注塑機(jī)交流伺服電機(jī)節(jié)能改造組件選型指導(dǎo)

一、伺服泵系統(tǒng)的原理
速度N控制流量，當(dāng)流量建立了壓力之后，由PID控制速度，穩(wěn)定油壓（即流量，壓力均由速度予以控制）
在油壓還沒有建立的時(shí)候，管路尚有空間，此時(shí)，用流量正比與轉(zhuǎn)速的方式運(yùn)轉(zhuǎn)油泵，管路很快充油。油會(huì)受到管路的限制，很快建立油壓。當(dāng)油壓建立起來之后，利用PID調(diào)整出來的轉(zhuǎn)速N控制，由于PID 的平衡作用原理，油壓可以穩(wěn)定在給定值。
總結(jié)為：壓力未到，伺服馬達(dá)速度由流量指令控制；壓力到達(dá)，伺服馬達(dá)速度由壓力指令和壓力反饋差值運(yùn)算出來的速度控制。
注塑機(jī)伺服泵的組件與選型配置計(jì)算方法。
二、改造組件
1、當(dāng)面臨一套注塑機(jī)伺服系統(tǒng)的時(shí)候，我們必須考慮與此相關(guān)的電氣接口和機(jī)械接口，以及相關(guān)的配件。
◆ 新配套的油泵；（大小規(guī)格視原系統(tǒng)流量而定）
◆ 新配套的伺服馬達(dá)；（大小規(guī)格視新油泵排量和系統(tǒng)壓力而定）
◆ 新配套的伺服驅(qū)動(dòng)器；（大小規(guī)格視新泵排量，壓力，和馬達(dá)額定轉(zhuǎn)速而定）
◆ 連接油泵與馬達(dá)的法蘭盤；（大小規(guī)格視油泵，馬達(dá)的機(jī)械安裝尺寸而定）
◆ 連接油泵與進(jìn)出油口的法蘭塊（壓裝式或螺栓連接式）；
◆ 壓力傳感器及安裝口；（統(tǒng)一為1/4PT螺紋。0-10VDC對應(yīng)0-250BAR）
◆ 驅(qū)動(dòng)器用制動(dòng)電阻（大小規(guī)格視驅(qū)動(dòng)器而定）
◆ 驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)編碼器的連接電纜（標(biāo)準(zhǔn)，長度自定）
◆ 驅(qū)動(dòng)器到馬達(dá)的功率電纜
◆ 抗干擾磁環(huán)（功率線繞一個(gè)大的，信號(hào)線各繞一個(gè)小的）
◆ 制動(dòng)單元
◆ 0-1A -------0-10V的信號(hào)轉(zhuǎn)換板
2、改造普及常識(shí)1：
◆ 在定量泵的年代，一般采用葉片泵，因?yàn)樵肼暠容^低，同時(shí)由于離心葉片的原理，可以自動(dòng)補(bǔ)償流量
◆ 定量泵一般有日本油研的PV2R系列，威格士V系列，TOKIMEC 的SQP系列
◆ 為了達(dá)到節(jié)能的目的，有些地方采用雙聯(lián)泵，判斷一個(gè)油泵是單聯(lián)泵還是雙聯(lián)泵，除了可以從型號(hào)上分辨之外，最簡單的判別方法就是看油口，雙聯(lián)泵一般有2個(gè)油口，而單聯(lián)泵一般只有1個(gè)油口。
3、改造普及常識(shí)2：
◆ 由于各種油泵的不容易獲得性，故改造絕大部分采用上海誠捷的齒輪泵。
改造系統(tǒng)中，一般會(huì)涉及到油泵的機(jī)械安裝尺寸，特別要注意的是，目前采用英制油泵比較多，因此，推薦采用英制尺寸的油泵。
◆ 改造的情況下，油泵最高轉(zhuǎn)速一般不超過2000RPM。
◆ 改造的情況下，必須關(guān)注油泵的機(jī)械數(shù)據(jù)：油泵軸徑，油泵定位圓（俗稱止口）
油泵的安裝螺栓過孔，油泵軸長，油泵進(jìn)出油口連接到油管的法蘭
◆ 必須考慮壓力傳感器的安裝方式，一般安裝在出油口
三、油泵的參數(shù)選擇總則和計(jì)算
  1、油泵的參數(shù),表征一臺(tái)油泵，應(yīng)當(dāng)有以下數(shù)據(jù)：
◆ 連續(xù)供油壓力（額定壓力），單位:MPa
◆ 峰值壓力（殼體能承受的的最高壓力）,單位：MPa
◆ 排量（每旋轉(zhuǎn)一圈，所能排出的油的體積），單位:CC/rev
◆ 油泵的額定轉(zhuǎn)速，單位RPM
2、油泵選擇:
◆ 假定已知老油泵的排量67CC/R, 和老電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1460RPM
◆ 計(jì)算老機(jī)器的總流量為 67CC/R*1460R/min/1000=98L/min
◆ 假定選擇上海誠捷油泵，則按照2000RPM的速度運(yùn)行，為了滿足98L/MIN的流量，則新油泵的排量為98L/min /2000RPM=49CC/R
◆ 所以選擇NT4-50G 的誠捷油泵
四、伺服馬達(dá)
1、馬達(dá)設(shè)計(jì)時(shí)以扭矩為原則，而不是功率原則。同一個(gè)扭矩下，有4個(gè)轉(zhuǎn)速可供選擇，即：1350RPM，1500RPM，1700RPM，2000RPM。
2、馬達(dá)設(shè)計(jì)時(shí)，完全依照油泵的排量和壓力決定扭矩，基本上做到一個(gè)排量的油泵有一個(gè)對應(yīng)的扭矩
3、馬達(dá)在小功率一般采用自然冷卻，大功率段一般采用風(fēng)扇強(qiáng)制冷卻。
4、馬達(dá)內(nèi)置PTC或者KTY溫度傳感器，可以對馬達(dá)進(jìn)行有效保護(hù)。
5、從35NM到195NM，均采用相同的安裝尺寸。這樣可以方便用戶進(jìn)行機(jī)械加工。
6、目前設(shè)計(jì)的馬達(dá)，可以支持臥式機(jī)和立式機(jī)。195NM電機(jī)可以支持125CC 140KG的壓力的系統(tǒng)。
選擇伺服電機(jī)
◆ 電機(jī)技術(shù)參數(shù)：
 在改造的情況下，我們采用380V，帶旋轉(zhuǎn)變壓器編碼器，帶油封的伸軸電機(jī) ，一般選擇額定1500RPM的電機(jī)，這樣可以盡可能降電流，降低成本 速性能：額定1500R的電機(jī)，超速到2200RPM,可保持87%的輸出扭矩；
選擇電機(jī)時(shí)以扭矩為原則，而不是功率原則。完全依照油泵的排量和壓力決定扭矩，基本上做到一個(gè)排量的油泵有一個(gè)對應(yīng)的扭矩，因?yàn)橐粋€(gè)一定排量的油泵要加壓到一定的壓力決定了電機(jī)應(yīng)當(dāng)提供的扭矩。
根據(jù)液壓學(xué)原理： 電機(jī)應(yīng)當(dāng)提供的最大扭矩：
Tmax=0.0159*P*q(NM)
其中，P為系統(tǒng)壓力-----kgf/cm2，q為油泵排量,cc/rev
◆ 考慮過載能力：
由于注塑機(jī)在一個(gè)工作周期中,完全的滿負(fù)載的情況是極少的.大多數(shù)時(shí)間工作在高速低壓或者高壓低速的狀況,同時(shí)由于電機(jī)本身的過載能力比較強(qiáng),因此,取1.5倍的過載能力是適當(dāng)?shù)摹?br data-filtered="filtered" style="margin: 0px; padding: 0px; font-family: "microsoft yahei" !important;" /> 故電機(jī)的額定扭矩應(yīng)當(dāng)為：
Tm=Tmax/1.5
◆ 計(jì)算舉例
假定油泵為50CC/REV,系統(tǒng)壓力為140kgf/cm2.
則電機(jī)的額定扭矩為
Tm=0.0159×50×140/1.5=74NM.
故選擇70NM扭矩的電機(jī)
由于采用齒輪泵，則最大速度2000RPM,可以使用額定1500RPM的電機(jī)超速
故電機(jī)全部數(shù)據(jù)為70NM,1500RPM電機(jī)。
五、選擇伺服驅(qū)動(dòng)器
1、伺服泵驅(qū)動(dòng)器命名: V8-H-I0
銘牌上變頻器型號(hào)一欄用數(shù)字和字母表示了產(chǎn)品系列、電源等級(jí)、功率等級(jí)及軟硬件的版本等信息。

2、伺服驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)：

◆ 油泵的廣泛適應(yīng)性。在早期的測試過程中，為了提高油泵的適應(yīng)性，所測試的油泵采用了國產(chǎn)最差控制特性的油泵。因此可以在現(xiàn)有的油泵體系中，體現(xiàn)最佳的控制特性。
◆ 可靠的硬件設(shè)計(jì)，在國內(nèi)同行業(yè)中故障率最低，環(huán)境適應(yīng)性最高。
3、伺服驅(qū)動(dòng)器針對油泵的選型總則：（與前面的油泵，馬達(dá)連續(xù)舉例說明）
驅(qū)動(dòng)器應(yīng)當(dāng)以電流原則選型，而不是功率匹配原則
當(dāng)伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)油泵時(shí)，很顯然的有以下特點(diǎn)：
  ◆ 負(fù)載電流正比于油泵的排量，這可以從前面的公式中得到；
  ◆ 負(fù)載電流正比于油泵的壓力，這可以從前面的公式中得到；
  ◆ 負(fù)載電流反比與馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)速，這可以從電機(jī)學(xué)中關(guān)于扭矩，扭矩系數(shù)的描述中得到。
  ◆ 實(shí)踐的參考值：
一臺(tái)63CC的油泵，采用額定2000RPM的電機(jī)，保壓到140kgf/cm2時(shí)，需要耗用的電流為68A
◆ 新配置的油泵的保壓時(shí)的電流應(yīng)當(dāng)為：
I=現(xiàn)有油泵排量/63×現(xiàn)有壓力/140×現(xiàn)有電機(jī)額定轉(zhuǎn)速/2000×68
◆ 例如：一臺(tái)50CC的油泵，需要保壓到175kg/cm2,采用額定1500RPM的電機(jī)
則保壓到175kg/cm2時(shí)候的電流
I=50/63×175/140×1500/2000×68=50.5A
◆ 由于藍(lán)海華騰的伺服驅(qū)動(dòng)器，過載1.5倍的時(shí)間為1分鐘。為了保壓1分鐘，因此，可以用最大電流除以1.5，從而得到驅(qū)動(dòng)器額定電流；
Ie=50.5/1.5=33A
 ◆ 經(jīng)查： 可以使用V8-H-4T18.5
 六、連接油泵和馬達(dá)的法蘭盤（機(jī)械件）
1、連接油泵的法蘭從安裝方式來說有兩種
◆ 法蘭落地，支撐油泵和馬達(dá)
◆ 馬達(dá)落地，支撐法蘭和油泵
2、制作法蘭的標(biāo)準(zhǔn)
法蘭是一個(gè)非常重要的組件，一般對于同心度的要求在50um以內(nèi)，才能保障系統(tǒng)有較好的效果。如果制作精度不夠時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致同心度不好，體現(xiàn)在：
◆ 機(jī)械噪音明顯增大，尤其在高速段表現(xiàn)突出（1200RPM以上）；
◆ 馬達(dá)的軸承，以及油泵的軸承，油封加劇，降低壽命。
◆ 機(jī)械的震動(dòng)加劇。
3、制造一個(gè)法蘭，必須具備油泵的機(jī)械尺寸數(shù)據(jù)和馬達(dá)的機(jī)械尺寸數(shù)據(jù)：
◆ 油泵的軸徑
◆ 油泵的軸長
◆ 油泵的定位圓（俗稱止口或凸臺(tái)）
◆ 油泵的安裝螺栓的過孔的直徑
◆ 油泵安裝螺栓的過孔的中心圓直徑
◆ 馬達(dá)的軸徑
◆ 馬達(dá)的軸長
◆ 馬達(dá)的定位圓（俗稱止口或凸臺(tái)）
◆ 馬達(dá)的安裝螺栓的過孔的直徑
◆ 馬達(dá)安裝螺栓的過孔的中心圓直徑
七、壓力傳感器的信號(hào)與安裝
壓力傳感器也是一個(gè)非常重要的部件，當(dāng)壓力傳感器線形不好，或者品質(zhì)穩(wěn)定性欠佳的
時(shí)候，將直接導(dǎo)致伺服系統(tǒng)不能正常工作，甚至可能導(dǎo)致壓力直接升高。從而導(dǎo)致爆油
管，引發(fā)惡性事故。
市面主流的壓力傳感器品牌：丹麥丹佛斯MB3***系列、瑞士HUBA、美國HONEYWELL、國產(chǎn)百賽 PIM系列 （東莞松山湖留學(xué)創(chuàng)業(yè)園）。
壓力傳感器技術(shù)指標(biāo)：
◆ 0-250kgf/cm2----------0—10vdc,或1--5VDC，或4-20MA
◆ 1/4 PT管螺紋，提高密封性
◆ 插頭型接線方式，方便用戶接線。
提醒：在改造工程的情況下，一定要注意在出油口的法蘭塊預(yù)留壓力傳感器的安裝口。
 八、0----1A DC轉(zhuǎn)0—10VDC的信號(hào)轉(zhuǎn)換板（流量和壓力）
在定量泵的年代，由于PQ閥組件控制流量和壓力，這個(gè)PQ閥需要一定的功率才可以被驅(qū)動(dòng)，而這個(gè)PQ閥被設(shè)計(jì)成0-1ADC的信號(hào)執(zhí)行器，因此，在早期PQ閥年代，注塑機(jī)電腦被設(shè)計(jì)成帶有兩路0---1ADC的模擬輸出電路。
在注塑機(jī)伺服泵系統(tǒng)中，已經(jīng)取消了PQ閥，自然不在需要0—1ADC的信號(hào)。二是需要0—10VDC的信號(hào)。更換電腦板是不太可能的，因此，這個(gè)轉(zhuǎn)換板就有存在的必要性。
這個(gè)轉(zhuǎn)換板在改造工程中是一個(gè)必不可少的部件。