精密注塑机械节能技术之探讨

作者：力劲集团 刘兆明 汪存亮

欢迎访问e展厅 展厅 1 注塑机展厅 注塑机, 立式注塑机, 二手注塑机, 真空成型机, 发泡注塑机, ... 注塑行业正面临着一个飞速发展的机遇，然而在注塑产品的成品的构成中，电费占了相当的比例，依据注塑机设备工艺的需求，注塑机油泵马达耗电占整个设备耗电量比例高达50%-65%，因而极具节能潜力，设计与制造新一代“节能型”注塑机，就成为迫切需要关注和解决的问题。 注塑机的工艺过程一般分为锁模、射胶、熔胶、保压、冷却、开模等几个阶段，各个阶段需要不同的压力和流量。对于油泵马达而言，注塑过程是处于变化的负载状态，在定量泵的液压系统中，油泵马达以恒定的转速提供恒定的流量，多余的液压油通过溢流阀回流，此过程称为高压节流。据统计由高压节流造成的能量损失高达36%-68%。 随着世界各国在环保，如能耗、噪音、泄漏等控制方面日益严格的要求，节能已完成为注塑机电液系统的研究重点。针对阀控电液系统有较大能量损失的不足，德、日等国发展了应用变量泵和电液比例阀结合的负载感应型的注塑机电液控制系统。为进一步降低能耗，减少噪音，近年来塑胶机械制造商为满足客户通过节能以降低生产成本之要求，对各种节能控制技术进行了深入广泛的研究和实践。目前主要有比例变量泵与变频定量泵两种节能控制系统，下面分别分析两种节能技术的工作原理，以探讨其性能特点与应用。 组成及工作原理 ◆ 比例变量泵控制系统 主要由油泵电机、比例变量泵及常规液压阀组成，用户根据注塑成型工艺要求设定各种动作压力、速度，这些设定值经微处理器转换成相应的模拟信号（电流或电压信号）输出给比例变量泵的比例压力阀及比例流量阀，同时变量泵内的比例压力阀及比例流量阀按设定值向系统输出压力和流量产生的压、流差及负载的变化快速推动（调整）变量泵斜盘倾角发生变化，使液压系统的能量输出跟随注塑过程整机变化的负载状况而变化，比例阀按设定值向系统输出整机需要的精确压力和流量，最大限度避免能量的损失。 ◆ 变频定量泵控制系统 主要由变频器、油泵电机、定量泵、比例阀（压力/流量）及其它常规阀（方向阀和溢流阀）组成，系统工作时，用户根据注塑成型工艺要求设定各种动作压力、速度，这些设定值经微处理器转换成相应的模拟信号（电流或电压信号）输出给系统的比例压力阀及比例流量阀，同时与速度设定相对应的模拟信号输入至变频器的控制板，实现控制交流电动机的转速按设定值变化，电动机转速的变化导致与之相联的定量泵速度的变化，使液压系统的能量输出跟随注塑过程整机变化的负载状况而变化，在保压、冷却及空转的状况保持很低的转速，以达到节能的目的。利用注塑机同步信号及电气控制系统，根据注塑成型的工艺要求，将电液比例控制系统，模拟成负载跟踪控制系统，使油泵电机的转速与注塑机工作所需液压的流量与压力乘积成正比，将传统的定量泵改造成变频变量泵，从而使溢流阀的回油流量降到最小，无高压节流能量损失，从而将传统有高压节流的“耗能型”注塑机升级为无高压节流的“节能型”注塑机。 性能特点 ◆ 系统的响应速度 变量泵：比例压力及流量与泵于一体，控制油路行程短、反应快，交流电动机转速恒定，无磁滞效应及转动惯量的影响，响应时间快（100ms内）； 变频系统：交流电动机速度在变频器的控制下随负载变化而变化，受磁滞效应及转动惯量的影响，响应速度慢（800-1000ms）。 ◆ 产品的成型周期与工效 变量泵：交流电动机转速恒定，无磁滞效应及转动惯量的影响，响应时间快、能满足任何制品的要求，成型周期短，工效较高； 变频系统：交流电动机速度在变频器的控制下随负载变化而变化，受磁滞效应及转动惯量的影响，响应速度慢，对高要求的制品难以成型，成型周期长，工效较低。 ◆ 油泵、电机的使用寿命 变量泵：交流电动机转速恒定，速度改变只改变油泵的斜盘倾角，对油泵的使用寿命无影响； 变频系统：交流电动机速度不断变化，温度要高于恒转速温升，在油泵转速较低时，其输出的压力、流量不稳定，冷却效果下降，油泵、电机的使用寿命降低。 ◆ 可承受过载能力 变量泵控制系统过载能力好；变频控制系统过载能力低，对电机具有过载、过流、缺相保护。 两种控制系统之应用 根据两种控制系统节能性能特点，由于比例变量泵节能控制技术相对成熟，目前注塑机制造厂普遍采用比例变量泵节能控制技术, 通过比例变量泵节能还处于主导地位；而在塑机控制系统应用变频器调速控制技术以实现节能无疑也是有益的尝试,国内也有塑机制造商生产并投于市场，由于变频控制技术尚有其固有的技术问题还有待优化解决，目前更多的是用于旧机的节能技术改造。依据控制系统节能工作原理，注塑机节能还具有附加的优点： ◆ 减轻开、锁模冲击，延长机械和模具使用寿命。 ◆ 延长油路系统（密封组件等）使用寿命，减少维修次数、节省维护费用。 ◆ 降低噪音、改善工作环境。 ◆ 系统油温大幅降低，冷却用水量可节省30%以上。 ◆ 变频器对电机具有过压、过流、缺相等多种保护。 ◆ 注塑机变频节能原有的控制方式及油路不变。 将注塑机改造升级为“节能型”注塑机，其投资应该在一年内可通过节约的电费或油费收回。总之，开发“节能型”注塑机理论可行，投资小、效益明显，节能型注塑机已成为注塑机制造业的新卖点。 作者简介 刘兆明，力劲集团董事，总工程师； 汪存亮，力劲集团开发工程部，高级工程师，本科学历，主持设计的新产品获得国家专利、并撰写多篇论文刊登在国家级行业杂志。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (2/19/2005)