Análisis de consumo de energía del sistema hidráulico de una máquina de moldeo por inyección y su análisis de simulación de ahorro de energía después de aumentar la presión

Introducción

La máquina de moldeo por inyección es un importante equipo de producción en la industria del plástico.. Su potencia hidráulica y la pérdida de energía tienen un impacto importante en el costo de fabricación y el costo de operación del sistema.. El alto consumo de energía de las máquinas de moldeo por inyección no solo conducirá al desperdicio de recursos de energía eléctrica, pero también aumenta el costo de producción de las máquinas de moldeo por inyección. [1] El número de fabricación de máquinas de moldeo por inyección y la producción anual de China se encuentran entre los primeros del mundo, y los productos de moldeo por inyección representaron aproximadamente 30% del total de productos plásticos, los altos costos de electricidad se han convertido en uno de los factores importantes que restringen la eficiencia de producción de la industria del moldeo por inyección. Con el fin de mejorar la competitividad en el mercado de las máquinas de moldeo por inyección, estudiantes de maquinas de moldeo por inyeccion

En respuesta al llamado nacional para la conservación de energía y la reducción de emisiones, las empresas de producción han llevado a cabo continuamente la transformación de ahorro de energía del sistema de consumo de energía existente de las máquinas de moldeo por inyección, eficiencia energética mejorada de las máquinas de moldeo por inyección, y costes de producción reducidos. [2] 。

La máquina de moldeo por inyección según el tipo de fuente de energía se puede dividir en 3 categorias, completamente hidráulico, híbrido totalmente eléctrico y electrohidráulico. El costo de la máquina de moldeo por inyección totalmente eléctrica es alto, y el ámbito de aplicación es limitado, la máquina de moldeo por inyección hidráulica actual sigue siendo el producto principal en la industria. La máquina de moldeo por inyección hidráulica general adopta una bomba constante y un sistema de control de válvula de válvula de presión de flujo proporcional, la bomba hidráulica emite un flujo fijo en todo el proceso de moldeo por inyección, cuando el flujo de demanda del sistema es bajo, la velocidad del motor no cambia, el exceso de flujo se desborda de regreso al tanque, resultando en una mayor pérdida de energía. [3] El sistema hidráulico sensible a la carga utiliza una bomba de desplazamiento variable como presión hidráulica del sistema.

La válvula de control de flujo proporcional está dispuesta en la bomba variable, la potencia de salida se corresponde con el cambio de carga, la pérdida de desbordamiento y la pérdida de estrangulamiento del sistema se reducen en gran medida, y el efecto de ahorro de energía es notable. El uso de señales eléctricas para realizar varias compensaciones puede mejorar el rendimiento de control del sistema, y es adecuado para el sistema de máquina de moldeo por inyección con control de flujo, pero necesita un conjunto de mecanismos de control de desplazamiento variable más complejos, y el cambio de desplazamiento está limitado por el ángulo del plato oscilante, y el rango de regulación de velocidad es limitado. [4] En comparación con la tecnología de control de volumen tradicional, la tecnología hidráulica de frecuencia variable adopta la forma de control del convertidor de frecuencia + motor + bomba cuantitativa, que tiene las características de un amplio rango de velocidad, bajo nivel de ruido y alta eficiencia del sistema. Con el desarrollo de la tecnología de servocontrol, tiene mejor precisión de control, velocidad de respuesta y capacidad de sobrecarga que la tecnología de control de frecuencia, y se ha convertido en el principal sistema de control hidráulico de la máquina de moldeo por inyección.

Peng Yonggang [10] El servomotor impulsa directamente la bomba de cantidad fija como fuente impulsora de la máquina de moldeo por inyección de precisión, y se propone la estrategia de control difuso del sinovio para realizar el control preciso de la presión y la velocidad del sistema en el proceso de moldeo por inyección, y el ahorro de energía es bueno. Liu et al. [11-12] comparó la eficiencia energética de cinco tipos de esquemas de control electrohidráulico en la máquina de moldeo por inyección, y los resultados mostraron que el desempeño dinámico del sistema es bueno, la precisión del control es alta y el efecto de ahorro de energía es el mejor. Xiao Wang y otros [13] AMESim establece el modelo de simulación de la parte de inyección de la máquina de moldeo por inyección de alta velocidad. Se presenta la estrategia de control y el método de implementación del servosistema electrohidráulico de posición-velocidad.. El control de dos variables de la posición y la velocidad de inyección se realiza. Wang Jianwait [14] Se simula y analiza el consumo de energía del sistema de sujeción de la máquina de moldeo por inyección de dos placas de circulación interna.. El consumo de energía del sistema se puede reducir reduciendo los componentes de control de la válvula, adoptando el diámetro apropiado del cilindro hidráulico y agregando el acumulador. Xiong Wennan y otros [15] El consumo de energía de la máquina de moldeo por inyección durante la sujeción, la apertura y expulsión se analiza en tres tipos de sistemas hidráulicos. Los resultados muestran que el consumo de energía de la bomba de cantidad fija + El sistema de válvula de flujo de presión proporcional es alto, el efecto de ahorro de energía del sistema de bomba de cantidad variable proporcional varía con la tecnología del producto, y el ahorro de energía de la bomba de cantidad fija + El sistema de servomotor es bueno.. gao junwei [16] Apuntando al problema de la pérdida por desbordamiento en el sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección, Se presenta un esquema de bomba de doble engranaje accionada por motor asíncrono.. Para satisfacer la gran demanda instantánea de flujo de la máquina de moldeo por inyección, Se adopta el control de circuito cerrado de flujo de presión para mejorar la precisión del control y el efecto de ahorro de energía del sistema., y se reforma el sistema hidráulico tradicional de la máquina de moldeo por inyección, que tiene un buen efecto de ahorro de energía.

El motor hidráulico de distribución de flujo de válvula unidireccional de control hidráulico puede lograr una mayor presión de trabajo, para que la máquina de moldeo por inyección a alta presión pueda ser [17]. en este papel, Los componentes hidráulicos de alta presión se utilizan en el sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección..

Presión de trabajo del sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección, para garantizar que la potencia de salida de las mismas condiciones, reducir la máquina de moldeo por inyección en el ciclo de trabajo de la demanda de flujo del sistema, mientras reduce el tamaño del diámetro del cilindro hidráulico del sistema hidráulico, reducir la pérdida por estrangulamiento del sistema y la tubería a lo largo del programa de pérdida de presión. en este papel, la máquina de moldeo por inyección hidráulica con fuerza de sujeción de 1 200 kN se utiliza como objeto de investigación, y el sistema hidráulico de la máquina de inyección de plástico es modelado y simulado por el software AMESim. Al reducir el diámetro del cilindro, la caída de presión del puerto de la válvula operada electromagnéticamente, Se comparó el consumo de energía de la tubería y del sistema antes y después del flujo reducido del cilindro hidráulico y el aumento de la presión para estudiar el efecto de ahorro de energía del sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección..

Debido a la alta demanda de energía de la máquina de moldeo por inyección en el estado de funcionamiento real, Cuando la presión de desbordamiento del sistema es baja, a menudo es necesario introducir un caudal grande. En el sistema hidráulico de gran caudal, la caída de presión del puerto de la válvula y la pérdida de presión a lo largo de la trayectoria de la tubería son grandes, y el aumento de la temperatura del sistema y el ruido también van acompañados de los problemas, que provocan la pérdida de energía del sistema.

El sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección consiste en una bomba hidráulica, válvula solenoide de control direccional, cilindro hidráulico y motor hidráulico. En el presente, la mayoría de los componentes hidráulicos han alcanzado alta presión, sino también para el sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección para mejorar la presión de trabajo para crear condiciones. La alta presión puede lograr una alta densidad de potencia y una alta potencia de salida del sistema hidráulico, que es consistente con los requisitos del sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección.

Análisis teórico de la pérdida de consumo de energía del sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección.

2. 1 máquina de moldeo por inyección pérdida de flujo de desbordamiento del sistema hidráulico El sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección tradicional adopta un flujo de salida de bomba fijo

El sistema hidráulico es simple y confiable., y el flujo de salida de la bomba hidráulica es constante durante el proceso de moldeo por inyección. En la etapa de baja demanda de caudal del sistema, el aceite fluye de regreso al tanque a través del desbordamiento, y la pérdida de flujo de desbordamiento es grave. En el presente, la mayoría de los sistemas hidráulicos de las máquinas de moldeo por inyección utilizan un sistema de control de bomba variable proporcional o un sistema de servomotor, que puede ajustar efectivamente el flujo de salida de la bomba hidráulica durante el proceso de moldeo por inyección y reducir la pérdida de flujo de desbordamiento del sistema. En el ciclo de trabajo de la máquina de moldeo por inyección, alto consumo de energía y corto tiempo de trabajo, para que el sistema de servocontrol pueda ahorrar 30% ~ 60% consumo de energía en comparación con el sistema de válvula de control de flujo proporcional. [2] .2 Pérdida de presión del acelerador de la válvula del sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección

Durante el proceso de trabajo de la máquina de moldeo por inyección, la fuente hidráulica pasa a través de la válvula de control electromagnético, Para acortar el tiempo de ciclo del moldeo por inyección, el caudal del sistema suele ser alto en el cilindro de presión hidráulica, y el flujo de salida de la bomba hidráulica fluye a través de la válvula de control electromagnético, que tiene una cierta pérdida de presión del acelerador. La válvula de control direccional solenoide después de su apertura es similar al acelerador de orificio de pared delgada, por lo que la caída de presión del acelerador del puerto de la válvula se puede calcular a través de la fórmula de caída de presión de flujo del orificio, la fórmula es

Q1 = CdA rilodelta p ■ 2

Dónde: Q1 es el flujo del puerto de la válvula; Cd es el coeficiente de flujo del orificio de pared delgada. A es el área del orificio; La densidad del fluido; Delta p es la diferencia de presión antes y después del puerto de la válvula, por lo que la pérdida de energía de estrangulamiento es

Fórmula de caída de presión de flujo a través del orificio del acelerador, la presión del acelerador

La caída delta p es proporcional al flujo del puerto de la válvula Q21, por lo que la energía de estrangulamiento delta P es directamente proporcional al flujo de la puerta Q31. Para reducir el sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección

Cada puerto de válvula operado electromagnéticamente estrangula la pérdida de energía por caída de presión, debe dar prioridad a reducir el flujo del sistema. Para garantizar que la potencia de salida del sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección no cambie cuando se reduce el flujo del sistema, es necesario aumentar la presión de trabajo del sistema hidráulico para mantener el funcionamiento normal de los actuadores.

2. En el sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección, la fuente hidráulica está conectada a la válvula solenoide de control direccional por tubería, y luego al actuador hidráulico por tubería. elegir

El diámetro de tubería más grande puede reducir la velocidad promedio, garantizar el estado de flujo laminar, reducir el coeficiente de resistencia y reducir la pérdida de presión a lo largo de la tubería, pero es difícil arreglar la tubería. Si el diámetro de la tubería es pequeño, la velocidad media de la tubería es grande, lo que conducirá fácilmente a turbulencias en la tubería y aumentará la pérdida de energía a lo largo de la trayectoria de la tubería. La fórmula de cálculo de la pérdida de presión a lo largo de la tubería es

Tubería Deltap = λ l × ρv2d2

Donde lambda es el coeficiente de resistencia a lo largo del camino; L es la longitud de la tubería; D es el diámetro de la tubería.; Densidad del aceite hidráulico; V es la velocidad promedio en el tubo. La fórmula para calcular la velocidad del flujo en el tubo es

4Q2 v = π d2

La fórmula del número de Reynolds es

Re = vd = 4Q2π

Entre ellos, upu es la viscosidad cinemática del aceite; Q2 es el flujo de la tubería. El coeficiente de resistencia λ está relacionado con el estado de flujo en el tubo y la fórmula es

λ=

64 Re

 -0.25 0.3164Re

，Re <2320 ，3000<Re <10

5

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

Con el fin de reducir la pérdida de tubería hidráulica en el camino, es necesario asegurarse de que el estado de flujo en la tubería sea flujo laminar, entonces el coeficiente de resistencia a lo largo del camino es λ = 64 / Re, y se puede obtener la fórmula de pérdida de presión a lo largo de la ruta.

64l π v 2 128π Q D p tubería = Rojo × 2 = π d4

Con la condición de que el diámetro de la tubería no cambie, la pérdida de presión a lo largo de la tubería es proporcional al flujo de la tubería, y la pérdida de energía a lo largo de la caída de presión de la tubería es proporcional al cuadrado del flujo de la tubería.

3 3. 1

Modelo de imitación AMESim del sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección de plástico

Parámetros de simulación del sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección

De acuerdo con el diagrama esquemático del sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección y los parámetros de los componentes hidráulicos relacionados, para analizar el consumo de energía del sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección, El modelo se simplifica, y el modelo de simulación del sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección se construye como se muestra en la Figura 2. El modelo utiliza una señal de paso para simular el servomotor para lograr un control de velocidad variable en diferentes condiciones de trabajo, para que el sistema básicamente no produzca fenómeno de desbordamiento. Parámetros de análisis de simulación del modelo AMESim establecidos como se muestra en la Tabla 1. Según la secuencia del proceso de inyección, la válvula operada electromagnéticamente se ajusta como se muestra en la Tabla 2.

Al mismo tiempo, para simular el efecto de la caída de presión de estrangulamiento del puerto de la válvula, consulte Huade WE6 tipo O válvula de control direccional de solenoide de tres posiciones y cuatro vías, Debido a su estructura de puerto de válvula, cuando el caudal es 60 L / min, el puerto de la válvula P fluye hacia la boca de la válvula A / La caída de presión B es 1.0MPa, y la caída de presión al puerto T es 0.8MPa. Para simplificar el modelo de simulación, el caudal máximo de la válvula electromagnética de cuatro vías y tres posiciones se ajusta a 60 L / min, y la caída de presión es 1 MPa.

Después de configurar los parámetros de simulación del sistema hidráulico, se establece la curva de movimiento del cilindro hidráulico.

La línea se muestra en la figura. 4, y el movimiento de cierre del troquel se completa en 0 ~ 2 s, y luego el cilindro en movimiento se mueve por 1 s con el dispositivo de inyección, alinea la boquilla del cilindro de tornillo con la boquilla de inyección y aplica una cierta fuerza de contacto de la boquilla. En 3 ~ 4 s, El tornillo, accionado por dos cilindros de inyección, inyecta el material fundido en la cavidad del molde a una presión muy alta, y mantiene la presión para enfriar durante un cierto período de tiempo, para simplificar el proceso de simulación, omitir la etapa de espera; luego, el motor de premoldeo funciona y presiona el cilindro de inyección hacia atrás para prepararlo para la siguiente inyección; 9 ~ 10 s cilindro de desplazamiento del asiento interior se retrae; y luego retrae el cilindro del molde para completar el movimiento de apertura del molde. Bajo la acción del cilindro de eyección, el producto terminado es expulsado en el molde, entonces el cilindro se retrae, y luego el cilindro se retrae, completando así un ciclo de inyección.

3. 2

Análisis del consumo de energía de la máquina de moldeo por inyección

Cada actuador hidráulico en la etapa de trabajo, el flujo requerido es diferente, el tamaño de la carga es diferente, la presión del sistema también cambia, para evitar el desbordamiento del sistema, por lo que en el funcionamiento de la etapa del actuador, para que la fuente hidráulica proporcione el flujo requerido. Al explorar la influencia del consumo de energía de caída de presión del sistema hidráulico, para eliminar la influencia de la regulación de la velocidad de estrangulamiento, para garantizar que la presión de trabajo y el flujo del cilindro hidráulico sean relativamente constantes, se establece en el modelo de bloque de masa de cilindro hidráulico de amortiguación de movimiento grande, para que el estado de trabajo del cilindro hidráulico mantenga una potencia constante.

En el caso de que el sistema no produzca desbordamiento, el caudal de salida y la presión de la bomba de presión de líquido en cada etapa de movimiento se muestran en la Figura 5. en la sujeción, etapa de premoldeo e inyección, la presión de entrada y el caudal del sistema hidráulico son grandes, y mediante el análisis de la pérdida de energía del sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección, se puede ver que en la etapa de flujo más grande, la pérdida de energía de la caída de presión es grande. Al mismo tiempo, en la prueba de simulación, la longitud del cilindro de aceite del molde es más grande. , corriendo mucho, por lo que su flujo debe ser grande, proceso de apertura y cierre del troquel, acerca de 30% del caudal total de la entrada del sistema, si el sistema puede lograr impulso, reducir el flujo de entrada del cilindro del molde, puede reducir efectivamente el consumo de energía de caída de presión del sistema hidráulico, mejorar la eficiencia energética del sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección.

Como se muestra en la figura 6, en todo el ciclo de inyección, la etapa de sujeción, la etapa de inyección y la etapa de premoldeo tienen un gran consumo de energía. Para estudiar la caída de presión de la válvula accionada electromagnéticamente y la pérdida de tubería a lo largo del sistema hidráulico, tomamos como ejemplo la etapa de apertura del molde del cilindro hidráulico cerrado. La presión de la cavidad sin vástago del cilindro, la presión del puerto de la válvula operada electromagnéticamente de V1, y la presión del puerto de la válvula P en V1, así como la presión de salida de la línea de la bomba hidráulica en la Figura 2 se seleccionan como los nodos de investigación de la caída de presión en la sección de aceite de entrada del cilindro hidráulico de sujeción. La presión de cada nodo se muestra en la Figura 7. A través de la diferencia de presión de los nodos anteriores., la caída de presión en el puerto de la válvula es 0.456 MPa, y la pérdida de presión a lo largo del 1 tubo de aceite m es 0.067 MPa. La caída de presión del puerto de la válvula simulada es cercana a la real. El valor teórico de la caída de presión a lo largo de la tubería es 0. 058 MPa, que es un poco más grande que el teórico. A través de la comparación anterior se puede obtener, en el flujo del sistema etapa más grande, la pérdida de caída de presión del acelerador del orificio de la válvula es mayor que la tubería a lo largo de la pérdida, en la longitud de la tubería es más larga, a lo largo de la pérdida de presión no se puede ignorar.

3. 3 Análisis de simulación de la fórmula de aumento de presión del sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección de la caída de presión del acelerador a través del orificio de la válvula y la caída de presión a lo largo de la tubería

Se puede ver que la caída de presión del acelerador y la caída de presión a lo largo del sistema hidráulico se pueden reducir significativamente al reducir el caudal del sistema.. Para cumplir con la fuerza motriz de la carga y la velocidad de trabajo del cilindro hidráulico, el área efectiva de operación del rociador debe reducirse y la presión de trabajo debe aumentarse cuando se reduce el flujo del sistema.

Con el fin de verificar el esquema de presurización y ahorro de energía del sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección, el diámetro del cilindro anterior se cambió de 70 mm-35 mm a 50 mm-28 mm, tomando el cilindro de sujeción como ejemplo. El área de acción efectiva del cilindro hidráulico se ha reducido a la mitad del área original de operación del aspersor. Después de calcular el flujo del molde en la mitad del flujo original, la presión de trabajo se duplicó, por lo que la presión de alivio de la válvula de alivio aumentó a 32MPa.

Cifra 8 muestra la curva de presión y flujo del sistema antes y después de cambiar el diámetro del cilindro hidráulico de sujeción, Como se puede ver en la figura, en la etapa de cierre y apertura del molde, el flujo de entrada del sistema se reduce, mientras la presión del sistema aumenta, y el proceso de cierre del molde, el caudal del sistema se reduce a la mitad, mientras la presión sube al doble de la original, consistente con el valor esperado. sin embargo, después del impulso, la etapa de cierre del molde, la presión de trabajo del sistema es alta, y se necesita un cierto tiempo para generar presión, pero básicamente no afecta el efecto de cierre del molde..

Cifra 9 muestra el consumo de energía del sistema antes y después del aumento de presión del cilindro de sujeción. En las etapas de sujeción y apertura., la potencia del sistema es menor que antes del aumento de presión, y la disminución es de aproximadamente 0.7kW, y la potencia se reduce en 7.5%. Cifra 10 muestra la presión de cada nodo en la sección de entrada de aceite del cilindro de sujeción después de aumentar la presión, de la figura, la caída de presión desde la fuente hidráulica hasta la cámara sin vástago del cilindro hidráulico es de aproximadamente 0.138 MPa, lo cual es sobre 70% menos que eso antes del aumento de presión, y el caudal del sistema se reduce a la mitad, por lo que la pérdida de energía por caída de presión es solo 15% de eso antes de que suba la presión, y el consumo de energía del sistema se reduce en 85%. Cuando se eleva la presión de trabajo de un solo cilindro de sujeción, el consumo de energía del sistema se puede ahorrar 3.7%. Si se puede aumentar la presión de trabajo de todo el cilindro del sistema hidráulico, el consumo de energía de la caída de presión del sistema se reducirá considerablemente y se mejorará la eficiencia energética del sistema.

Comparando la caída de presión antes y después de impulsar el cilindro hidráulico, el diámetro del cilindro hidráulico se reduce bajo la condición de que la válvula de inversión y la tubería no cambien. Al mismo tiempo, para garantizar que la carga y la velocidad de funcionamiento permanezcan sin cambios, la presión del sistema aumentará, y el caudal requerido del sistema se reducirá, reduciendo así la caída de presión entre la bomba hidráulica y el actuador hidráulico, reducción de la pérdida de energía por caída de presión del sistema, y reducir el aumento de la temperatura del aceite del sistema y el ruido.

4 Conclusión

1) El flujo de entrada del sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección cambia en el ciclo

Grande, el uso de la tecnología de servocontrol puede resolver el fenómeno de desbordamiento del sistema, sin embargo, el sistema tiene una gran cantidad de válvulas direccionales y una tubería larga, y la presión de trabajo del sistema es baja. En la etapa de alta potencia, el sistema tiene una gran demanda de flujo de entrada, y hay pérdida de presión a lo largo del puerto de la válvula y la tubería, lo que hace que el sistema reduzca la eficiencia energética, ruido y alta temperatura.

2) a través de la fórmula de caída de presión del orificio y la tubería a lo largo de la fórmula de pérdida de presión, la pérdida de energía por caída de presión en el puerto de la válvula es proporcional al flujo a través del tercer cuadrado, la tubería a lo largo de la caída de presión la pérdida de energía es proporcional al flujo a través del cuadrado, y a través de la prueba de simulación para verificar la correlación.

3) Para mejorar la eficiencia energética del sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección, el flujo de entrada del sistema se puede reducir aumentando la presión de trabajo del actuador hidráulico, y la caída de presión a lo largo del puerto de la válvula y la tubería se puede reducir.

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