Анализ энергопотребления гидросистемы термопластавтомата и имитационное моделирование энергосбережения после повышения давления

марш 13, 2023

Вступление

Машина для литья под давлением является важным производственным оборудованием в промышленности пластмасс.. Его гидравлическая мощность и потери энергии оказывают значительное влияние на стоимость производства и эксплуатационные расходы системы.. Высокое энергопотребление термопластавтоматов приведет не только к перерасходу энергоресурсов, но и увеличить себестоимость машин для литья под давлением. [1] Объемы производства и годовой объем производства машин для литья под давлением в Китае находятся на переднем крае мира., и изделий литьевого формования пришлось около 30% от общего количества пластиковых изделий, высокие затраты на электроэнергию стали одним из важных факторов, ограничивающих эффективность производства в литьевой промышленности.. В целях повышения конкурентоспособности рынка термопластавтоматов., Студенты, изучающие машины для литья под давлением

В ответ на национальный призыв к энергосбережению и сокращению выбросов, Производственные предприятия непрерывно проводят энергосберегающую трансформацию существующей системы энергопотребления термопластавтоматов., повышение энергоэффективности термопластавтоматов, и снижение производственных затрат. [2] 。

Термопластавтоматы по типу источника питания можно разделить на 3 категории, полностью гидравлический, полностью электрический и электрогидравлический гибрид. Стоимость полностью электрической термопластавтомата высока., и сфера применения ограничена, нынешняя гидравлическая машина для литья под давлением по-прежнему является основным продуктом в отрасли.. Гидравлическая машина для литья под давлением общего назначения оснащена насосом постоянного тока и системой управления клапаном с пропорциональным давлением потока., фиксированный расход на выходе гидравлического насоса на протяжении всего процесса литья под давлением, когда поток требований системы низкий, скорость двигателя не изменилась, избыток потока переливается обратно в бак, что приводит к большим потерям энергии. [3] Гидравлическая система, чувствительная к нагрузке, использует насос переменной производительности в качестве гидравлического давления в системе..

Пропорциональный клапан регулирования расхода расположен на регулируемом насосе., выходная мощность соответствует изменению нагрузки, потери на переполнение и потери на дросселирование системы значительно сокращаются, и эффект энергосбережения замечательный. Использование электрических сигналов для реализации различных компенсаций может улучшить эффективность управления системой., и подходит для системы литьевой машины с контролем потока., но для этого нужен набор более сложного механизма управления переменным смещением, а изменение смещения ограничено углом наклона автомата перекоса., и диапазон регулирования скорости ограничен. [4] По сравнению с традиционной технологией регулировки громкости, гидравлическая технология переменной частоты использует форму управления преобразователем частоты. + мотор + количественный насос, который имеет характеристики широкого диапазона скоростей, низкий уровень шума и высокая эффективность системы. С развитием технологии сервоуправления, у него более высокая точность управления, скорость отклика и способность к перегрузке, чем у технологии управления частотой, и стала основной гидравлической системой управления термопластавтоматом..

Пэн Юнган [10] Серводвигатель напрямую приводит в движение насос фиксированного объема, являющийся источником привода машины прецизионного литья под давлением., и стратегия нечеткого управления синовиальной оболочкой предлагается для реализации точного контроля давления и скорости системы в процессе литья под давлением., и энергосбережение хорошее. Лю и др.. [11-12] сравнили энергоэффективность пяти видов электрогидравлических схем управления на ТПА, и результаты показали, что динамические характеристики системы хорошие., точность управления высокая, а эффект энергосбережения лучший. Сяо Ван и др. [13] Имитационная модель литьевой части высокоскоростной литьевой машины создана AMESim.. Представлены стратегия управления и метод реализации электрогидравлической следящей системы положения-скорости.. Реализовано двухпозиционное управление положением и скоростью впрыска.. Ван Цзяньвайт [14] Смоделировано и проанализировано энергопотребление системы зажима двухдисковой литьевой машины с внутренней циркуляцией.. Потребление энергии системой можно снизить за счет уменьшения количества компонентов управления клапаном., выбор соответствующего диаметра гидравлического цилиндра и добавление аккумулятора. Сюн Вэньнан и другие [15] Потребление энергии термопластавтоматом во время зажима, анализируется открытие и выброс в трех типах гидравлических систем.. Результаты показывают, что энергопотребление насоса фиксированного объема + Система пропорционального клапана потока высокого давления, Эффект энергосбережения от пропорциональной насосной системы переменного объема зависит от технологии продукта, и энергосбережение насоса с фиксированным количеством + сервомоторная система хороша. Гао Цзюньвэй [16] Решение проблемы потерь при переливе в гидравлической системе термопластавтомата., представлена схема двухшестеренного насоса с приводом от асинхронного двигателя.. Чтобы удовлетворить мгновенную потребность в большом потоке литьевой машины., управление по замкнутому контуру давления и расхода применяется для повышения точности управления и энергосберегающего эффекта системы., и традиционная гидравлическая система термопластавтомата реформируется., который имеет хороший эффект энергосбережения.

Гидравлический двигатель с односторонним клапаном гидравлического управления и распределения потока может достигать более высокого рабочего давления., Так что машина для литья под давлением под высоким давлением может быть [17]. В этой статье, Гидравлические компоненты высокого давления используются в гидравлической системе термопластавтомата..

Рабочее давление гидравлической системы литьевой машины, Чтобы гарантировать, что выходная мощность в тех же условиях, уменьшить литьевую машину в рабочем цикле потребности в потоке системы, при уменьшении размера диаметра гидроцилиндра гидросистемы, уменьшить потери на дросселирование системы и трубопровода по программе потери давления. В этой статье, гидравлическая литьевая машина с усилием смыкания 1 200 кН используется в качестве объекта исследования, а гидравлическая система машины для литья пластмасс моделируется и моделируется с помощью программного обеспечения AMESim.. За счет уменьшения диаметра цилиндра, падение давления в порту клапана с электромагнитным управлением, Сравнивалось энергопотребление трубопровода и системы до и после того, как гидравлический цилиндр уменьшил поток и увеличил давление для изучения энергосберегающего эффекта гидравлической системы литьевой машины..

Из-за высокого энергопотребления термопластавтомата в фактическом рабочем состоянии., Когда давление перелива в системе низкое, часто необходимо ввести большой расход. В гидравлической системе с большим расходом, падение давления в порту клапана и потеря давления на пути трубопровода велики, а повышение температуры системы и шум также сопровождаются проблемами, которые вызывают потери энергии в системе.

Гидравлическая система термопластавтомата состоит из гидравлического насоса., электромагнитный распределительный клапан, гидроцилиндр и гидромотор. В настоящий момент, большинство гидравлических компонентов достигли высокого давления, но и для гидравлической системы литьевой машины для улучшения рабочего давления для создания условий. Высокое давление позволяет достичь высокой плотности мощности и высокой выходной мощности гидравлической системы., что соответствует требованиям гидравлической системы термопластавтомата..

Теоретический анализ потерь энергии в гидравлической системе термопластавтомата

1 Гидравлическая система литьевой машины потеря потока при переливе Традиционная гидравлическая система литьевой машины использует фиксированный выходной поток насоса

Гидравлическая система проста и надежна., а выходной поток гидравлического насоса постоянен во время процесса литья под давлением.. На этапе низкой потребности системы в расходе, масло течет обратно в бак через перелив, и потеря потока при переливе серьезна. В настоящий момент, В большинстве гидравлических систем термопластавтоматов используется пропорциональная система управления насосом или система серводвигателя., который может эффективно регулировать выходной поток гидравлического насоса во время процесса литья под давлением и уменьшать потери потока перелива системы.. В рабочем цикле термопластавтомата, высокое энергопотребление и короткое время работы, поэтому система сервоуправления может сэкономить 30% ~ 60% потребление энергии по сравнению с системой пропорционального клапана регулирования расхода. [2] .2 Потеря давления в дроссельной заслонке гидравлической системы термопластавтомата

Во время рабочего процесса литьевой машины, гидравлический источник проходит через электромагнитный регулирующий клапан, Чтобы сократить время цикла литья под давлением., расход системы обычно высок в цилиндре гидравлического давления, и выходной поток гидравлического насоса протекает через электромагнитный регулирующий клапан., который имеет определенную потерю давления дроссельной заслонки. Электромагнитный гидрораспределитель после открытия аналогичен тонкостенному дросселю., Таким образом, падение давления на дроссельной заслонке клапана можно рассчитать по формуле падения давления в дроссельном отверстии., формула

Q1 = CdA рилодельта p ■ 2

Где: Q1 — расход через порт клапана.; Cd — коэффициент расхода тонкостенного отверстия.. А – площадь отверстия; Плотность жидкости; Дельта p — это разница давлений до и после порта клапана., поэтому потери энергии при дросселировании равны

Формула падения давления через дроссельное отверстие, давление дроссельной заслонки

Перепад давления p пропорционален расходу через порт клапана Q21., поэтому энергия дросселирования дельта P прямо пропорциональна потоку затвора Q31.. Для уменьшения гидравлической системы литьевой машины

Потеря энергии при перепаде давления в каждом порту клапана с электромагнитным управлением., следует отдать приоритет уменьшению потока в системе. Чтобы гарантировать, что выходная мощность гидравлической системы термопластавтомата остается неизменной при уменьшении расхода системы., необходимо увеличить рабочее давление гидросистемы для поддержания нормальной работы исполнительных механизмов.

В гидравлической системе термопластавтомата, гидравлический источник соединен с электромагнитным гидрораспределителем трубопроводом, и далее к гидроприводу по трубопроводу. выбирать

Больший диаметр трубы может снизить среднюю скорость., обеспечить состояние ламинарного течения, уменьшить коэффициент сопротивления и уменьшить потери давления по трубе, но сложно устроить трубу. Если диаметр трубы мал, средняя скорость трубы большая, что легко приведет к турбулентности в трубе и увеличению потерь энергии на трассе трубы.. Формула расчета потерь давления по трубопроводу:

Дельтап-конвейер = λ l × ρv2d2

Где лямбда — коэффициент сопротивления на пути; L — длина трубы; D - диаметр трубы; Плотность гидравлического масла; V - средняя скорость в трубке. Формула расчета скорости потока в трубке:

4Q2 v = π d2

Формула числа Рейнольдса:

Re = vd = 4Q2π

Среди них, upu – кинематическая вязкость масла; Q2 — расход трубы. Коэффициент сопротивления λ связан с состоянием потока в трубке и имеет формулу:

λ=

64 Ре

 -0.25 0,3164Re

，Ре <2320 ，3000<Ре <10

 0.308 ，105<р<108 ( 0. 842 – LGRe ) 2 е

Чтобы уменьшить потери гидравлического трубопровода в пути, необходимо обеспечить ламинарное течение в трубе., поэтому коэффициент сопротивления вдоль дороги равен λ = 64 / Ре, и можно получить формулу потери давления по трассе.

64л π v 2 128π Q D p трубопровод = Красный × 2 = π d4

При условии, что диаметр трубопровода не изменится., потеря давления в трубопроводе пропорциональна расходу трубопровода, а потери энергии по перепаду давления в трубопроводе пропорциональны квадрату расхода трубопровода.

3 3. 1

AMESim Имитационная модель гидравлической системы машины для литья пластмасс под давлением

Параметры моделирования гидравлической системы термопластавтомата

Согласно принципиальной схеме гидравлической системы литьевой машины и параметрам соответствующих гидравлических компонентов., для анализа энергопотребления гидравлической системы термопластавтомата., Модель упрощена, Имитационная модель гидравлической системы термопластавтомата строится, как показано на рисунке. 2. Модель использует шаговый сигнал для имитации серводвигателя для достижения регулирования скорости в различных условиях работы., так что система в основном не создает явления переполнения. Параметры анализа моделирования модели AMESim установлены, как показано в таблице. 1. По последовательности процесса впрыска, клапан с электромагнитным управлением настроен, как показано в таблице 2.

В то же время, для имитации эффекта падения давления дросселирования клапана., см. трехпозиционный четырехходовой электромагнитный распределитель Huade WE6 типа O., Из-за структуры порта клапана, когда скорость потока 60 L / мин, порт клапана P течет в устье клапана A / Падение давления B составляет 1,0 МПа., а падение давления на порту Т составляет 0,8 МПа.. Чтобы упростить имитационную модель, максимальный расход трехпозиционного четырехходового электромагнитного клапана установлен на 60 L / мин, и падение давления 1 МПа.

После установки параметров моделирования гидравлической системы, задана кривая движения гидроцилиндра.

Линия показана на рисунке 4, и движение закрытия матрицы завершается за 0 ~ 2 s, а затем движущийся цилиндр перемещается на 1 с инъекционным устройством, выравнивает сопло винтового цилиндра с соплом впрыска и прилагает определенное контактное усилие сопла. В 3 ~ 4 s, винт, с приводом от двух впрыскивающих цилиндров, впрыскивает расплавленный материал в полость формы под очень высоким давлением, и удерживает давление для охлаждения в течение определенного периода времени, для упрощения процесса моделирования, опустить стадию ожидания; затем срабатывает двигатель предварительного формования и прижимает цилиндр впрыска назад, чтобы подготовиться к следующему впрыску; 9 ~ 10 цилиндр перемещения внутреннего сиденья втягивается; а затем втягивает цилиндр формы, чтобы завершить движение открытия формы.. Под действием эжекционного цилиндра, готовое изделие выбрасывается в форму, затем цилиндр втягивается, а затем цилиндр втягивается, таким образом завершая цикл впрыска.

Анализ энергопотребления литьевой машины

Каждый гидропривод в рабочей стадии, требуемый поток другой, размер загрузки отличается, давление в системе тоже меняется, во избежание потока переполнения системы, так что в работе исполнительного механизма, так, чтобы гидравлический источник обеспечивал необходимый расход. При исследовании влияния падения давления в гидросистеме на энергопотребление, с целью устранения влияния дросселирования регулирования скорости, чтобы гарантировать, что рабочее давление и расход гидравлического цилиндра относительно постоянны, он установлен в модели массового блока гидравлического цилиндра с большим демпфированием движения., так, чтобы рабочее состояние гидроцилиндра поддерживало постоянную мощность.

В случае, если система не выдает перелива, Выходной расход и давление жидкостного нагнетательного насоса на каждой стадии движения показаны на рисунке. 5. В зажиме, этап предварительного формования и литья, входное давление и расход гидравлической системы большие, и посредством анализа энергетических потерь гидравлической системы термопластавтомата., видно, что на стадии большего потока, потери энергии при перепаде давления велики. В то же время, в симуляционном тесте, Длина масляного цилиндра пресс-формы больше. , долго бежать, поэтому его поток должен быть большим, процесс открытия и закрытия штампа, около 30% общего потока на входе системы, если система может достичь повышения, уменьшить входной поток цилиндра формы, может эффективно снизить потребление энергии при перепаде давления в гидравлической системе, повысить энергоэффективность гидравлической системы термопластавтомата.

Как показано на рисунке 6, за весь цикл впрыска, стадия зажима, этап впрыска и этап предварительного формования имеют большое энергопотребление. С целью исследования падения давления электромагнитного клапана и потерь в трубопроводе на пути в гидросистеме., в качестве примера возьмем этап открытия формы закрытого гидроцилиндра.. Давление в бесштоковой полости цилиндра, давление в порту клапана с электромагнитным управлением V1, и давление порта клапана P в V1, а также выходное давление линии гидравлического насоса на рисунке. 2 выбраны в качестве узлов исследования падения давления во входном масляном отсеке прижимного гидроцилиндра. Давление каждого узла показано на рисунке. 7. За счет разницы давлений вышеперечисленных узлов, падение давления в порту клапана 0.456 МПа, и потери давления по 1 м нефтепровода 0.067 МПа. Падение давления в моделируемом порту клапана близко к фактическому.. Теоретическое значение падения давления на трубопроводе составляет 0. 058 МПа, что немного больше теоретического. С помощью приведенного выше сравнения можно получить, в потоке системы большая ступень, потеря давления на дроссельном отверстии клапана больше, чем потеря давления в трубопроводе, длина трубопровода больше, Потери давления нельзя игнорировать.

3 Моделирование формулы повышения давления гидравлической системы термопластавтомата дроссельной заслонки, перепада давления через отверстие клапана и перепада давления на трубопроводе.

Видно, что дроссельный перепад давления и перепад давления в гидросистеме можно значительно уменьшить за счет уменьшения расхода в системе.. Для соответствия движущей силе нагрузки и рабочей скорости гидроцилиндра., при уменьшении расхода системы необходимо уменьшить эффективную площадь срабатывания спринклера и увеличить рабочее давление..

С целью проверки схемы наддува и энергосбережения гидросистемы термопластавтомата., прежний диаметр цилиндра был изменен с 70–35 мм на 50–28 мм., на примере зажимного цилиндра. Эффективная площадь действия гидроцилиндра уменьшена до половины исходной площади работы оросителя.. После расчета расход пресс-формы составляет половину исходного расхода., рабочее давление удвоилось, поэтому давление сброса предохранительного клапана увеличилось до 32 МПа..

Фигура 8 показывает кривую давления и расхода системы до и после изменения диаметра прижимного гидроцилиндра, Как видно из рисунка, на этапе закрытия и открытия формы, входной поток системы уменьшается, при этом давление в системе растет, и процесс закрытия формы, расход системы уменьшается вдвое, при этом давление возрастает в два раза по сравнению с исходным, соответствует ожидаемому значению. тем не мение, после повышения, этап закрытия формы, рабочее давление системы высокое, и нужно определенное время, чтобы нарастить давление, но это в основном не влияет на эффект закрытия формы.

Фигура 9 показывает энергопотребление системы до и после повышения давления зажимного цилиндра. На этапах зажима и открытия, мощность системы ниже, чем до повышения давления, и снижение составляет около 0,7кВт, и мощность снижается на 7.5%. Фигура 10 показывает давление в каждом узле маслозаборника зажимного цилиндра после повышения давления, Из рисунка, падение давления от гидроисточника до бесштоковой камеры гидроцилиндра составляет около 0.138 МПа, что касается 70% меньше, чем до повышения давления, и расход системы снижается вдвое, поэтому потери энергии при перепаде давления составляют всего 15% этого до повышения давления, и энергопотребление системы снижается на 85%. Когда рабочее давление одного зажимного цилиндра повышается, потребление энергии системой можно сократить за счет 3.7%. Если рабочее давление всего цилиндра гидросистемы может быть повышено, потребление энергии при перепаде давления в системе будет значительно снижено, а энергоэффективность системы повысится..

Сравнивая падение давления до и после наддува гидравлического цилиндра., диаметр гидроцилиндра уменьшен при условии неизменности реверсивного клапана и трубопровода. В то же время, чтобы нагрузка и скорость движения оставались неизменными, давление в системе повысится, и требуемый расход системы будет уменьшен, тем самым уменьшая перепад давления между гидронасосом и гидроприводом, снижение потерь энергии при перепаде давления в системе, и снижение повышения температуры масла в системе и шума.

4 Заключение

1) Входной поток гидравлической системы термопластавтомата изменяется в цикле.

Большой, использование технологии сервоуправления может решить проблему переполнения системы., тем не мение, система имеет большое количество гидрораспределителей и длинный трубопровод, и рабочее давление системы низкое. На стадии высокой мощности, система имеет большую потребность в входном потоке, и наблюдается потеря давления вдоль отверстия клапана и трубопровода., что приводит к снижению энергоэффективности системы, шум и высокая температура.

2) по формуле падения давления на диафрагме и в трубопроводе по формуле потери давления, потеря энергии при перепаде давления в порту клапана пропорциональна расходу через 3-й квадрат, в трубопроводе по перепаду давления потери энергии пропорциональны расходу через площадь, и с помощью симуляционного теста для проверки корреляции.

3) В целях повышения энергоэффективности гидравлической системы термопластавтомата., входной поток системы можно уменьшить за счет увеличения рабочего давления гидропривода, и падение давления вдоль порта клапана и трубопровода может быть уменьшено.

Если у вас есть вопросы по пластиковой промышленности,пожалуйста, не стесняйтесь спрашивать команду FLYSE,мы предоставим вам лучший сервис！ Мы также можем предоставить вам хорошая, но дешевая термопластавтомат! Или свяжитесь с нами по Фейсбук.