CN204284038U - 一种用于伺服注塑机的节能动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于伺服注塑机的节能动力系统，包括油箱、测速传感器、伺服电机驱动器、伺服电机、控制器、压力传感器、输油管路、比例流量阀、斜排角控制油缸、变量排油泵、油泵阀板，所述变量排油泵设置在所述输油管路上，伺服电机设置在变排量油泵上，所述伺服电机驱动器同时与所述伺服电机、所述测速传感器、及控制器相连，变量排油泵的输出端与油泵阀板相连通，所述压力传感器设置在所述油泵阀板上，所述压力传感器与控制器以及伺服电机驱动器相连，所述比例流量阀设置在所述变量排油泵上，所述比例流量阀与控制器的输出端相连。本实用新型的优点：有效降低注塑机动力系统成本，提高伺服电机的能源利用效率，具有显著的节能性。

Description

一种用于伺服注塑机的节能动力系统

技术领域

本实用新型涉及一种动力系统，属于伺服注塑机的技术领域，尤其是一种用于伺服注塑机的节能动力系统。

背景技术

注塑机是一种塑料注射成型的机器，在整过运行过程中，一般包括注射、保压、储料、座退、开模、顶出、合模、座进等动作，各个动作都需要不同的压力和流量。如注射时需要较大的流量，模腔快注射满时一般压力会增加，而流量会降低；关模时前期压力较低，只要推动模板移动，为了加快速度而需要较大的流量，后期高压锁模时确实需要很高的压力和较低的流量，在座台动作时，则通常只需要较低的流量和压力即可。按常规的设计方法，为满足较大的流量，则需要较大排量的油泵；为实现大排量下能生产高压，则需要电机能输出较大的扭矩。当大压力、小流量时，伺服电机、伺服驱动器都会发热，产生较多的能量损耗，且大排量油泵和大扭矩电机都会使机器有较大的硬件成本。

动力系统大致有三种模式：

1、定量泵动力系统组成：三相异步电机、定量泵、比例压力阀和比例流量阀等。三相异步电机提供一个固定转速的旋转动力；在三相异步电机带动下，定量泵按固定排量输出液压油；而系统各动作需要的不同的压力和流量，分别由比例压力阀和比例流量阀控制。当在保压，注塑机动作压力大于设定值时，油泵排出的油无法进入系统，则油泵排出的油通过比例压力阀和比例流量阀流回油箱；当注塑机动作压力小于设定值时，比例压力阀保持封闭，不会有油通过比例压力阀流回油箱；当注塑机动作不需要全部流量时，多余的流量通过比例流量阀流回油箱。通过比例压力阀或比例流量阀流回油箱液压油，对于注塑机各动作无益，在系统当中做了无用功，产生了较大的能量损耗。无论机器是否动作，三相异步电机都在工作，也会消耗能量，造成能量的损失。

2、变量泵动力系统组成：三相异步电机、变量泵、排量控制比例阀、比例压力阀等。三相异步电机提供一个固定转速的旋转动力；在三相异步电机带动下，变量泵按可按上位机设定的流量值，通过排量比例阀调整油泵的实际排量；注塑机需要的压力通过比例压力阀调节，当在保压等，注塑机动作压力大于设定值时，油泵排除的油，无法输入到系统中的还是通过比例压力阀流回油箱。变量泵系统比定量泵系统在节能方面已经有了很大的进步，在速度控制模式时，变量泵系统只提供系统需要的流量，不会提供多余的流量，但在压力控制模式下，关注压力的稳定，肯定有部分液压油会通过比例压力阀溢流回油箱，无法避免这部分能量的损失。

3、伺服动力系统组成：伺服驱动器、伺服同步电机、定量泵、溢流阀(安全阀)等。伺服驱动器可控制伺服同步电机输出不同的转速，从而带动定量泵输出不同的流量。并且通过检测安装在伺服电机上的转速编码器，可对电机旋转运动进行闭环控制，从而可以稳定每个周期中同一动作时定量泵输出的流量。通过检测安装在系统上的压力传感器，可对电机旋转运动的扭矩进行闭环控制，在保压等需要压力控制的动作时，可以稳定每个周器中同该动作的压力，在非压力控制的动作时，可作为压力保护使用。溢流阀在系统中起安全保护作用。只有当伺服驱动器出现故障时，系统压力不受控制，超出设备允许最高压力时起作用。伺服动力系统比定量泵系统和变量泵系统都更加节能，因为它可按照各动作需要提供准确的压力和流量，不产生多余的流量损耗，并且在冷却等不需要电机工作的时候，伺服电机系统可停止电机的运转，可避免无谓运行产生的能量损耗。但伺服电机可降低电机的转速的特点，使它只能使用齿轮泵或柱塞泵等，不能使用叶片泵。而无论是齿轮泵还是柱塞泵在工作时，系统压力都会按照转速及油泵的齿数或柱塞数，产生相应的脉动。在高压力、低流量的情况下，如保压动作，或慢速高压注射时，脉动更加明显。

在以液压油作为动力的注塑机上，伺服动力系统是目前最节能的动力方案。按常规伺服动力的设计方法，系统的流量是电机转速和油泵排量的乘积，一般采用定量泵，系统流量也就和电机转速成正比。电机转速和伺服驱动器输出的频率相关，即与伺服电机输出的有效电压相关，系统的压力与电机的扭矩和油泵的排量相关，电机的扭矩是系统的压力和油泵排量乘积。在额定功率内，电机扭矩与电机电流成正比。一般设计伺服动力系统，为满足较大的流量，则需要较大排量的油泵；为了再各工况下能生产高压，则需要电机能输出较大的扭矩。当注塑机动作需要较大压力时，伺服电机需要较大的扭矩，为产生较大的扭矩，伺服电机和伺服驱动器需要较大的电流，电流越大，伺服电机、伺服驱动器发热量越大，产生较多的能量损耗。并且大排量油泵和大扭矩电机都会使机器有较大的硬件成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了弥补现有技术的不足，提供一种可降低伺服电机和伺服电机驱动器的功率，最终降低机器的成本，同时具有节能效果的用于伺服注塑机的节能动力系统。

为了达到本实用新型的目的，技术方案如下：

一种用于伺服注塑机的节能动力系统，其特征在于：包括油箱、测速传感器、伺服电机驱动器、伺服电机、控制器、压力传感器、输油管路、比例流量阀、斜排角控制油缸、变量排油泵、油泵阀板，

所述变量排油泵设置在所述输油管路上，伺服电机设置在变排量油泵上，

所述伺服电机驱动器同时与所述伺服电机、所述测速传感器、及控制器相连，

变量排油泵的输出端与油泵阀板相连通，所述压力传感器设置在所述油泵阀板上，

所述压力传感器与控制器以及伺服电机驱动器相连，所述比例流量阀设置在所述变量排油泵上，所述比例流量阀与控制器的输出端相连。

作为优选的技术方案：所述变排量油泵上设置有斜盘位置传感器，所述斜盘位置传感器与所述伺服电机驱动器连接。

作为优选的技术方案：变量排油泵在系统最高压力和最大流量时所需的功率大于伺服电机或伺服驱动器的额定功率。

控制器为PLC(Programmable Logic Controller，PLC)，即可编程逻辑控制器。控制器与伺服驱动器通过总线进行连接通讯。

斜盘位置传感器用于测定变量排油泵的排量，伺服驱动器可根据变量排油泵上的斜盘位置传感器的信号，调整输出转速，进而通过伺服电机调整变量排油泵的排量。

伺服驱动器和伺服电机在做高压低速注射，或者低速保压时，控制器按规则调整变量排油泵排量，使伺服驱动器和伺服电机保持较小的电流，伺服电机保持较高的转速，从而保证长时间的工作，以及稳定的压力。

节能动力系统包括伺服电机、伺服驱动器、变量排油泵、压力传感器、总线通讯线及控制器。控制器和伺服驱动器之间通过总线进行连接，总线上的信号包括压力、流量指令信号、变量排油泵排量信号等、以及其他信号。伺服驱动器接受上位机信号，以及接受系统中压力传感器、斜盘位置传感器、电机转速编码等信号后，经计算输出电压和电流，驱动伺服电机按一定转速和扭矩运行；另外，伺服驱动器接受上位机信号后，输出流量信号控制变量排油泵的流量。变量排油泵为带斜盘位置反馈的变量柱塞泵，变量排油泵在注塑机最高系统压力下需要的扭矩是伺服电机额定扭矩的1.5～2倍，伺服电机在最高压力最大油泵排量时所需的电流是伺服驱动器的额定电流的1.8～2.3倍。

本实用新型的控制方法为：在注塑机运行各个动作时，上位机都会发出压力、流量、变量泵斜排角指令信号等，变量泵斜排角会按照不同的动作进行比例输出，如注射、储料等大流量动作时，按设定流量值输出，除注射、储料动作外，其余动作时按设定流量值得x％(x数值可在上位机上设定，按照油泵排量的x％在系统压力下需要的扭矩为电机的额定扭矩的1.2倍进行计算)输出；在注射动作时，前期模腔未填充，负载较低，变量排油泵排量最大伺服电机也能承受，随着模腔填充，负载不断增大，当伺服电机电流超过伺服驱动器额定电流值的1.5倍时，伺服驱动器自主调节油泵斜排角，减小变量排油泵排量，控制伺服电机电流在伺服驱动器额定电流值的1.5倍以内，同时伺服电机转速维持在一个较高的转速。即根据压力、流量的变化情况，通过改变排量、电机转速等方法，降低伺服电机和伺服电机驱动器的功率，最终降低机器的成本，同时具有更加节能的效果，适用于绝大部分的塑料制品注塑生产。

本实用新型具有的有益效果：

在各动作下，变量排油泵排量都按设定的流量值变化，所有未达到99％流量的设定都可减小变量排油泵输出排量，也就是可减小伺服电机扭矩。较低的电机扭矩意味着较低的电机成本，减小伺服电机扭矩，也就是可减小伺服电机电流、伺服驱动器电流，可选择小规格的驱动器，降低伺服驱动器的成本；较小的电流，可减小伺服电机的发热量，提高伺服电机效率，比常规的注塑机伺服动力系统更加节能；可随设置减小排量，也就可维持伺服电机转速在较快的速度，油压脉动可减小，机器运行更加平稳。在长时间高压低速注射或保压时，变量排油泵按比例减小排量，避免伺服电机过载报警，并且节能效果最为明显；较大的变量排油泵排量配置，可在注射前期提供较大的系统流量，可满足快速成型要求，提高生产效率。

附图说明

图1是本实用新型节能动力系统的原理示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步描述，但本实用新型的保护范围不仅仅局限于实施例。

如图1所示，一种用于伺服注塑机的节能动力系统，包括油箱1、,测速传感器3、伺服电机驱动器4、伺服电机5、控制器6、压力传感器7、输油管路8、比例流量阀9、斜排角控制油缸10、变量排油泵11、斜盘位置传感器12、油泵阀板13。

输油管路8与油箱1接通，且输油管路8与油箱1的接通处设置有吸油滤油器2，变量排油泵11设置在输油管路8上，伺服电机5设置在变排量油泵11上。伺服电机驱动器4同时与伺服电机5、测速传感器3、及控制器6相连，测速传感器3用于测定伺服电机5的转速。

变量排油泵11的输出端与油泵阀板13相连通，压力传感器7设置在油泵阀板13上，压力传感器7还与输油管路8相连并可测试输油管路8中的油压。压力传感器7与控制器6以及伺服电机驱动器4相连，可将输油管路8中的油压数据传给控制器6，系统的压力也是通过伺服电机驱动器4来调节，更加节能。

比例流量阀9设置在变量排油泵11上，变量排油泵11通过比例流量阀9控制排量，比例流量阀9与控制器6的输出端相连。

变排量油泵11上设置有斜盘位置传感器12，斜盘位置传感器12用于测定变量排油泵11的排量，斜盘位置传感器12与伺服电机驱动器4连接，将变量排油泵11的排量信号传给伺服电机驱动器4。

变量排油泵11在系统最高压力和最大流量时所需的功率大于伺服电机5或伺服驱动器4的额定功率。

控制器6除接收压力传感器7检测的压力值外，还接收注塑机上相应的检测信息，控制器6根据输入所需控制信息及相应检测信息控制伺服电机驱动器4的电压、电流输出及油泵排量信号，伺服电机驱动器4控制伺服电机5的转速和扭矩，伺服电机5的转速通过测速传感器3的输出信号来进行闭环控制，压力通过采集压力传感器7的信号来进行闭环控制；伺服电机5带动变量排油泵11向系统供油。

本专利中，可利用电机编码器，由伺服电机驱动器4实现伺服电机5转速闭环控制，可利用斜盘位置传感器12，由伺服电机驱动器4实现变量排油泵11排量闭环控制，可利用压力传感器7，由伺服电机驱动器4实现系统压力闭环控制。

变量排油泵11改变排量后，可降低伺服电机驱动器4、伺服电机5的功率配置，而传统的定量泵无法了解排量，就无法降低伺服电机驱动器4、伺服电机的功率配置5.另外，降低变量排油泵11排量后，能实现提高伺服电机5转速带来的更平稳的效果，同时也能降低伺服电机5、伺服电机驱动器4的电流，无法实现更加节能的效果。

另外，通过伺服电机驱动器4和变量排油泵11调节系统的流量，使得伺服电机驱动器4控制的伺服电机5的转速和变量排油泵11排量的乘积与系统流量成正比。

在注塑机工作中，控制器6会给伺服电机驱动器4输入压力、流量、油泵排量等信号。流量是指油泵出口的单位时间通过液压油的体积，由电机转速和油泵排量决定。伺服驱动器4会根据控制器6给出的油泵排量信号调整伺服电机5转速，从而实现所需的系统流量。注射和储料过程时，通常需要较大的流量，油泵排量信号是油泵总排量与控制器6上设定值的乘积决定的。这时注塑机如以最大压力和流量工作时，伺服电机5和伺服电机驱动器4处于安全的短时超载状态，可最大程度利用资源。在其他动作时，通常流量较小，油泵排量信号是油泵总排量的x％(x数值可在上位机上设定，按照油泵排量的x％在系统压力下需要的扭矩为伺服电机5的额定扭矩的1.2倍进行计算)，再与控制器6上设定值的乘积决定的，这时伺服电机5的负载较低，可有效降低伺服电机5的电流，减少发热损耗，提高机器运行效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案，因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

Claims (3)

1.一种用于伺服注塑机的节能动力系统，其特征在于：包括油箱(1)、测速传感器(3)、伺服电机驱动器(4)、伺服电机(5)、控制器(6)、压力传感器(7)、输油管路(8)、比例流量阀(9)、斜排角控制油缸(10)、变量排油泵(11)、油泵阀板(13)，

所述变量排油泵(11)设置在所述输油管路(8)上，伺服电机(5)设置在变排量油泵(11)上，

所述伺服电机驱动器(4)同时与所述伺服电机(5)、所述测速传感器(3)、及控制器(6)相连，

变量排油泵(11)的输出端与油泵阀板(13)相连通，所述压力传感器(7)设置在所述油泵阀板(13)上，

所述压力传感器(7)与控制器(6)以及伺服电机驱动器(4)相连，所述比例流量阀(9)设置在所述变量排油泵(11)上，所述比例流量阀(9)与控制器(6)的输出端相连。

2.根据权利要求1所述的用于伺服注塑机的节能动力系统，其特征在于：所述变排量油泵(11)上设置有斜盘位置传感器(12)，所述斜盘位置传感器(12)与所述伺服电机驱动器(4)连接。

3.根据权利要求1所述的用于伺服注塑机的节能动力系统，其特征在于：变量排油泵(11)在系统最高压力和最大流量时所需的功率大于伺服电机(5)或伺服驱动器(4)的额定功率。