變頻液壓技術在注塑機中的應用

李 劍，陳浩強，許 睿，金 柱

（廣汽本田汽車有限公司，廣東廣州 510700）

0 引言

當前，在各種塑料制品不斷涌現與廣泛應用的大背景下，使得整個塑機行業得到飛躍式發展。在現代科學技術支撐下，注塑機正朝向更加先進、前衛、人性化的道路發展，除了逐步朝超精密成型、環保領域發展之外，還積極趨向節能、高度自動化、高可靠性的道路邁進。以變頻液壓技術為基礎而誕生的新型電液復合式注塑機，其運行原理主要是以液壓泵電機為對象，通過對其轉速進行適當性調節，來實現最終的流量匹配，并最終實現節能的目的。

注塑機依據驅動控制系統不同，可劃分為全液壓式注塑機、全電動控制注塑機與電液復合式注塑機。相比于全液壓式注塑機，電液復合式注塑機的液壓回路，得到了一定程度的簡化，另外，在系統能量損失方面，也得到了較大程度的降低，在各項有利條件的綜合驅動下，變頻液壓注塑機的運行效率得到明顯提升，噪聲相比傳統注塑機，也得到大幅降低。另外，以變頻液壓技術應用為支持的注塑機，其無論是在實用性上，還是在節能率上，均介于全電動式與全液壓式間，最高的是全電動式，但在調節壓力方面，以及具體的維修、使用上，電液復合式有著突出優勢，在上述效能上，要明顯優于全電動式。針對應用變頻液壓技術的注塑機，分析節能原理及優點，指出核心問題及解決對策。

1 變頻液壓技術節能基本原理

變頻液壓技術，有著比較特殊的節能原理，利用變頻器對電源頻率進行調節，從而適當調節電機轉速，實現對注塑機液壓系統運轉、工作流量等的控制。另外，通過對液壓泵輸出的控制，使其輸出能滿足當前注塑工藝需要與要求的流量。針對液壓泵而言，其實際工作流量主要利用變頻器來實現控制。實際操作中，可以在不變更液壓回路阻力的前提下，僅進行流量的調節便能完成工作壓力的適應性調節。此外，在整個運轉過程中，還能將液壓閥使用量降至最低。

注塑機液壓系統是一個有著龐大體系結構的系統類型，針對電機轉速來講，其在某種程度上與液壓泵流量間有著緊密關系，二者之間的關系公式為Q=nq，其中，Q是泵的流量，n是電機轉速，q是液壓泵的相應排量。對于系統的電機而言，其轉速可用公式表示，即n=60f/p，其中，f表示電源頻率，p表示磁極對數；將上述公式結合，可得Q=60fq/p=kf，其中，k是比例系數。針對某個確定流量，利用公式Q=60fq/p=kf，均能得到一個與之對應的頻率：f=Q/k。利用此公式，便能根據實際需要，有目的性、計劃性的實現各工藝階段流量的具體轉換，轉換成更為直接的頻率，這樣便能從基本的理論層面，有效解決實際操作中頻率的確定問題。針對液壓泵來講，其轉速與流量之間呈正比關系，轉速的立方與軸功率之間也呈正比關系，因此可得公式：Q∝n，P∝n3。

2 變頻液壓技術突出優點

2.1 高效節能

在注塑機當中有效應用先進的變頻液壓技術，是一種從動力起始階段便將功率匹配問題考慮在內的具有全局性、更加符合要求的節能方案。當注塑機處于無負載、輕載及中載工作狀態時，此時的變頻液壓動力系統的效率相比傳統的容積控制系統明顯偏高。在注塑機中使用變頻液壓技術，能夠避免液壓調速系統發生各種異常情況，比如溢流損失、節流損失等。變頻與調速系統通常情況下采用的是定量泵，效率相比變量泵要高。與傳統類型的閥控節流調速相比，變頻調速在節能方面，能夠達到30%～60%。由此可知，在注塑機當中，通過變頻液壓技術的應用，能根據實際需要，實現無功電流的降低，最終實現降低線路損耗的目的。

2.2 系統可靠性與壽命提高

針對注塑機液壓系統，因整個注塑成型工藝的過程比較復雜，壓力變化范圍大，除此之外，無論是在位置還是在速度上，均有著比較大的變化。通過變頻技術的應用，能使變頻液壓調速系統得到更加全面、深入的優化與升級，使其更加滿足實際應用的需要。針對轉矩閉環的相應矢量控制方式來講，其于速度傳感器所提供轉速影響與總體作用下，在對其速度、范圍進行實際設定時，可大于1∶100，因而能使速度調節更好的滿足注塑工藝過程的相關要求。

2.3 降低噪聲

將變頻液壓技術應用于注塑機上，能更好的、更加有效、更加準確的實現計算機控制，只要利用檢測手段而得到的與執行器有關的運行速度，將其以對比的方式，與給定的速度作比較，從中便能得到二者之間的偏差，然后利用此偏差，便能比較準確、比較真實的把變頻器的控制信號計算出來。當前，所出現的各種變頻器中，均配置滿足實際運作要求的矢量控制，針對此種配置而言，其能夠依據注塑機工作實況及相關工藝過程，合理、自動選擇那些滿足當前實際需要的控制算法，因此，在復雜注塑工藝過程實現方面，也就更加容易達成，使產品質量的控制特性得到滿足。

2.4 降低油溫和泄漏量

在注塑機變頻液壓調速系統當中，在選擇定量泵時，通常情況下，會選擇那些比較可靠，并且對系統要求方面有較低要求的，用此替換那些運用成本高、對系統有相對較高要求的變量泵。需指出的是，其中的電機與泵，大部分時間的運行均處于基礎速度一下，因而避免了長期于告訴下運轉，使得液壓泵磨損及系統聲得到大幅降低，使用壽命得到延長，提升了系統的整體可靠性。

3 注塑機變頻液壓系統核心問題

3.1 低速穩定性

在注塑機液壓系統中，針對液壓泵來講，如若在實際運轉中，其轉速比較低，那么，其在自吸能力方面也就自然而然不高，受低轉速影響，非常容易導致系統在吸油方面的不徹底、不充分，形成難以控制的氣蝕，受此影響，系統會出現流量脈動情況，而且還會發生強烈噪聲，這些對速度的相應穩定性而言，均會造成較大程度、較大范圍的影響。此外，針對異步電機來講，當其處于低頻運行狀態或處于低頻力矩不足狀態時，所產生的固有不穩定性、無功功率的影響、貯能元件間能量交換所出現的諧振現象等，均為導致轉速不穩定的重要誘因。要想較好地解決低速穩定性問題，可選擇那些高性能變頻器及低速性能好的泵，但這樣會使投入成本增加。也可以采用好的控制算法，或者運用更加合理、更規范的控制結構，通過軟件技術，對系統參數的相應優化，進行有效、全面性補償，以此來實現系統低速穩定性的提升，強化系統運行的動態品質，使所投入的變頻液壓系統，除了可以較好的滿足注塑工藝操作的相關需要之外，還能達既定節能效果。

3.2 響應快速性

基于注塑工藝過程及注塑機特點角度來考量而得知，需要系統有較快的響應速度，不然會對所生產的注塑制品水平、質量與使用等，造成不同程度的影響，除此之外，還會對實際生產效能、效率造成較大影響，所以，針對響應的快速性來講，其在整個注塑機驅動控制系統體系當中，處于核心地位，乃是其主要性能指標。對于變頻容積液壓控制系統而言，其運作原理就是，以電機為對象，以其轉速為指標，通過對指標的相應改變，以此來達到改變系統流量的目的。針對傳統形式的異步電機來講，其在轉動慣量方面，與運用變頻液壓技術的液壓泵來講，有著更大的轉動慣量，另外，在所使用的變頻器上，過載能力與之相比，相對有限，因而在實際運作中，會影響大整個系統的加速性能。對此，通常情況下，針對傳統的變頻容積控制系統而言，其在對應的響應方面，相比于傳統的容積控制系統，要更慢。針對整個系統架構核心構成的矢量型變頻器來講，其主要利用速度調節器，也就是用其相應積分時間I、比例增益P來完成總體性設定，并以此來適當性改變矢量控制的響應速度，針對此響應速度而言，其所具有的特性，除了會對注塑執行動作力度產生直接影響之外，還會對成型周期響應快慢，產生較大程度影響。如果是要求響應速度快及大范圍調速時，可以選用綜合調速控制。這樣不僅能用變轉速容積控制系統所具有的節能效果明顯、調速范圍大的優點，而且還能根據實際需要，將閥控馬達具有比較快的響應這一優點給保留下來，構建起更加完備的調速系統，為注塑快速性提供切實保障。

4 結語

隨著電機變頻調速技術的發展與完善，液壓控制技術也得到快速發展。注塑機的整個生產過程，更便于、也更益于用計算機來控制。隨著矢量型變頻器性能的持續提升，以及高響應伺服電機技術的日漸成熟，其價格呈下降趨勢，今后會得到廣泛普及?；谧冾l液壓技術的注塑機，不僅有全電動式節能的優點，還有液壓式高性能的優點，已成為精密注塑機的未來發展趨勢，有著廣闊的發展前景。