(jié)能動力控制系統(tǒng)        流量比例和壓力比例控制的雙比例控制的節(jié)能技術(shù)是隨著注射成型技術(shù)的發(fā)展及控制性能的提高而發(fā)展起來的。開關(guān)閥與定量泵組成的動力驅(qū)動系統(tǒng)不能滿足注射成 型性能的要求，比例閥達(dá)到了無級靈活調(diào)節(jié)，同時顯示出了節(jié)能的性能，在推廣應(yīng)用過程中，又不斷提高其節(jié)能的性能。      中、小型注塑機的P/Q復(fù)合電液比例技術(shù)與定量泵組成節(jié)能動力驅(qū)動系統(tǒng)，是國內(nèi)注塑機制造單位普遍使用的節(jié)能驅(qū)動系統(tǒng)。中、

4、小型注塑機的液壓泵源一般為單泵或雙泵,液壓泵排出流量全部經(jīng)過P/Q閥進(jìn)行比例調(diào)速。P/Q復(fù)合比例閥的技術(shù)特征是用三通型的比例調(diào)速閥控制速度，再在其上迭加比例壓力先導(dǎo)閥控制系統(tǒng)壓力。同最初采用分離元件構(gòu)成的系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)雖可大大減少元件數(shù)量、簡化結(jié)構(gòu)，減少管路能耗損失及節(jié)流能耗損失。但因采用定量泵供油，工作過程中始終存在與流量有關(guān)的能量損失，特別是保壓過程中，這部分的流量能耗處于最大值。系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了注塑機的自動控制技術(shù)及注射成型性能,在成型制品工藝周期過程中所需冷卻時間長的注射成型，節(jié)能明顯，在節(jié)能與性價比方面具有一定優(yōu)勢，國產(chǎn)注塑機幾乎全部應(yīng)用了P/Q復(fù)合電液比例技術(shù)。 &#

5、160;      大型注塑機的比例技術(shù)與定量泵組成節(jié)能動力驅(qū)動系統(tǒng)。大型注塑機的液壓泵源由多個定量泵組成，以達(dá)到系統(tǒng)工作所需流量。對于多泵與比例閥的如何搭配，直接關(guān)系到系統(tǒng)的能耗的高低。多泵與比例閥搭配有兩種形式：一種是采用中、小型注塑機的P/Q復(fù)合電液比例技術(shù)與定量泵組成節(jié)能動力驅(qū)動系統(tǒng)的形式, 總流量全部通過P/Q比例閥(或傍路P/Q比例閥), 不論那個泵的工作流量必須通過比例流量閥進(jìn)入系統(tǒng)，這樣，造成了流量壓差能量損失，特別在大流量情況下，能量損失較大；另一種形式是僅對其中一個小流量泵 進(jìn)行比例調(diào)速，其于泵的流量根據(jù)工況與比例調(diào)速小泵的流量組合疊

6、加，形成一條流量比例斜線，各個工況所需流量可在比例斜線上選取，這種比例流量調(diào)速，除比 例調(diào)速的小泵外，其于泵的工作流量進(jìn)入系統(tǒng)中，均沒有第一種搭配形式的能量損失，提高了能量利用率。         作者設(shè)計的合模力8000kN注塑機為例，泵源由五個定量泵組,分別為:比例調(diào)速小泵的排量為76,其余兩個為排量76/152的雙泵。兩個雙泵的四個 泵的流量根據(jù)工況與比例調(diào)速小泵組合疊加，形成一條流量比例斜線，各個工況所需流量可在比例斜線上選取，這種比例流量調(diào)速，除比例調(diào)速的小泵外，其于泵的工作流量進(jìn)入系統(tǒng)中，基本上沒有流量的能量損失

7、，提高了能量利用率。系統(tǒng)還可根據(jù)需要,減少工作泵的數(shù)量,不影響系統(tǒng)的調(diào)速性能。 來源塑料模具網(wǎng) 節(jié)能負(fù)載敏感控制系統(tǒng)在注塑機上應(yīng)用         注塑機節(jié)能最有效的措施是動力機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)兩者之間流量的自適應(yīng)調(diào)節(jié)匹配。變量泵和電液比例閥結(jié)合的負(fù)載敏感泵節(jié)能控制系統(tǒng)，整個控制機構(gòu)由差壓控制型徑向變量柱塞泵、含位置閉環(huán)的高速比例閥、以及壓力傳感器和位移傳感器組成，提高了動態(tài)響應(yīng)速度?？刂屏髁坑杀壤y與檢測變量泵偏心量的位移傳感器構(gòu)成的位置閉環(huán)系統(tǒng)完成。通過壓力傳感器補償因泄漏造成的流量損失，使泵輸出的流量在010V內(nèi)與設(shè)定值信

8、號成線性比例。控制系統(tǒng)壓力由比例閥與壓力傳感器構(gòu)成的電閉環(huán)回路完成，壓力與流量兩種控制狀態(tài)的分離與轉(zhuǎn)換由電子放大器根據(jù)設(shè)定信號自動完成。系統(tǒng)的輸出流量由0增大到90時，響應(yīng)時間約為 50ms；而由90輸出流量減小為0時，響應(yīng)時間約為30ms，系統(tǒng)壓力的動態(tài)響應(yīng)時間當(dāng)負(fù)載容腔為4L時，小于200ms，均與高性能的比例閥相當(dāng)， 因而完全適合于注塑機的過程控制。負(fù)載敏感比例泵節(jié)能液壓系統(tǒng)，液壓動力輸出隨負(fù)載而同步化，其差值達(dá)到最小，基本上沒有能量浪費，與定量系統(tǒng)相比，節(jié)能 達(dá)到（30-60）%，是理想的節(jié)能液壓系統(tǒng)。        設(shè)定的負(fù)載敏感泵輸

9、出流量,不一定能與需精確調(diào)節(jié)流量匹配,系統(tǒng)中還須增加流量調(diào)節(jié)閥,造成節(jié)流能耗損失。負(fù)載敏感泵與伺服閥組成閉環(huán)控制系統(tǒng), 可消除節(jié)流及管路的能耗損失,并且較大幅度提高了整機性能。國內(nèi)大多數(shù)單位,僅從節(jié)能方面考慮,用負(fù)載敏感泵取代定量泵與P/Q雙比例閥,而沒有進(jìn)一步從 負(fù)載敏感泵能提高整機性能方面考濾,系統(tǒng)的控制性能及節(jié)能特性沒有得到進(jìn)一步發(fā)揮。國際上先進(jìn)的負(fù)載敏感泵控制系統(tǒng),在塑化注射油路部分設(shè)置伺服閥,目的 是與負(fù)載敏感泵共同組成一個高性能的閉環(huán)節(jié)能控制系統(tǒng),在節(jié)能的同時，提高注射性能，但在國內(nèi)塑機制造單位基本上沒有得到推廣應(yīng)用。作者在1985年設(shè)計 的負(fù)載敏感泵與伺服閥組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)的注

10、塑機,經(jīng)實際應(yīng)用證明,在節(jié)能及性能兩方面都取得了良好效果。 MouldsNET.COM          國內(nèi)為研發(fā)負(fù)載敏感泵做了大量的工作。陜西秦川機床廠在上世紀(jì)八十年代中與上海第一塑料機械廠共同開發(fā)了負(fù)載敏感泵,并成功在注塑機上得到應(yīng)用。近年來, 重慶邦助工業(yè)有限公司研制出的BK系列注塑機專用負(fù)載敏感比例泵，其價格與定量泵和P/Q閥的總價差不多，從根本上解決了負(fù)載敏感比例泵價高難以推廣的障 礙,已得到批量應(yīng)用,取得了較好的效果。海特克液壓有限公司引進(jìn)日本先進(jìn)技術(shù)批量制造出負(fù)載感應(yīng)泵。 定量泵加變頻調(diào)速電機電液節(jié)能控制系統(tǒng)

11、          變頻調(diào)節(jié)技術(shù)通過調(diào)節(jié)液壓泵的轉(zhuǎn)速，使動力機構(gòu)的性能類似于比例泵節(jié)能系統(tǒng)，達(dá)到動力機構(gòu)輸出的流量與執(zhí)行機構(gòu)的流量相匹配，使流量的損失降低。變頻調(diào)節(jié) 技術(shù)是利用注塑機同步信號及電氣控制系統(tǒng)，根據(jù)注塑成型的工藝要求，將電液比例控制系統(tǒng)，模擬成負(fù)載跟蹤控制系統(tǒng)，使油泵電機的轉(zhuǎn)速與注塑機工作所需液壓 的流量與壓力乘積成正比，將傳統(tǒng)的定量泵改造成變頻變量驅(qū)動系統(tǒng)，從而使溢流閥的回油流量降到最小，無高壓節(jié)流能量損失，進(jìn)而將傳統(tǒng)有高壓節(jié)流的“耗能型 ”注塑機升級為無高壓節(jié)流的“節(jié)能型”注塑機，節(jié)能型注塑機除了節(jié)

12、能功能之主要特性外，依據(jù)其節(jié)能原理，還具有附加系列的優(yōu)點，包括：減輕開、鎖模沖擊， 延長機械和模具使用壽命；延長油路系統(tǒng)（密封組件等）使用壽命，減少維修次數(shù)、節(jié)省維護(hù)費用；降低噪音、改善工作環(huán)境；系統(tǒng)油溫大幅降低，冷卻用水量可節(jié) 省30%以上；對電機具有過壓、過流、缺相等多種保護(hù)；注塑機原有的控制方式及油路不變。將注塑機改造升級為“節(jié)能型”注塑機，其投資（主要是變頻器）在 一年內(nèi)可通過節(jié)約的電費收回。浙江慈溪市從去年開始大力推廣注塑機節(jié)能技術(shù)，在注塑機上安裝變頻節(jié)能器后，單機節(jié)能效果達(dá)到30%60%。慈溪市200 多家企業(yè)為注塑機安裝節(jié)能器后，年省電達(dá)6000萬千瓦時左右。深圳市奧宇控制系統(tǒng)有

13、限公司節(jié)能事業(yè)部主要從事注塑機變頻節(jié)能控制系統(tǒng), 為深圳市龍華富士康多家塑膠廠安裝該公司的注塑機變頻節(jié)能控制系統(tǒng)，油泵電機平均節(jié)電率達(dá)到45；為上海宜新集團(tuán)公司改造100多臺注塑機。油泵電機平 均節(jié)電率41。         注射成形各階段頻繁的速度變化，使液壓泵驅(qū)動電機頻繁處于加減速工況下，由于磁滯效應(yīng)及轉(zhuǎn)動慣量的影響，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)通過調(diào)節(jié)液壓泵的轉(zhuǎn)速，響應(yīng)速度慢 （比例泵響應(yīng)時間在100ms之內(nèi)，變頻調(diào)速響應(yīng)時間需800ms1000ms），導(dǎo)致了注射循環(huán)周期時期的增加，降低了生產(chǎn)效率，對高要求的制品難以 成型。

14、電機轉(zhuǎn)子質(zhì)量比變量泵變量的斜板的質(zhì)量大許多，所以前者流量改變的響應(yīng)時間大于后者的響應(yīng)時間，不能適應(yīng)多級速度變化的快速注射。通過實現(xiàn)變頻器的 輸出頻率和輸出轉(zhuǎn)矩解耦調(diào)節(jié)，達(dá)到變頻器與注射過程各動作的最佳配合，以達(dá)到提高應(yīng)答反映性能。注塑機是否采用變頻調(diào)速，主要看加工制品的要求。變頻調(diào)速 節(jié)能的本質(zhì)就是在電機轉(zhuǎn)速低于設(shè)置的最高轉(zhuǎn)速情況下起到節(jié)能效果，低速的運轉(zhuǎn)時間越長，節(jié)能的效果越明顯。厚壁制品的保壓時間及冷卻時間長，是應(yīng)用變頻調(diào) 速設(shè)備的首選。     高響應(yīng)的交流伺服電機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)      

15、0;   高響應(yīng)的交流伺服電機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)解決了變頻調(diào)節(jié)技術(shù)通過調(diào)節(jié)液壓泵的轉(zhuǎn)速，響應(yīng)速度慢的性能,同時由于其本身的運轉(zhuǎn)的特性提高了電力的利用效率。伺服 電機驅(qū)動系統(tǒng)，由于伺服電機不使用永久磁鐵結(jié)構(gòu)，且由于轉(zhuǎn)矩及慣量的密切配合下，又在低慣量的轉(zhuǎn)子的配合下，免除了脈動轉(zhuǎn)矩,在速度范圍內(nèi)有著良好的加減 速度動態(tài)反應(yīng)特性。因轉(zhuǎn)矩是由感應(yīng)式電流產(chǎn)生,具有完滿磁性分布之高密度磁通所生,在2000r/min速度范圍內(nèi),輸出高比例(可達(dá)到2.8倍)的額定 轉(zhuǎn)矩情況下, 能保持非常低的轉(zhuǎn)矩波動,在非常低的速度下也可有大的定轉(zhuǎn)矩區(qū),達(dá)到衡定的流量輸出。轉(zhuǎn)速隨系統(tǒng)流量需求而改變，反應(yīng)速度比伺

16、服閥快千分之4秒，液壓系統(tǒng) 基本上不需冷卻水，對于保壓及冷卻時間長的制品，節(jié)能可達(dá)80%。設(shè)定電機的轉(zhuǎn)速控制流量,沒有節(jié)流損失?？蓸O大地減少保壓工況及空轉(zhuǎn)工況（等待周期）的 流量損失。保壓時電機處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)，比負(fù)載敏感泵節(jié)能驅(qū)動系統(tǒng)更節(jié)能。高響應(yīng)的交流伺服電機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)與伺服閥組成閉環(huán)控制系統(tǒng),更能發(fā)揮出節(jié)能特 性,提高系統(tǒng)的精密控制性能。日進(jìn)精密股份有限公司的一臺隆亨SN-220D伺服電機驅(qū)動的注塑機，據(jù)該公司介紹，成型電腦底座，材料為ABS，重量 118g，成型周期48秒，以普通電機驅(qū)動定量泵的隆亨NC-220注塑機能耗耗電20kW/h為基準(zhǔn)，負(fù)載敏感泵驅(qū)動系統(tǒng)耗電10kW/h節(jié)能 5

17、0%，全電動驅(qū)動系統(tǒng)耗電3.2kW/h節(jié)能84%，伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)耗電4kW/h節(jié)能80%。日精公司2006年在美國芝加哥展出了融合了伺服電動 機驅(qū)動和變量泵的“X泵”6臺注塑機，X泵是新型FNX Ecoject的核心部件，X泵能使其與全電式機器相媲美，X泵有節(jié)能作用，因為伺服馬達(dá)只在需要時才會運轉(zhuǎn)液壓泵，在不需要時，馬達(dá)處于停止?fàn)顟B(tài)。日精 的“X泵”的FNX注塑機所使用的能源只是該公司標(biāo)準(zhǔn)注塑機的30%左右，F(xiàn)NX注塑機少用41%的液壓油。X泵的速度和準(zhǔn)確度都很高，甚至能夠立刻變換 方向。注塑升溫速度45毫秒，與全電式機器相同。注塑速度可高達(dá)每秒300毫米，是該公司其他注塑機的一倍。

18、0;        交流伺服電機的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)4000r/min,從理論上講,與之相配的液壓泵的排量可根據(jù)最高轉(zhuǎn)速選擇,選用比一般系統(tǒng)中應(yīng)用的更小排量的液壓泵,降低 系統(tǒng)中應(yīng)用液壓泵的成本。但目前一般液壓泵的最高轉(zhuǎn)速為1800r/min,同時,考慮到液壓泵的高速工作噪音及使用壽命,選用液壓泵的工作轉(zhuǎn)速低于 1800r/min、較大排量的液壓泵與伺服電機組成動力驅(qū)動系統(tǒng), 所以還不能充分發(fā)揮交流伺服電機能高速運轉(zhuǎn)的優(yōu)良特性,提高了驅(qū)動系統(tǒng)的成本。高響應(yīng)的交流伺服電機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)在注塑機上的推廣應(yīng)用,有待于高速低噪 音液壓泵的研發(fā),以降低制造成本。如單純從節(jié)能角度來推廣應(yīng)用高響應(yīng)的交流伺服電機驅(qū)動定量泵系統(tǒng),由于成本太高,達(dá)不到效果。如把高響應(yīng)的交流伺服電機 驅(qū)動定量泵系統(tǒng),應(yīng)用于普通注塑機上,僅體現(xiàn)出節(jié)能效果,那肯定是敗筆之作,只能當(dāng)展品