摘要 利用變頻器枝術(shù)對(duì)注塑機(jī)進(jìn)行改造，通過對(duì)液壓系統(tǒng)檢出流1和壓力的控制，使液壓泵的工作轉(zhuǎn)教隨著注塑機(jī)工作狀況的變化而相應(yīng)地改變，從而達(dá)到對(duì)液壓系統(tǒng)的工作流1和工作壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)拉制的目的，避免了能量浪費(fèi)，降低了生產(chǎn)成本。 關(guān)鍵詞 注塑機(jī) 變頻器 液壓系統(tǒng)節(jié)能 注塑是將熱塑性塑料制成各種制品的主要成型方法之一，與其它塑料成型方法相比，注塑法具有可以成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸精確的制品，對(duì)塑料適應(yīng)性強(qiáng)，成型周期短，生產(chǎn)效率高及易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。在世界范圍內(nèi)，注塑占了塑料成型總量的30%左右，而注塑機(jī)的年生產(chǎn)量（臺(tái)數(shù)）大約為塑料加工機(jī)械總年產(chǎn)量的50%以上。液壓系統(tǒng)是注塑機(jī)的重要組成部分，目前國內(nèi)外的大多數(shù)注塑機(jī)都采用液壓系統(tǒng)來完成塑化、合模、注射、保壓及開模等注塑工序，因而對(duì)電能的需求極大，能量的消耗成為注塑生產(chǎn)中的主要成本之一川。近幾年來，珠江三角洲地區(qū)的一些中小型注塑生產(chǎn)企業(yè)利用變頻器技術(shù)對(duì)注塑機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，較大幅度地降低了注塑生產(chǎn)中的電能消耗，從而明顯地降低了注塑制品的生產(chǎn)成本，給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 1 注塑機(jī)工作特點(diǎn) 1.1 工作周期 注塑機(jī)的注塑過程是一個(gè)從合模動(dòng)作開始的周期性過程，在這個(gè)周期性過程中液壓系統(tǒng)必須完成一系列的動(dòng)作:合模、開模、注射座整體移動(dòng)、保壓及頂出制品等。注塑機(jī)的工作周期如圖1所示。 [align=center] 圖1 注塑機(jī)的工作周期[/align] 1.2 工作參數(shù) 注塑機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中與液壓系統(tǒng)有密切關(guān)系的主要工作參數(shù)有注塑壓力、注射速率、鎖模力、保壓壓力等。注塑壓力是克服熔融物料流經(jīng)噴嘴、流道和模具型腔時(shí)的流動(dòng)阻力，保證充模穩(wěn)定性，確保注塑制品精度和合格率的重要因素。當(dāng)螺桿直徑一定時(shí)，注塑壓力的大小由液壓系統(tǒng)決定。注射速率是表征熔體充滿模具型腔快慢的參數(shù)，它直接影響制品的質(zhì)量和生產(chǎn)率，其大小由注射油缸的工作油流量控制。鎖模力是注塑機(jī)合模機(jī)構(gòu)對(duì)模具所能施加的最大夾緊力，它和注射量一起成為標(biāo)稱注塑機(jī)規(guī)格的參數(shù)，對(duì)于液壓一肘桿式合模裝置，鎖模力大小由液壓系統(tǒng)和肘桿機(jī)構(gòu)共同決定;對(duì)于全液壓式合模裝置，鎖模力大小由注塑機(jī)的液壓系統(tǒng)決定。保壓壓力是重要的注塑工藝參數(shù)之一，保壓壓力和保壓時(shí)間的選擇直接影響注塑制品的質(zhì)量，保壓壓力與注塑壓力一樣由液壓系統(tǒng)決定。 2 注塑機(jī)液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)是注塑機(jī)的重要組成部分，它必須滿足整個(gè)工作周期各個(gè)階段所需壓力和速度的不同要求。液壓系統(tǒng)應(yīng)具有工作穩(wěn)定性好、重復(fù)精度和靈敏度高、噪音低和節(jié)能等特點(diǎn)。液壓系統(tǒng)主要由液壓泵、閥門、油缸及回路組成。 在注塑生產(chǎn)中，根據(jù)注塑工藝的需要，液壓系統(tǒng)提供給注塑機(jī)的工作流量和工作壓力應(yīng)該是不斷變化的，因此注塑機(jī)液壓系統(tǒng)所消耗的功率也應(yīng)該是隨著工作流量和工作壓力的變化而不斷變化的。圖2為國產(chǎn)xs一zy一50型注塑機(jī)的一個(gè)工作周期中液壓系統(tǒng)應(yīng)提供的液壓油工作流量的變化示意圖，圖3為油缸所消耗功率的變化示意圖。由圖2、圖3可以看出，在注塑周期的各個(gè)階段，液壓系統(tǒng)的工作流量和功率消耗相差很大，所需最大工作流量和功率消耗階段為閉模注射階段。 液壓泵是注塑機(jī)液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源，為油缸和油電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供完成動(dòng)作所需的壓力油。注塑機(jī)中的液壓泵大多是定量泵，注塑工序中不同動(dòng)圖2注塑機(jī)液壓系統(tǒng)工作流量變化圖 [align=center] 圖2 注塑機(jī)液壓系統(tǒng)工作流量變化圖 圖3 注塑機(jī)液壓油缸消耗功率變化圖[/align] 作所需的液壓油工作流量和壓力是通過一系列閥門及相關(guān)回路來調(diào)節(jié)的。由于泵的流量一定，也就意味著在注塑周期的各個(gè)階段其流量均為最大工作流量，在不需最大工作流量的工序上，多余的壓力油經(jīng)溢流閥回路流回油箱，而驅(qū)動(dòng)液壓泵的電機(jī)始終保持著維持最大工作流量時(shí)的轉(zhuǎn)速，因此電機(jī)所消耗的功率也始終維持在注塑周期中的最大功率上，造成了大量的電能浪費(fèi)。在注塑機(jī)的液壓回路上加裝變頻器回路，根據(jù)注塑周期中負(fù)載的變化，利用變頻器的變頻功能改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源頻率，使周期中的每一個(gè)確定的液壓工作流量都對(duì)應(yīng)不同的電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)（頻率），從而可達(dá)到對(duì)液壓系統(tǒng)的工作流量和工作壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的目的，使電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)根據(jù)工作負(fù)載的變化而實(shí)時(shí)變化，從而節(jié)約電能。 3 變頻調(diào)速 3.1 工作原理 液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)流量通常是通過液壓閥的開啟程度來實(shí)現(xiàn)的，即通過增加液壓回路的阻力來提高液壓系統(tǒng)的工作壓力，而液壓泵的轉(zhuǎn)數(shù)并未發(fā)生變化，這樣大量的電能就浪費(fèi)在克服回路阻力上了。采用變頻器對(duì)注塑機(jī)液壓系統(tǒng)的工作流量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，就是根據(jù)注塑工藝要求的流量值對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，從而代替各種液壓閥的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)液壓泵輸出流量的無級(jí)調(diào)速，并可大量減少各種閥門的使用。由于液壓油的工作流量與工作壓力之間存在相應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此采用變頻器控制液壓泵的工作流量，可在不改變液壓回路阻力的情況下，通過對(duì)流量的調(diào)節(jié)來達(dá)到對(duì)工作壓力的調(diào)節(jié)。 交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速可由（1）式表示，: 由（3） 式可見，當(dāng)5、q、p的值恒定時(shí)，液壓泵的工作流量與驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻率呈線性關(guān)系，從而可使流量平滑地變化，達(dá)到無級(jí)調(diào)速的目的。 3.2 系統(tǒng)組成 圖4為采用變頻器調(diào)節(jié)注塑機(jī)液壓泵流量的工作流程示意圖。由信號(hào)采集裝置（傳感器）將注塑機(jī)注塑工藝流程中不同階段所需液壓油的工作流量進(jìn)行采集并將流量給定值以電流值的形式傳送到PLC（可編程控制器），同時(shí)由輸出流量檢測件對(duì)泵的液壓油實(shí)際輸出流量進(jìn)行檢測，所得檢測信號(hào)由電流/電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電壓值傳送到PLC中，PLC對(duì)實(shí)際流量和給定流量進(jìn)行比較。根據(jù)比較結(jié)果，PLC 輸出驅(qū)動(dòng)電機(jī)的給定轉(zhuǎn)數(shù)值傳送到變頻器，通過變頻器調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)/泵的轉(zhuǎn)數(shù)，從而調(diào)節(jié)液壓泵的輸出流量，使其滿足注塑周期各個(gè)階段的不同流量要求，達(dá)到節(jié)能的要求。 [align=center] 圖4 變頻器對(duì)注塑機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行流t調(diào)節(jié)示意圖[/align] 3.3 變頻器的特點(diǎn)和選用 用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)速的變頻器要求具有如下特點(diǎn):①在很小轉(zhuǎn)差率下運(yùn)行，損耗小，功率因數(shù)高;②調(diào)速范圍寬，頻率可從幾赫茲到幾百赫茲，調(diào)速精度高，精度可達(dá)0.5%一1%;③可自動(dòng)平滑地加速和減速;④節(jié)能效果十分明顯，一般可達(dá)30%以上;⑤保護(hù)功能齊全，維護(hù)工作量很小。 變頻器的選用可根據(jù)注塑機(jī)的實(shí)際T作狀況而定，對(duì)于調(diào)速要求不高、負(fù)載變化不大的注塑機(jī)，可選擇價(jià)格相對(duì)便宜的SANKEN（三肯）SVF系列變頻器;對(duì)于調(diào)速要求較高、轉(zhuǎn)速誤差較小的注塑機(jī)可選用ABB系列或FUJI（富士）GT 系列變頻器;對(duì)負(fù)載變化大且可靠性要求高的注塑機(jī)可選用FUJIG7 系列變頻器，它可以通過控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)差率來限定輸出轉(zhuǎn)矩。 變頻器的容量選擇應(yīng)遵循下列準(zhǔn)則:①變頻器的額定電流大于等于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定電流;②變頻器的額定電壓大于等于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定電壓;③變頻器的額定功率一匹配電機(jī)功率大于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率。 4 實(shí)例 在實(shí)際的應(yīng)用過程中，用變頻器對(duì)某型注塑機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了改造。該型注塑機(jī)液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率為lkw，改造前采用工頻電源時(shí)的有用功率為7.skw，用變頻改造后的有用功率約為4.5kw，減少約3kw。以該注塑機(jī)每年工作5000h計(jì)，則一年可節(jié)約電能為: 3kw x 5000h=15000kW·h=5400MJ 以珠江三角洲地區(qū)的工業(yè)用電價(jià)格1.2元/（kw·h）為例，則每年可節(jié)約電費(fèi): 15000kW·h x l.2元/kw ·h=18000元 由此可見 ，進(jìn)行變頻改造所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是相當(dāng)可觀的，并且對(duì)于生產(chǎn)規(guī)模越大的注塑生產(chǎn)，所節(jié)省的電能就越可觀，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益也越明顯，前期改造注塑機(jī)的投資也可在較短的時(shí)期內(nèi)收回。 5 結(jié)語 采用變頻器技術(shù)對(duì)注塑機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造的優(yōu)點(diǎn)是十分明顯的，它不但能顯著地節(jié)省電能，而且電機(jī)的溫升下降，機(jī)械的磨損減少，運(yùn)行噪音降低，且維修工作變得十分方便，提高了注塑機(jī)和注塑模具的使用壽命。這種交流變頻調(diào)速技術(shù)不僅可以用于注塑機(jī)，在擠出機(jī)上也可用來調(diào)節(jié)擠出螺桿的轉(zhuǎn)速，因而它是一種實(shí)用性很高的生產(chǎn)技術(shù)，必將在塑料加工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。筆者進(jìn)一步的研究認(rèn)為，在注塑機(jī)和擠出機(jī)的制造過程中就可引人變頻器技術(shù)以提高注塑機(jī)和擠出機(jī)的性能和效益，使注塑機(jī)和擠出機(jī)在節(jié)能技術(shù)方面一步到位，增加其市場競爭力。 參考文獻(xiàn) 1 北京化工學(xué)院，等塑料機(jī)械液壓傳動(dòng)北京中國輕工業(yè)出版社，1983 2 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