注塑機(jī)節(jié)能分析.doc

注塑機(jī)節(jié)能分析一、前言 隨著塑料制品的廣泛應(yīng)用及其產(chǎn)量的迅速增長(zhǎng)，塑料機(jī)械已經(jīng)成為建材、包裝、電子電氣、汽車、石化和機(jī)械等行業(yè)的重要生產(chǎn)設(shè)備。其中注塑機(jī)由于對(duì)各種塑料的加工具有良好的適應(yīng)性，能對(duì)外形復(fù)雜、尺寸精確或有金屬嵌件質(zhì)地密致的塑料制品一次成型，且其生產(chǎn)能力較高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因此成為塑料機(jī)械中增長(zhǎng)最快，生產(chǎn)數(shù)量最多的機(jī)種之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前注塑機(jī)的生產(chǎn)總數(shù)占整個(gè)塑料成型設(shè)備的20%30%。在塑料工業(yè)中，注塑機(jī)是一種通用型機(jī)械。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外一些廠家推出了變量泵注塑機(jī)、全電動(dòng)注塑機(jī)等節(jié)能型產(chǎn)品，但是由于設(shè)備價(jià)格昂貴、維護(hù)成本高且使用要求高等種種原因，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上銷量不大。我國(guó)塑料加工企業(yè)使用的注塑機(jī)90%以上還是定量泵注塑機(jī)。所以，采用新技術(shù)對(duì)定量泵注塑機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造更具有實(shí)際意義。二、注塑機(jī)工作原理注塑過(guò)程一般分為以下步驟：鎖模注射保壓熔膠加料冷卻定型開模頂針。每一動(dòng)作的完成都有時(shí)間、壓力、速度、位置等幾個(gè)參數(shù)的精妙配合，也就是說(shuō)在某一位置的位移都有相應(yīng)的壓力和速度，且在不同的位置和時(shí)間內(nèi)其壓力和速度都是可變的。同時(shí)每一動(dòng)作完成后發(fā)出終止信號(hào)傳送給程序控制器，程序控制器收到信號(hào)后才發(fā)出執(zhí)行下一動(dòng)作的指令。具體工作循環(huán)如下：1.鎖合模：模扳快速接近定模扳（包括慢-快-慢速），且確認(rèn)無(wú)異物存在下，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為高壓，將模板鎖合（保持油缸內(nèi)壓力）。 2.射臺(tái)前移到位：射臺(tái)前進(jìn)到指定位置（噴嘴與模具緊貼）。 3.注塑：可設(shè)定螺桿以多段速度，壓力和行程，將料筒前端的溶料注入模腔。 4.冷卻和保壓：按設(shè)定多種壓力和時(shí)間段，保持料筒的壓力，同時(shí)模腔冷卻成型。 5.冷卻和預(yù)塑：模腔內(nèi)制品繼續(xù)冷卻，同時(shí)液力馬達(dá)驅(qū)動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)將塑料粒子前推，螺桿在設(shè)定的背壓控制下后退，當(dāng)螺桿后退到預(yù)定位置，螺桿停止旋轉(zhuǎn)，注射油缸按設(shè)定松退，預(yù)料結(jié)束。 6.射臺(tái)后退：預(yù)塑結(jié)束后，射臺(tái)后退到指定位置。 7.開模：模扳后退到原位（包括慢-快-慢速） 8.頂出：頂針頂出制品。三、注塑機(jī)能耗分析注塑機(jī)的能耗主要表現(xiàn)在電能消耗方面，按具體設(shè)備來(lái)劃分，大致可分為下列三個(gè)部分：1、液壓系統(tǒng)油泵的電能消耗2、加熱器的電能消耗3、循環(huán)冷卻水泵的電能消耗其中，液壓油泵的用電量占整個(gè)注塑機(jī)用電量的80%以上，降低其耗電量是注塑機(jī)節(jié)能的關(guān)鍵。同時(shí)，做好加熱器和循環(huán)冷卻水泵的節(jié)電對(duì)完善整個(gè)注塑機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能也有較大的幫助。四、注塑機(jī)節(jié)能改造方法 1液壓系統(tǒng)油泵的改造 注塑機(jī)的最主要的能耗即是動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，注塑機(jī)節(jié)能的重點(diǎn)即是提高動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)本身的能耗效率及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出功率與執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行功率達(dá)到自適應(yīng)調(diào)節(jié)匹配。 1.1 油泵工作現(xiàn)狀目前， 注塑機(jī)液壓油泵大多采用液壓式，泵的類型為葉片泵、柱塞泵和活塞泵，是典型的容積式油泵，其供油量與油泵轉(zhuǎn)速成正比，在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，油泵的供油量是恒定不變的。由于受到技術(shù)條件的限制，現(xiàn)在的注塑機(jī)液壓系統(tǒng)幾乎全部是閥控系統(tǒng)，即油泵電機(jī)由額定轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，油泵供油量恒定，當(dāng)注塑機(jī)的油量需求發(fā)生變化時(shí)，由設(shè)在油泵出口的溢流閥或比例閥來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載壓力和負(fù)載流量，滿足注塑機(jī)工況變化的需要。事實(shí)上，注塑機(jī)液壓系統(tǒng)是一個(gè)壓力和流量波動(dòng)都較大的負(fù)載，在合模、鎖模、射膠、保壓冷卻、開模頂出等不同工作階段，其壓力和流量都要發(fā)生有規(guī)律的變化，典型的壓力和流量曲線如下圖所示。大多采用葉片泵、柱塞泵狀態(tài)下，油泵的供油量是恒定不變的。由于受到技術(shù)條件的限制，現(xiàn)在的? ?系統(tǒng)幾乎全部是閥控系統(tǒng)，即油泵電如下圖 從上圖可以看出，在一個(gè)工作循環(huán)周期內(nèi)，注塑機(jī)的實(shí)際壓力和實(shí)際流量是變化的，時(shí)大時(shí)小，有時(shí)幾乎為零。在實(shí)際流量較小時(shí)，油泵的供油量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于負(fù)載實(shí)際消耗量，供大于求，富余的處于高壓狀態(tài)下的液壓油全部經(jīng)溢流閥溢流。高壓狀態(tài)下的液壓油經(jīng)溢流后放出大量熱能，這部分耗散的能量實(shí)際上是油泵電機(jī)從電網(wǎng)吸收電能中的一部分。由于小流量的維持時(shí)間較長(zhǎng)，所耗費(fèi)的電能也就較大。因此，注塑機(jī)液壓系統(tǒng)存在嚴(yán)重的能源浪費(fèi)問題。 從上述分析中可知，注塑機(jī)液壓系統(tǒng)電能浪費(fèi)問題的最直接原因就是油泵流量與負(fù)載流量需求不相適應(yīng)，造成高壓液壓油溢流，這是油泵轉(zhuǎn)速恒定不變所帶來(lái)的不良后果。 變頻技術(shù)在注塑機(jī)上的應(yīng)用 變頻器正是能解決上述浪費(fèi)的一種設(shè)備，由于它能夠靈活方便地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因而就可以借助它將定量泵模擬成變量泵，達(dá)到節(jié)能改造的目的。1.2 注塑機(jī)變頻節(jié)能原理傳統(tǒng)的注塑機(jī)是采用定量泵供油的，注塑過(guò)程的各個(gè)動(dòng)作對(duì)速度、壓力的要求也不一樣，它是通過(guò)注塑機(jī)的比例閥采用溢流調(diào)節(jié)的方式將多余的油旁路流回油箱，在整個(gè)過(guò)程中，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速是不變的，故供油量也是固定的，而由于執(zhí)行動(dòng)作是間隙性的，也并不可能是滿負(fù)載的，因此定量供油就有很大的浪費(fèi)空間，據(jù)實(shí)測(cè)至少有40%左右。變頻節(jié)能正是針對(duì)這一浪費(fèi)空間，實(shí)時(shí)檢測(cè)來(lái)自注塑機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的比例壓力和比例流量信號(hào)，適時(shí)調(diào)整各個(gè)工況動(dòng)作所需的馬達(dá)轉(zhuǎn)速(即流量調(diào)節(jié))，讓泵出的流量和壓力，剛好能滿足系統(tǒng)的需要，而在非動(dòng)作狀態(tài)時(shí)（主要是在冷卻狀態(tài)），讓馬達(dá)停止運(yùn)行，這樣節(jié)能空間就進(jìn)一步地增大了，故對(duì)注塑機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造能夠帶來(lái)巨大的節(jié)能效果。1.3 變頻調(diào)速節(jié)能裝置的控制系統(tǒng)采用無(wú)感矢量變頻運(yùn)行技術(shù)，變頻器實(shí)時(shí)的檢測(cè)來(lái)自注塑機(jī)電腦板給出的壓力及流量信號(hào)，圓盤機(jī)壓力或流量信號(hào)是01A，經(jīng)內(nèi)部處理后，輸出不同的頻率，調(diào)節(jié)馬達(dá)轉(zhuǎn)速，即：輸出功率與壓力和流量同步自動(dòng)跟蹤控制，相當(dāng)于定量泵變成了節(jié)能型的變量泵，原液壓系統(tǒng)與整機(jī)運(yùn)行所需功率匹配，消除了原系統(tǒng)的高壓溢流能量的損失?？梢源蟠鬁p輕合模、開模的震動(dòng)，穩(wěn)定生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少機(jī)械故障，延長(zhǎng)機(jī)器使用壽命，又能夠節(jié)約大量的電能。 圖1 注塑機(jī)系統(tǒng)接線圖圖2 注塑機(jī)的工作速度和壓力示意圖1.4 效益分析在滿足工藝要求的前提下，實(shí)現(xiàn)了油泵電機(jī)節(jié)能30%65%的顯著效果。一般情況下，一年左右即可收回全部投資。 我們以海天220型機(jī)為例：該機(jī)的油泵電機(jī)功率為18.5kW，電機(jī)的負(fù)荷率為65%左右，即每小時(shí)耗電約12kWh。根據(jù)我們測(cè)得的數(shù)據(jù)，該機(jī)可節(jié)電率約為50%，即每小時(shí)少耗電6kWh，如按每天24h開機(jī)算，一天可節(jié)電144kWh，一個(gè)月可節(jié)電4320kWh。同時(shí)，由于無(wú)高壓溢流，注塑機(jī)系統(tǒng)壓力隨所需工作壓力而變化，油閥換向平穩(wěn)、開合模振動(dòng)減小，延長(zhǎng)了設(shè)備和模具的使用壽命。其次系統(tǒng)油溫穩(wěn)定，延長(zhǎng)密封元件壽命，減少了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。另外注塑機(jī)工作時(shí)噪聲明顯減小，改善了工作環(huán)境。 注塑機(jī)系統(tǒng)設(shè)備外觀圖變量泵在注塑機(jī)上的節(jié)能應(yīng)用 變量泵在注塑機(jī)節(jié)能應(yīng)用的基本工作原理：在電機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，油泵直接接受電腦的流量設(shè)定訊號(hào)，電液聯(lián)動(dòng)，改變斜盤與傳動(dòng)軸的夾角使柱塞和軸向移動(dòng)距離發(fā)生變化，從而改變出油排量，不產(chǎn)生高壓節(jié)流的能量損耗，電機(jī)負(fù)載也會(huì)隨著斜盤的斜度而改變，達(dá)到省電的目的。 系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理 1. 常規(guī)的注塑機(jī)比例控制系統(tǒng) 目前，國(guó)產(chǎn)注塑機(jī)的液壓控制系統(tǒng)絕大數(shù)采用定量泵+比例流量/壓力復(fù)合閥（PQ閥）的控制方式。系統(tǒng)工作時(shí)，通過(guò)注塑機(jī)電控系統(tǒng)輸出的模擬的壓力，流量控制信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力，流量的連續(xù)的、按比例的控制 。而注塑機(jī)在工作過(guò)程中，每一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)都需要不斷變換各動(dòng)作的速度和壓力，以適應(yīng)注塑成形工藝對(duì)壓力、速度、時(shí)間的控制要求。PQ閥系統(tǒng)滿足了注塑機(jī)開、合模速度、注射速度、螺桿轉(zhuǎn)度、注射壓力、保壓壓力、螺桿扭矩、頂出力、等動(dòng)作的控制要求,但由于系統(tǒng)工作時(shí)存在較多的節(jié)流損失與溢流損失，因而功率損耗較大，特別是對(duì)于一些保壓壓力較高，保壓時(shí)間長(zhǎng)的制品而言，表現(xiàn)更為明顯。如PPR管接頭的注塑成形工藝中，保壓時(shí)間通常要1520S之多，普通PQ系統(tǒng)的功率損失相當(dāng)大。 1. 新型的比例變量泵系統(tǒng) ? 新型的比例變量泵注塑機(jī)都是應(yīng)用了比例變量泵系統(tǒng)。這一系統(tǒng)改變了常規(guī)的比例控制方法，由定量泵+PQ比例閥系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楸壤兞勘孟到y(tǒng)，其核心的控制元件采用了兼具比例壓力、比例流量、負(fù)載壓力反饋等多種復(fù)合控制功能的負(fù)載敏感型比例變量柱塞泵。 3? 比例變量泵系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn) 比例變量泵系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了注塑機(jī)液壓系統(tǒng)由閥控向泵控的轉(zhuǎn)變，使常規(guī)的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楸壤{(diào)速系統(tǒng)，整機(jī)的控制性能指標(biāo)有了新的改善和提高。具體而言，比例變量泵系統(tǒng)除具有常規(guī)比例控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)外，更具有如下優(yōu)點(diǎn)： 相同功率的機(jī)器，注射速度可提高25以上，更適應(yīng)薄壁精密注射要求。由于普通PQ系統(tǒng)功率計(jì)算以保壓狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)，比例變量泵系統(tǒng)在這一動(dòng)作時(shí)功率消耗很低，因而油泵排量可加大25以上。 系統(tǒng)發(fā)熱降低，液壓元件使用壽命延長(zhǎng)。比例變量系統(tǒng)幾乎無(wú)節(jié)流、溢流損失，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)發(fā)熱大大減少。不僅可節(jié)省冷卻水之消耗，低油溫使密封元件壽命大大提高。 能量消耗減少，系統(tǒng)效率提高。比例變量泵系統(tǒng)具有良好的自適應(yīng)性，其輸出的壓力和流量能夠與負(fù)載需求相一致，解決了節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)的流量不適應(yīng)和壓力不適應(yīng)問題，能量損耗大大減少，系統(tǒng)效率提高，節(jié)能效果明顯，與普通定量泵+PQ比例閥系統(tǒng)相比較，可節(jié)電20。 可實(shí)現(xiàn)數(shù)控比例背壓的控制，塑化效果得到了改善。 液壓系統(tǒng)污染度水平降低，系統(tǒng)故障明顯減少，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性大大提高，液壓油使用時(shí)間比常規(guī)系統(tǒng)延長(zhǎng)3年以上。2、注塑機(jī)料筒加熱改造 注塑機(jī)料筒加熱是注塑機(jī)的一項(xiàng)重要的技術(shù)參數(shù)，直接關(guān)系到塑化的質(zhì)量、塑化能力和能耗。 2.1注塑機(jī)加熱現(xiàn)狀及存在的問題 A.行業(yè)現(xiàn)狀： 塑料薄膜、塑料造粒、拉絲注塑、管材等生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備都是采用電熱圈對(duì)料筒和模頭進(jìn)行加熱，使塑料原料熔解塑化后再注模、拉伸，擠出成型為產(chǎn)品。 B.存在問題： （1）熱損失大：現(xiàn)有企業(yè)采用的加熱方式，是由電阻絲繞制，圈的內(nèi)外雙面發(fā)熱，其內(nèi)面（緊貼料筒部分）的熱傳導(dǎo)到料筒上，而外面的熱量大部分散失到空氣中，造成電能的損失浪費(fèi)。 （2）環(huán)境溫度上升：由于熱量大量散失，周圍環(huán)境溫度升高，尤其是夏季，有些企業(yè)不得不采用空調(diào)降低溫度，這又造成能源的二次浪費(fèi)。 （3）使用壽命短、維修量大：由于采用電阻絲發(fā)熱，其加熱溫度高達(dá)800左右，電阻絲容易因高溫老化而燒斷，常用電熱圈使用壽命約在半年左右，因此，維修的工作量相對(duì)較大。 2.2電磁加熱原理法拉第于1831年建立的電磁感應(yīng)定律說(shuō)明，在一個(gè)電路圍繞的區(qū)域內(nèi)存在交變磁場(chǎng)時(shí)，電路兩端就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)電路閉合時(shí)則產(chǎn)生電流。這個(gè)定律同時(shí)也就是今天感應(yīng)加熱的理論基礎(chǔ)。 電磁加熱器是一種利用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換為熱能的裝置。在電磁加熱器內(nèi)部，由整流電路將50/60Hz的交流電壓變成直流電壓，再經(jīng)過(guò)控制電路（電磁加熱控制器）將直流電壓轉(zhuǎn)換成頻率為20-40KHz的高頻電壓，高速變化的電流流過(guò)線圈會(huì)產(chǎn)生高速變化的磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)內(nèi)的磁力線通過(guò)導(dǎo)磁（或?qū)щ姴牧?底部金屬體內(nèi)產(chǎn)生無(wú)數(shù)的小渦流，使導(dǎo)電材料本身自行高速發(fā)熱，然后再加熱導(dǎo)電材料內(nèi)的東西。注塑機(jī)電磁加熱節(jié)電器正是利用這一原理而設(shè)計(jì)、開發(fā)的一種新型加熱節(jié)能產(chǎn)品，由電磁加熱圈和電磁加熱控制器組成。具有節(jié)電效果顯著，升溫速度快，熱效率高，降低生產(chǎn)環(huán)境溫度，免維修等顯著特點(diǎn)，并且對(duì)原生產(chǎn)工藝、操作程序無(wú)任何影響和改變。已廣泛應(yīng)用于塑料注塑加工及其類似加熱行業(yè)。 2.3效益分析 A節(jié)能效果好 相比原電阻絲加熱圈節(jié)電效果都在30%以上，相對(duì)不同的原料、生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，節(jié)電效果有所變化。B環(huán)保效果好 可顯著降低環(huán)境溫度。 C使用壽命長(zhǎng) 加熱圈連續(xù)運(yùn)行溫度只有100左右，不存在加熱圈更換的問題。相對(duì)于原電阻絲加熱減少了二次投入。 D可提高產(chǎn)品產(chǎn)量 由于采用非接觸式加熱，故加熱效率高、速度快；被加熱物的表面氧化少； 溫度容易控制，可以局部加熱且加熱均勻，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，使用方便。 3、循環(huán)冷卻水泵的節(jié)能改造 注塑機(jī)循環(huán)冷卻水泵，一般為多臺(tái)機(jī)器共用一臺(tái)冷卻水泵，其節(jié)能原理與液壓泵類似，只不過(guò)是控制信號(hào)的選取略有差異，應(yīng)優(yōu)先考慮溫度信號(hào)。 4.注塑機(jī)烘料箱熱風(fēng)回收 注塑機(jī)熱風(fēng)回收機(jī)是根據(jù)熱力學(xué)原理專業(yè)設(shè)計(jì)，干燥機(jī)排出熱風(fēng)直通回收機(jī)側(cè)面切風(fēng)入口，形成旋轉(zhuǎn)渦流，自動(dòng)除塵，部分濕氣受熱風(fēng)作用下自然蒸發(fā)排出。另一部分粘附著塵埃被除塵器過(guò)濾掉下透明集塵管，經(jīng)濾清器過(guò)濾后的干凈熱風(fēng)通過(guò)耐高溫管循環(huán)回受到干燥料斗中循環(huán)利用。 效益分析 可迅速降低車間內(nèi)溫度，節(jié)電率大于30%。 5.注塑機(jī)節(jié)能保溫罩、保溫隔熱涂料 適用于不同型號(hào)、規(guī)格的注塑機(jī)、擠出機(jī)等發(fā)熱保溫設(shè)計(jì)使用，可度身定做。 5.1功能 A、本產(chǎn)品根據(jù)國(guó)家環(huán)保要求設(shè)計(jì)，達(dá)到高效節(jié)能 B、外殼采用加強(qiáng)型進(jìn)口不銹鋼制造，有效保護(hù)發(fā)熱筒，美觀耐用； C、隔熱：采用耐高溫、環(huán)保進(jìn)口的保溫材料。 5.2效益 A、節(jié)電：平均節(jié)電率在15%以上。 B、直接降低車間溫度，改善工人工作環(huán)境，使車間因機(jī)臺(tái)發(fā)熱筒升溫時(shí)外泄的熱量得到回收，保持發(fā)熱筒熱量，使塑料在適溫度上加速熔膠，提高生產(chǎn)效率，直接降低生產(chǎn)成本。 C、延長(zhǎng)機(jī)臺(tái)發(fā)熱環(huán)和繼電器壽命，克服了附加損耗，減少發(fā)熱環(huán)長(zhǎng)時(shí)間發(fā)熱和繼電器起動(dòng)頻繁，有效延長(zhǎng)產(chǎn)品本身的壽命。 注塑機(jī)品牌 : 規(guī)格型號(hào): 油泵電機(jī)銘牌 : ?油泵類型: 定量泵 變量泵 多級(jí)泵 油泵額定功率(KW): 額定電流(A): 額定轉(zhuǎn)速(N): 運(yùn)行電流(A): 序號(hào) 工 序 注 塑 機(jī) 參 數(shù) 值 備 注 壓力(Mpa)電流(A)流量（g/s） 時(shí)間（s） 合模 - 鎖模 -鎖?？煞?4段 射膠1射膠可分14段 射膠2射膠3 保壓1-保壓可分13段 保壓2- 溶膠時(shí)間(S): 冷卻時(shí)間(S):溶膠可分13段 開 模 -開模可分14段 頂 針 -指進(jìn)退時(shí)間 待機(jī)時(shí)間(S): 全程時(shí)間(S):說(shuō)明：1、每天平均運(yùn)行小時(shí)，每月平均運(yùn)行天，能效%，電費(fèi)元/KW?H，總電費(fèi)元/年。 2、有 無(wú)補(bǔ)償設(shè)備，是