变频液压技术在注塑机中的应用

李 剑，陈浩强，许 睿，金 柱

（广汽本田汽车有限公司，广东广州 510700）

0 引言

当前，在各种塑料制品不断涌现与广泛应用的大背景下，使得整个塑机行业得到飞跃式发展。在现代科学技术支撑下，注塑机正朝向更加先进、前卫、人性化的道路发展，除了逐步朝超精密成型、环保领域发展之外，还积极趋向节能、高度自动化、高可靠性的道路迈进。以变频液压技术为基础而诞生的新型电液复合式注塑机，其运行原理主要是以液压泵电机为对象，通过对其转速进行适当性调节，来实现最终的流量匹配，并最终实现节能的目的。

注塑机依据驱动控制系统不同，可划分为全液压式注塑机、全电动控制注塑机与电液复合式注塑机。相比于全液压式注塑机，电液复合式注塑机的液压回路，得到了一定程度的简化，另外，在系统能量损失方面，也得到了较大程度的降低，在各项有利条件的综合驱动下，变频液压注塑机的运行效率得到明显提升，噪声相比传统注塑机，也得到大幅降低。另外，以变频液压技术应用为支持的注塑机，其无论是在实用性上，还是在节能率上，均介于全电动式与全液压式间，最高的是全电动式，但在调节压力方面，以及具体的维修、使用上，电液复合式有着突出优势，在上述效能上，要明显优于全电动式。针对应用变频液压技术的注塑机，分析节能原理及优点，指出核心问题及解决对策。

1 变频液压技术节能基本原理

变频液压技术，有着比较特殊的节能原理，利用变频器对电源频率进行调节，从而适当调节电机转速，实现对注塑机液压系统运转、工作流量等的控制。另外，通过对液压泵输出的控制，使其输出能满足当前注塑工艺需要与要求的流量。针对液压泵而言，其实际工作流量主要利用变频器来实现控制。实际操作中，可以在不变更液压回路阻力的前提下，仅进行流量的调节便能完成工作压力的适应性调节。此外，在整个运转过程中，还能将液压阀使用量降至最低。

注塑机液压系统是一个有着庞大体系结构的系统类型，针对电机转速来讲，其在某种程度上与液压泵流量间有着紧密关系，二者之间的关系公式为Q=nq，其中，Q是泵的流量，n是电机转速，q是液压泵的相应排量。对于系统的电机而言，其转速可用公式表示，即n=60f/p，其中，f表示电源频率，p表示磁极对数；将上述公式结合，可得Q=60fq/p=kf，其中，k是比例系数。针对某个确定流量，利用公式Q=60fq/p=kf，均能得到一个与之对应的频率：f=Q/k。利用此公式，便能根据实际需要，有目的性、计划性的实现各工艺阶段流量的具体转换，转换成更为直接的频率，这样便能从基本的理论层面，有效解决实际操作中频率的确定问题。针对液压泵来讲，其转速与流量之间呈正比关系，转速的立方与轴功率之间也呈正比关系，因此可得公式：Q∝n，P∝n3。

2 变频液压技术突出优点

2.1 高效节能

在注塑机当中有效应用先进的变频液压技术，是一种从动力起始阶段便将功率匹配问题考虑在内的具有全局性、更加符合要求的节能方案。当注塑机处于无负载、轻载及中载工作状态时，此时的变频液压动力系统的效率相比传统的容积控制系统明显偏高。在注塑机中使用变频液压技术，能够避免液压调速系统发生各种异常情况，比如溢流损失、节流损失等。变频与调速系统通常情况下采用的是定量泵，效率相比变量泵要高。与传统类型的阀控节流调速相比，变频调速在节能方面，能够达到30%～60%。由此可知，在注塑机当中，通过变频液压技术的应用，能根据实际需要，实现无功电流的降低，最终实现降低线路损耗的目的。

2.2 系统可靠性与寿命提高

针对注塑机液压系统，因整个注塑成型工艺的过程比较复杂，压力变化范围大，除此之外，无论是在位置还是在速度上，均有着比较大的变化。通过变频技术的应用，能使变频液压调速系统得到更加全面、深入的优化与升级，使其更加满足实际应用的需要。针对转矩闭环的相应矢量控制方式来讲，其于速度传感器所提供转速影响与总体作用下，在对其速度、范围进行实际设定时，可大于1∶100，因而能使速度调节更好的满足注塑工艺过程的相关要求。

2.3 降低噪声

将变频液压技术应用于注塑机上，能更好的、更加有效、更加准确的实现计算机控制，只要利用检测手段而得到的与执行器有关的运行速度，将其以对比的方式，与给定的速度作比较，从中便能得到二者之间的偏差，然后利用此偏差，便能比较准确、比较真实的把变频器的控制信号计算出来。当前，所出现的各种变频器中，均配置满足实际运作要求的矢量控制，针对此种配置而言，其能够依据注塑机工作实况及相关工艺过程，合理、自动选择那些满足当前实际需要的控制算法，因此，在复杂注塑工艺过程实现方面，也就更加容易达成，使产品质量的控制特性得到满足。

2.4 降低油温和泄漏量

在注塑机变频液压调速系统当中，在选择定量泵时，通常情况下，会选择那些比较可靠，并且对系统要求方面有较低要求的，用此替换那些运用成本高、对系统有相对较高要求的变量泵。需指出的是，其中的电机与泵，大部分时间的运行均处于基础速度一下，因而避免了长期于告诉下运转，使得液压泵磨损及系统声得到大幅降低，使用寿命得到延长，提升了系统的整体可靠性。

3 注塑机变频液压系统核心问题

3.1 低速稳定性

在注塑机液压系统中，针对液压泵来讲，如若在实际运转中，其转速比较低，那么，其在自吸能力方面也就自然而然不高，受低转速影响，非常容易导致系统在吸油方面的不彻底、不充分，形成难以控制的气蚀，受此影响，系统会出现流量脉动情况，而且还会发生强烈噪声，这些对速度的相应稳定性而言，均会造成较大程度、较大范围的影响。此外，针对异步电机来讲，当其处于低频运行状态或处于低频力矩不足状态时，所产生的固有不稳定性、无功功率的影响、贮能元件间能量交换所出现的谐振现象等，均为导致转速不稳定的重要诱因。要想较好地解决低速稳定性问题，可选择那些高性能变频器及低速性能好的泵，但这样会使投入成本增加。也可以采用好的控制算法，或者运用更加合理、更规范的控制结构，通过软件技术，对系统参数的相应优化，进行有效、全面性补偿，以此来实现系统低速稳定性的提升，强化系统运行的动态品质，使所投入的变频液压系统，除了可以较好的满足注塑工艺操作的相关需要之外，还能达既定节能效果。

3.2 响应快速性

基于注塑工艺过程及注塑机特点角度来考量而得知，需要系统有较快的响应速度，不然会对所生产的注塑制品水平、质量与使用等，造成不同程度的影响，除此之外，还会对实际生产效能、效率造成较大影响，所以，针对响应的快速性来讲，其在整个注塑机驱动控制系统体系当中，处于核心地位，乃是其主要性能指标。对于变频容积液压控制系统而言，其运作原理就是，以电机为对象，以其转速为指标，通过对指标的相应改变，以此来达到改变系统流量的目的。针对传统形式的异步电机来讲，其在转动惯量方面，与运用变频液压技术的液压泵来讲，有着更大的转动惯量，另外，在所使用的变频器上，过载能力与之相比，相对有限，因而在实际运作中，会影响大整个系统的加速性能。对此，通常情况下，针对传统的变频容积控制系统而言，其在对应的响应方面，相比于传统的容积控制系统，要更慢。针对整个系统架构核心构成的矢量型变频器来讲，其主要利用速度调节器，也就是用其相应积分时间I、比例增益P来完成总体性设定，并以此来适当性改变矢量控制的响应速度，针对此响应速度而言，其所具有的特性，除了会对注塑执行动作力度产生直接影响之外，还会对成型周期响应快慢，产生较大程度影响。如果是要求响应速度快及大范围调速时，可以选用综合调速控制。这样不仅能用变转速容积控制系统所具有的节能效果明显、调速范围大的优点，而且还能根据实际需要，将阀控马达具有比较快的响应这一优点给保留下来，构建起更加完备的调速系统，为注塑快速性提供切实保障。

4 结语

随着电机变频调速技术的发展与完善，液压控制技术也得到快速发展。注塑机的整个生产过程，更便于、也更益于用计算机来控制。随着矢量型变频器性能的持续提升，以及高响应伺服电机技术的日渐成熟，其价格呈下降趋势，今后会得到广泛普及。基于变频液压技术的注塑机，不仅有全电动式节能的优点，还有液压式高性能的优点，已成为精密注塑机的未来发展趋势，有着广阔的发展前景。