由于環保訴求及電力資源有限,加諸電力能源也是射出成型機的主要成本之一,因此省能源化之設計成為各生產機械之重點。早期的定量泵加上比流、比壓閥的設計是極為消耗能源的方法,在歐、美、日*國家已早不用此設計,目前主力系統乃為可變流量泵浦,更進步者則使用全電式機種。
油壓式塑料射出成型機之動力及能源轉換方式
功率比(電力消耗) 動力系統:熱系統 = 3:1 ~ 4:1
所以塑料射出成型機的能源消耗主要來自于動力系統
油壓式射出成型機系統的心臟 ─ 泵浦,因應降低能源損耗、電力成本、環保因素,油壓泵浦性能之成長階段如下表所示:
由能源轉換方式的結果發現塑料機的能源消耗主要來自于動力系統,而油壓動力系統的電力消耗浪費主要來自于:
1、磨擦損失
2、控制模式的需求(△p)
3、節流損失(供需不平衡)
4、待機損失(馬達空轉亦需電力)
5、效率因素
6、流動阻力
能源損耗比例 定量泵浦 : 可變泵浦 : 全電式 ≒ 1 : 0.7 : 0.3
接下來針對不同泵浦系統之能源損耗狀況進行比較
一、定量泵浦系統
二、雙連泵系統 (vs系列)
q2 = q大 + q小
當q1 > q大
能源損失 = (p1+△p) x (q大+q小-q1)+q1 x △p
當q1 < q大
能源損失=(p1+△p) x (q大-q1)+q1 x △p
由上可知,定量泵系統中能源損失主要來自于
1、泵浦吐出量與使用流量閥的差異
2、壓力差,即流量閥的損失流量閥的損失(壓力差)也用來以壓力補償使流量穩定用。
三、可變流量泵浦系統
可變流量泵浦則主要在于使泵浦吐出量等于使用流量( q = q1 ),因此可大幅減少能量損失。
可變泵的能量損失= q1 x △p
以柱塞式可變泵而言,在使用不同流量時,泵浦會自動調整柱塞行程,使吐出量等于使用者需求,在此同時,主要造成能源損失的另一項,是流經比流閥的壓力損失而如果直接控制柱塞的行程進而控制流量,則不需比流閥,亦無壓力差,也不需壓力補償了,而這就是臺中精機所引進的直動式全閉回路可變泵浦了。
直動式全閉回路可變泵浦之能源損失約≒ 0
換言之,機臺除了用于加工的能源及磨擦損失外,不會有平白浪費的能源
本文所介紹直動式全閉可變流量泵浦之控制如下圖所示
動式全閉可變流量泵浦之特性、理論
一、活塞行程(st) α 斜板角度 α lvdt之回饋訊號
油缸速度、射出率α泵浦吐出量 =
回授控制斜板角度等于回授控制速度
二、利用壓力sensor回授控制系統壓力,達成全系統閉回路之控制。
三、無比壓閥,比壓閥為主要能量損失源,無比流閥之△p和流量損失,只有一個伺服閥,但亦因此無法使用比壓閥控制加料背壓,須外加一比例閥控制背壓0~70bar之比壓閥,但如此油路設計可使背壓分辨率更佳。
四、采柱塞式設計、磨擦損失較輪葉泵浦小,但噪音較輪葉泵浦高。
五、溫度敏感度極低,此直動式可變流量泵浦穩定性*,主因在于流量控制并非經流量閥控制,而是由柱塞行程直接控制,因此無液壓油黏滯系數(viscosity)因油溫變化而影響流量的問題。
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