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英威腾电液伺服在注塑机和压铸机节能改造上的应用

发布时间:2017-12-20点击量:

摘要:传统注塑机和压铸机依靠油泵电机作为系统的动力源,而油泵电机的耗电量占整个设备耗电量的比例高达60%甚至更多。降低注塑机和压铸机的能耗主要就是在保证产品制造工艺的前提下降低油泵电机的能耗,将油泵电机改造为永磁同步伺服系统可以实现能耗的极大降低。英威腾MH500系列电液伺服系统已广泛应用于注塑机、压铸机、塑料中空机、油压机等液压设备的配套和改造中。

一、前言
对于注塑机和压铸机的使用者来说,电耗是其生产成本的主要部分。因此降低设备的能耗、提高生产效率成为使用者降低成本、提高产品竞争力的有效途径。
以注塑机为例,一般单台传统定量泵机器的能耗和所占比例分别是:
油压系统能耗:70%~80%
加热单元能耗:10%~15%
冷却系统能耗:5%~10%
控制组件能耗:1%~5%
其中油压部分电机泵系统的能耗占比非常大。
目前绝大多数注塑机和压铸机都采用液压传动,液压传动中的动力由电机带动油泵提供。在这两类设备的制品成型过程中,锁模、射出、保压、冷却、开模等过程需要不同的压力和流量,对于电机泵都是处于负载不断变化的状态中。液压系统的负荷变化非常大,传统设备上的电机泵不能调节输出转速和功率,多余的能量只能在挡板、油路泄漏、油的温升中消耗掉。当系统需求超过设定的流量及压力,会由溢流阀和比例阀来调节压力流量,这个过程称之为高压节流,造成的能耗损失高达50%~80%,同时还加剧了阀门磨损,油温过高以及机械寿命缩短。

英威腾MH500系列电液伺服系统在注塑机和压铸机等液压设备上具备完整的解决方案,对于减少能源浪费、提高生产效率具有非常重要的作用。

二、节能改造原理和案例
注塑机和压铸机都属于模具热成型加工设备,其成型工艺是一个按照预定设置进行的周期性动作过程。各个动作的动力由电机泵提供,然后通过P/Q比例阀按照负载需求进行调节。其中传统的电机泵按照系统最大液压功率需求始终提供额定的功率和转速,被比例阀调节掉的功率输出都通过溢流油路泄漏掉了,造成能耗的浪费。
电液伺服系统的核心在于:采用闭环控制,伺服系统根据制品生产过程中对流量和压力的实际需求,转化为对永磁同步电机的转速(流量)和扭矩(压力)的双闭环适时调整,快速准确的为制程中各个动作提供合理的流量和压力,杜绝溢流损耗(如下图)。同时通过对高效永磁同步电机完善的自适应和精准的控制算法,保证了系统的响应速度,提高了制品的加工精度。满足了模具成型制品快速、精密、节能的要求。根据制品工艺的不同,节电率从20%~70%不等。


由以上曲线图对比可以看出:绿色的伺服电机的输出功率根据负载变化而变化,不存在多余能量浪费。保压和冷却阶段,能耗低级,几乎为零。为此,产品成型过程中,保压和冷却所占整个周期的比例越大,节能效果越明显。
伺服节能改造案例(以某品牌260T注塑机为例)

三、英威腾电液伺服系统解决方案的优势
产品性能优势
1.节省能耗:与传统定量泵相比伺服系统节能20%-70%;大型注塑机和压铸机的节能率通常都可达到50%以上。
2.流量响应时间50mS,压力响应时间120mS;系统的高响应可增加单位时间的产品合格数量5%以上;
3.制品重量重复误差 <0.3%
4.螺杆射胶终止位置误差<0.1mm
5.节省了传统技术高压节流浪费的能量;
6.节省了液压冷却系统的消耗 ,降低冷却水用量。
完善的质量管控流程保证产品的高品质
1.全面的高低温工况的试验
2.严格的震动环境试验
3.对电机和伺服驱动器进行严格的出厂老化测试,消除电子元器件的早期失效
4.产品通过满足欧洲电磁兼容标准CE认证
永磁同步电机的应用
1.在整个速度区有很高的效率:流量控制和保压控制时更节能
2.电磁转矩和磁阻转矩相结合产生更大的扭矩:速度相应更快,更节能
3.方便实现弱磁控制增加转速范围:可以和多种泵配合,可以满足大流量的需求
4.系统运行更平稳:整个系统噪音更低
先进的电机控制算法和注塑应用控制策略
1.电机正弦矢量控制算法,实现对电机的完美力矩控制;
2.电机运行更平稳;响应速度更快;噪音更低;
3.整个系统的效率更高(系统效率大于90%);
4.自适应/非线性控制 ,满足不同吨位机型的流量和压力需求,减少流量和压力的超调,同时消除射胶“跳动”;
5.解耦PQ控制,增加注塑机的响应速度,平滑流量和压力控制的相互转换(需要上位机配合);
6.根据注塑成型工艺的需求,实现匀速/变速射胶控制,并平滑从流量控制过渡到保压控制。
带压力补偿的流量控制
1.流量、压力双闭环控制,保证了注塑过程对压力和流量的要求;
2.可以补偿高压力时泵泄露产生的流量误差,流量控制更精确;
3.配不同的泵实现不同的压力补偿,实现精确的流量控制。
成熟大型设备改造方案(多系统合流控制)
4.针对500T以上的注塑机或压铸机,由于系统需求流量较大,采用多套伺服电机泵系统的控制模式。各系统之间通过CAN总线通讯,主从系统合理配置功率输出,可满足500T~4000T设备的改造和配套要求。

“中国制造2025”正在加快实施推进,智能制造时代即将到来,装备制造业将面临新的历史机遇和挑战。英威腾电液伺服系统具备“适用范围广、可靠稳定、快速高效、环保节能、人性化和信息化”的卓越性能,在为客户赢得竞争的同时也为客户创造更佳的价值回报和使用体验。

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