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--注塑機節能液壓系統的分析研究

供稿︰工控網 2008/8/25 10:38:00

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  • 關鍵詞︰ 注塑機 節能 液壓系統
  • 摘要︰注塑機的最主要的能耗即是動力驅動系統,注塑機節能的重點即是提高動力驅動系統本身的能耗效率及驅動系統輸出功率與執行機構執行功率達到自適應調節匹配,兩者之間的能量利用率越高,即系統節能率越高,達到節省能源的功效。注塑機節能動力驅動系統是把有關節能驅動技術運用于注塑機上的技術。節能動力驅動系統是注塑機節能的主要研發課題。

        注塑機的最主要的能耗即是動力驅動系統,注塑機節能的重點即是提高動力驅動系統本身的能耗效率及驅動系統輸出功率與執行機構執行功率達到自適應調節匹配,兩者之間的能量利用率越高,即系統節能率越高,達到節省能源的功效。注塑機節能動力驅動系統是把有關節能驅動技術運用于注塑機上的技術。節能動力驅動系統是注塑機節能的主要研發課題。
        注塑機動力驅動系統一般有以下三種:液壓驅動系統;全電子驅動系統;液電混合驅動系統。長期以來,注塑機節能液壓系統是重點研究的節能動力驅動系統。注塑機節能液壓系統,正在從過去的流量比例和壓力比例的雙控制走向負載敏感自適應控制,走向變頻調速控制、伺服控制及伺服閉環控制。

節能液壓驅動控制系統
       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。對于油泵馬達而言,注塑過程是處于變化的負載狀態,在定量泵的液壓系統中,油泵馬達以恆定的轉速提供恆定的流量,多余的液壓油通過溢流閥回流,此過程稱為高壓節流。據統計由高壓節流造成的能量損失高達36%-68%。減少節流損失,提高能量效率,成為液壓驅動系統節能的發展方向。 來源塑料模具網
   

 流量比例和壓力比例控制的雙比例控制與定量泵組成節能動力控制系統
       流量比例和壓力比例控制的雙比例控制的節能技術是隨著注射成型技術的發展及控制性能的提高而發展起來的。開關閥與定量泵組成的動力驅動系統不能滿足注射成型性能的要求,比例閥達到了無級靈活調節,同時顯示出了節能的性能,在推廣應用過程中,又不斷提高其節能的性能。
      中、小型注塑機的P/Q復合電液比例技術與定量泵組成節能動力驅動系統,是國內注塑機制造單位普遍使用的節能驅動系統。中、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過P/Q閥進行比例調速。P/Q復合比例閥的技術特征是用三通型的比例調速閥控制速度,再在其上迭加比例壓力先導閥控制系統壓力。同最初采用分離元件構成的系統相比,該系統雖可大大減少元件數量、簡化結構,減少管路能耗損失及節流能耗損失。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。系統的應用,提高了注塑機的自動控制技術及注射成型性能,在成型制品工藝周期過程中所需冷卻時間長的注射成型,節能明顯,在節能與性價比方面具有一定優勢,國產注塑機幾乎全部應用了P/Q復合電液比例技術。 
       大型注塑機的比例技術與定量泵組成節能動力驅動系統。大型注塑機的液壓泵源由多個定量泵組成,以達到系統工作所需流量。對于多泵與比例閥的如何搭配,直接關系到系統的能耗的高低。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復合電液比例技術與定量泵組成節能動力驅動系統的形式, 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入系統,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行比例調速,其于泵的流量根據工況與比例調速小泵的流量組合疊加,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。 庵直壤髁康魎,除比例調速的小泵外,其于泵的工作流量進入系統中,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工況與比例調速小泵組合疊加,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。 庵直壤髁康魎,除比例調速的小泵外,其于泵的工作流量進入系統中,基本上沒有流量的能量損失,提高了能量利用率。系統還可根據需要,減少工作泵的數量,不影響系統的調速性能。 來源塑料模具網

節能負載敏感控制系統在注塑機上應用
        注塑機節能最有效的措施是動力機構和執行機構兩者之間流量的自適應調節匹配。變量泵和電液比例閥結合的負載敏感泵節能控制系統,整個控制機構由差壓控制型徑向變量柱塞泵、含位置閉環的高速比例閥、以及壓力傳感器和位移傳感器組成,提高了動態響應速度。控制流量由比例閥與檢測變量泵偏心量的位移傳感器構成的位置閉環系統完成。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0∼10V內與設定值信號成線性比例。控制系統壓力由比例閥與壓力傳感器構成的電閉環回路完成,壓力與流量兩種控制狀態的分離與轉換由電子放大器根據設定信號自動完成。系統的輸出流量由0增大到90%時,響應時間約為50ms;而由90%輸出流量減小為0時,響應時間約為30ms,系統壓力的動態響應時間當負載容腔為4L時,小于200ms,均與高性能的比例閥相當,因而完全適合于注塑機的過程控制。負載敏感比例泵節能液壓系統,液壓動力輸出隨負載而同步化,其差值達到最。 舊廈揮心芰坷朔,與定量系統相比,節能達到(30-60)%,是理想的節能液壓系統。
       設定的負載敏感泵輸出流量,不一定能與需精確調節流量匹配,系統中還須增加流量調節閥,造成節流能耗損失。負載敏感泵與伺服閥組成閉環控制系統, 可消除節流及管路的能耗損失,並且較大幅度提高了整機性能。國內大多數單位,僅從節能方面考慮,用負載敏感泵取代定量泵與P/Q雙比例閥,而沒有進一步從負載敏感泵能提高整機性能方面考濾,系統的控制性能及節能特性沒有得到進一步發揮。國際上先進的負載敏感泵控制系統,在塑化注射油路部分設置伺服閥,目的是與負載敏感泵共同組成一個高性能的閉環節能控制系統,在節能的同時,提高注射性能,但在國內塑機制造單位基本上沒有得到推廣應用。作者在1985年設計的負載敏感泵與伺服閥組成的閉環控制系統的注塑機,經實際應用證明,在節能及性能兩方面都取得了良好效果。 MouldsNET.COM
         國內為研發負載敏感泵做了大量的工作。陝西秦川機床廠在上世紀八十年代中與上海第一塑料機械廠共同開發了負載敏感泵,並成功在注塑機上得到應用。近年來,重慶邦助工業有限公司研制出的BK系列注塑機專用負載敏感比例泵,其價格與定量泵和P/Q閥的總價差不多,從根本上解決了負載敏感比例泵價高難以推廣的障礙,已得到批量應用,取得了較好的效果。海特克液壓有限公司引進日本先進技術批量制造出負載感應泵。 定量泵加變頻調速電機電液節能控制系統
         變頻調節技術通過調節液壓泵的轉速,使動力機構的性能類似于比例泵節能系統,達到動力機構輸出的流量與執行機構的流量相匹配,使流量的損失降低。變頻調節技術是利用注塑機同步信號及電氣控制系統,根據注塑成型的工藝要求,將電液比例控制系統,模擬成負載跟蹤控制系統,使油泵電機的轉速與注塑機工作所需液壓的流量與壓力乘積成正比,將傳統的定量泵改造成變頻變量驅動系統,從而使溢流閥的回油流量降到最。 薷 菇諏髂芰克鶚,進而將傳統有高壓節流的“耗能型”注塑機升級為無高壓節流的“節能型”注塑機,節能型注塑機除了節能功能之主要特性外,依據其節能原理,還具有附加系列的優點,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(密封組件等)使用壽命,減少維修次數、節省維護費用;降低噪音、改善工作環境;系統油溫大幅降低,冷卻用水量可節省30%以上;對電機具有過壓、過流、缺相等多種保護;注塑機原有的控制方式及油路不變。將注塑機改造升級為“節能型”注塑機,其投資(主要是變頻器)在一年內可通過節約的電費收回。浙江慈溪市從去年開始大力推廣注塑機節能技術,在注塑機上安裝變頻節能器後,單機節能效果達到30%∼60%。慈溪市200多家企業為注塑機安裝節能器後,年省電達6000萬千瓦時左右。深圳市奧宇控制系統有限公司節能事業部主要從事注塑機變頻節能控制系統, 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能控制系統,油泵電機平均節電率達到45%;為上海宜新集團公司改造100多台注塑機。油泵電機平均節電率41%。 
        注射成形各階段頻繁的速度變化,使液壓泵驅動電機頻繁處于加減速工況下,由于磁滯效應及轉動慣量的影響,變頻調節技術通過調節液壓泵的轉速,響應速度慢(比例泵響應時間在100ms之內,變頻調速響應時間需800ms∼1000ms),導致了注射循環周期時期的增加,降低了生產效率,對高要求的制品難以成型。電機轉子質量比變量泵變量的斜板的質量大許多,所以前者流量改變的響應時間大于後者的響應時間,不能適應多級速度變化的快速注射。通過實現變頻器的輸出頻率和輸出轉矩解耦調節,達到變頻器與注射過程各動作的最佳配合,以達到提高應答反映性能。注塑機是否采用變頻調速,主要看加工制品的要求。變頻調速節能的本質就是在電機轉速低于設置的最高轉速情況下起到節能效果,低速的運轉時間越長,節能的效果越明顯。厚壁制品的保壓時間及冷卻時間長,是應用變頻調速<

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