注塑行業(yè)正面臨著一個(gè)飛速發(fā)展的機(jī)遇，然而在注塑產(chǎn)品的成品的構(gòu)成中，電費(fèi)占了相當(dāng)?shù)谋壤?，依?jù)注塑機(jī)設(shè)備工藝的需求，注塑機(jī)油泵馬達(dá)耗電占整個(gè)設(shè)備耗電量比例高達(dá)50%-65%，因而極具節(jié)能潛力，設(shè)計(jì)與制造新一代“節(jié)能型”注塑機(jī)，就成為迫切需要關(guān)注和解決的問題。注塑機(jī)的工藝過(guò)程一般分為鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻、開模等幾個(gè)階段，各個(gè)階段需要不同的壓力和流量。對(duì)于油泵馬達(dá)而言，注塑過(guò)程是處于變化的負(fù)載狀態(tài)，在定量泵的液壓系統(tǒng)中，油泵馬達(dá)以恒定的轉(zhuǎn)速提供恒定的流量，多余的液壓油通過(guò)溢流閥回流，此過(guò)程稱為高壓節(jié)流。據(jù)統(tǒng)計(jì)由高壓節(jié)流造成的能量損失高達(dá)36%-68%。
隨著世界各國(guó)在環(huán)保，如能耗、噪音、泄漏等控制方面日益嚴(yán)格的要求，節(jié)能已成為注塑機(jī)制造商研究重點(diǎn)，力勁集團(tuán)為滿足客戶通過(guò)節(jié)能以降低生產(chǎn)成本之要求，對(duì)各種節(jié)能控制技術(shù)進(jìn)行了深入廣泛的研究和實(shí)踐。全電動(dòng)注塑機(jī)具優(yōu)良的節(jié)能特性，全電動(dòng)注塑機(jī)在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上徹底拋棄了全油壓機(jī)油泵馬達(dá)產(chǎn)生的油壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，而采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿和同步皮帶，大幅度提高了注塑機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的控制精度，徹底解決了液壓油對(duì)環(huán)境的污染問題，機(jī)械產(chǎn)生的噪聲也隨之下降，在能源消耗，性能，使用的費(fèi)用及機(jī)器本身的性價(jià)比已處于優(yōu)勢(shì),特別是生產(chǎn)如醫(yī)療器械、藥用、食品包裝、飲食用等制造過(guò)程潔凈度要求較高的行業(yè)以及高檔的精密產(chǎn)品，全電機(jī)是一個(gè)很好的選擇，全電動(dòng)注塑機(jī)具有節(jié)電、節(jié)水、高性能特性，運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)費(fèi)大幅度下降，加工周期短、工效高，但制造成本亦高、且品種少，全電動(dòng)注塑機(jī)只是因價(jià)格和技術(shù)的因素限制了其應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)的全電動(dòng)注塑機(jī)市場(chǎng)份額還非常少，力勁集團(tuán)已研制成功新一代PT-60V全電動(dòng)注塑機(jī)既將投放市場(chǎng)；傳統(tǒng)的液壓式注塑機(jī)目前主要有比例變量泵與變頻定量泵兩種節(jié)能控制系統(tǒng)，下面分別分析兩種節(jié)能技術(shù)的工作原理以探討其性能特點(diǎn)與應(yīng)用。
一、兩種控制系統(tǒng)的組成及工作原理
比例變量泵控制系統(tǒng)：主要有油泵電機(jī)、比例變量泵、及常規(guī)液壓閥組成，用戶根據(jù)注塑成型工藝要求設(shè)定各種動(dòng)作壓力、速度，這些設(shè)定值經(jīng)微處理器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號(hào)（電流或電壓信號(hào)）輸出給比例變量泵的比例壓力閥及比例流量閥，同時(shí)變量泵內(nèi)的比例壓力閥及比例流量閥按設(shè)定值向系統(tǒng)輸出壓力和流量產(chǎn)生的壓、流差及負(fù)載的變化快速推動(dòng)（調(diào)整）變量泵斜盤頃角發(fā)生變化，使液壓系統(tǒng)的能量輸出跟隨注塑過(guò)程整機(jī)變化的負(fù)載狀況而變化，比例閥按設(shè)定值向系統(tǒng)輸出整機(jī)需要的精確壓力和流量，最大限度避免能量的損失。
變頻定量泵控制系統(tǒng)：主要有變頻器、油泵電機(jī)、定量泵、比例閥（壓力/流量）、及其它常規(guī)閥（方向閥和溢流閥）組成，系統(tǒng)工作時(shí)，用戶根據(jù)注塑成型工藝要求設(shè)定各種動(dòng)作壓力、速度，這些設(shè)定值經(jīng)微處理器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號(hào)（電流或電壓信號(hào)）輸出給系統(tǒng)的比例壓力閥及比例流量閥，同時(shí)與速度設(shè)定相對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)輸入至變頻器的控制板，實(shí)現(xiàn)控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速按設(shè)定值變化，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化導(dǎo)致與之相聯(lián)的定量泵速度的變化，使液壓系統(tǒng)的能量輸出跟隨注塑過(guò)程整機(jī)變化的負(fù)載狀況而變化，在保壓、冷卻及空轉(zhuǎn)的狀況保持很低的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到節(jié)能的目的。利用注塑機(jī)同步信號(hào)及電氣控制系統(tǒng)，根據(jù)注塑成型的工藝要求，將電液比例控制系統(tǒng)，模擬成負(fù)載跟蹤控制系統(tǒng)，使油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速與注塑機(jī)工作所需液壓的流量與壓力乘積成正比，將傳統(tǒng)的定量泵改造成變頻變量泵，從而使溢流閥的回油流量降到最小，無(wú)高壓節(jié)流能量損失。
根據(jù)注塑產(chǎn)品的不同，對(duì)比定量泵油壓注塑機(jī)，全電動(dòng)注塑機(jī)節(jié)電率高達(dá)40~70％；變量泵注塑機(jī)節(jié)電率達(dá)25~50％；變頻注塑機(jī)節(jié)電率達(dá)25-60％。
二、通過(guò)分析研究?jī)煞N控制系統(tǒng)節(jié)能工作原理可以看出其性能特點(diǎn)
1．系統(tǒng)的響應(yīng)速度
變量泵：比例壓力及流量與泵于一體，控制油路行程短、反應(yīng)快，交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，無(wú)磁滯效應(yīng)及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響，響應(yīng)時(shí)間快（100ms內(nèi)）；
變頻系統(tǒng)：交流電動(dòng)機(jī)速度在變頻器的控制下隨負(fù)載變化而變化，受磁滯效應(yīng)及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響，響應(yīng)速度慢（800-1000ms）。
2．產(chǎn)品的成型周期與工效
變量泵：交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，無(wú)磁滯效應(yīng)及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響，響應(yīng)時(shí)間快、能滿足任何制品的要求，成型周期短，工效較高；
變頻系統(tǒng)：交流電動(dòng)機(jī)速度在變頻器的控制下隨負(fù)載變化而變化，受磁滯效應(yīng)及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響，響應(yīng)速度慢，對(duì)高要求的制品難以成型，成型周期長(zhǎng)，工效較低。
3．電機(jī)、油泵的啟動(dòng)特性與使用壽命
變量泵：工頻狀況下馬達(dá)采用的是星三角降壓延時(shí)啟動(dòng)，此時(shí)電流是電機(jī)額定電流的4-7倍，若多臺(tái)大功率的電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，將對(duì)電網(wǎng)造成很大的沖擊，啟動(dòng)完成進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，速度改變只改變油泵的斜盤頃角，對(duì)油泵的使用壽命無(wú)影響 ；
變頻系統(tǒng)：馬達(dá)只需在額定電流下就可軟啟動(dòng)，電流平滑無(wú)沖擊，減少了啟動(dòng)電流對(duì)馬達(dá)和電網(wǎng)的沖擊，啟動(dòng)特性好；啟動(dòng)完成進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，由于交流電動(dòng)機(jī)速度不斷變化，溫度要高于恒轉(zhuǎn)速溫升，在油泵轉(zhuǎn)速較低時(shí)，其輸出的壓力、流量不穩(wěn)定，冷卻效果下降，油泵、電機(jī)的使用壽命降低。
4．功率因素與可承受過(guò)載能力
變量泵控制系統(tǒng)油泵電機(jī)功率因素為其固有特性不變，過(guò)載能力好；變頻控制系統(tǒng)由于變頻器內(nèi)濾波電容的作用將提高功率因素，增大了電網(wǎng)的有功功率，從而節(jié)省了無(wú)功功率消耗的能量，可降低線損和設(shè)備的發(fā)熱，變頻器自身對(duì)電機(jī)具有過(guò)載、過(guò)流、缺相保護(hù)，過(guò)載能力低。
三、兩種控制系統(tǒng)之應(yīng)用
根據(jù)兩種控制系統(tǒng)節(jié)能性能特點(diǎn)，由于比例變量泵節(jié)能控制技術(shù)相對(duì)成熟，目前注塑機(jī)制造廠普遍采用比例變量泵節(jié)能控制技術(shù), 通過(guò)比例變量泵節(jié)能還處于主導(dǎo)地位；而應(yīng)用變頻器調(diào)速控制技術(shù)以實(shí)現(xiàn)節(jié)能無(wú)疑也是有益的嘗試,由于其尚有固有的技術(shù)還有待解決，力勁集團(tuán)為此組成專門課題組并就此進(jìn)行了深入的研究，對(duì)變頻節(jié)能應(yīng)用中出現(xiàn)的問題不斷探索優(yōu)化的解決方案：
1．變頻器影響電機(jī)壽命問題：隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的降低，與電機(jī)轉(zhuǎn)子相連的風(fēng)扇葉片的轉(zhuǎn)速也降低，致使電機(jī)散熱不良，同時(shí)絕緣層在變頻器高頻高壓的沖擊下絕緣下降而影響電機(jī)壽命，通過(guò)電機(jī)制造商生產(chǎn)專用的變頻電機(jī)對(duì)原專用注塑電機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，電機(jī)風(fēng)扇獨(dú)立于轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速不受電機(jī)轉(zhuǎn)速下降之影響，絕緣層選用更優(yōu)質(zhì)的材料，以解決變頻器影響電機(jī)壽命問題。
2．變頻節(jié)能技術(shù)導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降的問題：主電機(jī)隨注塑機(jī)各動(dòng)作的速度變化而變化，動(dòng)作的頻繁轉(zhuǎn)換致使主電機(jī)頻繁處于加減速過(guò)程中，由于磁滯效應(yīng)及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響，導(dǎo)致了注塑循環(huán)周期的增加，生產(chǎn)效率下降。我們的思路是通過(guò)與注塑機(jī)電腦供應(yīng)商、變頻器制造商三方通力合作，通過(guò)電腦對(duì)變頻器的控制，實(shí)現(xiàn)變頻器的輸出頻率和輸出轉(zhuǎn)矩解耦調(diào)節(jié)，達(dá)到變頻器與注塑過(guò)程各動(dòng)作的最佳配合，以達(dá)到提高生產(chǎn)效率之目的。
3．變頻注塑機(jī)在高壓鎖模和慢速開模時(shí)，變頻器運(yùn)行在低速大轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)下，電流易超過(guò)額定值而造成過(guò)電流保護(hù)的問題。我們力求與變頻器制造商協(xié)作，要求變頻器輸入端設(shè)有開、鎖模輸入點(diǎn)，將注塑機(jī)開、鎖模時(shí)的信號(hào)輸入致變頻器，通過(guò)特定的變頻器參數(shù)設(shè)定，使電機(jī)在開、鎖模時(shí)保持高速運(yùn)行，避免低速大轉(zhuǎn)矩狀態(tài)出現(xiàn)。
4．變頻定量葉片泵在低速時(shí)其輸出的壓力、流量不穩(wěn)定的問題。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于某一臨界值（400r/s）時(shí)，葉片泵的吸油能力就變得較差，甚至不能出油，解決的辦法提高頻率設(shè)定信號(hào)增益，或者選擇內(nèi)嚙合齒輪泵替代葉片泵，從而解決葉片泵低速吸油差的問題。
依據(jù)控制系統(tǒng)節(jié)能工作原理，注塑機(jī)節(jié)能還具有附加的優(yōu)點(diǎn)，
①減輕開、鎖模沖擊，延長(zhǎng)機(jī)械和模具使用壽命。
?、谘娱L(zhǎng)油路系統(tǒng)（密封組件等）使用壽命，減少維修次數(shù)、節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。
?、劢档驮胍?、改善工作環(huán)境。
?、芟到y(tǒng)油溫大幅降低，冷卻用水量可節(jié)省30%以上。
?、葑冾l器對(duì)電機(jī)具有過(guò)壓、過(guò)流、缺相等多種保護(hù)。
?、拮⑺軝C(jī)變頻節(jié)能原有的控制方式及油路不變。
將注塑機(jī)改造升級(jí)為“節(jié)能型”注塑機(jī)，其投資應(yīng)該在一年內(nèi)可通過(guò)節(jié)約的電費(fèi)或油費(fèi)收回。總之，開發(fā)“節(jié)能型”注塑機(jī)理論可行，投資小、效益明顯，節(jié)能型注塑機(jī)已成為注塑機(jī)制造業(yè)的新賣點(diǎn)。
作者簡(jiǎn)介：
汪存亮，男，本科學(xué)歷，高級(jí)工程師，曾在國(guó)家級(jí)行業(yè)雜志《塑膠工業(yè)》、《塑膠機(jī)械》、《國(guó)際塑料商情》、《塑膠工藝與設(shè)備》、《機(jī)械與模具》、《棉紡織技術(shù)》等發(fā)表論文10多篇，論文同時(shí)在國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)媒體傳播，其主持設(shè)計(jì)的新產(chǎn)品《電子尺信號(hào)分路器》等獲得國(guó)家專利，有豐富的企業(yè)設(shè)備（熟TPM運(yùn)作）、項(xiàng)目、工程管理與電氣自動(dòng)化技術(shù)實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。
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