O    引言

        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进行调节。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,又导致油温过高,电机噪音过大以及机械寿命缩短等问题出现。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”的现象,造成电能的大量浪费。因此推广交流变频器在立式注塑机上的应用,对于减少能源浪费具有重要意义。

1    立式注塑机成型的工艺过程

        立式注塑机主要用于热塑性塑料的成型加工。立式注塑机成型工艺是一个按照预定的周期性动作过程,即以合模一射嘴前进一射胶、保压-溶胶、冷却一开模一顶出制品一顶杆退回一合模等加工工序来使某件产品成型。立式注塑机通常采用液压传动,其结构包含注射装置、开合模装置、液压传动装置和电气控制装置,后者的作用是保证立式注塑机按工艺过程以预定每个工序的要求(压力、速度、温度、时间、位置)和动作程序准确有效地工作。

        (1)合模过程,左右2个模具相接,直至完全闭合,需较高压力,日寸间不长;(2)射嘴前进过程需较低压力,时间较短;(3)射胶、保压过程,送料至模腔,直到成型,固化完需较高压力二(4)溶胶、冷却过程需较低压力,时间长约占30%一60%;(5)开模过程,加工成型,可开启模具,压力略高,时间不长;(6)顶出制品过程,加工件取出,压力较低,时间不长;(7)顶杆退回原位,进行辅助工作后,待再次加工,这时需低压力,时间较短。

        对同一台立式注塑机加工不同的塑料件,其各工序所需油压和流量与时间长短各不相同。它与加工件的复杂性,使用何种塑料,加工件的总料量,是否有嵌件等因素有关,具体参数设定一般由工艺技术人员给出。

        在传统的立式注塑机中,液压传动装置主要由油泵、液压控制阀、压力电磁比例阀、流量电磁比例阀、各种不同的动作油缸、油泵电机及其它液压附件和管道组成,其中,油泵是定量油泵,电机通常提供额定功率和转速,油泵将电机所输入的机械能转变为压力能,然后向液压系统的液压元件输送具有一定压力和流量的液压油,满足液压执行机构驱动负载所需能量的要求。

2    变频节能装置的控制系统

2.1    控制系统简介

        根据立式注塑机的工艺要求,利用立式注塑机电脑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0一IADc的模拟电流信号,送电流/电压变送器综合处理转变为0一10VDC的模拟电压信号,直接加在变频器的输入端,从而改变变频器的输出频率,即通过改变油泵电机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。

2.2    变频节能装置的性能特点

        (l)高节电率。采用先进的微电脑控制技术,使传统的定量泵变为节能型变量泵,将通过溢流阀的回流流量降到最少,液压系统输出与整机运行所需功率匹配,无高压节流溢流能量损失,在满足工艺要求的前提下,节电率高达25%一50%。

        (2)高可靠性。①节能装置选用高品质矢量控制变频器,具有完善的保护功能和极快的动态响应速度,当发生短路、过流、过载、过压、欠压、缺相等故障时,系统均能即时保护及声光报警;②变频节能装置可实现工频/变频转换,在变频器出现问题时,可转换到工频运行,确保故障时能够正常生产;③保留立式注塑机原有控制系统及油路不变。

        (3)提高生产工艺,延长设备使用寿命。利用立式注塑机电脑的同步控制信号,对节能装置实施同步调速,能方便地满足注塑工艺要求,使生产工艺比以前有所提高。且降低了系统油温,延长了密封元件寿命,减少了设备维护费用。

        (4)操作简便。①变频节能装置采用交互式操作方式,使用LED监视器及故障指示灯随时监控系统运行状况;②立式注塑机压力和流量的调整与改造前一致;③更换模具,改变立式注塑机的工作状态,均无需对节能装置进行调整。

3    应用实例

        以东莞某塑胶集团有限公司立式注塑机节能改造成功案例(自发电)为例。

3.1    该公司的电力设施及用电状况

        该公司有宝源180一45OPC型立式注塑机232台,分布在10个不同的车间,电源由自备的4台3000kw发电机机组发电供给,总用电电流为16430A,接近90%的满载电流,其中立式注塑机用电电流为13200A,其它设备用电电流为323oA。

3.2    该公司的节能改造计划

        因该公司扩大生产规模,新增1500kw的用电设备,考虑到目前的发电机输出容量不够,增加1台新发电机投资较大,而采用变频节能的方法则可以在1年内收回投资成本。所以该公司先于2001年9月安装了l台安邦信AMB一G7-45kw的高性能通用型变频器。于2002年1月对3个大车间的宝源300-450PC型69台立式注塑机进行了节能改造,油泵电机总功率为27o6kw,节能效果显著。

3.3    安装后的用电情况

        安装后,该公司立式注塑机的总用电电流由1320A降为1160A,即将现有的发电机容量扩大了160OA,完全可以满足新增1500kw用电设备的需求。改造后的69台立式注塑机平均节电率达40%,达到了预期的节能效果。

4    结束语

        上述的应用实例是笔者亲自参与改造的成功案例,自投运1年多以来,平均节电率达40%,已收回全部投资成本,且运行可靠平稳,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。同时增加了现有电网或发电机的输出容量,延长了设备使用寿命,减少了设备维护费用,为用户创造了良好的经济效益。因此,变频节能装置值得在注塑行业中推广应用。