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      變頻器在注塑行業(yè)中的應(yīng)用

      2009年05月14日 19:31:26人氣:910來(lái)源:煙臺(tái)勾股通信技術(shù)有限公司

      摘 要:
        本文對(duì)注塑機(jī)基本工藝過(guò)程及使用變頻改造的節(jié)能原理及效果做了簡(jiǎn)單的分析,講解了注塑變頻器在應(yīng)用中的主要特點(diǎn),并根據(jù)實(shí)際案例替用戶(hù)做出了投資和回收的分析。
        
        關(guān)鍵詞:
        變頻器 注塑機(jī)
        
        
        一. 塑料行業(yè)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展形勢(shì)
          現(xiàn)在人們已*一個(gè)國(guó)家或地區(qū)塑料的人均年消耗量及塑料工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所占的地位是反映工業(yè)發(fā)展與進(jìn)步的重要標(biāo)志之一。中國(guó)塑料資源豐富,21世紀(jì)初主要合成樹(shù)脂年產(chǎn)量達(dá)1.4萬(wàn)噸,排*4位。并且中國(guó)合成樹(shù)脂的產(chǎn)量還在以5%~10%的速度增長(zhǎng)。中國(guó)又是塑料消費(fèi)大國(guó),據(jù)統(tǒng)計(jì),其年消耗量占*二,僅次于美國(guó),而中國(guó)的人均消費(fèi)僅為19kg,在世界*32位,是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的11%~20%,可見(jiàn)中國(guó)的塑料工業(yè)還要大發(fā)展,塑料機(jī)械前景廣闊。根據(jù)塑料制品的市場(chǎng)分析,目前中國(guó)塑料機(jī)械行業(yè)產(chǎn)值每年約100億元,而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求約200億元,還有很大空間,注塑機(jī)的需求也逐步由南方向北方擴(kuò)散,同時(shí)也帶將帶動(dòng)塑料工業(yè)關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
        
        二. 變頻改造在注塑行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)
          對(duì)于塑料制品行業(yè)來(lái)說(shuō),電耗是其生產(chǎn)成本的主要部分,而注塑機(jī)是塑料制品廠的主要能耗設(shè)備之一;隨著電力電子與變頻控制技術(shù)的發(fā)展,對(duì)油泵驅(qū)動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行變頻控制以將普通的定量泵改為變量泵的方式已在注塑行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。采用變頻節(jié)能控制器對(duì)注塑機(jī)的節(jié)能改造也已成為注塑行業(yè)降低注塑機(jī)的能耗成本、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的zui有效的途徑。因此推廣交流變頻調(diào)速裝置在注塑機(jī)上的應(yīng)用,對(duì)于減少能源浪費(fèi)具有重要意義。
        
        三. 注塑機(jī)的工藝分析
        3.1 注塑機(jī)基本概況及成型工藝過(guò)程
          普通注塑機(jī)通常采用液壓傳動(dòng),其結(jié)構(gòu)包含注射裝置、開(kāi)合模裝置、液壓傳動(dòng)裝置和電氣控制裝置,后者的作用是保證注塑機(jī)預(yù)定工序的要求(壓力、速度、溫度、時(shí)間、位置)和動(dòng)作程序準(zhǔn)確有效地工作。
          在傳統(tǒng)的注塑機(jī)中液壓傳動(dòng)裝置主要由油泵、液壓控制閥、壓力電磁比例閥、流量電磁比例閥、各種不同的動(dòng)作油缸、油泵電機(jī)及其它液壓附件和管道組成,液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的動(dòng)力由電機(jī)帶動(dòng)油泵提供。其中,油泵絕大部分是定量油泵,電動(dòng)機(jī)通常提供額定功率和轉(zhuǎn)速,油泵將電動(dòng)機(jī)所輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?,然后向液壓系統(tǒng)的液壓元件輸送具有一定壓力和流量的液壓油,滿(mǎn)足液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需能量的要求
          注塑機(jī)成型工藝是一個(gè)按照預(yù)定的周期性動(dòng)作過(guò)程,即以合模---射嘴前進(jìn)---射膠---保壓---溶膠、冷卻---開(kāi)模---取出制品---將被注塑件放入模具中—合模等加工工序達(dá)到某件產(chǎn)品成型。
        
        3.2 普通注塑工藝中的主要損耗
          *為溢流損耗。隨產(chǎn)品及加工工序不同,各工序所需液壓、流量、壓力不同(見(jiàn)附圖1)。對(duì)于油泵馬達(dá)而言,注塑機(jī)在注塑過(guò)程的負(fù)載是處于變化狀態(tài)。而泵的流量是按照所需的zui大流量來(lái)設(shè)計(jì)的,其原注塑油泵馬達(dá)以恒定的轉(zhuǎn)速提供的液壓流量,當(dāng)注塑機(jī)所需的流量小于zui大流量時(shí),多余的液壓將通過(guò)溢流閥回流,這一部分能量就損耗掉了。
          第二為節(jié)流損耗。當(dāng)液壓油流經(jīng)閥的節(jié)流口時(shí)會(huì)有一定的壓降,這就是節(jié)流損耗。由于方向閥的節(jié)流面積比較大,所以大部分的節(jié)流損耗發(fā)生在比例閥上。同時(shí)由于液壓長(zhǎng)期全速循環(huán)流動(dòng)與液壓件機(jī)械劇烈磨擦,造成油溫過(guò)高,噪音過(guò)大,機(jī)械壽命縮短等不良現(xiàn)象。
        第三為設(shè)計(jì)余量損耗。通常在設(shè)計(jì)中,一般會(huì)考慮到共用性,設(shè)計(jì)時(shí)以zui大容量為基礎(chǔ),因此用戶(hù)油泵電機(jī)設(shè)計(jì)的容量比實(shí)際需要高出很多,存在“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象,造成電能的大量浪費(fèi)。
        
        
        四. 變頻器的節(jié)能原理及控制系統(tǒng)(見(jiàn)附圖二)
        4.1 調(diào)速節(jié)能
          根據(jù)注塑機(jī)的工藝要求,把總壓閥、低壓閥、一壓閥、二壓閥的開(kāi)關(guān)信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后加在變頻器的輸入端作為變頻器的頻率給定信號(hào),變頻器通過(guò)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣并通過(guò)CPU處理,使輸出頻率隨比例閥的模擬信號(hào)成線形變化,在需要壓力和流量較小的工藝過(guò)程中使電機(jī)轉(zhuǎn)速降低,從而降低電機(jī)的輸出功率,在冷卻和半成品置入過(guò)程中可以讓電機(jī)停轉(zhuǎn),使電機(jī)在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)的能量損耗達(dá)到zui小程度。
        
        4.2 提高功率因數(shù)節(jié)能
          無(wú)功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱,更主要的是因?yàn)楣β室驍?shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低。由公式S?=P?+Q?,Q=S*SINφ,P=S*COSφ,其中:S-視在功率。Q-無(wú)功功率,P-有功功率,COSφ-功率因數(shù)??芍?,當(dāng)COSφ越大,有功功率 P越大。普通定量泵注塑機(jī)COSφ值在0.6-0.8之間,而使用變頻調(diào)速裝置后,由于變頻器內(nèi)濾波電容的補(bǔ)償作用,使得COSφ≈1,從而減小了無(wú)功損耗,增大了電網(wǎng)的有功功率。
        
        4.3 軟啟動(dòng)節(jié)能
          由于原電機(jī)為直接啟動(dòng)或Y/△啟動(dòng),啟動(dòng)電流等于(3-7)倍額定電流,這樣會(huì)對(duì)機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊,而且還會(huì)增加電網(wǎng)容量要求,啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)對(duì)設(shè)備的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后,利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開(kāi)始,zui大值被限制在變頻器設(shè)置的加速中電流限幅水平以?xún)?nèi),一般不超過(guò)1.7倍額定電流,減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)電網(wǎng)容量的要求,延長(zhǎng)了設(shè)備和模具的使用壽命。
        
        
        五.注塑機(jī)變頻器的特點(diǎn)
        1、 高節(jié)電率,節(jié)電效果保證在30% ~ 70%。
        2、 注塑機(jī)原有控制方式及油路不變,無(wú)須對(duì)注塑機(jī)原有結(jié)構(gòu)和控制方式做變動(dòng), 只需在原油泵主電機(jī)接線處串入變頻節(jié)能控制器,并對(duì)流量、壓力比例控制線做適當(dāng)接入切換并作簡(jiǎn)單調(diào)試即可完成。
        3、 采用“市電/節(jié)能運(yùn)行”轉(zhuǎn)換控制方式,并保留注塑機(jī)油泵電機(jī)原有Y-△啟動(dòng)及運(yùn)行線路不變,確保萬(wàn)一變頻節(jié)能控制器發(fā)生故障檢修或是注塑加工件周期過(guò)短時(shí)仍能切換到“市電”狀態(tài)工作以保持正常生產(chǎn)。
        4、 與注塑機(jī)同步運(yùn)行,調(diào)試完成投用后無(wú)需任何調(diào)節(jié);即使更換模具和改變加工參數(shù),均無(wú)需對(duì)變頻節(jié)能控制器進(jìn)行調(diào)整。
        5、 改造后注塑機(jī)液壓油發(fā)熱明顯降低,一般比改造前平均油溫降低15~20℃以上;液壓油使用壽命可得到延長(zhǎng);注塑機(jī)冷卻用水量可節(jié)省30%以上。
        6、 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)功能,(1)、變頻器自身的保護(hù);(2)、對(duì)電機(jī)的保護(hù);如:電流限制、過(guò)載、輸出短路或輸出接地等(3)、對(duì)因誤操作引起的機(jī)械損傷進(jìn)行保護(hù);如:未到熔融溫度強(qiáng)行溶膠引起火箭頭、炮筒、螺桿或溶膠馬達(dá)的損壞等。
        7、 注塑機(jī)運(yùn)行噪音明顯降低,開(kāi)、鎖模振動(dòng)減輕,延長(zhǎng)設(shè)備和模具的使用壽命,改善工作環(huán)境;用電功率因數(shù)提高,油泵主電機(jī)平滑啟動(dòng),啟動(dòng)時(shí)無(wú)大電流沖擊并可減少配電設(shè)備容量。
        8、 延長(zhǎng)油路密封組件的使用壽命,減少停機(jī)維修幾率,節(jié)省大量維護(hù)費(fèi)用。
        9、 注塑件加工周期越長(zhǎng),節(jié)能效果越好;
        
        六. 改造案例
          根據(jù)大量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,一般注塑機(jī)油泵電機(jī)在市電運(yùn)行情況下因各工序所耗功率不同,實(shí)際所耗的總功率大概為電機(jī)額定功率的50-70%之間,而用變頻改造后可在此基礎(chǔ)上節(jié)省20%-60%,節(jié)電效益隨單機(jī)使用時(shí)間增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。
        
        案例一 深圳某電子廠
        注塑機(jī)為:中國(guó)臺(tái)灣贊揚(yáng)公司的CY-250系列,電機(jī)功率為3.7KW,
        變頻改造具體情況如下表:
        
          從上表分析可知,工頻運(yùn)行時(shí)平均每小時(shí)用電量為2.58KWh,變頻運(yùn)行時(shí)平均每小時(shí)用電量為1.4KWh,當(dāng)?shù)仉娰M(fèi)是0.75元每度,按每天平均工作20小時(shí),每月工作28天計(jì)算得:
        節(jié)電率為=(2.58-1.4)/2.58 = 45.7%
        工頻運(yùn)行是每年電費(fèi)為:2.58╳20╳28╳12╳0.75=13003.2元
        變頻運(yùn)行是每年電費(fèi)為:1.4╳20╳28╳12╳0.75=7056元
        每年節(jié)省電費(fèi)5947.2元
        
        案例二 (廣州某電池/塑料盒生產(chǎn)企業(yè))
        一臺(tái)中國(guó)臺(tái)灣產(chǎn)全自動(dòng)設(shè)備注塑機(jī),使用(55KW)的注塑機(jī)變頻器進(jìn)行節(jié)能改造,現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試記錄數(shù)據(jù)如下表:
        
        
        七.結(jié)束語(yǔ)
          根據(jù)長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)使用廠家的回訪與觀察,一致反映使用變頻改造以后的注塑機(jī)不但為客戶(hù)節(jié)省了電能,而且運(yùn)行可靠平穩(wěn),保護(hù)功能強(qiáng),同步控制準(zhǔn)確,操作簡(jiǎn)單方便,充分滿(mǎn)足了注塑成型工藝要求,穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。同時(shí)降低壓力油油溫,延長(zhǎng)密封元件的使用壽命,減少設(shè)備維護(hù)費(fèi)用,為用戶(hù)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益,贏得了用戶(hù)的滿(mǎn)意效果。
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