CN101362376A - 注塑机节电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种注塑机节电装置。所述注塑机节电装置包括：状态检测单元，用于检测注塑机控制系统的工作状态信号；流量压力检测单元，用于检测并得到所述注塑机内液压油的流量和压力；变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信号控制为所述注塑机提供液压油的液压水泵电机的运转频率；中央处理单元，用于接收所述状态检测单元得到的工作状态信号以及流量压力检测单元得到的流量压力检测信号，根据注塑机当前的工作状态得到所述状态下的工作压力及工作流量要求，在所述检测到的流量压力大于所述工作压力及工作流量要求时，输出要求降低所述液压水泵电机运转频率的所述变频信号到所述变频处理单元。本发明可有效降低液压系统的能耗。

Description

注塑机节电装置

技术领域

本发明涉及注塑机。

背景技术

现有技术注塑机包括液压系统、加热器以及循环冷却油泵。注塑机的能耗主要表现在电能消耗方面，按具体设备来划分，大致可分为下列三个部分：

1)液压系统油泵的电能消耗；

2)加热器的电能消耗；

3)循环冷却油泵的电能消耗。

其中，液压油泵的用电量占整个注塑机用电量的80％以上，在目前国家大力倡导节能社会的大背景下，降低注塑机液压油泵的耗电量有着重要意义。

注塑机液压油泵大多采用叶片泵、柱塞泵或活塞泵，是典型的容积式油泵，其供油量与油泵转速成正比，在额定转速运转状态下，油泵的供油量是恒定不变的。由于受到技术条件的限制，现有技术注塑机液压系统几乎全部是阀控系统，即油泵电机由额定转速驱动运转，油泵供油量恒定。当注塑机的油量需求发生变化时，由设在油泵出口的溢流阀或比例阀来调节负载压力和负载流量，满足注塑机工况变化的需要。

发明人经过长期实践发现，现有技术注塑机液压系统是一个压力和流量波动较大的负载，在合模、锁模、射胶、保压冷却、开模顶出等不同工作阶段，其压力和流量都发生有规律的变化，典型的压力和流量曲线如图1曲线所示。

从图1可以看出，在一个工作循环周期内，注塑机的实际压力和实际流量是变化的，时大时小，有时几乎为零。在实际流量较小时，油泵的供油量远远大于负载实际消耗量，供大于求，富余的处于高压状态下的液压油全部经溢流阀溢流。高压状态下的液压油经溢流后放出大量热能，这部分耗散的能量实际上是油泵电机从电网吸收电能中的一部分。由于小流量的维持时间较长，所耗散的电能也就较大。因此，注塑机液压系统存在严重的能源浪费问题。特别在冷却阶段，液压系统零压力、零流量造成电机空转，液压油不断经过油泵对溢流阀和管壁做功从而产生热量，粘性变稠，改变液压油的特性，容易使管道泄漏和损坏，既耗能又容易对设备造成损坏。

发明人从上述分析中得出，注塑机液压系统电能浪费问题的最直接原因就是油泵流量与负载流量需求不相适应，造成高压液压油溢流而浪费能源。

发明内容

为解决现有技术注塑机液压系统的油泵流量与负载流量需求不相适而造成电能浪费的技术问题，本发明提供一种节能的注塑机节电装置和液压系统。

为解决上述技术问题而提供的本发明技术方案是：提供一种注塑机节电装置，包括：状态检测单元，用于检测注塑机控制系统的工作状态信号；流量压力检测单元，用于检测并得到所述注塑机内液压油的流量和压力；变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信号控制为所述注塑机提供液压油的液压水泵电机的运转频率；中央处理单元，用于接收、处理以及发送信号，包括接收所述状态检测单元得到的所述工作状态信号以及流量压力检测单元得到的流量压力检测信号，根据注塑机当前的工作状态得到所述状态下的工作压力及工作流量要求，在所述检测到的流量压力大于所述工作压力及工作流量要求时，输出要求降低所述液压水泵电机运转频率的所述变频信号到所述变频处理单元。

为解决上述技术问题而采用另一本发明技术方案：一种液压系统，包括为注塑机提供液压油的液压水泵和注塑机节电装置，所述注塑机节电装置包括：状态检测单元，用于检测并得到所述注塑机控制系统的工作状态信号；流量压力检测单元，用于检测并得到所述注塑机内液压油的流量和压力；变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信号控制所述液压水泵电机的运转频率；中央处理单元，用于接收、处理以及发送信号，包括接收所述状态检测单元得到的所述工作状态信号以及流量压力检测单元得到的流量压力检测信号，根据注塑机当前的工作状态得到所述状态下的工作压力及工作流量要求，在所述检测到的流量压力大于所述工作压力及工作流量要求时，输出要求降低所述液压水泵电机运转频率的所述变频信号到所述变频处理单元。

以上技术方案可以看出，区别于现有技术液压系统因液压油泵固定在额定频率工作而导致电能浪费严重的技术缺陷，本发明通过自动检测注塑机控制系统的工作状态信号得到注塑机当前的工作状态和工作压力及工作流量要求。一旦检测到的流量压力大于所述工作压力及工作流量要求时，则自动发送变频信号降低液压油泵电机的运转频率，调节液压油泵过高的供油水平，使液压系统的实际供油量与注塑机的液压油流量需求相一致，在不影响注塑机工作的同时有条件地降低液压系统油泵电机的运转频率，实现有效节能的目的；由于在注塑机低负荷情况下降低液压油流量和压力，也避免液压油流量不适当过大而致使溢流阀和管壁容易损坏的问题。

附图说明

图1是现有技术注塑机工作周期内液压油的压力与流量曲线示意图；

图2是本发明液压系统实施方式的原理框图；

图3是本发明注塑机节电装置实施方式的原理框图；

图4是采用本发明注塑机节电装置前后注塑机工作周期内液压油的压力与流量曲线示意图，其中虚线表示采用本发明之前的效果，实线表示采用本发明之后的效果。

具体实施方式

由流体力学理论可知，大部分流体传输设备(如离心式油泵、风机等)的输出流量Q与其转速n成正比；输出压力P(扬程)与其转速n的平方成正比；输出功率N与其转速n的三次方成正比，用数学公式可表示为：

Q＝K1×n

P＝K2×n2

N＝Q×P＝K3×n3(K1、K2、K3为比例常数)

由上述原理可知，降低液压系统中液压油泵电机的转速，油泵的输出功率就可以下降更多。如将电机的供电频率由50Hz降为40Hz，则理论上，低频40Hz与高频50Hz的输出功率之比为(40/50)3＝0.512。

又根据前述分析中可知，注塑机液压系统电能浪费问题的最直接原因是液压油泵的液压油输出流量与负载注塑机内的液压油流量需求不相适应，造成高压液压油溢流。针对此问题，发明人经长期实践证明，在液压系统中接入本发明注塑机节电装置，在注塑机低负荷时利用变频技术降低液压系统的液压油泵转速来降低注塑机内管道中的流量，以取代现有技术安设溢流阀或比例阀的方式，能取得明显的节能效果，节电率比较高。以下结合附图详细描述本发明。

图2是为实现上述技术效果而提供的本发明液压系统实施方式之一：

所述液压系统包括为注塑机提供液压油的液压油泵和注塑机节电装置。所述注塑机节电装置包括：

状态检测单元，用于检测并得到所述注塑机控制系统的工作状态信号；

流量压力检测单元，用于检测并得到所述注塑机内液压油的流量和压力；

变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信号控制所述液压油泵电机的运转频率；

中央处理单元，用于接收、处理以及发送信号，包括接收所述状态检测单元得到的所述工作状态信号以及流量压力检测单元得到的流量压力检测信号，根据注塑机当前的工作状态得到所述状态下的工作压力及工作流量要求，在所述检测到的流量压力大于所述工作压力及工作流量要求时，输出要求降低所述液压油泵电机运转频率的所述变频信号到所述变频处理单元。

上述的本发明液压系统实施方式主要是在现有技术液压系统的基础上增加注塑机节电装置，通过自动检测注塑机控制系统的工作状态信号得到注塑机当前的工作状态(开模、合模、射胶、回料、顶出等)和工作压力及工作流量要求。一旦检测到的流量压力大于所述工作压力及工作流量要求时，则自动发送变频信号降低液压油泵电机的运转频率，调节液压油泵过高的供油水平，使液压系统的实际供油量与注塑机的液压油流量需求相一致，实现节能的技术效果。

采用上述本发明，液压系统的液压油泵不再是在额定转速运转的，而是改由变频处理单元根据注塑机实际需求进行启停控制和调速运行，彻底消除溢流现象，节省电能消耗。

在其他本发明液压系统实施方式中，所述中央处理单元中输出变频信号的操作由降频计算单元处理，所述降频计算单元用于在所述检测到的流量压力大于所述工作压力及工作流量要求时，得出将所述液压水泵电机运转频率降低到足以使所述液压油泵实际供油量与注塑机的流量需求相一致的变频信号，并输出变频信号到所述变频处理单元。

这里的将所述液压水泵电机运转频率降低到足以使所述液压油泵实际供油量与注塑机的流量需求相一致，是指得到检测的流量压力与工作压力及工作流量要求的差值，预先测定所述差值与需要调整的油泵运转频率的对应关系，只要检测到注塑机内液压油当前的流量压力，就能依据所述对应关系，计算出将油泵运转频率调整到足以使后续的注塑机内液压油流量压力达到设定数值的变频信号。

在另一本发明注塑机节电装置中，所述计算出将油泵运转频率调整到足以使后续的注塑机内液压油流量压力达到设定数值的变频信号，可以由积分(PID)调节器处理完成。

具体实施方式中，所述状态检测单元检测的工作状态信号是所述注塑机控制系统的锁模信号、注模信号、开模信号以及项针信号。所述状态检测单元检测的工作状态信号类型和数量根据实际情况设定，要求是能正确得出注塑机当前处于何种工作状态，从而得到该工作状态下注塑机应该需要的液压油流量和压力大小。

所述流量压力检测单元检测的所述流量和压力来自于所述注塑机内各个部分的液压油。系统根据注塑机各部分的液压油情况，综合计算分析得到正确的液压油流量和压力信息。

此外，可以增加人机界面以方便观测和操作，比如增加连接所述中央处理单元的LCD界面、PVC键盘以及LED指示灯。

请参阅图3，是本发明提供的注塑机节电装置实施方式之一，其包括：

状态检测单元，用于检测注塑机控制系统的工作状态信号；

流量压力检测单元，用于检测并得到所述注塑机内液压油的流量和压力；

变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信号控制为所述注塑机提供液压油的液压水泵电机的运转频率；

中央处理单元，用于接收、处理以及发送信号，包括接收所述状态检测单元得到的所述工作状态信号以及流量压力检测单元得到的流量压力检测信号，根据注塑机当前的工作状态得到所述状态下的工作压力及工作流量要求，在所述检测到的流量压力大于所述工作压力及工作流量要求时，输出要求降低所述液压水泵电机运转频率的所述变频信号到所述变频处理单元。

在另一本发明注塑机节电装置中，所述计算出将油泵运转频率调整到足以使后续的注塑机内液压油流量压力达到设定数值的变频信号，可以由积分(PID)调节器处理完成。

所述变频处理单元可以采用正弦波脉宽调(SPWM)的自关断器件，变频调速范围能适应各种调速设备的要求。控制精度高，变频处理单元的数字设定分辨率为±0.01％，模拟设定分辨率为±0.1％。

所述变频处理单元变频器为容性负载，可有效改善电机的功率因数，减少无功损耗；还具有过流、过压、过载、过热等多种电子保护装置，并具有丰富的故障报警输出功能，可有效保证整个系统的正常运作；变频拖动系统的启动、停止及速度转换过程平稳顺畅，舒适感较好；有“手动”“自动”两种工作模式，在变频器出现故障的情况下，仍可按手动工作方式继续运行；并且还具有电压、电流、功率因数、频率等显示功能。

所述中央处理单元可以是可编程控制器(PLC)，或者由PLC、PID调节器及一体化节电器组成的计算单元。

本发明的技术效果可参阅图4，图4是采用本发明注塑机节电装置前后注塑机工作周期内液压油的压力与流量曲线示意图，其中虚线表示采用本发明之前的效果，实线表示采用本发明之后的效果。很明显，采用本发明之后，在保证注塑机正常工作的同时，液压油泵电机的工作频率可以适当降低，在某些工作时段甚至可以降为0，大大降低了油泵的能耗，实现节能的技术效果。

以上可以看出，本发明注塑机节电装置可跟踪注塑机实时所需的流量和压力变化，自动调节油泵电机的转速，调节油泵供油量，使油泵实际供油量与注塑机实际负载流量在任何工作阶段均能保持一致，在冷却阶段，会自动地将油泵电机转数降低新近为零，流量比例阀和压力比例阀的电流为接近0A，阀门是关闭的，从而使液压系统接近零压力，零流量，彻底消除溢流现象和液压油发热现象，节省油泵电机的电能消耗，延长管道的寿命。并使定量泵变为节能型变量泵，使注塑机运行于最佳节能状态，而且不影响注塑机正常生产，产量不会减少。

在现有注塑机型与生产工艺情况下，采用本发明一般节电率在15％-60％以上。同时注塑机节电装置的软启动功能及平滑调速的特点可实现对注塑机的平稳调节，并可延长机器的使用寿命。

以上对本发明所提供的一种注塑机节电装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种注塑机节电装置，其特征在于，包括：

状态检测单元，用于检测注塑机控制系统的工作状态信号；

流量压力检测单元，用于检测并得到所述注塑机内液压油的流量和压力；

变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信号控制为所述注塑机提供液压油的液压油泵电机的运转频率；

中央处理单元，用于接收、处理以及发送信号，包括接收所述状态检测单元得到的所述工作状态信号以及流量压力检测单元得到的流量压力检测信号，根据注塑机当前的工作状态得到所述状态下的工作压力及工作流量要求，在所述检测到的流量压力大于所述工作压力及工作流量要求时，输出要求降低所述液压油泵电机运转频率的所述变频信号到所述变频处理单元。

2.根据权利要求1所述的注塑机节电装置，其特征在于，所述中央处理单元中输出变频信号的操作由降频计算单元处理，所述降频计算单元用于在所述检测到的流量压力大于所述工作压力及工作流量要求时，得出将所述液压油泵电机运转频率降低到足以使所述液压油泵实际供油量与注塑机的流量需求相一致的变频信号，并输出变频信号到所述变频处理单元。

3.根据权利要求2所述的注塑机节电装置，其特征在于，所述降频计算单元处理是积分调节器。

4.根据权利要求2所述的注塑机节电装置，其特征在于，所述变频处理单元是采用正弦波脉宽调的自关断器件。

5.根据权利要求2所述的注塑机节电装置，其特征在于，所述中央处理单元是可编程控制器。

6.一种液压系统，包括为注塑机提供液压油的液压油泵，其特征在于，进一步包括：注塑机节电装置，其包括：

状态检测单元，用于检测并得到所述注塑机控制系统的工作状态信号；

流量压力检测单元，用于检测并得到所述注塑机内液压油的流量和压力；

变频处理单元，用于接收变频信号，并依据所述变频信号控制所述液压油泵电机的运转频率；

中央处理单元，用于接收、处理以及发送信号，包括接收所述状态检测单元得到的所述工作状态信号以及流量压力检测单元得到的流量压力检测信号，根据注塑机当前的工作状态得到所述状态下的工作压力及工作流量要求，在所述检测到的流量压力大于所述工作压力及工作流量要求时，输出要求降低所述液压油泵电机运转频率的所述变频信号到所述变频处理单元。

7.根据权利要求6所述的液压系统，其特征在于，所述中央处理单元中输出变频信号的操作由降频计算单元处理，所述降频计算单元用于在所述检测到的流量压力大于所述工作压力及工作流量要求时，得出将所述液压油泵电机运转频率降低到足以使所述液压油泵实际供油量与注塑机的流量需求相一致的变频信号，并输出变频信号到所述变频处理单元。

8.根据权利要求6所述的液压系统，其特征在于，所述状态检测单元检测的工作状态信号是所述注塑机控制系统的锁模信号、注模信号、开模信号以及项针信号。

9.根据权利要求6所述的液压系统，其特征在于，所述流量压力检测单元检测的所述流量和压力来自于所述注塑机内各个部分的液压油。

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