射出成形機の動力系の選び方（前編）

射出成形品の加工において、原材料を除いた最大のコストは電気料金です。ほとんどの射出成形機では、電気エネルギーは最初にモーターを介して運動エネルギーに変換され、次にオイル ポンプを介して油圧エネルギーに変換されます。これにより、射出成形サイクルの各動作が駆動され、射出成形プロセスが完了します。私たちは皆、「エネルギー保存の法則」を知っています。ある形態から別の形態に変化する過程でエネルギーが増減することはありませんが、実際には変換過程でエネルギーの損失があります。これは、変換過程で熱エネルギーなどの「無駄な」出力エネルギーが生成されるためです。省エネの本質は、「無駄な」出力エネルギーを減らすことです。

非同期電動式定容量ポンプ

従来の射出成形機は、非同期モーター (かご型) によって駆動されます。定速非同期モーターは、電気エネルギーを運動エネルギーに変換します。「有用な」運動エネルギー出力は、入力電気エネルギーの約 90% にすぎず (完全に負荷がかかっている場合)、残りは熱エネルギーになります。したがって、モーターには熱エネルギーを取り除くための独自のファンがあります。

一方では、非同期モーターが固定容量ポンプを駆動して、一定の流量を出力します。一方、金型の開閉、突き出しなどの射出成形サイクルの各動作には、さまざまな流れの要件があり、使用されていない流れは、現在の設定圧力でオイル タンクに逆流します。 .動作が遅いほど、または設定圧力が高いほど、より多くのエネルギーがオイル タンクに逆流し、より多くのエネルギーが浪費されます。無駄になったエネルギーは熱エネルギーとなり、油温を上昇させます。したがって、一般的に言えば、動作速度が最高速度から遠いほど、時間が長く、圧力が高いほど、潜在的なエネルギー節約量が大きくなります。

非同期モーターの可変容量ポンプ

以上のことから、省エネの鍵は流れを変えることにあることがわかります。可変容量ポンプは、ゼロから最大までの流れを提供でき、非同期モーターの定速回転の下で提供されます。最も一般的に使用される可変容量ポンプは、斜板アキシャル プランジャー設計を採用しています。外出するときは明かりを消すのは良い習慣です。明暗スイッチが広く使用されている場合、エネルギーを節約するために、暗いが十分な光の中で仕事をしたり休憩したりできます。可変容量ポンプは、明暗のスイッチのようなものです。流量を減らすことができるデバイスも 2 つあります。周波数変換器とサーボ モーターです。

非同期モーター周波数変換器オイル ポンプ

周波数変換器は、非同期モーターの速度が 10 ～ 100% 変化するように AC 周波数を変更します。定容量ポンプの場合、油量は10～100%変化します。

しかし、周波数変換器は大電流の電子機器であり、電力も消費するため、省エネ効果は可変容量ポンプに劣ります。さらに、非同期モーターは、回転子慣性の最適化を考慮せずに、一定速度で設計されています。ロータの加減速をそれぞれ 0.1 秒とすると、1 サイクルで 20 回以上の速度変更に 2 秒かかります。一般に、ユーザーは、周波数変換器を使用すると生産性が低下することに気付くでしょう。最後に、ほとんどの定容量ポンプはベーン ポンプです。速度が低下すると、遠心力も低下します。したがって、低流量では内部漏れが増加し、オイルポンプの効率が低下します。

したがって、射出成形機を改造して改善する場合は、周波数変換器を使用して非同期モーターに接続する方が適しています。エレクトリックワイヤーの交換だけなので、定容量ポンプから可変容量ポンプに交換するよりも短時間で簡単に行えます。また、周波数変換器で押出機スクリューの回転速度を変える応用例としても成功しています。押出機は定期的に作動しないため、頻繁に加速または減速する必要がなく、スクリューはギアボックスによって駆動されるため、オイル ポンプは必要ありません。

サーボモーターオイルポンプ

サーボモーターは加速と減速を最適化できます。ローターは小径で慣性を抑え、ロングローターで失われたトルクを回収。もちろん、慣性もローターの長さとともに増加しますが、直線的にしか増加しません。サーボモーターの外観からも、直径が小さいのに長さが大きいことがわかります。サーボ モーターが 0 ～ 2000 rpm に変化するのにかかる時間はわずか 0.05 秒です。そのため、可変速サーボモーターを使用してオイルポンプを駆動します。これは、サイクルが5秒未満の場合にのみ生産性を低下させます。永久磁石を使用して回転子の磁場を生成し、回転子の銅損と鉄損も回避します。

サーボモーターの可変速度は、周波数変換の原理を持つコントローラーによって実現されます。50Hzまたは60Hzの交流を整流後、必要な周波数の交流に変換してサーボモータを駆動します。したがって、周波数が異なる地域で電圧が適切である限り、影響はありません。これは非同期モーターとは異なります。60Hz での非同期モーターの回転速度は、50Hz での回転速度よりも 20% 速くなります。コントローラーには、圧力と速度のフィードバック制御と、圧力と流量の上昇と下降の PID 制御もあります。

サーボモーターは発電機と変わりません。どの機能を果たすかは、それをどのように駆動するかによって異なります。三相電源が供給されている場合、それはモーターです。電源を供給して主軸を回転させれば発電機です。サーボモーターにブレーキをかけると（金型の開閉時や停止時など）、発電機となります。可動型と可動型の慣性（運動エネルギー）で型締シリンダーを駆動し、オイルポンプ（この時オイルポンプがオイルモーターとなる）を駆動し、「発電機」の主軸を駆動する電圧を生成します。ブレーキ抵抗を通過すると電流となり、熱エネルギーとなって大気中に分布します。このエネルギーは回収されませんが、速くて正確な制動の目的にも役立ちます。

ギアポンプまたはプランジャーポンプ

サーボモータに使用されるオイルポンプには、定量ギヤポンプと可変プランジャポンプの2種類があります。射出成形機の定容量ポンプは主にベーンポンプです。低速時はベーンポンプの遠心力が低下し、内部漏れが大きくなるため、可変速サーボモータには不向きです。

歯車ポンプの体積効率は 90% 未満で、構造は比較的単純で、コストは高くなく、騒音は大きくなく、油汚染の許容度は大きいです。プランジャーポンプの容積効率は約95％で、構造が精密で、油汚染に対する耐性が高くなく、騒音が大きい。ただし、その可変特性を使用して、サーボモーターのトルク負荷を減らし、電流と熱を減らし、圧力保持時間を長くすることができます。これは、石油研究会社のデュアル排気量設計に取り入れられました。

保圧・高圧型閉に必要な流量は少ないが圧力が高いため、可変容量ポンプを小容量に変換でき、サーボモータの低速時の大電流による発熱を抑えます。この機能は、すべてのモーターで利用できるわけではありません。二重容量を使用しない場合、保圧・高圧型閉は元の容量の圧力流量範囲を超えますが、過負荷範囲内であり、仮保圧・高圧型閉に使用できます。型締方法に機械蝶番を採用すれば、当然高圧型閉は短命です。直圧型締力が一方向弁によってロックされていない場合、型締力を維持するためにモーターオイルポンプを連続的に作動させる必要があります。デュアル ディスプレースメント オイル ポンプは、車のデュアル ギア トランスミッションと見なすことができます。上り坂でゆっくり走行するときは低速ギアを使用します。エンジン回転数はあまり落ちていませんが、クルマの駆動力は向上しています。