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1、注塑機的變頻調(diào)速節(jié)能 一. 前言:從50年代推出了螺桿式塑料注射成形機至今已有50多年的歷史。目前在工程塑料加工業(yè)中,80%采用注射成型。塑料顆粒(ABS,聚乙烯,改型聚苯乙烯等)在注塑機料筒內(nèi)進行多段加熱器加熱融蝕后,經(jīng)螺桿攪拌增壓后注射入模具腔內(nèi),保壓冷卻成形,完成一個工件的加工過程。對于塑料加工,注塑機完整的工藝流程為,合模鎖模注射保壓冷卻脫模開模。其中保壓和冷卻,脫模和開模是同時進行的,即保壓過程中,模具在通水冷卻;在開模的過程中,模具內(nèi)的脫模頂針由隱蔽處逐漸后伸出,使附注在模具上的工件脫落,開模到位后一個加工過程結(jié)束。不論大,中,小型注塑
2、機,其工藝流程都是相同的。目前絕大多數(shù)的注塑機都是液壓傳動的注塑機,以上的工藝動作過程所需要的動力,均由液壓系統(tǒng)中的油泵提供,油泵又有變量泵和定量泵之分。在注塑機工作時,一個工作周期中各個工序的負荷變化很大,液壓系統(tǒng)所要求的流量和壓力是不同的,生產(chǎn)油泵時已經(jīng)考慮了這種變化,當液壓系統(tǒng)需要的流量和壓力變化時,油泵的供油量自動地增大或減小來與以適應,這種油泵就是變量泵,不需要再用變頻器進行調(diào)速控制。廣泛使用的另一種油泵是定量泵,它的供油量是恒定的,注塑機工作過程中流量和壓力的變化是靠流量比例閥和壓力閥來調(diào)節(jié)的,多余的油量經(jīng)溢流閥流回油箱。這樣,加劇了閥門和油泵的磨損,造成油溫升高,電機噪聲過大。另
3、外,從注塑機的設計看,通常在設計時油泵都要留有余量,一般考慮10%15%,但油泵的系列是有限的,往往選不到合適的油泵型號時就往上靠,存在嚴重的“大馬拉小車“現(xiàn)象,造成電能的大量浪費。因此,對定量泵的注塑機進行變頻調(diào)速改造,節(jié)約電能,提高經(jīng)濟效率具有重要的意義。二. 注塑機節(jié)能分析根據(jù)注塑機的工藝過程,畫出系統(tǒng)油壓P與時間t的關系圖如圖一由圖可見,合模和脫模,開模系統(tǒng)所需油壓較低,且時間較短;而注射,保壓,冷卻系統(tǒng)所需油壓較高,且時間較長,一般為一個工作周期的40%60%,時間的長短與加工工件有關;間歇期更短,這也與加工工件的情況有關,有時可以不要間歇期。以上的圖只是一種簡單的近似表示,實際上,
4、如果注射的螺桿用油馬達驅(qū)動,注射時的系統(tǒng)油壓會高一些。注塑機加工工件的重量,從數(shù)十克到數(shù)萬克不等,最大注塑機已到92000克。因此,注塑機就有中,小型和大型之分,加工數(shù)十克的小工件和加工數(shù)千克的大工件一個周期的時間也是不相同的;就是對同一臺注塑機,加工工件的原料不同,各段工藝流程中所需的壓力和時間也是變化的。這些工藝參數(shù)的設定,是由現(xiàn)場技術員根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)和試驗的情況制定的。從圖一可見,一個周期工作流程中,負載的變化導致系統(tǒng)壓力變化比較大,但油泵仍在50Hz運行,其供油量是恒定不變的,多余的液壓油經(jīng)溢流閥流回油箱,做無用功,白白地浪費了電能。對油泵進行變頻調(diào)速,將定量泵改變?yōu)轭愃谱兞勘玫奶匦?。?/p>
5、統(tǒng)所需壓力較高時,油泵電機50Hz運行,所需壓力較小時,變頻器降頻運行。電機輸出的軸功率與油泵的出口壓力和流量的乘積正比,油泵電機轉(zhuǎn)速降低后,輸出軸功率降低,就可以達到有效節(jié)能,一般節(jié)電率在20%50%。三. 注塑機變頻節(jié)能調(diào)速改造方案使用液壓系統(tǒng)的注塑機,有立式和臥式之分。數(shù)十克的立式注塑機,油泵采用一個齒輪泵,電機的容量也較小,電器控制電路也較簡單。改造時,將變頻器接入電機的供電回路,再將流量比例閥的信號(01A),經(jīng)變換為420mA或010V信號送到變頻器的相應端口上,這樣,隨著加工過程的變化,液壓油的流量也在變化。一般來說,取相對值變化較大的流量信號做控制信號較好,控制信號變化對變頻器
6、頻率調(diào)節(jié)的范圍大一些;而壓力信號相對值變化較小,對變頻器頻率調(diào)節(jié)的范圍小一些。如果變頻器頻率調(diào)節(jié)的范圍不能滿足工藝要求,可用變頻器的功能“頻率增益”來調(diào)整。如果使用希望森蘭BT40S變頻器,功能碼F27,頻率增益的調(diào)節(jié)范圍50%200%。注塑機專用變頻器就是在通用變頻器的基礎增加了01A信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),使用起來更方便些。60克以上的都是臥式注塑機,60克500克的注塑機,有的是一個油泵,也有的是二個油泵。一個油泵注塑機的改造和立式注塑機的改造是相同的。仍然是從流量比例閥取出01A的信號作為變頻器的速度調(diào)節(jié)信號,雖然速度調(diào)節(jié)信號是由液壓回路元件反饋到變頻器,但調(diào)節(jié)回路中沒有給定信號,因此控制還是屬
7、于開環(huán)控制方式。也是因為節(jié)能的原因,大中型注塑機的油泵可能不止一個,如三菱850-MM,1300-MM,1800-MM,2000-MM注塑機均有三個油泵。對應注塑工藝流程,在合模階段,所需的系統(tǒng)壓力較低,這時只有1#油泵工作,到鎖模階段所需的系統(tǒng)壓力較高時,2#油泵再投入工作,在注射階段所需的壓力最高,三臺油泵同時投入工作,脫模開模所需的壓力較低,再分別停止3#,2#油泵工作。只要開機,1#油泵就一直運行。用三臺小油泵按不同的工藝階段間斷工作,比用一臺大泵一直在運行要節(jié)能。具有二個以上油泵的注塑機如何改造?這里以三菱1800-MM注塑機的改造為例加以說明。三菱1800-MM注塑機有三個45KW
8、油泵電機,用一臺變頻器驅(qū)動1#油泵電機,變頻器的調(diào)節(jié)信號取自注塑機流量比例閥,這樣,此變頻器的頻率就隨注塑機液壓油的流量的改變而變化。另外二個油泵電機,可以分別用二臺變頻器驅(qū)動。不過這二臺變頻器對電機不進行調(diào)速,只作兩位式的控制,即起動和停止??刂谱冾l器的起動和停止信號,取自于原來該油泵電機的起動和停止信號。變頻器的上限頻率設定在50Hz以下,具體設定值與加工的工件尺寸,材料,料筒的溫度等因素有關。如果變頻器運行頻率低于50Hz,就可以節(jié)能。實際上,注塑機設計時都留有余量,加工工件尺寸,材料的變化所需的油壓也要隨之變化。如果注射的壓力過大而鎖模力不足,會使工件出現(xiàn)飛邊;若注射力不足,模具腔內(nèi)塑
9、料會注不滿,工件報廢;保壓力不足時,工件中塑料比較厚的地方會出現(xiàn)收縮。本例二臺變頻器的運行頻率為37Hz,注塑機的節(jié)能率達23%。四. 注意事項:1.變頻器的選型注塑機的油泵普遍使用的是葉片泵和柱塞泵,機械特性為恒轉(zhuǎn)矩,選用具有恒轉(zhuǎn)矩特性的變頻器,V/F控制或矢量控制變頻器均可,也可選用注塑機專用型??紤]到注塑工藝各階段的時間有一定要求,變頻器的加速和減速時間要短,一般為1秒,變頻器的容量就要適當加大。根據(jù)經(jīng)驗,矢量控制變頻器選大一檔,V/F控制的變頻器選得更大一些。為防止過載燒電機,調(diào)試變頻器時,注意設定好電子熱繼電器功能。2.備用系統(tǒng)注塑機進行變頻節(jié)能改造時,保留原有的工頻起動回路作備用,
10、這樣一旦變頻器有故障,還能用工頻起動油泵電機繼續(xù)運行。3.變頻器對注塑機數(shù)字儀表的干擾現(xiàn)在注塑機上廣泛使用是交-直-交變頻器,其輸出電流中含有諧波成分,可能會對注塑機產(chǎn)生干擾,最易受干擾的是溫度控制儀表,因此,在安裝變頻器時需要注意的是:(1)變頻器需加裝輸入和輸出電抗器(2)也為了避免相互造成干擾,引入變頻的控制線要作屏蔽處理。信號最好采用420ma電流信號。(3)變頻器機殼要可靠接地。(4)變頻器安裝在注塑機內(nèi)部時,特別要關注通風散熱。4.電機轉(zhuǎn)速降低后的溫升電機用變頻器驅(qū)動后,溫升會增加10%,電機速度又降低后,自帶的風機轉(zhuǎn)速變慢,散熱效率減低,溫升還會增加;但是,考慮到油泵是間歇工作的,溫升也不會增加多少。在我們做過的注塑機改造中,有的在電機上加了恒速風機,有的也沒加,加與不加恒速風機,根據(jù)電機工作時的溫度來決定。五.結(jié)語對注塑機進行變頻調(diào)速,主要的目的在于節(jié)
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