如何選擇注塑機動力系統(tǒng)

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時間：2014-06-28 10:25:16點擊率：

　　電費是除原料外注塑制品加工大的一項成本開支。對大部分注塑機而言，電能先經(jīng)過電機轉化成動能，再經(jīng)過油泵轉化成液壓能，進而驅動注塑周期的各個動作，完成注塑過程。大家都知道“能量守恒”的定律，能量從一種形態(tài)變?yōu)榱硪环N形態(tài)的過程中不會增減，但實際上，能量在轉換過程中有損失，這是因為轉換過程中產(chǎn)生了“無用”的輸出能量，如熱能。節(jié)能的本質就是減少“無用”的輸出能量。

　　異步電機定量泵

　　傳統(tǒng)注塑機采用異步電機(鼠籠式)提供動力。恒速轉動的異步電機將電能轉換為動能，輸出的“有用”動能只是輸入電能的9成左右(滿載時)，其他則變?yōu)闊崮堋９孰姍C都會自帶風扇，將熱能帶走。

　　一方面，異步電機帶動定量泵，輸出恒定的流量;另一方面，注塑周期中的各個動作，如開合模、頂出等對流量的要求都不同，用不到的流量便在當時的設定壓力下流回油箱。動作越慢，或設定的壓力越大，流回油箱的量越多，浪費的能量便越多，浪費的能量變?yōu)闊崮?，將油溫提高。因此，一般來講，當動作的速度離全速越遠、時間越長、壓力越大，潛在節(jié)能的幅度便越大。

　　異步電機變量泵

　　從以上得知，節(jié)能的鑰匙在于能夠改變流量。變量泵能提供從零到大的流量，而且是在異步電機恒速轉動下提供的。常用的變量泵采用斜盤軸向柱塞設計。外出關燈是家里節(jié)能的一個好習慣。當光暗開關被普遍使用后，我們更能在較暗但是足夠使用的燈光下作息，從而節(jié)能。變量泵好比光暗開關。還有兩種設備能降低流量：變頻器與伺服電機。

　　異步電機變頻器油泵

　　變頻器改變交流電頻率，使異步電機轉速在10-100%中改變，配上定量泵后，油量便在10-100%中改變。

　　但是，變頻器是強電流電子設備，本身亦耗電，節(jié)能效果較變量泵遜色。此外，異步電機是恒速設計，沒有考慮轉子慣性的優(yōu)化。轉子每次加減速如需0.1秒，一個周期內不下20次的變速便需2秒。一般用家都會發(fā)覺變頻器的使用拖慢了生產(chǎn)率。，定量泵多數(shù)是葉片泵，當轉速降下來時，離心力也降下來，故在低流量時，內漏增加，油泵效率下降。

　　因此，在注塑機翻新改進時，更適合采用變頻器加接到異步電機，因為只涉及電線的改動，比定量泵改為變量泵的工夫少且簡單很多。此外，用變頻器改變擠出機螺桿的轉速是個較成功的應用。因為擠出機并非周期作業(yè)，不用時常加減速，且其螺桿是經(jīng)齒輪箱驅動，不涉及油泵。

　　伺服電機油泵

　　伺服電機可優(yōu)化加減速。其轉子用小直徑來降低慣性，再以長的轉子來回復失去的扭矩。當然，慣性亦因轉子長度而增加，但只是線性增加。從伺服電機的外觀也明顯可看出，其直徑小但長度大。伺服電機從0-2000 rpm只需要0.05 秒，因此用變速伺服電機來驅動油泵，拖慢生產(chǎn)力的情況只在短于5秒周期時才能察覺。采用永磁產(chǎn)生轉子的磁場還避免了轉子的銅損和鐵損。

　　伺服電機的變速由控制器用變頻的原理實現(xiàn)。50Hz或60Hz的交流電經(jīng)整流后再變?yōu)樗桀l率的交流電，驅動伺服電機，故不同頻率的地區(qū)，只要電壓合適，都沒有影響。這一點與異步電機不一樣。異步電機在60Hz時旋轉速度比在50Hz時快20%?？刂破饕灿袎毫εc轉速的回饋控制，與壓力流量的上升下降的PID控制。

　　伺服電機其實與發(fā)電機無異。發(fā)揮哪一種功能看如何將它驅動，供應三相電的話，它便是個電機;供應動力旋轉其主軸的話，它便是發(fā)電機。伺服電機在制動時(如開模停)變?yōu)榘l(fā)電機，由動模板與動模的慣性(動能)驅動鎖模油缸，再驅動油泵(此時油泵變了油馬達)，進而驅動“發(fā)電機”的主軸，產(chǎn)生電壓，經(jīng)過制動電阻后變?yōu)殡娏鳎僮優(yōu)闊崮?，散發(fā)在大氣中。雖然此能量沒有回收，但也起了快速與制動的目的。

　　齒輪泵或柱塞泵

　　配合伺服電機使用的油泵有定量的齒輪泵及變量的柱塞泵兩種。注塑機用定量泵以葉片泵為主，葉片泵在低轉速時離心力下降，內漏增加，不適合配合變速的伺服電機。

　　齒輪泵的容積效率在90%以下，構造較簡單，成本不高，噪音不大，對油污的容許度則較大。柱塞泵的容積效率在95%左右，構造精密，對油污的容許度不高，噪音較大，但其變量特性可用來降低對伺服電機的扭矩負載，降低電流及發(fā)熱，使保壓時間能夠更長。這一點在油研公司的雙排量設計發(fā)揮了出來。

　　保壓及高壓合模所需的流量低但壓力高，可將變量泵轉為小排量，降低在低速時伺服電機的大電流產(chǎn)生的發(fā)熱。此功能連全電機也做不到。如不用雙排量，保壓及高壓合模會超越原排量的壓力流量范圍，但仍在超載范圍內，可以作短暫保壓及高壓合模。如鎖模方法采用機鉸，高壓合模自然是短暫的。直壓鎖模如不采用單向閥將鎖模力鎖住，便要靠電機油泵不停地工作來維持鎖模力。雙排量油泵可以看為一個汽車的雙檔變速箱，低檔是爬坡慢速行駛時用，雖然引擎的轉速沒有降低很多，但汽車的驅動力就提高了。

　　伺服電機的限制

　　伺服電機在“低轉速”時的反電勢較“高轉速”時低，故電流增加使線圈過分發(fā)熱，這在長時間保壓時會發(fā)生。油研公司用變量泵降低排量，維持電機的高轉速來緩解這個問題。選購注塑機時還要留意伺服電機功率是否過小，否則會過載。

　　大的注塑機需要大的電機/油泵來驅動，但大的伺服電機的轉子有大的慣性，不能達到0.05 秒從0到2000 rpm的要求。以日本的兩家伺服電機帶油泵的供應商為例，大的電機也只有35 kW。更大的注塑機只能將兩個或以上伺服電機/油泵合流來驅動，便既能達到油流量的要求，亦能達到反應時間的要求。有一臺3500噸的注塑機是采用10套伺服電機/油泵合流來驅動的。

　　節(jié)能效果比較

　　伺服電機驅動變量泵在待機狀態(tài)時不轉動，虛耗的只是伺服電機驅動器的能量。以11kW伺服電機為例，電流不到1A。異步電機驅動變量泵在待機狀態(tài)時恒速轉動，但沒有流量亦沒有壓力，在11kW的注塑機上測出待機狀態(tài)的電流是7A，為11kW電機額定電流24A的29%。這是因為異步電機在額定負荷時效率約90%，但在負荷低于50%時效率大幅下降。英國公司提供“節(jié)能寶”在異步電機低負荷時降低供應電壓，從而減少銅線圈產(chǎn)生過量磁通，降低損失，達節(jié)能之效。

　　一臺50噸注塑機注塑單腔的航空杯，在華南的夏季及沒有壓力油冷卻的條件下，油溫只有37℃。如壓力油的升溫是節(jié)能的指示，這一點是連異步電機驅動變量泵都望塵莫及的。

　　此外，伺服電機驅動油泵能提供3/4閉環(huán)控制。的速度及壓力控制是穩(wěn)定生產(chǎn)力的先決條件。由于油溫不高，油溫波動亦較低，提高了穩(wěn)定性。油溫不高亦可以節(jié)省甚至去除壓力油冷卻的需要。

　　全電機

　　全電機的省電效果眾所周知。全電機的驅動也是用伺服電機的，只不過它少用四個伺服電機來直接驅動注射、塑化、開合模及頂出動作。其余的動作如抽芯/旋脫，射臺及調模可用伺服電機，亦可用較便宜的電機來驅動。直接驅動采用絲杠或曲臂將旋轉的動能變?yōu)榫€性的動能，或采用皮帶或齒輪將高速的旋轉動能變?yōu)榈退俚男D動能。

　　全電機與伺服混合動力相比，直接驅動節(jié)省了兩個轉換過程，可節(jié)約10%的能量。沒有壓力油及管道的彈性損耗亦能節(jié)能。

　　動力系統(tǒng)甄選建議

　　注塑機自發(fā)明后，經(jīng)歷過幾個技術性的創(chuàng)新。電機及油壓的使用是一個進步，它們代替了人力;往復螺桿是早期的一個創(chuàng)新，將塑化及注射功能組合起來，降低了注塑機的成本;還有一個創(chuàng)新是比例壓力及流量閥，這與另一個創(chuàng)新—微處理器的廣泛使用息息相關，動作的壓力及流量再不用在閥上手調設置，注塑參數(shù)還能記憶起來，方便下次調出來再用;隨著是變量泵的廣泛采用，這與不斷上漲的電費不無關系。而全電機的推出應算是一個**。由于沒有油溫的影響，它將穩(wěn)定性大幅提高，、并行動作、省電、減少噪音、沒有漏油污染等都得以大幅改進。而伺服電機驅動油泵在注塑機上的應用將節(jié)能及3/4閉環(huán)、減少噪音等的優(yōu)點近乎全電機，但成本低很多。

　　當注塑機動作不是全速時，降低流量便能減少浪費。變量泵及伺服電機能夠降低流量，后者更能以近零的能耗提供零流量。但是，不是任何產(chǎn)品都適宜用伺服電機帶油泵的注塑機來生產(chǎn)，就如不是任何產(chǎn)品都要用全電機來生產(chǎn)一樣。定量泵及變量泵機還有其存在的價值，是否采用此技術要計算投資回本期來做出決定。

　　伺服電機節(jié)約效果也不能一概而論，與產(chǎn)品壁厚，模具是否用冷流道、保壓時間、待機時間都有關系。大致來講，壁厚越大，伺服電機的節(jié)能便越多，瓶坯的注塑便屬于這類。如冷流道的直徑大于壁厚，冷卻時間便由流道直徑來支配。相反，薄壁產(chǎn)品(熱流道)保壓時間短，甚至是0，冷卻時間也是0，伺服電機的節(jié)能便有限。

　　綜上，除全電機外，達明公司推薦周期5秒或以下的薄壁飯盒(壁厚0.5mm)采用異步電機驅動定量泵注塑機來生產(chǎn)，因周期大部分以全速全壓進行，能節(jié)省的浪費有限，甚至伺服電機的加速減速會延長注塑周期;周期5-8秒的產(chǎn)品，可以用異步電機驅動變量泵注塑機來生產(chǎn);周期8秒以上的產(chǎn)品、冷卻時間比塑化時間長、注射時間超過3秒、螺桿轉速在70%以下、采用機械手取出、采用半自動操作都推薦使用“節(jié)能寶”或伺服電機注塑機來生產(chǎn)。此外，伺服電機成本高，若額外投資回本期在兩年內，便可考慮。

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