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一、概述 |
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注塑機(jī)、擠出機(jī)是塑膠行業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)備，同時(shí)也是主要的耗電設(shè)備，被人們稱為“電老虎”，其用電量占企業(yè)生產(chǎn)用電的80%左右。注塑機(jī)耗電大，一方面造成全社會(huì)電能的巨大浪費(fèi)，另一方面造成企業(yè)生產(chǎn)成本居高不下，產(chǎn)品缺乏竟?fàn)巸?yōu)勢，嚴(yán)重影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
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二、定量泵注塑機(jī)的生產(chǎn)過程現(xiàn)狀
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注塑機(jī)的工藝過程一般分為鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻、開模等幾個(gè)階段，各個(gè)階段需要不同的工作壓力和流量。對于油泵馬達(dá)而言，注塑過程是處于變化的負(fù)載狀態(tài)。在定量泵的液壓系統(tǒng)中，油泵馬達(dá)始終以恒定的轉(zhuǎn)速提供恒定的流量，多余的液壓油通過溢流閥回流，此過程稱為高壓節(jié)流。據(jù)統(tǒng)計(jì)高壓節(jié)流造成的能量損失高達(dá)25-60%。同時(shí)，由于液壓長期的全速循環(huán)流動(dòng)，與液壓件、機(jī)械件的劇烈磨擦，造成油溫過高、噪音過大、機(jī)械壽命縮短的現(xiàn)象。
在注塑機(jī)工序一個(gè)完整的過程中,各種型號(hào)的注塑機(jī)，它的工序過程是相同的，大致是五個(gè)工序過程。 |
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注塑機(jī)不同的工序過程中壓力和時(shí)間是這樣分布的：
（1）送模具過程：壓力低，時(shí)間較短。
（2）合模具過程：左右兩個(gè)模具相接直至完全閉合,壓力略高，時(shí)間不長。
（3）保壓過程：送料至模腔，直到成型，固化。壓力較高，時(shí)間較長，約占一件產(chǎn)品制造時(shí)間的40—60％。
（4）脫模具過程:加工成型,開啟模具,脫模，取出加工件。壓力略高,時(shí)間不長。
（5）退模具過程：加工件取出，模具后退原位，進(jìn)行輔助工作后，待再次加工。壓力低，時(shí)間較短。
對同一臺(tái)注塑機(jī),加工不同的塑料件,其壓力（P）與時(shí)間(t)長短是各不相同的。由于加工件模具的復(fù)雜性,使用不同的塑料,一個(gè)加工件的總用料量,有否嵌件等有關(guān)。具體參數(shù)設(shè)定，一般由工程技術(shù)人員經(jīng)過測試后才能確定。
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三、 注塑機(jī)節(jié)能的原理及可行性分析 |
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1.理論原理
油泵的輸出功率： pt=p×Qt=p×v×n (1)
油泵的理論轉(zhuǎn)矩： Tt=1/2π×p×V (2)
P為壓力,Qt為流量,V為油泵排量,n為油泵的轉(zhuǎn)速，將(2)式代入(1)式得：
Pt=2π×Tt×n (3)
如果忽略機(jī)械能到液壓能轉(zhuǎn)換過程中的能量損失，則可近似認(rèn)為油泵的輸出功率等于電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與電機(jī)轉(zhuǎn)速的乘積。因此可以看出，當(dāng)系統(tǒng)要求低流量時(shí)，系統(tǒng)需要的功率其實(shí)是非常低的。但是實(shí)際情況卻是，由于電動(dòng)機(jī)始終運(yùn)行在工頻50HZ狀態(tài)上，并不能根據(jù)實(shí)際的需求來降低其轉(zhuǎn)速，從而減小流量。因此多余的液壓油只能通過比例流量閥流回油箱，造成能源的白白浪費(fèi)。
2、油泵變頻調(diào)速節(jié)電運(yùn)行
注塑機(jī)的P=f(t)工序過程中看出，在不同時(shí)間段，它的主油泵壓力是變化的，而且起伏較大，這就存在節(jié)能的可能性，且潛力較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，注塑機(jī)節(jié)電率一般可達(dá)25%-60%。眾所周知注塑機(jī)未使用變頻器時(shí)，主泵的電動(dòng)機(jī)始終恒速運(yùn)行，是極不經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行的方式。
采用注塑機(jī)節(jié)電控制器，將控制比例流量閥的電流信號(hào)（0-1A），按每個(gè)生產(chǎn)工藝階段設(shè)定的流量比例，得到0-1A的比例信電表去打開電磁閥的比例開度，以提供系統(tǒng)所需的壓力。多余的流量通過溢流閥溢流掉。把比例流量信號(hào)連接到注塑機(jī)節(jié)電控制器作為驅(qū)動(dòng)指令，控制油壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，油泵只補(bǔ)充油路中所消耗的部份，油泵電機(jī)按比例指令運(yùn)轉(zhuǎn)相應(yīng)轉(zhuǎn)速，輸出相應(yīng)的流量，以提供系統(tǒng)所需的壓力。即需要多少提供多少，在源頭上讓它不產(chǎn)生浪費(fèi)。因此用變頻節(jié)電系統(tǒng)在注塑機(jī)的整過生產(chǎn)過程中都具有明顯的節(jié)電效果，從而能夠較大幅度節(jié)能省電，為用戶帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 |
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四．應(yīng)用案例 |
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工程案例一：
某塑料廠四臺(tái)主泵55KW大型注塑機(jī)進(jìn)行了變頻改造，該機(jī)最大壓力可達(dá)2000噸，最大投料量可達(dá)16000克，約1-2分鐘生產(chǎn)6個(gè)中、大型水管接頭。這是應(yīng)用變頻器的技術(shù)改造成功的典范，現(xiàn)已投產(chǎn)使用達(dá)半年之久，工作正常，平均節(jié)電率達(dá)35％以上，深受用戶歡迎。
經(jīng)濟(jì)效益分析
注塑機(jī)及生產(chǎn)情況表 表（1）
注塑機(jī)型號(hào) |
主電機(jī)功率 |
制品名稱 |
制品材質(zhì) |
節(jié)電器型號(hào) |
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東華800 |
55＋55KW |
水管接頭 |
PVC |
SY3200-ZY55T4 |
工頻、變頻運(yùn)行耗用電能表 表（2）
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電度表初值 |
電度表終值 |
時(shí)間 |
耗電量 |
節(jié)電 |
節(jié)電率 |
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工頻運(yùn)行 |
28 |
78．6 |
1 |
50．6 |
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變頻運(yùn)行 |
78．6 |
108．7 |
1 |
30．1 |
20．5 |
40．52% |
投資回報(bào)分析：
每月節(jié)電: 20.5度/小時(shí)×22小時(shí)/天×28天=12628度/月
每月節(jié)約電費(fèi): 12628度×0.6元/度=7576.8元
每年節(jié)約電費(fèi): 7576.8元/月×12月=90921.6元
投資回收期: 63800元÷7576.8元/月×28天/月=235天 |
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工程案例二：某注塑廠進(jìn)行節(jié)能改造
我公司于2004年3月1日對某玩具廠進(jìn)行注塑節(jié)能改造，節(jié)電率達(dá)到35.86％，現(xiàn)就改造過程分析如下：
1. 對象：
注塑機(jī)及生產(chǎn)情況表 表（3）
| 注塑機(jī)型號(hào) |
主電機(jī)功率 |
制品名稱 |
制品材質(zhì) |
節(jié)電器型號(hào) |
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仁興塑機(jī) |
45KW |
塑膠桶 |
ABS |
SY3200-ZY045T4 |
2．改造前后電流、電度表讀數(shù)比較
（1）改造前后運(yùn)行電流的比較
改造前后電流比較圖 表（4）
| 動(dòng)作順序 |
合模 |
注塑 |
保壓 |
回料 |
冷卻 |
開模 |
頂針 |
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電流(改前) |
63.2 |
90.7 |
67 |
80 |
55.4 |
63 |
75 |
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電流(改后) |
16.5 |
80 |
15.4 |
65 |
12 |
18 |
37 |
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節(jié)電率 |
73.89% |
11.8% |
77.01% |
18.75% |
78.34% |
71.42% |
50.66% |
根據(jù)表(4)的比較結(jié)果可以得知采用變頻器調(diào)速后電流有了明顯的下降
（2）改造前后的有功電度表讀數(shù)比較
工頻下有功表以及用電容量的計(jì)算結(jié)果 表(5) 日期：2004.3.9
具體時(shí)間 |
產(chǎn)量 |
小時(shí) |
電度表 |
用電量 |
每小時(shí)用電 |
單位產(chǎn)品用電 |
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09:30-13:30 |
670 |
4 |
0-162.7 |
162.7 |
40.675 |
0.2429 |
|
13:31-17:30 |
700 |
4 |
326.9 |
164.2 |
41.05 |
0.2326 |
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合計(jì)數(shù) |
1370 |
8 |
|
326.9 |
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平均數(shù) |
171.25 |
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40.8625 |
0.2387 |
由上表可計(jì)算單位產(chǎn)品的耗電量：
單件產(chǎn)品平均耗電量=326.9/1370=0.2387
變頻下有功表以及用電容量的計(jì)算結(jié)果 表(6) 日期：2004.3.10
具體時(shí)間 |
產(chǎn)量 |
小時(shí) |
電度表 |
用電量 |
每小時(shí)用電 |
單位產(chǎn)品用電 |
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09:30-13:30 |
663 |
4 |
326.9-430.5 |
103.6 |
25.9 |
0.1563 |
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13:31-17:30 |
695 |
4 |
534.8 |
104.3 |
26.075 |
0.1501 |
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合計(jì)數(shù) |
1358 |
8 |
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207.9 |
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平均數(shù) |
169.75 |
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25.98 |
0.1531 |
由上表可計(jì)算出單位產(chǎn)品的耗電量：
單件產(chǎn)品平均耗電量=207.9/1358=0.1531
使用變頻節(jié)電器后效率=169.75/171.25=99.13%
根據(jù)以上耗量可以計(jì)算出改造后節(jié)電百分比：
節(jié)電率=(P工頻- P變頻)/ P工頻=（0.2387-0.1531）/0.2387=35.86％ |
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3. 改造后對生產(chǎn)穩(wěn)定性、產(chǎn)品質(zhì)量、機(jī)器性能的影響
改造前后的生產(chǎn)數(shù)量的對比 表(7)
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8小時(shí)產(chǎn)量 |
每小時(shí)產(chǎn)量 |
影響產(chǎn)量 |
效率 |
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改造前 |
1370 |
171．25 |
-1.5 |
-0.88% |
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改造后 |
1358 |
169．75 |
（1）生產(chǎn)量的穩(wěn)定性
變頻調(diào)速運(yùn)行后單位小時(shí)生產(chǎn)量沒有明顯變化，每小時(shí)減產(chǎn)1.5只,生產(chǎn)效率下降僅0.88%,具體數(shù)據(jù)見表（7）。
（2）產(chǎn)品質(zhì)量：經(jīng)工廠FQC檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題
（3）機(jī)器性能：經(jīng)測量采用變頻調(diào)速后，電機(jī)的表面溫度有所提高，工頻運(yùn)行電機(jī)溫度為36℃，變頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)最高溫度為41.5℃，仍在電機(jī)安全范圍內(nèi)，這是由于電機(jī)在整個(gè)周期內(nèi)，根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)的散熱風(fēng)扇風(fēng)力減小的緣故。建議保持散熱風(fēng)扇及電機(jī)的清潔。
充分說明應(yīng)用變頻器對大型注塑機(jī)實(shí)行節(jié)能的技術(shù)改造方案是正確的有效的，值得向大家推薦。 |
