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注塑机节能改造技术在深圳的实施状况 |
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作者：广东省注塑专业委员会 刘武 来源：CPRJ中国塑料橡胶 |
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节能已成为注塑行业的一个发展热点。本文详细介绍了原装和改造的节能注塑机在塑料工业发达的华南地区之核心工业城市深圳的具体实施情况，以及各种新技术的性能优缺点，供行业人士参考。
原装节能注塑机型
全电动注塑机
由四个伺服电机和两个异步电机作原动力，分别驱动锁模、启模，调模、顶出、注射、熔胶、注射装置等机构工作，完成塑料制品注射加工所需的系列动作。工作信号直接反馈给各伺服马达。
优点：节能效果最佳。经笔者考证，深圳友联明辉塑胶公司于2005年引进日本住友公司四台全电动注塑机（70t两台、50t两台），至今无大修，而机械性能可靠。经他们多次实测，比同类型定量泵注塑机节能50%以上。注射速度快，是精密注射的首选。传动牢固可靠，因使用的是特种重负荷滚珠螺杆驱动模板、注射螺杆、顶针等作往复运动，电能转换成机械能的损失小。各个电机可同步工作，能满足某些结构复杂的塑料制品，在闭、启模时联动要求。
在进入注射程序时，只是直接传动注射螺杆的伺服电机在工作。其余的程序，如锁模伺服电机因锁模已完成即停止工作；注射座是异步电机丝套带动丝杆作往复运动，闭锁十分牢固，也处于静止状态。工艺条件设定后，各程序动作需要时，相关电机才动作，注射时其它程序无需联动。
也就是说，电动注塑机节能原理不受注射工艺条件影响，这是其他节能机型无法做到的，所以它能做到最大限度地节省能源消耗。
在制品冷却和制取工件时，所有电机都停止工作，噪声低，由于非液压传动，设备周围洁净度高。
缺点：因为不属液压传动，动作由气动或电动实现，结构较复杂。由于受伺服电机转矩限制，全电动注塑机通常只能是小机型（一般不超过500t），并且价格昂贵。
伺服液压注塑机
由伺服电机作原动力匹配高压内齿轮泵（或柱塞泵）做液压传动。工作信号通过伺服控制器传给伺服电机。由电机转速的变化来调节各工作程序流量及压力。
伺服电机驱动油泵在待机状态时是不转动的。虚耗的只是伺服电机（电子）驱动器的能量。以11kW伺服电机为例，电流不到1 A。
优点：它综合了伺服全电动注塑机及液压传动注塑机两种机型的优点，机型能做大（目前深圳力劲集团已生产有3200t的机型），能满足模具抽蕊要求。该机型控制系统使用的是压力闭环加伺服，各个动作的信息反馈精准，液压控制元件响应速度快，载荷敏感度和速度线性度明显改善。节能效果明显，比定量泵注塑机节能30%。因使用的是内齿轮泵，噪声比普通机噪声低。
缺点：洁净度、液压传动中的压力损失与普通机型无异，价格高。
普通异步电机匹配变量泵注塑机
通常使用的是柱塞变量泵，如油研的A系列及力士乐的A10VSO系列，工作信号通过压力控制斜盘偏摆角度实现变排量输出。异步电机驱动变量泵在待机状态时恒速转动但没有流量，这时在一台11kW的注塑机上测出电机的电流是7A，与11kW电机24A的额定电流比较仅为29%。
优点：按需要的压力与流量输出，没有高压溢流与节流，减少系统发热，比定量泵节能20%左右。
缺点：噪声大，价格比定量泵略高。
定量泵注塑机
这就是常说的通用型注塑机，是由异步电机直接带动定量泵工作。异步电机在额定负荷时效率约90%，但在负荷低于50%时，效率大幅下降，经测定待机状态消耗29%额定电流。该机目前市场拥有量大。它工作时的信号是发令给液压系统的控制元件，工艺条件设定的压力和流量是靠控制元件调节、控制溢流阀和比例流量阀来实现的。因此电机频率不受工作信号影响，一直是维持额定转速不变。
优点：系统压力结构简单，机型价格便宜，是生产通用塑料制品首选设备。在短周期的高速机器上与氮气储能技术配合，仍有较大应用空间。如：薄壁产品（热流道模具）的保压时间短，甚至是0，而冷却时间也是0，伺服电机的节能便有限。经过实际测试，在周期5秒或以下的薄壁饭盒（壁厚0.5mm）采用异步电机驱动定量泵注塑机来生产，因周期大部分以全速全压进行，能节省的浪费有限。甚至伺服电机的加速减速会延长了注塑周期。这就是目前定量泵注塑机还不至于被淘汰的原因所在。
缺点：能源浪费大，因为电机的频率不变，所以始终维持恒定转速（特别是在制品冷却和制取工件时，电机仍在高速运转），噪声大，环境污染严重。
节能改造的原理
注塑机的工作程序：合模30%—注射105%—保压60%—熔胶83%—冷却0—启模30%—顶出20%—制取工件0。各个动作右上方的百分数是实测定量泵注塑机功率消耗的数据。在各个工作程序上，定量泵注塑机始终维持额定转速不变，这就造成能源极大的浪费。现在实施的节能改造技术就是针对这一工作原理进行的，也就是主要改造对像是定量泵注塑机。
1、变频节能改造技术：变频器改变交流电的频率，将市电的50 Hz变为5-50 Hz，使异步电机的转速在10-100%中改变。配上定量泵后，油流量便在10-100%中改变。
根据注射工艺条件对压力和流量的要求，把所采集到的信号，通过变频器，改变电机频率，从而达到节能要求。
优点：改造工期短，投资较小。笔者曾到东莞大浪益卓电子塑胶公司考查，他们现在使用新型的矢量变频节能改造技术，一改过去V/F变频器的不稳定状况，一次就改造上百台机器。据他们技术主管讲，这种技术改造投入的资金，大约八个月就能收回投资，比改造前，有30%以上的节能效果。
缺点：他的功能，受注射成型工艺条件的影响。这种节能改造技术，对小机型及小质量的塑料制品，效果不如大机台和大质量的塑料制品效益高。由于塑料加工车间粉尘油污较大，两年之内不做除尘去污，故障率大幅提升，粉尘油污将使节电器温度上升，节电器温度升高10℃，寿命将下降一半。
矢量变频节能技术，目前不但针对定量泵注塑机有较好的效果，而且对其他机型也能起到很好的作用。
变频节能技术改造原理图
变频节能改造技术早在十年前在深圳就投放市场。过去一段时间，改造的心脏部位几乎都是使用的V/F变频器。这种变频器靠程序控制，没有信息反馈，因此控制不精准，响应速度慢，节能效果不明显，市场做得较乱。笔者为此事，受深圳市宝安区人民法院委托，曾两次出面仲裁过企业之间的纠纷。
现在有个别企业在变频器上做了大量的改造，生产出矢量变频器。注射工艺条件设定的信息通过同步信号转换处理反馈给矢量变频器，同时又将信息直接传递给比例压力PR和比例流量PF，实施双向控制，故控制精准，节能效果明显提高。现在深圳及东莞等地很受用户欢迎。据笔者调查，用过矢量变频节电器的主要厂家除东莞益卓电子外，还有深圳艾美特、深圳宏国电子、深圳信隆、深圳利银辉、珠海格力、顺德海尔、顺德科龙、惠州比亚迪等厂。
变频器只在注塑机翻新改进时加进去，因只涉及接线的改动，比定量泵改为变量泵的工夫少及简单很多。新注塑机不会用定量泵配变频器。
2、伺服电机匹配齿轮泵的改造：是将定量泵注塑机原动力系统和油泵全部改换，去除原液压系统的比例压力与比例流量阀，仍维持原液压系统中的管道、其它液压元器件不变。
优点：比改造前节能30%，接近一台新伺服液压机的功能。
缺点：改造工作量大，工程周期长（是变频改造的三倍），投资大（接近一台小型的普通注塑机）。目前还处在推广期，因投资费用较高，企业领导人还不敢冒然接受。伺服泵系统在多家注塑机厂业已批量生产，在可预见的未来两三年内，伺服注塑机将成为所有注塑机厂的主打产品。
值得注意的是，这些先进的节能改造技术离不开科学注射成型工艺条件相配合。节能多少与产品的壁厚，模具是否用冷流道，保压时间，待机时间都有关系，不能一概而论。大致来讲，壁厚越大，伺服电机的节能便越明显。壁厚大时，保压时间便长，待机时间亦长，便能更节约能耗，如瓶坯的注塑。若普通流道的直径大于壁厚，冷却时间便由流道直径来支配。 优化注塑工艺条件才能使节能改造技术在节能减排方面真正上一个台阶。如传统的注射成型工艺对成型工艺条件缺乏优化处理，对这些敏感高的元器件来讲，反映出来的节能效果并不明显。在对注塑机节能改造时，还要重视对企业工程技术人员开展科学注射成型工艺方面的培训。
机筒加热节能改造技术
用电磁线圈取代传统电阻丝加热圈，原理是高频（2500-4000Hz）的交变磁场产生的涡流与机筒内壁静电的摩擦产生的热量来熔化塑料。
优点：熔胶的热效率高，热量集中在机筒内部。避免了电阻丝加热圈热量向四周散发造成的浪费，使车间环境得到净化。电磁线圈工作寿命较长，不象电阻丝加热圈那样容易损坏。技术改造工程期短，投资收回期不长（九个月）。对机筒部分的节能效果，比之改造前节能40%。
缺点：在计量段控制方面有不灵敏的表现。当熔胶达到工艺温度时，集聚在计量段的熔料不需升温，只要停留的时间稍长一些，塑料就要降解，这对塑料制品质量极其不利。线圈缠绕机筒的形式，影响设备外观。
这种技术在挤出机上使用，效果特别明显。目前在汕头地区应用得比较广泛。深圳、东莞等地在注塑机上目前也逐渐被用户接受，关键在于对计量段温度的调控有待深化。
据笔者了解，在珠三角地区，各大、中、小塑料制品加工厂，大约有注塑机十万余台，其中定量泵注塑机仍占50%左右。笔者接触到的企业领导人都认为节能改造技术是目前降低注塑制品成本唯一有效措施，特别是对老机型显得有特殊意义，但又担心这种技术的可靠性及改造资金。因此，广大节能技术改造的从业人员除努力提高技术的可靠性，还要大力宣传政府的节能改造政策。(end)
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(3/27/2011) |
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