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立式注塑機節能技術淺談(二)
發布日期:2014/9/9 14:17:14
3.1.2 變頻器驅動變頻器驅動是變量泵的同期產品,主要是增加變頻器,以改為電機的轉速,從而改變排量。
改用變頻器來驅動電機最大的優點是當系統處于保壓時,立式注塑機控制器會給一個比例流量信號給變頻器告訴變頻器現在要執行低速運轉,這時變頻器就驅動電機以很低的轉速運轉從而實現了節能的效果,但是由于變頻器在啟動和停止時都有加減速時間所以立式注塑機的運行周期要比沒有加變頻器要慢,因此對于保壓時間短和工作時間短的產品不適合用變頻器。雖然此種節能技術較原來的定量系統也可節能高達至40%,但因為響應速度過慢及對電機壽命的減短,使變頻器驅動系統不及變量泵系統那么普及。
3.1.3 全電機這是一個徹底的改變。把原來的液壓系統,均改為伺服電機驅動系統。整個驅動系統由4部份組成。
鎖模部份(伺服電機驅動)
注射部份(伺服電機驅動)
頂針部份(伺服電機驅動)
射移部份(一般交流電機驅動)
如前文所說,全電機因不是使用液壓傳動,故沒有液壓系統帶來的能耗。伺服電機與滾珠絲桿的連接,籍著電機的轉動,帶動在絲桿另一端的模板或螺桿進行往復前后動作。雖然電控部份的電能增加,但整體上的能耗卻大大降低。加上沒有冷卻水所需的水泵,此種節能技術較原來的定量系統可節能高達至85%。
3.1.4 伺服驅動液壓系統
這是近年內國內較為火熱的一個節能系統。主要是把傳統的液壓系統與全電機兩者合而為一。此系統仍沿用液壓傳動,與傳統的定量泵系統唯一分別則是使用伺服電機代替原有的交流電機,并配上一個伺服驅動系統,以閉環控制式,控制伺服電機的轉速及扭力變化。
因為是使用液壓系統,故油管磨擦,油管口徑改變,油管方向改變等所產生的耗能仍然存在。但相較變量泵系統,在溢流及冷卻水泵所產生的能耗卻進一步降低。因為伺服電機能于很短時間內作出高低轉速的變化,并且是閉環控制,故此在每個動作所需的流量能作出精確的控制。因此,產生溢流的情況降至最低。從而使溢流所產生的損耗大大降低。另外,因為整個注塑周期中,保壓及冷卻占了2/3或更多的時間。在這期間內,伺服電機的轉速是以十分緩慢地轉動(保壓時只有每分鐘幾十轉,冷卻時每分鐘只有10轉甚至更低)。在這情況下,因油泵電機傳遞至液壓油的升溫大大減低。另外,這段時間內,液壓油在油管內慢速流動或甚至不動,也有利減低磨擦,管徑變化等所產生的升溫。故此,此系統下的液壓油較傳統定量泵及變量泵系統,液壓油的工作溫度大大降低。據資料顯示,若工作環境不超過40ºC,可以不用油冷卻器,也就意味可以減除冷卻水泵所產生的能耗。也因此減低立式注塑機對液壓油量的需求,也可加長液壓油的使用壽命。此種節能技術較原來的定量系統可節能高達至75%。
3.2 發熱系統
傳統的發熱系統使用電阻式發熱圈。原理是把發熱圈套在料筒上,籍著電流通過電阻,產生熱能。從而把熱能經料筒表面傳遞至料筒內的塑料中。這樣裝置雖然效果不錯,制作容易及成本低。但因為發熱圈外露于空氣,故加熱同時,也有部份熱能散失于空氣中。雖有保溫罩,但仍不能避免熱能流失。
新一代的發熱裝置改用電磁加熱。電磁控制器利用變頻原理來加熱.將來自繼電器的交流電整流變成直流電,再將直流電利用斬波(晶集管開關)轉換成頻率為20-30KHz的高頻高壓電.當高頻高壓電流流過線圈(耐高溫電線)會產生高速變化的交變磁場,這磁場透過保溫層作用在與線圈接觸的料筒部分,使其內部產生無數的小渦流,即是高頻電子碰撞.最后使料筒本身自行高速發熱。
傳統發熱圈因金屬外殼與料筒表面接觸,散熱速度較快。但電磁感應發熱圈則是整個料筒用保溫棉包著,大大減少因熱傳遞所引至的功率損耗。此外,減少了熱傳導損失和熱量對空氣的散失,提高了熱效率.據資料顯示,電磁加熱較傳統發熱圈節能30%以上。
此外,電磁加熱也有以下優點:
車間工作溫度較低——因減少了對空氣傳導的熱量,特別是夏天對車間的溫度影響。
溫控較精確——傳統發熱圈從加熱,傳導至料筒內部,再經熱電偶反饋至電腦。因部份熱能在空氣中散失,以及熱傳導的延遲。故發熱圈所產生的溫度變化未能即時到達料筒內部。但電磁發熱則因熱能產生在料筒內,加上隔溫棉,故在溫度控制上較傳統的發熱圈更準確。
壽命較長——因本身溫度低,不因高溫引至發熱圈老化問題.壽命長很多.故而減低成本及增加生產效率。
提高操作安全——因與金屬接觸才產生熱能,另外料筒表面加上一保溫層。故表面溫度一般不超過50度,避免因接觸而引至燙傷。
因這電磁加熱裝置是把料筒表面加保溫層,對PVC,POM等熱敏性材料,不能有效地散熱。故這技術問題一直未能改善,加上仍未能效降低電磁波的影響,故仍未能使這裝置全面普及。
4. 節能測算口徑統一,測算過程要準確由中國塑料機械工業協會和全國塑機行業專家委員會組織的塑料注射成型機能耗檢測方法研討會,于2009年7月2日至3日在寧波市海天公園舉行。會議中通過對塑機行業第一部關于產品節能方面的標準——《塑料注射成型機能耗檢測方法》,以及有關積極實施行業節能標準化具體措施。這是我國對立式注塑機在節能方面的第一個定出的標準及檢測方法。
在此標準中,定出對不同的注塑量,配合指定大小的模具進行生產。模具的形狀,尺寸大小按立式注塑機大小有一定的規范要求。并要求在成品的外觀不超出指定的公差變化。在這要求下,調整注塑工藝。待產品質量穩定后,進行能耗測試。從而得出該機的節能是否合符標準。根據標準制品每千克質量的耗電量,判定該產品的能耗等級。
當標準制品每千克質量的耗電量低于0.55kW.h/kg(即節能等級不超過2)時,判定該產品的能耗指標符合節能產品認證的技術要求。雖這檢測方法視乎生產時,注塑工藝占有很大的變數。
5. 明確是對哪個核心部件推進產業化從上文可得知,產生能耗最主要來自于驅動系統。而全電機是眾多節能產品中效果最好的一種。但因成本問題,以及性價比的考慮。全電機一直未能全面代替原來的液壓系統。為達至節能效果理想,立式注塑機在驅動系統這部份由原來的定量泵,改至早年的變量泵,及至改為近年火紅的,以伺服電機帶動的伺服驅動油泵系統,也是原由于此。相信在一定的時間內,以伺服電機帶動的伺服驅動油泵系統將會是國內立式注塑機技術的主要發展方向。如要打開海外市場,尤其是歐洲市場,則要先解決電磁波產生對其它輔件及人體的影響,始能進軍海外。
另外,發熱部份也是一樣。為了減低這部份所產生的能耗,近年來市場上也有電磁加熱的發熱裝置。雖這設計有助減低能耗,但本身仍有電磁波問題仍未解決。另外,對某些熱敏性塑料需要散熱而非保溫,這類產品現時仍未能解決相關問題。故此,在電磁加熱技術上仍有很大的改進空間。
因此,在傳統液壓系統配合伺服驅動系統和電磁加熱裝置,相信是未來一段時間內,行業內的主要節能技術方向。
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