液压注塑机伺服节能系统解决方案

2019-05-14 15:38

一、概述

      时至今日,塑料注射成型机已有60多年的成长史,伴随着汽车、生活电器、建筑、医药等行业对塑胶制品工艺的更高要求,注塑行业需要最创新的技术和前瞻,也需要最可靠的品质和经验,它正朝着节能、精准、高效、稳定的方向发展。如何有效地节能降耗也就成为迫切需要解决的问题。

    注塑机的工艺过程一般分为锁模、射胶、熔胶、保压、冷却、开模等几个阶段,各阶段需要不同的工作压力和流量,对于油泵马达而言,注塑过程是处于变化的负载状态,而油泵马达以恒定的转速提供恒定的流量,多余的液压油通过溢流阀回流,此过程称高压节流。高压节流效率一般为40%~65%,能量损失多达45%~75%。针对高压节流耗能,油温过高,噪音过大,机械寿命缩短等现象,原有注塑机阀控电液系统有较大能量损失的不足,德国、日本等国发展了应用变量泵和电液比例阀结合的负载感应型注塑机电液控制系统。为进一步降低能耗,减少噪音,最新一代注塑机是用转速可调的电动机驱动液压泵为动力源,在保压、冷却及空转工况保持很低转速,以达到节能、降噪的目的。


二、注塑机原有技术浪费了哪些能量

   1、高压节流损耗高

     注塑机的工艺一般分为锁模、射胶、溶胶、保压、冷却、开模等几个阶段,各个阶段需要不同的压力和流量。传统油泵马达按照最高压力和最大流量需求确定功率。以恒定的转速提供恒定的流量,实际工作中大多时间设备对流量的需求小于额定流量,对压力的需求小于最大压力。传统机构让多余的液压油不经过液压缸,而是通过溢流阀回流。此过程成为高压节流,使得一部分液压油进行空循环。据统计由高压节流造成的能量损失高达45%-75%。

   2、油泵马达效率低

     传统油泵为普通三相异步电动机,其效率、功率因数都比现在的永磁同步伺服电机低很多,尤其是在满载时,二者的差异更为明显。一般统计表明,在注塑机的平均工况下,新的电机(含驱动器)总效率比异步电机高10%左右。

   3、冷却系统消耗大

由于高压节流的存在,使得传统注塑机的油温迅速升高,导致油体变稀,管路软化,容易漏油等一系列问题,必须采取水冷系统进行冷却。在新技术中,完全取消了对液压油的水冷部分,这部分功耗被100%的节省下来。

4、配电系统浪费多

对于普通异步电机,其启动、过载动作对于电网的冲击很大,一般需要5-7倍的电流才能输出2倍的额定转矩,而伺服电机即使在额定转速下输出2倍的额定转矩也只需要2倍供电电流。在低速时过载,对电网没有过流需求。采用伺服节能技术,同样的设备数量,供电系统容量需求可降低20%-30%,无功补偿需求也大为降低。

5、工作循环周期长

传统技术的运动控制均通过阀门动作实现,响应速度慢,采用伺服技术后,动作周期循环一般可缩短10%-20%,因而生产效率也得以提高,单件产品的能耗进一步降低。

三、伺服系统构成

伺服系统的由伺服驱动器、伺服电机、油泵、编码器、压力传感器等组成:

改造方法:

  将原注塑机上的进、出油管拆下,转装到伺服控制系统上的油泵上,能后将原电机上的电源线改直接串联到伺服驱动器上,同时取注塑机上的压力、流量信号。

针对注塑机特殊要求的解决方案

由于给定信号具有非线性特征,设计了给定校正算法,配合系统的优异低速控制特性,有效解决了注塑机的低速爬行问题。

由于系统在流量控制与压力控制模态之间频繁转换,采用模糊控制原理以实现流量和压力控制模态间的平滑转换。

采用滑模变结构等非线性控制方法,使系统响应快速并且超调小。

采用带压力补偿的流量控制,以消除压力对流量估算精度的影响。

采用噪声消除控制方法减小油泵输出压力的波动。

全程监控电机和驱动器的温度变化,实时调整控制参数。

针对大型合流机,配合油路实现最小反转量的泄压控制,以延长油泵和电机的寿命。

在上位机动作信号的配合下,系统可实现P、Q解耦控制和分段PID调节,以达到更高的性能。