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一、前言
從50年代推出了螺桿式塑料注射成形機至今已有50多年的歷史。目前在工程塑料加工業(yè)中，80%采用注射成型。塑料顆粒（ABS，聚乙烯，改型聚苯乙烯等）在注塑機料筒內(nèi)進行多段加熱器加熱融蝕后，經(jīng)螺桿攪拌增壓后注射入模具腔內(nèi)，保壓冷卻成形，完成一個工件的加工過程。對于塑料加工，注塑機完整的工藝流程為，合模--鎖�！⑸洹骸鋮s—脫�！_模。其中保壓和冷卻，脫模和開模是同時進行的，即保壓過程中，模具在通水冷卻；在開模的過程中，模具內(nèi)的脫模頂針由隱蔽處逐漸后伸出，使附注在模具上的工件脫落,開模到位后一個加工過程結(jié)束。不論大，中，小型注塑機，其工藝流程都是相同的。目前絕大多數(shù)的注塑機都是液壓傳動的注塑機，以上的工藝動作過程所需要的動力，均由液壓系統(tǒng)中的油泵提供，油泵又有變量泵和定量泵之分。在注塑機工作時,一個工作周期中各個工序的負(fù)荷變化很大，液壓系統(tǒng)所要求的流量和壓力是不同的，生產(chǎn)油泵時已經(jīng)考慮了這種變化，當(dāng)液壓系統(tǒng)需要的流量和壓力變化時，油泵的供油量自動地增大或減小來與以適應(yīng)，這種油泵就是變量泵，不需要再用變頻器進行調(diào)速控制。廣泛使用的另一種油泵是定量泵，它的供油量是恒定的，注塑機工作過程中流量和壓力的變化是靠流量比例閥和壓力閥來調(diào)節(jié)的，多余的油量經(jīng)溢流閥流回油箱。這樣，加劇了閥門和油泵的磨損，造成油溫升高，電機噪聲過大。另外，從注塑機的設(shè)計看，通常在設(shè)計時油泵都要留有余量，一般考慮10%~15%，但油泵的系列是有限的，往往選不到合適的油泵型號時就往上靠，存在嚴(yán)重的“大馬拉小車“現(xiàn)象，造成電能的大量浪費。因此，對定量泵的注塑機進行變頻調(diào)速改造，節(jié)約電能，提高經(jīng)濟效率具有重要的意義。
二、注塑機節(jié)能分析
 圖一 系統(tǒng)油壓與時間關(guān)系
根據(jù)注塑機的工藝過程，畫出系統(tǒng)油壓P與時間t的關(guān)系圖如圖一，由圖可見，合模和脫模，開模系統(tǒng)所需油壓較低，且時間較短；而注射，保壓，冷卻系統(tǒng)所需油壓較高，且時間較長，一般為一個工作周期的40%~60%，時間的長短與加工工件有關(guān)；間歇期更短，這也與加工工件的情況有關(guān)，有時可以不要間歇期。以上的圖只是一種簡單的近似表示，實際上，如果注射的螺桿用油馬達驅(qū)動，注射時的系統(tǒng)油壓會高一些。注塑機加工工件的重量，從數(shù)十克到數(shù)萬克不等，最大注塑機已到92000克。因此，注塑機就有中，小型和大型之分，加工數(shù)十克的小工件和加工數(shù)千克的大工件一個周期的時間也是不相同的；就是對同一臺注塑機，加工工件的原料不同，各段工藝流程中所需的壓力和時間也是變化的。這些工藝參數(shù)的設(shè)定，是由現(xiàn)場技術(shù)員根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)和試驗的情況制定的。
從圖一可見，一個周期工作流程中，負(fù)載的變化導(dǎo)致系統(tǒng)壓力變化比較大，但油泵仍在50Hz運行，其供油量是恒定不變的，多余的液壓油經(jīng)溢流閥流回油箱，做無用功，白白地浪費了電能。對油泵進行變頻調(diào)速，將定量泵改變?yōu)轭愃谱兞勘玫奶匦浴Ｏ到y(tǒng)所需壓力較高時，油泵電機50Hz運行，所需壓力較小時，變頻器降頻運行。電機輸出的軸功率與油泵的出口壓力和流量的乘積正比，油泵電機轉(zhuǎn)速降低后，輸出軸功率降低，就可以達到有效節(jié)能，一般節(jié)電率在20%~50%。
三、注塑機變頻節(jié)能調(diào)速改造方案
使用液壓系統(tǒng)的注塑機，有立式和臥式之分。數(shù)十克的立式注塑機，油泵采用一個齒輪泵，電機的容量也較小，電器控制電路也較簡單。改造時，將變頻器接入電機的供電回路，再將流量比例閥的信號(0~1A)，經(jīng)變換為4~20mA信號送到變頻器的相應(yīng)端口上，這樣，隨著加工過程的變化，液壓油的流量也在變化。一般來說，取相對值變化較大的流量信號做控制信號較好，控制信號變化對變頻器頻率調(diào)節(jié)的范圍大一些；而壓力信號相對值變化較小，對變頻器頻率調(diào)節(jié)的范圍小一些。如果變頻器頻率調(diào)節(jié)的范圍不能滿足工藝要求，可用變頻器的功能“頻率增益”來調(diào)整。注塑機專用變頻器就是在通用變頻器的基礎(chǔ)增加了0~1A信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，使用起來更方便些。
60克以上的都是臥式注塑機，60克~500克的注塑機，有的是一個油泵，也有的是二個油泵。一個油泵注塑機的改造和立式注塑機的改造是相同的。仍然是從流量比例閥取出0~1A的信號作為變頻器的速度調(diào)節(jié)信號，雖然速度調(diào)節(jié)信號是由液壓回路元件反饋到變頻器，但調(diào)節(jié)回路中沒有給定信號，因此控制還是屬于開環(huán)控制方式。也是因為節(jié)能的原因，大中型注塑機的油泵可能不止一個，如三菱850-MM,1300-MM,1800-MM,2000-MM注塑機均有三個油泵。對應(yīng)注塑工藝流程，在合模階段，所需的系統(tǒng)壓力較低，這時只有1#油泵工作，到鎖模階段所需的系統(tǒng)壓力較高時，2#油泵再投入工作，在注射階段所需的壓力最高，三臺油泵同時投入工作，脫模開模所需的壓力較低，再分別停止3#，2#油泵工作。只要開機，1#油泵就一直運行。用三臺小油泵按不同的工藝階段間斷工作，比用一臺大泵一直在運行要節(jié)能。具有二個以上油泵的注塑機如何改造？這里以三菱1800-MM注塑機的改造為例加以說明。三菱1800-MM注塑機有三個45KW油泵電機，用一臺變頻器驅(qū)動1#油泵電機，變頻器的調(diào)節(jié)信號取自注塑機流量比例閥，這樣，此變頻器的頻率就隨注塑機液壓油的流量的改變而變化。另外二個油泵電機，可以分別用二臺變頻器驅(qū)動。不過這二臺變頻器對電機不進行調(diào)速，只作兩位式的控制，即起動和停止�？刂谱冾l器的起動和停止信號，取自于原來該油泵電機的起動和停止信號。變頻器的上限頻率設(shè)定在50Hz以下，具體設(shè)定值與加工的工件尺寸，材料，料筒的溫度等因素有關(guān)。如果變頻器運行頻率低于50Hz，就可以節(jié)能。實際上，注塑機設(shè)計時都留有余量，加工工件尺寸，材料的變化所需的油壓也要隨之變化。如果注射的壓力過大而鎖模力不足，會使工件出現(xiàn)飛邊；若注射力不足，模具腔內(nèi)塑料會注不滿，工件報廢；保壓力不足時，工件中塑料比較厚的地方會出現(xiàn)收縮。
四、注意事項
1.變頻器的選型
注塑機的負(fù)載性質(zhì)是恒轉(zhuǎn)矩類，機械特性較硬，動態(tài)特性要求較高，所以應(yīng)選用注塑機專用變頻器。注塑機專用變頻器是在通用變頻器的基礎(chǔ)上增加了0~1A信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，提高了使用性能�？紤]到注塑工藝各階段的時間有一定要求，變頻器的加速和減速時間要短，一般為1秒，所以變頻器的容量就要適當(dāng)加大。
2.備用系統(tǒng)
注塑機進行變頻節(jié)能改造時，保留原有的工頻起動回路作備用，這樣一旦變頻器有故障，還能用工頻起動油泵電機繼續(xù)運行。
3.變頻器信號提取點
取雙比例閥的流量信號(0~1A)，經(jīng)變換為4~20m的信號送到變頻器的相應(yīng)端口上。流量信號取相對值較大的作為控制信號，以擴大調(diào)節(jié)范圍。壓力信號相對值變化較小，對變頻器頻率的調(diào)節(jié)范圍小一點。如果變頻器的調(diào)節(jié)范圍不能滿足成形工藝的需要，可用變頻器的“頻率增益”功能來調(diào)整。
4.調(diào)試前注意事項
注塑機變頻節(jié)能電氣改造相對比較簡單，但在改造前應(yīng)詳細(xì)了解注塑機工況，熟悉注塑機工藝流程，調(diào)試時應(yīng)注意以下事項:安裝前查清注塑機原有電路接線方式，包括主電路和控制電路;仔細(xì)觀察注塑機工頻運行是否正常，油泵馬達是否經(jīng)常處于過載狀態(tài)；根據(jù)注塑機的模具及注塑工藝觀察注塑機節(jié)電改造的潛能；控制信號線路注意正負(fù)極性不要接反；信號線與主回路線要分開布線等。
5.變頻器對注塑機數(shù)字儀表的干擾
現(xiàn)在注塑機上廣泛使用是交-直-交變頻器，其輸出電流中含有諧波成分，可能會對注塑機產(chǎn)生干擾，最易受干擾的是溫度控制儀表，因此，安裝變頻器應(yīng)做好抗干擾措施。變頻器需加裝輸入和輸出電抗器或高頻磁環(huán)等；引入變頻器的控制線要作屏蔽處理；機殼要可靠接地；不要使變頻器的輸入輸出電纜與變頻器的控制信號線平行或捆綁在一起；變頻器安裝在注塑機內(nèi)部時，特別要關(guān)注通風(fēng)散熱。
五、調(diào)試常見問題及處理方法
由于注塑機工藝的特殊性，在改造中會遇到各種故障，以下為在注塑機變頻改造中常遇到的問題及處理方法。
1.變頻器頻率無變化
由于變頻器采用注塑機閥控電流信號進行調(diào)速，變頻器運行后出現(xiàn)頻率顯示為0.0(有的變頻器顯示為0)現(xiàn)象，其主要原因為信號極性接反;信號取錯;信號接線端口與參數(shù)設(shè)定不符;注塑機輔助電源故障等，出現(xiàn)這種故障應(yīng)先查明注塑機閥控制的類別是電流信號、電壓信號還是脈沖控制信號(部分機型)，及信號正負(fù)極性是否與變頻器控制端子對應(yīng)。
2.油泵噪音大
變頻器運行后有些注塑機會發(fā)出異常的噪音，這時應(yīng)判斷噪聲源在何處，是來自電機還是油泵，若為油泵的噪音則可能原因有:注塑機液壓油過少，有空氣吸入;注塑機濾油器或油路阻塞;注塑機油泵葉片磨損較嚴(yán)重;遇到以情況應(yīng)先檢查注塑機油泵，排除故障后方可運行，另外當(dāng)注塑處于低速高壓工作狀態(tài)時，也會出現(xiàn)油泵噪音異常情況，這時適當(dāng)提高速度信號。
五、結(jié)束語
對注塑機進行變頻調(diào)速，主要的目的在于節(jié)能。從小型，中型到大型注塑機都可以加裝變頻器進行節(jié)能改造。改造之初，涉及到節(jié)能效率的估算。注塑機節(jié)能主要與注塑工藝過程相關(guān)，做出一個準(zhǔn)確的計算的困難的，一般來說，經(jīng)過改造，一個油泵電機的注塑機節(jié)能在20%~50%之間，多個油泵電機的注塑機節(jié)能在15%~30%之間。另外，油泵速度的降低減少了機械的磨損，間接的經(jīng)濟效益也不可小視。
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