液壓注塑機(jī)伺服節(jié)能系統(tǒng)解決方案
一、概述
時(shí)至今日，塑料注射成型機(jī)已有60多年的成長(zhǎng)史，伴隨著汽車、生活電器、建筑、醫(yī)藥等行業(yè)對(duì)塑膠制品工藝的更高要求，注塑行業(yè)需要最創(chuàng)新的技術(shù)和前瞻，也需要最可靠的品質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)，它正朝著節(jié)能、精準(zhǔn)、高效、穩(wěn)定的方向發(fā)展。如何有效地節(jié)能降耗也就成為迫切需要解決的問題。
注塑機(jī)的工藝過程一般分為鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻、開模等幾個(gè)階段，各階段需要不同的工作壓力和流量，對(duì)于油泵馬達(dá)而言，注塑過程是處于變化的負(fù)載狀態(tài)，而油泵馬達(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，此過程稱高壓節(jié)流。高壓節(jié)流效率一般為40%~65%，能量損失多達(dá)45%~75%。針對(duì)高壓節(jié)流耗能，油溫過高，噪音過大，機(jī)械壽命縮短等現(xiàn)象，原有注塑機(jī)閥控電液系統(tǒng)有較大能量損失的不足，德國(guó)、日本等國(guó)發(fā)展了應(yīng)用變量泵和電液比例閥結(jié)合的負(fù)載感應(yīng)型注塑機(jī)電液控制系統(tǒng)。為進(jìn)一步降低能耗，減少噪音，最新一代注塑機(jī)是用轉(zhuǎn)速可調(diào)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵為動(dòng)力源，在保壓、冷卻及空轉(zhuǎn)工況保持很低轉(zhuǎn)速，以達(dá)到節(jié)能、降噪的目的。
二、注塑機(jī)原有技術(shù)浪費(fèi)了哪些能量
1、高壓節(jié)流損耗高
注塑機(jī)的工藝一般分為鎖模、射膠、溶膠、保壓、冷卻、開模等幾個(gè)階段，各個(gè)階段需要不同的壓力和流量。傳統(tǒng)油泵馬達(dá)按照最高壓力和最大流量需求確定功率。以恒定的轉(zhuǎn)速提供恒定的流量，實(shí)際工作中大多時(shí)間設(shè)備對(duì)流量的需求小于額定流量，對(duì)壓力的需求小于最大壓力。傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)讓多余的液壓油不經(jīng)過液壓缸，而是通過溢流閥回流。此過程成為高壓節(jié)流，使得一部分液壓油進(jìn)行空循環(huán)。據(jù)統(tǒng)計(jì)由高壓節(jié)流造成的能量損失高達(dá)45%-75%。
2、油泵馬達(dá)效率低
傳統(tǒng)油泵為普通三相異步電動(dòng)機(jī)，其效率、功率因數(shù)都比現(xiàn)在的永磁同步伺服電機(jī)低很多，尤其是在滿載時(shí)，二者的差異更為明顯。一般統(tǒng)計(jì)表明，在注塑機(jī)的平均工況下，新的電機(jī)（含驅(qū)動(dòng)器）總效率比異步電機(jī)高10%左右。
3、冷卻系統(tǒng)消耗大
由于高壓節(jié)流的存在，使得傳統(tǒng)注塑機(jī)的油溫迅速升高，導(dǎo)致油體變稀，管路軟化，容易漏油等一系列問題，必須采取水冷系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。在新技術(shù)中，完全取消了對(duì)液壓油的水冷部分，這部分功耗被100%的節(jié)省下來。
4、配電系統(tǒng)浪費(fèi)多
對(duì)于普通異步電機(jī)，其啟動(dòng)、過載動(dòng)作對(duì)于電網(wǎng)的沖擊很大，一般需要5-7倍的電流才能輸出2倍的額定轉(zhuǎn)矩，而伺服電機(jī)即使在額定轉(zhuǎn)速下輸出2倍的額定轉(zhuǎn)矩也只需要2倍供電電流。在低速時(shí)過載，對(duì)電網(wǎng)沒有過流需求。采用伺服節(jié)能技術(shù)，同樣的設(shè)備數(shù)量，供電系統(tǒng)容量需求可降低20%-30%，無功補(bǔ)償需求也大為降低。
5、工作循環(huán)周期長(zhǎng)
傳統(tǒng)技術(shù)的運(yùn)動(dòng)控制均通過閥門動(dòng)作實(shí)現(xiàn)，響應(yīng)速度慢，采用伺服技術(shù)后，動(dòng)作周期循環(huán)一般可縮短10%-20%，因而生產(chǎn)效率也得以提高，單件產(chǎn)品的能耗進(jìn)一步降低。
三、伺服系統(tǒng)構(gòu)成
伺服系統(tǒng)的由伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、油泵、編碼器、壓力傳感器等組成：
改造方法：
將原注塑機(jī)上的進(jìn)、出油管拆下，轉(zhuǎn)裝到伺服控制系統(tǒng)上的油泵上，能后將原電機(jī)上的電源線改直接串聯(lián)到伺服驅(qū)動(dòng)器上，同時(shí)取注塑機(jī)上的壓力、流量信號(hào)。
針對(duì)注塑機(jī)特殊要求的解決方案
?由于給定信號(hào)具有非線性特征，設(shè)計(jì)了給定校正算法，配合系統(tǒng)的優(yōu)異低速控制特性，有效解決了注塑機(jī)的低速爬行問題。
?由于系統(tǒng)在流量控制與壓力控制模態(tài)之間頻繁轉(zhuǎn)換，采用模糊控制原理以實(shí)現(xiàn)流量和壓力控制模態(tài)間的平滑轉(zhuǎn)換。
?采用滑模變結(jié)構(gòu)等非線性控制方法，使系統(tǒng)響應(yīng)快速并且超調(diào)小。
?采用帶壓力補(bǔ)償?shù)牧髁靠刂?，以消除壓力?duì)流量估算精度的影響。
?采用噪聲消除控制方法減小油泵輸出壓力的波動(dòng)。
?全程監(jiān)控電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的溫度變化，實(shí)時(shí)調(diào)整控制參數(shù)。
?針對(duì)大型合流機(jī)，配合油路實(shí)現(xiàn)最小反轉(zhuǎn)量的泄壓控制，以延長(zhǎng)油泵和電機(jī)的壽命。
?在上位機(jī)動(dòng)作信號(hào)的配合下，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)P、Q解耦控制和分段PID調(diào)節(jié)，以達(dá)到更高的性能。