淺析注塑機(jī)伺服節(jié)能改造

薛凱文

（天津中至信科技發(fā)展有限公司 天津 300384）

引言

傳統(tǒng)注塑機(jī)“高壓節(jié)流”導(dǎo)致定量泵系統(tǒng)嚴(yán)重的電能浪費(fèi)。所浪費(fèi)的電能將轉(zhuǎn)化為熱能，冷卻循環(huán)水則進(jìn)一步浪費(fèi)了電能。注塑機(jī)電液伺服系統(tǒng)可根據(jù)具體的負(fù)載變化，實(shí)現(xiàn)液壓油的“按需供給”，從而取得顯著的節(jié)能效益。

1 傳統(tǒng)定量泵注塑機(jī)工作原理

注塑機(jī)的主要工序依次如下：鎖模、膠凝、保壓、送料、冷卻、開孔、彈射。工序不同，所需要的工質(zhì)的流量與壓力都有區(qū)別。在油泵電機(jī)中，注射成型機(jī)的成型過程屬于變負(fù)荷狀態(tài)。在定量泵液壓系統(tǒng)中，電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)與其連接的油泵工作，正常情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速都為額定值。油泵產(chǎn)生液壓，使系統(tǒng)不斷的從中獲取動(dòng)力。注塑機(jī)在不同的工序下，需要的流量與壓力有區(qū)別，而電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速下時(shí)，油泵輸出的為注塑機(jī)工作與轉(zhuǎn)速最高值的液壓流量。傳統(tǒng)的定量泵注射成型機(jī)在負(fù)載壓力和流量需要改變時(shí)，通常采用閥門來調(diào)節(jié)輸入功率。流體流經(jīng)閥門時(shí)，將產(chǎn)生能量損失，且這部分能量損失所占比例較大，流體會(huì)在閥門處出現(xiàn)溢流，用閥門調(diào)節(jié)流量的過程稱為壓差節(jié)流。當(dāng)系統(tǒng)工作了一段時(shí)間后，負(fù)荷的頻繁變動(dòng)促使壓力大幅變化，然而，泵仍處于工頻運(yùn)行狀態(tài)，多余的液壓油通過安全閥回流到儲(chǔ)罐，相應(yīng)的也把其中的能量帶回儲(chǔ)罐。這增加了冷卻系統(tǒng)的工作量。

2 伺服液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作原理

伺服系統(tǒng)的控制技術(shù)可以彌補(bǔ)上述定量泵液壓系統(tǒng)的不足。注塑機(jī)工作時(shí)，其關(guān)鍵參數(shù)為流體的壓力與流量值，將這些信息轉(zhuǎn)換為信號(hào)，通過注射卡變換為伺服液壓系統(tǒng)能夠接受的信號(hào)，這樣，就可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)注塑機(jī)流量決定電機(jī)轉(zhuǎn)速。具體方法為，根據(jù)流量確定油壓系統(tǒng)壓力值，在控制系統(tǒng)中，相應(yīng)大的閉環(huán)控制單元將對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到注塑機(jī)應(yīng)該工作的轉(zhuǎn)速值。之后，壓力傳感器將壓力值將會(huì)與設(shè)定值對(duì)比，并將數(shù)據(jù)的分析處理結(jié)果發(fā)送給反饋控制單元，控制單元使用PID控制原理，能夠較快的處理好數(shù)據(jù)并輸出，達(dá)到控制壓力的目的。這樣，系統(tǒng)的工作壓力就能夠限制在較為穩(wěn)定的范圍。通過上述控制，能夠?qū)崿F(xiàn)伺服液壓系統(tǒng)流量與壓力調(diào)控的自動(dòng)化。這樣，注塑機(jī)工作的整個(gè)過程中，系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)荷流量的實(shí)際值能夠與泵提供的流量吻合，達(dá)到減少油耗，提高油的使用率，提高系統(tǒng)效率的目的。

3 伺服液壓系統(tǒng)注塑機(jī)的性能優(yōu)點(diǎn)

節(jié)電效果突出：伺服液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使整個(gè)系統(tǒng)油量供給實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，能夠根據(jù)不同的符合狀態(tài)提供所需油量；當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行冷卻時(shí)，控制電機(jī)不運(yùn)行。這樣，電機(jī)就減少了不必要的功率輸出，從而提高了系統(tǒng)的節(jié)油率，至少節(jié)省了30%的功率。更穩(wěn)定：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為雙閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)流量和壓力的控制，通過這一方法，系統(tǒng)的穩(wěn)定性能大大提升。總的來說，產(chǎn)品質(zhì)量重復(fù)精度通過這一控制，能夠限制于0.3%內(nèi)，使得產(chǎn)品合格率大大提升。

響應(yīng)迅速及時(shí)：系統(tǒng)精度高，控制系統(tǒng)工作于最小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，能夠在極短的時(shí)間內(nèi)，如50毫秒響應(yīng)，需要精確調(diào)整注塑成型工藝，更容易見面。同時(shí)，減少模具鎖定的影響，使得機(jī)械和模具的使用年限大大提高。噪聲小：系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲小，大大提高了工作環(huán)境質(zhì)量。

降低油溫：通過使用這一控制系統(tǒng)，能夠大大減小系統(tǒng)本身的產(chǎn)熱，這樣，工質(zhì)油能夠工作在合理的溫度下，液壓油與使用油的相關(guān)部件的壽命得到提升，使用時(shí)的故障頻率降低。同時(shí)，由于油溫的下降，也節(jié)約了60%左右的冷卻水。

4 注塑機(jī)伺服節(jié)能改造的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益

天津某成型廠注塑機(jī)伺服節(jié)能改造實(shí)例，A車間更換5臺(tái)注塑機(jī)馬達(dá),包含震德280T注塑機(jī)1臺(tái)、震德380T注塑機(jī)2臺(tái)、震德480T注塑機(jī)2臺(tái)。

①震德380T注塑機(jī)2臺(tái)，改裝前平均每小時(shí)耗電量為16.4kW.h，年能耗量為195356.8kW.h；改裝后實(shí)際平均每小時(shí)耗電量為1.95kW.h，年能耗量為23228.4kW.h。機(jī)臺(tái)年平均嫁動(dòng)率68%,工作時(shí)間為5956H.年節(jié)能量(度)=平均節(jié)能量(度/H)*所改機(jī)臺(tái)數(shù)量*5956H。

②震德280T、震德480T注塑機(jī)改造前平均每小時(shí)耗電量分別為:16.19kW.h.16.17kW.h,年總能耗量為484401.48kW.h改造后實(shí)際用電量平均每小時(shí)耗電量分別為:2.7kW.h、2.55kW.h。年總能耗量為69685.2kW.h。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，注塑機(jī)通過伺服節(jié)能改造后，A車間共節(jié)電量58.68萬kW.h/a，經(jīng)濟(jì)效益達(dá)53.4萬元/a，環(huán)境效益可間接減排CO2146.7t/a。

結(jié)語

注塑機(jī)伺服節(jié)能改造無論從原理分析、優(yōu)點(diǎn)分析以及效益分析都有明顯的優(yōu)勢(shì)，其高節(jié)能節(jié)電率可幫助企業(yè)在經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益方面得到顯著提高，同時(shí)，相應(yīng)的國家重視環(huán)保的呼聲，順應(yīng)市場的發(fā)展趨勢(shì)。因此，供電企業(yè)應(yīng)注重對(duì)新技術(shù)與新設(shè)備的應(yīng)用，將節(jié)能減排工作應(yīng)用與實(shí)踐中，提高企業(yè)的綜合能力。