徐志江
广州一道注塑机械股份有限公司
摘要：注塑机是实现塑料注塑成型的机械加工设备，传统的注塑机能耗高、生产效率低，本文主要论述了注塑机电力控制系统的节能性，希望给行业内人士以借鉴和启发。
关键词：注塑机；电力控制系统；节能；研究
引言
注塑机是一类可将塑料原料采用注射成型的方式加工成具有一定结构和形状的塑料制品的机械设备，因此又被称为注射成型机，是塑料加工领域中必不可少的机械设备之一。与塑料挤出机、塑料吹塑机、塑料挤拉成型机、塑料压制成型机等塑料成型机械相比，注塑机的应用最为广泛，有报道称，全球每年有超过2/3的塑料产品是通过注塑成型工艺得到的，而注塑机也理所当然地在塑料机械制造行业中获得了较高的关注度，并且产量也逐年攀升;同时，注塑机又是一种电气设备，在使用过程中的每个环节都需要耗电，这也使得注塑机成为塑料机械中耗能的主要源头，而过高的能耗也已经成为制约企业发展、降低企业市场竞争力的重要原因。
1注塑机节能原理
目前注塑机主要采用液压传动方式进行工作，如最为常见定量泵注塑机，其工作原理为通过电动机带动定量泵供油产生动力，实现液压传动。传统的液压马达主要以工频产生动力，该种运行方式对于泵的输出流量控制度较低，难以改变注塑机运行负荷。另外，在生产注塑机过程中，为了满足精度要求，所生产出的仪器往往功率偏大，从而造成注塑机运行耗能的浪费。因此，需要对注塑机不断进行节能改造。注塑机节能改造目的在于节能，其改造工作主要围绕流量、负荷变化方面进行；改造后的注塑机系统无论是工作压力，还是机身工作情况，都呈现出良好状态，并且在液压马达控制下，泵的输出流量得到了有效控制，从而使得注塑机运行中泵的流量能随负荷的变化而变化，达到了消除溢流的目的。此外，电动机在非动作状态下也能停止，并且在变频器作用下系统的功率能够得到保证，把注塑机液压马达的损耗降到了最低，为注塑机节能目标实现奠定了基矗与此同时，本文还围绕液压马达的工频，对注塑机进行变频节能改造，在系统电路增加基础上，原本工频运行回路得到了保留；通过控制信号同步，将模拟量信号转换为0～10VDC或者4～20mA，使液压马达转速得到调节和控制，将溢流阀回流量降到最低，实现节能。
2注塑机驱动控制系统的节能
2.1液压驱动控制系统
液压驱动控制系统是目前我国塑料加工行业注塑机中应用最广泛的控制系统，传统的液压驱动控制系统采用定量泵，其供油量不变，而实际工作过程中注塑机需油量是不断变化的，即注塑机需要的液压油的流量和压力各不相同，即实际输出功率也是不断变化的。由此产生的"高压节流"造成了较大的能耗，通常采用伺服液压驱动控制、变频器控制油泵的输出功率等方法来调节供油量，实现节能的目的。伺服液压驱动控制系统将液压控制和液压阀、液压泵等作为主要的控制元件，与永磁同步电机一起共同驱动定量泵，通过调节定量泵转速来调节供油量，能够节约能耗并极大地提高注塑机的控制性能。对CJ650M3型液压注塑机进行伺服改造，在原始的液压驱动控制系统中增加伺服驱动器、压力传感器、同步电机等，实时监测液压系统的流量和压力，并调整定量泵的转速和转矩，进而调整液压油的流量和压力，确保供油量与注塑过程的各个阶段相适应，按照额定功率64kW、电机负载率70%、电费0.8元/(kW·h)进行计算，每台注塑机每月可节省电费1万元，节能率在45%以上;同时，对SZ-100/800型全液压注塑机进行伺服改造后，1h内即可达到37%以上的节能效果，大大降低了能源消耗。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆变频器控制油泵的供油量也是液压驱动控制系统常用的改进方法，可以简单理解为，用变频器调节定量泵系统，改变供油量，将"高压节流"现象造成的能耗降低到最低。由深圳泰发兴科技有限公司研制的TFX-2100系列注塑机，通过增加变频器，实时监测液压系统的压力和流量值，通过分析计算，调整油泵的供油量与注塑机实际需油量一致，可实现50%的节电率。此外，电液比例控制技术是指通过调节控制系统中的电液比例阀来改变液压油的压力和流量，以此实现节能目的的一项技术，液压油的压力和流量信号及变化趋势首先传输至比例溢流阀和比例调速阀，随后比例压力阀和流量阀经过无级调节，将系统中的压力和流量调节至最优值，能够连续实时控制液压回路。电液伺服驱动系统与全液压驱动系统的不同之处在于，电液驱动伺服系统中增加了伺服电机和压力传感器，属于闭环的控制系统，其系统稳定性更好，将其对CJ480M3注塑机进行改造后，能耗降低了55%以上。采用变量泵取代定量泵也可以实时调节泵的供油量，实现节能的目的。液压驱动控制系统由于在我国的应用最为广泛，尽管能耗较大，但是由于注塑机是重资产设备，如果直接将其废弃重新购置新型的电力驱动或电液混合驱动的注塑机，对于企业而言是一笔较大的开销，因此在其原有基础上进行改造以实现节能目的是国内大多数企业的首要选择。
2.2电液混合驱动控制系统
电液混合驱动控制系统结合了液压驱动和电力驱动的优点，自身能耗和生产成本都较低，因此电液混合驱动注塑机近几年的发展势头相当迅猛，节能效果良好。例如，广东泓利公司研制的Y系列电液混合注塑机和宁波沃龙公司研制的电液混合注塑机，兼具节能、环保、高精度等优良特性，与传统的液压驱动注塑机相比，分别可节约能源50%及70%以上。通过调节电液混合注塑机的工艺过程及优化注塑过程的工艺参数，也可以实现注塑机的节能减排。例如，利用解耦控制实现液压油的压力和流量分离控制，在不同的工艺阶段使用不同的压力和流量作为主导控制注塑过程;通过空间建模控制料筒温度，可使注塑过程温度可控;并研究注射速度和注塑机机械臂的运动轨迹得到最优的工艺参数等，均可实现不同程度的节能。
3注塑机合模系统
合模是以巨大的液压系统推力使模具紧紧闭合，将注射原料时，模具内产生的高压抵消，达到封闭的作用。可以通过油压表读出合模力的大小，合模力的大小与油压表的值成正比。合模系统的主要能力是确保模具开启、闭合以及顶出塑料制品。并且在模具封闭后，提供给模具稳定锁模力，确保模具足以在熔化状态的原料进入模具腔内时产生的模腔压力时不会开缝，产生次品。
结语
注塑机是塑料加工行业常用的机械设备，传统的注塑机由于设计技术含量低，只注重产品而忽略能耗，导致了使用过程中产生的能量消耗也往往较大，其中驱动控制系统和加热系统又是注塑机中能耗最大的两个部分，采用节能技术进行改进，可极大地降低注塑机的能耗。对于驱动控制系统，改进传统的液压驱动模式，使用变频器、伺服液压驱动、电液混合驱动等方式，都可获得较好的节能效果;对于加热系统，传统的电阻式发热圈能耗大且加热均匀性差，也逐渐被电磁感应技术、红外或远红外加热技术等取代，耗电量低且加热效果好。
参考文献
［1］杜旭，姜重然，张明强，等．注塑机伺服电动控制系统的研究与设计［J］．佳木斯大学学报(自然科学版)，2012，30(2):229－231．
［2］冯刚，张朝阁，江平．注塑机驱动系统节能的研究现状及前景［J］．工程塑料应用，2014(3):127－130．
［3］林克伟，徐开杰，周才根．注塑机液压系统节能技术的现状分析［J］．工程塑料应用，2011，39(8):84－87．
论文作者:徐志江
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/27
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