【正文】 maxV ，占空比為 D=1t /T，則電機(jī)的平均速度為： D maxV =V *D ，可見只要改變占空比 D，就可以得 到不同的電機(jī)速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用其中脈寬調(diào)制 (PWM)應(yīng)用更為廣泛。所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中常用的方法是電樞控制法。 由上式可知，直流電機(jī)的速度控制既可采用電樞控制法，也可采用磁場控制法。不同勵(lì)磁方式的直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線有所不同。 其中變頻電機(jī)由單片機(jī)與直流電機(jī)組合，達(dá)到電機(jī)變速的目的。 表 變頻電機(jī) +定量泵 +能量調(diào)節(jié)單元系統(tǒng)中控制元件在注塑各階段的狀態(tài) 上表中，“當(dāng)減速時(shí)控制輸出流量”意味著，在注塑機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)定的壓力比泵的輸出壓力小時(shí)，傳統(tǒng)的比例流量閥不應(yīng)該完全打開，由其來控制流入注塑機(jī)系統(tǒng)的油液。 由變頻電機(jī) +定量泵驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)，泵的排量固定，但變頻器可改變泵的轉(zhuǎn)速，使輸出流量適應(yīng)負(fù)載變化，其仿真模型如下圖所示。日精公司 2021 年在美國的芝加哥展出了一臺(tái)融合了伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)和變量泵的“ X 泵”注塑機(jī)， X 泵是新型 FNX Ecoject 的核 心部件， X泵能夠與全電動(dòng)式機(jī)器相媲美，有節(jié)能作用，因?yàn)橹辉谛枰獣r(shí)，伺服電機(jī)才會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)液壓泵，在不需要時(shí)，電機(jī)基本處于停止?fàn)顟B(tài)。全電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的話，耗電 ，節(jié)能 84%。 日進(jìn)精密股份有限公司的隆亨 SN220D 型號(hào)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的注塑機(jī)，據(jù)該公司介紹，以普通電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)的隆亨 NC220 II 型注塑機(jī)能耗 20kW}h為基準(zhǔn) 。在環(huán)境溫度 400゜ C 以下，可以不用冷卻水。 寧波海天公司研發(fā)的 HTFWI/JS 節(jié)能伺服注塑機(jī)系列，通過配置高性能的伺服變速動(dòng)力控制系統(tǒng)，利用同步伺服電機(jī)的高響應(yīng)性能、節(jié)約能耗及高重復(fù)精度的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合了精密高效的齒輪泵，在注塑機(jī)成型流程中針對(duì)不同的壓力流量工況，調(diào)整相應(yīng)的頻率輸出，形成對(duì)壓力流量的精確閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了伺服電機(jī)對(duì)注塑機(jī)能量需求的自適應(yīng)匹配與調(diào)整。如單純從節(jié)能的角度來推廣應(yīng)用高響應(yīng)的交流伺服電機(jī)系統(tǒng)，由于成本太高，達(dá)不到合理的經(jīng)濟(jì)效益。高響應(yīng)的交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的定量泵系統(tǒng)，與伺服閥組成閉環(huán)控制回路，能發(fā)揮出更好的節(jié)能特性，提高系統(tǒng)的精密控制性能。電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨系統(tǒng)流量的需求而改變，基本無節(jié)流損失，可極大地減少空轉(zhuǎn)工況 (等待周期 )及保壓工況的流量損失。對(duì)于伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)，由于伺服電機(jī)不使用永久磁鐵結(jié)構(gòu)，且在轉(zhuǎn)矩及慣量的密切配合下，又在低慣量的轉(zhuǎn)子配合下，消除了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，在速度可調(diào)范圍內(nèi)有著良好的加減速度動(dòng)態(tài)反應(yīng)特性。 定量泵 +交流伺服電機(jī)系統(tǒng) 高響應(yīng)的交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)是近年發(fā)展的 一種先進(jìn)的高性能節(jié)能裝備。變頻調(diào)速節(jié)能的本質(zhì)就是在電機(jī)轉(zhuǎn)速低于設(shè)置的最高轉(zhuǎn)速情況下起到節(jié)能效果，可低速的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間越長，節(jié)能的效果越明顯。電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量比變量泵變量的斜盤質(zhì)量大許多，所以前者流量改變的響應(yīng)時(shí)間大于后者的響應(yīng)時(shí)間，不能適應(yīng)多級(jí)速度變化的快速注射情況。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)在小流量狀態(tài)下的節(jié)能效果沒有變量泵系統(tǒng)好，若轉(zhuǎn)速過低，還會(huì)影響流量輸出的穩(wěn)定性及油泵壽命。同時(shí)還為上海宜新集團(tuán)公司改造了100 多臺(tái)注塑機(jī)，使油泵電機(jī)平均節(jié)電率達(dá)到 41 %。 h 左右。將注塑機(jī)改造升級(jí)為“節(jié)能型”注塑機(jī)，其投資 (主要是變頻器 )在一年內(nèi)可通過節(jié)約的電費(fèi)收回。并可使得油路系統(tǒng) (密封組件等 )的使用壽命延長，節(jié)省維護(hù)費(fèi)用、減少維修次數(shù)、改善工作環(huán)境、降低噪音等； (4)由于變頻器可以調(diào)節(jié)油泵的輸出流量，使得油溫會(huì)比工頻狀態(tài)下降低，冷卻用水量可節(jié)省 30%以上； (5)對(duì)電機(jī)具有過流、過壓、缺相等多種保護(hù)作用； (6)對(duì)注塑機(jī)的原定量泵系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造時(shí)，可以使改造不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成 任何影響，且不需要對(duì)注塑機(jī)原有的液壓系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)作復(fù)雜的變動(dòng)。這種改造方案具有很多的優(yōu)點(diǎn)，包括： (1)由于變頻器使定量泵與整機(jī)運(yùn)行所需功率匹配，消除了原系統(tǒng)的高壓溢流能量的損失，節(jié)約大量的功率，一般節(jié)約電能比例可達(dá)到 25%~60%左右。注塑機(jī)變頻節(jié)能系統(tǒng)的原理如圖 所示。這樣變頻器根據(jù)注塑機(jī)發(fā)出的各個(gè)動(dòng)作信號(hào)，檢測來自注塑機(jī)控制器給出的流量及壓力，經(jīng)內(nèi)部判斷計(jì)算后，輸出不同的頻率，以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，讓液壓系統(tǒng)的輸出與注塑機(jī)各個(gè)工序段中所需的流量和壓力精確匹配。f 一交流電源頻率 )，而泵輸出的流量 Q=V*n/60(n 一一電機(jī)轉(zhuǎn)速 。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)根據(jù)注塑成型的工藝要求，將注塑機(jī)控制器給出的設(shè)定比例流量閥、比例壓力閥的模擬量信號(hào)送給變頻器，將電液比例控制系統(tǒng)模擬成負(fù)載跟蹤控制系統(tǒng)，使變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速與注塑機(jī)各工況所需流量成一定關(guān)系，將傳統(tǒng)的定量泵改裝成變頻變量驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，從而使溢流閥的溢流流量降到最小，進(jìn)而將傳統(tǒng)的有高壓節(jié)流的“耗能型”，注塑機(jī)，升級(jí)為無高壓節(jié)流損失的“節(jié)能型”注塑機(jī)。海特克液壓有限公司從日本引進(jìn)了先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，也批量制造出低價(jià)格的負(fù)載敏感變量泵。陜西秦川機(jī)床廠在上世紀(jì) 80 年代中與上海第一塑料機(jī)械廠共同開發(fā)了某型號(hào)的負(fù)載敏感泵，成功得在注塑機(jī)上得到了應(yīng)用。在節(jié)約能量的同時(shí)，提高注 射性能。另外比例變量泵對(duì)油液的清潔度要求較高，工作噪音也較大。 而且因?yàn)榱髁颗c壓力控制呈良好的線性，提高了控制精度，使制品的尺寸精度高、重復(fù)性好、不良率少、重量偏差量得到了有效控制，是較理想的節(jié)能液壓系統(tǒng)。而且采用高頻響應(yīng)控制閥，通過外置的壓力傳感器 (位于泵出口 )和內(nèi)置的位移 (或角度 )傳感器，檢測系統(tǒng)狀態(tài)并反饋至放大器，對(duì)輸出的流量和壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測、比較和修正，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)流量和壓力的閉環(huán)控制，其原理框圖見圖 負(fù)載敏感變量泵液壓節(jié)能系統(tǒng)，可以使液壓動(dòng)力輸出隨負(fù)載變化而同步化，與定量泵加 PQ 閥組成的系統(tǒng)相比，節(jié)能效率可達(dá)到 20%~40%。當(dāng)負(fù)載壓力達(dá)到或超過系統(tǒng)設(shè)定壓力時(shí)，泵處在壓力控制狀態(tài)，此時(shí)泵輸出的流 量很小，只保證形成保壓壓力的需要及補(bǔ)充系統(tǒng)的泄漏量即可。變量泵實(shí)現(xiàn)了注塑機(jī)液壓系統(tǒng)由閥控向泵控的轉(zhuǎn)變，把傳統(tǒng)的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)變?yōu)槿莘e調(diào)速系統(tǒng)。 比例變量泵節(jié)能系統(tǒng) 注塑機(jī)節(jié)能最有效的措施是實(shí)現(xiàn)動(dòng)力機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩者之間的自 適應(yīng)調(diào)節(jié)匹配。因此注塑機(jī)節(jié)能的重點(diǎn)在于提高液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)本身的能量利用效率，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出功率與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功率達(dá)到自適應(yīng)匹配調(diào)節(jié)，兩者之間的能源轉(zhuǎn)換率越高，系統(tǒng)節(jié)能效果也就越好。對(duì)于油泵電機(jī)而言，它的負(fù)荷處于不斷變化狀態(tài)，由設(shè)在泵出口的比例壓力溢流閥和比例流量閥來調(diào)節(jié)負(fù)載壓力和流量，提供各油缸和液壓馬達(dá)所需的移動(dòng)速度、推力和方向。液壓驅(qū)動(dòng)的注塑機(jī)在注塑成型的各個(gè)階段所需壓力和流量都是變化的，注射階段對(duì)壓力和流量的需求很高 (功 率消耗最大可達(dá) 110% )，但時(shí)間較短，只占成型周期 1/10 左右時(shí)間。這是目前國內(nèi)大多數(shù)注塑機(jī)生產(chǎn)廠商的主要研究方向，也是本課題研究的重點(diǎn)。三是采用全電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，不使用液壓油，由伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可達(dá)到高效、高速、精密的生產(chǎn)效果，這是國際上目前業(yè)內(nèi)最新的研究方向。二是將電動(dòng)機(jī)同液壓系統(tǒng)各自特點(diǎn)結(jié)合起來，研發(fā)電液混合驅(qū)動(dòng)節(jié)能系統(tǒng)，采用液壓系統(tǒng)進(jìn)行模具的開閉和提供鎖模力，而塑化和注射動(dòng)作則由電機(jī)來完成 .這種方式可在提供較大合模力的情況下，實(shí)現(xiàn)較高的注射精度和較低的機(jī)器制 造成本 。 注塑機(jī)液壓節(jié)能技術(shù)的研究現(xiàn)狀 注塑機(jī)的節(jié)能技術(shù)是注塑機(jī)科技進(jìn)步發(fā)展過程中開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，隨注塑機(jī)的發(fā)展而不斷進(jìn)步，高端注塑機(jī)必定具有高端的節(jié)能技術(shù) .該技術(shù)主要包涵了3 個(gè)方面 :一是節(jié)能注射成形技術(shù)，二是節(jié)能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，三是節(jié)能的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。如果用時(shí)間控制閉模 (在全自動(dòng)循環(huán)的情況 )，應(yīng)考慮在制品掉下，檢測后再延時(shí) 1~3s 左右時(shí)間 .在閉模階段的時(shí)間與調(diào)節(jié)慢速 — 快速 — 慢速低壓保護(hù)轉(zhuǎn)換時(shí)間有關(guān)。 在成型周期中，占主要部分的是 注射保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間、開模時(shí)間和脫模取件時(shí)間。為使噴嘴不至于長時(shí)間和冷的模具接觸而形成冷料，有些塑料制品需要將噴嘴撤離模具，即注射裝置后退 .模腔內(nèi)的制品經(jīng)冷卻定型后，合模機(jī)構(gòu)即可開模，在頂出裝置作用下頂出成型制品。在一般情況下，要求螺桿塑化計(jì)量時(shí)間要少于制品冷卻時(shí)間。由于螺桿頭部熔料壓力的作用 ，使螺桿在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)又發(fā)生后退，當(dāng)螺桿退到計(jì)量值時(shí)，螺桿即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，準(zhǔn)備下一次注射。與此同時(shí)，螺桿在傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下開始后退轉(zhuǎn)動(dòng)，從料斗落入到機(jī)筒中的塑料隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，沿著螺桿向前輸送。此時(shí)螺桿作用于熔料上的壓力稱為保壓壓力 (二次壓力 )，在保壓時(shí)螺桿因補(bǔ)縮而有少量的前移。此時(shí)螺桿頭部作用于熔料上的壓力即為注射壓力 (一次壓力 )。模具首先以低 壓慢速合模，在走過設(shè)定的一段距離后再進(jìn)行快速閉合，當(dāng)動(dòng)模板與前固定模板快要接近時(shí)，合模機(jī)構(gòu)的動(dòng)力系統(tǒng)自動(dòng)切換成低壓慢速 (即試合模壓力 )，在確認(rèn)模內(nèi)無異物存在且嵌件沒有松動(dòng)時(shí)，再切換成高壓而將模具鎖緊。初始時(shí)動(dòng)模板在開啟位置，模具的動(dòng)模和定模是分開的 。微機(jī)控制中則是利用其中內(nèi)部的定時(shí)器來完成。而在微機(jī)控制中，限位開關(guān)、接近開關(guān)是作為輸入量，位移傳感器是作為模擬量來使用的。對(duì)動(dòng)作 執(zhí)行到位與否多采用接近開關(guān)、限位開關(guān)或位移傳感器來檢測。近代注射成型機(jī)大多都采用了比例閥液壓系統(tǒng)，在合模、開模、注射、保壓等工序中分為幾級(jí)，每級(jí)使用不同的壓力和流量，以滿足制品質(zhì)量和整機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定的需要。而其最重要的是順序控制器，它是注塑機(jī)控制系統(tǒng)的核心，它使機(jī)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)按一定順序來完成工藝過程。 (4)電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)是注射成型機(jī)的“神經(jīng)中樞”，它與液壓傳動(dòng)系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)，對(duì)注射成型機(jī)的各種程序動(dòng)作進(jìn)行精確而穩(wěn)定的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)速度、壓力、位置、時(shí)間和轉(zhuǎn)速等有效的控制和調(diào)節(jié)，電氣控制系統(tǒng)主要由電源、動(dòng)作程序元件、各種檢測元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等 單元組成。單向閥 V13 防止預(yù)塑后馬達(dá)反轉(zhuǎn)，節(jié)流閥 V14 調(diào)節(jié)預(yù)塑速度，低壓溢流閥 VIS 控制螺桿背壓。 VI1 是控制預(yù)