注塑行業(yè)正面臨著一個飛速發(fā)展的機遇，然而在注塑產(chǎn)品的成品的構(gòu)成中，電費占了相當?shù)谋壤?，依?jù)注塑機設(shè)備工藝的需求，注塑機油泵馬達耗電占整個設(shè)備耗電量比例高達50%-65%，因而極具節(jié)能潛力，設(shè)計與制造新一代“節(jié)能型”注塑機，就成為迫切需要關(guān)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(tài)，在定量泵的液壓系統(tǒng)中，油泵馬達以恒定的轉(zhuǎn)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(jié)流。據(jù)統(tǒng)計由高壓節(jié)流造成的能量損失高達36%-68%。
隨著世界各國在環(huán)保，如能耗、噪音、泄漏等控制方面日益嚴格的要求，節(jié)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(jié)能以降低生產(chǎn)成本之要求，對各種節(jié)能控制技術(shù)進行了深入廣泛的研究和實踐。全電動注塑機具優(yōu)良的節(jié)能特性，全電動注塑機在動力驅(qū)動系統(tǒng)上徹底拋棄了全油壓機油泵馬達產(chǎn)生的油壓驅(qū)動系統(tǒng)，而采用伺服電機驅(qū)動，傳動結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿和同步皮帶，大幅度提高了注塑機動力系統(tǒng)的控制精度，徹底解決了液壓油對環(huán)境的污染問題，機械產(chǎn)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(yōu)勢,特別是生產(chǎn)如醫(yī)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(yè)以及高檔的精密產(chǎn)品，全電機是一個很好的選擇，全電動注塑機具有節(jié)電、節(jié)水、高性能特性，運轉(zhuǎn)經(jīng)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(shù)的因素限制了其應(yīng)用，目前國內(nèi)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(tǒng)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(jié)能控制系統(tǒng)，下面分別分析兩種節(jié)能技術(shù)的工作原理以探討其性能特點與應(yīng)用。
一、兩種控制系統(tǒng)的組成及工作原理
比例變量泵控制系統(tǒng)：主要有油泵電機、比例變量泵、及常規(guī)液壓閥組成，用戶根據(jù)注塑成型工藝要求設(shè)定各種動作壓力、速度，這些設(shè)定值經(jīng)微處理器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)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(nèi)的比例壓力閥及比例流量閥按設(shè)定值向系統(tǒng)輸出壓力和流量產(chǎn)生的壓、流差及負載的變化快速推動（調(diào)整）變量泵斜盤頃角發(fā)生變化，使液壓系統(tǒng)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(shè)定值向系統(tǒng)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(tǒng)：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(guī)閥（方向閥和溢流閥）組成，系統(tǒng)工作時，用戶根據(jù)注塑成型工藝要求設(shè)定各種動作壓力、速度，這些設(shè)定值經(jīng)微處理器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號（電流或電壓信號）輸出給系統(tǒng)的比例壓力閥及比例流量閥，同時與速度設(shè)定相對應(yīng)的模擬信號輸入至變頻器的控制板，實現(xiàn)控制交流電動機的轉(zhuǎn)速按設(shè)定值變化，電動機轉(zhuǎn)速的變化導(dǎo)致與之相聯(lián)的定量泵速度的變化，使液壓系統(tǒng)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(zhuǎn)的狀況保持很低的轉(zhuǎn)速，以達到節(jié)能的目的。利用注塑機同步信號及電氣控制系統(tǒng)，根據(jù)注塑成型的工藝要求，將電液比例控制系統(tǒng)，模擬成負載跟蹤控制系統(tǒng)，使油泵電機的轉(zhuǎn)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(tǒng)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(jié)流能量損失。
根據(jù)注塑產(chǎn)品的不同，對比定量泵油壓注塑機，全電動注塑機節(jié)電率高達40~70％；變量泵注塑機節(jié)電率達25~50％；變頻注塑機節(jié)電率達25-60％。
二、通過分析研究兩種控制系統(tǒng)節(jié)能工作原理可以看出其性能特點
1．系統(tǒng)的響應(yīng)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(yīng)快，交流電動機轉(zhuǎn)速恒定，無磁滯效應(yīng)及轉(zhuǎn)動慣量的影響，響應(yīng)時間快（100ms內(nèi)）；
變頻系統(tǒng)：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(yīng)及轉(zhuǎn)動慣量的影響，響應(yīng)速度慢（800-1000ms）。
2．產(chǎn)品的成型周期與工效
變量泵：交流電動機轉(zhuǎn)速恒定，無磁滯效應(yīng)及轉(zhuǎn)動慣量的影響，響應(yīng)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(tǒng)：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(yīng)及轉(zhuǎn)動慣量的影響，響應(yīng)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(wǎng)造成很大的沖擊，啟動完成進入正常運轉(zhuǎn)后，交流電動機轉(zhuǎn)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(tǒng)：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(wǎng)的沖擊，啟動特性好；啟動完成進入正常運轉(zhuǎn)后，由于交流電動機速度不斷變化，溫度要高于恒轉(zhuǎn)速溫升，在油泵轉(zhuǎn)速較低時，其輸出的壓力、流量不穩(wěn)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(tǒng)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(tǒng)由于變頻器內(nèi)濾波電容的作用將提高功率因素，增大了電網(wǎng)的有功功率，從而節(jié)省了無功功率消耗的能量，可降低線損和設(shè)備的發(fā)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(tǒng)之應(yīng)用
根據(jù)兩種控制系統(tǒng)節(jié)能性能特點，由于比例變量泵節(jié)能控制技術(shù)相對成熟，目前注塑機制造廠普遍采用比例變量泵節(jié)能控制技術(shù), 通過比例變量泵節(jié)能還處于主導(dǎo)地位；而應(yīng)用變頻器調(diào)速控制技術(shù)以實現(xiàn)節(jié)能無疑也是有益的嘗試,由于其尚有固有的技術(shù)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(jié)能應(yīng)用中出現(xiàn)的問題不斷探索優(yōu)化的解決方案：
1．變頻器影響電機壽命問題：隨著電機轉(zhuǎn)速的降低，與電機轉(zhuǎn)子相連的風扇葉片的轉(zhuǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速不受電機轉(zhuǎn)速下降之影響，絕緣層選用更優(yōu)質(zhì)的材料，以解決變頻器影響電機壽命問題。
2．變頻節(jié)能技術(shù)導(dǎo)致生產(chǎn)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(zhuǎn)換致使主電機頻繁處于加減速過程中，由于磁滯效應(yīng)及轉(zhuǎn)動慣量的影響，導(dǎo)致了注塑循環(huán)周期的增加，生產(chǎn)效率下降。我們的思路是通過與注塑機電腦供應(yīng)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(xiàn)變頻器的輸出頻率和輸出轉(zhuǎn)矩解耦調(diào)節(jié)，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(chǎn)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(zhuǎn)矩的狀態(tài)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(xié)作，要求變頻器輸入端設(shè)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(shù)設(shè)定，使電機在開、鎖模時保持高速運行，避免低速大轉(zhuǎn)矩狀態(tài)出現(xiàn)。
4．變頻定量葉片泵在低速時其輸出的壓力、流量不穩(wěn)定的問題。當轉(zhuǎn)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(shè)定信號增益，或者選擇內(nèi)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(jù)控制系統(tǒng)節(jié)能工作原理，注塑機節(jié)能還具有附加的優(yōu)點，
?、贉p輕開、鎖模沖擊，延長機械和模具使用壽命。
②延長油路系統(tǒng)（密封組件等）使用壽命，減少維修次數(shù)、節(jié)省維護費用。
?、劢档驮胍?、改善工作環(huán)境。
?、芟到y(tǒng)油溫大幅降低，冷卻用水量可節(jié)省30%以上。
?、葑冾l器對電機具有過壓、過流、缺相等多種保護。
⑥注塑機變頻節(jié)能原有的控制方式及油路不變。
將注塑機改造升級為“節(jié)能型”注塑機，其投資應(yīng)該在一年內(nèi)可通過節(jié)約的電費或油費收回?？傊?，開發(fā)“節(jié)能型”注塑機理論可行，投資小、效益明顯，節(jié)能型注塑機已成為注塑機制造業(yè)的新賣點。
作者簡介：
汪存亮，男，本科學(xué)歷，高級工程師，曾在國家級行業(yè)雜志《塑膠工業(yè)》、《塑膠機械》、《國際塑料商情》、《塑膠工藝與設(shè)備》、《機械與模具》、《棉紡織技術(shù)》等發(fā)表論文10多篇，論文同時在國際互聯(lián)網(wǎng)媒體傳播，其主持設(shè)計的新產(chǎn)品《電子尺信號分路器》等獲得國家專利，有豐富的企業(yè)設(shè)備（熟TPM運作）、項目、工程管理與電氣自動化技術(shù)實戰(zhàn)經(jīng)驗。
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