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注塑机的节能

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发表于 2012-7-2 08:35:52 | 显示全部楼层 |阅读模式

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节能就是消除浪费,如外出时关灯一样。本文阐述了油压动力注塑机的功耗及如何节能,并对电机功率及可节能多少的误解进行了澄清。
9 m: e/ y5 W4 U* L5 G. L; V0 F电机功耗
! J4 I/ ^/ a6 m* ]' L/ i注塑机是由电机驱动油泵产生压力及流量来推动唧筒及油泵马达的。电机将电能转换为旋转的机械能。常用的电机是三相鼠笼式设计。转速由极数及交流电频率决定,扭矩由负载决定。大的负载使电流上升,增加扭矩。这种电机一般能短暂过载两倍。空载时,电流很低,只需要产生足够扭矩克服轴承的摩擦力。
* Z1 L# [3 s9 V% D& X, E油泵
) U0 [5 T6 @% b+ S! W( }2 _4 a/ j油泵将转动的机械能转换为压力及流量。
% t$ \: y" R( T; y压力源自油路上的阻力。阻力越大,压力越大,由更大的扭矩提供更大的压力。7 Y4 k7 u8 J6 ]- C- t) |
2004111720454975813.jpg 注塑周期% m6 T! [, Z5 z  Q- v- s- r
单一的油泵要应付注塑周期内的多个动作出力及速度的需要,全靠设计得当的唧筒及油马达的转换,将压力及流量变为出力及速度。6 l& i+ F' z; i
2004111720461339230.jpg 注塑周期的出力、速度、扭矩、转速及功耗粗略分为四级,如下表所示。变量泵及变频器的节能,在于不需要全速的动作上提供刚刚够用的流量。在比例阀被广泛使用以前的注塑机,压力及流量是手调的。电机是恒速的,油泵是定量的。' C: y' ^9 f3 J; ]! a0 b
在保压动作时,螺杆速度几乎是零,几乎全部的油泵流量在保压压力下流回油箱,造成浪费。浪费了的功耗不但将压力油升温,还要消耗能量用冷水冷却。
2 b* r& L0 [6 `- r; i# ~+ G达明的TM系列继电器控制注塑机采用3级压力(高、中、低),由3个溢流阀构成。油泵是定量的,用节流阀控制速度/转速。多余的流量回流油箱。
4 y, k; p- j! h4 V  Z( S) U8 O* i比例压力阀
. q5 {) u  C/ Q( B3 A得到数控技术配合,比例压力阀能将压力的级数大幅增加,如100级(1-100%)或140级(1-140kg/cm2)。以一个阀取代多个溢流阀,压力控制便能随心所欲。达明于80年代中推出的ME系列注塑机采用了此技术。
1 g, |, d5 L8 n' {6 h比例流量阀
, {4 y' B+ E' m8 f1 w  V  d/ q7 F0 B与比例压力阀共用的比例流量阀亦是以一个阀取代了多个节流阀。由于油泵还是定量,没有起节能作用。  S' R! q4 P, s3 M0 G5 b+ ]6 Q
大小泵/ `4 _7 E  b5 J- H) F* k+ F/ e- y
大小泵的设计提供3种可选流量,分别为小泵流量Q1,大泵流量Q2及大小泵流量Q1+ Q2。最佳的分布是Q2=2 * Q1,使3级流量分为三等份。
% e: P( S$ S4 W  e4 r2 ? 2004111720464043620.jpg 流量需要为0-33%时,只开小泵。) C* P4 G+ \* E7 M/ Y8 _3 R
流量需要为34-67%时,只开大泵。' ?* F$ X0 N& X) t/ L. S9 d8 R, m
流量需要为68-100%时,大小泵均开动。
$ z5 x6 ?( ^9 I; S保压时只开小泵,能耗比单一定量泵减了2/3。由于变量泵的流量有限(〈220 l/min),大小泵一般在大机上使用,如达明的ME650注塑机。1 }- U- D& d% }
变量泵
7 h( f! m  p3 y# p变量泵将流量的级数大幅增加,如100级(1-100%)。故保压时只需将流量设置为1%,能耗比单一定量泵减了99%。变量泵的工作原理是更改排量。以斜板柱塞泵为最普遍,但亦有偏心叶片泵的设计。改变斜板的角度(0o-45o)或偏心的量,便能改变排量。排量改变,流量便随之改变。达明的ME IV系列采用变量泵。0 v4 Q* X4 ?4 H4 }  y
变频器+ Y+ V) b( a4 [
2004111720465939701.jpg 改变转速(而排量恒定)亦是改变流量的一种方法。变频器将交流电的恒定50或60Hz改为可设置的频率,从而改变转速。转速是正比于频率的。: X+ a4 m! o5 C+ |3 A
变频器适用于旧机的改装,由数控提供所需频率。安装变频器比定量泵改为变量泵的功夫简单很多。继电器注塑机亦可配变频器来达到节能的效果。; t: p& T- P7 M; ^% P4 w( f
内齿轮泵有噪音极低的优点。但不能变量。只有配合变频器来达到节能的目标。
3 V- I: `: H2 S" C+ X* b由于产生谐波,变频器会增加电机的噪音。* d/ n( k# s7 G: L; h0 r6 P. b
电机功率
- R( Q7 U5 s/ y6 ~3 J最常见的节能误解是以为电机功率(kW或hp)越小越节能。电机功耗与电流有关,与电机功率无关。
+ i5 D3 H+ L+ A+ _% y  W 2004111720474198601.jpg 同是100吨锁力的注塑机,电机有用7.5kW(10hp)到18.7kW(20hp) 的不等。错误选择了7.5kW电机的注塑机,不但没有节能,其生产率比18.7kW的注塑机低。简单的比喻是轿车及跑车走相同的路,跑车的马力大便会较早到达,用去的汽油与轿车是相若的。
6 A" @2 Y$ R& O0 z" x) u节能的本质
# t( K9 X  {. k( G$ B其实节能就是消除浪费,像外出时关灯一样。在注塑周期内,保压、塑化完成后的冷却时间及成品取出的动作(人手或机械手取出)是可以达到最大节能的,因为此时的动作几乎或完全停顿,但定量泵(定频)还是以最大的流量运作,将能量浪费掉。由于厚壁产品的保压时间及冷却时间长,采用节能设备的首选。相反,薄壁产品不用保压,或冷却时间全用在塑化上,故节能有限,可以采用定量进行生产是首选。相反,薄壁产品不用保压,或冷却时间全用在塑化上,故节能有限,可以采用定量泵(或定频电源)。1 K& g6 [) X# r" v. b8 J3 G# e
200411172048645720.jpg 至于变量泵能节能多少,是与成品的厚薄、有没有冷水冷却、模具的水道设计有关,与注塑机的厂牌无关,尤其是都采用同一个厂牌型号的变量泵时。
3 O3 H% H2 ^# Y: s变量泵的缺点% n- Y$ C$ D3 E* n9 i
2004111720484374882.jpg 变量泵的成本比定量泵高,需要更洁净的压力油来运作。在相同流量及压力时,变量泵的噪音亦比定量泵大,但由于能变量,在低流量时却比定量泵宁静。8 k9 H& ]* A9 \' Y
由于变量时要移动的斜板质量较比例流量阀的阀芯质量大,更改流量时的响应时间便会较长,在短周期的薄壁注塑尤其显著。故薄壁注塑不一定采用,反正节能亦有限。/ a6 |9 l! G& a
变频器的缺点
6 h9 {0 ?4 k% }# Z  M8 M, H变频器是个加在电机上游的电子设备,内有大功率的可控硅,故本身亦消耗电能,其节能效果比变量泵逊色。
% J5 N* I; q* v' D3 Y, V: d: c三相电机的转子质量,比斜板的质量大许多,故流量改变的响应时间又更次了。
& S* {6 Z& o5 \& A8 O2 B1 B9 ~% l电热瓦
' z+ g! u6 m* V% w除电机的功耗外,电热瓦的功耗占了总功耗的一个大比数。与电机的功率一样,大功率的电热瓦不代表更耗电,只代表更快达到设定温度。
8 ~: ^" v1 Q! l* E+ a0 j1 w% c 200411172050485430.jpg 电热瓦的节能在于保护罩的绝缘性能是否做得好。保护罩的温度低,对流及幅射失热率也就降低,同时亦减少了灼伤的危险。
2 h+ I# E2 K6 B  n! \) o避免摇头风扇吹到料筒的范围,以减少强迫对流的失热。5 w) R8 S" G0 D# U, w
对超温敏感的PVC注塑,常用料筒上的风扇降温。因为目标是第一时间降温,此种风冷不属于浪费热能。
2 r9 q8 Y* w: N8 U4 U& a! K 2004111720502840566.jpg 电动螺杆# A& V( T& F- Z  g& G
除了电热将塑料塑化外,螺杆的压缩及摩擦将机械能转成热能,协助塑化。采用电机来转动螺杆避免了多次能量转换的损失,从而节能。: ?5 F5 {' |5 A4 _2 s  j3 o
全电机
7 b/ J1 Z% X6 A5 D  I% `全电机号称比油压机省电,亦是避免了多次转换的损失。唯在保压时,电机为了维持保压压力,便要用大的电流。此时,变量泵或变频器反而比全电机更省电。
& f% l3 L/ X- m文章关键词: 注塑机、节能
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