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Analyse de la consommation d'énergie du système hydraulique d'une machine de moulage par injection et son analyse de simulation d'économie d'énergie après surpression

mars 13, 2023

introduction

La machine de moulage par injection est un équipement de production important dans l'industrie du plastique. Sa puissance hydraulique et sa perte d'énergie ont un impact important sur le coût de fabrication et le coût d'exploitation du système. La consommation d'énergie élevée des machines de moulage par injection n'entraînera pas seulement un gaspillage des ressources électriques, mais aussi augmenter le coût de production des machines de moulage par injection. [1] Le nombre de machines de moulage par injection et la production annuelle de la Chine sont parmi les premiers au monde, et les produits de moulage par injection représentaient environ 30% du total des produits en plastique, les coûts élevés de l'électricité sont devenus l'un des facteurs importants limitant l'efficacité de la production de l'industrie du moulage par injection. Afin d'améliorer la compétitivité du marché des machines de moulage par injection, étudiants en moulage par injection

En réponse à l'appel national pour la conservation de l'énergie et la réduction des émissions, les entreprises de production ont continuellement effectué une transformation économe en énergie du système de consommation d'énergie existant des machines de moulage par injection, amélioration de l'efficacité énergétique des machines de moulage par injection, et des coûts de production réduits. [2] 。

La machine de moulage par injection selon le type de source d'alimentation peut être divisée en 3 catégories, entièrement hydraulique, hybride entièrement électrique et électro-hydraulique. Le coût de la machine de moulage par injection entièrement électrique est élevé, et le champ d'application est limité, la machine de moulage par injection hydraulique actuelle est toujours le produit principal de l'industrie. La machine de moulage par injection hydraulique générale adopte une pompe constante et un système de contrôle de soupape de pression de débit proportionnel, le débit fixe de sortie de la pompe hydraulique dans l'ensemble du processus de moulage par injection, lorsque le débit de la demande du système est faible, la vitesse du moteur est inchangée, l'excès de débit reflue vers le réservoir, résultant en une plus grande perte d'énergie. [3] Le système hydraulique sensible à la charge utilise une pompe à cylindrée variable comme pression hydraulique du système.

La vanne de régulation de débit proportionnel est disposée sur la pompe variable, la puissance de sortie est adaptée au changement de charge, la perte de débordement et la perte d'étranglement du système sont réduites dans une large mesure, et l'effet d'économie d'énergie est remarquable. L'utilisation de signaux électriques pour réaliser diverses compensations peut améliorer les performances de contrôle du système, et il convient au système de machine de moulage par injection avec contrôle de débit, mais il a besoin d'un ensemble de mécanismes de contrôle de déplacement variable plus complexes, et le changement de cylindrée est limité par l'angle du plateau cyclique, et la plage de régulation de la vitesse est limitée. [4] Par rapport à la technologie traditionnelle de contrôle du volume, la technologie hydraulique à fréquence variable adopte la forme de contrôle du convertisseur de fréquence + moteur + pompe quantitative, qui a les caractéristiques d'une large plage de vitesse, faible bruit et haute efficacité du système. Avec le développement de la technologie de servocommande, il a une meilleure précision de contrôle, vitesse de réponse et capacité de surcharge que la technologie de contrôle de fréquence, et est devenu le système de contrôle hydraulique principal de la machine de moulage par injection.

Peng Yonggang [10] Le servomoteur entraîne directement la pompe à quantité fixe en tant que source d'entraînement de la machine de moulage par injection de précision, et la stratégie de contrôle synoviale floue est proposée pour réaliser le contrôle précis de la pression et de la vitesse du système dans le processus de moulage par injection, et l'économie d'énergie est bonne. Liu et al. [11-12] a comparé l'efficacité énergétique de cinq types de schémas de commande électro-hydraulique sur la machine de moulage par injection, et les résultats ont montré que les performances dynamiques du système sont bonnes, la précision de contrôle est élevée et l'effet d'économie d'énergie est le meilleur. Xiao Wang et al [13] Le modèle de simulation de la partie injection de la machine de moulage par injection à grande vitesse est établi par AMESim. La stratégie de contrôle et la méthode de mise en œuvre du système d'asservissement position-vitesse électro-hydraulique sont présentées. Le contrôle à deux variables de la position et de la vitesse d'injection est réalisé. Wang Jianwait [14] La consommation d'énergie du système de serrage de la machine de moulage par injection à deux plaques à circulation interne est simulée et analysée. La consommation d'énergie du système peut être réduite en réduisant les composants de commande des vannes, adopter le diamètre de vérin hydraulique approprié et ajouter l'accumulateur. Xiong Wennan et autres [15] La consommation d'énergie de la machine de moulage par injection lors du serrage, l'ouverture et l'éjection sont analysées dans trois types de systèmes hydrauliques. Les résultats montrent que la consommation d'énergie de la pompe à quantité fixe + le système de soupape de débit à pression proportionnelle est élevé, l'effet d'économie d'énergie du système de pompe à débit proportionnel variable varie en fonction de la technologie du produit, et l'économie d'énergie de la pompe à quantité fixe + le système de servomoteur est bon. Gao Junwei [16] Visant le problème de la perte de débordement dans le système hydraulique de la machine de moulage par injection, un schéma de pompe à double engrenage entraînée par un moteur asynchrone est présenté. Afin de répondre à la demande instantanée de débit élevé de la machine de moulage par injection, le contrôle en boucle fermée du débit de pression est adopté pour améliorer la précision du contrôle et l'effet d'économie d'énergie du système, et le système hydraulique traditionnel de la machine de moulage par injection est réformé, qui a un bon effet d'économie d'énergie.

Le moteur hydraulique de distribution de débit de soupape unidirectionnelle à commande hydraulique peut atteindre une pression de travail plus élevée, de sorte que la machine de moulage par injection dans une haute pression puisse être [17]. Dans ce document, des composants hydrauliques à haute pression sont utilisés dans le système hydraulique de la machine de moulage par injection.

Pression de travail du système hydraulique de la machine de moulage par injection, pour s'assurer que la puissance de sortie des mêmes conditions, réduire la machine de moulage par injection dans le cycle de travail de la demande de débit du système, tout en réduisant la taille du diamètre du cylindre hydraulique du système hydraulique, réduire la perte d'étranglement du système et le pipeline le long du programme de perte de pression. Dans ce document, la machine de moulage par injection hydraulique avec une force de serrage de 1 200 kN est utilisé comme objet de recherche, et le système hydraulique de la machine d'injection plastique est modélisé et simulé par le logiciel AMESim. En réduisant le diamètre du cylindre, la chute de pression de l'orifice de la vanne à commande électromagnétique, la consommation d'énergie du pipeline et du système avant et après la réduction du débit du vérin hydraulique et l'augmentation de la pression ont été comparées pour étudier l'effet d'économie d'énergie du système hydraulique de la machine de moulage par injection.

 

En raison de la forte demande de puissance de la machine de moulage par injection dans l'état de fonctionnement réel, Lorsque la pression de trop-plein du système est faible, il est souvent nécessaire d'introduire un débit important. Dans le système hydraulique à grand débit, la chute de pression de l'orifice de la vanne et la perte de pression le long du trajet du tuyau sont importantes, et l'augmentation de la température du système et le bruit sont également accompagnés des problèmes, qui causent la perte d'énergie du système.

Le système hydraulique de la machine de moulage par injection se compose d'une pompe hydraulique, électrovanne de commande directionnelle, vérin hydraulique et moteur hydraulique. Maintenant, la plupart des composants hydrauliques ont atteint une haute pression, mais aussi pour le système hydraulique de la machine de moulage par injection pour améliorer la pression de travail pour créer des conditions. La haute pression peut atteindre une densité de puissance élevée et une puissance de sortie élevée du système hydraulique, qui est compatible avec les exigences du système hydraulique de la machine de moulage par injection.

Analyse théorique de la perte de consommation d'énergie du système hydraulique de la machine de moulage par injection

  1. 1 perte de débit de trop-plein du système hydraulique de la machine de moulage par injection Le système hydraulique traditionnel de la machine de moulage par injection adopte un débit de sortie de pompe fixe

Le système hydraulique est simple et fiable, et le débit de sortie de la pompe hydraulique est constant pendant le processus de moulage par injection. Dans la phase de faible demande de débit du système, l'huile retourne au réservoir par le trop-plein, et la perte de débit de débordement est grave. Maintenant, la plupart des systèmes hydrauliques des machines de moulage par injection utilisent un système de commande de pompe variable proportionnel ou un système de servomoteur, qui peut ajuster efficacement le débit de sortie de la pompe hydraulique pendant le processus de moulage par injection et réduire la perte de débit de débordement du système. Dans le cycle de travail de la machine de moulage par injection, consommation d'énergie élevée et temps de travail court, so the servo control system can save 30% ~ 60% energy consumption compared with the proportional flow control valve system. [2] .2 Hydraulic system of injection molding machine valve throttle pressure loss

During the working process of the injection molding machine, the hydraulic source passes through the electromagnetic control valve, In order to shorten the cycle time of injection molding, the flow rate of the system is usually high in the hydraulic pressure cylinder, and the output flow of the hydraulic pump flows through the electromagnetic control valve, which has a certain throttle pressure loss. Solenoid directional control valve after its opening is similar to the thin-walled orifice throttle, so the valve port throttle pressure drop can be calculated through the orifice flow-pressure drop formula, the formula is

Q1 = CdA rilodelta p ■ 2

Où: Q1 est le débit de l'orifice de la vanne; Cd est le coefficient d'écoulement de l'orifice à paroi mince. A est la surface de l'orifice; La densité du fluide; Delta p est la différence de pression avant et après l'orifice de la vanne, donc la perte d'énergie d'étranglement est

À travers la formule de chute de pression de débit de l'orifice d'étranglement, la pression des gaz

Le delta de chute p est proportionnel au débit de l'orifice de la vanne Q21, donc l'énergie d'étranglement delta P est directement proportionnelle au débit de porte Q31. Pour réduire le système hydraulique de la machine de moulage par injection

Chaque orifice de vanne à commande électromagnétique étrangle la perte d'énergie de chute de pression, devrait donner la priorité à la réduction du débit du système. Afin de garantir que la puissance de sortie du système hydraulique de la machine de moulage par injection reste inchangée lorsque le débit du système est réduit, il est nécessaire d'augmenter la pression de travail du système hydraulique pour maintenir le fonctionnement normal des actionneurs.

  1. Dans le système hydraulique de la machine de moulage par injection, la source hydraulique est reliée à l'électrovanne de commande directionnelle par une canalisation, puis à l'actionneur hydraulique par pipeline. choisir

Le plus grand diamètre du tuyau peut réduire la vitesse moyenne, assurer l'état d'écoulement laminaire, réduire le coefficient de résistance et réduire la perte de charge le long du tuyau, mais il est difficile d'arranger le tuyau. Si le diamètre du tuyau est petit, la vitesse moyenne du tuyau est grande, ce qui entraînera facilement des turbulences dans le tuyau et augmentera la perte d'énergie le long du trajet du tuyau. La formule de calcul de la perte de charge le long du pipeline est

Conduite deltap = λ l × ρv2d2

Où lambda est le coefficient de résistance le long du chemin; L est la longueur du tuyau; D est le diamètre du tuyau; Densité de l'huile hydraulique; V est la vitesse moyenne dans le tube. La formule pour calculer la vitesse d'écoulement dans le tube est

4Q2 v = π d2

La formule du nombre de Reynolds est

Ré = vd = 4Q2π

Parmi eux, upu est la viscosité cinématique de l'huile; Q2 est le débit du tuyau. Le coefficient de résistance λ est lié à l'état d'écoulement dans le tube et la formule est

λ=

64 Re

 -0.25 0.3164Re

,Concernant <2320 ,3000<Concernant <10

5

 0.308 ,105<R<108 ( 0. 842 – lgRe ) 2 e

Afin de réduire la perte de canalisation hydraulique en cours de route, il est nécessaire de s'assurer que l'état d'écoulement dans le tuyau est un écoulement laminaire, donc le coefficient de résistance le long de la route est λ = 64 / Concernant, and the formula of pressure loss along the route can be obtained.

64l π v 2 128π Q D p pipeline = Red × 2 = π d4

Under the condition that the pipeline diameter is not changed, the pressure loss along the pipeline is proportional to the pipeline flow, and the energy loss along the pipeline pressure drop is proportional to the square of the pipeline flow.

3 3. 1

AMESim Imitation Model of Hydraulic System of Plastic Injection Molding Machine

Simulation Parameters of Injection Molding Machine Hydraulic System

According to the hydraulic system schematic diagram of injection molding machine and the parameters of related hydraulic components, in order to analyze the power consumption of the hydraulic system of injection molding machine, The model is simplified, et le modèle de simulation du système hydraulique de la machine de moulage par injection est construit comme indiqué sur la figure 2. Le modèle utilise un signal pas à pas pour simuler le servomoteur afin d'obtenir un contrôle de vitesse variable dans différentes conditions de travail, de sorte que le système ne produise fondamentalement pas de phénomène de débordement. Paramètres d'analyse de simulation de modèle AMESim définis comme indiqué dans le tableau 1. Selon la séquence du processus d'injection, la vanne à commande électromagnétique est réglée comme indiqué dans le tableau 2.

 

 

À la fois, afin de simuler l'effet de la chute de pression d'étranglement de l'orifice de soupape, se référer à Huade WE6 type O électrovanne de commande directionnelle à quatre voies à trois positions, En raison de sa structure d'orifice de soupape, lorsque le débit est 60 L / min, l'orifice de la vanne P s'écoule vers l'embouchure de la vanne A / La chute de pression B est de 1,0 MPa, et la chute de pression au port T est de 0,8 MPa. Afin de simplifier le modèle de simulation, le débit maximal de la vanne à commande électromagnétique à trois positions et à quatre voies est réglé sur 60 L / min, et la chute de pression est 1 MPa.

 

Après avoir défini les paramètres de simulation du système hydraulique, la courbe de mouvement du vérin hydraulique est définie.

La ligne est représentée sur la figure 4, et le mouvement de fermeture de la matrice est terminé en 0 ~ 2 s, puis le cylindre mobile se déplace pendant 1 s avec le dispositif d'injection, aligne la buse du cylindre à vis avec la buse d'injection et applique une certaine force de contact de la buse. Dans 3 ~ 4 s, la vis, entraîné par deux cylindres d'injection, injecte le matériau fondu dans la cavité du moule à très haute pression, et maintient la pression pour refroidir pendant un certain temps, afin de simplifier le processus de simulation, omettre l'étape de maintien; puis le moteur de prémoulage fonctionne et repousse le cylindre d'injection pour préparer la prochaine injection; 9 ~ 10 s le vérin de déplacement intérieur du siège se rétracte; puis rétracte le cylindre du moule pour terminer le mouvement d'ouverture du moule. Sous l'action du vérin d'éjection, le produit fini est éjecté dans le moule, puis le cylindre est rétracté, puis le cylindre est rétracté, complétant ainsi un cycle d'injection.

 

  1. 2

Analyse de la consommation d'énergie de la machine de moulage par injection

Chaque actionneur hydraulique en phase de travail, le débit requis est différent, la taille de la charge est différente, la pression du système change également, afin d'éviter le débordement du système, donc dans le fonctionnement de l'étage actionneur, afin que la source hydraulique fournisse son débit requis. When exploring the influence of hydraulic system pressure drop energy consumption, in order to eliminate the influence of throttling speed regulation, to ensure that the working pressure and flow of hydraulic cylinder are relatively constant, it is set in the hydraulic cylinder mass block model of large motion damping, so that the hydraulic cylinder working state to maintain a constant power.

In the case that the system does not produce overflow, the output flow rate and pressure of the liquid pressure pump in each movement stage are shown in Figure 5. In the clamping, pre-molding and injection stage, the input pressure and flow rate of the hydraulic system are large, and through the analysis of the energy loss of the hydraulic system of the injection molding machine, on peut voir que dans la plus grande étape d'écoulement, la perte d'énergie de la chute de pression est grande. À la fois, dans le test de simulation, la longueur du cylindre d'huile de moule est plus grande. , courir longtemps, donc son débit doit être important, processus d'ouverture et de fermeture de la matrice, à propos 30% du débit total de l'entrée du système, si le système peut obtenir un boost, réduire le débit d'entrée du cylindre du moule, peut réduire efficacement la consommation d'énergie de chute de pression du système hydraulique, améliorer l'efficacité énergétique du système hydraulique de la machine de moulage par injection.

 

Comme le montre la figure 6, dans tout le cycle d'injection, l'étape de serrage, l'étage d'injection et l'étage de prémoulage consomment beaucoup d'énergie. Afin d'étudier la chute de pression de la vanne à commande électromagnétique et la perte de canalisation en cours de route dans le système hydraulique, nous prenons l'étape d'ouverture du moule du vérin hydraulique fermé comme exemple. La pression de la cavité sans tige du cylindre, la pression de l'orifice de la vanne à commande électromagnétique de V1, et la pression de l'orifice de vanne P en V1 ainsi que la pression de sortie de la ligne de pompe hydraulique sur la figure 2 sont sélectionnés comme nœuds de recherche de la chute de pression dans la section d'entrée d'huile du vérin hydraulique de serrage. La pression de chaque nœud est indiquée sur la figure 7. Grâce à la différence de pression des nœuds ci-dessus, la chute de pression de l'orifice de la vanne est 0.456 MPa, et la perte de pression le long de la 1 m tuyau d'huile est 0.067 MPa. La chute de pression de l'orifice de vanne simulé est proche de celle réelle. La valeur théorique de la chute de pression le long du pipeline est 0. 058 MPa, qui est légèrement plus grand que celui théorique. Grâce à la comparaison ci-dessus peut être obtenu, dans le flux du système plus grande étape, la perte de chute de pression d'étranglement de l'orifice de la soupape est supérieure à la canalisation le long de la perte, dans le pipeline la longueur est plus longue, le long de la perte de charge ne peut être ignoré.

  1. 3 Analyse de simulation de la formule de surpression du système hydraulique de la machine de moulage par injection de la chute de pression des gaz à travers l'orifice de la vanne et de la chute de pression le long du pipeline

On peut voir que la chute de pression du papillon et la chute de pression le long du système hydraulique peuvent être considérablement réduites en réduisant le débit du système. Afin de répondre à la force motrice de charge et à la vitesse de travail du vérin hydraulique, la zone effective de fonctionnement du gicleur doit être réduite et la pression de travail doit être augmentée lorsque le débit du système est réduit.

In order to verify the pressurization and energy saving scheme of the hydraulic system of the injection molding machine, the former cylinder diameter was changed from 70mm-35mm to 50mm-28mm, taking the clamping cylinder as an example. The effective action area of the hydraulic cylinder has been reduced to half of the original area of sprinkler operation. After calculating the mold flow into half of the original flow, work pressure doubled, so the relief valve relief pressure increased to 32MPa.

Chiffre 8 shows the pressure and flow curve of the system before and after changing the diameter of the clamping hydraulic cylinder, As can be seen from the figure, in the mold closing and mold opening stage, the system input flow is reduced, while the system pressure rises, and the mold closing process, le débit du système est réduit de moitié, tandis que la pression monte à deux fois l'original, conforme à la valeur attendue. toutefois, après le boost, l'étape de fermeture du moule, la pression de travail du système est élevée, et il faut un certain temps pour faire monter la pression, mais cela n'affecte pas fondamentalement l'effet de fermeture du moule.

Chiffre 9 montre la consommation d'énergie du système avant et après la surpression du cylindre de serrage. Dans les phases de serrage et d'ouverture, la puissance du système est inférieure à celle avant la surpression, et la diminution est d'environ 0,7 kW, et la puissance est réduite de 7.5%. Chiffre 10 montre la pression de chaque nœud dans la section d'entrée d'huile du cylindre de serrage après augmentation de la pression, De la figure, la chute de pression de la source hydraulique à la chambre sans tige du vérin hydraulique est d'environ 0.138 MPa, ce qui est a propos 70% moins qu'avant la montée en pression, et le débit du système est réduit de moitié, donc la perte d'énergie par chute de pression n'est que 15% de cela avant la montée en pression, et la consommation d'énergie du système est réduite de 85%. Lorsque la pression de travail d'un seul vérin de serrage est augmentée, la consommation d'énergie du système peut être économisée en 3.7%. Si la pression de travail de l'ensemble du cylindre du système hydraulique peut être augmentée, la consommation d'énergie de la perte de charge du système sera considérablement réduite et l'efficacité énergétique du système sera améliorée.

En comparant la chute de pression avant et après la suralimentation du vérin hydraulique, le diamètre du vérin hydraulique est réduit à condition que la vanne d'inversion et la canalisation soient inchangées. À la fois, pour s'assurer que la charge et la vitesse de fonctionnement restent inchangées, la pression du système augmentera, et le débit requis du système sera réduit, réduisant ainsi la chute de pression entre la pompe hydraulique et l'actionneur hydraulique, réduire la perte d'énergie due à la perte de charge du système, et réduire l'augmentation de la température de l'huile du système et le bruit.

4 Conclusion

1) Le débit d'entrée du système hydraulique de la machine de moulage par injection change dans le cycle

Grand, l'utilisation de la technologie de servocommande peut résoudre le phénomène de débordement du système, toutefois, le système a un grand nombre de vannes directionnelles et une longue canalisation, et la pression de travail du système est faible. Dans la phase haute puissance, le système a une grande demande de débit d'entrée, et il y a une perte de pression le long de l'orifice de la vanne et de la canalisation, ce qui amène le système à réduire l'efficacité énergétique, bruit et température élevée.

2) à travers la formule de perte de charge de l'orifice et la canalisation le long de la formule de perte de charge, la perte d'énergie due à la perte de charge de l'orifice de la vanne est proportionnelle au débit passant par le 3ème carré, la canalisation le long de la chute de pression la perte d'énergie est proportionnelle au débit à travers le carré, et à travers le test de simulation pour vérifier la corrélation.

3) Afin d'améliorer l'efficacité énergétique du système hydraulique de la machine de moulage par injection, le débit d'entrée du système peut être réduit en augmentant la pression de travail de l'actionneur hydraulique, et la chute de pression le long de l'orifice de la vanne et de la canalisation peut être réduite.

 

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