近年來(lái)，節(jié)能已成為全球制造業(yè)討論的重要話題之一。根據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)（IEA）公布的數(shù)據(jù)，受多年來(lái)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的影響，中國(guó)已成為世界最大的能源消費(fèi)國(guó)之一，因此，提高能源的使用效率在中國(guó)顯得尤為迫切。 

       繼空調(diào)、冰箱等家用電器行業(yè)實(shí)施能耗標(biāo)簽后，注塑機(jī)行業(yè)也開(kāi)始了悄無(wú)聲息的節(jié)能革命。就注塑機(jī)的發(fā)展史而言，可以說(shuō)是一段節(jié)能探索的歷史：在從定量泵向變量泵、電子變量泵、變頻直到現(xiàn)在的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵的方向發(fā)展的過(guò)程中，注塑機(jī)行業(yè)一直在節(jié)能的軌道上不斷前行。 

       如圖1所示，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵的基本原理為：伺服驅(qū)動(dòng)器接收從注塑機(jī)控制器傳來(lái)的壓力和流量信號(hào)，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)以設(shè)定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定的壓力時(shí)，電機(jī)繼續(xù)以一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行以保證系統(tǒng)必要的壓力。在此過(guò)程中，轉(zhuǎn)速信號(hào)和壓力信號(hào)分別通過(guò)伺服電機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)變壓器和油路上的壓力傳感器反饋給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器遵循壓力優(yōu)先的原則進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。

 
圖1 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵原理圖

       一般，交流永磁伺服電機(jī)的尾端配有旋轉(zhuǎn)編碼器，它可將信號(hào)反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器，以形成流量的閉環(huán)控制。但是，由于螺桿的注射速度才是閉環(huán)控制的目標(biāo)，而油泵轉(zhuǎn)速只是正比于注射速度，所以只能達(dá)到速度半閉環(huán)控制。當(dāng)然，相對(duì)于開(kāi)環(huán)控制，這要精確得多。 

       伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵系統(tǒng)的構(gòu)成 
       一般，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵系統(tǒng)包括：伺服電機(jī)、油泵、驅(qū)動(dòng)器、壓力傳感器、濾波器和制動(dòng)電阻。對(duì)于多個(gè)泵的系統(tǒng)，特別是5組或者10組的伺服系統(tǒng)，通常會(huì)使用并流和分流相結(jié)合的控制方案。 

       1.多泵并流 
       多泵并流的原理如圖2所示。這種控制方案是采用一套伺服驅(qū)動(dòng)器作為主驅(qū)動(dòng)，其余伺服驅(qū)動(dòng)器作為從驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)工作。同時(shí)，系統(tǒng)電腦輸出一組流量和壓力的模擬量信號(hào)。

 
圖2 多泵并流原理圖

       通常，多泵并流方案可以在兩種狀態(tài)下工作。第一種狀態(tài)，主驅(qū)動(dòng)器和從驅(qū)動(dòng)器通過(guò)互相之間的通信，以相同的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，并輸出相同的流量；第二種狀態(tài)，主驅(qū)動(dòng)器單獨(dú)運(yùn)行，從驅(qū)動(dòng)器不工作（一般用在保壓工作段）。 

       2．多泵分流 
       多泵分流的原理如圖3所示。這種控制方案的特點(diǎn)是，多套伺服驅(qū)動(dòng)器既可以在多泵并流模式下工作，也可以在多泵分流模式下工作。在分流狀態(tài)下，系統(tǒng)電腦輸出多組流量和壓力模擬量信號(hào)。

 
圖3 多泵分流原理圖

       在圖3中，通過(guò)①、②、③和④電磁閥的得電狀態(tài)分別實(shí)現(xiàn)泵2并流、分流以及泵3并流、分流的控制。當(dāng)進(jìn)行并流控制時(shí)，從驅(qū)動(dòng)器接受的壓力、流量指令以及壓力反饋無(wú)效；當(dāng)進(jìn)行分流控制時(shí)，從驅(qū)動(dòng)器接受的CAN通信指令無(wú)效。 

       這種分流控制方式比較靈活，在開(kāi)合模時(shí)可以使用兩個(gè)泵，另一個(gè)泵獨(dú)立出來(lái)做頂針或者中子的動(dòng)作。注射時(shí)，所有油泵一起工作，以保證注射速率。當(dāng)達(dá)到保壓狀態(tài)時(shí)，又可以切換到一個(gè)主泵工作的狀態(tài)。從理論上講，注射完畢后，熔膠動(dòng)作可以和開(kāi)模同步完成，但兩者所需的流量都比較大。若要同時(shí)實(shí)現(xiàn)，就必須增加泵的數(shù)量，從而使成本提高。當(dāng)然，對(duì)于生產(chǎn)效率要求十分高的企業(yè)，可以采用這樣的配置。但一般情況下，熔膠和開(kāi)模最好分開(kāi)動(dòng)作，而不要同步運(yùn)行。 

       交流永磁伺服電機(jī)的選擇 
       在選擇油泵時(shí)，需要綜合考慮油泵的壓力、排量和類(lèi)型。一般，油泵的壓力必須大于或等于系統(tǒng)壓力P1(kg/cm2),油泵每轉(zhuǎn)的排量為：l(ml/rev)=Q(L/min)×1000/Vmax(r/min)。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，當(dāng)壓力和排量都選定之后，就可以根據(jù)不同的使用特性來(lái)選擇油泵類(lèi)型（見(jiàn)表）。 

       從表中可以看出，葉片泵不在所選類(lèi)型之中，原因是，其正常運(yùn)行需要一定的轉(zhuǎn)速支持，而伺服電機(jī)在高壓狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速很低，難以滿足要求。 

       在選擇交流永磁伺服電機(jī)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)注意電機(jī)的特性曲線。如圖4所示。當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速后，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的提升，電機(jī)扭矩逐漸下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速的150%后，電機(jī)扭矩呈現(xiàn)急劇下降的趨勢(shì)。因此，該轉(zhuǎn)速不能作為伺服電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速，且其最高轉(zhuǎn)速應(yīng)為額定轉(zhuǎn)速的140%。需要強(qiáng)調(diào)的是，伺服電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速附近的工作狀態(tài)最好，轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速后，電流會(huì)急劇增加，不利于節(jié)能。

 
圖4 伺服電機(jī)特性曲線

       此外，在配置伺服電機(jī)時(shí)，還需要恰當(dāng)?shù)剡x定其額定扭矩，一般可按如下步驟進(jìn)行： 

       注塑機(jī)最大輸出功率： 
       P2max(kW)=P1(kg/cm2)×0.9807(kg/cm2/bar)×Q(L/min) 

       電機(jī)最大輸出功率： 
       P3max(kW)= P2max(kW)/80% 

       伺服電機(jī)最大輸出扭矩： 
       Tmax(Nm)=P3max(kW)×9550/Vmax(r/min) 

       由于注塑機(jī)在保壓時(shí)需要連續(xù)輸出高扭矩，根據(jù)伺服電機(jī)的特性曲線（如圖4所示），伺服電機(jī)總體工作狀態(tài)處于（S1 100℃ DT）與(S3 20℃ 5MIN)之間，所以選定電機(jī)最高扭矩為額定扭矩的180%。 

       伺服電機(jī)額定扭矩： 
       Tn(Nm)=Tmax(Nm)/180% 

       伺服電機(jī)選型完畢后，可以向供應(yīng)商索取對(duì)應(yīng)電機(jī)的力矩常數(shù)Kt（Nm/A）,該值與伺服電機(jī)工藝、材料以及電機(jī)額定轉(zhuǎn)速相關(guān)。 

       另外，伺服驅(qū)動(dòng)器保壓時(shí)的電流可以按照能量轉(zhuǎn)換效率的93%進(jìn)行換算： 
       Imax（A）= Tmax(Nm)/Kt(Nm/A)/93% 

       根據(jù)該數(shù)值應(yīng)小于伺服驅(qū)動(dòng)器額定輸出電流的150%的原則，可以得到伺服驅(qū)動(dòng)的容量。在選擇伺服電機(jī)時(shí)，通過(guò)以上數(shù)據(jù)的確定，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需要，綜合油泵的壓力、排量等各項(xiàng)因素，便可有針對(duì)性地進(jìn)行選擇。 

       當(dāng)然，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵也存在一些缺陷，例如，不能有效地利用電機(jī)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量，從而造成了能量的損失。另外，伺服驅(qū)動(dòng)對(duì)電路有很大的干擾，會(huì)影響電子尺的測(cè)量精度。因此，需要我們不斷努力，對(duì)這些不足進(jìn)行改進(jìn)。 

       值得一提的是，對(duì)于某些制品而言，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵的節(jié)能效果非常明顯，然而，在大型或超大型機(jī)器上，其應(yīng)用并不廣泛。理論上，伺服電機(jī)的節(jié)能效率與產(chǎn)品的壁厚、保壓和冷卻時(shí)間有很大的關(guān)系，壁厚越大其節(jié)能效果越好。而大型機(jī)器一般都生產(chǎn)壁厚制品，如汽車(chē)保險(xiǎn)杠、儀表盤(pán)之類(lèi)，所需的冷卻時(shí)間較長(zhǎng)，如果伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵能在此得到成功應(yīng)用，其節(jié)能效果將非常可觀。當(dāng)然，不是任何產(chǎn)品都適合采用帶有伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵的注塑機(jī)來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)，定量泵及變量泵注塑系統(tǒng)也有其存在的價(jià)值。