Analýza spotřeby energie hydraulického systému vstřikovacího stroje a jeho simulační analýza úspory energie po zvýšení tlaku

Úvod

Vstřikovací lis je důležitým výrobním zařízením v plastikářském průmyslu. Jeho hydraulický výkon a energetické ztráty mají důležitý dopad na výrobní náklady a provozní náklady systému. Vysoká spotřeba energie vstřikovacích lisů povede nejen k plýtvání zdroji elektrické energie, ale také zvýšit výrobní náklady vstřikovacích lisů. [1] Čínský výrobní počet vstřikovacích lisů a roční produkce patří mezi přední světové, a výrobky vstřikování tvořily cca 30% z celkových plastových výrobků, vysoké náklady na elektřinu se staly jedním z důležitých faktorů omezujících efektivitu výroby v průmyslu vstřikování plastů. Za účelem zlepšení tržní konkurenceschopnosti vstřikovacích lisů, studenti vstřikovacích strojů

V reakci na národní výzvu k úsporám energie a snižování emisí, výrobní podniky průběžně prováděly energeticky úspornou transformaci stávajícího systému spotřeby energie vstřikovacích lisů, zlepšená energetická účinnost vstřikovacích lisů, a snížení výrobních nákladů. [2] 。

Vstřikovací stroj podle typu zdroje energie lze rozdělit na 3 Kategorie, plně hydraulické, plně elektrický a elektrohydraulický hybrid. Cena plně elektrického vstřikovacího stroje je vysoká, a rozsah použití je omezený, současný hydraulický vstřikovací stroj je stále hlavním produktem v průmyslu. Obecný hydraulický vstřikovací stroj využívá konstantní čerpadlo a řídicí systém ventilu s proporcionálním průtokem, výstup hydraulického čerpadla stálý průtok v celém procesu vstřikování, když je požadavek systému nízký, otáčky motoru se nemění, přebytečný průtok přeteče zpět do nádrže, což má za následek větší energetické ztráty. [3] Hydraulický systém citlivý na zatížení používá jako systémový hydraulický tlak čerpadlo s proměnným objemem.

Proporcionální průtokový regulační ventil je umístěn na variabilním čerpadle, výstupní výkon je přizpůsoben změně zátěže, ztráta přetečením a ztráta škrcení systému jsou do značné míry sníženy, a efekt úspory energie je pozoruhodný. Použití elektrických signálů k realizaci různých kompenzací může zlepšit výkon řízení systému, a je vhodný pro systém vstřikovacích lisů s řízením průtoku, ale potřebuje sadu složitějších kontrolních mechanismů s proměnným posunem, a změna posunutí je omezena úhlem výkyvné desky, a rozsah regulace rychlosti je omezený. [4] Ve srovnání s tradiční technologií ovládání hlasitosti, hydraulická technologie s proměnnou frekvencí využívá řídicí formu frekvenčního měniče + motor + kvantitativní pumpa, který má vlastnosti širokého rozsahu otáček, nízká hlučnost a vysoká účinnost systému. S rozvojem technologie servořízení, má lepší přesnost ovládání, rychlost odezvy a schopnost přetížení než technologie řízení frekvence, a stal se hlavním hydraulickým řídicím systémem vstřikovacího stroje.

Peng Yonggang [10] Servomotor přímo pohání čerpadlo pevného množství jako zdroj pohonu přesného vstřikovacího stroje, a strategie řízení fuzzy synovie je navržena pro realizaci přesné kontroly tlaku a rychlosti systému v procesu vstřikování, a úspora energie je dobrá. Liu a kol. [11-12] porovnal energetickou účinnost pěti druhů elektrohydraulických regulačních schémat na vstřikovacím lisu, a výsledky ukázaly, že dynamický výkon systému je dobrý, přesnost ovládání je vysoká a efekt úspory energie nejlepší. Xiao Wang a kol [13] Simulační model vstřikovací části vysokorychlostního vstřikovacího stroje je vytvořen společností AMESim. Je prezentována strategie řízení a způsob implementace elektrohydraulického polohově-rychlostního servosystému. Je realizováno dvouproměnné řízení polohy a rychlosti vstřikování. Wang Jianwait [14] Je simulována a analyzována spotřeba energie upínacího systému dvoudeskového vstřikovacího stroje s vnitřním oběhem. Spotřebu energie systému lze snížit snížením počtu ovládacích prvků ventilu, přijetím vhodného průměru hydraulického válce a přidáním akumulátoru. Xiong Wennan a další [15] Spotřeba energie vstřikovacího stroje při upínání, otevírání a vyhazování je analyzováno ve třech typech hydraulických systémů. Výsledky ukazují, že spotřeba energie čerpadla s pevným množstvím + systém proporcionálního tlakového průtokového ventilu je vysoký, efekt úspory energie systému čerpadla s proporcionálním proměnným množstvím se liší podle technologie produktu, a úspora energie čerpadla s pevným množstvím + servomotorový systém je dobrý. Gao Junwei [16] Zaměření na problém ztrát přetečením v hydraulickém systému vstřikovacího stroje, je uvedeno schéma dvojitého zubového čerpadla poháněného asynchronním motorem. Za účelem uspokojení okamžité potřeby velkého průtoku vstřikovacího stroje, řízení tlakového toku v uzavřené smyčce se používá ke zlepšení přesnosti řízení a efektu úspory energie systému, a tradiční hydraulický systém vstřikovacího stroje je reformován, který má dobrý účinek na úsporu energie.

Hydraulické ovládání jednosměrného ventilu distribuce průtoku hydraulický motor může dosáhnout vyššího pracovního tlaku, takže vstřikovací stroj do vysokého tlaku může být [17]. V tomto papíru, vysokotlaké hydraulické komponenty se používají v hydraulickém systému vstřikovacího stroje.

Pracovní tlak hydraulického systému vstřikovacího stroje, aby bylo zajištěno, že výstupní výkon bude mít stejné podmínky, snížit vstřikovací lis v pracovním cyklu požadavku na průtok systému, při současném zmenšení velikosti průměru hydraulického válce hydraulického systému, snížit ztrátu škrcení systému a potrubí v rámci programu tlakových ztrát. V tomto papíru, hydraulický vstřikovací stroj s uzavírací silou 1 200 Jako výzkumný objekt se používá kN, a hydraulický systém vstřikovacího stroje je modelován a simulován softwarem AMESim. Zmenšením průměru válce, pokles tlaku elektromagneticky ovládaného portu ventilu, spotřeba energie potrubí a systému před a za hydraulickým válcem snížený průtok a zvýšený tlak byly porovnány za účelem studia efektu úspory energie hydraulického systému vstřikovacího stroje.

Z důvodu vysoké energetické náročnosti vstřikovacího stroje ve skutečném provozním stavu, Když je přepadový tlak systému nízký, často je nutné zadat velký průtok. Ve velkoprůtokovém hydraulickém systému, tlaková ztráta ventilového portu a tlaková ztráta podél trasy potrubí jsou velké, a problémy doprovází i nárůst teploty systému a hluk, které způsobují ztrátu energie systému.

Hydraulický systém vstřikovacího stroje se skládá z hydraulického čerpadla, elektromagnetický směrový regulační ventil, hydraulický válec a hydromotor. V současnosti, většina hydraulických komponent dosáhla vysokého tlaku, ale také pro hydraulický systém vstřikovacího stroje pro zlepšení pracovního tlaku pro vytvoření podmínek. Vysoký tlak může dosáhnout vysoké hustoty výkonu a vysokého výkonu hydraulického systému, což je v souladu s požadavky hydraulického systému vstřikovacího stroje.

Teoretická analýza energetických ztrát hydraulického systému vstřikovacího stroje

2. 1 hydraulický systém vstřikovacího lisu ztráta průtoku přetečením Tradiční hydraulický systém vstřikovacího lisu využívá pevný výstupní průtok čerpadla

Hydraulický systém je jednoduchý a spolehlivý, a výstupní průtok hydraulického čerpadla je během procesu vstřikování konstantní. Ve fázi nízké potřeby průtoku systému, olej teče zpět do nádrže přes přepad, a ztráta přetečením je vážná. V současnosti, většina hydraulických systémů vstřikovacích lisů využívá proporcionální variabilní řídicí systém čerpadla nebo systém servomotoru, který může účinně upravit výstupní průtok hydraulického čerpadla během procesu vstřikování a snížit ztrátu přetečení systému. V pracovním cyklu vstřikovacího stroje, vysoká spotřeba energie a krátká pracovní doba, takže systém servořízení může ušetřit 30% ~ 60% spotřeba energie ve srovnání se systémem proporcionálního řízení průtoku. [2] .2 Tlaková ztráta škrticí klapky hydraulického systému vstřikovacího stroje

Během pracovního procesu vstřikovacího stroje, hydraulický zdroj prochází elektromagnetickým regulačním ventilem, Aby se zkrátila doba cyklu vstřikování, průtok systému je v hydraulickém tlakovém válci obvykle vysoký, a výstupní tok hydraulického čerpadla proudí přes elektromagnetický řídicí ventil, který má určitou tlakovou ztrátu škrticí klapky. Elektromagnetický rozvaděč je po otevření podobný jako u škrticí klapky s tenkostěnnou clonou, takže pokles tlaku škrticí klapky na portu ventilu lze vypočítat pomocí vzorce průtoku a poklesu tlaku v cloně, vzorec je

Q1 = CdA rilodelta p ■ 2

Kde: Q1 je průtok portem ventilu; Cd je průtokový koeficient tenkostěnného otvoru. A je oblast otvoru; Hustota kapaliny; Delta p je tlakový rozdíl před a za ventilovým portem, takže ztráta škrticí energie je

Prostřednictvím škrticí clony průtok-pokles tlaku, tlak plynu

Pokles delta p je úměrný průtoku portem ventilu Q21, takže delta P energie škrcení je přímo úměrná průtoku hradlem Q31. Pro snížení hydraulického systému vstřikovacího stroje

Každý elektromagneticky ovládaný port ventilu škrtí ztrátu poklesu tlaku, by měl upřednostňovat snížení průtoku systému. Aby bylo zajištěno, že výstupní výkon hydraulického systému vstřikovacího stroje se při snížení průtoku systémem nezmění, je nutné zvýšit pracovní tlak hydraulického systému pro udržení normálního provozu servomotorů.

2. V hydraulickém systému vstřikovacího stroje, hydraulický zdroj je potrubím propojen s elektromagnetickým rozvaděčem, a poté k hydraulickému pohonu potrubím. Vybrat

Větší průměr potrubí může snížit průměrnou rychlost, zajistit stav laminárního proudění, snížit koeficient odporu a snížit tlakovou ztrátu podél potrubí, ale je obtížné uspořádat potrubí. Pokud je průměr trubky malý, průměrná rychlost potrubí je velká, což snadno povede k turbulenci v potrubí a zvýší energetické ztráty podél trasy potrubí. Výpočtový vzorec tlakové ztráty podél potrubí je

Deltap potrubí = λ l × ρv2d2

Kde lambda je koeficient odporu podél cesty; L je délka trubky; D je průměr trubky; Hustota hydraulického oleje; V je průměrná rychlost v trubici. Vzorec pro výpočet rychlosti proudění v trubici je

4Q2 v = π d2

Reynoldsův číselný vzorec je

Re = vd = 4Q2π

Mezi nimi, upu je kinematická viskozita oleje; Q2 je průtok potrubím. Součinitel odporu λ souvisí se stavem proudění v trubici a vzorec je

λ=

64 Re

 -0.25 0,3164Re

，Re <2320 ，3000<Re <10

5

 0.308 ，105<R<108 ( 0. 842 – LGRe ) 2 E

Aby se snížila ztráta hydraulického potrubí podél cesty, je nutné zajistit, aby stav proudění v potrubí byl laminární proud, takže součinitel odporu podél vozovky je λ = 64 / Re, a lze získat vzorec tlakové ztráty podél trasy.

64l π v 2 128π Q D p potrubí = červená × 2 = π d4

Pod podmínkou, že se nezmění průměr potrubí, tlaková ztráta podél potrubí je úměrná průtoku potrubím, a ztráta energie podél poklesu tlaku v potrubí je úměrná druhé mocnině průtoku potrubím.

3 3. 1

AMESim Imitační model hydraulického systému vstřikovacího stroje na plasty

Simulační parametry hydraulického systému vstřikovacího lisu

Podle schématu hydraulického systému vstřikovacího stroje a parametrů souvisejících hydraulických komponent, za účelem analýzy příkonu hydraulického systému vstřikovacího stroje, Model je zjednodušený, a simulační model hydraulického systému vstřikovacího stroje je sestaven podle obrázku 2. Model používá krokový signál k simulaci servomotoru pro dosažení proměnné rychlosti řízení za různých pracovních podmínek, takže systém v podstatě nevytváří jev přetečení. Parametry analýzy simulace modelu AMESim nastaveny tak, jak je uvedeno v tabulce 1. Podle sekvence procesu vstřikování, elektromagneticky ovládaný ventil je nastaven podle tabulky 2.

Ve stejnou dobu, aby se simuloval účinek poklesu tlaku škrtícího kanálu ventilu, viz Huade WE6 typ O třípolohový čtyřcestný elektromagnetický směrový řídicí ventil, Díky konstrukci ventilového portu, když je průtok 60 L / min, ventilový port P proudí do ústí ventilu A / B tlaková ztráta je 1,0 MPa, a pokles tlaku k portu T je 0,8 MPa. Pro zjednodušení simulačního modelu, je nastaven maximální průtok třípolohového čtyřcestného elektromagneticky ovládaného ventilu na 60 L / min, a pokles tlaku je 1 MPa.

Po nastavení parametrů simulace hydraulického systému, je nastavena křivka pohybu hydraulického válce.

Čára je znázorněna na obrázku 4, a uzavírací pohyb matrice je dokončen v 0 ~ 2 s, a poté se pohyblivý válec pohybuje pro 1 s injekčním zařízením, vyrovná trysku šnekového válce se vstřikovací tryskou a působí určitou kontaktní silou trysky. v 3 ~ 4 s, šroub, poháněné dvěma vstřikovacími válci, vstřikuje roztavený materiál do dutiny formy při velmi vysokém tlaku, a po určitou dobu udržuje tlak, aby se ochladil, aby se zjednodušil proces simulace, vynechat fázi držení; poté funguje předlisovací motor a stlačí vstřikovací válec zpět, aby se připravil na další vstřikování; 9 ~ 10 válec pro posuv vnitřního sedadla se zasune; a poté zatáhne formový válec, aby dokončil pohyb otevírání formy. Pod působením vyhazovacího válce, hotový výrobek je vyhozen do formy, pak se válec zatáhne, a pak se válec zatáhne, čímž se dokončí cyklus vstřikování.

3. 2

Analýza energetické spotřeby vstřikovacího lisu

Každý hydraulický pohon v pracovní fázi, požadovaný průtok je jiný, velikost nákladu je jiná, mění se také tlak v systému, aby se zabránilo přetečení systému, tak při provozu stupně akčního členu, tak, aby hydraulický zdroj poskytoval požadovaný průtok. Při zkoumání vlivu poklesu tlaku hydraulického systému na spotřebu energie, aby se eliminoval vliv regulace rychlosti škrcení, aby bylo zajištěno, že pracovní tlak a průtok hydraulického válce jsou relativně konstantní, je zasazen do modelu hmotnostního bloku hydraulického válce velkého tlumení pohybu, aby hydraulický válec pracoval ve stavu udržovat konstantní výkon.

V případě, že systém neprodukuje přetečení, výstupní průtok a tlak kapalinového tlakového čerpadla v každém pohybovém stupni jsou znázorněny na obrázku 5. V upínání, fáze před formováním a vstřikováním, vstupní tlak a průtok hydraulického systému jsou velké, a prostřednictvím analýzy energetických ztrát hydraulického systému vstřikovacího stroje, je vidět, že ve fázi většího toku, ztráta energie tlakovým spádem je velká. Ve stejnou dobu, v simulačním testu, délka válce formy na olej je větší. , běží dlouho, takže jeho průtok musí být velký, proces otevírání a zavírání matrice, o 30% celkového toku vstupu systému, pokud systém může dosáhnout posílení, snížit vstupní průtok formovacího válce, může účinně snížit spotřebu energie poklesu tlaku hydraulického systému, zlepšit energetickou účinnost hydraulického systému vstřikovacího stroje.

Jak je znázorněno na obrázku 6, v celém vstřikovacím cyklu, fázi upínání, fáze vstřikování a fáze předlisování mají velkou spotřebu energie. Aby bylo možné studovat tlakovou ztrátu elektromagneticky ovládaného ventilu a ztrátu potrubí podél cesty v hydraulickém systému, jako příklad uvádíme fázi otevírání formy uzavřeného hydraulického válce. Tlak v dutině válce bez pístnice, tlak elektromagneticky ovládaného portu ventilu V1, a tlak ventilového portu P ve V1, stejně jako výstupní tlak potrubí hydraulického čerpadla na obrázku 2 jsou vybrány jako výzkumné uzly tlakové ztráty ve vstupní olejové sekci upínacího hydraulického válce. Tlak každého uzlu je znázorněn na obrázku 7. Prostřednictvím tlakového rozdílu výše uvedených uzlů, pokles tlaku na portu ventilu je 0.456 MPa, a tlaková ztráta podél 1 m olejové potrubí je 0.067 MPa. Tlaková ztráta simulovaného portu ventilu se blíží skutečnému. Teoretická hodnota poklesu tlaku podél potrubí je 0. 058 MPa, který je o něco větší než teoretický. Prostřednictvím výše uvedeného srovnání lze získat, v systémovém toku větší stupeň, ztráta poklesu tlaku škrticí klapky ventilu je větší než v potrubí podél ztráty, v potrubí je délka delší, podél tlakové ztráty nelze ignorovat.

3. 3 Simulační analýza hydraulického systému vstřikovacího lisu vzorec pro zvýšení tlaku vzorce poklesu tlaku škrticí klapky přes otvor ventilu a poklesu tlaku v potrubí

Je vidět, že pokles tlaku škrticí klapky a pokles tlaku podél hydraulického systému lze výrazně snížit snížením průtoku systému. Aby byla splněna hnací síla zatížení a pracovní rychlost hydraulického válce, při snížení průtoku systémem se musí zmenšit účinná plocha činnosti sprinklerů a zvýšit pracovní tlak.

Za účelem ověření schématu tlakování a úspory energie hydraulického systému vstřikovacího stroje, původní průměr válce byl změněn ze 70 mm-35 mm na 50 mm-28 mm, vezměme si jako příklad upínací válec. Účinná akční plocha hydraulického válce byla zmenšena na polovinu původní plochy činnosti sprinkleru. Po výpočtu průtoku formy do poloviny původního průtoku, pracovní tlak zdvojnásobil, takže přepouštěcí tlak pojistného ventilu se zvýšil na 32 MPa.

Postava 8 ukazuje tlakovou a průtokovou křivku systému před a po změně průměru upínacího hydraulického válce, Jak je vidět z obrázku, ve fázi uzavírání a otevírání formy, vstupní tok systému je snížen, zatímco tlak v systému stoupá, a proces uzavírání formy, průtok v systému se sníží na polovinu, zatímco tlak stoupne na dvojnásobek původního, v souladu s očekávanou hodnotou. nicméně, po posílení, fázi uzavírání formy, pracovní tlak systému je vysoký, a vytvoření tlaku trvá určitou dobu, ale v zásadě to neovlivňuje účinek uzavření formy.

Postava 9 ukazuje spotřebu energie systému před a po zvýšení tlaku upínacího válce. Ve fázi upínání a otevírání, výkon systému je nižší než před zvýšením tlaku, a pokles je cca 0,7kW, a výkon se sníží o 7.5%. Postava 10 ukazuje tlak každého uzlu v sekci vstupu oleje upínacího válce po zvýšení tlaku, Z obrázku, pokles tlaku z hydraulického zdroje do bezpístnicové komory hydraulického válce je cca 0.138 MPa, o které jde 70% méně než před zvýšením tlaku, a průtok systému se sníží na polovinu, takže ztráta energie je pouze ztráta tlaku 15% z toho před zvýšením tlaku, a spotřeba energie systému je snížena o 85%. Když se zvýší pracovní tlak jednoho upínacího válce, lze ušetřit spotřebu energie systému 3.7%. Pokud lze zvýšit pracovní tlak celého válce hydraulického systému, spotřeba energie při poklesu tlaku v systému se výrazně sníží a energetická účinnost systému se zlepší.

Porovnáním poklesu tlaku před a po posílení hydraulického válce, průměr hydraulického válce se zmenší za podmínky, že přepínací ventil a potrubí zůstanou nezměněny. Ve stejnou dobu, aby se zajistilo, že zatížení a rychlost chodu zůstanou nezměněny, tlak v systému stoupne, a požadovaný průtok systémem se sníží, čímž se snižuje pokles tlaku mezi hydraulickým čerpadlem a hydraulickým pohonem, snížení energetických ztrát v systému, a snížení nárůstu teploty oleje v systému a hluku.

4 Závěr

1) Vstupní tok hydraulického systému vstřikovacího stroje se v cyklu mění

Velký, použití technologie servořízení může vyřešit jev přetečení systému, nicméně, systém má velký počet směrových ventilů a dlouhé potrubí, a pracovní tlak systému je nízký. Ve fázi vysokého výkonu, systém má velký požadavek na vstupní tok, a podél ventilového portu a potrubí dochází ke ztrátě tlaku, což způsobí, že systém sníží energetickou účinnost, hluk a vysoká teplota.

2) přes vzorec poklesu tlaku v otvoru a potrubí podél vzorce tlakové ztráty, ztráta energie poklesu tlaku v portu ventilu je úměrná průtoku přes 3. čtverec, potrubí podél ztráty energie je úměrné průtoku čtvercem, a prostřednictvím simulačního testu k ověření korelace.

3) Za účelem zlepšení energetické účinnosti hydraulického systému vstřikovacího stroje, vstupní průtok systému lze snížit zvýšením pracovního tlaku hydraulického pohonu, a pokles tlaku podél ventilového portu a potrubí lze snížit.

Máte -li jakékoli dotazy týkající se plastového průmyslu,prosím, zeptejte se týmu FLYSE,poskytneme vám nejlepší služby！ Můžeme vám také dodat dobrý, ale levný vstřikovací stroj! Nebo nás kontaktujte na Facebook.