Анализ на потреблението на енергия на хидравличната система на машина за леене под налягане и нейният симулационен анализ на спестяване на енергия след повишаване на налягането

Март 13, 2023

Въведение

Машината за леене под налягане е важно производствено оборудване в производството на пластмаси. Неговата хидравлична мощност и загуба на енергия оказват важно влияние върху производствените и експлоатационните разходи на системата. Високата консумация на енергия на машините за леене под налягане не само ще доведе до загуба на електроенергия, но също така увеличават производствените разходи на машините за леене под налягане. [1] Производственият брой на машините за леене под налягане и годишното производство на Китай са сред челните места в света, и продукти за леене под налягане представляват около 30% от общите пластмасови изделия, високите разходи за електроенергия се превърнаха в един от важните фактори, ограничаващи производствената ефективност на индустрията за леене под налягане. За да се подобри пазарната конкурентоспособност на машините за леене под налягане, студенти по машини за леене под налягане

В отговор на националния призив за енергоспестяване и намаляване на емисиите, производствените предприятия непрекъснато извършват енергоспестяваща трансформация на съществуващата система за потребление на енергия на машини за леене под налягане, подобрена енергийна ефективност на машините за леене под налягане, и намалени производствени разходи. [2] 。

Машината за леене под налягане според вида на източника на енергия може да бъде разделена на 3 категории, напълно хидравличен, напълно електрически и електрохидравличен хибрид. Цената на изцяло електрическата машина за леене под налягане е висока, и обхватът на приложение е ограничен, настоящата хидравлична машина за леене под налягане все още е основният продукт в индустрията. Общата хидравлична машина за леене под налягане приема постоянна помпа и система за управление на клапана за налягане на пропорционалния поток, изходът на хидравличната помпа е фиксиран поток в целия процес на леене под налягане, когато потокът на търсене на системата е нисък, скоростта на двигателя остава непроменена, преливане на излишния поток обратно към резервоара, което води до по-голяма загуба на енергия. [3] Чувствителната към натоварване хидравлична система използва помпа с променлив обем като хидравлично налягане на системата.

Пропорционалният вентил за регулиране на потока е разположен на променливата помпа, изходната мощност се съгласува с промяната на товара, загубата от преливане и загубата от дроселиране на системата са намалени до голяма степен, и енергоспестяващият ефект е забележителен. Използването на електрически сигнали за реализиране на различни компенсации може да подобри ефективността на управление на системата, и е подходящ за системата на машината за леене под налягане с контрол на потока, но се нуждае от набор от по-сложен механизъм за контрол на променливото изместване, и промяната на изместването е ограничена от ъгъла на люлеещата се плоча, и диапазонът на регулиране на скоростта е ограничен. [4] В сравнение с традиционната технология за контрол на звука, хидравличната технология с променлива честота приема формата на управление на честотен преобразувател + мотор + количествена помпа, който има характеристиките на широк диапазон на скоростта, нисък шум и висока ефективност на системата. С развитието на технологията за серво управление, има по-добра точност на управление, скорост на реакция и способност за претоварване в сравнение с технологията за контрол на честотата, и се превърна в основна хидравлична система за управление на машина за леене под налягане.

Пън Йонганг [10] Серво моторът задвижва директно помпата с фиксирано количество като източник на задвижване на машината за прецизно леене под налягане, и стратегията за размит синовиален контрол е предложена за реализиране на точния контрол на налягането и скоростта на системата в процеса на леене под налягане, и спестяването на енергия е добро. Liu и др. [11-12] сравнява енергийната ефективност на пет вида електрохидравлични схеми за управление на машината за леене под налягане, и резултатите показаха, че динамичното представяне на системата е добро, прецизността на контрола е висока и ефектът на спестяване на енергия е най-добър. Xiao Wang и др [13] Симулационният модел на инжекционна част на високоскоростна машина за леене под налягане е създаден от AMESim. Представени са стратегията за управление и методът за внедряване на електрохидравлична позиционно-скоростна серво система. Реализирано е двупроменливо управление на позицията и скоростта на впръскване. Уан Джиенуайт [14] Консумацията на енергия на системата за затягане на машината за леене под налягане с две плочи с вътрешна циркулация се симулира и анализира. Консумацията на енергия на системата може да бъде намалена чрез намаляване на компонентите за управление на клапаните, приемане на подходящия диаметър на хидравличния цилиндър и добавяне на акумулатора. Xiong Wennan и др [15] Консумацията на енергия на машината за леене под налягане по време на затягане, отварянето и изхвърлянето се анализират в три вида хидравлични системи. Резултатите показват, че консумацията на енергия на помпа с фиксирано количество + Пропорционалното налягане на клапанната система е високо, енергоспестяващият ефект на пропорционалната помпена система с променливо количество варира в зависимост от технологията на продукта, и енергоспестяването на помпата с фиксирано количество + серво моторната система е добра. Гао Джунвей [16] Насочен към проблема със загубата на преливник в хидравличната система на машината за леене под налягане, е представена схема на двузъбна помпа, задвижвана от асинхронен двигател. За да се отговори на мигновеното търсене на голям поток на машината за леене под налягане, управлението на потока на налягане със затворен контур е прието, за да се подобри точността на управление и енергоспестяващият ефект на системата, и традиционната хидравлична система на машината за леене под налягане е реформирана, което има добър енергоспестяващ ефект.

Хидравличният хидравличен мотор с еднопосочен клапан за разпределение на потока може да постигне по-високо работно налягане, така че машината за шприцване под високо налягане може да бъде [17]. В този документ, хидравличните компоненти с високо налягане се използват в хидравличната система на машината за леене под налягане.

Работно налягане на хидравличната система на машината за леене под налягане, за да се гарантира, че изходната мощност на същите условия, намаляване на машината за леене под налягане в работния цикъл на търсенето на системния поток, като същевременно се намали диаметърът на хидравличния цилиндър на хидравличната система, намаляване на загубата на дроселиране на системата и тръбопровода по програмата за загуба на налягане. В този документ, хидравличната машина за леене под налягане със сила на затягане от 1 200 kN се използва като обект на изследване, и хидравличната система на машината за шприцване на пластмаса се моделира и симулира от софтуера AMESim. Чрез намаляване на диаметъра на цилиндъра, спада на налягането на електромагнитно управлявания порт на клапана, тръбопровод и консумация на енергия на системата преди и след хидравличния цилиндър намален поток и повишено налягане бяха сравнени, за да се проучи енергоспестяващият ефект на хидравличната система на машината за леене под налягане.

Поради високата нужда от мощност на машината за шприцване в реално работно състояние, Когато преливното налягане на системата е ниско, често е необходимо да се въведе голям дебит. В хидравличната система с голям поток, спадът на налягането на порта на клапана и загубата на налягане по пътя на тръбата са големи, и повишаването на температурата на системата и шумът също са придружени от проблемите, които причиняват загуба на енергия в системата.

Хидравличната система на машината за леене под налягане се състои от хидравлична помпа, електромагнитен насочващ клапан, хидравличен цилиндър и хидравличен двигател. В момента, повечето от хидравличните компоненти са постигнали високо налягане, но също така и за хидравличната система на машината за леене под налягане за подобряване на работното налягане за създаване на условия. Високото налягане може да постигне висока плътност на мощността и висока мощност на хидравличната система, което е в съответствие с изискванията на хидравличната система на машината за леене под налягане.

Теоретичен анализ на загубата на потребление на енергия от хидравличната система на машината за леене под налягане

1 машина за леене под налягане хидравлична система преливник загуба на поток Традиционната хидравлична система на машина за леене под налягане приема фиксиран изходен поток на помпата

Хидравличната система е проста и надеждна, и изходящият поток на хидравличната помпа е постоянен по време на процеса на леене под налягане. В етапа на ниско потребление на потока на системата, маслото се връща обратно в резервоара през преливника, и загубата на поток от преливник е сериозна. В момента, повечето от хидравличните системи на машините за леене под налягане използват пропорционална променлива система за управление на помпата или серво моторна система, което може ефективно да регулира изходния поток на хидравличната помпа по време на процеса на леене под налягане и да намали загубата на преливния поток на системата. В работния цикъл на машината за леене под налягане, висока консумация на енергия и кратко време на работа, така че системата за серво управление може да спести 30% ~ 60% консумация на енергия в сравнение с пропорционалната вентилна система за регулиране на потока. [2] .2 Хидравлична система на шприц машина за загуба на налягане на клапана на дросела

По време на работния процес на машината за леене под налягане, хидравличният източник преминава през електромагнитния контролен клапан, За да се съкрати времето на цикъла на леене под налягане, дебитът на системата обикновено е висок в цилиндъра за хидравлично налягане, и изходният поток на хидравличната помпа протича през електромагнитния управляващ клапан, който има известна загуба на налягане на дросела. Електромагнитният насочващ клапан след отварянето му е подобен на дросела с тънкостенен отвор, така че спадът на налягането на дросела в отвора на клапана може да се изчисли чрез формулата за спад на налягането на потока на отвора, формулата е

Q1 = CdA рилоделта p ■ 2

Където: Q1 е потокът на порта на клапана; Cd е коефициентът на потока на тънкостенния отвор. А е площта на отвора; Плътността на течността; Delta p е разликата в налягането преди и след порта на клапана, така че загубата на енергия при дроселиране е

Формула за намаляване на потока през отвора на дросела, налягането на дросела

Делта р на спада е пропорционална на потока Q21 на порта на клапана, така че дроселиращата енергия delta P е право пропорционална на потока Q31 на затвора. За намаляване на хидравличната система на машината за леене под налягане

Всеки електромагнитно управляван порт на клапана намалява загубата на енергия при спад на налягането, трябва да даде приоритет на намаляването на системния поток. За да се гарантира, че изходната мощност на хидравличната система на машината за шприцване е непроменена, когато системният поток е намален, е необходимо да се повиши работното налягане на хидравличната система, за да се поддържа нормалната работа на изпълнителните механизми.

В хидравличната система на машината за леене под налягане, хидравличният източник е свързан към електромагнитния насочващ клапан чрез тръбопровод, и след това към хидравличния задвижващ механизъм по тръбопровод. избирам

По-големият диаметър на тръбата може да намали средната скорост, осигурете състояние на ламинарен поток, намаляване на коефициента на съпротивление и намаляване на загубата на налягане по протежение на тръбата, но е трудно да се подреди тръбата. Ако диаметърът на тръбата е малък, средната скорост на тръбата е голяма, което лесно ще доведе до турбуленция в тръбата и ще увеличи загубата на енергия по пътя на тръбата. Формулата за изчисляване на загубата на налягане по тръбопровода е

Deltap тръбопровод = λ l × ρv2d2

Където ламбда е коефициентът на съпротивление по пътя; L е дължината на тръбата; D е диаметърът на тръбата; Плътност на хидравличното масло; V е средната скорост в тръбата. Формулата за изчисляване на скоростта на потока в тръбата е

4Q2 v = π d2

Формулата за числото на Рейнолдс е

Re = vd = 4Q2π

Между тях, upu е кинематичният вискозитет на маслото; Q2 е тръбен поток. Коефициентът на съпротивление λ е свързан със състоянието на потока в тръбата и формулата е

λ=

64 Re

 -0.25 0,3164 Re

，Re <2320 ，3000<Re <10

 0.308 ，105<Р<108 ( 0. 842 – lgRe ) 2 д

За да се намалят загубите на хидравличен тръбопровод по пътя, необходимо е да се гарантира, че състоянието на потока в тръбата е ламинарен поток, така че коефициентът на съпротивление по пътя е λ = 64 / Re, и може да се получи формулата за загуба на налягане по трасето.

64l π v 2 128π Q D p тръбопровод = Червен × 2 = π d4

При условие, че диаметърът на тръбопровода не се променя, загубата на налягане по тръбопровода е пропорционална на дебита на тръбопровода, и загубата на енергия по време на спада на налягането в тръбопровода е пропорционална на квадрата на потока в тръбопровода.

3 3. 1

AMESim Имитационен модел на хидравлична система на машина за леене под налягане на пластмаса

Симулационни параметри на хидравличната система на машината за леене под налягане

Според схематичната диаграма на хидравличната система на машината за леене под налягане и параметрите на свързаните хидравлични компоненти, за да се анализира консумацията на енергия на хидравличната система на машината за леене под налягане, Моделът е опростен, и симулационният модел на хидравличната система на машината за леене под налягане е изграден, както е показано на фигура 2. Моделът използва стъпков сигнал за симулиране на серво мотора за постигане на променлив контрол на скоростта при различни работни условия, така че системата основно не произвежда феномен на преливане. Параметри за симулационен анализ на модел AMESim, зададени, както е показано в таблица 1. Според последователността на процеса на инжектиране, вентилът с електромагнитно управление се настройва, както е показано в таблица 2.

По същото време, за да се симулира ефектът от спада на налягането при дроселиране на порта на клапана, вижте Huade WE6 тип O трипозиционен четирипътен електромагнитен насочващ клапан, Поради структурата на порта на клапана, когато дебитът е 60 Л / мин, отворът на клапана P тече към отвора на клапана A / B спадът на налягането е 1,0MPa, и спадът на налягането към порт Т е 0,8MPa. За да се опрости симулационния модел, максималният поток на трипозиционния четирипътен електромагнитно управляван вентил е настроен на 60 Л / мин, и спадът на налягането е 1 MPa.

След задаване на параметрите на симулацията на хидравличната система, кривата на движение на хидравличния цилиндър е зададена.

Линията е показана на фигурата 4, и движението за затваряне на матрицата е завършено 0 ~ 2 с, и тогава движещият се цилиндър се движи за 1 s с инжекционното устройство, подравнява дюзата на винтовия цилиндър с инжекционната дюза и прилага определена контактна сила на дюзата. в 3 ~ 4 с, винта, задвижван от два инжекционни цилиндъра, инжектира разтопения материал в кухината на формата при много високо налягане, и поддържа налягането, за да се охлади за определен период от време, за да се опрости процеса на симулация, пропуснете етапа на задържане; след това двигателят за предварително формоване работи и притиска инжекционния цилиндър назад, за да се подготви за следващото инжектиране; 9 ~ 10 s вътрешният цилиндър за изместване на седалката се прибира; и след това прибира цилиндъра на формата, за да завърши движението за отваряне на матрицата. Под действието на изхвърлящия цилиндър, готовият продукт се изхвърля във формата, след това цилиндърът се прибира, и след това цилиндърът се прибира, като по този начин завършва цикъл на инжектиране.

Анализ на потреблението на енергия на машина за леене под налягане

Всеки хидравличен задвижващ механизъм в работен етап, необходимият поток е различен, размерът на товара е различен, налягането в системата също се променя, за да се избегне преливане на системата, така че в работата на задвижващия механизъм, така че хидравличният източник да осигури необходимия си поток. При изследване на влиянието на консумацията на енергия при падане на налягането в хидравличната система, за да се елиминира влиянието на регулирането на скоростта на дроселиране, за да се гарантира, че работното налягане и потокът на хидравличния цилиндър са относително постоянни, той е зададен в модела на масовия блок на хидравличния цилиндър с голямо затихване на движението, така че работното състояние на хидравличния цилиндър да поддържа постоянна мощност.

В случай, че системата не произвежда преливане, скоростта на изходящия поток и налягането на помпата за налягане на течността във всеки етап на движение са показани на фигура 5. В затягането, етап на предварително формоване и инжектиране, входното налягане и дебитът на хидравличната система са големи, и чрез анализ на енергийните загуби на хидравличната система на машината за леене под налягане, може да се види, че в етапа на по-големия поток, загубата на енергия от спада на налягането е голяма. По същото време, в симулационния тест, дължината на масления цилиндър е по-голяма. , работи дълго, така че неговият поток трябва да е голям, процес на отваряне и затваряне на матрицата, относно 30% от общия поток на входа на системата, ако системата може да постигне тласък, намалете входния поток на цилиндъра на формата, може ефективно да намали консумацията на енергия при падане на налягането в хидравличната система, подобряване на енергийната ефективност на хидравличната система на машината за леене под налягане.

Както е показано на фигура 6, в целия цикъл на инжектиране, етапа на затягане, етапът на инжектиране и етапът на предварително формоване имат голяма консумация на енергия. За да се изследва падането на налягането на електромагнитно управлявания клапан и загубата на тръбопровода по пътя в хидравличната система, вземаме за пример етапа на отваряне на формата на затворения хидравличен цилиндър. Налягането в кухината на цилиндъра без прът, електромагнитно управляваното налягане на порта на клапана на V1, и налягането на порта на клапана P във V1, както и изходното налягане на линията на хидравличната помпа на фигура 2 са избрани като изследователски възли на спада на налягането във входящата маслена секция на затягащия хидравличен цилиндър. Налягането на всеки възел е показано на фигура 7. Чрез разликата в налягането на горните възли, спадът на налягането в порта на клапана е 0.456 MPa, и загубата на налягане по протежение на 1 m масло тръба е 0.067 MPa. Спадът на налягането на симулирания порт на клапана е близък до действителния. Теоретичната стойност на пада на налягането по тръбопровода е 0. 058 MPa, което е малко по-голямо от теоретичното. Чрез горното сравнение може да се получи, в системния поток по-голям етап, загубата на налягане на дросела на отвора на клапана е по-голяма от загубата на тръбопровода, в дължината на тръбопровода е по-голяма, покрай загубата на налягане не може да се пренебрегне.

3 Симулационен анализ на формула за повишаване на налягането на хидравличната система на машината за леене под налягане на спад на налягането на дросела през отвора на клапана и спад на налягането по тръбопровода

Може да се види, че спадът на налягането на дросела и спадът на налягането по протежение на хидравличната система могат да бъдат значително намалени чрез намаляване на дебита на системата. За да се отговори на задвижващата сила на товара и работната скорост на хидравличния цилиндър, ефективната площ на действие на спринклера трябва да бъде намалена и работното налягане трябва да се увеличи, когато дебитът на системата се намали.

За да се провери схемата за херметизиране и енергоспестяване на хидравличната система на машината за леене под налягане, предишният диаметър на цилиндъра е променен от 70mm-35mm на 50mm-28mm, като вземем за пример затягащия цилиндър. Ефективната зона на действие на хидравличния цилиндър е намалена до половината от първоначалната площ на действие на спринклера. След изчисляване на потока на формата в половината от първоначалния поток, работното налягане се удвои, така че налягането на предпазния клапан се увеличи до 32MPa.

Фигура 8 показва кривата на налягането и потока на системата преди и след промяна на диаметъра на затягащия хидравличен цилиндър, Както се вижда от фигурата, в етапа на затваряне и отваряне на матрицата, входният поток на системата е намален, докато налягането в системата се повишава, и процеса на затваряне на формата, потокът на системата намалява наполовина, докато налягането се повишава до два пъти първоначалното, в съответствие с очакваната стойност. въпреки това, след усилването, етап на затваряне на формата, работното налягане на системата е високо, и отнема определено време за изграждане на натиск, но основно не влияе върху ефекта на затваряне на формата.

Фигура 9 показва консумацията на енергия на системата преди и след повишаване на налягането на затягащия цилиндър. В етапите на затягане и отваряне, мощността на системата е по-ниска от тази преди повишаването на налягането, и намалението е около 0.7kW, и мощността се намалява с 7.5%. Фигура 10 показва налягането на всеки възел в секцията за вход на маслото на затягащия цилиндър след повишаване на налягането, От фигурата, падът на налягането от хидравличния източник към безпръчковата камера на хидравличния цилиндър е около 0.138 MPa, което е около 70% по-малко от това преди повишаване на налягането, и дебитът на системата се намалява наполовина, така че загубата на енергия при падане на налягането е само 15% от това преди повишаване на налягането, и консумацията на енергия на системата се намалява с 85%. Когато работното налягане на единичен затягащ цилиндър се повиши, консумацията на енергия на системата може да бъде спестена чрез 3.7%. Ако работното налягане на целия цилиндър на хидравличната система може да се повиши, потреблението на енергия от спада на налягането в системата ще бъде значително намалено и енергийната ефективност на системата ще бъде подобрена.

Чрез сравняване на спада на налягането преди и след форсиране на хидравличния цилиндър, диаметърът на хидравличния цилиндър се намалява при условие, че реверсивният клапан и тръбопроводът са непроменени. По същото време, за да се гарантира, че натоварването и скоростта на движение остават непроменени, налягането в системата ще се повиши, и необходимият дебит на системата ще бъде намален, като по този начин намалява спада на налягането между хидравличната помпа и хидравличния задвижващ механизъм, намаляване на загубата на енергия при падане на налягането в системата, и намаляване на повишаването на температурата на маслото в системата и шума.

4 Заключение

1) Входящият поток на хидравличната система на машината за леене под налягане се променя в цикъла

Голям, използването на технология за серво управление може да разреши феномена на препълване на системата, въпреки това, системата има голям брой насочващи вентили и дълъг тръбопровод, и работното налягане на системата е ниско. В етапа на висока мощност, системата има голямо търсене на входен поток, и има загуба на налягане по отвора на клапана и тръбопровода, което кара системата да намалява енергийната ефективност, шум и висока температура.

2) чрез формулата за спад на налягането в отвора и тръбопровода по формулата за загуба на налягане, загубата на енергия при падане на налягането в порта на клапана е пропорционална на потока през 3-тия квадрат, тръбопроводът по протежение на спада на налягането загуба на енергия е пропорционална на потока през квадрата, и чрез симулационен тест за проверка на корелацията.

3) С цел подобряване на енергийната ефективност на хидравличната система на машината за леене под налягане, входният поток на системата може да бъде намален чрез увеличаване на работното налягане на хидравличния задвижващ механизъм, и спадът на налягането по отвора на клапана и тръбопровода може да бъде намален.

Ако имате въпроси относно пластмасовата промишленост,plz не се колебайте да попитате екипа на FLYSE,ние ще ви предоставим най -доброто обслужване！ Ние също можем да ви доставим добра, но евтина машина за леене под налягане! Или се свържете с нас на Facebook.