对于塑料制品行业来说,电耗是其生产成本的主要部分,而立式注塑机是塑料制品厂的主要能耗设备之一,因此降低立式注塑机的能耗成为注塑行业降低成本、提高产品竞争力的有效途径。目前绝大多数的立式注塑机都属于液压传动立式注塑机,液压传动系统中的动力由电机带动油泵提供。在注塑周期的过程中,立式注塑机在不同工序下需要的流量和压力不同,必须依靠流量阀和压力阀调节不同工序所需的流量和压力。液压系统的负荷变化很大,由于定量泵不可调节输出功率,因此多余的能量只能在挡板、油路泄漏、油的温升中消耗掉。这样既加剧了各种阀门的磨损,又造成油温过高,电机噪音过大,以及机械寿命缩短等现象。并且通常在设计中,用户油泵电机设计的容量比实际需要高出很多,存在/大马拉小车0的现象,造成电能的大量浪费。因此推广交流变频调速装置在立式注塑机上的应用,既能提高整个注塑系统的精度和稳定性,减少巨大的机械冲击,延长系统使用寿命,又能够节约大量的电能。近几年来,变频器节能运用于立式注塑机行业如雨后春笋般地异军突起,国内许多的变频器厂家也不约而同地看好这个行业。

1    立式注塑机工序过程

        不论大、中、小型立式注塑机,分析它的工序过程是相同的,大致是五个工序过程:

        ①送模具过程,需低压力,时间较短。

        ②合模具过程,左右两个模具相接,直至完全闭合,需略高压力,时间不长。

        ③保压过程,送料至模腔,直到成型,固化完需较高压力,时间长约占40%~60%。

        ④脱模具过程,加工成型,可开启模具,到脱模完,可取出加工件,时间不长,压力略高。

        ⑤退模具过程,加工件取出,模具后退原位,进行辅助工作后,待再次加工,这时需低压力,时间较短。

2    立式注塑机节能的可能性分析

        从立式注塑机的工序过程中看出,随着不同时间段,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。由流体力学可知,Q/Qe=n/ne,H/He=(n/ne)2,P/Pe=(n/ne)3。式中:Qe)油泵的额定流量,He)油泵的额定压头,Pe)油泵的额定功率,ne)油泵电机的额定转速,Q)油泵的流量,H)油泵的压头,P)油泵的功率,n)油泵电机的转速。由上式公式可知,如果油泵的效率一定,当要求调节流量Q下降时,转速n可成比例下降,此时油泵的轴输出功率P是成立方关系下降。即油泵电机的耗电功率与n近似成立方关系。例如:某立式注塑机油泵电机额定功率为55kW,则当转速下降到原转速的4/5时,其耗电量为28116kW,省电4818%;当转速下降到原转速的1/2时,其耗电量仅为61875kW,省电8715%。

3    变频调速节能装置的控制系统实现

        根据立式注塑机的工艺要求,利用立式注塑机计算机的同步控制信号及电气控制,从立式注塑机的压力电磁比例阀和流量电磁比例阀分别取出0-1ADC的模拟电流信号,经过电流/电压变送器综合处理转变为0-10VDC的模拟电压信号,直接加在变频器的输入端。每个工艺需求不同的液压流量,控制器根据设定值输出对应的频率信号给变频器,实现油泵电机不同的转速,来改变油泵电机的输出流量Q,满足立式注塑机在各个工序中所需的油压大小和流量速度,将传统的定量泵转变为变量泵。这样没有溢流损失,能量得到充分利用。

        下面介绍流量转换频率的计算。

        油泵流量与电机转速的关系:

        Q=nq      (1)

        式中,n)电机的转速,q-油泵的排量,Q-油泵的流量。

        电机转速:

        n=60f/p      (2)

        式中,f)电源频率,p-磁极对数,n-电机转速。

        将式(1)与(2)结合,可得到:

        Q=60fq/p=kf      (3)

        式中,k-比例系数,k=60q/p。

        对于每一个确定的流量,按式(3)都可以得到一个与之对应的频率:

        f=Q/k      (4)

        按照式(4),就可以将每一工艺阶段的流量转换为频率,这样就从理论上解决了频率确定的问题。

4    改造时注意的问题

4.1    变频器容量的选择

        在选配变频器容量前,应实测一下立式注塑机在各个工序过程中,油泵电机工频状态运行的最大负荷电流,作为选择变频器容量的依据。变频器的额定电流最好为控制电机额定电流的1.1~1.5倍,且电压等级与控制电机频动行后,电机的的表面温度有所提高,工频运作电机温度为35℃,变频运作时电机温度为40℃,且不继续升高,仍在电机安全范围内,这是由于电机在整个周期内,进行不同的转速运行,电机的散热相符。

4.2    变频器的安装环境

        因为塑料厂环境温度高,塑料粉尘多,因此节能装置的柜体要设计合理,柜内变频器周围应留足够的空间,保证良好的通风渠道,并加装冷却风扇以强迫风冷。现场需安装在通风良好,远离热源和尘埃多的地方。

4.3    节能装置的接线

        1)主回路,必须考虑电力线对电流容量、短路保护、电线压降等因子,注意变频器的输入线与输出线不能接错,线路的铺设距离不要太远,变频器到电机的线应尽量短;

        2)控制信号线应使用屏蔽电缆,并把屏蔽层在变频器端接到变频器的公共输入端子上,另一端悬空,勿使其与地相接,且远离强电流线。

4.4    变频器对立式注塑机工作的干扰

        变频器的输入和输出电流中都会有一定量高次谐波成份,传出来便形成了干扰立式注塑机正常工作的信号。应采取以下措施:

        1)不要使变频器的输入、输出电缆与变频器的控制信号(包括其它设备的控制信号线)平行走或捆扎在一起;

        2)减少变频器的载波频率;

        3)在变频器的输入侧和输出侧加装变频器专用滤波器、电抗器等措施减小高次谐波电流;

        4)变频器的外壳必须可靠接地。

4.5    参数设定

        1)变频器参数设定如下,其它参数一般保持为出厂值不变:最高操作频率设为5Hz,最大输出电压设定与控制电机电压相符,加减速时间为1s,加减速曲线设为V/F方式,主频率由外部0~10V输入,运转指令由外部端子操作STOP键有效,AVR功能设为无效,低频转矩提升设定不要太大;

        2)立式注塑机参数的设定:为了确保制品质量和产量,要求变频工作时立式注塑机的压力和流量设定比工频时高一些。

5    结束语

        立式注塑机通过变频器改造运行可靠平稳,保护功能强,同步控制准确,操作简单方便,充分满足了注塑成型工艺要求,稳定了产品质量和产量。同时降低压力油油温,延长密封组件的使用寿命,减少设备维护费用,为用户创造了良好的经济效益,赢得了用户的满意效果。因此,变频调速节能装置值得在注塑行业中推广应用。