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双电机驱动在全电动立式注塑机中的应用

浏览次数: 发布日期:2018-07-17
随着立式注塑机驱动技术的不断进步,以及对塑料制品成型质量的要求日益提高,全电动立式注塑机将在不久的将来成为我国注塑装备发展的大趋势。全电动立式注塑机相比传统液压驱动方式,有着显著的优势:由于没有液压系统,因此没有油污染;电动立式注塑机不受油温波动的影响,因而能保持很高的重复精度;伺服电机的响应性能比液压系统要高;通过伺服电机驱动,不仅可以达到很高的控制精度,而且有明显的节能优势。
由于受到电机制造水平和伺服驱动技术的制约,全电动立式注塑机在高速化和大型化的发展道路上遇到了很大的阻力。为了保证注射机构响应性能和加速性能,文章提出了双伺服电机复合驱动注射的技术方案。采取双电复合驱动,解决高速以及大型立式注塑机对大功率大转矩伺服电机过分依赖的问题。通过双电机分载,降低了全电动立式注塑机对注射电机的苛刻要求。然而,双电机复合驱动也带来相应的技术问题。文章针对双电机驱动立式注塑机电机的跟随性能和同步性能进行研究,为日后的双电机驱动技术提供技术支持。
1 驱动方案
1.1 机械部分
在注塑成型过程中需要注射机构提供足够的推力,使已塑化均匀的聚合物熔体通过螺杆向前推动的作用能顺利进入模具型腔。为解决全电动注塑成型设备高速化和大型化而带来的驱动问题,降低全电动立式注塑机对大功率、大转矩电机的依赖,文章提出了双电机复合驱动注射的技术方案。通过装备2台配置相同的伺服电机,通过齿形同步带和带轮连接,双电机同时输出并通过滚珠丝杠推动螺杆高速前进,最终实现注射功能。通过这种设计,伺服电机可以同等地分配启动功率和转矩,通过2个功率相对较低,转矩较小的伺服电机来代替大功率、大转矩的伺服电机,实现降低制造难度和降低成本的目的。
1.2 控制部分
在双电机复合驱动全电动立式注塑机中,包括控制程序、通讯方式等在内的控制策略都需要针对特定的应用环境进行调整。在方案中采用2个独立配置相同的驱动器驱动注射伺服电机。从系统PLC直接下达指令控制2个驱动器,实现伺服电机动作的控制。控制过程中,系统PLC根据驱动器反馈的转速、电流、转矩等信号,判定伺服电机所处的状态下达调整的指令,从而解决运动过程中双伺服电机的运动状态同步性问题。
2 实验研究
实验使用专业软件COMBIVIS5监控海天长飞亚VE4100-1300p双电机复合驱动全电动立式注塑机注射部分注射伺服电机的运动状态,研究双电机驱动注射机构的速度跟随性能和同步性能。
2.1 跟随性实验结果与讨论
伺服电机的跟随性能是影响全电动立式注塑机性能的重要因素之一。研究针对注射部分伺服电机的运行状态进行监控,选取以下4个主要参数进行测试:输出转速、编码器反馈转速、视在电流、反电动势。
立式注塑机设置为手动状态,在对空注射的实际工作状态下完成数据采集。可以看出,在伺服电机启动的瞬间,电流瞬间上升,过载后便逐渐降低,电机转速迅速提升。完成加速过程后,进入恒速阶段,反电动势和电流表现平稳,电流保持在一个较低的水平。此后,伺服电机减速到静止的过程与加速过程的特性基本相似。对于跟随性测试,重点关注编码器反馈转速(曲线1)和输出转速(曲线2)的变化趋势。当加速度为1000mm/s2时,注射速度为100mm/s和250mm/s的速度曲线平滑。虽然启动时和减速制动时编码器反馈的速度和设定的速度存在小偏差,但伺服电机在加速、匀速以及制动过程都表现平稳,速度曲线贴合度高。随着加速度的提高,伺服电机的速度跟随曲线的稳定性降低。当加速度为3000mm/s2时,伺服电机的速度曲线出现较明显的变化。在注射速度为100mm/s和250mm/s时,启动和制动曲线的偏移量较加速度为1000mm/s2时增大。此外,在加速结束即将进入匀速的区间内,编码器反馈的实际速度超过PLC的输出速度,出现了超速的现象。在匀速段末端进入制动的过程中,PLC给出制动指令后,编码器反馈的速度同样出现超过PLC输出速度,伺服电机减速动作出现延迟现象。
实验结果表明:在低加速度低注射速度时,伺服电机在启动时存在延迟,编码器反馈转速和输出转速曲线贴合性高;当注射速度提高时,速度曲线的波动加大。总的来说,伺服电机的跟随性能良好。当加速度加大时,伺服电机在启动时的延迟现象加剧,在加速尾段即将进入匀速阶段时出现速度波动,并且随着注射速度的增加,现象越明显。
2.2 同步性实验结果与讨论
由于是双电机复合驱动,电机的同步性是需要保证的重要特性之一。实验中同时监控2台注射伺服电机的运行状态,监控参数包括输出转速、编码器反馈转速、视在电流、反电动势。实验结果表明:在加速度为1000mm/s2,注射速度为100mm/s时,曲线变化趋势相近,PLC输出转速和编码器反馈速度基本保持一致。从视在电流(曲线3)中可以看出,伺服电机1和伺服电机2在进入匀速段时有相反的变化趋势,但持续时间很短,经过重新分配后迅速恢复平衡,整体同步性表现良好。当加速度为3000mm/s2,注射速度为100mm/s时,曲线与加速度为1000mm/s2相比有明显变化。伺服电机1和伺服电机2在加速尾段编码器反馈速度与PLC输出速度都存在偏差,因而控制系统介入,控制伺服电机2的转速。此外,伺服电机1和伺服电机2的在加速完成进入匀速阶段产生不一致的变化现象,这说明此时2台伺服电机工作状态有差异,甚至是存在拉扯的现象,同步性能下降。
3 结论
1)通过实验研究表明双电机复合驱动能在全电动立式注塑机上的应用是成功的,并能达到注塑成型的要求;
2)双伺服电机能完成指定的加速、减速运动,跟随性能良好;
3)对于同步性能的控制,日后需要提高控制精度,解决2台伺服电动工作状态的差异性问题。
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