專利名稱:一種用于伺服注塑機的節(jié)能動力系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于伺服注塑機的節(jié)能動力系統(tǒng)，包括油箱、測速傳感器、伺服電機驅(qū)動器、伺服電機、控制器、壓力傳感器、輸油管路、比例流量閥、斜排角控制油缸、變量排油泵、油泵閥板，所述變量排油泵設(shè)置在所述輸油管路上，伺服電機設(shè)置在變排量油泵上，所述伺服電機驅(qū)動器同時與所述伺服電機、所述測速傳感器、及控制器相連，變量排油泵的輸出端與油泵閥板相連通，所述壓力傳感器設(shè)置在所述油泵閥板上，所述壓力傳感器與控制器以及伺服電機驅(qū)動器相連，所述比例流量閥設(shè)置在所述變量排油泵上，所述比例流量閥與控制器的輸出端相連。本實用新型的優(yōu)點：有效降低注塑機動力系統(tǒng)成本，提高伺服電機的能源利用效率，具有顯著的節(jié)能性。
【專利說明】一種用于伺服注塑機的節(jié)能動力系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種動力系統(tǒng)，屬于伺服注塑機的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種用于伺服注塑機的節(jié)能動力系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]注塑機是一種塑料注射成型的機器，在整過運行過程中，一般包括注射、保壓、儲料、座退、開模、頂出、合模、座進等動作，各個動作都需要不同的壓力和流量。如注射時需要較大的流量，模腔快注射滿時一般壓力會增加，而流量會降低；關(guān)模時前期壓力較低，只要推動模板移動，為了加快速度而需要較大的流量，后期高壓鎖模時確實需要很高的壓力和較低的流量，在座臺動作時，則通常只需要較低的流量和壓力即可。按常規(guī)的設(shè)計方法，為滿足較大的流量，則需要較大排量的油泵；為實現(xiàn)大排量下能生產(chǎn)高壓，則需要電機能輸出較大的扭矩。當大壓力、小流量時，伺服電機、伺服驅(qū)動器都會發(fā)熱，產(chǎn)生較多的能量損耗，且大排量油泵和大扭矩電機都會使機器有較大的硬件成本。
[0003]動力系統(tǒng)大致有三種模式:
[0004]1、定量泵動力系統(tǒng)組成:三相異步電機、定量泵、比例壓力閥和比例流量閥等。三相異步電機提供一個固定轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)動力；在三相異步電機帶動下，定量泵按固定排量輸出液壓油；而系統(tǒng)各動作需要的不同的壓力和流量，分別由比例壓力閥和比例流量閥控制。當在保壓，注塑機動作壓力大于設(shè)定值時，油泵排出的油無法進入系統(tǒng)，則油泵排出的油通過比例壓力閥和比例流量閥流回油箱；當注塑機動作壓力小于設(shè)定值時，比例壓力閥保持封閉，不會有油通過比例壓力閥流回油箱；當注塑機動作不需要全部流量時，多余的流量通過比例流量閥流回油箱。通過比例壓力閥或比例流量閥流回油箱液壓油，對于注塑機各動作無益，在系統(tǒng)當中做了無用功，產(chǎn)生了較大的能量損耗。無論機器是否動作，三相異步電機都在工作，也會消耗能量，造成能量的損失。
[0005]2、變量泵動力系統(tǒng)組成:三相異步電機、變量泵、排量控制比例閥、比例壓力閥等。三相異步電機提供一個固定轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)動力；在三相異步電機帶動下，變量泵按可按上位機設(shè)定的流量值，通過排量比例閥調(diào)整油泵的實際排量；注塑機需要的壓力通過比例壓力閥調(diào)節(jié)，當在保壓等，注塑機動作壓力大于設(shè)定值時，油泵排除的油，無法輸入到系統(tǒng)中的還是通過比例壓力閥流回油箱。變量泵系統(tǒng)比定量泵系統(tǒng)在節(jié)能方面已經(jīng)有了很大的進步，在速度控制模式時，變量泵系統(tǒng)只提供系統(tǒng)需要的流量，不會提供多余的流量，但在壓力控制模式下，關(guān)注壓力的穩(wěn)定，肯定有部分液壓油會通過比例壓力閥溢流回油箱，無法避免這部分能量的損失。
[0006]3、伺服動力系統(tǒng)組成:伺服驅(qū)動器、伺服同步電機、定量泵、溢流閥(安全閥)等。伺服驅(qū)動器可控制伺服同步電機輸出不同的轉(zhuǎn)速，從而帶動定量泵輸出不同的流量。并且通過檢測安裝在伺服電機上的轉(zhuǎn)速編碼器，可對電機旋轉(zhuǎn)運動進行閉環(huán)控制，從而可以穩(wěn)定每個周期中同一動作時定量泵輸出的流量。通過檢測安裝在系統(tǒng)上的壓力傳感器，可對電機旋轉(zhuǎn)運動的扭矩進行閉環(huán)控制，在保壓等需要壓力控制的動作時，可以穩(wěn)定每個周器中同該動作的壓力，在非壓力控制的動作時，可作為壓力保護使用。溢流閥在系統(tǒng)中起安全保護作用。只有當伺服驅(qū)動器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)壓力不受控制，超出設(shè)備允許最高壓力時起作用。伺服動力系統(tǒng)比定量泵系統(tǒng)和變量泵系統(tǒng)都更加節(jié)能，因為它可按照各動作需要提供準確的壓力和流量，不產(chǎn)生多余的流量損耗，并且在冷卻等不需要電機工作的時候，伺服電機系統(tǒng)可停止電機的運轉(zhuǎn)，可避免無謂運行產(chǎn)生的能量損耗。但伺服電機可降低電機的轉(zhuǎn)速的特點，使它只能使用齒輪泵或柱塞泵等，不能使用葉片泵。而無論是齒輪泵還是柱塞泵在工作時，系統(tǒng)壓力都會按照轉(zhuǎn)速及油泵的齒數(shù)或柱塞數(shù)，產(chǎn)生相應(yīng)的脈動。在高壓力、低流量的情況下，如保壓動作，或慢速高壓注射時，脈動更加明顯。
[0007]在以液壓油作為動力的注塑機上，伺服動力系統(tǒng)是目前最節(jié)能的動力方案。按常規(guī)伺服動力的設(shè)計方法，系統(tǒng)的流量是電機轉(zhuǎn)速和油泵排量的乘積，一般采用定量泵，系統(tǒng)流量也就和電機轉(zhuǎn)速成正比。電機轉(zhuǎn)速和伺服驅(qū)動器輸出的頻率相關(guān)，即與伺服電機輸出的有效電壓相關(guān)，系統(tǒng)的壓力與電機的扭矩和油泵的排量相關(guān)，電機的扭矩是系統(tǒng)的壓力和油泵排量乘積。在額定功率內(nèi)，電機扭矩與電機電流成正比。一般設(shè)計伺服動力系統(tǒng)，為滿足較大的流量，則需要較大排量的油泵；為了再各工況下能生產(chǎn)高壓，則需要電機能輸出較大的扭矩。當注塑機動作需要較大壓力時，伺服電機需要較大的扭矩，為產(chǎn)生較大的扭矩，伺服電機和伺服驅(qū)動器需要較大的電流，電流越大，伺服電機、伺服驅(qū)動器發(fā)熱量越大，產(chǎn)生較多的能量損耗。并且大排量油泵和大扭矩電機都會使機器有較大的硬件成本。
實用新型內(nèi)容
[0008]本實用新型的目的是為了彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可降低伺服電機和伺服電機驅(qū)動器的功率，最終降低機器的成本，同時具有節(jié)能效果的用于伺服注塑機的節(jié)能動力系統(tǒng)。
[0009]為了達到本實用新型的目的，技術(shù)方案如下:
[0010]一種用于伺服注塑機的節(jié)能動力系統(tǒng)，其特征在于:包括油箱、測速傳感器、伺服電機驅(qū)動器、伺服電機、控制器、壓力傳感器、輸油管路、比例流量閥、斜排角控制油缸、變量排油泵、油泵閥板，
[0011]所述變量排油泵設(shè)置在所述輸油管路上，伺服電機設(shè)置在變排量油泵上，
[0012]所述伺服電機驅(qū)動器同時與所述伺服電機、所述測速傳感器、及控制器相連，
[0013]變量排油泵的輸出端與油泵閥板相連通，所述壓力傳感器設(shè)置在所述油泵閥板上，
[0014]所述壓力傳感器與控制器以及伺服電機驅(qū)動器相連，所述比例流量閥設(shè)置在所述變量排油泵上，所述比例流量閥與控制器的輸出端相連。
[0015]作為優(yōu)選的技術(shù)方案:所述變排量油泵上設(shè)置有斜盤位置傳感器，所述斜盤位置傳感器與所述伺服電機驅(qū)動器連接。
[0016]作為優(yōu)選的技術(shù)方案:變量排油泵在系統(tǒng)最高壓力和最大流量時所需的功率大于伺服電機或伺服驅(qū)動器的額定功率。
[0017]控制器為PLC(Programmable Logic Controller，PLC)，即可編程邏輯控制器?？刂破髋c伺服驅(qū)動器通過總線進行連接通訊。
[0018]斜盤位置傳感器用于測定變量排油泵的排量，伺服驅(qū)動器可根據(jù)變量排油泵上的斜盤位置傳感器的信號，調(diào)整輸出轉(zhuǎn)速，進而通過伺服電機調(diào)整變量排油泵的排量。
[0019]伺服驅(qū)動器和伺服電機在做高壓低速注射，或者低速保壓時，控制器按規(guī)則調(diào)整變量排油泵排量，使伺服驅(qū)動器和伺服電機保持較小的電流，伺服電機保持較高的轉(zhuǎn)速，從而保證長時間的工作，以及穩(wěn)定的壓力。
[0020]節(jié)能動力系統(tǒng)包括伺服電機、伺服驅(qū)動器、變量排油泵、壓力傳感器、總線通訊線及控制器?？刂破骱退欧?qū)動器之間通過總線進行連接，總線上的信號包括壓力、流量指令信號、變量排油泵排量信號等、以及其他信號。伺服驅(qū)動器接受上位機信號，以及接受系統(tǒng)中壓力傳感器、斜盤位置傳感器、電機轉(zhuǎn)速編碼等信號后，經(jīng)計算輸出電壓和電流，驅(qū)動伺服電機按一定轉(zhuǎn)速和扭矩運行；另外，伺服驅(qū)動器接受上位機信號后，輸出流量信號控制變量排油泵的流量。變量排油泵為帶斜盤位置反饋的變量柱塞泵，變量排油泵在注塑機最高系統(tǒng)壓力下需要的扭矩是伺服電機額定扭矩的1.5?2倍，伺服電機在最高壓力最大油泵排量時所需的電流是伺服驅(qū)動器的額定電流的1.8?2.3倍。
[0021]本實用新型的控制方法為:在注塑機運行各個動作時，上位機都會發(fā)出壓力、流量、變量泵斜排角指令信號等，變量泵斜排角會按照不同的動作進行比例輸出，如注射、儲料等大流量動作時，按設(shè)定流量值輸出，除注射、儲料動作外，其余動作時按設(shè)定流量值得X% (X數(shù)值可在上位機上設(shè)定，按照油泵排量的在系統(tǒng)壓力下需要的扭矩為電機的額定扭矩的1.2倍進行計算)輸出；在注射動作時，前期模腔未填充，負載較低，變量排油泵排量最大伺服電機也能承受，隨著模腔填充，負載不斷增大，當伺服電機電流超過伺服驅(qū)動器額定電流值的1.5倍時，伺服驅(qū)動器自主調(diào)節(jié)油泵斜排角，減小變量排油泵排量，控制伺服電機電流在伺服驅(qū)動器額定電流值的1.5倍以內(nèi)，同時伺服電機轉(zhuǎn)速維持在一個較高的轉(zhuǎn)速。即根據(jù)壓力、流量的變化情況，通過改變排量、電機轉(zhuǎn)速等方法，降低伺服電機和伺服電機驅(qū)動器的功率，最終降低機器的成本，同時具有更加節(jié)能的效果，適用于絕大部分的塑料制品注塑生產(chǎn)。
[0022]本實用新型具有的有益效果:
[0023]在各動作下，變量排油泵排量都按設(shè)定的流量值變化，所有未達到99%流量的設(shè)定都可減小變量排油泵輸出排量，也就是可減小伺服電機扭矩。較低的電機扭矩意味著較低的電機成本，減小伺服電機扭矩，也就是可減小伺服電機電流、伺服驅(qū)動器電流，可選擇小規(guī)格的驅(qū)動器，降低伺服驅(qū)動器的成本；較小的電流，可減小伺服電機的發(fā)熱量，提高伺服電機效率，比常規(guī)的注塑機伺服動力系統(tǒng)更加節(jié)能；可隨設(shè)置減小排量，也就可維持伺服電機轉(zhuǎn)速在較快的速度，油壓脈動可減小，機器運行更加平穩(wěn)。在長時間高壓低速注射或保壓時，變量排油泵按比例減小排量，避免伺服電機過載報警，并且節(jié)能效果最為明顯；較大的變量排油泵排量配置，可在注射前期提供較大的系統(tǒng)流量，可滿足快速成型要求，提高生產(chǎn)效率。

【附圖說明】

[0024]圖1是本實用新型節(jié)能動力系統(tǒng)的原理示意圖。

【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合實施例對本實用新型作進一步描述，但本實用新型的保護范圍不僅僅局限于實施例。
[0026]如圖1所示，一種用于伺服注塑機的節(jié)能動力系統(tǒng)，包括油箱1、，測速傳感器3、伺服電機驅(qū)動器4、伺服電機5、控制器6、壓力傳感器7、輸油管路8、比例流量閥9、斜排角控制油缸10、變量排油泵11、斜盤位置傳感器12、油泵閥板13。
[0027]輸油管路8與油箱I接通，且輸油管路8與油箱I的接通處設(shè)置有吸油濾油器2，變量排油泵11設(shè)置在輸油管路8上，伺服電機5設(shè)置在變排量油泵11上。伺服電機驅(qū)動器4同時與伺服電機5、測速傳感器3、及控制器6相連，測速傳感器3用于測定伺服電機5的轉(zhuǎn)速。
[0028]變量排油泵11的輸出端與油泵閥板13相連通，壓力傳感器7設(shè)置在油泵閥板13上，壓力傳感器7還與輸油管路8相連并可測試輸油管路8中的油壓。壓力傳感器7與控制器6以及伺服電機驅(qū)動器4相連，可將輸油管路8中的油壓數(shù)據(jù)傳給控制器6，系統(tǒng)的壓力也是通過伺服電機驅(qū)動器4來調(diào)節(jié)，更加節(jié)能。
[0029]比例流量閥9設(shè)置在變量排油泵11上，變量排油泵11通過比例流量閥9控制排量，比例流量閥9與控制器6的輸出端相連。
[0030]變排量油泵11上設(shè)置有斜盤位置傳感器12，斜盤位置傳感器12用于測定變量排油泵11的排量，斜盤位置傳感器12與伺服電機驅(qū)動器4連接，將變量排油泵11的排量信號傳給伺服電機驅(qū)動器4。
[0031]變量排油泵11在系統(tǒng)最高壓力和最大流量時所需的功率大于伺服電機5或伺服驅(qū)動器4的額定功率。
[0032]控制器6除接收壓力傳感器7檢測的壓力值外，還接收注塑機上相應(yīng)的檢測信息，控制器6根據(jù)輸入所需控制信息及相應(yīng)檢測信息控制伺服電機驅(qū)動器4的電壓、電流輸出及油泵排量信號，伺服電機驅(qū)動器4控制伺服電機5的轉(zhuǎn)速和扭矩，伺服電機5的轉(zhuǎn)速通過測速傳感器3的輸出信號來進行閉環(huán)控制，壓力通過采集壓力傳感器7的信號來進行閉環(huán)控制；伺服電機5帶動變量排油泵11向系統(tǒng)供油。
[0033]本專利中，可利用電機編碼器，由伺服電機驅(qū)動器4實現(xiàn)伺服電機5轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，可利用斜盤位置傳感器12，由伺服電機驅(qū)動器4實現(xiàn)變量排油泵11排量閉環(huán)控制，可利用壓力傳感器7，由伺服電機驅(qū)動器4實現(xiàn)系統(tǒng)壓力閉環(huán)控制。
[0034]變量排油泵11改變排量后，可降低伺服電機驅(qū)動器4、伺服電機5的功率配置，而傳統(tǒng)的定量泵無法了解排量，就無法降低伺服電機驅(qū)動器4、伺服電機的功率配置5.另外，降低變量排油泵11排量后，能實現(xiàn)提高伺服電機5轉(zhuǎn)速帶來的更平穩(wěn)的效果，同時也能降低伺服電機5、伺服電機驅(qū)動器4的電流，無法實現(xiàn)更加節(jié)能的效果。
[0035]另外，通過伺服電機驅(qū)動器4和變量排油泵11調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流量，使得伺服電機驅(qū)動器4控制的伺服電機5的轉(zhuǎn)速和變量排油泵11排量的乘積與系統(tǒng)流量成正比。
[0036]在注塑機工作中，控制器6會給伺服電機驅(qū)動器4輸入壓力、流量、油泵排量等信號。流量是指油泵出口的單位時間通過液壓油的體積，由電機轉(zhuǎn)速和油泵排量決定。伺服驅(qū)動器4會根據(jù)控制器6給出的油泵排量信號調(diào)整伺服電機5轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)所需的系統(tǒng)流量。注射和儲料過程時，通常需要較大的流量，油泵排量信號是油泵總排量與控制器6上設(shè)定值的乘積決定的。這時注塑機如以最大壓力和流量工作時，伺服電機5和伺服電機驅(qū)動器4處于安全的短時超載狀態(tài)，可最大程度利用資源。在其他動作時，通常流量較小，油泵排量信號是油泵總排量的(χ數(shù)值可在上位機上設(shè)定，按照油泵排量的在系統(tǒng)壓力下需要的扭矩為伺服電機5的額定扭矩的1.2倍進行計算)，再與控制器6上設(shè)定值的乘積決定的，這時伺服電機5的負載較低，可有效降低伺服電機5的電流，減少發(fā)熱損耗，提高機器運行效率。
[0037]最后應(yīng)說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型而并非限制本實用新型所描述的技術(shù)方案，因此，盡管本說明書參照上述的各個實施例對本實用新型已進行了詳細的說明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，仍然可以對本實用新型進行修改或等同替換，而一切不脫離本實用新型的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍中。
【權(quán)利要求】
1.一種用于伺服注塑機的節(jié)能動力系統(tǒng)，其特征在于:包括油箱(I)、測速傳感器(3)、伺服電機驅(qū)動器⑷、伺服電機(5)、控制器(6)、壓力傳感器(7)、輸油管路⑶、比例流量閥(9)、斜排角控制油缸(10)、變量排油泵(11)、油泵閥板(13)， 所述變量排油泵(11)設(shè)置在所述輸油管路(8)上，伺服電機(5)設(shè)置在變排量油泵(11)上， 所述伺服電機驅(qū)動器(4)同時與所述伺服電機(5)、所述測速傳感器(3)、及控制器(6)相連， 變量排油泵(11)的輸出端與油泵閥板(13)相連通，所述壓力傳感器(7)設(shè)置在所述油泵閥板(13)上， 所述壓力傳感器(7)與控制器(6)以及伺服電機驅(qū)動器(4)相連，所述比例流量閥(9)設(shè)置在所述變量排油泵(11)上，所述比例流量閥(9)與控制器(6)的輸出端相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于伺服注塑機的節(jié)能動力系統(tǒng)，其特征在于:所述變排量油泵(11)上設(shè)置有斜盤位置傳感器(12)，所述斜盤位置傳感器(12)與所述伺服電機驅(qū)動器⑷連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于伺服注塑機的節(jié)能動力系統(tǒng)，其特征在于:變量排油泵(11)在系統(tǒng)最高壓力和最大流量時所需的功率大于伺服電機(5)或伺服驅(qū)動器(4)的額定功率。
【文檔編號】F15B11-08GK204284038SQ201420717596
【發(fā)明者】龔濱王, 葉國良, 沈漸, 王康 [申請人]無錫海天機械有限公司