由于环保诉求及电力资源有限,加诸电力能源也是射出成型机的主要成本之一,因此省能源化之设计成为各生产机械之重点。早期的定量泵加上比流、比压阀的设计是极为消耗能源的方法,在欧、美、日先进国家已早不用此设计,目前主力系统乃为可变流量泵浦,更进步者则使用全电式机种。
油压式塑料射出成型机之动力及能源转换方式
功率比(电力消耗) 动力系统:热系统 = 3:1 ~ 4:1
所以塑料射出成型机的能源消耗主要来自于动力系统
油压式射出成型机系统的心脏 ─ 泵浦,因应降低能源损耗、电力成本、环保因素,油压泵浦性能之成长阶段如下表所示:
由能源转换方式的结果发现塑料机的能源消耗主要来自于动力系统,而油压动力系统的电力消耗浪费主要来自于:
1、磨擦损失
2、控制模式的需求(△P)
3、节流损失(供需不平衡)
4、待机损失(马达空转亦需电力)
5、效率因素
6、流动阻力
能源损耗比例 定量泵浦 : 可变泵浦 : 全电式 ≒ 1 : 0.7 : 0.3
接下来针对不同泵浦系统之能源损耗状况进行比较
一、定量泵浦系统
二、双连泵系统 (VS系列)
Q2 = Q大 + Q小
当Q1 > Q大
能源损失 = (P1+△P) x (Q大+Q小-Q1)+Q1 x △P
当Q1 < Q大
能源损失=(P1+△P) x (Q大-Q1)+Q1 x △P
由上可知,定量泵系统中能源损失主要来自于
1、泵浦吐出量与使用流量阀的差异
2、压力差,即流量阀的损失流量阀的损失(压力差)也用来以压力补偿使流量稳定用。
三、可变流量泵浦系统
可变流量泵浦则主要在于使泵浦吐出量等于使用流量( Q = Q1 ),因此可大幅减少能量损失。
可变泵的能量损失= Q1 x △P
以柱塞式可变泵而言,在使用不同流量时,泵浦会自动调整柱塞行程,使吐出量等于使用者需求,在此同时,主要造成能源损失的另一项,是流经比流阀的压力损失而如果直接控制柱塞的行程进而控制流量,则不需比流阀,亦无压力差,也不需压力补偿了,而这就是台中精机所引进的直动式全闭回路可变泵浦了。
直动式全闭回路可变泵浦之能源损失约≒ 0
换言之,机台除了用于加工的能源及磨擦损失外,不会有平白浪费的能源
本文所介绍直动式全闭可变流量泵浦之控制如下图所示
动式全闭可变流量泵浦之特性、理论
一、活塞行程(St) α 斜板角度 α LVDT之回馈讯号
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、利用压力Sensor回授控制系统压力,达成全系统闭回路之控制。
三、无比压阀,比压阀为主要能量损失源,无比流阀之△P和流量损失,只有一个伺服阀,但亦因此无法使用比压阀控制加料背压,须外加一比例阀控制背压0~70bar之比压阀,但如此油路设计可使背压分辨率更佳。
四、采柱塞式设计、磨擦损失较轮叶泵浦小,但噪音较轮叶泵浦高。
五、温度敏感度极低,此直动式可变流量泵浦稳定性极高,主因在于流量控制并非经流量阀控制,而是由柱塞行程直接控制,因此无液压油黏滞系数(viscosity)因油温变化而影响流量的问题。

