液压泵伺服驱动在注塑机中的应用

液压泵伺服驱动在注塑机中的应用

摘要液压泵伺服驱动系统具有较高的节能效果，被广泛应用于注塑机中。液压泵伺服驱动系统对于提高注塑机节能效果及控制精度的进一步提高具有重要作用。本文对液压泵伺服驱动在注塑机中的应用进行了一定的探讨。

关键词液压泵；伺服驱动；注塑机；应用

液压驱动是液压驱动型注塑机中的重要组成部分，液压驱动型注塑机节能技术的主要研究领域集中围绕液压驱动和控制技术的主题展开。国产注塑机液压系统在20世纪90年代末期开始逐步升级为负载敏感型比例变量泵系统，其应用领域也不断扩展，由小型注塑机向大型注塑机扩展。基于液压泵伺服驱动的注塑机由于系统输出的压力流量与负载驱动控制的要求趋于一致，注塑机的能耗显著降低，最高节能效率能够达到60%左右。

近几年来，随着能源问题日益突出，市场对注塑机的节能技术提出了更高的要求，其中新型液压泵伺服驱动技术的研究和应用十分广泛，且在大量的试验中取得了较好的效果。我公司通过在注塑机中应用意大利西威的XVY系列伺服驱动器以及公司自产的TLMO系列永磁同步电机，有效实现了注塑机节能效果的进一步提升。这也充分说明了液压泵伺服驱动技术对推动注塑机节能效果的进一步提升具有重要作用。

1 系统构成及工作原理

1.1 注塑机生产工艺流程

注塑是一种注射兼模塑的成型方法。其主要过程是将塑料粉料或粒料放入注塑机料筒内，经过疏松、压缩、剪切、拉升、混合及加热等多个步骤，使材料充分融合，然后向融合的材料施加注射压力，经过喷嘴及模具浇道系统注入低温模具终，再经过恒压冷却、定型得到具有一定形状和精度的塑料成品，具体步骤如图1 所示。

注塑机液压泵伺服驱动系统原理如图2所示，注塑机液压泵伺服驱动系统主要依靠交流永磁同步伺服电机、伺服驱动器、液压油泵、压力传感器、旋转变压器构成。这种系统为注塑机提供了心的驱动和控制概念，使其节能水平更加接近全电动注塑机。

液压泵伺服驱动系统在运行的过程中，注塑机控制器会将机器工作时的速度和压力的设定值转换为模拟信号或数字信号发送到伺服驱动器，伺服驱动器根据所接受的信号指令控制伺服电机带动液压油泵工作。在整个注塑过程中，高压锁模和保压过程中需要对注塑机的压力进行控制，其它过程均为速度控制。

2 液压泵伺服驱动的应用

2.1 伺服驱动液压泵的选型

伺服驱动液压泵的选型可以从液压泵、电机及伺服驱动三个部分分别进行选择。通常情况下，首先选择液压泵，然后根据液压泵的具体参数选择电机，再根据电机的电流选择伺服驱动器。具体选择如下：

2.1.1 液压泵的选型

（1）首先要根据注塑机的结构要求，选择适合的液压泵形式（卧式、立式等）；（2）根据实际的流量范围结合液压泵型号选择液压泵，在选择过程中需要考虑一定的余量范围；（3）根据注塑机的工作压力，确定使用的压力等级并保留一定的压力储备量。通常情况下，液压泵的额定压力应该超出实际工作压力30%～50%；（4）选择可靠性高、振动小的液压泵；（5）对成本方面进行综合考虑，保证系统的经济性；（6）在以上选择基础上，根据“宁大勿小”的原则确定具体的液压泵型号。

2.1.2电机的选择

（1）在选择电机时，首先应该根据注塑机传动系统的结构及负载要求对电机的具体扭矩、转速、电流等参数进行计算。然后根据计算结果选择符合要求的电机。（2）根据系统的控制要求，选择相应控制方式的电机；（3）根据供电电源是直流还是交流以及供电电压选择相应的电机；（4）在综合考虑上述条件的情况下，选择具体的电机型号，同时在电机安装的过程中，应该将电机与液压泵之间的联轴器对准，避免对电机的使用寿命造成影响。

2.1.3 伺服驱动器的选择

伺服驱动器又被称为伺服电机驱动器，其主要包括了速度控制、转矩控制及位置控制三种控制方式。其中，速度控制及转矩控制是利用模拟量来实现控制操作的，而位置控制是通过触发脉冲来实现控制操作的。具体控制方式的选择需要根据系统的具体功能来选择。

2.2 液压泵伺服驱动系统的应用特点

2.2.1 提高注塑机性能

液压泵伺服驱动系统是一种高性能的伺服变速动力控制系统。将其应用到注塑机中，主要具有以下特点：（1）相对于异步电动机，其调速范围更宽，且惯量小，电机的加减速动态响应时间缩短，极大提高了塑料制品的成形速度及压力变化的灵敏度；（2）可以降低电机的转矩脉动，使电机运行过程中失踪保持平稳，有效降低了电机噪声，使系统更加环保；（3）可以使电机在极低频率下保持旋转运行，提高了注射成型的低塑性能及低速稳定性；（4）通过应用伺服液压泵系统，电机在工作过程中由于取消了机械换向器及碳刷，可以完全排除换向时产生火花

的危险及设备本身的磨损，提高电机的使用寿命，同时也降低了电机的维护要求及维护成本。（5）提高了电机对转矩负载的承受能力，在瞬间负载波动的特殊情况下，能够保证电机仍然处于稳定状态运行。（6）实现了对位置、速度及力矩三个方面的闭环控制；（7）实现电机运行状态的精确监测，根据电机的具体运行状态，在各种控制方式之间平滑切换，极大提高了设备的使用寿命；（8）极大提高了系统的响应速度，同时也提高了设备的电能利用效率。

2.2.2 高效节能

通过液压泵伺服驱动系统的应用，能够使注塑机的电机在运行过程中，基本保持接近1的功率因素，在相同容量下，其效率相比异步电机提高了8%左右，功率密度相比异步电机提高5%左右，力能指标也能提高接近20%。同时通过控制，可以实现电机在注射成型冷却阶段的零转速、零能耗，降低液压油温，减少冷却水的使用，极大提高了整个系统的节能效率。当注塑机处于待机状态时，通过伺服驱动器的控制，能够使电机停止转动，只消耗驱动器的能量。经过实际研究发现，通过液压泵伺服驱动系统的应用，能够使注塑机在待机状态下节能50%左右。同时，由于电机的转动次数更少，有效减少电机零部件的磨损，使注塑机的运行维护成本大大降低。

3 结论

液压泵伺服驱动系统在注塑机中的应用越来越广泛。其通过灵活的控制方式实现了对电机的灵活的控制，极大提高了电机的寿命，同时，其能够有效提高注塑机的运行效率并降低注塑机的运行维护成本，该技术是注塑机未来新技术发展主要方向。

参考文献：

[1]张友根.我国注塑机的特点及发展方向[J].上海塑料，2004（1）.

[2]黄步明.世纪之争-全液压式与全电动式注塑机的比较[J].中国塑料，2001（3）.

[3]李军红，陈潮旗，唐忠平.交流永磁同步电动机的变结构控制[J].中小型电动机，2005（5）.