注塑機(jī)變頻節(jié)能技術(shù)探討

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九三大隊(duì)，廣東 廣州 510800）

注塑機(jī)的工作過程是一個(gè)循環(huán)連續(xù)的系統(tǒng)，完整的注塑機(jī)的工作過程主要由合模、填充、保壓、冷卻、脫模等程序組成。在這個(gè)系統(tǒng)的工作中，每一個(gè)流程都有不同的時(shí)間和壓力，其中合模所需要的壓力稍高，但是持續(xù)的時(shí)間卻不需要很長(zhǎng)；注射這個(gè)過程中所需要的壓力比較高，但是持續(xù)的時(shí)間極短；保壓這個(gè)過程中需要的壓力也要高，持續(xù)時(shí)間也不是很長(zhǎng)；而冷卻和塑化的過程中需要的壓力低，持續(xù)的時(shí)間也比較長(zhǎng)，差不多要占到整個(gè)注塑周期的四成到六成左右；脫模過程中所需要的壓力要稍稍高一點(diǎn)，需要的時(shí)間不是很長(zhǎng)。注塑機(jī)的電耗主要?dú)w納為幾點(diǎn)：注塑機(jī)加熱器的電能消耗、冷卻系統(tǒng)中水泵的電能消耗、液壓系統(tǒng)油泵的電能消耗；其中液壓油泵用電量大約占了整個(gè)注塑機(jī)用電量的八成以上，所以降低液壓油泵耗電量才是注塑機(jī)液壓系統(tǒng)節(jié)能改造的關(guān)鍵之處。

1 注塑機(jī)液壓系統(tǒng)節(jié)能改造的可行性分析

注塑成型的過程是一個(gè)連續(xù)生產(chǎn)的過程，主要是由塑料熔融、模具閉合、注射入模、壓力保持、制品固化、開模取出制品等工序所組成。電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)是為了保證讓注射成型機(jī)按工藝設(shè)定和動(dòng)作程序準(zhǔn)確無誤地完成指令而設(shè)置的控制動(dòng)力系統(tǒng)。其中，液壓部分主要由動(dòng)力油泵、管路、比例壓力閥、方向閥、比例流量閥、油箱等構(gòu)成。注塑機(jī)工藝流程中除了在注射過程中需要的壓力比較高，其他階段相對(duì)而言所需的負(fù)荷較輕，特別是冷卻過程，在這過程冷卻系統(tǒng)中的油泵大多處于待命狀態(tài)，且維持的時(shí)間還較長(zhǎng)。傳統(tǒng)的注塑機(jī)油泵都是采用定量泵供油方式，而整個(gè)流程中的各個(gè)動(dòng)作對(duì)速度和壓力的要求也各不相同，定量泵供油是通過比例閥溢流調(diào)節(jié)法將多余的油旁路流回油箱，定量泵供油的整個(gè)過程中，泵機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，所以供油量也是固定的，但是執(zhí)行動(dòng)作不是連續(xù)的，所以機(jī)器不可能滿載工作，壓力油就很多都被溢流回油箱。節(jié)流功率損耗相當(dāng)大，效率只能達(dá)到60%-70%，造成能量大量流失的同時(shí)，液壓油長(zhǎng)期的全速循環(huán)流動(dòng)，與液壓件、機(jī)械件不停的摩擦，消耗大量電能并產(chǎn)生熱能，帶來油溫不斷升高和噪聲污染。此外，為了能盡快降低油溫，通常還需要增加額外的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)一步造成能源的浪費(fèi)。因此，對(duì)注塑機(jī)液壓系統(tǒng)的節(jié)能改造是企業(yè)節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。

2 注塑機(jī)變頻節(jié)能的基本原理

通過使用變頻器來控制油泵電機(jī)，這樣傳統(tǒng)注塑機(jī)能源流失的問題就可以從根本上得到有效解決。當(dāng)整個(gè)注塑流程系統(tǒng)流量需求發(fā)生改變時(shí)，油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速也隨之變化，就能使定量油泵的供油量發(fā)生改變，做到按需供給，能使變頻器能用電功率因數(shù)提高到95%以上，極大改善電網(wǎng)品質(zhì)，有效節(jié)約注塑機(jī)系統(tǒng)大量的電能，減少了無功損耗。注塑機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)對(duì)注塑機(jī)本身的流量信號(hào)、工作壓力、工作狀態(tài)等進(jìn)行自動(dòng)跟蹤，根據(jù)獲得的實(shí)時(shí)信息控制變頻器的運(yùn)行以精確調(diào)節(jié)油泵的轉(zhuǎn)速，做到實(shí)際供油量與工作需求流量保持大體一致，既能滿足生產(chǎn)需要，又能節(jié)省成本，使產(chǎn)品更具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

3 注塑機(jī)節(jié)能變頻器的控制原理

根據(jù)注塑機(jī)注塑成型的工藝要求，通過利用電氣控制系統(tǒng)以及同步信號(hào)，將電液比例控制系統(tǒng)模擬成負(fù)載跟蹤控制系統(tǒng)，將油泵電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速保持和注塑機(jī)工作所需液壓的流量保持一定比例，這就形成了把以前的定量泵實(shí)際改造成符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的變頻變量泵，能夠?qū)⒁缌鏖y的回油流量達(dá)到最小的程度，從而可以使高壓節(jié)流能量損失消失。無形中就將傳統(tǒng)的高能耗型注塑機(jī)改造成了新型節(jié)能注塑機(jī)。新型節(jié)能注塑機(jī)除了可以節(jié)約能耗外，還有眾多優(yōu)點(diǎn)，如在不改變注塑機(jī)原有的控制方式和油路的情況下，可降低開模沖擊和鎖模沖擊，使機(jī)械和模具以及油路系統(tǒng)的使用壽命得到延長(zhǎng)；故障維修率得到有效控制，節(jié)省了維護(hù)成本；噪音變小，工作環(huán)境極大改善；大幅降低系統(tǒng)油溫，節(jié)約了冷卻用水流量。

注塑機(jī)液壓油所需信號(hào)主要源于變頻器，這部分信號(hào)是經(jīng)連接比例閥的電信號(hào)數(shù)模轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后直接輸入至注塑機(jī)變頻器，采用變頻器的輸出頻率來控制油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，既能調(diào)節(jié)注塑機(jī)電壓，還起到了節(jié)電的作用。注塑機(jī)液壓系統(tǒng)有電機(jī)加減速時(shí)間長(zhǎng)、頻響要求高、大負(fù)荷超載、低速轉(zhuǎn)矩大等特點(diǎn)，可采用可編程邏輯控制器根據(jù)變頻器信號(hào)鑒別注塑機(jī)的工藝流程，提前對(duì)變頻器發(fā)出加速和減速的指令。變頻器工作過程中，可能產(chǎn)生諧波污染，其治理工作可采取以下幾點(diǎn)：減少變頻器的載波頻率；避免變頻器的控制信號(hào)線與輸入輸出電纜一起捆扎或者平行走；在變頻器的輸入與輸出端加裝變頻器專用濾波器、變頻器專用電抗器等，減小高次諧波電流對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響；變頻器的外殼部分必須可靠接地。

4 變頻器節(jié)能改造工作中可能出現(xiàn)的問題及解決辦法

4.1 注塑機(jī)比例壓力閥的控制信號(hào)在不同工藝階段也各不相同，電機(jī)相對(duì)于特定的壓力都可計(jì)算出最低轉(zhuǎn)速限制，并將這些繪制成轉(zhuǎn)速曲線預(yù)存在單片機(jī)控制單元內(nèi)。變頻控制裝置通過壓力閥的電流控制信號(hào)計(jì)算出當(dāng)前壓力，與預(yù)先存儲(chǔ)在單片機(jī)內(nèi)的電機(jī)最低可靠穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速曲線對(duì)照，以避免控制裝置出現(xiàn)泵輸出壓力產(chǎn)生低頻過載或者脈動(dòng)的現(xiàn)象。

4.2 因?yàn)殡姍C(jī)加速慢，影響到了閥控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，所以必須設(shè)法提前加速電機(jī)。盡管注塑機(jī)工藝相對(duì)復(fù)雜，不同工藝階段的時(shí)間在每個(gè)工作循環(huán)中都是預(yù)先設(shè)定好的。變頻控制裝置可根據(jù)工藝動(dòng)作方向閥信號(hào)進(jìn)行采樣排序并計(jì)算出工藝調(diào)整時(shí)間間隔，提前加速電機(jī)通過比例閥進(jìn)行調(diào)速，保證原有閥控系統(tǒng)的調(diào)速精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性。

4.3 注塑機(jī)在轉(zhuǎn)換工藝的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)短暫的流量為零現(xiàn)象，可能會(huì)降低注塑機(jī)的響應(yīng)性，期間為了提高注塑機(jī)的響應(yīng)性，應(yīng)禁止在零頻率下運(yùn)行變頻控制裝置，盡量運(yùn)行在最低頻率，這個(gè)最低頻率可通過實(shí)驗(yàn)操作計(jì)算出，并提前設(shè)定給變頻器。

結(jié)語

雖然我國(guó)注塑機(jī)技術(shù)近些年來得到空前發(fā)展，但仍然落后于世界先進(jìn)水平，其原因主要有：(1)注塑機(jī)技術(shù)中自動(dòng)化技術(shù)程度相對(duì)較低；(2)注塑機(jī)技術(shù)光機(jī)電一體化人才儲(chǔ)備，技術(shù)程度也不高；(3)世界范圍內(nèi)先進(jìn)的傳感器技術(shù)在我國(guó)注塑機(jī)發(fā)展中應(yīng)用程度低，導(dǎo)致先進(jìn)的高檔裝備在我國(guó)生產(chǎn)受到制約；(4)信息技術(shù)在我國(guó)注塑機(jī)發(fā)展中應(yīng)用還不夠全面，缺少大規(guī)模集成能力。但是隨著我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)、光電一體化技術(shù)、傳感器技術(shù)等不斷發(fā)展，我國(guó)己具備自行研發(fā)能力，在未來的發(fā)展中更應(yīng)該加快步伐，這樣我國(guó)的高檔注塑機(jī)生產(chǎn)制造水平相信在不遠(yuǎn)的將來定能夠躋身世界前列。

[1]吳紅.小型注塑機(jī)液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2009(01).

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