摘要 利用變頻器枝術對注塑機進行改造，通過對液壓系統檢出流1和壓力的控制，使液壓泵的工作轉教隨著注塑機工作狀況的變化而相應地改變，從而達到對液壓系統的工作流1和工作壓力進行實時拉制的目的，避免了能量浪費，降低了生產成本。 關鍵詞 注塑機 變頻器 液壓系統節能 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構復雜、尺寸精確的制品，對塑料適應性強，成型周期短，生產效率高及易于實現自動化等優點。在世界范圍內，注塑占了塑料成型總量的30%左右，而注塑機的年生產量（臺數）大約為塑料加工機械總年產量的50%以上。液壓系統是注塑機的重要組成部分，目前國內外的大多數注塑機都采用液壓系統來完成塑化、合模、注射、保壓及開模等注塑工序，因而對電能的需求極大，能量的消耗成為注塑生產中的主要成本之一川。近幾年來，珠江三角洲地區的一些中小型注塑生產企業利用變頻器技術對注塑機的液壓系統進行節能改造，較大幅度地降低了注塑生產中的電能消耗，從而明顯地降低了注塑制品的生產成本，給企業帶來可觀的經濟效益。 1 注塑機工作特點 1.1 工作周期 注塑機的注塑過程是一個從合模動作開始的周期性過程，在這個周期性過程中液壓系統必須完成一系列的動作:合模、開模、注射座整體移動、保壓及頂出制品等。注塑機的工作周期如圖1所示。 [align=center] 圖1 注塑機的工作周期[/align] 1.2 工作參數 注塑機在一個工作循環中與液壓系統有密切關系的主要工作參數有注塑壓力、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噴嘴、流道和模具型腔時的流動阻力，保證充模穩定性，確保注塑制品精度和合格率的重要因素。當螺桿直徑一定時，注塑壓力的大小由液壓系統決定。注射速率是表征熔體充滿模具型腔快慢的參數，它直接影響制品的質量和生產率，其大小由注射油缸的工作油流量控制。鎖模力是注塑機合模機構對模具所能施加的最大夾緊力，它和注射量一起成為標稱注塑機規格的參數，對于液壓一肘桿式合模裝置，鎖模力大小由液壓系統和肘桿機構共同決定;對于全液壓式合模裝置，鎖模力大小由注塑機的液壓系統決定。保壓壓力是重要的注塑工藝參數之一，保壓壓力和保壓時間的選擇直接影響注塑制品的質量，保壓壓力與注塑壓力一樣由液壓系統決定。 2 注塑機液壓系統 液壓系統是注塑機的重要組成部分，它必須滿足整個工作周期各個階段所需壓力和速度的不同要求。液壓系統應具有工作穩定性好、重復精度和靈敏度高、噪音低和節能等特點。液壓系統主要由液壓泵、閥門、油缸及回路組成。 在注塑生產中，根據注塑工藝的需要，液壓系統提供給注塑機的工作流量和工作壓力應該是不斷變化的，因此注塑機液壓系統所消耗的功率也應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xs一zy一50型注塑機的一個工作周期中液壓系統應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，在注塑周期的各個階段，液壓系統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。 液壓泵是注塑機液壓系統的動力源，為油缸和油電機等執行機構提供完成動作所需的壓力油。注塑機中的液壓泵大多是定量泵，注塑工序中不同動圖2注塑機液壓系統工作流量變化圖 [align=center] 圖2 注塑機液壓系統工作流量變化圖 圖3 注塑機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回路來調節的。由于泵的流量一定，也就意味著在注塑周期的各個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，多余的壓力油經溢流閥回路流回油箱，而驅動液壓泵的電機始終保持著維持最大工作流量時的轉速，因此電機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。在注塑機的液壓回路上加裝變頻器回路，根據注塑周期中負載的變化，利用變頻器的變頻功能改變驅動電機的電源頻率，使周期中的每一個確定的液壓工作流量都對應不同的電機轉數（頻率），從而可達到對液壓系統的工作流量和工作壓力進行實時控制的目的，使電機的轉數根據工作負載的變化而實時變化，從而節約電能。 3 變頻調速 3.1 工作原理 液壓系統調節流量通常是通過液壓閥的開啟程度來實現的，即通過增加液壓回路的阻力來提高液壓系統的工作壓力，而液壓泵的轉數并未發生變化，這樣大量的電能就浪費在克服回路阻力上了。采用變頻器對注塑機液壓系統的工作流量進行實時控制，就是根據注塑工藝要求的流量值對電動機進行轉速調節，從而代替各種液壓閥的調節，實現液壓泵輸出流量的無級調速，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的對應關系，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，通過對流量的調節來達到對工作壓力的調節。 交流電機的轉速可由（1）式表示，: 由（3） 式可見，當5、q、p的值恒定時，液壓泵的工作流量與驅動電機頻率呈線性關系，從而可使流量平滑地變化，達到無級調速的目的。 3.2 系統組成 圖4為采用變頻器調節注塑機液壓泵流量的工作流程示意圖。由信號采集裝置（傳感器）將注塑機注塑工藝流程中不同階段所需液壓油的工作流量進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），同時由輸出流量檢測件對泵的液壓油實際輸出流量進行檢測，所得檢測信號由電流/電壓轉換器轉換為電壓值傳送到PLC中，PLC對實際流量和給定流量進行比較。根據比較結果，PLC 輸出驅動電機的給定轉數值傳送到變頻器，通過變頻器調節驅動電機/泵的轉數，從而調節液壓泵的輸出流量，使其滿足注塑周期各個階段的不同流量要求，達到節能的要求。 [align=center] 圖4 變頻器對注塑機液壓系統進行流t調節示意圖[/align] 3.3 變頻器的特點和選用 用于驅動電機調速的變頻器要求具有如下特點:①在很小轉差率下運行，損耗小，功率因數高;②調速范圍寬，頻率可從幾赫茲到幾百赫茲，調速精度高，精度可達0.5%一1%;③可自動平滑地加速和減速;④節能效果十分明顯，一般可達30%以上;⑤保護功能齊全，維護工作量很小。 變頻器的選用可根據注塑機的實際T作狀況而定，對于調速要求不高、負載變化不大的注塑機，可選擇價格相對便宜的SANKEN（三肯）SVF系列變頻器;對于調速要求較高、轉速誤差較小的注塑機可選用ABB系列或FUJI（富士）GT 系列變頻器;對負載變化大且可靠性要求高的注塑機可選用FUJIG7 系列變頻器，它可以通過控制驅動電機轉差率來限定輸出轉矩。 變頻器的容量選擇應遵循下列準則:①變頻器的額定電流大于等于驅動電機的額定電流;②變頻器的額定電壓大于等于驅動電機的額定電壓;③變頻器的額定功率一匹配電機功率大于驅動電機的額定功率。 4 實例 在實際的應用過程中，用變頻器對某型注塑機液壓系統進行了改造。該型注塑機液壓泵驅動電機額定功率為lkw，改造前采用工頻電源時的有用功率為7.skw，用變頻改造后的有用功率約為4.5kw，減少約3kw。以該注塑機每年工作5000h計，則一年可節約電能為: 3kw x 5000h=15000kW·h=5400MJ 以珠江三角洲地區的工業用電價格1.2元/（kw·h）為例，則每年可節約電費: 15000kW·h x l.2元/kw ·h=18000元 由此可見 ，進行變頻改造所產生的經濟效益是相當可觀的，并且對于生產規模越大的注塑生產，所節省的電能就越可觀，產生的經濟效益也越明顯，前期改造注塑機的投資也可在較短的時期內收回。 5 結語 采用變頻器技術對注塑機液壓系統進行改造的優點是十分明顯的，它不但能顯著地節省電能，而且電機的溫升下降，機械的磨損減少，運行噪音降低，且維修工作變得十分方便，提高了注塑機和注塑模具的使用壽命。這種交流變頻調速技術不僅可以用于注塑機，在擠出機上也可用來調節擠出螺桿的轉速，因而它是一種實用性很高的生產技術，必將在塑料加工業得到廣泛應用。筆者進一步的研究認為，在注塑機和擠出機的制造過程中就可引人變頻器技術以提高注塑機和擠出機的性能和效益，使注塑機和擠出機在節能技術方面一步到位，增加其市場競爭力。 參考文獻 1 北京化工學院，等塑料機械液壓傳動北京中國輕工業出版社，1983 2 翟金平，等塑料工業手冊（注塑、模壓工藝與設備分冊）.北京化學工業出版社，2001 3 機械工業部，橡膠塑料機械產品樣本.北京:機械工業出版社.1996 4 滿永奎，等通用變頻器及其應用北京機械下業出版社.1992 5 陳國呈.變頻器的發展動向與變領器在應用中應注意的一些問題. 上海大學學報（自然科學版〕1996（5）:524