李堅(jiān)勇

摘 要：注塑機(jī)電液控制系統(tǒng)的能量效率問(wèn)題，是影響我國(guó)塑料制品工業(yè)綜合發(fā)展的重要因素，本文針對(duì)注塑機(jī)電液控制系統(tǒng)能量效率對(duì)比問(wèn)題展開(kāi)了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：注塑機(jī)；注塑機(jī)電液控制系統(tǒng)；能量對(duì)比

近年來(lái)，世界各國(guó)圍繞注塑機(jī)設(shè)備的節(jié)能技術(shù)探索事業(yè)，取得了一系列的研究成果，有效推動(dòng)了注塑機(jī)的節(jié)能降耗，有鑒于此，本文將針對(duì)注塑機(jī)電液控制系統(tǒng)能量效率對(duì)比展開(kāi)簡(jiǎn)要分析。

一、異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)

（一）功率傳輸?shù)臄?shù)學(xué)模型

以異步電動(dòng)機(jī)定量泵驅(qū)動(dòng)形成的注塑機(jī)電液系統(tǒng)的基本原理如圖1所示：

注塑機(jī)的運(yùn)行流程，主要包含鎖?！_(tái)前移→注射→保壓→冷卻→塑化→開(kāi)?！敵觥渑_(tái)后退，共9個(gè)具體環(huán)節(jié)，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)消耗的功率除電動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的功率消耗外，還包含液壓回路運(yùn)行過(guò)程中消耗的功率，基于上述兩個(gè)具體方面對(duì)注塑機(jī)的運(yùn)行消耗功率展開(kāi)分析，能夠?yàn)獒槍?duì)不同技術(shù)方案開(kāi)展的能量效率對(duì)比分析提供基礎(chǔ)依據(jù)。

從項(xiàng)目構(gòu)成角度分析，電動(dòng)機(jī)的功率消耗主要包含：定子損耗功率、轉(zhuǎn)子損耗功率，以及輸出機(jī)械損耗功率Pam、其中定子孫浩功率包含定子鐵損功率PFe1、定子繞組銅耗功率PIR1、脈沖以及其他損耗功率Pps等項(xiàng)目。而轉(zhuǎn)子損耗功率主要包含轉(zhuǎn)子鐵損PFe2、轉(zhuǎn)子繞組銅耗PIR2、軸磨損以及風(fēng)扇損耗PR等項(xiàng)目。

通常電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的絕大部分功率損耗都將被轉(zhuǎn)化為熱量，異步電動(dòng)機(jī)在一般運(yùn)行條件下的能量效率通常可由公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

對(duì)于液壓泵而言，其在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的功率損耗項(xiàng)目主要包含容積損失功率PQ，以及轉(zhuǎn)矩?fù)p失功率PT。因此其基本計(jì)算公式如下所示：

在公式（2）和公式（3）中，Vsp和Msp分別表示液壓泵的容積和轉(zhuǎn)矩?fù)p失，而pA和pB則分別表示差動(dòng)缸組件的兩腔壓力，n表示轉(zhuǎn)速。

假設(shè)qp表示定量泵出口點(diǎn)的流量參數(shù)水平，pp表示定量泵出口點(diǎn)的壓力參數(shù)，則液壓設(shè)備的輸出功率是Pp=ppqp。則液壓泵的運(yùn)行效率可以借由公式（4）進(jìn)行計(jì)算求解：

在忽略液壓缸結(jié)構(gòu)運(yùn)行過(guò)程中的功率損耗條件下，則可以將液壓缸結(jié)構(gòu)運(yùn)行過(guò)程中的輸出功率計(jì)算表達(dá)式書(shū)寫(xiě)為Pc=pvqv。則在這一條件下液壓系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效率可以借由公式（5）計(jì)算求解：

在公式（5）中，qv和pv分別表示比例閥的輸出流量參數(shù)和壓力參數(shù)，整個(gè)系統(tǒng)的能量效率通常借由電動(dòng)機(jī)部分的運(yùn)行效率以及液壓系統(tǒng)運(yùn)行效率的算術(shù)乘積來(lái)表示。

（二）功率消耗狀態(tài)分析

以異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵構(gòu)成的注塑機(jī)電液系統(tǒng)屬于典型的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)及泵的最終輸出穩(wěn)定值會(huì)略高于負(fù)載的強(qiáng)度水平；因在注塑機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，具備明顯的間歇性，導(dǎo)致定量泵在動(dòng)作過(guò)程中會(huì)發(fā)生較高的能耗。

根據(jù)回路原理，定量泵運(yùn)行過(guò)程中的功率損耗分為：溢流損失和節(jié)流損失兩個(gè)基本部分，其中溢流損失功率可以借由公式（6）計(jì)算求解：

而其節(jié)流損失功率可以借由公式（7）實(shí)施計(jì)算求解：

而系統(tǒng)的能量效率可以運(yùn)用公式（8）計(jì)算求解：

在公式（8）中，表示比例調(diào)速閥兩端的壓力差，而q1表示經(jīng)由溢流閥結(jié)構(gòu)溢流而出的流量值。

在注塑機(jī)的注射階段，需要較大的壓力及流量，其實(shí)際產(chǎn)生的溢流損耗和節(jié)流損耗都比較小。在保壓階段，注塑機(jī)需要的流量較低，定量泵實(shí)際輸出的絕大部分流量都被溢流閥消耗。在冷卻過(guò)程中，實(shí)際形成的流量及壓力要求接均近于零，因而這種條件下通常不存在節(jié)流損失，只存在溢流損失。

二、異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變量泵系統(tǒng)

針對(duì)定量泵加裝比例溢流調(diào)速閥時(shí)，建成的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)本身存在溢流性能量損失技術(shù)缺陷，引入變量泵與比例節(jié)流閥相結(jié)合的負(fù)載感應(yīng)型回路，設(shè)備系統(tǒng)中執(zhí)行結(jié)構(gòu)的整體運(yùn)行速度參數(shù)，將會(huì)由實(shí)際流過(guò)比例調(diào)速閥組件的流量參數(shù)狀態(tài)，以及變量泵設(shè)備中的相關(guān)參數(shù)項(xiàng)目共同完成控制過(guò)程。

在注塑機(jī)的調(diào)速回路結(jié)構(gòu)中，變量泵的供油壓力將由負(fù)載的部分的強(qiáng)度變化而動(dòng)態(tài)變化，由于在應(yīng)用變量泵的液壓回路中僅僅存在因閥門壓力降低而導(dǎo)致的節(jié)流損失，因而有效降低了整體液壓回路的能耗。

三、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)

伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)的主要元件有：伺服驅(qū)動(dòng)器：根據(jù)內(nèi)部控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)流量和壓力控制。伺服電機(jī)：轉(zhuǎn)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可根據(jù)控制器命令控制實(shí)際轉(zhuǎn)速。定量泵：高壓內(nèi)嚙合齒輪泵、小泄漏、小的脈動(dòng)波動(dòng)。壓力傳感器：檢測(cè)油路壓力并反饋伺服控制器作閉環(huán)控制。

伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)直接采用了可變轉(zhuǎn)速的伺服電機(jī)，不再使用比例溢流結(jié)構(gòu)和節(jié)流結(jié)構(gòu)。結(jié)合注塑機(jī)動(dòng)作及伺服驅(qū)動(dòng)器的流量壓力控制模式，系統(tǒng)能在注射機(jī)需求動(dòng)力輸出時(shí)按需輸出動(dòng)力，避免了中間的溢流損失及流量控制損耗，在注射機(jī)保壓時(shí)僅以維持系統(tǒng)泄漏的低速運(yùn)行即可，冷卻不需要?jiǎng)幼鲿r(shí)，泵幾乎不轉(zhuǎn)，即幾乎不再耗電，從而實(shí)現(xiàn)大幅節(jié)能。

四、結(jié)語(yǔ)

針對(duì)注塑機(jī)電液控制系統(tǒng)能量效率對(duì)比問(wèn)題，本文從異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)，異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變量泵系統(tǒng)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)三個(gè)具體方面展開(kāi)了簡(jiǎn)要分析，僅供相關(guān)領(lǐng)域的研究人員借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋春華.高檔注塑機(jī)的發(fā)展動(dòng)向[J].機(jī)床與液壓，2012（02）.

[2]張紅娟，權(quán)龍，李斌.注塑機(jī)電液控制系統(tǒng)能量效率對(duì)比研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2012（08）.