了解伺服驱动注塑机的15个概念

作者:威猛巴顿非尔 (Wittmann Battenfeld) Markus Klaus 文章来源:PT塑料网 发布时间:2018-10-09
注塑机的驱动技术在不断发展,伺服电动机已在注塑机中得到广泛应用。注塑成型商有必要了解今天的伺服驱动器有关成本、性能、维护和培训的内容。

为了更好地了解当今可用的机器技术,针对现代注塑机不同的驱动技术使用一种共同的语言是很重要的。鉴于伺服电动机的各种应用比较复杂,本文将在成本、性能、维护和员工培训方面,讨论并解释涉及机器驱动技术的15个最常见的术语和概念。

1.全电式注塑机

按照塑料工业协会(原SPI)的标准,一台全电式注塑机至少有3根用伺服电动机驱动的主轴(合模运动、注射和计量/塑化)。剩下的3根轴(喷嘴接触、顶出和模具高度调节)仍然可以通过液压驱动。最有效率的机器是能够使用一种动能回收系统(KERS)。这种已获专利的工艺利用伺服电动机作为发电机,可以从每根轴上收集所有的减速能,并将其转换成电能。然后将转换后的能量反馈到机器中,通常用于加热或控制功能。

2.混合式注塑机

3根主轴中有一根或多根是用液压驱动但至少有一根是电驱动的注塑机称为混合式注塑机。其中一个常见的例子是采用伺服驱动计量的液压注塑机。计量是注塑机上最大的能量汲取部分(除了机筒加热外)。因此,至少把一台伺服电驱动装置用于计量是一个明智的决定。混合式注塑机不是带有一台伺服驱动泵的机器,因为计量后面所有的运动仍然是通过液压驱动的。

使用带有一台液压泵的伺服驱动已变得越来越普遍。它提供相当多的节能

3.伺服(驱动)液压注塑机

伺服驱动的液压(或伺服液压)注塑机是一种全液压注塑机,它用一台伺服电动机来驱动液压泵。这些机器往往有一台固定排量泵,但也可能有一台带有旋转斜盘的可变排量泵(通常是DFEE或DFEC)。

4. 采用可变排量泵的标准液压注塑机

这些机器通常有一台恒速电动机和一台带有旋转斜盘的可变排量泵,旋转斜盘可以通过控制器进行调整,以调节泵的油流量满足液压系统的当前需求。如果机器不运动,这些泵也将空转,造成能源浪费。

采用3台可变排量泵的恒速液压电动机是全液压配置的一个例子(图1)


采用3台可变排量泵的恒速液压电动机是全液压配置的一个例子(图2)

5. 能源效率

欧洲塑料行业开发了一种将注塑机能源效率分类的系统。基于该系统的Euromap60.1标准把机器分为某些类别,并发展了某种标准来比较不同供应商生产的类似机器的能源效率(包括全电式、混合式等机型)。

EuroMap 60.1的官方能源评级标志

伺服驱动泵(或伺服泵)注塑机与采用恒速电动机和可变排量泵的注塑机相比,无疑会显示出更好的能源效率。伺服驱动泵上的伺服电动机只有在液压需要油流量时才运行,即在轴不运转的时候,泵不会运行,从而不会带来能量消耗。当然,节约能源的多少在很大程度上取决于每一个具体应用的工艺过程。当恒速电动机空转几秒钟或几分钟时,一个快速循环的包装应用将比一个采用长期冷却时间的应用具有更低百分比的能耗。

一台采用定速泵的常规液压注塑机,其电能消耗包括油冷却水要大于一台伺服液压注塑机

将电能直接转化为动能的全电式注塑机,具有最佳的能源效率,因为没有从电能到液压然后再到动能的转换。

根据能耗情况,有一个比较粗略的分类:(1)采用恒速电动机的液压注塑机,具有100%的能耗;(2)只有计量采用电动的混合式注塑机,具有75%~80%的能耗;(3)伺服驱动泵注塑机,具有65%~70%的能耗;(4)全电式注塑机,具有45%~60%的能耗。

标准液压注塑机、伺服驱动泵注塑机和全电式注塑机之间的单位能量消耗(每克塑料的加工能耗)对比

6.电气驱动与液压驱动的可重复性比较

在全电式注塑机上,伺服驱动轴的重复性至少比液压驱动轴高10倍。一根主动伺服驱动轴几乎没有延迟,而采用液压驱动,则延迟不可避免。对于加速和特有的减速,采用伺服驱动器的注塑机也比液压驱动机器更准确。全电式注塑机还为即时生产的稳定性创造了条件,因为没有必要的油预热,而且生产暂停后启动更快。这是全电式注塑机的一个优势,伺服驱动泵机器是没有的。

7.噪声水平

全电式和伺服驱动泵注塑机,通常它们的噪声水平远低于标准的液压注塑机。现代全电式和伺服驱动泵注塑机的噪声水平约为68dB。

8.速度和/或加速度

伺服与液压驱动的速度和/或加速度的对比是行业内一个争论比较多的话题。全电式驱动器有很好的加速度,比液压系统中的升压(泵斜坡上升)速度更好。由于油的压缩性和液压管线的膨胀,泵斜坡上升能力会变差。一些供应商因此会引用一句这样的话:只有一个带有储压器、阀门得到巧妙布置的设计完美的液压系统可以与伺服驱动器相媲美。

图为一台注射伺服电动机。伺服的速度和加速度对比液压驱动器存在较多的争论,但伺服驱动器的加速度确实比较大

9.平行运动

全电式注塑机针对每根轴通常使用一台单独的伺服驱动器。这使得这些机器非常灵活,因为所有的轴都能以平行运动使用。当有必要在开模和顶出过程中计量、在闭模过程中注射,以及在开模过程中顶出时,这一功能将会非常有用。伺服驱动泵注塑机和标准液压注塑机未必有这样的优势。大多数的供应商会提供第二台甚至第三台泵和液压蓄能器作为一个选项。


针对每根机器轴使用单独的伺服驱动器为平行合模和注射移动创造了条件。液压注塑机采用多台泵才可以做到这一点

10.液压设计

一台标准液压注塑机在空转的过程中,通过油的剪切和摩擦产生大量的余热,这主要与可变排量泵和恒速电动机的设计以及工作原理有关。而伺服驱动泵注塑机在液压系统中产生较少的热量。实际上,一些加工商在生产过程中,根据工艺过程、机器的运行环境以及特定产品/工艺的加工顺序,运行一个特殊的油加热顺序,使油保持在操作温度。

11.机器成本

全电式机器通常由于电动驱动器、电动机和齿轮(滚珠丝杠或齿轮箱或齿条和小齿轮)的必要数量而比液压机的价格更高。然而,在许多情况下,它们的节能性和利用率得到了提高(由于平行运动使周期更短,由于维护较少使运行时间更多),结合一些国家和能源公司提供的能源回扣,很容易计算出投资回报率(ROI)。一些供应商提供的伺服驱动泵注塑机仍然比标准的液压注塑机更贵一些,但由于伺服驱动泵技术正在被整个行业大力推动发展,因此该技术的市场竞争日益增多,使得两种机型的价格差异逐步缩小。

12.泵、伺服电动机的服务

在液压泵必须更换的情况下,不需要校准的固定排量泵要比可变排量泵的更换更快更容易。固定排量泵通常也要比可变排量泵便宜得多。虽然更贵的可变排量泵比固定排量泵的节能性更好,但随着时间的推移,成型商也需要对此泵进行更换或维护。

当然,全电式机器从来不需要或者很少需要对泵进行维护。众所周知的Rotex耦合(差速轮)不在伺服驱动泵注塑机和全电式注塑机上,因此不需要更换。这是每个成型车间的维护人员都知道得很清楚的事情。

一般来说,现代的机器要比它们原先的机型提供了更好的分析功能。伺服驱动器通常可以很容易通过嵌入式示波器功能进行分析,一些供应商将它作为一个标准提供,附加在他们的现代机器控制器上。这个功能连同通过网络服务访问机器的可能性,创建了一个强大的工具,可进行远程服务和排除机器故障。恒速泵电动机通常不提供这种可能性。由于伺服驱动器的监控非常详细,甚至伺服驱动机器控制上的报警信息也更精确。

13.油质量与维护

在伺服驱动泵注塑机上,油的工作任务在正常范围内,因此油的质量比在标准液压注塑机上下降得慢。当然,这通常取决于过程和多少油被转移及被剪切。但作为一般的经验法则,液压机器对油施加更多的应变。而全电式机器根本不需要处理油的问题。

14.机器的复杂性

液压注塑机一般不管是否是伺服驱动,都具有电子、机械零部件和液压系统。全电式机器则只有电子和机械零部件,因而降低了复杂性。一名好的电工,其不需要了解液压就可以胜任这种机器的维护工作。

15.维护人员的培训

有一点很容易被忘记,那就是成型商自身维护人员的培训。对于标准的液压注塑机,建议每年校准一次液压。对工作人员进行更好的培训可以更好地校准和发现问题。在全电式机器上不需要与泵有关的校准,因此必须对员工进行的培训不会太复杂。

了解以上15个关键点以及部分和全伺服驱动注塑机与液压注塑机的对比,对于每个成型商而言都是很重要的。基于对这些关键点的关注,供应商可以帮助成型商针对他们所期望的工艺过程找到最佳的注塑机。

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