專利名稱：射出機變頻變量節能改進系統的制作方法
技術領域：
本實用新型關于一種射出機變頻變量節能改進系統，主要指一種可提升變頻變量節能的穩定性之系統。
背景技術：
習知射出機主要由液壓系統提供鎖模、射出機構之動力，就射出機之液壓系統而言，主要具電機、液壓油泵、各式控制閥、液壓管路、油箱等組件，并習知射出機之電機、液壓油泵具有許多不同組成方式，如第一種為利用一般電機與單段吐出之定量泵組合系統，并該電機為定速(高速)運轉，并定量泵固定于最大開口，并具固定吐出量，因而該系統可維持在固定高流量動作，但射出機于低壓力、低流量之工作階段時必須將多余液壓動能釋放， 因而對能源浪費最明顯。第二種為一般電機與多油泵組合之多極變量系統，并該電機為定速(高速)運轉， 并油泵具有多個定量吐出口，因而可具多個不同吐出量，并可因應射出機不同工作階段需求之流量、壓力令適當吐出口動作，然而該系統雖然可較第一種方式節能，但因僅能吐出設定之階段流量，因而仍有很大節能空間。第三種為普通電機與變量泵組合系統，并該變量泵可無段吐出不同油量，其節能效果較第二種方式佳，但該電機仍維持定(高速)運轉，不能配合吐出量調整，因而造成系統流量低時電機能源損耗及穩定性仍不理想缺失。第四種為伺服電機與定量泵系統，并該伺服電機之轉速可隨便調整，然而定量泵永遠在最大開口，其吐出量固定為最大吐出量，造成伺服電機低速運轉時具不穩定及節能效果不佳情形。第五種為發明人設計之臺灣發明259138號、美國發明第7281918號、大陸專利第 ZL 200410097712. 6號伺服變頻器控制電機與油泵系統，其中伺服變頻器可控制電機轉速， 并可配合射出機不同之工作階段調整電機轉速及油泵吐出量以具節能功效，又該變頻器可于電機之安全電流值范圍內令電機轉速提升以增加流量，并可具增速功效，又發明人更改進該油泵為變量泵，并電機由變頻器控制組合系統，使得伺服變頻器可控制電機轉速，并變量泵可改變吐出量以具更佳控制節能功效，且可適于生產薄壁及精密射出成型產品。因而前述第五種系統為較一至四種更佳設計，且對射出機成型動作而言，因不同工作階段需求之流量、壓力皆不同，又其在高壓時所需的流量極低，在冷卻時甚至不須要流量，故電機、油泵可與射出機之不同工作階段調整射出機液壓系統之壓力、流量以達到節能與精密成型最佳效果，且可依需求增速以增進成型效率。如第七圖所示為習知射出機之控制器控制變頻器、變量泵示意圖，并射出機之控制器6’下達指令令變頻器2’、變量泵4’動作，并可配合射出機之工作階段于tl時間令變頻器2’輸出設定頻率調整電機3’轉速，并同時于tl時間令變量泵4’內可由電磁作動之比例閥41’輸出改變發生的調整具設定吐出口徑，并調整液壓系統之流量、壓力，又該變量泵4’未輸出改變發生的時無論電機3’之轉速多快，其本身吐出量非常低，一般僅供其本身潤滑，并變量泵4’輸出改變發生的時可由變量泵4’之比例閥41’作動以調整其設定吐出量。然而發明人于實際操作射出機變頻節能動作發現該電機與變量泵之作動不能精確配合，因而仍會造成液壓系統之壓力、流量改變時該液壓系統會產生脈動不穩定，特別是電機由停止轉動至某一轉速因靜摩擦系數較大或轉速在極短時間內由慢至快有較大改變時更為明顯，例如當射出機于冷卻條件下其壓力、流量可以為0，而下一個動作是油壓馬達攪料，其流量可能需要提升60%，此時變頻器2’由OHZ需上升至30HZ，而在變頻器對電機作開回路控制時，相對于電機，變頻器2’本身由OHZ到30HZ幾乎沒有任何時間的延遲即可達到所需的要求，但是電機3’由ORPM要達到600RPM時，因為電機3’機械慣量儲能、電感儲能之慣性問題會有一定的時間延遲，其延遲時間一般情況下約在0. 1-0. 2秒左右，此造成達到穩態動作的延遲，該非穩態過程易于產生瞬間的不穩定性而不利于系統。即使對于變頻器與電機的閉回路控制，也將因電機慣性造成達到穩態動作的延遲。又當射出機在關模完時，其流量可以為0，而下一個動作是射出，其流量可能需要 50%，此時變頻器2’由OHZ需上升25HZ，在變頻器對電機作開回路控制時，相對于電機，變頻器2’本身由OHZ到25HZ幾乎沒有任何時間的延遲即可達到所需的要求，但是電機3’由 ORPM要達到500RPM時，因為電機慣性之時間延遲，一般情況下約在0. 1-0. 15秒左右，此時會產生穩態動作的延遲，甚至造成射出動作時約瞬間不穩定性進而影響產品質量，且對薄形精密射出產品更具關鍵影響。即使對于變頻器與電機的閉回路控制，也將因電機慣性造成達到穩態動作的延遲。又射出機之液壓系統中為了配合射出機不同工作階段之液壓系統壓力、流量控制，該液壓系統具有可由射出機之控制器控制之電液伺服閥，常見者如電液換向閥、電液比例閥，并以電液換向閥為例，其配置如圖壙10所示，其中該圖9、圖10之液壓回路采用油壓技藝通用之油壓記號表示，并該電液換向閥1’具電磁閥11’、方向閥12’、引導閥13’，并該引導閥13’為因應電磁閥11’之電磁吸力不足以配合液壓油泵之大流量、壓力動作而設置， 并可由引導閥13’導入液壓油引導以使電磁閥11’可穩定動作，又該液壓系統系由變頻器 2’控制電機3’轉速，并令變量泵4’動作吐出壓力P至電液換向閥1’，并輸出至油缸5’令油缸5’作動，又該壓力P連接引導閥13’，并使電液換向閥1’之電磁閥11’可藉由引導閥 13’引導輔助換向位移而穩定動作，又該電液換向閥1’之引導閥13’引導壓力P(液壓油) 可由內部或外部引入，并第九圖所示為由內部引入之液壓回路，并第十圖所示為由外部引入之液壓回路，并二種引入方式中該引導閥13’系直接由液壓系統之壓力P引導動作。然而發明人于實際控制射出機因應其工作階段作變頻節能控制時發現改變液壓系統之壓力、流量有造成液壓系統具較大脈動不穩定情形，例如射出機于冷卻階段之液壓系統壓力、流量為0，而下一油壓馬達攪料工作階段之壓力約80kg/cm2、流量約60L/min，但因前述引導閥13’之最低引導壓力約12kg/cm2、因而該冷卻階段之液壓系統0壓力、流量不能令引導閥13’動作，必須待液壓系統之壓力于一段時間逐步上升至大于引導閥13’之引導壓力12kg/cm2時該電液換向閥1’才能正常動作，在該段時間中，電液伺服閥因液壓系統之壓力、流量低于電液伺服閥穩定控制所需的最低壓力，將使電液伺服閥易于受到液壓系統之壓力、流量變動及脈動的影響，而不利于保證產品質量，特別是對精密射出薄壁產品。然而，目前射出機業者實未發現前述射出機變頻節能動作不穩定之原因，更惶論如何解決改進，因而為提升精密射出產品之質量，如何能兼具節能及可改進液壓系統之脈動不穩定實具有其必要性。
發明內容本實用新型之目的即在提供射出機變頻變量節能動作時其液壓系統作動可具較佳穩定性及成品質量。射出機變頻變量節能改進系統，其特征在于其中射出機之液壓系統具變頻器、電機、變量泵，并射出機之控制器控制變頻器、變量泵動作，令所述變頻器輸出改變的發生先于變量泵輸出改變的發生。進一步，其中變量泵輸出改變發生于變頻器輸出改變的發生和電機轉速改變之電機慣性延長過程之后。進一步，其中變量泵具電磁作動之比例閥，又射出機之控制器控制比例閥輸出改變發生的動作。進一步，其中電機是伺服電機。本實用新型之射出機液壓系統具變頻器、電機、變量泵，并射出機之控制器控制變頻器、變量泵動作，又射出機之控制器令令所述變頻器輸出改變的發生先于變量泵輸出改變的發生，并該變量泵輸出改變可發生于變頻器輸出改變的發生和電機轉速改變之電機慣性延長過程之后。優選是射出機之電機可運轉至設定轉速時該變量泵可幾乎同步輸出改變發生的動作，可減少電機動作時間差產生之液壓系統脈動的影響，以進一步可提升射出成品質量。當往輸出增加的方向操作控制時，因電機驅動較低的負載，故可相對更快達到目標轉速；當往輸出減少的方向操作控制時，因電機驅動較高的負載，故可相對更快達到目標轉速。本實用新型之射出機系因應成型工作階段改變液壓系統之壓力、流量，并該液壓系統具電液伺服閥，并該電液伺服閥具由射出機之控制器控制之電磁閥及由液壓油引導之引導閥；又本實用新型提供該電液伺服閥之引導閥額外引導壓力，并最大降低電液伺服閥動作受液壓系統之壓力、流量變動及脈動影響，因而本實用新型之電液伺服閥可于射出機變頻節能動作令液壓系統之壓力、流量改變時電液伺服閥仍可精確動作，并可降低液壓系統脈動以提升作穩定性及射出產品質量。本實用新型之該額外引導壓力大于電液伺服閥之最低控制壓力，并由射出機液壓系統之外部或內部引輸出改變發生的液伺服閥之引導閥，又該額外引導壓力由保壓系統提供，且該保壓系統包括電機、油泵、壓力控制閥、液壓管路，并油泵輸出提供引導閥大于其最低引導壓力之定壓定速壓力、流量。該保壓系統是定壓定速系統。本實用新型的有益效果射出機之電機可運轉至設定轉速時該變量泵可幾乎同步輸出改變發生的動作，可減少電機動作時間差產生之液壓系統脈動，并可提升射出產品質量。并且當往輸出增加的方向操作控制時，因電機驅動較低的負載，故可相對更快達到目標轉速；當往輸出減少的方向操作控制時，因電機驅動較高的負載，故可相對更快達到目標轉速。
[0023]圖1系本實用新型射出機之控制器控制變頻器、變量泵示意圖。圖2系本實用新型射出機之控制器控制變頻器、變量泵動作圖表示意圖。圖3系本實用新型由外部提供電液換向閥額外引導壓力架構示意圖。圖4系本實用新型由外部提供電液換向閥額外引導壓力之液壓回路示意圖。圖5系本實用新型由內部提供電液換向閥額外引導壓力架構示意圖。圖6系本實用新型由內部提供電液換向閥額外引導壓力之液壓回路示意圖。圖7系習知射出機之控制器控制變頻器、變量泵示意圖。圖8系習知射出機液壓系統部分架構示意圖。圖9系習知射出機由液壓系統之壓力以內部引導方式提供電液換向閥之引導閥壓力之液壓回路示意圖。圖10系習知射出機由液壓系統之壓力以外部引導方式提供電液換向閥之引導閥壓力之液壓回路示意圖。
具體實施方式
參見圖1、圖2，射出機變頻變量節能改進方法，其中該液壓系統之變頻器2、變量泵4動作由射出機之控制器7控制，射出機之控制器7向變頻器2和變量泵4發送指令，令所述變頻器2輸出改變的發生先于變量泵4輸出改變的發生。其中變量泵4輸出改變發生于變頻器2輸出改變的發生和電機3轉速改變之電機慣性延長過程之后。其中變量泵4具電磁作動之比例閥41，又射出機之控制器7控制比例閥41輸出改變發生的動作。其中射出機之液壓系統之電機3是伺服電機。見圖3-6其中該射出機系因應成型工作階段改變射出機液壓系統之壓力、流量， 并該液壓系統之電液伺服閥1之引導閥13由射出機之控制器控制之電磁閥及由液壓油引導，提供該電液伺服閥1之引導閥13大于其最低控制壓力之額外引導壓力。其中該額外引導壓力由保壓系統6提供，該保壓系統6包括電機61、油泵62、壓力控制閥63、液壓管路64，并油泵63輸出提供引導閥13大于其最低引導壓力之定壓定速壓力、流量。其中保壓系統6是定壓定速系統。其中該壓力控制閥63可設于油泵62上，又電液伺服閥1可為電液換向閥，又同一定壓定速系統可提供一個以上電液伺服閥1之引導閥13額外引導壓力。其中該額外引導壓力由射出機液壓系統之外部直接輸入到電液伺服閥1之引導閥13，見圖3、圖4。也可以其中該額外引導壓力經由射出機液壓系統之內部再引入到電液伺服閥1之引導閥13，見圖5、圖6。射出機之控制器7令變頻器2之輸出改變的發生時間為、，并射出機之控制器7控制變量泵4之比例閥41輸出改變的發生時間為t2，并t2 >、+t3，其中t3為電機3之機械慣量、電感慣量儲能之慣性運轉延遲時間，并該延遲時間t3系與電機種類、特性、設定轉速有關，例如一般電機之慣性反應較慢，其延遲時間t3較長，約0. 2秒以下(0. Γ0. 2秒)，又伺服電機之慣性反應時間較快，其延遲時間t3較短，約0. 1秒以下(0. 05、. 1秒)，但該延遲時間t3遠大于變頻器2、比例閥41之輸出改變的反應時間，又該延遲時間t3與電機3之設定轉速有關，例如電機由ORPM上升至1000RPM之時間較由ORPM上升至500RPM時間長， 因而射出機之控制器7系依據射出機工作階段需求液壓系統之壓力、流量對應電機3種類、 特性、轉速設定延遲時間t3，并使電機3運轉達設定轉速時再令變量泵4之比例閥41輸出改變發生的動作。因變量泵的動作改變完成需要時間一般均小于電機的轉速改變完成需要時間，故傳統上若變頻器輸出改變與變量泵輸出改變被約同時要求時，往往變量泵的輸出改變已完成，而電機的轉速改變尚未完成，對于往輸出增加的方向操作控制時，電機的非穩態轉速輸出將易于由變量泵傳遞至系統油路中。但本實用新型因變頻器2輸出改變的發生先于變量泵4輸出改變的發生，使變量泵提供系統某種程度的電機輸出非穩態的隔離。而且，因電機驅動較低的負載，故可相對更快達到目標轉速，相對減少非穩態的時間。因而本實用新型可防止因變量泵4之比例閥41已動作但電機3仍未達設置轉速時造成脈動不穩定，并可提升射出成品質量。以射出機之工作階段為例，當射出機于冷卻工作階段時其壓力、流量為0，并下一馬達攪料工作階段其電機3須運轉至720RPM，因而射出機之控制器7可于下一馬達攪料工作階段前令變頻器2于、時間動作，并經一段延遲時間t3后之t2時間使電機3已運轉至 720RPM時再令變量泵4之比例閥41動作，因而該變量泵4動作時電機3已達設定轉速，并可避免電機3慣性延遲造成脈動不穩定，并可提升射出成品質量。上述例示說明亦可適用本實用新型在其它的運用狀況，例如，電機轉速由300RPM 上升至1000RPM的需求發生時，若變頻器輸出改變與變量泵輸出改變被約同時要求時，電機的非穩態轉速輸出將易于由變量泵傳遞至系統油路中。但本實用新型因變頻器2輸出改變的發生先于變量泵4輸出改變的發生，使變量泵提供系統某種程度的電機輸出非穩態的隔離。其中，因電機驅動較低的負載，故可相對更快達到目標轉速，相對減少非穩態的時間。 而且，在本實用新型中，當往電機轉速減少的方向操作控制時，雖然變頻器輸出改變與變量泵輸出改變可被同時要求，但對于變頻器2輸出改變的發生先于變量泵4輸出改變的發生， 仍有相對降低其非穩態時間的優勢。此外，雖然本實用新型之前的例示中，電機轉速由ORPM上升至1000RPM，與電機轉速由ORPM上升至500RPM，可設定不同的延遲時間。但有時為了使控制設定較為容易，電機轉速由ORPM上升至1000RPM，與電機轉速由ORPM上升至500RPM，在選擇適當的中值延遲時間的情況下，即使設定相同的延遲時間，由于變頻器2輸出改變的發生先于變量泵4輸出改變的發生，使得設定的延遲時間有時可能些微不足，或是少許超過需要。其中，當設定的延遲時間少許超過需要時，因延遲時間與生產產品的整個循環周期相比是微不足道的，故除了相對略微延長整個周期時間外，實際上幾乎不會有其它任何不利影響。此外，當設定的延遲時間些微不足時，因變頻器2輸出改變的發生先于變量泵4輸出改變的發生，使較慢開始動作的變量泵仍可提供系統一定程度的緩沖隔離。例如較短的設定的延遲時間，使變量泵4 輸出改變的發生的時間提前，并且使變量泵4輸出改變完成的時間與電機輸出改變完成的時間約同時，變量泵仍然提供系統某種程度的電機輸出非穩態的隔離。此等狀況，仍然為本實用新型的各式各樣的例示之一，且與傳統相較，仍保有本實用新型提供的某種程度優點。本實用新型因電液伺服閥1之引導閥13由保壓系統6提供壓力Pl維持在可推動狀態。因而例如射出機于冷卻階段其液壓系統之壓力、流量可能為0壓力、0流量或極低壓力、極低流量，而在傳統的射出機的液壓系統中，當液壓系統之壓力、流量低于液壓系統中之電液伺服閥的穩定控制所需時，將使電液伺服閥易于受到液壓系統之壓力、流量變動及脈動的影響，而不利于保證產品質量，特別是對精密射出薄壁產品。而本實用新型中的保壓系統6提供該電液伺服閥1之引導閥13額外引導壓力，給電液伺服閥1動作提供額外的引導壓力，可盡可能去除當液壓系統之壓力、流量低于電液伺服閥1的穩定控制所需時，液壓系統之壓力、流量變動及脈動對電液伺服閥1的穩定控制的不利影響。傳統液壓系統中電液伺服閥之引導閥穩定控制所需的壓力是由液壓系統的壓力、 流量決定，而電液伺服閥動作切換時，液壓系統之低壓力、低流量時往往不能提供電液伺服閥之引導閥穩定控制所需的最低壓力，使得電液伺服閥受到液壓系統之壓力、流量變動及脈動的影響，而不利于保證產品質量。而本實用新型的保壓系統6提供該電液伺服閥1之引導閥13額外引導壓力，所述額外引導壓力是大于電液伺服閥1之引導閥13穩定控制所需的最低壓力，因此電液伺服閥1之引導閥13穩定控制所需的壓力能否快速達到不是由液壓系統的壓力、流量決定，由此液壓系統的壓力、流量變動及脈動對電液伺服閥動作產生盡可能小的影響。在一些情況下，從冷卻階段開始進入下一馬達攪料工作階段其液壓系統之壓力可能需要由0壓力、0流量或極低壓力、極低流量立刻提高到某一足夠高的壓力、流量值時，本實用新型由于提供有額外保壓系統6，該電液伺服閥1可迅速由射出機之控制器控制動作， 不須等待液壓系統之壓力提升至電液伺服閥1之最低引導壓力以上才能動作，可避免傳統上因液壓系統之壓力、流量低于電液伺服閥之引導閥穩定控制所需的最低壓力，造成傳統上的電液伺服閥動作的延遲和在該段延遲時間上電液伺服閥控制不穩定，因而提升射出產品質量。又例如射出機在射出過程中，一般的控制器中有射出四段及保壓三段共七段可供調整，我們假設其各階段的成型條件為射出第一段射速30%壓力60公斤，第二段射速80% 壓力60公斤，第三段射速40%壓力50公斤，第四段射速不使用，保壓第一段速度30%壓力 50公斤保壓第二段速度15%壓力30公斤，保壓第三段不使用，此時當第一段射速轉成第二段射速時控制器對電機變頻器先下達指令使電機轉速先提升到趨近所需的轉速時然后再對變量泵下達指令，在第二段射速轉成第三段射速時控制器則同時對電機變頻器及變量泵下達指令，在第三段射速轉成保壓第一段后再轉成保壓第二段時控制器仍同時對電機變頻器及變量泵下達指令。當電液伺服閥之引導閥所需的壓力是由射出機液壓系統之外部直接輸入引導閥時，此過程中雖然液壓系統可以提供給電液伺服閥之引導閥其所需的壓力，但保壓系統仍然提供電液伺服閥之引導閥所需的引導壓力。當電液伺服閥1之引導閥13的額外引導壓力是經液壓系統內部引入時，在射出機射出過程中，由于在各階段射出過程中系統工作壓力都大于電液伺服閥1之引導閥13所需的引導壓力，因此保壓系統6不起作用。又例如射出機于關模完工作階段之液壓系統壓力、流量為0，而下一射出工作階段之壓力、流量須大幅提升，而本實用新型前述控制可防止由極低壓至升壓造成之液壓系統脈動不穩定，又本實用新型系以電液換向閥為例，而上述示例說明亦可適用本實用新型在其它電液伺服閥的運用狀況。故由前述，本實用新型可提升射出機于變頻節能動作時提升作動穩定性，并使得射出機可控制生產高質量產品，又本實用新型雖然增加定壓定速系統，但該定壓定速系統只須提供足可令引導閥推動之低壓力，其耗能極小，對比本實用新型可改進液壓系統脈動不穩定并可生產精密射出高質量產品應屬于顯著增進功效設計，又本實用新型若僅提供額外引導壓力對電液伺服閥控制但未針對變頻器、變量泵依本實用新型方法控制時亦可具有較習知射出機更佳作動穩定性，而本實用新型所述之實施形態系作為例示闡明本實用新型，并本實用新型不受改變實施形態之限制，在本次公開中僅描述本實用新型部分動作例示，凡本領域者依據本實用新型精神所為之修改亦應屬于本實用新型申請專利范圍所含蓋之范疇。
權利要求1.一種射出機變頻變量節能改進系統，其特征在于其中射出機之液壓系統具變頻器、電機、變量泵，并射出機之控制器控制變頻器、變量泵動作，令所述變頻器輸出改變的發生先于變量泵輸出改變的發生。
2.如權利要求1所述之一種射出機變頻變量節能改進系統，其特征在于其中變量泵輸出改變發生于變頻器輸出改變的發生和電機轉速改變之電機慣性延長過程之后。
3.如權利要求1或2所述之一種射出機變頻變量節能改進系統，其特征在于其中變量泵具電磁作動之比例閥，又射出機之控制器控制比例閥輸出改變發生的動作。
4.如權利要求3所述的一種射出機變頻變量節能改進系統，其特征在于其中電機是伺服電機。
專利摘要一種射出機變頻變量節能改進系統，其中射出機之液壓系統具變頻器、電機、變量泵，并射出機之控制器控制變頻器、變量泵動作，令所述變頻器輸出改變的發生先于變量泵輸出改變的發生。并其中變量泵輸出改變發生于變頻器輸出改變的發生和電機轉速改變之電機慣性延長階段之后。藉此射出機之電機可運轉至設定轉速時該變量泵可幾乎同步入電動作，因而可減少電機動作時間差產生之液壓系統脈動，并可提升射出成品質量。
文檔編號B29C45/82GK202097924SQ20112011074
公開日2012年1月4日 申請日期2011年4月15日 優先權日2011年4月15日
發明者陸孝庭, 陸緯庭 申請人:聯塑(杭州)機械有限公司, 陸孝庭