定量泵注塑机的变频改造节能应用

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一、概述：
注塑机设备在各类加工行业中被广泛的应用，它使用的是注射成型的方式。
- m# q% P3 D% r  d1 P塑料注射成型是利用塑料三种状态，借助于注塑机和模具，成型出所需要的塑料制品。尽管所用的注塑机不尽相同，但要完成的工艺内容和基本过程还是相同的，下以卧式螺杆注塑机的加工过程为例予以说明。
- X1 b2 ~5 w( S9 r  d' H8 E1、 合模与锁紧
注射成型过程是一个循环工作过程，一般以合模作为过程的始点，合模过程中动模板的移动速度需符合慢–快–慢要求，而且有低压保护阶段。低压保护的作用一方面是保证模具平稳地合模，减小冲击，缩短闭模时间，从而缩短成型周期；另一方面是当动模与定模快要接近时，避免模具内有异物或模内嵌件松动脱落损坏模具。最后为高压低速锁模阶段，该阶段的作用是保证模具有足够的锁紧力，以免在注射、保压时产生溢边等现象。
2、注射装置前移
当合模机构闭合锁紧后，注射座整体移动油缸工作，使注射装置前移，保证喷嘴与模具浇道口贴合，为注射阶段作好准备。
3、 注射与保压
/ m3 E. i4 u: s完成上述两个工作过程后，注射装置的注射油缸工作推动注射机螺杆前移，使料筒前部的熔料以高压高速注入模腔内。此时螺杆头部作用于熔料上的压力称之为注射压力，又称一次压力。熔料注入模腔后，由于模具的冷热传导，使模腔内物料产生体积收缩。为了保证塑料制品的致密性、尺寸精度、强度和刚度，必须使注射系统的模具施加一定的压力进行补料，直到浇注系统（关键是浇口处）的塑料冻结为止。此时螺杆作用于熔料上的压力称之为保压压力，又称二次压力 。
) a1 ?4 x( r* k9 l2 h% m4、 制品冷却和预塑化
! n+ b3 b+ a1 Y随着模具的进一步浍，模具浇注系统内的深料逐渐趋于冻结，尤其当浇口冻结时，保压已失去了补料作用，此时，可以卸去保压压力，使制品在模内充分冷却定型。
) z- M6 s6 ]' c# J5 x& |% o6 W同时，螺杆传动装置带动螺杆传动，料斗内的塑料经螺杆向前输送，在料筒加热系统的外加热和螺杆的剪切、混炼作用下，塑料逐渐依次熔融塑化，并由螺杆运到料筒端部，产生一定的压力。这压力是根据所加工塑料调节注射机液压系统的背压阀和克服螺杆后退的运动阻力建立的，统称为预塑背压，其目的是保证塑化质量。由于螺杆不停地转动，熔料也不断地向料筒端部输送，螺杆端部产生的压力迫使螺杆连续向后移动，当后移到一段距离，料筒端部的熔料足以满足下次注射量时，由于制品冷却和预塑同时进行一般要求预塑时间不超过制品冷却时间，以免影响成型周期。
5、注射装置后退
, {7 b5 G/ e- D; o4 G注射装置是否后退根据加工塑料的工艺而定。有的在预塑化后退回，有的在预塑化前退回，有的在预化前退回，有的注射装置根本不退回，如热流道模具。注射装置需要退回的目的是避免喷嘴与冷模长时间接触使喷嘴内料温过低而影响下次注塑和制品质量。有的为了便于清料，也常使注射装置退回。
6、开模和顶出制品
' l. U- n! z. ?; G  T2 C模具内的制品冷却定型后，合模机构就开启模具。在注射机的顶出系统和模具的顶出机构联合作用下，将制品自动顶落，为下次成型过程做好准备。
根据上述动作，按时间先后程序可疳注射机工作过程绘成曲线图（见图一）
二、注塑机的变频改造的可行性：
一台通用注塑机设备，在一个完整的注塑过程中的锁模、射胶、充填、熔胶、冷却 、开模等阶段对压力的要求各不相同，开模阶段只需保证较小的压力即可，但要熔胶、冷却时却需要较大的压力，以保证产品质量及生产率。根据注塑机原理，我们知道电机转速越高，注射压力也就越大，所以通过变频器对注塑机电机进行调速实现变压节能是完全可行的。
; r7 B% K3 f/ ^2 L* [# _! Q当前大多数注塑机生产商家都未采用节能变频器技术，还是采用的星形-三角形启动，由工频电网直接供电，启动电流大，且严重浪费电能；如果采用变频调速调压的方式则可实现注塑机电机的软启动 ，并可根据各个不同工艺阶段的压力需求自动改变运行频率，达到节能增效的目的。这些功能可通过变频器的流量压力模拟反馈或多段速度的调节方式来实现。具有投资回收快的特点。
* b& `8 \2 r8 C三、方案简述：
$ p- u$ g" |9 z# N* Z$ n目前一些注塑机已采用了变频节能技术，收到了节能、超静音、高效和可靠的显著效果，且能大大减少注塑机的耗电量，这已在众多注塑机用户中得到了非常好的评价与信赖。通过一些专家的测试和改良，注塑机的变频节能技术已日趋完善。
一般的注塑机的变频节能改造通常是：将用来控制调节比例调节阀的电量信号，进行转换处理后作为变频器输出频率的给定信号，或是将注塑机的锁模、射胶、熔胶、冷却、开模等工艺过程控制信号进行处理后作为变频器的多段速或程序控制信号（也是变频器输出频率的给定信号），以此调节方式来满足注塑机各种工艺对供油压力和流量的要求，并达到节能的目的。(见图二)

四、 塑机节能的原理及可行性分析
1.理论原理
油泵的输出功率： pt=p×Qt=p×v×n (1)
油泵的理论转矩：Tt=1/2π×p×V(2)
" u: }& Y  H1 |" ?1 `- zP为压力，Qt为流量，V为油泵排量，n为油泵的转速，将(2)式代入(1)式得：
' b2 a  H& i4 i% APt=2π×Tt×n (3)
如果忽略机械能到液压能转换过程中的能量损失，则可近似认为油泵的输出功率等于电机的输出转矩与电机转速的乘积。因此可以看出，当系统要求低流量时，系统需要的功率其实是非常低的。但是实际情况却是，由于电动机始终运行在工频50HZ状态上，并不能根据实际的需求来降低其转速，从而减小流量。因此多余的液压油只能通过比例流量阀流回油箱，造成能源的白白浪费。
2、油泵变频调速节电运行
8 _  f9 b: K7 x, K从图1注塑机的P=f(t)工序过程中看出，在不同时间段，它的主油泵压力是变化的，而且起伏较大，这就存在节能的可能性，且潜力较大。据统计，注塑机节电率一般可达25%-60%。众所周知注塑机未使用变频器时，主泵的电动机始终恒速运行，是极不经济的运行的方式。
采用注塑机节电控制器，将控制比例流量阀的电流信号（0-1A），按每个生产工艺阶段设定的流量比例，得到0-1A的比例信电表去打开电磁阀的比例开度，以提供系统所需的压力。多余的流量通过溢流阀溢流掉。把比例流量信号连接到注塑机节电控制器作为驱动指令，控制油压驱动电机的转速，油泵只补充油路中所消耗的部份，油泵电机按比例指令运转相应转速，输出相应的流量，以提供系统所需的压力。即需要多少提供多少，在源头上让它不产生浪费。因此用变频节电系统在注塑机的整过生产过程中都具有明显的节电效果，从而能够较大幅度节能省电，为用户带来可观的经济效益。
% @2 L  {# G* u文章关键词： 定量泵、注塑机、节能