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注塑机的节能

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发表于 2012-7-2 08:35:52 | 显示全部楼层 |阅读模式

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节能就是消除浪费,如外出时关灯一样。本文阐述了油压动力注塑机的功耗及如何节能,并对电机功率及可节能多少的误解进行了澄清。) Q4 P, I( L  ~1 N
电机功耗  n* N4 c1 r. F  X5 b
注塑机是由电机驱动油泵产生压力及流量来推动唧筒及油泵马达的。电机将电能转换为旋转的机械能。常用的电机是三相鼠笼式设计。转速由极数及交流电频率决定,扭矩由负载决定。大的负载使电流上升,增加扭矩。这种电机一般能短暂过载两倍。空载时,电流很低,只需要产生足够扭矩克服轴承的摩擦力。
% N' }% Y" X+ B2 t# D2 x5 w油泵
- h5 b2 K6 n6 |油泵将转动的机械能转换为压力及流量。' N  Z$ h5 O. {
压力源自油路上的阻力。阻力越大,压力越大,由更大的扭矩提供更大的压力。
& F7 ]% Z" f; T0 I+ F. \* k  u 2004111720454975813.jpg 注塑周期" Z( o7 b' G& W7 S5 T4 m
单一的油泵要应付注塑周期内的多个动作出力及速度的需要,全靠设计得当的唧筒及油马达的转换,将压力及流量变为出力及速度。
5 ?& V" V, e0 Z 2004111720461339230.jpg 注塑周期的出力、速度、扭矩、转速及功耗粗略分为四级,如下表所示。变量泵及变频器的节能,在于不需要全速的动作上提供刚刚够用的流量。在比例阀被广泛使用以前的注塑机,压力及流量是手调的。电机是恒速的,油泵是定量的。8 D  F- l  a" L. m" U: I1 Q+ Q
在保压动作时,螺杆速度几乎是零,几乎全部的油泵流量在保压压力下流回油箱,造成浪费。浪费了的功耗不但将压力油升温,还要消耗能量用冷水冷却。
+ p' a2 R4 L# l3 h7 U达明的TM系列继电器控制注塑机采用3级压力(高、中、低),由3个溢流阀构成。油泵是定量的,用节流阀控制速度/转速。多余的流量回流油箱。; d# z+ `9 S7 E. p5 e) r: d0 t
比例压力阀
" C3 ~: w/ A/ U# L5 l& n得到数控技术配合,比例压力阀能将压力的级数大幅增加,如100级(1-100%)或140级(1-140kg/cm2)。以一个阀取代多个溢流阀,压力控制便能随心所欲。达明于80年代中推出的ME系列注塑机采用了此技术。+ g. w. x/ |! y* n# c
比例流量阀
# ?9 v/ P5 X0 B& G与比例压力阀共用的比例流量阀亦是以一个阀取代了多个节流阀。由于油泵还是定量,没有起节能作用。7 p: O( x( `' w6 \
大小泵9 J* L, u& f0 n! @
大小泵的设计提供3种可选流量,分别为小泵流量Q1,大泵流量Q2及大小泵流量Q1+ Q2。最佳的分布是Q2=2 * Q1,使3级流量分为三等份。
; x% U; \2 _& V) l3 U! s9 D 2004111720464043620.jpg 流量需要为0-33%时,只开小泵。: ~* E* i* J% ?/ |5 f6 V( [8 C6 O7 _! Y
流量需要为34-67%时,只开大泵。
: J; S9 L- j0 Y流量需要为68-100%时,大小泵均开动。- W( C6 W- y, ~
保压时只开小泵,能耗比单一定量泵减了2/3。由于变量泵的流量有限(〈220 l/min),大小泵一般在大机上使用,如达明的ME650注塑机。. t7 W! V5 \2 [) {( M. v- M
变量泵. X( N4 D1 L; L
变量泵将流量的级数大幅增加,如100级(1-100%)。故保压时只需将流量设置为1%,能耗比单一定量泵减了99%。变量泵的工作原理是更改排量。以斜板柱塞泵为最普遍,但亦有偏心叶片泵的设计。改变斜板的角度(0o-45o)或偏心的量,便能改变排量。排量改变,流量便随之改变。达明的ME IV系列采用变量泵。. }+ d* J. B! ?9 K3 o9 H
变频器' `7 O, n8 k6 ~- X: Y
2004111720465939701.jpg 改变转速(而排量恒定)亦是改变流量的一种方法。变频器将交流电的恒定50或60Hz改为可设置的频率,从而改变转速。转速是正比于频率的。
& l' `4 {+ i  X5 a变频器适用于旧机的改装,由数控提供所需频率。安装变频器比定量泵改为变量泵的功夫简单很多。继电器注塑机亦可配变频器来达到节能的效果。# o9 R" @7 Z0 Q* ]2 k
内齿轮泵有噪音极低的优点。但不能变量。只有配合变频器来达到节能的目标。
6 p0 @' {# j8 U) k由于产生谐波,变频器会增加电机的噪音。/ z5 R9 b0 e* u
电机功率
- v6 E1 u4 a/ S# b% ^最常见的节能误解是以为电机功率(kW或hp)越小越节能。电机功耗与电流有关,与电机功率无关。
1 ]. y' B7 W2 H. \: j4 _- {  \ 2004111720474198601.jpg 同是100吨锁力的注塑机,电机有用7.5kW(10hp)到18.7kW(20hp) 的不等。错误选择了7.5kW电机的注塑机,不但没有节能,其生产率比18.7kW的注塑机低。简单的比喻是轿车及跑车走相同的路,跑车的马力大便会较早到达,用去的汽油与轿车是相若的。( x  p6 G' U" F  \& c. Z$ j5 n
节能的本质
: D- s+ O. Z+ I* c2 ~3 {其实节能就是消除浪费,像外出时关灯一样。在注塑周期内,保压、塑化完成后的冷却时间及成品取出的动作(人手或机械手取出)是可以达到最大节能的,因为此时的动作几乎或完全停顿,但定量泵(定频)还是以最大的流量运作,将能量浪费掉。由于厚壁产品的保压时间及冷却时间长,采用节能设备的首选。相反,薄壁产品不用保压,或冷却时间全用在塑化上,故节能有限,可以采用定量进行生产是首选。相反,薄壁产品不用保压,或冷却时间全用在塑化上,故节能有限,可以采用定量泵(或定频电源)。
, g$ i9 b; n  p" h8 z 200411172048645720.jpg 至于变量泵能节能多少,是与成品的厚薄、有没有冷水冷却、模具的水道设计有关,与注塑机的厂牌无关,尤其是都采用同一个厂牌型号的变量泵时。5 f0 i* a- X+ p, X1 v
变量泵的缺点4 \/ Z$ U' v4 I  f3 I, J) Y
2004111720484374882.jpg 变量泵的成本比定量泵高,需要更洁净的压力油来运作。在相同流量及压力时,变量泵的噪音亦比定量泵大,但由于能变量,在低流量时却比定量泵宁静。
! l' r( e& r  K2 W: K" Q/ D由于变量时要移动的斜板质量较比例流量阀的阀芯质量大,更改流量时的响应时间便会较长,在短周期的薄壁注塑尤其显著。故薄壁注塑不一定采用,反正节能亦有限。
/ _% I' q4 [5 Z3 \: q+ u: P, F变频器的缺点
' z" z5 j; }1 {  X7 x2 u变频器是个加在电机上游的电子设备,内有大功率的可控硅,故本身亦消耗电能,其节能效果比变量泵逊色。
+ I( i6 l+ W) G3 J1 J1 H三相电机的转子质量,比斜板的质量大许多,故流量改变的响应时间又更次了。7 y5 m' V8 m, M' r
电热瓦4 A9 z/ ], e/ K! x% [
除电机的功耗外,电热瓦的功耗占了总功耗的一个大比数。与电机的功率一样,大功率的电热瓦不代表更耗电,只代表更快达到设定温度。$ L9 H& N  l) V/ r# a1 q' _$ O
200411172050485430.jpg 电热瓦的节能在于保护罩的绝缘性能是否做得好。保护罩的温度低,对流及幅射失热率也就降低,同时亦减少了灼伤的危险。8 b& K; D; ~4 x" Q* y  t# P6 E
避免摇头风扇吹到料筒的范围,以减少强迫对流的失热。1 K$ _0 A9 A; Q
对超温敏感的PVC注塑,常用料筒上的风扇降温。因为目标是第一时间降温,此种风冷不属于浪费热能。' O8 ]0 V9 e8 R- y# l; x6 w
2004111720502840566.jpg 电动螺杆
$ S0 E: b, A: A  b+ ]! Q除了电热将塑料塑化外,螺杆的压缩及摩擦将机械能转成热能,协助塑化。采用电机来转动螺杆避免了多次能量转换的损失,从而节能。
* ~* B2 l8 J0 e( v1 W( l全电机/ S6 U: ^1 n) U# Q( k
全电机号称比油压机省电,亦是避免了多次转换的损失。唯在保压时,电机为了维持保压压力,便要用大的电流。此时,变量泵或变频器反而比全电机更省电。0 }3 k6 _  \% m! {0 b+ ]
文章关键词: 注塑机、节能
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