注塑機電液控制系統(tǒng)能量效率對比研究

李堅勇

摘 要：注塑機電液控制系統(tǒng)的能量效率問題，是影響我國塑料制品工業(yè)綜合發(fā)展的重要因素，本文針對注塑機電液控制系統(tǒng)能量效率對比問題展開了簡要分析。

關(guān)鍵詞：注塑機；注塑機電液控制系統(tǒng)；能量對比

近年來，世界各國圍繞注塑機設(shè)備的節(jié)能技術(shù)探索事業(yè)，取得了一系列的研究成果，有效推動了注塑機的節(jié)能降耗，有鑒于此，本文將針對注塑機電液控制系統(tǒng)能量效率對比展開簡要分析。

一、異步電動機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)

（一）功率傳輸?shù)臄?shù)學(xué)模型

以異步電動機定量泵驅(qū)動形成的注塑機電液系統(tǒng)的基本原理如圖1所示：

注塑機的運行流程，主要包含鎖?！_前移→注射→保壓→冷卻→塑化→開模→頂出→射臺后退，共9個具體環(huán)節(jié)，在設(shè)備運行過程中，電動機消耗的功率除電動機動力系統(tǒng)的功率消耗外，還包含液壓回路運行過程中消耗的功率，基于上述兩個具體方面對注塑機的運行消耗功率展開分析，能夠為針對不同技術(shù)方案開展的能量效率對比分析提供基礎(chǔ)依據(jù)。

從項目構(gòu)成角度分析，電動機的功率消耗主要包含：定子損耗功率、轉(zhuǎn)子損耗功率，以及輸出機械損耗功率Pam、其中定子孫浩功率包含定子鐵損功率PFe1、定子繞組銅耗功率PIR1、脈沖以及其他損耗功率Pps等項目。而轉(zhuǎn)子損耗功率主要包含轉(zhuǎn)子鐵損PFe2、轉(zhuǎn)子繞組銅耗PIR2、軸磨損以及風(fēng)扇損耗PR等項目。

通常電動機在運行過程中發(fā)生的絕大部分功率損耗都將被轉(zhuǎn)化為熱量，異步電動機在一般運行條件下的能量效率通常可由公式（1）進行計算：

對于液壓泵而言，其在運行過程中產(chǎn)生的功率損耗項目主要包含容積損失功率PQ，以及轉(zhuǎn)矩?fù)p失功率PT。因此其基本計算公式如下所示：

在公式（2）和公式（3）中，Vsp和Msp分別表示液壓泵的容積和轉(zhuǎn)矩?fù)p失，而pA和pB則分別表示差動缸組件的兩腔壓力，n表示轉(zhuǎn)速。

假設(shè)qp表示定量泵出口點的流量參數(shù)水平，pp表示定量泵出口點的壓力參數(shù)，則液壓設(shè)備的輸出功率是Pp=ppqp。則液壓泵的運行效率可以借由公式（4）進行計算求解：

在忽略液壓缸結(jié)構(gòu)運行過程中的功率損耗條件下，則可以將液壓缸結(jié)構(gòu)運行過程中的輸出功率計算表達式書寫為Pc=pvqv。則在這一條件下液壓系統(tǒng)的實際運行效率可以借由公式（5）計算求解：

在公式（5）中，qv和pv分別表示比例閥的輸出流量參數(shù)和壓力參數(shù)，整個系統(tǒng)的能量效率通常借由電動機部分的運行效率以及液壓系統(tǒng)運行效率的算術(shù)乘積來表示。

（二）功率消耗狀態(tài)分析

以異步電動機驅(qū)動定量泵構(gòu)成的注塑機電液系統(tǒng)屬于典型的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)。電動機及泵的最終輸出穩(wěn)定值會略高于負(fù)載的強度水平；因在注塑機的運行過程中，具備明顯的間歇性，導(dǎo)致定量泵在動作過程中會發(fā)生較高的能耗。

根據(jù)回路原理，定量泵運行過程中的功率損耗分為：溢流損失和節(jié)流損失兩個基本部分，其中溢流損失功率可以借由公式（6）計算求解：

而其節(jié)流損失功率可以借由公式（7）實施計算求解：

而系統(tǒng)的能量效率可以運用公式（8）計算求解：

在公式（8）中，表示比例調(diào)速閥兩端的壓力差，而q1表示經(jīng)由溢流閥結(jié)構(gòu)溢流而出的流量值。

在注塑機的注射階段，需要較大的壓力及流量，其實際產(chǎn)生的溢流損耗和節(jié)流損耗都比較小。在保壓階段，注塑機需要的流量較低，定量泵實際輸出的絕大部分流量都被溢流閥消耗。在冷卻過程中，實際形成的流量及壓力要求接均近于零，因而這種條件下通常不存在節(jié)流損失，只存在溢流損失。

二、異步電動機驅(qū)動變量泵系統(tǒng)

針對定量泵加裝比例溢流調(diào)速閥時，建成的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)本身存在溢流性能量損失技術(shù)缺陷，引入變量泵與比例節(jié)流閥相結(jié)合的負(fù)載感應(yīng)型回路，設(shè)備系統(tǒng)中執(zhí)行結(jié)構(gòu)的整體運行速度參數(shù)，將會由實際流過比例調(diào)速閥組件的流量參數(shù)狀態(tài)，以及變量泵設(shè)備中的相關(guān)參數(shù)項目共同完成控制過程。

在注塑機的調(diào)速回路結(jié)構(gòu)中，變量泵的供油壓力將由負(fù)載的部分的強度變化而動態(tài)變化，由于在應(yīng)用變量泵的液壓回路中僅僅存在因閥門壓力降低而導(dǎo)致的節(jié)流損失，因而有效降低了整體液壓回路的能耗。

三、伺服電機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)

伺服電機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)的主要元件有：伺服驅(qū)動器：根據(jù)內(nèi)部控制算法實現(xiàn)對流量和壓力控制。伺服電機：轉(zhuǎn)速執(zhí)行機構(gòu)，可根據(jù)控制器命令控制實際轉(zhuǎn)速。定量泵：高壓內(nèi)嚙合齒輪泵、小泄漏、小的脈動波動。壓力傳感器：檢測油路壓力并反饋伺服控制器作閉環(huán)控制。

伺服電機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)直接采用了可變轉(zhuǎn)速的伺服電機，不再使用比例溢流結(jié)構(gòu)和節(jié)流結(jié)構(gòu)。結(jié)合注塑機動作及伺服驅(qū)動器的流量壓力控制模式，系統(tǒng)能在注射機需求動力輸出時按需輸出動力，避免了中間的溢流損失及流量控制損耗，在注射機保壓時僅以維持系統(tǒng)泄漏的低速運行即可，冷卻不需要動作時，泵幾乎不轉(zhuǎn)，即幾乎不再耗電，從而實現(xiàn)大幅節(jié)能。

四、結(jié)語

針對注塑機電液控制系統(tǒng)能量效率對比問題，本文從異步電動機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)，異步電動機驅(qū)動變量泵系統(tǒng)，伺服電機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)三個具體方面展開了簡要分析，僅供相關(guān)領(lǐng)域的研究人員借鑒。

參考文獻：

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