Análise do consumo de energia do sistema hidráulico de uma máquina injetora e sua análise de simulação de economia de energia após aumento de pressão

Introdução

Máquina de moldagem por injeção é um equipamento de produção importante na indústria de plásticos. Sua potência hidráulica e perda de energia têm um impacto importante no custo de fabricação e no custo operacional do sistema. O alto consumo de energia das máquinas de moldagem por injeção não levará apenas ao desperdício de recursos de energia elétrica, mas também aumentar o custo de produção de máquinas de moldagem por injeção. [1] O número de fabricação de máquinas de moldagem por injeção da China e a produção anual estão entre a vanguarda do mundo, e os produtos de moldagem por injeção foram responsáveis ​​por cerca de 30% do total de produtos plásticos, Altos custos de eletricidade tornaram -se um dos fatores importantes que restringem a eficiência da produção da indústria de moldagem por injeção. Para melhorar a competitividade do mercado de máquinas de moldagem por injeção, Alunos da Máquina de Moldagem de Injeção

Em resposta ao pedido nacional de conservação de energia e redução de emissões, As empresas de produção realizaram continuamente a transformação de economia de energia do sistema de consumo de energia existente de máquinas de moldagem por injeção, Eficiência energética aprimorada das máquinas de moldagem por injeção, e custos de produção reduzidos. [2] 。

Máquina de moldagem por injeção de acordo com o tipo de fonte de energia pode ser dividida em 3 categorias, Totalmente hidráulico, híbrido totalmente elétrico e eletro-hidráulico. O custo da máquina de moldagem de injeção totalmente elétrica é alto, e o escopo da aplicação é limitado, A atual máquina de moldagem por injeção hidráulica ainda é o principal produto da indústria. A máquina geral de moldagem por injeção hidráulica adota bomba constante e sistema de controle de válvula de pressão de fluxo proporcional, a saída da bomba hidráulica fluxo fixo em todo o processo de moldagem por injeção, Quando o fluxo de demanda do sistema é baixo, A velocidade do motor é inalterada, O excesso de fluxo transborda de volta ao tanque, resultando em maior perda de energia. [3] O sistema hidráulico sensível à carga usa bomba de deslocamento variável como pressão hidráulica do sistema.

A válvula de controle de fluxo proporcional está organizada na bomba variável, A potência de saída é comparada com a mudança de carga, A perda de transbordamento e a perda de estrangulamento do sistema são reduzidas em grande parte, e o efeito de economia de energia é notável. Usando sinais elétricos para realizar várias compensações pode melhorar o desempenho de controle do sistema, e é adequado para o sistema de máquina de moldagem por injeção com controle de fluxo, Mas precisa de um conjunto de mecanismo de controle de deslocamento variável mais complexo, e a mudança de deslocamento é limitada pelo ângulo da placa de swash, e a faixa de regulação da velocidade é limitada. [4] Comparado com a tecnologia tradicional de controle de volume, A tecnologia hidráulica de frequência variável adota a forma de controle do conversor de frequência + motor + bomba quantitativa, que tem as características da ampla faixa de velocidade, baixo ruído e alta eficiência do sistema. Com o desenvolvimento da tecnologia de controle de servo, tem melhor precisão de controle, Velocidade de resposta e capacidade de sobrecarga do que a tecnologia de controle de frequência, e tornou -se o sistema de controle hidráulico convencional da máquina de moldagem por injeção.

Peng Yonggang [10] O motor servo aciona diretamente a bomba de quantidade fixa como a fonte de acionamento da máquina de moldagem por injeção de precisão, E a estratégia de controle de sinovia difusa é proposta para realizar o controle preciso da pressão e velocidade do sistema no processo de moldagem por injeção, E a economia de energia é boa. Liu et al. [11-12] comparado a eficiência energética de cinco tipos de esquemas de controle eletro-hidráulico na máquina de moldagem por injeção, e os resultados mostraram que o desempenho dinâmico do sistema é bom, A precisão de controle é alta e o efeito de economia de energia é o melhor. Xiao Wang et al [13] O modelo de simulação de injeção parte da máquina de moldagem por injeção de alta velocidade é estabelecida pela Amesim. São apresentados a estratégia de controle e o método de implementação do sistema eletro-hidráulico de servo de velocidade de posição. O controle de duas variáveis ​​da posição e velocidade da injeção é realizado. Wang Jianwait [14] O consumo de energia do sistema de fixação da máquina de injeção de duas placas de circulação interna é simulada e analisada. O consumo de energia do sistema pode ser reduzido reduzindo os componentes de controle da válvula, adotando o diâmetro apropriado do cilindro hidráulico e adicionando o acumulador. Xiong Wennan e outros [15] O consumo de energia da máquina de moldagem por injeção durante o aperto, A abertura e ejeção são analisadas em três tipos de sistemas hidráulicos. Os resultados mostram que o consumo de energia da bomba de quantidade fixa + O sistema de válvula de fluxo de pressão proporcional é alto, O efeito de economia de energia do sistema de bomba de quantidade variável proporcional varia com a tecnologia do produto, e a economia de energia da bomba de quantidade fixa + Sistema de servo motor é bom. Gao Junwei [16] Com o objetivo do problema da perda de transbordamento no sistema hidráulico da máquina de moldagem por injeção, É apresentado um esquema de bomba de engrenagem dupla acionada pelo motor assíncrono. Para atender à grande demanda instantânea de fluxo da máquina de moldagem por injeção, O controle de circuito fechado do fluxo de pressão é adotado para melhorar a precisão do controle e o efeito de economia de energia do sistema, e o sistema hidráulico tradicional de máquina de moldagem de injeção é reformado, que tem um bom efeito de economia de energia.

Controle hidráulico Distribuição de fluxo de válvula unidirecional Motor hidráulico pode alcançar uma pressão de trabalho mais alta, para que a máquina de moldagem por injeção em alta pressão possa ser [17]. Nesse artigo, Componentes hidráulicos de alta pressão são usados ​​no sistema hidráulico da máquina de moldagem por injeção.

Máquina de moldagem de injeção Pressão de trabalho do sistema hidráulico, para garantir que a potência de saída das mesmas condições, Reduza a máquina de moldagem por injeção no ciclo de trabalho da demanda de fluxo do sistema, enquanto reduz o sistema hidráulico do sistema hidráulico tamanho do cilindro hidráulico, Reduza a perda e a perda do sistema ao longo do programa de perda de pressão. Nesse artigo, a máquina de moldagem por injeção hidráulica com força de fixação de 1 200 KN é usado como objeto de pesquisa, e o sistema hidráulico da máquina de injeção plástica é modelado e simulado pelo software Amesim. Reduzindo o diâmetro do cilindro, A queda de pressão da porta da válvula operada eletromagneticamente, O consumo de energia do oleoduto e do sistema antes e depois do cilindro hidráulico reduziu o fluxo e o aumento da pressão foram comparados para estudar o efeito de economia de energia do sistema hidráulico da máquina de moldagem por injeção.

Devido à alta demanda de energia da máquina de moldagem de injeção no estado de trabalho real, Quando a pressão de transbordamento do sistema é baixa, Muitas vezes é necessário inserir uma grande taxa de fluxo. No grande sistema hidráulico de fluxo, A queda de pressão da porta da válvula e a perda de pressão ao longo do caminho do tubo são grandes, e o aumento da temperatura e o ruído também são acompanhados pelos problemas, que causam a perda de energia do sistema.

O sistema hidráulico da máquina de moldagem por injeção consiste em bomba hidráulica, válvula de controle direcional solenóide, cilindro hidráulico e motor hidráulico. Atualmente, A maioria dos componentes hidráulicos alcançou alta pressão, mas também para o sistema hidráulico da máquina de moldagem de injeção para melhorar a pressão de trabalho para criar condições. Alta pressão pode obter alta densidade de potência e alta potência do sistema hidráulico, o que é consistente com os requisitos do sistema hidráulico da máquina de moldagem por injeção.

Análise teórica da perda de consumo de energia do sistema hidráulico da máquina de moldagem por injeção

2. 1 Máquina de moldagem por injeção Sistema hidráulico de transbordamento de fluxo de fluxo tradicional Máquina de moldagem de injeção O sistema hidráulico adota fluxo de saída da bomba fixa

O sistema hidráulico é simples e confiável, e o fluxo de saída da bomba hidráulica é constante durante o processo de moldagem por injeção. No estágio de baixa demanda de fluxo do sistema, o óleo flui de volta para o tanque através do transbordamento, e a perda de fluxo de transbordamento é grave. Atualmente, A maioria dos sistemas hidráulicos das máquinas de moldagem por injeção usa sistema de controle de bomba variável proporcional ou sistema de servo, que podem ajustar efetivamente o fluxo de saída da bomba hidráulica durante o processo de moldagem por injeção e reduzir a perda do fluxo de transbordamento do sistema. No ciclo de trabalho da máquina de moldagem de injeção, Alto consumo de energia e tempo de trabalho curto, Portanto, o sistema de controle servo pode salvar 30% ~ 60% Consumo de energia em comparação com o sistema de válvula de controle de fluxo proporcional. [2] .2 Sistema hidráulico de injeção de perda de válvula de moldagem por injeção perda de pressão do acelerador

Durante o processo de trabalho da máquina de moldagem de injeção, A fonte hidráulica passa pela válvula de controle eletromagnética, Para diminuir o tempo de ciclo de moldagem por injeção, A taxa de fluxo do sistema é geralmente alta no cilindro de pressão hidráulica, e o fluxo de saída da bomba hidráulica flui através da válvula de controle eletromagnética, que tem uma certa perda de pressão do acelerador. A válvula de controle direcional solenóide após sua abertura é semelhante ao acelerador de orifício de parede fino, Portanto, a queda de pressão do acelerador da porta da válvula pode ser calculada através da fórmula de queda de pressão de fluxo de orifício, A fórmula é

Q1 = CDA Rilodelta P ■ 2

Onde: Q1 é o fluxo da porta da válvula; CD é o coeficiente de fluxo do orifício de parede fina. A é a área de orifício; A densidade do fluido; Delta P é a diferença de pressão antes e depois da porta da válvula, Então a perda de energia de aceleração é

Através da fórmula de queda de pressão do orifício do acelerador, a pressão do acelerador

Drop delta p é proporcional ao fluxo da porta da válvula Q21, A energia de energia, delta P é diretamente proporcional ao fluxo de portão Q31. Para reduzir o sistema hidráulico da máquina de moldagem de injeção

Cada porta eletromagneticamente operada por porta de eliminação de pressão de pressão de pressão de energia, deve dar prioridade para reduzir o fluxo do sistema. Para garantir que a potência de saída do sistema hidráulico da máquina de moldagem de injeção permaneça inalterada quando o fluxo do sistema é reduzido, É necessário aumentar a pressão de trabalho do sistema hidráulico para manter a operação normal dos atuadores.

2. No sistema hidráulico da máquina de moldagem de injeção, A fonte hidráulica é conectada à válvula de controle direcional solenóide por tubulação, e depois para o atuador hidráulico por pipeline. escolher

O diâmetro maior do tubo pode reduzir a velocidade média, Garanta o estado de fluxo laminar, reduza o coeficiente de resistência e reduza a perda de pressão ao longo do tubo, Mas é difícil organizar o tubo. Se o diâmetro do tubo for pequeno, A velocidade média do tubo é grande, o que levará facilmente à turbulência no tubo e aumentará a perda de energia ao longo do caminho do tubo. A fórmula de cálculo da perda de pressão ao longo do oleoduto é

Deltap Pipeline = λ l × ρv2d2

Onde lambda é o coeficiente de resistência ao longo do caminho; L é o comprimento do tubo; D é o diâmetro do tubo; Densidade de óleo hidráulico; V é a velocidade média no tubo. A fórmula para calcular a velocidade de fluxo no tubo é

4Q2 V = π D2

A fórmula do número de Reynolds é

Re = vd = 4q2π

Entre eles, upu é a viscosidade cinemática do petróleo; Q2 é fluxo de tubo. O coeficiente de resistência λ está relacionado ao estado de fluxo no tubo e a fórmula é

λ =

64 re

 -0.25 0.34re

，Ré <2320 ，3000<Ré <10

5

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

Para reduzir a perda de tubulação hidráulica ao longo do caminho, é necessário garantir que o estado de fluxo no tubo seja um fluxo laminar, Portanto, o coeficiente de resistência ao longo da estrada é λ = 64 / Ré, e a fórmula de perda de pressão ao longo da rota pode ser obtida.

64l π v 2 128π Q D P Pipeline = RED × 2 = π d4

Sob a condição de que o diâmetro do pipeline não seja alterado, A perda de pressão ao longo do oleoduto é proporcional ao fluxo de pipeline, e a perda de energia ao longo da queda de pressão do oleoduto é proporcional ao quadrado do fluxo de oleoduto.

3 3. 1

Modelo de imitação da Amesim do sistema hidráulico de máquina de moldagem por injeção plástica

Parâmetros de simulação do sistema hidráulico de máquina de moldagem por injeção

De acordo com o diagrama esquemático do sistema hidráulico da máquina de moldagem por injeção e os parâmetros de componentes hidráulicos relacionados, Para analisar o consumo de energia do sistema hidráulico da máquina de moldagem por injeção, O modelo é simplificado, e o modelo de simulação do sistema hidráulico de máquina de moldagem por injeção é construído como mostrado na figura 2. O modelo usa sinal de etapa para simular o motor servo para obter controle de velocidade variável sob diferentes condições de trabalho, para que o sistema basicamente não produz fenômeno de transbordamento. Parâmetros de análise de simulação de modelo amesim definidos como mostrado na tabela 1. De acordo com a sequência do processo de injeção, A válvula operada eletromagneticamente é definida como mostrado na tabela 2.

Ao mesmo tempo, Para simular o efeito da queda de pressão de estrangulamento da porta da válvula, Consulte a válvula de controle direcional solenóide de três pontos do tipo Huade We6, Por causa de sua estrutura da porta da válvula, Quando a taxa de fluxo é 60 eu / min, a porta da válvula P fluir para a boca da válvula a / B queda de pressão é 1,0mpa, e a queda de pressão para a porta t é 0,8MPa. Para simplificar o modelo de simulação, O fluxo máximo da válvula operada eletromagneticamente de três posições é definida como definida como 60 eu / min, E a queda de pressão é 1 MPa.

Depois de definir os parâmetros de simulação do sistema hidráulico, A curva de movimento do cilindro hidráulico é definido.

A linha é mostrada na figura 4, e o movimento de fechamento é concluído em 0 ~ 2 s, E então o cilindro em movimento se move para 1 s com o dispositivo de injeção, alinhe o bico do cilindro de parafuso com o bico de injeção e aplica uma certa força de contato do bico. No 3 ~ 4 s, o parafuso, dirigido por dois cilindros de injeção, injeta o material fundido na cavidade do molde a uma pressão muito alta, e mantém a pressão para esfriar por um certo período de tempo, Para simplificar o processo de simulação, omitir o estágio de retenção; Em seguida, o motor de pré -venda funciona e pressiona o cilindro de injeção de volta para se preparar para a próxima injeção; 9 ~ 10 s retração de cilindro de deslocamento do assento interno; e depois retrai o cilindro do molde para completar o movimento de abertura do molde. Sob a ação do cilindro de ejeção, O produto acabado é ejetado no molde, então o cilindro está retraído, e então o cilindro está retraído, Concluindo assim um ciclo de injeção.

3. 2

Análise do consumo de energia da máquina de moldagem por injeção

Cada atuador hidráulico no estágio de trabalho, O fluxo necessário é diferente, O tamanho da carga é diferente, A pressão do sistema também muda, Para evitar o fluxo de transbordamento do sistema, Então, na operação do estágio do atuador, para que a fonte hidráulica para fornecer seu fluxo necessário. Ao explorar a influência da pressão do sistema hidráulico, consumo de energia, Para eliminar a influência da regulação da velocidade de limitação, Para garantir que a pressão de trabalho e o fluxo do cilindro hidráulico sejam relativamente constantes, Está definido no modelo de bloco de massa do cilindro hidráulico de amortecimento de grande movimento, de modo que o estado de trabalho do cilindro hidráulico para manter um poder constante.

No caso de o sistema não produzir transbordamento, A taxa de fluxo de saída e a pressão da bomba de pressão líquida em cada estágio de movimento são mostradas na figura 5. No aperto, estágio de pré-moldagem e injeção, A pressão de entrada e a taxa de fluxo do sistema hidráulico são grandes, e através da análise da perda de energia do sistema hidráulico da máquina de moldagem por injeção, Pode -se observar que no estágio de fluxo maior, A perda de energia da queda de pressão é grande. Ao mesmo tempo, No teste de simulação, O comprimento do cilindro de óleo de molde é maior. , correndo muito, Portanto, seu fluxo precisa ser grande, Processo de Die abrindo e fechando, cerca de 30% do fluxo total da entrada do sistema, Se o sistema puder alcançar o impulso, Reduza o fluxo de entrada do cilindro de molde, pode efetivamente reduzir o consumo de energia da pressão da pressão do sistema hidráulico, Melhorar a eficiência energética do sistema hidráulico de máquina de moldagem por injeção.

Como mostrado na figura 6, em todo o ciclo de injeção, o estágio de fixação, O estágio de injeção e o estágio de premiação têm grande consumo de energia. Para estudar a queda de pressão da válvula operada eletromagneticamente e a perda de tubulação ao longo do caminho no sistema hidráulico, Tomamos o estágio de abertura do molde do cilindro hidráulico fechado como um exemplo. A pressão da cavidade sem haste do cilindro, A pressão da porta da válvula operada eletromagneticamente, e a pressão da porta da válvula P em V1, bem como a pressão de saída da linha da bomba hidráulica na figura 2 são selecionados como os nós de pesquisa da queda de pressão na seção de óleo de entrada do cilindro hidráulico de aperto. A pressão de cada nó é mostrada na figura 7. Através da diferença de pressão dos nós acima, A queda de pressão da porta da válvula é 0.456 MPa, e a perda de pressão ao longo do 1 m tubo de óleo é 0.067 MPa. A queda de pressão da porta da válvula simulada é próxima da real. O valor teórico da queda de pressão ao longo do oleoduto é 0. 058 MPa, que é um pouco maior que o teórico. Através da comparação acima pode ser obtida, no sistema fluem um estágio maior, A perda de queda de pressão do acelerador da válvula é maior que a tubulação ao longo da perda, no comprimento do pipeline é mais longo, ao longo da perda de pressão não pode ser ignorado.

3. 3 Análise de simulação da fórmula de pressão de pressão do sistema hidráulico de moldagem por injeção de queda de pressão do acelerador através do orifício da válvula e queda de pressão ao longo da tubulação

Pode -se observar que a queda de pressão do acelerador e a queda de pressão ao longo do sistema hidráulico podem ser significativamente reduzidas pela redução da taxa de fluxo do sistema. Para atender à força motriz de carga e velocidade de trabalho do cilindro hidráulico, A área efetiva da operação de aspersão deve ser reduzida e a pressão de trabalho deve ser aumentada quando o fluxo do sistema é reduzido.

Para verificar o esquema de pressurização e economia de energia do sistema hidráulico da máquina de moldagem por injeção, O antigo diâmetro do cilindro foi alterado de 70mm-35mm para 50mm-28mm, Tomando o cilindro de fixação como um exemplo. A área de ação efetiva do cilindro hidráulico foi reduzida para metade da área original da operação de aspersão. Depois de calcular o fluxo do molde em metade do fluxo original, A pressão do trabalho dobrou, Portanto, a pressão de alívio da válvula de alívio aumentou para 32MPa.

Figura 8 mostra a pressão e a curva de fluxo do sistema antes e depois de alterar o diâmetro do cilindro hidráulico de aperto, Como pode ser visto da figura, no fechamento do molde e no estágio de abertura do molde, O fluxo de entrada do sistema é reduzido, Enquanto a pressão do sistema aumenta, e o processo de fechamento do molde, O fluxo do sistema é reduzido pela metade, Enquanto a pressão sobe para o dobro do original, consistente com o valor esperado. Contudo, Após o impulso, o estágio de fechamento do molde, A pressão de trabalho do sistema é alta, E leva um certo tempo para aumentar a pressão, Mas basicamente não afeta o efeito de fechamento do molde.

Figura 9 mostra o consumo de energia do sistema antes e depois do aumento de pressão do cilindro de fixação. Nos estágios de fixação e abertura, A energia do sistema é menor que a antes do aumento de pressão, e a diminuição é de cerca de 0,7kW, e o poder é reduzido por 7.5%. Figura 10 mostra a pressão de cada nó na seção de entrada de óleo do cilindro de aperto depois de aumentar a pressão, Da figura, A queda de pressão da fonte hidráulica para a câmara sem haste do cilindro hidráulico é sobre 0.138 MPa, o que é sobre 70% Menos do que isso antes do aumento da pressão, e a taxa de fluxo do sistema é reduzida pela metade, Portanto, a perda de energia de queda de pressão é apenas 15% disso antes do aumento da pressão, e o consumo de energia do sistema é reduzido por 85%. Quando a pressão de trabalho de um único cilindro de aperto é aumentado, o consumo de energia do sistema pode ser salvo por 3.7%. Se a pressão de trabalho de todo o cilindro do sistema hidráulico puder ser aumentado, O consumo de energia da queda de pressão do sistema será bastante reduzido e a eficiência energética do sistema será melhorada.

Ao comparar a queda de pressão antes e depois do cilindro hidráulico, é impulsionado, O diâmetro do cilindro hidráulico é reduzido sob a condição de que a válvula de reversão e a tubulação permaneçam inalterados. Ao mesmo tempo, Para garantir que a carga e a velocidade de execução permaneçam inalteradas, A pressão do sistema aumentará, e a taxa de fluxo necessária do sistema será reduzida, reduzindo assim a queda de pressão entre a bomba hidráulica e o atuador hidráulico, Reduzindo a perda de energia de queda de pressão do sistema, e reduzir o aumento e o ruído da temperatura do óleo do sistema.

4 Conclusão

1) O fluxo de entrada do sistema hidráulico da máquina de moldagem de injeção muda no ciclo

Grande, O uso da tecnologia de controle servo pode resolver o fenômeno do sistema de transbordamento do sistema, Contudo, O sistema tem um grande número de válvulas direcionais e um longo pipeline, e a pressão de trabalho do sistema é baixa. No estágio de alta potência, O sistema tem uma grande demanda de fluxo de entrada, e há perda de pressão ao longo da porta da válvula e da tubulação, o que faz com que o sistema reduza a eficiência energética, ruído e alta temperatura.

2) Através da fórmula de queda de pressão do orifício e o oleoduto ao longo da fórmula de perda de pressão, A perda de energia da queda de pressão da porta da válvula é proporcional ao fluxo através do terceiro quadrado, O oleoduto ao longo da perda de energia de queda de pressão é proporcional ao fluxo através do quadrado, e através do teste de simulação para verificar a correlação.

3) Para melhorar a eficiência energética do sistema hidráulico da máquina de moldagem por injeção, O fluxo de entrada do sistema pode ser reduzido aumentando a pressão de trabalho do atuador hidráulico, e a queda de pressão ao longo da porta da válvula e da tubulação pode ser reduzida.

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