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            注塑機節能大有可為

            作者: admin 日期: 2014-11-13 10:46:30 關注: -

                注塑行業正面臨著一個飛速發展的機遇,然而在注塑產品的成品的構成中,電費占了相當的比例,依據注塑機設備工藝的需求,注塑機油泵馬達耗電占整個設備耗電量比例高達50%-65%,因而極具節能潛力,設計與制造新一代節能型注塑機,就成為迫切需要關注和解決的問題。注塑機的工藝過程一般分為鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻、開模等幾個階段,各個階段需要不同的壓力和流量。對于油泵馬達而言,注塑過程是處于變化的負載狀態,在定量泵的液壓系統中,油泵馬達以恒定的轉速提供恒定的流量,多余的液壓油通過溢流閥回流,此過程稱為高壓節流。據統計由高壓節流造成的能量損失高達36%-68%。 

                
            隨著世界各國在環保,如能耗、噪音、泄漏等控制方面日益嚴格的要求,節能已成為注塑機制造商研究重點,力勁集團為滿足客戶通過節能以降低生產成本之要求,對各種節能控制技術進行了深入廣泛的研究和實踐。全電動注塑機具優良的節能特性,全電動注塑機在動力驅動系統上徹底拋棄了全油壓機油泵馬達產生的油壓驅動系統,而采用伺服電機驅動,傳動結構采用滾珠絲桿和同步皮帶,大幅度提高了注塑機動力系統的控制精度,徹底解決了液壓油對環境的污染問題,機械產生的噪聲也隨之下降,在能源消耗,性能,使用的費用及機器本身的性價比已處于優勢,特別是生產如醫療器械、藥用、食品包裝、飲食用等制造過程潔凈度要求較高的行業以及高檔的精密產品,全電機是一個很好的選擇,全電動注塑機具有節電、節水、高性能特性,運轉經費大幅度下降,加工周期短、工效高,但制造成本亦高、且品種少,全電動注塑機只是因價格和技術的因素限制了其應用,目前國內的全電動注塑機市場份額還非常少,力勁集團已研制成功新一代PT-60V全電動注塑機既將投放市場;傳統的液壓式注塑機目前主要有比例變量泵與變頻定量泵兩種節能控制系統,下面分別分析兩種節能技術的工作原理以探討其性能特點與應用。

                
            一、兩種控制系統的組成及工作原理

                
            比例變量泵控制系統:主要有油泵電機、比例變量泵、及常規液壓閥組成,用戶根據注塑成型工藝要求設定各種動作壓力、速度,這些設定值經微處理器轉換成相應的模擬信號(電流或電壓信號)輸出給比例變量泵的比例壓力閥及比例流量閥,同時變量泵內的比例壓力閥及比例流量閥按設定值向系統輸出壓力和流量產生的壓、流差及負載的變化快速推動(調整)變量泵斜盤頃角發生變化,使液壓系統的能量輸出跟隨注塑過程整機變化的負載狀況而變化,比例閥按設定值向系統輸出整機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:主要有變頻器、油泵電機、定量泵、比例閥(壓力/流量)、及其它常規閥(方向閥和溢流閥)組成,系統工作時,用戶根據注塑成型工藝要求設定各種動作壓力、速度,這些設定值經微處理器轉換成相應的模擬信號(電流或電壓信號)輸出給系統的比例壓力閥及比例流量閥,同時與速度設定相對應的模擬信號輸入至變頻器的控制板,實現控制交流電動機的轉速按設定值變化,電動機轉速的變化導致與之相聯的定量泵速度的變化,使液壓系統的能量輸出跟隨注塑過程整機變化的負載狀況而變化,在保壓、冷卻及空轉的狀況保持很低的轉速,以達到節能的目的。利用注塑機同步信號及電氣控制系統,根據注塑成型的工藝要求,將電液比例控制系統,模擬成負載跟蹤控制系統,使油泵電機的轉速與注塑機工作所需液壓的流量與壓力乘積成正比,將傳統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,無高壓節流能量損失。
            二、通過分析研究兩種控制系統節能工作原理可以看出其性能特點

                1
            .系統的響應速度

                
            變量泵:比例壓力及流量與泵于一體,控制油路行程短、反應快,交流電動機轉速恒定,無磁滯效應及轉動慣量的影響,響應時間快(100ms內);

                
            變頻系統:交流電動機速度在變頻器的控制下隨負載變化而變化,受磁滯效應及轉動慣量的影響,響應速度慢(800-1000ms)。

                2
            .產品的成型周期與工效

                
            變量泵:交流電動機轉速恒定,無磁滯效應及轉動慣量的影響,響應時間快、能滿足任何制品的要求,成型周期短,工效較高;

                
            變頻系統:交流電動機速度在變頻器的控制下隨負載變化而變化,受磁滯效應及轉動慣量的影響,響應速度慢,對高要求的制品難以成型,成型周期長,工效較低。

                3
            .電機、油泵的啟動特性與使用壽命

                
            變量泵:工頻狀況下馬達采用的是星三角降壓延時啟動,此時電流是電機額定電流的4-7倍,若多臺大功率的電機同時啟動,將對電網造成很大的沖擊,啟動完成進入正常運轉后,交流電動機轉速恒定,速度改變只改變油泵的斜盤頃角,對油泵的使用壽命無影響 ;

                
            變頻系統:馬達只需在額定電流下就可軟啟動,電流平滑無沖擊,減少了啟動電流對馬達和電網的沖擊,啟動特性好;啟動完成進入正常運轉后,由于交流電動機速度不斷變化,溫度要高于恒轉速溫升,在油泵轉速較低時,其輸出的壓力、流量不穩定,冷卻效果下降,油泵、電機的使用壽命降低。

                4
            .功率因素與可承受過載能力

                
            變量泵控制系統油泵電機功率因素為其固有特性不變,過載能力好;變頻控制系統由于變頻器內濾波電容的作用將提高功率因素,增大了電網的有功功率,從而節省了無功功率消耗的能量,可降低線損和設備的發熱,變頻器自身對電機具有過載、過流、缺相保護,過載能力低。

                
            三、兩種控制系統之應用

                
            根據兩種控制系統節能性能特點,由于比例變量泵節能控制技術相對成熟,目前注塑機制造廠普遍采用比例變量泵節能控制技術通過比例變量泵節能還處于主導地位;而應用變頻器調速控制技術以實現節能無疑也是有益的嘗試,由于其尚有固有的技術還有待解決,力勁集團為此組成專門課題組并就此進行了深入的研究,對變頻節能應用中出現的問題不斷探索優化的解決方案:

                1
            .變頻器影響電機壽命問題:隨著電機轉速的降低,與電機轉子相連的風扇葉片的轉速也降低,致使電機散熱不良,同時絕緣層在變頻器高頻高壓的沖擊下絕緣下降而影響電機壽命,通過電機制造商生產專用的變頻電機對原專用注塑電機進行改進,電機風扇獨立于轉子,轉速不受電機轉速下降之影響,絕緣層選用更優質的材料,以解決變頻器影響電機壽命問題。
            2
            .變頻節能技術導致生產效率下降的問題:主電機隨注塑機各動作的速度變化而變化,動作的頻繁轉換致使主電機頻繁處于加減速過程中,由于磁滯效應及轉動慣量的影響,導致了注塑循環周期的增加,生產效率下降。我們的思路是通過與注塑機電腦供應商、變頻器制造商三方通力合作,通過電腦對變頻器的控制,實現變頻器的輸出頻率和輸出轉矩解耦調節,達到變頻器與注塑過程各動作的最佳配合,以達到提高生產效率之目的。

                3
            .變頻注塑機在高壓鎖模和慢速開模時,變頻器運行在低速大轉矩的狀態下,電流易超過額定值而造成過電流保護的問題。我們力求與變頻器制造商協作,要求變頻器輸入端設有開、鎖模輸入點,將注塑機開、鎖模時的信號輸入致變頻器,通過特定的變頻器參數設定,使電機在開、鎖模時保持高速運行,避免低速大轉矩狀態出現。

                4
            .變頻定量葉片泵在低速時其輸出的壓力、流量不穩定的問題。當轉速低于某一臨界值(400r/s)時,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定信號增益,或者選擇內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。

                
            依據控制系統節能工作原理,注塑機節能還具有附加的優點,

                ①
            減輕開、鎖模沖擊,延長機械和模具使用壽命。

                ②
            延長油路系統(密封組件等)使用壽命,減少維修次數、節省維護費用。

                ③
            降低噪音、改善工作環境。

                ④
            系統油溫大幅降低,冷卻用水量可節省30%以上。

                ⑤
            變頻器對電機具有過壓、過流、缺相等多種保護。

                ⑥
            注塑機變頻節能原有的控制方式及油路不變。

                
            將注塑機改造升級為節能型注塑機,其投資應該在一年內可通過節約的電費或油費收回??傊?,開發節能型注塑機理論可行,投資小、效益明顯,節能型注塑機已成為注塑機制造業的新賣點。

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