Analiza consumului de energie al sistemului hidraulic al unei mașini de turnat prin injecție și analiza sa de simulare a economisirii energiei după presiunea de supraalimentare

Introducere

Mașina de turnat prin injecție este un echipament de producție important în industria materialelor plastice. Puterea sa hidraulică și pierderea de energie au un impact important asupra costului de producție și a costului de operare al sistemului. Consumul mare de energie al mașinilor de turnat prin injecție nu va duce numai la risipa de resurse de energie electrică, dar și creșterea costului de producție al mașinilor de turnat prin injecție. [1] Numărul de producție al mașinilor de turnat prin injecție din China și producția anuală sunt printre fruntea lumii, iar produsele de turnare prin injecție au reprezentat aproximativ 30% din totalul produselor din plastic, costurile ridicate ale energiei electrice au devenit unul dintre factorii importanți care limitează eficiența producției din industria de turnare prin injecție. Pentru a îmbunătăți competitivitatea pe piață a mașinilor de turnat prin injecție, studenți mașini de turnare prin injecție

Ca răspuns la apelul național pentru conservarea energiei și reducerea emisiilor, întreprinderile de producție au efectuat continuu transformarea de economisire a energiei a sistemului existent de consum de energie al mașinilor de turnat prin injecție, eficiență energetică îmbunătățită a mașinilor de turnat prin injecție, și costuri de producție reduse. [2] 。

Mașina de turnat prin injecție în funcție de tipul sursei de alimentare poate fi împărțită în 3 categorii, complet hidraulic, hibrid complet electric și electro-hidraulic. Costul mașinii de turnat prin injecție complet electric este ridicat, iar domeniul de aplicare este limitat, actuala mașină hidraulică de turnat prin injecție este încă produsul de bază în industrie. Mașina generală de turnare prin injecție hidraulică adoptă o pompă constantă și un sistem de control al supapei de presiune cu debit proporțional, pompa hidraulică iese debit fix în întregul proces de turnare prin injecție, când debitul de cerere al sistemului este scăzut, turația motorului este neschimbată, debitul în exces se revarsă înapoi în rezervor, rezultând o pierdere mai mare de energie. [3] Sistemul hidraulic sensibil la sarcină folosește pompa cu cilindree variabilă ca presiune hidraulică a sistemului.

Supapa de control proporțională a debitului este dispusă pe pompa variabilă, puterea de ieșire este corelată cu modificarea sarcinii, pierderea de preaplin și pierderea de throttling a sistemului sunt reduse în mare măsură, iar efectul de economisire a energiei este remarcabil. Utilizarea semnalelor electrice pentru a realiza diferite compensații poate îmbunătăți performanța de control a sistemului, și este potrivit pentru sistemul de mașină de turnat prin injecție cu control al debitului, dar are nevoie de un set de mecanism de control al deplasării variabile mai complexe, iar modificarea deplasării este limitată de unghiul plăcii oscilătoare, iar domeniul de reglare a vitezei este limitat. [4] În comparație cu tehnologia tradițională de control al volumului, tehnologia hidraulică cu frecvență variabilă adoptă forma de control a convertizorului de frecvență + motor + pompa cantitativa, care are caracteristicile unei game largi de viteze, zgomot redus și eficiență ridicată a sistemului. Odată cu dezvoltarea tehnologiei de control servo, are o precizie de control mai bună, viteza de răspuns și capacitatea de suprasarcină decât tehnologia de control al frecvenței, și a devenit sistemul de control hidraulic principal al mașinii de turnat prin injecție.

Peng Yonggang [10] Servomotorul conduce direct pompa de cantitate fixă ​​ca sursă de antrenare a mașinii de turnare prin injecție de precizie, iar strategia de control al sinoviului neclar este propusă pentru a realiza controlul precis al presiunii și vitezei sistemului în procesul de turnare prin injecție, iar economia de energie este bună. Liu și colab. [11-12] a comparat eficiența energetică a cinci tipuri de scheme de control electro-hidraulic pe mașina de turnat prin injecție, iar rezultatele au arătat că performanța dinamică a sistemului este bună, precizia controlului este mare, iar efectul de economisire a energiei este cel mai bun. Xiao Wang și colab [13] Modelul de simulare al părții de injecție a mașinii de turnat prin injecție de mare viteză este stabilit de AMESim. Sunt prezentate strategia de control și metoda de implementare a servosistemului electro-hidraulic poziție-viteză. Controlul cu două variabile a poziției și vitezei de injecție este realizat. Wang Jianwait [14] Consumul de energie al sistemului de prindere al mașinii de turnat prin injecție cu două plăci cu circulație internă este simulat și analizat. Consumul de energie al sistemului poate fi redus prin reducerea componentelor de control al supapei, adoptand diametrul cilindrului hidraulic corespunzator si adaugand acumulatorul. Xiong Wennan și alții [15] Consumul de energie al mașinii de turnat prin injecție în timpul prinderii, deschiderea și evacuarea este analizată în trei tipuri de sisteme hidraulice. Rezultatele arată că consumul de energie al pompei de cantitate fixă + sistemul de supapă cu debit de presiune proporțională este ridicat, efectul de economisire a energiei al sistemului de pompe cu cantitate variabilă proporțională variază în funcție de tehnologia produsului, și economisirea energiei pompei de cantitate fixă + sistemul servomotor este bun. Gao Junwei [16] Vizând problema pierderii prin preaplin în sistemul hidraulic al mașinii de turnat prin injecție, este prezentată o schemă a pompei cu angrenaje duble acţionate de un motor asincron. Pentru a satisface cererea instantanee de debit mare a mașinii de turnat prin injecție, controlul în buclă închisă a debitului de presiune este adoptat pentru a îmbunătăți acuratețea controlului și efectul de economisire a energiei al sistemului, iar sistemul hidraulic tradițional al mașinii de turnat prin injecție este reformat, care are un efect bun de economisire a energiei.

Motorul hidraulic de distribuție a fluxului de supapă unidirecțională cu control hidraulic poate atinge o presiune de lucru mai mare, astfel încât mașina de turnat prin injecție într-o presiune ridicată poate fi [17]. În această lucrare, Componentele hidraulice de înaltă presiune sunt utilizate în sistemul hidraulic al mașinii de turnat prin injecție.

Presiunea de lucru a sistemului hidraulic al mașinii de turnat prin injecție, pentru a se asigura că puterea de ieșire din aceleași condiții, reducerea mașinii de turnat prin injecție în ciclul de lucru al cererii de flux a sistemului, reducând în același timp dimensiunea diametrului cilindrului hidraulic al sistemului hidraulic, reduceți pierderea prin clasificarea sistemului și conducta de-a lungul programului de pierdere de presiune. În această lucrare, mașina de turnat prin injecție hidraulică cu forță de strângere de 1 200 kN este folosit ca obiect de cercetare, iar sistemul hidraulic al mașinii de injecție de plastic este modelat și simulat de software-ul AMESim. Prin reducerea diametrului cilindrului, căderea de presiune a orificiului supapei acţionate electromagnetic, Conducta și consumul de energie al sistemului înainte și după cilindrul hidraulic debitul redus și presiunea crescută au fost comparate pentru a studia efectul de economisire a energiei al sistemului hidraulic al mașinii de turnat prin injecție.

Datorită necesității mari de putere a mașinii de turnat prin injecție în starea reală de lucru, Când presiunea de preaplin a sistemului este scăzută, este adesea necesar să introduceți un debit mare. În sistemul hidraulic cu debit mare, scăderea de presiune a orificiului supapei și pierderea de presiune de-a lungul traseului conductei sunt mari, iar creșterea temperaturii sistemului și zgomotul sunt, de asemenea, însoțite de probleme, care cauzează pierderi de energie în sistem.

Sistemul hidraulic al mașinii de turnat prin injecție constă dintr-o pompă hidraulică, supapă de control direcțională solenoid, cilindru hidraulic și motor hidraulic. In prezent, majoritatea componentelor hidraulice au atins presiune mare, dar și pentru sistemul hidraulic al mașinii de turnat prin injecție pentru a îmbunătăți presiunea de lucru pentru a crea condiții. Presiunea ridicată poate obține o densitate mare de putere și o putere mare de ieșire a sistemului hidraulic, care este în concordanță cu cerințele sistemului hidraulic al mașinii de turnat prin injecție.

Analiza teoretică a pierderii consumului de energie al sistemului hidraulic al mașinii de turnat prin injecție

2. 1 mașină de turnat prin injecție sistem hidraulic pierderea debitului de preaplin Sistemul hidraulic tradițional al mașinii de turnat prin injecție adoptă debit fix de ieșire a pompei

Sistemul hidraulic este simplu și fiabil, iar debitul de ieșire al pompei hidraulice este constant în timpul procesului de turnare prin injecție. În stadiul de cerere de debit scăzut al sistemului, uleiul curge înapoi în rezervor prin preaplin, iar pierderea debitului de preaplin este gravă. In prezent, majoritatea sistemelor hidraulice ale mașinilor de turnat prin injecție utilizează un sistem de control al pompei variabile proporționale sau un sistem servomotor, care poate ajusta eficient debitul de ieșire al pompei hidraulice în timpul procesului de turnare prin injecție și poate reduce pierderea debitului de preaplin al sistemului. În ciclul de lucru al mașinii de turnat prin injecție, consum mare de energie și timp de lucru scurt, astfel încât sistemul de control servo poate salva 30% ~ 60% consumul de energie în comparație cu sistemul de supapă de control proporțional al debitului. [2] .2 Sistem hidraulic al mașinii de turnare prin injecție pierderea de presiune a clapetei de accelerație

În timpul procesului de lucru al mașinii de turnat prin injecție, sursa hidraulică trece prin supapa de control electromagnetică, Pentru a scurta timpul ciclului de turnare prin injecție, debitul sistemului este de obicei mare în cilindrul hidraulic de presiune, iar debitul de ieșire al pompei hidraulice curge prin supapa de control electromagnetică, care are o anumită pierdere de presiune a clapetei de accelerație. Supapa de control direcțională cu solenoid după deschidere este similară cu clapeta de accelerație cu pereți subțiri, astfel încât căderea de presiune a clapetei din portul supapei poate fi calculată prin formula debit-cădere de presiune prin orificiu, formula este

Q1 = CdA rilodelta p ■ 2

Unde: Q1 este debitul orificiului supapei; Cd este coeficientul de curgere al orificiului cu pereți subțiri. A este zona orificiului; Densitatea fluidului; Delta p este diferența de presiune înainte și după orificiul supapei, deci pierderea de energie de accelerare este

Prin intermediul orificiului de accelerație debit-cădere de presiune formula, presiunea clapetei de accelerație

Picătura delta p este proporțională cu debitul orificiului supapei Q21, deci energia de clasificare delta P este direct proporțională cu debitul de poartă Q31. Pentru a reduce sistemul hidraulic al mașinii de turnat prin injecție

Fiecare port de supapă acționat electromagnetic reduce pierderea de energie a căderii de presiune, ar trebui să acorde prioritate reducerii debitului sistemului. Pentru a se asigura că puterea de ieșire a sistemului hidraulic al mașinii de turnat prin injecție este neschimbată atunci când debitul sistemului este redus, este necesară creșterea presiunii de lucru a sistemului hidraulic pentru a menține funcționarea normală a actuatoarelor.

2. În sistemul hidraulic al mașinii de turnat prin injecție, sursa hidraulică este conectată la supapa de control direcțională solenoid prin conductă, iar apoi la actuatorul hidraulic prin conductă. alege

Diametrul mai mare al conductei poate reduce viteza medie, asigura starea de flux laminar, reduce coeficientul de rezistență și reduce pierderea de presiune de-a lungul conductei, dar este dificil de aranjat conducta. Dacă diametrul conductei este mic, viteza medie a conductei este mare, ceea ce va duce cu ușurință la turbulențe în conductă și va crește pierderea de energie de-a lungul traseului conductei. Formula de calcul a pierderii de presiune de-a lungul conductei este

Conducta Deltap = λ l × ρv2d2

Unde lambda este coeficientul de rezistență de-a lungul traseului; L este lungimea conductei; D este diametrul conductei; Densitatea uleiului hidraulic; V este viteza medie în tub. Formula pentru calcularea vitezei de curgere în tub este

4Q2 v = π d2

Formula numărului Reynolds este

Re = vd = 4Q2π

Printre ei, upu este vâscozitatea cinematică a uleiului; Q2 este debitul conductei. Coeficientul de rezistență λ este legat de starea de curgere în tub și formula este

λ=

64 Re

 -0.25 0,3164Re

，Re <2320 ，3000<Re <10

5

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

Pentru a reduce pierderea conductei hidraulice pe parcurs, este necesar să se asigure că starea de curgere în conductă este flux laminar, deci coeficientul de rezistență de-a lungul drumului este λ = 64 / Re, iar formula pierderii de presiune de-a lungul traseului poate fi obţinută.

64l π v 2 128π Q D p conductă = Roșu × 2 = π d4

Cu condiția ca diametrul conductei să nu fie modificat, pierderea de presiune de-a lungul conductei este proporțională cu debitul conductei, iar pierderea de energie de-a lungul căderii de presiune a conductei este proporțională cu pătratul debitului conductei.

3 3. 1

Model de imitație AMESim al sistemului hidraulic al mașinii de turnat prin injecție de plastic

Parametrii de simulare ai sistemului hidraulic al mașinii de turnat prin injecție

Conform diagramei schematice a sistemului hidraulic a mașinii de turnat prin injecție și a parametrilor componentelor hidraulice aferente, pentru a analiza consumul de energie al sistemului hidraulic al mașinii de turnat prin injecție, Modelul este simplificat, iar modelul de simulare al sistemului hidraulic al mașinii de turnat prin injecție este construit așa cum se arată în figura 2. Modelul folosește semnal de pas pentru a simula servomotorul pentru a obține controlul vitezei variabile în diferite condiții de lucru, astfel încât sistemul practic să nu producă fenomen de debordare. Parametrii de analiză de simulare a modelului AMESim setați așa cum se arată în tabel 1. Conform secvenței procesului de injecție, supapa acționată electromagnetic este setată așa cum se arată în tabel 2.

In acelasi timp, pentru a simula efectul scăderii presiunii de reglare a orificiului supapei, consultați supapa de control direcțională cu solenoid cu trei poziții, tip O Huade WE6, cu patru căi, Datorită structurii orificiului supapei, când debitul este 60 L / min, curgerea orificiului P al supapei către gura A supapei / Căderea de presiune B este de 1,0 MPa, iar căderea de presiune la portul T este de 0,8MPa. Pentru a simplifica modelul de simulare, debitul maxim al supapei cu trei poziții cu patru căi acționat electromagnetic este setat la 60 L / min, iar căderea de presiune este 1 MPa.

După setarea parametrilor de simulare ai sistemului hidraulic, curba de mișcare a cilindrului hidraulic este stabilită.

Linia este prezentată în figură 4, iar mișcarea de închidere a matriței este finalizată în 0 ~ 2 s, si apoi cilindrul in miscare se misca pt 1 s cu dispozitivul de injectie, aliniază duza cilindrului cu șurub cu duza de injecție și aplică o anumită forță de contact a duzei. În 3 ~ 4 s, șurubul, actionat de doi cilindri de injectie, injectează materialul topit în cavitatea matriței la o presiune foarte mare, și menține presiunea pentru a se răci pentru o anumită perioadă de timp, pentru a simplifica procesul de simulare, omite etapa de detinere; apoi motorul de preturlare funcționează și apasă cilindrul de injecție înapoi pentru a se pregăti pentru următoarea injecție; 9 ~ 10 cilindrul de deplasare al scaunului interior se retrage; și apoi retrage cilindrul matriței pentru a finaliza mișcarea de deschidere a matriței. Sub acțiunea cilindrului de evacuare, produsul finit este aruncat în matriță, apoi cilindrul este retras, iar apoi cilindrul este retras, completând astfel un ciclu de injecție.

3. 2

Analiza consumului de energie al mașinii de turnat prin injecție

Fiecare actuator hidraulic în stadiul de lucru, debitul necesar este diferit, dimensiunea încărcăturii este diferită, se modifică și presiunea sistemului, pentru a evita debitul de preaplin al sistemului, deci în funcţionarea treptei de acţionare, astfel încât sursa hidraulică să-și asigure debitul necesar. Când se analizează influența căderii de presiune a sistemului hidraulic, consumul de energie, pentru a elimina influența reglajului vitezei de accelerare, pentru a se asigura că presiunea de lucru și debitul cilindrului hidraulic sunt relativ constante, este stabilit în modelul blocului de masă cilindric hidraulic de amortizare mare a mișcării, astfel încât cilindrul hidraulic să funcționeze să mențină o putere constantă.

În cazul în care sistemul nu produce preaplin, debitul de ieșire și presiunea pompei de presiune a lichidului în fiecare treaptă de mișcare sunt prezentate în figura 5. În prindere, etapa de pre-turnare și injecție, presiunea de intrare și debitul sistemului hidraulic sunt mari, și prin analiza pierderii de energie a sistemului hidraulic al mașinii de turnat prin injecție, se poate observa că în stadiul de curgere mai mare, pierderea de energie a căderii de presiune este mare. In acelasi timp, în testul de simulare, lungimea cilindrului de ulei de matriță este mai mare. , alergând lung, deci debitul său trebuie să fie mare, procesul de deschidere și închidere a matriței, despre 30% a debitului total al intrării sistemului, dacă sistemul poate obține un impuls, reduce debitul de intrare al cilindrului matriței, poate reduce eficient consumul de energie al căderii de presiune a sistemului hidraulic, îmbunătățirea eficienței energetice a sistemului hidraulic al mașinii de turnat prin injecție.

Așa cum se arată în figura 6, pe tot ciclul de injectare, etapa de prindere, etapa de injecție și etapa de preturlare au un consum mare de energie. Pentru a studia căderea de presiune a supapei acționate electromagnetic și pierderea conductei pe parcurs în sistemul hidraulic, luăm ca exemplu etapa de deschidere a matriței a cilindrului hidraulic închis. Presiunea din cavitatea cilindrului fără tije, presiunea în orificiul supapei acţionate electromagnetic de V1, și presiunea orificiului de supapă P în V1, precum și presiunea de ieșire a liniei pompei hidraulice din figura 2 sunt selectate ca noduri de cercetare ale căderii de presiune în secțiunea de admisie a uleiului a cilindrului hidraulic de prindere. Presiunea fiecărui nod este prezentată în figura 7. Prin diferența de presiune a nodurilor de mai sus, scăderea de presiune a orificiului supapei este 0.456 MPa, iar pierderea de presiune de-a lungul 1 m conducta de ulei este 0.067 MPa. Căderea de presiune a orificiului supapei simulat este apropiată de cea reală. Valoarea teoretică a căderii de presiune de-a lungul conductei este 0. 058 MPa, care este ceva mai mare decât cea teoretică. Prin comparația de mai sus se poate obține, în faza mai mare a fluxului de sistem, pierderea căderii de presiune a clapetei prin orificiul supapei este mai mare decât conducta de-a lungul pierderii, lungimea conductei este mai mare, de-a lungul pierderii de presiune nu poate fi ignorată.

3. 3 Analiza de simulare a mașinii de turnare prin injecție a sistemului hidraulic al formulei de creștere a presiunii a căderii de presiune a clapetei de accelerație prin orificiul supapei și a căderii de presiune de-a lungul conductei

Se poate observa că scăderea presiunii clapetei de accelerație și scăderea presiunii de-a lungul sistemului hidraulic pot fi reduse semnificativ prin reducerea debitului sistemului.. Pentru a îndeplini forța de antrenare a sarcinii și viteza de lucru a cilindrului hidraulic, zona efectivă de funcționare a sprinklerelor trebuie redusă și presiunea de lucru trebuie crescută atunci când debitul sistemului este redus.

Pentru a verifica schema de presurizare și economisire a energiei a sistemului hidraulic al mașinii de turnat prin injecție, fostul diametru al cilindrului a fost modificat de la 70mm-35mm la 50mm-28mm, luând ca exemplu cilindrul de prindere. Suprafața efectivă de acțiune a cilindrului hidraulic a fost redusă la jumătate din suprafața inițială de funcționare a sprinklerului. După calcularea debitului matriței în jumătate din debitul inițial, presiunea de lucru s-a dublat, astfel încât presiunea de eliberare a supapei de siguranță a crescut la 32MPa.

Figura 8 arată curba de presiune și debit a sistemului înainte și după modificarea diametrului cilindrului hidraulic de prindere, După cum se poate observa din figură, în faza de închidere și deschidere a matriței, debitul de intrare în sistem este redus, în timp ce presiunea sistemului crește, și procesul de închidere a matriței, debitul sistemului este redus la jumătate, în timp ce presiunea crește de două ori față de original, în concordanță cu valoarea așteptată. in orice caz, după boost, etapa de inchidere a matritei, presiunea de lucru a sistemului este mare, și este nevoie de un anumit timp pentru a crea presiune, dar practic nu afectează efectul de închidere a matriței.

Figura 9 arată consumul de energie al sistemului înainte și după creșterea presiunii cilindrului de prindere. În fazele de strângere și deschidere, puterea sistemului este mai mică decât cea dinainte de creșterea presiunii, iar scaderea este de aproximativ 0,7kW, iar puterea este redusă cu 7.5%. Figura 10 arată presiunea fiecărui nod din secțiunea de admisie a uleiului a cilindrului de prindere după creșterea presiunii, Din figură, căderea de presiune de la sursa hidraulică la camera fără tijă a cilindrului hidraulic este de aproximativ 0.138 MPa, care este despre 70% mai puțin decât înainte de creșterea presiunii, iar debitul sistemului este redus la jumătate, deci pierderea de energie a căderii de presiune este doar 15% de asta înainte ca presiunea să crească, iar consumul de energie al sistemului este redus cu 85%. Când presiunea de lucru a unui singur cilindru de prindere este crescută, consumul de energie al sistemului poate fi economisit prin 3.7%. Dacă presiunea de lucru a întregului cilindru al sistemului hidraulic poate fi crescută, consumul de energie al căderii de presiune a sistemului va fi mult redus și eficiența energetică a sistemului va fi îmbunătățită.

Prin compararea scăderii de presiune înainte și după creșterea cilindrului hidraulic, diametrul cilindrului hidraulic este redus cu condiția ca supapa de inversare și conducta să fie neschimbate. In acelasi timp, pentru a se asigura că sarcina și viteza de rulare rămân neschimbate, presiunea sistemului va crește, iar debitul necesar al sistemului va fi redus, reducând astfel căderea de presiune dintre pompa hidraulică și actuatorul hidraulic, reducerea pierderilor de energie din sistem, și reducerea creșterii temperaturii uleiului din sistem și a zgomotului.

4 Concluzie

1) Debitul de intrare al sistemului hidraulic al mașinii de turnat prin injecție se modifică în ciclu

Mare, utilizarea tehnologiei de control servo poate rezolva fenomenul de depășire a sistemului, in orice caz, sistemul are un număr mare de supape direcționale și o conductă lungă, iar presiunea de lucru a sistemului este scăzută. În stadiul de mare putere, sistemul are o cerere mare de flux de intrare, și există o pierdere de presiune de-a lungul orificiului supapei și conductei, ceea ce face ca sistemul să reducă eficiența energetică, zgomot și temperatură ridicată.

2) prin formula căderii de presiune prin orificiu și conducta de-a lungul formulei pierderii de presiune, pierderea de energie a căderii de presiune a orificiului supapei este proporțională cu debitul prin pătratul 3, conducta de-a lungul pierderii de energie a căderii de presiune este proporțională cu debitul prin pătrat, iar prin testul de simulare să se verifice corelaţia.

3) Pentru a îmbunătăți eficiența energetică a sistemului hidraulic al mașinii de turnat prin injecție, debitul de intrare al sistemului poate fi redus prin creșterea presiunii de lucru a actuatorului hidraulic, iar căderea de presiune de-a lungul orificiului supapei și conductei poate fi redusă.

Dacă aveți întrebări despre industria plasticului,vă rugăm să nu ezitați să întrebați echipa FLYSE,vă vom oferi cel mai bun serviciu！ Vă putem furniza, de asemenea mașină de turnare prin injecție bună, dar ieftină! Sau contactați-ne pe Facebook.