摘要：传统的液压式注塑机定量泵采用异步电机作工频运行，存在较多问题，体现在响应过慢、产品生产质量较差，能耗量较高液压油经常泄漏，维护工作量大等方面，因此需要进行节能改造，可采用伺服电动机加以处理，该装置可随时调整转速与转矩，并且可改变压力及流量，能够实现注塑机功率的高度匹配，节能效果十分突出，本文就对具体的改造方法及结果进行了详细探讨。
关键词：伺服电动机；注塑机；节能改造
引言
目前塑料制品行业呈高速发展之势，在生产过程中注塑机是一项必不可少的设备，其在电子、家电、建材、机械、汽车、玩具等领域应用较为广泛。但注塑机在运行过程中能耗量较高，无负荷运转时也需要消耗电能，并且目前多数企业采用的是传统的液压式注塑机，导致我国塑料制品产业每年的电能消耗量始终维持在较高水平，并且随着生产规模的扩大逐年增加，因此当前必须通过伺服电动机进行节能改造，进而实现该产业的健康发展。
一、节能原因
注塑机的主要作用是进行塑料注射，能够在高温、高压状态下将塑料推入模具内，冷却定型后就可得到塑料制品。液压式注塑机在运行过程中发挥主要作用的是异步电机，其存在响应慢、控制精度低、能耗量过高、油温高、液压油泄漏过于频繁等多项问题，因此必须进行处理。此外，传统注塑机在待机阶段耗能并未停止，导致能源浪费现象过于严重、具体来说，油压系统、加热单元、冷却系统、控制组件四部分的能耗量分别是70%，15%，10%和5%[1]。其中，油压系统总耗电量最高，因此应可将其确定为节能改造的重点。
塑料制品的成型工艺流程为：锁模一射出-保压-冷却一加料一开模一顶出。改用伺服电动机后，在锁模和保压这两个工序中，电动机转速相应降低，能耗降低；在冷却工序中，电动机基本处于停顿不耗能状态，而冷却工序占整个工艺流程时间的35%，这就大幅降低了油泵电机的能耗。
二、改造前后对比
（一）传统注塑机
传统注塑机的油泵转速及输出流量始终维持在稳定状态，但注塑工艺在不同阶段均有一定的变化，这就导致多余的液压流量最终都会排回油缸，进而使得能源浪费现象过于严重，并且浪费的电能在外界条件的影响下会逐步转化为热能，进而导致油温在短时间内急速升高，严重影响了密封圈的性能。此外，传统注塑机在冷却过程中耗时较长，因此该环节同样需要消耗大量的能源，针对此问题，必须进行伺服改造。通过伺服电动机不仅能够控制能源消耗量及降低成本，并且可在原有基础上有效保障产品的生产质量，同时也能够使工作环境更好。
（二）伺服节能改造
1.优势
具体来说，伺服电动机主要有以下几项优势。第一是节能，通过驱动器可实现伺服电机的节能运转，并且可提高电机转速，可达每分钟200转，能够有效提高生产效率。第二是压力稳定性较好，伺服系统可无限循环，促使注塑机压力通过驱动器快速响应，这样能够确保压力始终维持在稳定状态，而不会出现大幅度波动的情况[2]。
2.原因
利用伺服电动机改造的原因主要包括以下几个方面。第一，驱动及发热两大系统对电能的消耗量过高。第二，传统注塑机的油泵所提供的流量始终不变，导致系统出现高压节流现象，进而使得能源浪费现象过于严重。第三，消费者对产品需求量越来越大，因此需要对注塑机进行升级处理，提高其生产效率。第四，改造后的注塑机能够帮助企业减少前期的投入成本，提高企业的竞争能力，使企业拥有更多的竞争优势。
3.改造方法
在具体改造的过程中，必须明确各项改造要点，借鉴其他单位的经验，并根据企业的实际情况合理调整。此外，在改造过程中可采用以下几种方法。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第一，液压机油路应维持原状，可直接去掉比例压力阀及放大板，改换为安全阀。第二，了解泵出口处的特点，正确安装压力传感器，并取出模拟信号，将反馈信号定位DC0～10伏。第三，将普通电机及叶片泵分别换为伺服电机和螺旋泵。第四，配置伺服驱动器，并为其输入压力信号；将传感器与反馈信号端口相连接。只要把握好这几项改造要点，最终所改造好的注塑机就能够接近全自动化节能水平。
4.系统特点
经过伺服改造后的注塑机主要具有以下几个方面的特点。第一是节能。经过伺服节能改造后可节省30%-50%的用电量，节能效果十分突出。第二，油温温升低。当操作环境处于40℃以下时，无需采用冷却水进行降温处理，这样就使得冷却部件无需消耗能源，同时也能够延长该部件的使用期限。第三是重复精度高，由于改造后的注塑机在转速控制过程中主要是通过闭环形式来实现的，因此能够使压力流量的控制精度在原有基础上明显有所升高。第四是响应时间快，根据实际情况来看，压力及流量上升较快，并且所需的响应时间相比未改造前的系统约能快40ms，主要原因在于转换过程中无需进行动作转换，省去该环节后必然能够缩短响应时间。第四是能够抵抗恶劣的环境，改造后的注塑机具有防尘、防油等多个方面的特性，主要是编码器在其中发挥作用。第五是能够降低噪音，改造后的注塑机无论处于何种工况噪音都不会超过65分贝[3]，进而确保操作人员处于更加舒适、健康的操作环境中。总之，改造后的注塑机不仅具有能耗量较低的特性，并且在生产效率、安全性、可靠性及环境等多个方面均有所改善。
三、节能潜力
（一）直接经济效益
以深圳某塑胶公司注塑车间的改造为例，该企业投资约13万元对注塑车间5台350吨的注塑机改造为例，每台注塑机配备37kW的电动机。注塑机负载率约为60%，注塑年运行时间为6240h。注塑机进行伺服节能改造后，比传统注塑机可节省30%-50%的用电量，按最低的节能率30%计算，则注塑机经过伺服节能改造后，每年可节省用电量为：
节能量＝37kW×5×60%×6240h×30%＝20.78万kWh
电费按0.8元/kWh计算，则5台注塑机经过伺服改造后，每年可节省电费为16.62万元。则回收期为：
回收期＝投资额÷节能量＝13万元÷16.24万元/年＝0.8年
（二）间接经济效益
除了通过计算可直接了解的经济效益之外，改造后的注塑机还能够产生许多间接性的经济效益，主要包括以下几个方面。第一，改造后的注塑机稳定性有所提高。第二，改造后注塑机油温明显有所降低，这对于延长液压油的使用期限起到了一定的作用，并且能够促使油封件使用更长的时间。第三，辅助性电力设施对电能的消耗量明显降低，节省用电量。第四，操作环境中的噪音降低后，操作人员的工作情绪、态度明显有所改善，工作状态更加积极，有效提高了生产效率。第五，改造后的注塑机动作响应极快，使得产品的生产周期明显在原有基础上有所缩短，这样就能够在特定时间内生产更多的产品。第七，伺服电机在运转过程中主要选择的是永磁材料，这样在空载或满载等多种状态下功率因数都不会有太大的改变。
四、结语
总而言之，改造后的注塑机生产呢效率较高，产品质量也得到了有效保障，并且注塑机的运行也更加安全稳定，明显降低了生产成本，提高了企业在市场中的竞争能力，并且电能节约效果十分显著，在帮助生产单位实现健康发展的同时对于推动社会经济的良性发展也具有一定的作用。
参考文献：
[1]王丽英.SZ-100/800注塑机节能改造与动态特性研究[D].河南科技大学，2015.
[2]喜冠南，严武英，宋平翰.基于伺服泵控液压动力单元的注塑机节能研究[J].液压与气动，2013，（11）：15-18.
[3]董泽，孙杰.基于伺服系统的传统注塑机节能改造[J].当代化工，2015，44（2）：369-371.
论文作者:蔡智团
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/17
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