1  节能原理分析和讨论 

    普通异步电动机拖动的液压式塑机, 只要塑机开始工作, 作为驱动系统的电机和液压泵就会满负荷地不停运转, 期间大量的液压油会通过溢流阀流回油箱, 从而作大量的无用功, 根据有关资料统计和检测, 这些无用功占到总能耗的60 %～70 %。同时,液压系统中的液压油在流经泵、阀和管道时, 会产生大量热量, 导致油温升高, 而油温过高将影响液压系统的正常工作; 因此, 需要通过油冷却器将液压油的热量带出, 从而消耗了大量能量。

    注塑机的理想工作曲线如图1 所示。塑机的实际工作流量和压力曲线并不能达到图1 所示的理想效果。普通异步电动机拖动的液压式塑机塑料制品的典型工作曲线是流量和压力随时间的关系几乎不变化的。好的塑机只有保证流量和压力曲线非常接近 理想的曲线, 才能使制品的质量得以保证, 塑机的工作效率也才有可能很高。如果注塑机的实际流量和压力能满足图1 的变化关系, 则从图1 计算得出节能效果为56 %。图1 中制品注塑的平均压力为8 MPa , 驱动器平均功率为11 kW, 一天工作16 h , 每天耗电176 kW·h ; 如节能56 % , 即每天节能9816 kW·h , 则每天节约100 元。一年工作250 d , 节省费用达25 000 元。

a - 压力- 时间的理想曲线



b - 流量- 时间的理想曲线

    2  节能型高效伺服注塑机设计 

    影响注塑机节能性的因素主要有三项: 

    1) 流量设定与马达转速的线性(即控制器及其转接器输出信号的线性) 。线性越好, 节能效果越好。

    2) 控制系统的响应速度。控制系统的速度响应越快, 节能效果越好, 加工效率越高; 控制系统的力矩(电流) 响应越快, 制品品质越好。因此, AC 伺服系统较变频器驱动好。

    3) 驱动单元的控制方式和选用。变频器的矢量控制的低速力矩特性比V/ F 控制得好, 矢量控制低速可输出150 %的额定力矩, 其制品质量好; 带PG反馈的矢量控制的动态速降小, 动态速降的恢复时间短, 其制品质量更好; 伺服系统零速可输出200 %的额定力矩, 动态速降更小。采用伺服系统驱动的节能型注塑机, 其节能效果最好, 效率最高, 制品质量最好。

    根据上面的分析和讨论, 提出了节能型高效伺服注塑机总体设计方案, 其设计原理如图2 所示。驱动系统采用以交流永磁伺服同步电机为动力源的电液混合式驱动系统。节能型注塑机控制系统主要由电脑控制器及其输出信号转接器、驱动器、伺服电机和油泵组成。

图2  节能型高效伺服注塑机原理图

    2.1  驱动系统设计