變頻液壓技術(shù)在注塑機中的應(yīng)用

孔藤橋

摘 要：現(xiàn)代科技的進步為注塑機提供了更為人性化、前衛(wèi)、先進的技術(shù)支持。從當(dāng)前的形勢來看塑機行業(yè)正朝向環(huán)保、超精密成型、高可靠性、高度自動化、節(jié)能方向前進。在變頻技術(shù)的支持下，變頻液壓注塑機就此誕生，比如電液復(fù)合注塑機。該類型注塑機以液壓泵為對象，在調(diào)節(jié)液壓泵電機轉(zhuǎn)速的同時匹配最終流量，達成節(jié)能目的。相較于傳統(tǒng)注塑機來說，這種注塑機的噪聲更低、效率更高、能量損失最小。本文將著重研究其原理、狀況以及優(yōu)點，以供借鑒。

關(guān)鍵詞：變頻液壓技術(shù) 注塑機 應(yīng)用

中圖分類號：TQ320 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）12（b）-0-02

1 變頻液壓節(jié)能原理

該技術(shù)的節(jié)能原理非常特殊，其應(yīng)用變頻器完成電源頻率調(diào)解工作，以此改變電機轉(zhuǎn)速，最終實現(xiàn)注塑機的液壓系統(tǒng)工作流量、運轉(zhuǎn)速度控制。此外通過控制液壓泵輸出，使得注塑機能夠得到其所需求的流量。液壓泵實際流量借助變頻器完成控制，能夠在液壓回路阻力不改變的基礎(chǔ)上，利用流量完成工作壓力適應(yīng)性調(diào)節(jié)，運轉(zhuǎn)中可以有效降低液壓閥流量。該系統(tǒng)有著非常復(fù)雜、龐大的系統(tǒng)。電機轉(zhuǎn)速和液壓泵流量的關(guān)系非常密切，公式為Q=nq（Q為泵流量、n為電機轉(zhuǎn)速/q為液壓泵排量）。系統(tǒng)電機轉(zhuǎn)速公式為n=60f/p（f為電源頻率、p為磁極對數(shù)），兩個公式的結(jié)合也就是Q=60fq/p=kf（k為比例系數(shù)）。當(dāng)知道確定流量以后，通過該公式就能夠得到對應(yīng)頻率f=Q/k[1]。該公式可以幫助使用者結(jié)合實際需要，有計劃、有目的地完成不同工藝階段的流量轉(zhuǎn)換，使其變成直接頻率。此時就可以直接利用理論角度的知識解決實際操作頻率問題。液壓泵流量與轉(zhuǎn)速為正比關(guān)系，軸功率與轉(zhuǎn)速立方同樣也是正比關(guān)系。

2 變頻液壓研究現(xiàn)狀

國內(nèi)對變頻技術(shù)的研究主要在于改造原有系統(tǒng)。當(dāng)前國內(nèi)已經(jīng)有很多廠家可以專門生產(chǎn)注塑節(jié)能變頻器，實現(xiàn)了注塑機能耗的有效控制。而歐美國家則將目光放在了電液復(fù)合注塑機的研究。歐盟就將電壓注塑機作為基本研究項目，并利用變頻驅(qū)動進行了注塑機試驗與研制。通過采樣試驗得出，單工作循環(huán)中變頻驅(qū)動電液注塑機效率可以達到50%以上，該效率遠超普通注塑機一倍以上。

2.1 控制方式

總共包含3種變頻模式：第一種不加編碼器的VVVF方式完成調(diào)速與變頻，也就是變頻變壓調(diào)速變頻。第二種應(yīng)用編碼器閉環(huán)泛用矢量完成調(diào)速變頻。第三種編碼器閉環(huán)純矢量完成調(diào)速變頻。經(jīng)過不斷實驗得出第三種方式得到的節(jié)能效果與響應(yīng)特性最好，能夠讓電動機即便處于低速運行條件情況時同樣得到大轉(zhuǎn)矩。在相同流量與壓力的條件下，響應(yīng)性能則得到了大幅度提升。種種優(yōu)勢為注塑機工作效率提供了有利的保障。

2.2 驅(qū)動原理

其動力源有兩種驅(qū)動原理：第一種普通電動機在變量泵和變頻調(diào)速的共同作用下形成動力源。第二種高響應(yīng)伺服電動機通過驅(qū)動定量泵形成動力源。第一種方法進行流量控制時，如果流量小則應(yīng)用改變泵排量方式控制。如果此時流量超過界限，就會自行改變電機轉(zhuǎn)速控制。該工作模式最突出的優(yōu)勢便是噪聲很低，不過突出問題是響應(yīng)速度相對較慢。第二種原理雖然電機有著較高的成本，不過泵成本則相對較低。此外其最大優(yōu)點在于電機流量、壓力都可以改變電機轉(zhuǎn)速，該模式電機過載能力高、響應(yīng)速度快。不論是哪一種運作模式節(jié)能效果都非常突出。

歐美對上述兩種模式都進行了大量實驗，得出了大量的數(shù)據(jù)，這為注塑機節(jié)能的研究和發(fā)展提供了重要的幫助。

3 變頻液壓優(yōu)點

3.1 節(jié)能

應(yīng)用變頻液壓這項技術(shù)，能夠從起始階段就有效解決功率匹配節(jié)能需求。當(dāng)注塑機處于無負載、輕載、中載的情況時，變頻動力系統(tǒng)本題的工作能力會遠遠超出傳統(tǒng)控制系統(tǒng)。其能夠有效減少注塑機的能量損失，環(huán)節(jié)溢流損失、無節(jié)流損失等問題。注塑機變頻應(yīng)用定量泵，定量泵工作效率超過變量泵，因此還有著較高的回路效率。相較于傳統(tǒng)閥控節(jié)流，變頻液壓的節(jié)能能力可以達到30%～60%。此外還能改善電功率，在降低無功電流的同時，緩解了線路損耗問題。

3.2 安全可靠

注塑機液壓系統(tǒng)非常復(fù)雜，這源自于注塑成型本身就有著非常復(fù)雜的工藝和范圍比較大的壓力變化。此外不論是速度還是位置方面，注塑機變化都非常的大。變頻技術(shù)能夠全面升級、優(yōu)化調(diào)速系統(tǒng)，使調(diào)速系統(tǒng)更切合實際需求。轉(zhuǎn)矩閉環(huán)矢量控制在速度傳感器的作用與影響下，可以很好的滿足工藝使用要求。

3.3 噪聲小

注塑機中應(yīng)用變頻液壓技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確、高效、完美的計算機控制。此時只需應(yīng)用檢測手段就可以得知執(zhí)行器運算速度，利用對比方式比較給定速度，掌握二者偏差。該偏差能夠幫助工作人員得到真實、準(zhǔn)確的變頻控制信號。目前常用變頻器的配置幾乎都可以滿足注塑機矢量控制需要。變頻技術(shù)在使用中能夠根據(jù)相關(guān)工藝以及注塑機實況自動、合理地選擇所需算法。所以注塑機能夠更好地達成產(chǎn)品質(zhì)量控制要求。

3.4 油溫低

注塑機變頻系統(tǒng)的定量泵選擇大多會選擇系統(tǒng)要求低、系統(tǒng)相對可靠的變量泵，以此替換成本高、系統(tǒng)要求高的設(shè)備。必須強調(diào)的是，電機與變量泵大部分情況下的速度都在基礎(chǔ)速度之下。所以可以有效減少系統(tǒng)聲音大小和液壓泵磨損情況。延長了設(shè)備壽命，提升了系統(tǒng)可靠性。

4 注塑機變頻系統(tǒng)問題

4.1 低速穩(wěn)定

如果泵速過低，就會出現(xiàn)自吸力下降的問題，進而引發(fā)不充分吸油情況，出現(xiàn)很強烈的噪音與嚴(yán)重的流量脈動，這些因素都會影響速度穩(wěn)定性。此外異步電機低頻運行與低頻力矩不足時的不穩(wěn)定和逆變器的貯能元件、濾波能量轉(zhuǎn)換會引發(fā)諧振現(xiàn)象，種種因素都是轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定發(fā)生的真實原因。為解決穩(wěn)定性要求，可通過選擇性能更好的變頻器與泵完成解決。但這種方式成本相對較高。為了控制成本一般會選擇優(yōu)化控制算法與控制結(jié)構(gòu)，利用軟件補償優(yōu)化系統(tǒng)的方式改善穩(wěn)定性和系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)。

4.2 控制精度

對調(diào)速精度來說，速度剛度的影響是非常突出的。速度剛度指的是執(zhí)行器速度不隨負載變化的能力[2]。此外系統(tǒng)慢時變特性同樣也是一項比較重要的原因。比如液壓系統(tǒng)泄漏量、油液粘性、油液溫度都會在時間變化的過程中出現(xiàn)變化，這些因素都會影響系統(tǒng)輸出與調(diào)速精度。為了減少這類問題帶給系統(tǒng)輸出的不良影響，就必須從兩個角度進行考慮。第一個角度保障電機轉(zhuǎn)速在負載變化的過程中不會出現(xiàn)變化。第二個角度為通過減少或是消除液壓系統(tǒng)慢時變特性的方式，緩解甚至是消除其對系統(tǒng)帶來的輸出影響。

4.3 響應(yīng)速度

系統(tǒng)響應(yīng)速度對注塑制品生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量的影響是非常突出的。所以響應(yīng)速度是注塑機系統(tǒng)中最重要的一項性能指標(biāo)。通過改變電機轉(zhuǎn)速的方式完成液壓系統(tǒng)流量的控制。因為電機轉(zhuǎn)動慣量與變頻器過載能力非常有限，而這兩點因素都會影響極速性能，所以變頻控制系統(tǒng)有些時候甚至比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)響應(yīng)速度要更低。為了改善這一情況可以選擇性能出眾的變頻器提高響應(yīng)速度。高響應(yīng)電機取代異步電機能夠有效提升響應(yīng)速度。利用變頻控制系統(tǒng)節(jié)能突出、調(diào)速范圍大的優(yōu)勢，保留閥控馬達有著響應(yīng)快的特點組成復(fù)合調(diào)速系統(tǒng)能夠有效保障注塑快速性要求。

5 結(jié)語

在電機技術(shù)、變頻技術(shù)日益成熟的今天，液壓控制這項技術(shù)獲得了快速發(fā)展。通過計算機控制的方式，注塑機生產(chǎn)質(zhì)量和效率將會得到良好的控制。高響應(yīng)伺服電動機與矢量變頻器性能的提高會讓其價格逐漸降低，最終得到廣泛的普及。電動控制與變頻控制的注塑機之爭最終會讓二者融為一體，這已經(jīng)成為今后的注塑機發(fā)展方向。未來變頻技術(shù)在注塑機中的應(yīng)用將會得到進一步的發(fā)展與普及。

參考文獻

[1] 陳沖.注塑機液壓系統(tǒng)閥控變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)分析[J].工業(yè)設(shè)計，2016（6）：167，169.

[2] 梅克濤.變頻液壓技術(shù)在注塑機中的應(yīng)用探討[J].南方農(nóng)機，2015，46（6）：24，26.