一、注塑機(jī)工作原理 從50年代推出了螺桿式塑料注射成形機(jī)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(jī)料筒內(nèi)進(jìn)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(gè)工件的加工過程。對(duì)于塑料加工，注塑機(jī)完整的工藝流程為，合?！i?！⑸洹骸鋮s—脫?！_模。其中保壓和冷卻，脫模和開模是同時(shí)進(jìn)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(gè)加工過程結(jié)束。不論大，中，小型注塑機(jī)，其工藝流程都是相同的。目前絕大多數(shù)的注塑機(jī)都是液壓傳動(dòng)的注塑機(jī)，以上的工藝動(dòng)作過程所需要的動(dòng)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(jī)工作時(shí),一個(gè)工作周期中各個(gè)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(shí)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(shí)，油泵的供油量自動(dòng)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(jìn)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(jī)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(jī)噪聲過大。另外，從注塑機(jī)的設(shè)計(jì)看，通常在設(shè)計(jì)時(shí)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(hào)時(shí)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(fèi)。因此，對(duì)定量泵的注塑機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造，節(jié)約電能，提高經(jīng)濟(jì)效率具有重要的意義。 　　二、注塑機(jī)節(jié)能分析 　　根據(jù)注塑機(jī)的工藝過程，畫出系統(tǒng)油壓P 與時(shí)間t的關(guān)系圖 　　由圖可見，合模和脫模，開模系統(tǒng)所需油壓較低，且時(shí)間較短；而注射，保壓，冷卻系統(tǒng)所需油壓較高，且時(shí)間較長(zhǎng)，一般為一個(gè)工作周期的40%～60%，時(shí)間的長(zhǎng)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(shí)可以不要間歇期。以上的圖只是一種簡(jiǎn)單的近似表示，實(shí)際上，如果注射的螺桿用油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，注射時(shí)的系統(tǒng)油壓會(huì)高一些。注塑機(jī)加工工件的重量，從數(shù)十克到數(shù)萬克不等，最大注塑機(jī)已到92000克。因此，注塑機(jī)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(gè)周期的時(shí)間也是不相同的；就是對(duì)同一臺(tái)注塑機(jī)，加工工件的原料不同，各段工藝流程中所需的壓力和時(shí)間也是變化的。這些工藝參數(shù)的設(shè)定，是由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)的情況制定的。 　　從圖一可見，一個(gè)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(yùn)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(fèi)了電能。對(duì)油泵進(jìn)行變頻調(diào)速，將定量泵改變?yōu)轭愃谱兞勘玫奶匦?。系統(tǒng)所需壓力較高時(shí)，油泵電機(jī)50Hz運(yùn)行，所需壓力較小時(shí)，變頻器降頻運(yùn)行。電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速降低后，輸出軸功率降低，就可以達(dá)到有效節(jié)能，一般節(jié)電率在20%～50%。 　　三、注塑機(jī)變頻節(jié)能調(diào)速改造方案 　　使用液壓系統(tǒng)的注塑機(jī)，有立式和臥式之分。數(shù)十克的立式注塑機(jī)，油泵采用一個(gè)齒輪泵，電機(jī)的容量也較小，電器控制電路也較簡(jiǎn)單。改造時(shí)，將變頻器接入電機(jī)的供電回路，再將流量比例閥的信號(hào)（0～1A），經(jīng)變換為4～20mA或0～10V信號(hào)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(duì)值變化較大的流量信號(hào)做控制信號(hào)較好，控制信號(hào)變化對(duì)變頻器頻率調(diào)節(jié)的范圍大一些；而壓力信號(hào)相對(duì)值變化較小，對(duì)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。如果使用康沃ZC或ZS系列注塑機(jī)專用變頻器，頻率增益的調(diào)節(jié)范圍50%～200%。注塑機(jī)專用變頻器就是在通用變頻器的基礎(chǔ)增加了0～1A信號(hào)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(jī)，60克～500 克的注塑機(jī)，有的是一個(gè)油泵，也有的是二個(gè)油泵。一個(gè)油泵注塑機(jī)的改造和立式注塑機(jī)的改造是相同的。仍然是從流量比例閥取出0～1A的信號(hào)作為變頻器的速度調(diào)節(jié)信號(hào)，雖然速度調(diào)節(jié)信號(hào)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(hào)，因此控制還是屬于開環(huán)控制方式。也是因?yàn)楣?jié)能的原因， 大中型注塑機(jī)的油泵可能不止一個(gè)， 如三菱850-MM,1300-MM,1800-MM,2000-MM注塑機(jī)均有三個(gè)油泵。對(duì)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(shí)只有1#油泵工作，到鎖模階段所需的系統(tǒng)壓力較高時(shí)，2#油泵再投入工作，在注射階段所需的壓力最高，三臺(tái)油泵同時(shí)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(jī)，1#油泵就一直運(yùn)行。用三臺(tái)小油泵按不同的工藝階段間斷工作，比用一臺(tái)大泵一直在運(yùn)行要節(jié)能。具有二個(gè)以上油泵的注塑機(jī)如何改造？這里以三菱1800-MM注塑機(jī)的改造為例加以說明。三菱1800-MM注塑機(jī)有三個(gè)45kW 油泵電機(jī)，用一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)1#油泵電機(jī)，變頻器的調(diào)節(jié)信號(hào)取自注塑機(jī)流量比例閥，這樣，此變頻器的頻率就隨注塑機(jī)液壓油的流量的改變而變化。另外二個(gè)油泵電機(jī)，可以分別用二臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)。不過這二臺(tái)變頻器對(duì)電機(jī)不進(jìn)行調(diào)速，只作兩位式的控制，即起動(dòng)和停止?？刂谱冾l器的起動(dòng)和停止信號(hào)，取自于原來該油泵電機(jī)的起動(dòng)和停止信號(hào)。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(yùn)行頻率低于50Hz，就可以節(jié)能。實(shí)際上，注塑機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)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(huì)使工件出現(xiàn)飛邊；若注射力不足，模具腔內(nèi)塑料會(huì)注不滿，工件報(bào)廢；保壓力不足時(shí)，工件中塑料比較厚的地方會(huì)出現(xiàn)收縮。本例二臺(tái)變頻器的運(yùn)行頻率為37Hz，注塑機(jī)的節(jié)能率達(dá)23%。 　　四、注意事項(xiàng) 　　1.變頻器的選型 　　注塑機(jī)的油泵普遍使用的是葉片泵和柱塞泵，機(jī)械特性為恒轉(zhuǎn)矩，選用具有恒轉(zhuǎn)矩特性的變頻器，V/F控制或矢量控制變頻器均可，也可選用注塑機(jī)專用型?？紤]到注塑工藝各階段的時(shí)間有一定要求，變頻器的加速和減速時(shí)間要短，一般為1 秒，變頻器的容量就要適當(dāng)加大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，矢量控制變頻器選大一檔，V/F控制的變頻器選得更大一些。為防止過載燒電機(jī)，調(diào)試變頻器時(shí)，注意設(shè)定好電子熱繼電器功能。 　　注意：如果您用的是ZC 或ZS 注塑機(jī)專用型變頻器，變頻器在設(shè)計(jì)的時(shí)候就已經(jīng)預(yù)留了余量和足夠的過載能力，您只需選擇相同功率的變頻器就可以了。 　　2.備用系統(tǒng) 　　注塑機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造時(shí)，保留原有的工頻起動(dòng)回路作備用，這樣一旦變頻器有故障，還能用工頻起動(dòng)油泵電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。 　　3.變頻器對(duì)注塑機(jī)數(shù)字儀表的干擾 　　現(xiàn)在注塑機(jī)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(huì)對(duì)注塑機(jī)產(chǎn)生干擾，最易受干擾的是溫度控制儀表，因此，在安裝變頻器時(shí)需要注意的是： 　?。?）變頻器需加裝輸入和輸出電抗器 　　（2）也為了避免相互造成干擾，引入變頻的控制線要作屏蔽處理。信號(hào)最好采用4～20mA電流信號(hào)。 　?。?）變頻器機(jī)殼要可靠接地。 　?。?）變頻器安裝在注塑機(jī)內(nèi)部時(shí)，特別要關(guān)注通風(fēng)散熱。 　　4.電機(jī)轉(zhuǎn)速降低后的溫升 　　電機(jī)用變頻器驅(qū)動(dòng)后，溫升會(huì)增加10%，電機(jī)速度又降低后，自帶的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，散熱效率減低，溫升還會(huì)增加；但是，考慮到油泵是間歇工作的，溫升也不會(huì)增加多少。在我們做過的注塑機(jī)改造中，有的在電機(jī)上加了恒速風(fēng)機(jī)，有的也沒加，加與不加恒速風(fēng)機(jī)，根據(jù)電機(jī)工作時(shí)的溫度來決定。 　　五、結(jié)束語(yǔ) 　　對(duì)注塑機(jī)進(jìn)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(jī)都可以加裝變頻器進(jìn)行節(jié)能改造。改造之初，涉及到節(jié)能效率的估算。注塑機(jī)節(jié)能主要與注塑工藝過程相關(guān)，做出一個(gè)準(zhǔn)確的計(jì)算的困難的，一般來說，經(jīng)過改造，一個(gè)油泵電機(jī)的注塑機(jī)節(jié)能在30%～50%之間，多個(gè)油泵電機(jī)的注塑機(jī)節(jié)能在15%～30%之間。另外，油泵速度的降低減少了機(jī)械的磨損，間接的經(jīng)濟(jì)效益也不可小視。 　　注塑機(jī)節(jié)能常見疑難解答 　　1、 為什么注塑機(jī)變頻器節(jié)電率能達(dá)30%～60%以上，它是怎樣實(shí)現(xiàn)節(jié)電的？ 　　答：因注塑機(jī)是一種典型的周期性變動(dòng)負(fù)荷設(shè)備，一個(gè)完整的生產(chǎn)周期包括鎖模、射膠、熔膠、冷卻、開模等階段，對(duì)于其液壓系統(tǒng)來說，每個(gè)階段對(duì)壓力、流量的匹配各不一樣，而油泵電機(jī)的功率是根據(jù)其運(yùn)行過程中最大負(fù)荷配備，但是，注塑機(jī)一個(gè)生產(chǎn)周期中只有高壓鎖模與熔爐膠段電機(jī)負(fù)荷較大，其它工作階段電機(jī)負(fù)荷一般較小，特別冷卻過程其負(fù)荷幾乎為零。注塑機(jī)的整個(gè)工作過程中油泵電機(jī)的電能損耗嚴(yán)重，電能利用率只有30%～70%，因此，其節(jié)電空間比較大。針對(duì)注塑機(jī)開發(fā)的高效變頻器以注塑機(jī)的流量與壓力信號(hào)作為本身的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)和無級(jí)調(diào)速，從而達(dá)到電機(jī)的輸出功率與其負(fù)荷相匹配，與注塑機(jī)整個(gè)工藝完全吻合，在不影響生產(chǎn)效率的前提下實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能，節(jié)電率可達(dá)30%～60%以上。 　　2、 變頻器安裝是否對(duì)生產(chǎn)造成影響？怎樣確定節(jié)電效果？ 　　答：整個(gè)安裝過程只要幾十分鐘，而且變頻器安裝勿須改變注塑機(jī)原有電路，操作簡(jiǎn)單，對(duì)原來的生產(chǎn)過程無任何影響；變頻器安裝調(diào)試完畢且注塑機(jī)運(yùn)行正常后就可以開始節(jié)電效果測(cè)試，首先把變頻器切換為非節(jié)電運(yùn)行狀態(tài)，記錄測(cè)試起止時(shí)間及測(cè)試開始、結(jié)束時(shí)電度表的讀數(shù)，算出非節(jié)電狀態(tài)下油泵電機(jī)每小時(shí)耗電量，然后切換為節(jié)電運(yùn)行狀態(tài)，以同樣的方式記錄注塑機(jī)相同條件下的用電量，算出節(jié)電狀態(tài)下油泵電機(jī)每小時(shí)的耗電量，再根據(jù)公式：節(jié)電率=[（非節(jié)電狀態(tài)用電量－節(jié)電狀態(tài)用電量）÷非節(jié)電狀態(tài)用電量]×100%求出節(jié)電率。因此，裝上變頻器后，可以馬上測(cè)試出節(jié)電率，確定節(jié)電效果，可以實(shí)實(shí)在在地知道每小時(shí)節(jié)約多少度電，降低了多少生產(chǎn)成本。 　　3、 節(jié)電過程中電機(jī)頻繁的啟動(dòng)對(duì)電機(jī)是否有影響？ 　　答：無任何不良影響！CVF-ZC變頻器是注塑機(jī)專用的節(jié)電設(shè)備，其軟件中設(shè)計(jì)了電動(dòng)機(jī)專用的“S”型啟動(dòng)曲線，21種V/F轉(zhuǎn)矩提升方式，以及在運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，此外有0.2秒～3200秒寬度可調(diào)加速時(shí)間選擇，可根據(jù)不同功率的電機(jī)選擇適當(dāng)?shù)募铀贂r(shí)間，因而避免了電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)的大沖擊電流。其實(shí)，在變頻器控制下的電動(dòng)機(jī)的任何啟動(dòng)過程實(shí)際是一種無電流沖擊的“軟起動(dòng)”過程。另外變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)還包含有多種保護(hù)功能，比如：過流、過壓、過載、欠壓、過熱、CPU保護(hù)功能等等。因此，即使是電動(dòng)機(jī)頻繁的啟動(dòng)、停止，對(duì)電動(dòng)機(jī)本身無任何不良影響。