0    前言

        当社会进入快速发展阶段,能源的消耗日益严重。在今后的立式注塑机制造工业中,具有节能的立式注塑机将受到用户的青睐。长期以来许多立式注塑机制造商为了满足客户的需求在节能方面投入了许多人力和财力。本文结合市场和实践将介绍几种立式注塑机的节能技术。

1    定量泵+比例压力流量控制阀(简称PQ阀)节能系统

1.1    工作原理

        采用定量泵供油,经过PQ阀,采用溢流调节的方式将多余的油液通过旁路流回油箱,比例节流阀的前后压差由主溢流阀和比例溢流阀保持不变,输入信号给节流阀的比例电磁铁来控制节流阀的开口大小,根据流量公式(Q=CAΔqm),输出流量只跟输入比例节流阀的信号大小有关。在系统工作过程中电动机的转速是保持不变的,故供油量也是固定的。PQ阀的控制信号由控制系统输入模拟信号,通过PQ阀的调整实现对系统压力、流量连续按比例控制。这样定量泵+比例压力流量控制阀节能系统满足了立式注塑机对开模、关模、注射、预塑、保压、等动作对压力与速度的控制要求,而且保证了注塑成形工艺的稳定性和重复性。

1.2    优缺点及其发展趋势

        由于定量泵+比例压力流量控制阀用很小的压差追踪负载压力来控制泵的压力,所以它比传统的液压传动系统(定量泵+溢流阀+节流阀)在节能方面有很大的进步(一般可节约电能15%～25%),而且控制执行元件的速度不受油温影响。但是实际工作时还是存在着较多的节流损失与溢流损失,特别对一些要求保压压力比较高,保压时间长的制品成型过程,普通PQ系统的功率损失相当大。现在还有很多厂家用于中小型塑机生产上,主要因为它的生产成本相对其他节能方式要低得多,今后逐渐将被其他的节能方式取代。

2    比例变量泵节能系统

2.1    工作原理

        比例变量泵有两种,一种是开环比例变量泵,另一种是闭环比例变量泵。它们都实现了立式注塑机液压系统由阀控向泵控的改变,把传统的节流调速系统变为容积调速系统。开环比例变量泵是一种典型的容积、节流调速回路,其工作原理是:感应系统负载的变化,并由流量补偿阀(也称负载传感阀、LS阀)及压力补偿阀(PC阀)调节泵的工作状态。当负载压力小于设定压力时,比例先导溢流阀能可靠地关闭,液压泵出口压力与负载压力保持一定的压差,使系统处于流量工作状态。当负载压力达到比例先导溢流阀的设定压力时,泵处在压力控制状态,此时泵输出的流量很小,只保证形成保压压力的需要及补充系统的泄漏量。以此来适应立式注塑机各工况所需功率差别较大的情况,使之与负载所需功率自适应,以达到节能的目的。闭环变量泵比开环变量泵多两个传感器,其工作原理是:当负载压力小于系统的设定压力时,泵处在流量控制状态;当负载压力达到系统设定压力时,泵处在压力控制状态,而且采用高频响应快速比例阀,且通过外置的(位于泵出口)压力传感器和内置的位移(或角度)传感器所检测的信号反馈至放大器,对输出的压力和流量进行在线检测、比较和修正,实现系统压力和流量闭环控制(闭环变量泵控制系统框)。

2.2    优缺点及其发展趋势

        可以看出,开环比例变量泵在工作时,其比例先导节流阀位于泵的出口处,且在绝大多数的工作时间内存在固定的压降,所以有功率损耗,其功率损耗在整个系统中约占10%～25%之间,是这种变量泵的主要不足之处。但是比定量泵+PQ阀在节能方面有很大的进步(一般可节约电能20%～40%)。可以看出闭环比例变量泵在工作时,无节流损耗,而且因流量与压力控制呈良好的线性,提高了控制精度、态响应快、重复性好、制品的尺寸精度高、重量偏差量减小,不良率得到有效控制,闭环变量泵节能系统比开环变量泵和定量泵+PQ阀节能系统应用要广泛得多,而且这种节能方式在今后的塑机研发中将会加大,但是主要的不足就是成本偏高。

3    定量泵+变频器节能系统

3.1    工作原理

        由于电机的转速n=60f/P(f:交流电源频率,P:电机的磁极对数),而泵输出的流量Q=Vn/60(V为泵的排量,n为电机输出转速),可得Q=Vf/p(只要改变输入电机的交流电频率大小就可以得到相应流量输出)。这样变频器根据立式注塑机发出的各个动作信号,同时检测来自立式注塑机控制器给出的压力及流量信号,经内部处理后,输出不同的频率,调整马达转速,让泵输出的流量刚好能满足各个动作的需要,而在非动作状态时让马达停止下来,这样使输出功率与压力和流量同步自动跟踪控制,相当于定量泵变成了节能型的变量泵。

3.2    优缺点及其发展前景

        由于变频器使定量泵液压系统与整机运行所需功率匹配,消除了原系统的高压溢流能量的损失,节约大量的电能,一般节约电能比例可达到50%左右。特别是注塑体积越大,冷却、再循环时间越长,节能效果越明显。另外由于变频器内滤波电容的作用,可提高功率因数,从而增大电网的有用功率。在整机中定量泵+变频器系统还可以减轻合模、开模的震动,稳定生产工艺、提高产品质量,减少机械故障,延长机器使用寿命.但是变频器+定量泵系统响应速慢,(一般比例变量泵调节时间80～100ms,而变频器+定量泵需600～1000ms)低速特性差,调速精度难以保证,难以适应精密成型要求。目前这种节能方式在国内立式注塑机制造商中很少研发,大多数用在旧立式注塑机改造中,今后一段时间内,在中小型立式注塑机应用中取代变量泵可能性不大。

4    展望未来

        随着社会不断向前发展,人类对资源的需求日益越大,今后的立式注塑机的生产必须向节能型发展,那些虽然价格低但能耗大的立式注塑机械将必须遭到淘汰。目前比例变量泵节能系统技术相对要成熟,还处于主导地位。最近国外(德国、日本)出现了全电动式立式注塑机,它有一系列优点,特别是在环保和节能方面的优势,先进的全电动式立式注塑机节电以达到70%,另外,由于使用伺服电机注射控制精度较高,转速也较稳定,还可以多级调节。但全电动式立式注塑机在使用寿命上不如全液压式立式注塑机,在国内尚处于开发阶段,技术尚未成熟,成本较高。而全液压式立式注塑机要保证精度就必须使用带闭环控制的伺服阀而伺服阀价格昂贵,带来成本上升。今后很可能会出现电动-液压式立式注塑机是集液压和电驱动于一体的新型立式注塑机,它融合了全液压式立式注塑机的高性能和全电动式的节能优点,这种电动-液压相结合的复合式立式注塑机已成为立式注塑机技术发展方向。