變頻式液壓塑膠中空成型機控制技術研究與應用

邱學明

珠海格力精密模具有限公司 廣東 珠海 519000

1 塑料中空成型技術概論

塑料成形是生產塑料中空產品的基本上方法，擠出塑料法是最為常見的生產方法。世界之上第一臺塑料擠出塑料設備在今年發行。于這十年完結時，對于型坯控制器展開了簡單的可編譯器變更，這提高了中空模塑的可加工性并且大大提高了產品的性能。在20世紀70年代，塑料塑料中空成型設備在技術上已轉型到相當比較高的水平，自擠出成形到注塑成形。自單層到多層，自單模到多模，自對稱性到不對稱性，產生了完備的處理系統。轉入這個時代之后，隨著計算機技術的飛速發展，塑料成形起進入計算機掌控的時代。目前，塑料塑料中空成型設備愈來愈機械，自中間體到閉環，每小時制造自幾百增加到數萬。產品自一般日用品到電子，汽車等行業。自20世紀60年代與70年代起，中國塑料塑料中空成型機的發展起跑比較遲。歷經多年的發展，典型的塑料成型以及相關成型設備，如擠出塑料，拉伸塑料，多層塑料與其他中空成型機，所有這些均已于高速與自動化方面展開了系列化與開發。空白厚度的數字自動掌控，機器的微調與手動泄露偵測，及產品的多樣化，高功能性與高阻隔性已經獲得巨大發展。并將要努力縮短和世界先進的塑料吹塑機設備的距離。

2 變頻式液壓塑膠中空成型機工作原理

圖1示出了一般大型中空模塑機的示意圖，重要源自擠出機5，框架7與儲存頭1。夾緊機構3，機器人2，液壓系統9，下吹風裝置4，電控箱6與氣動系統8組成。大多數型號也搭載了液壓伺服系統，以此構建塑料型坯擠出的壁厚控制系統。依據材料與擠出工藝，擠塑塑料中空模塑可分成多層中空模塑與單層中空模塑(包含共計擠塑料)。目前，普遍采用的擠出塑料中空成型機重要有兩種單層擠出塑料中空成型機與多層擠出塑料中空成型機。每種型號分成時隔擠出與間歇擠出。此外，根據站的數量，大型中空成型機亦分成單站與雙站。

隨著全新技術與全新產品的采用，液壓系統當作中空成型機的主要動力系統正在向著能源環保的方向轉型。國內眾多中空成型機設備制造商已經研發出越來越多節能設備。不過，因為國內液壓元件的穩定性少，國內中空成型設備制造商多半采用進口元件來裝配液壓系統。液壓液壓的擠出吹塑機是多致動器系統，其中致動器/部件周期性地與間歇地操作。每個動作的液壓能量需求十分有所不同，并于長時間之內只需大流量。如果坯料遭擠壓時，液壓系統的能量消耗占整個機器耗電量的30-50%。擠出吹塑機的液壓系統改由兩部分構成:動力驅動系統與型坯壁厚控制系統。擠出吹塑機的動力驅動節能技術是動力源的功耗和致動器所需的液壓能量間的合適匹配。液壓系統符合最為大負載功率，最低能量利用率與最高液壓耗電量的要求。目前，重要有下列先進的類型與系統:(1)變量泵+雙比例液壓驅動系統；(2)雙聯泵+蓄能器輔佐動力驅動系統；(3)交流伺服電機動力驅動系統；(4)變頻器液壓動力驅動系統。此外，蓄能器一般加裝于中型與大型擠出吹塑機的液壓系統之中，進而更進一步保證高流量，低能耗與低負載功率的節能與環保生產。

圖1 中空成型機設備簡圖

眾所周知，在有效的工作循環之中，每個過程動作于展開精確工作時均是因為有所不同的壓力速度。把電動機軸傳送到油泵的總功率的無功工作部分當作外部溢流消耗。即便在比例壓力流量型液壓系統的情況之下，這部分無效功率亦不能保存在計量泵系統之中。這造成這種類型的液壓系統的許多固有缺陷，比如油溫問題，油閥是改由高溫液壓油的稀釋引發的磨損與外部泄露引發的，并裝置絕不能穩定工作。這種缺陷更為顯著，尤其是如果系統需高壓時。

3 變頻式中空成型機應用效益

依據后面的討論，本文作者設計的變頻塑料中空成型機在2000年出版。與傳統的“工頻機”相比，整機控制系統和驅動系統的動態響應與工頻機相似。根據產品容量，節電率可低至30～80。當吹入1000 ml過量的空心容器時，在“吹塑”階段，油泵電機也可以以正確的暫停模式暫停驅動。如果要發送“通縮”處理部分，則在此硬啟動模式下再次啟動油泵電機。以PE為原料制作700 ml塑料瓶為例，使用工頻機，功耗為2度/小時。在“逆變器”(采用方法2速度)制造中，功耗為0.6度/小時。試驗前夜確定的工藝參數是在相同的生產周期、壓力、速度等24小時后制造的，省電率高達70。目前，該變頻液壓單/雙工位塑料吹塑成型機已批量生產。生產并廣泛應用于香港一家大型包裝容器公司，并逐漸取代了舊的“工頻機”型號。三年多的生產實踐表明，該機性能優良，性價比高。液壓系統是一個平穩可靠的實習。它將各種液壓元件和液壓油的使用壽命延長了十倍，液壓系統幾乎不受影響。在生產過程中，實現了高質量、高效率、低消耗。

總之，在當今能源匱乏的世界，節能始終處于突出地位。中國是一個能源緊張的國家，而不是世界上一些能源豐富的國家。然而，我們對電的使用，尤其是對最重要的能源形式的使用，是非常低的，而且存在令人震驚的浪費。在開發新產品、開發新設備和改造現有設備時，必須把能耗作為一個關鍵指標。塑料工業是21世紀的朝陽產業。然而，由于其產品是通過物理方法如冷卻和加熱生產的，他們同意其生產模式的高能耗特點。對于高能量塑料產品，如何節約電能已成為提高產品競爭力的關鍵手段。將變頻調速技術引入塑料中空成型機液壓傳動控制系統后，大容量中空容器的節電率高達70%。實際應用證明，該模型消除了傳統液壓塑料吹塑成型機的高能耗，是新一代高效節能塑料中空成型機。