注塑机的节能

bei

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。
: t: B8 [& t& N% d: u1 ]电机功耗
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。
油泵
油泵将转动的机械能转换为压力及流量。
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。
注塑周期
+ c' S2 b, c/ E+ n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。
7 I/ v  e* X5 S' R( o% Q0 z6 P 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。
4 f0 {4 h$ W9 t3 `, v  I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。
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。
) m9 ?; f( N6 |/ o; A比例压力阀
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。
; Q# Q- U: O% l. {! u比例流量阀
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。
' m; @: S& F3 {5 o$ r- I大小泵
& g/ k- ~9 D0 z. _# b, ~& f4 M' Z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。
流量需要为0-33%时，只开小泵。
/ P% ]5 i5 d; B+ z( i流量需要为34-67%时，只开大泵。
流量需要为68-100%时，大小泵均开动。
) {! u8 ]8 S* i# ?/ M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。
  `, ?4 ^0 R7 z% w变量泵
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, k3 v' f% D9 q/ n3 |变频器
. u; o  P% h9 L+ r- b& \ 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。
, k6 O0 N+ ~, B, e( E' R) n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。
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。
由于产生谐波，变频器会增加电机的噪音。
电机功率
, r9 Z: \" O+ s+ `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。
3 N2 K! r' @" K- E! [ 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。
6 S( i: T4 \9 O0 m  S2 g节能的本质
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）。
' ~6 p5 S% b3 e) \1 ^ 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。
: S$ v5 ?' K$ Z变量泵的缺点
) n2 g# P! S3 t 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。
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。
7 v* o( ?$ U  U; H, [变频器的缺点
8 x6 j. L$ V) s, r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。
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。
9 m7 W. z0 U7 `+ F+ ^电热瓦
. T0 @  _0 |5 c8 T& o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。
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。
- m2 g$ b7 f" K1 K5 H6 _, `避免摇头风扇吹到料筒的范围，以减少强迫对流的失热。
; b& e: @/ g7 Q4 j, x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。
5 T, c8 b& U  Z9 _9 V 电动螺杆
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。
全电机
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。
: @# [9 y; J  `% x& t7 n! k文章关键词： 注塑机、节能