Energiförbrukningsanalys av hydraulsystemet i en formsprutningsmaskin och dess simuleringsanalys av energibesparing efter ökat tryck

Introduktion

Formsprutningsmaskin är en viktig produktionsutrustning inom plastindustrin. Dess hydrauliska kraft och energiförlust har en viktig inverkan på tillverkningskostnaden och driftskostnaden för systemet. Hög energiförbrukning för formsprutningsmaskiner kommer inte bara att leda till slöseri med elektriska kraftresurser, men också öka produktionskostnaden för formsprutningsmaskiner. [1] Kinas tillverkningsnummer för formsprutningsmaskiner och årlig produktion är bland de främsta i världen, och formsprutningsprodukter stod för ca 30% av de totala plastprodukterna, höga elkostnader har blivit en av de viktiga faktorerna som begränsar produktionseffektiviteten inom formsprutningsindustrin. För att förbättra marknadens konkurrenskraft för formsprutningsmaskiner, formsprutningsmaskin elever

Som svar på den nationella uppmaningen om energibesparing och utsläppsminskning, produktionsföretag har kontinuerligt genomfört energibesparande omvandling av det befintliga energiförbrukningssystemet för formsprutningsmaskiner, förbättrad energieffektivitet för formsprutningsmaskiner, och minskade produktionskostnader. [2] 。

Formsprutningsmaskin enligt typen av strömkälla kan delas in i 3 kategorier, helt hydraulisk, helt elektrisk och elektrohydraulisk hybrid. Kostnaden för helelektrisk formsprutningsmaskin är hög, och tillämpningsområdet är begränsat, den nuvarande hydrauliska formsprutningsmaskinen är fortfarande huvudprodukten i branschen. Den allmänna hydrauliska formsprutningsmaskinen använder konstant pump och ventilstyrsystem för proportionellt flödestryck, hydraulpumpens utgång fast flöde i hela formsprutningsprocessen, när systembehovsflödet är lågt, motorhastigheten är oförändrad, överflödande överflöde tillbaka till tanken, vilket resulterar i större energiförlust. [3] Lastkänsligt hydraulsystem använder en pump med variabel deplacement som systemets hydraultryck.

Den proportionella flödesregleringsventilen är anordnad på den variabla pumpen, uteffekten matchas med laständringen, bräddavloppsförlusten och strypförlusten i systemet reduceras i stor utsträckning, och energispareffekten är anmärkningsvärd. Att använda elektriska signaler för att realisera olika kompensationer kan förbättra systemets kontrollprestanda, och den är lämplig för formsprutningsmaskinsystemet med flödeskontroll, men det behöver en uppsättning mer komplexa reglermekanismer för variabel förskjutning, och förskjutningsförändringen begränsas av vinkeln på vickplattan, och hastighetsregleringen är begränsad. [4] Jämfört med traditionell volymkontrollteknik, den hydrauliska tekniken med variabel frekvens antar styrformen för frekvensomvandlare + motor + kvantitativ pump, som har egenskaperna hos ett brett hastighetsområde, lågt ljud och hög systemeffektivitet. Med utvecklingen av servokontrollteknik, den har bättre kontrollnoggrannhet, svarshastighet och överbelastningsförmåga än frekvensstyrningsteknik, och har blivit det vanliga hydrauliska styrsystemet för formsprutningsmaskin.

Peng Yonggang [10] Servomotorn driver direkt pumpen med fast kvantitet som drivkälla för precisionsformsprutningsmaskinen, och den fuzzy synovium-styrstrategin föreslås för att förverkliga den exakta kontrollen av systemtrycket och hastigheten i formsprutningsprocessen, och energibesparingen är bra. Liu et al. [11-12] jämförde energieffektiviteten för fem typer av elektrohydrauliska styrsystem på formsprutningsmaskinen, och resultaten visade att systemets dynamiska prestanda är bra, kontrollprecisionen är hög och energispareffekten är bäst. Xiao Wang et al [13] Simuleringsmodellen av injektionsdel av höghastighetsformsprutningsmaskin är etablerad av AMESim. Styrstrategin och implementeringsmetoden för elektrohydrauliska positionshastighetsservosystem presenteras. Den två-variabla kontrollen av insprutningsposition och hastighet realiseras. Wang Jianwait [14] Energiförbrukningen för klämsystemet i den interna cirkulationsformsprutningsmaskinen med två plattor simuleras och analyseras. Systemets energiförbrukning kan minskas genom att minska ventilstyrningskomponenterna, anta lämplig hydraulcylinderdiameter och lägga till ackumulatorn. Xiong Wennan och andra [15] Energiförbrukningen för formsprutningsmaskinen under fastspänning, öppning och utmatning analyseras i tre sorters hydraulsystem. Resultaten visar att energiförbrukningen av fast mängd pump + proportionellt tryckflödesventilsystem är högt, den energibesparande effekten av ett pumpsystem med proportionell variabel mängd varierar med produktteknologin, och energibesparingen med pump med fast kvantitet + servomotorsystemet är bra. Gao Junwei [16] Syftar på problemet med översvämningsförluster i hydraulsystemet i formsprutningsmaskinen, ett schema med dubbelväxelpump som drivs av asynkronmotor presenteras. För att möta det omedelbara stora flödesbehovet av formsprutningsmaskin, tryckflödesstyrningen med sluten slinga används för att förbättra systemets kontrollnoggrannhet och energibesparande effekt, och det traditionella hydrauliska systemet för formsprutningsmaskinen reformeras, som har en bra energispareffekt.

Hydraulisk styrning envägsventil flödesfördelning hydraulmotor kan uppnå högre arbetstryck, så att formsprutningsmaskinen till ett högt tryck kan vara [17]. i det här pappret, hydrauliska högtryckskomponenter används i det hydrauliska systemet i formsprutningsmaskinen.

Formsprutningsmaskin hydrauliskt system arbetstryck, för att säkerställa att uteffekten av samma villkor, minska formsprutningsmaskinen i arbetscykeln för systemets flödesbehov, samtidigt som man minskar diametern på hydraulsystemets hydrauliska cylinderdiameter, minska systemets strypförlust och rörledning längs tryckförlustprogrammet. i det här pappret, den hydrauliska formsprutningsmaskinen med klämkraft på 1 200 kN används som forskningsobjekt, och plastinsprutningsmaskinens hydrauliska system modelleras och simuleras av programvaran AMESim. Genom att minska cylinderdiametern, tryckfallet för elektromagnetiskt manövrerad ventilport, strömförbrukningen i rörledningen och systemet före och efter den hydrauliska cylinderns minskade flöde och ökade tryck jämfördes för att studera energibesparingseffekten av det hydrauliska systemet i formsprutningsmaskinen.

På grund av det höga effektbehovet för formsprutningsmaskinen i det faktiska arbetstillståndet, När överflödestrycket i systemet är lågt, det är ofta nödvändigt att mata in ett stort flöde. I det stora hydrauliska systemet, tryckfallet i ventilporten och tryckförlusten längs rörvägen är stora, och systemets temperaturstegring och buller åtföljs också av problemen, som orsakar systemets energiförlust.

Det hydrauliska systemet för formsprutningsmaskinen består av en hydraulisk pump, magnetventil, hydraulcylinder och hydraulmotor. För närvarande, de flesta av de hydrauliska komponenterna har uppnått högt tryck, men också för formsprutningsmaskinens hydrauliska system för att förbättra arbetstrycket för att skapa förutsättningar. Högt tryck kan uppnå hög effekttäthet och hög effekt av hydraulsystemet, vilket överensstämmer med kraven för det hydrauliska systemet i formsprutningsmaskinen.

Teoretisk analys av energiförbrukning förlust av hydrauliska system av formsprutningsmaskin

2. 1 formsprutningsmaskin hydrauliskt system överflöde flödesförlust Traditionell formsprutningsmaskin hydraulsystem antar fast pumputflöde

Hydraulsystemet är enkelt och pålitligt, och utflödet från hydraulpumpen är konstant under formsprutningsprocessen. I stadiet med lågt flödesbehov av systemet, oljan rinner tillbaka till tanken genom brädden, och överflödesförlusten är allvarlig. För närvarande, de flesta av de hydrauliska systemen i formsprutningsmaskiner använder proportionellt variabelt pumpstyrsystem eller servomotorsystem, som effektivt kan justera utflödet från hydraulpumpen under formsprutningsprocessen och minska förlusten av systemöverflödesflöde. I arbetscykeln för formsprutningsmaskin, hög energiförbrukning och kort arbetstid, så servokontrollsystemet kan spara 30% ~ 60% energiförbrukning jämfört med det proportionella flödesregleringsventilsystemet. [2] .2 Hydrauliskt system av formsprutningsmaskin ventil spjäll tryckförlust

Under arbetsprocessen för formsprutningsmaskinen, den hydrauliska källan passerar genom den elektromagnetiska styrventilen, För att förkorta cykeltiden för formsprutning, systemets flödeshastighet är vanligtvis hög i den hydrauliska tryckcylindern, och utflödet från hydraulpumpen strömmar genom den elektromagnetiska styrventilen, som har en viss gastrycksförlust. Solenoidens riktningskontrollventil efter dess öppning liknar den tunnväggiga öppningens gasspjäll, så att ventilportens gastrycksfall kan beräknas genom formeln för flödes-tryckfall i munstycket, formeln är

Q1 = CdA rilodelta p ■ 2

Var: Q1 är ventilportens flöde; Cd är flödeskoefficienten för en tunnväggig öppning. A är mynningsområdet; Vätskans täthet; Delta p är tryckskillnaden före och efter ventilporten, så den strypande energiförlusten är

Genom gasspjällsöppningen flöde-tryckfallsformel, gastrycket

Fall delta p är proportionell mot ventilportens flöde Q21, så strypningsenergi delta P är direkt proportionell mot grindflöde Q31. För att minska formsprutningsmaskinens hydrauliska system

Varje elektromagnetiskt manövrerad ventilport strypning tryckfall energiförlust, bör prioritera att minska systemflödet. För att säkerställa att uteffekten från det hydrauliska systemet i formsprutningsmaskinen är oförändrad när systemflödet minskas, det är nödvändigt att öka hydraulsystemets arbetstryck för att upprätthålla normal drift av ställdonen.

2. I det hydrauliska systemet för formsprutningsmaskin, den hydrauliska källan är ansluten till solenoidens riktningsventil via rörledning, och sedan till det hydrauliska ställdonet via rörledning. välja

Den större rördiametern kan minska medelhastigheten, säkerställa det laminära flödestillståndet, minska motståndskoefficienten och minska tryckförlusten längs röret, men det är svårt att ordna röret. Om rördiametern är liten, rörets medelhastighet är stor, vilket lätt leder till turbulens i röret och ökar energiförlusten längs rörbanan. Beräkningsformeln för tryckförlust längs rörledningen är

Deltap pipeline = λ l × ρv2d2

Där lambda är motståndskoefficienten längs banan; L är rörets längd; D är diametern på röret; Densitet av hydraulolja; V är medelhastigheten i röret. Formeln för att beräkna flödeshastigheten i röret är

4Q2 v = π d2

Reynolds talformel är

Re = vd = 4Q2π

Bland dem, upu är oljans kinematiska viskositet; Q2 är rörflöde. Motståndskoefficienten λ är relaterad till flödestillståndet i röret och formeln är

λ=

64 Re

 -0.25 0,3164Re

，Re <2320 ，3000<Re <10

5

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

För att minska förlusten av hydraulisk rörledning längs vägen, det är nödvändigt att säkerställa att flödestillståndet i röret är laminärt flöde, så motståndskoefficienten längs vägen är λ = 64 / Re, och formeln för tryckförlust längs vägen kan erhållas.

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

Under förutsättning att rörledningens diameter inte ändras, tryckförlusten längs rörledningen är proportionell mot rörledningens flöde, och energiförlusten längs rörledningens tryckfall är proportionell mot kvadraten på rörledningsflödet.

3 3. 1

AMESim imitationsmodell av hydraulsystem av plastformsprutningsmaskin

Simuleringsparametrar för formsprutningsmaskinens hydrauliska system

Enligt det hydrauliska systemets schematiskt diagram av formsprutningsmaskinen och parametrarna för relaterade hydrauliska komponenter, för att analysera strömförbrukningen för det hydrauliska systemet i formsprutningsmaskinen, Modellen är förenklad, och simuleringsmodellen för formsprutningsmaskinens hydrauliska system är byggd som visas i figur 2. Modellen använder stegsignal för att simulera servomotorn för att uppnå variabel hastighetskontroll under olika arbetsförhållanden, så att systemet i princip inte producerar översvämningsfenomen. AMESim modellsimuleringsanalysparametrar inställda enligt tabell 1. Enligt injektionsprocessens sekvens, den elektromagnetiskt manövrerade ventilen är inställd enligt tabell 2.

På samma gång, för att simulera effekten av ventilportens stryptrycksfall, se Huade WE6 typ O treläges fyravägs magnetventil, På grund av dess ventilportstruktur, när flödet är 60 L / min, ventilporten P strömmar till ventilmynningen A / B tryckfall är 1,0 MPa, och tryckfallet till porten T är 0,8 MPa. För att förenkla simuleringsmodellen, det maximala flödet för den tre-läges fyravägs elektromagnetiskt manövrerade ventilen är inställd på 60 L / min, och tryckfallet är 1 MPa.

Efter att ha ställt in simuleringsparametrarna för hydraulsystemet, rörelsekurvan för hydraulcylindern är inställd.

Linjen visas i figuren 4, och formstängningsrörelsen avslutas in 0 ~ 2 s, och sedan rör sig den rörliga cylindern för 1 s med injektionsanordningen, riktar in skruvcylinderns munstycke med insprutningsmunstycket och applicerar en viss kontaktkraft på munstycket. I 3 ~ 4 s, skruven, drivs av två insprutningscylindrar, sprutar in det smälta materialet i formhåligheten vid ett mycket högt tryck, och håller trycket att svalna under en viss tid, för att förenkla simuleringsprocessen, utelämna hållstadiet; sedan fungerar förformningsmotorn och pressar tillbaka insprutningscylindern för att förbereda för nästa injektion; 9 ~ 10 s inre sätesförskjutningscylinder dras in; och drar sedan tillbaka formcylindern för att slutföra formöppningsrörelsen. Under verkan av utstötningscylinder, den färdiga produkten kastas ut i formen, då dras cylindern in, och sedan dras cylindern in, fullbordar därmed en injektionscykel.

3. 2

Analys av energiförbrukningen för formsprutningsmaskin

Varje hydrauliskt ställdon i arbetsstadiet, det erforderliga flödet är annorlunda, laststorleken är annorlunda, systemtrycket förändras också, för att undvika systemspillflöde, så i driften av manöversteget, så att den hydrauliska källan ger sitt erforderliga flöde. När man utforskar påverkan av hydraulsystemets tryckfall energiförbrukning, för att eliminera påverkan av regleringen av gashastigheten, för att säkerställa att hydraulcylinderns arbetstryck och flöde är relativt konstanta, den är inställd i den hydrauliska cylindermassablocksmodellen med stor rörelsedämpning, så att den hydrauliska cylindern arbetar tillstånd för att upprätthålla en konstant effekt.

I det fall att systemet inte ger överflöde, utgående flödeshastighet och tryck för vätsketryckspumpen i varje rörelsesteg visas i figuren 5. I klämningen, förformnings- och injektionsstadiet, hydraulsystemets ingångstryck och flödeshastighet är stora, och genom analys av energiförlusten i det hydrauliska systemet i formsprutningsmaskinen, det kan ses i det större flödesstadiet, energiförlusten av tryckfallet är stor. På samma gång, i simuleringstestet, längden på formoljecylindern är större. , springer länge, så dess flöde måste vara stort, öppnings- och stängningsprocess, handla om 30% av det totala flödet av systeminmatningen, om systemet kan uppnå boost, minska formcylinderns inflöde, kan effektivt minska energiförbrukningen för hydraulsystemets tryckfall, förbättra energieffektiviteten hos det hydrauliska systemet för formsprutningsmaskinen.

Som visas i figuren 6, under hela injektionscykeln, klämsteget, insprutningssteget och förformningssteget har stor strömförbrukning. För att studera tryckfallet hos den elektromagnetiskt manövrerade ventilen och rörledningsförlusten längs vägen i hydraulsystemet, vi tar formöppningssteget för den stängda hydraulcylindern som ett exempel. Cylinderns stavlösa hålighetstryck, det elektromagnetiskt manövrerade ventilporttrycket för V1, och trycket för ventilport P i V1 såväl som utgående tryck för hydraulpumpledningen i figur 2 väljs som forskningsnoder för tryckfallet i oljeinloppssektionen på den hydrauliska spänncylindern. Trycket för varje nod visas i figuren 7. Genom tryckskillnaden för ovanstående noder, ventilportens tryckfall är 0.456 MPa, och tryckförlusten längs 1 m oljerör är 0.067 MPa. Tryckfallet för den simulerade ventilporten är nära den faktiska. Det teoretiska värdet av tryckfallet längs rörledningen är 0. 058 MPa, som är något större än den teoretiska. Genom ovanstående jämförelse kan erhållas, i systemflödet större steg, ventilöppningens gastrycksförlust är större än rörledningen längs förlusten, i rörledningen är längden längre, längs tryckförlusten kan inte ignoreras.

3. 3 Simuleringsanalys av formsprutningsmaskinens hydrauliska system tryckhöjande formel för gastrycksfall genom ventilöppning och tryckfall längs rörledningen

Det kan ses att gasspjällets tryckfall och tryckfall längs hydraulsystemet kan reduceras avsevärt genom att minska systemets flödeshastighet. För att möta lastdrivkraften och arbetshastigheten för hydraulcylindern, den effektiva arean för sprinklerdrift måste minskas och arbetstrycket måste ökas när systemflödet minskas.

För att verifiera trycksättnings- och energisparschemat för det hydrauliska systemet i formsprutningsmaskinen, den tidigare cylinderdiametern ändrades från 70 mm-35 mm till 50 mm-28 mm, ta spänncylindern som ett exempel. Hydraulcylinderns effektiva verkningsarea har reducerats till hälften av sprinklerdriftens ursprungliga area. Efter att ha beräknat mögelflödet till hälften av det ursprungliga flödet, arbetstrycket fördubblades, så övertrycksventilens avlastningstryck ökade till 32MPa.

Figur 8 visar systemets tryck- och flödeskurva före och efter ändring av diametern på den hydrauliska spänncylindern, Som framgår av figuren, i formstängnings- och formöppningsstadiet, systemets inflöde reduceras, medan systemtrycket stiger, och formstängningsprocessen, systemflödet reduceras med hälften, medan trycket stiger till dubbelt så mycket som originalet, överensstämmer med det förväntade värdet. dock, efter boosten, formstängningsstadiet, systemets arbetstryck är högt, och det tar en viss tid att bygga upp trycket, men det påverkar i princip inte formstängningseffekten.

Figur 9 visar systemets energiförbrukning före och efter tryckökningen av spänncylindern. I kläm- och öppningsstadiet, Systemeffekten är lägre än före tryckökningen, och minskningen är ca 0,7kW, och effekten reduceras med 7.5%. Figur 10 visar trycket för varje nod i oljeinloppssektionen på spänncylindern efter att trycket ökat, Från figuren, tryckfallet från den hydrauliska källan till den stavlösa kammaren i hydraulcylindern är ca 0.138 MPa, som handlar om 70% mindre än innan tryckstegringen, och systemflödet reduceras med hälften, så tryckfallet energiförlust är bara 15% av det innan trycket stiger, och systemets energiförbrukning minskas med 85%. När arbetstrycket för en enkel spänncylinder höjs, systemets energiförbrukning kan sparas genom 3.7%. Om arbetstrycket för hela hydraulsystemets cylinder kan höjas, energiförbrukningen för systemets tryckfall kommer att minska kraftigt och systemets energieffektivitet förbättras.

Genom att jämföra tryckfallet före och efter att hydraulcylindern förstärks, hydraulcylinderns diameter reduceras under förutsättning att växelventilen och rörledningen är oförändrade. På samma gång, för att säkerställa att belastningen och körhastigheten förblir oförändrade, systemtrycket kommer att stiga, och den erforderliga flödeshastigheten för systemet kommer att reduceras, därigenom minskar tryckfallet mellan hydraulpumpen och det hydrauliska ställdonet, minska energiförlusten i systemets tryckfall, och minska systemets oljetemperaturstegring och buller.

4 Slutsats

1) Inflödet av det hydrauliska systemet i formsprutningsmaskinen ändras i cykeln

Stor, Användningen av servostyrningsteknik kan lösa systemets överflödesfenomen, dock, systemet har ett stort antal riktningsventiler och en lång rörledning, och systemets arbetstryck är lågt. I högeffektsteget, systemet har ett stort inflödesbehov, och det finns tryckförlust längs ventilporten och rörledningen, vilket gör att systemet minskar energieffektiviteten, buller och hög temperatur.

2) genom munstyckets tryckfallsformel och rörledningen längs tryckförlustformeln, ventilportens tryckfallsenergiförlust är proportionell mot flödet genom den 3:e kvadraten, rörledningen längs tryckfallets energiförlust är proportionell mot flödet genom kvadraten, och genom simuleringstestet för att verifiera korrelationen.

3) För att förbättra energieffektiviteten hos det hydrauliska systemet i formsprutningsmaskinen, systemets inflöde kan minskas genom att öka det hydrauliska ställdonets arbetstryck, och tryckfallet längs ventilporten och rörledningen kan minskas.

Om du har några frågor om plastindustrin,fråga gärna FLYSE-teamet,vi kommer att ge dig bästa service! Vi kan också förse dig bra men billig formsprutningsmaskin! Eller kontakta oss på Facebook.