摘要 利用變頻器枝術(shù)對注塑機進行改造，通過對液壓系統(tǒng)檢出流1和壓力的控制，使液壓泵的工作轉(zhuǎn)教隨著注塑機工作狀況的變化而相應(yīng)地改變，從而達(dá)到對液壓系統(tǒng)的工作流1和工作壓力進行實時拉制的目的，避免了能量浪費，降低了生產(chǎn)成本。 關(guān)鍵詞 注塑機 變頻器 液壓系統(tǒng)節(jié)能 注塑是將熱塑性塑料制成各種制品的主要成型方法之一，與其它塑料成型方法相比，注塑法具有可以成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸精確的制品，對塑料適應(yīng)性強，成型周期短，生產(chǎn)效率高及易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點。在世界范圍內(nèi)，注塑占了塑料成型總量的30%左右，而注塑機的年生產(chǎn)量（臺數(shù)）大約為塑料加工機械總年產(chǎn)量的50%以上。液壓系統(tǒng)是注塑機的重要組成部分，目前國內(nèi)外的大多數(shù)注塑機都采用液壓系統(tǒng)來完成塑化、合模、注射、保壓及開模等注塑工序，因而對電能的需求極大，能量的消耗成為注塑生產(chǎn)中的主要成本之一川。近幾年來，珠江三角洲地區(qū)的一些中小型注塑生產(chǎn)企業(yè)利用變頻器技術(shù)對注塑機的液壓系統(tǒng)進行節(jié)能改造，較大幅度地降低了注塑生產(chǎn)中的電能消耗，從而明顯地降低了注塑制品的生產(chǎn)成本，給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。 1 注塑機工作特點 1.1 工作周期 注塑機的注塑過程是一個從合模動作開始的周期性過程，在這個周期性過程中液壓系統(tǒng)必須完成一系列的動作:合模、開模、注射座整體移動、保壓及頂出制品等。注塑機的工作周期如圖1所示。 [align=center] 圖1 注塑機的工作周期[/align] 1.2 工作參數(shù) 注塑機在一個工作循環(huán)中與液壓系統(tǒng)有密切關(guān)系的主要工作參數(shù)有注塑壓力、注射速率、鎖模力、保壓壓力等。注塑壓力是克服熔融物料流經(jīng)噴嘴、流道和模具型腔時的流動阻力，保證充模穩(wěn)定性，確保注塑制品精度和合格率的重要因素。當(dāng)螺桿直徑一定時，注塑壓力的大小由液壓系統(tǒng)決定。注射速率是表征熔體充滿模具型腔快慢的參數(shù)，它直接影響制品的質(zhì)量和生產(chǎn)率，其大小由注射油缸的工作油流量控制。鎖模力是注塑機合模機構(gòu)對模具所能施加的最大夾緊力，它和注射量一起成為標(biāo)稱注塑機規(guī)格的參數(shù)，對于液壓一肘桿式合模裝置，鎖模力大小由液壓系統(tǒng)和肘桿機構(gòu)共同決定;對于全液壓式合模裝置，鎖模力大小由注塑機的液壓系統(tǒng)決定。保壓壓力是重要的注塑工藝參數(shù)之一，保壓壓力和保壓時間的選擇直接影響注塑制品的質(zhì)量，保壓壓力與注塑壓力一樣由液壓系統(tǒng)決定。 2 注塑機液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)是注塑機的重要組成部分，它必須滿足整個工作周期各個階段所需壓力和速度的不同要求。液壓系統(tǒng)應(yīng)具有工作穩(wěn)定性好、重復(fù)精度和靈敏度高、噪音低和節(jié)能等特點。液壓系統(tǒng)主要由液壓泵、閥門、油缸及回路組成。 在注塑生產(chǎn)中，根據(jù)注塑工藝的需要，液壓系統(tǒng)提供給注塑機的工作流量和工作壓力應(yīng)該是不斷變化的，因此注塑機液壓系統(tǒng)所消耗的功率也應(yīng)該是隨著工作流量和工作壓力的變化而不斷變化的。圖2為國產(chǎn)xs一zy一50型注塑機的一個工作周期中液壓系統(tǒng)應(yīng)提供的液壓油工作流量的變化示意圖，圖3為油缸所消耗功率的變化示意圖。由圖2、圖3可以看出，在注塑周期的各個階段，液壓系統(tǒng)的工作流量和功率消耗相差很大，所需最大工作流量和功率消耗階段為閉模注射階段。 液壓泵是注塑機液壓系統(tǒng)的動力源，為油缸和油電機等執(zhí)行機構(gòu)提供完成動作所需的壓力油。注塑機中的液壓泵大多是定量泵，注塑工序中不同動圖2注塑機液壓系統(tǒng)工作流量變化圖 [align=center] 圖2 注塑機液壓系統(tǒng)工作流量變化圖 圖3 注塑機液壓油缸消耗功率變化圖[/align] 作所需的液壓油工作流量和壓力是通過一系列閥門及相關(guān)回路來調(diào)節(jié)的。由于泵的流量一定，也就意味著在注塑周期的各個階段其流量均為最大工作流量，在不需最大工作流量的工序上，多余的壓力油經(jīng)溢流閥回路流回油箱，而驅(qū)動液壓泵的電機始終保持著維持最大工作流量時的轉(zhuǎn)速，因此電機所消耗的功率也始終維持在注塑周期中的最大功率上，造成了大量的電能浪費。在注塑機的液壓回路上加裝變頻器回路，根據(jù)注塑周期中負(fù)載的變化，利用變頻器的變頻功能改變驅(qū)動電機的電源頻率，使周期中的每一個確定的液壓工作流量都對應(yīng)不同的電機轉(zhuǎn)數(shù)（頻率），從而可達(dá)到對液壓系統(tǒng)的工作流量和工作壓力進行實時控制的目的，使電機的轉(zhuǎn)數(shù)根據(jù)工作負(fù)載的變化而實時變化，從而節(jié)約電能。 3 變頻調(diào)速 3.1 工作原理 液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)流量通常是通過液壓閥的開啟程度來實現(xiàn)的，即通過增加液壓回路的阻力來提高液壓系統(tǒng)的工作壓力，而液壓泵的轉(zhuǎn)數(shù)并未發(fā)生變化，這樣大量的電能就浪費在克服回路阻力上了。采用變頻器對注塑機液壓系統(tǒng)的工作流量進行實時控制，就是根據(jù)注塑工藝要求的流量值對電動機進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，從而代替各種液壓閥的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)液壓泵輸出流量的無級調(diào)速，并可大量減少各種閥門的使用。由于液壓油的工作流量與工作壓力之間存在相應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系，因此采用變頻器控制液壓泵的工作流量，可在不改變液壓回路阻力的情況下，通過對流量的調(diào)節(jié)來達(dá)到對工作壓力的調(diào)節(jié)。 交流電機的轉(zhuǎn)速可由（1）式表示，: 由（3） 式可見，當(dāng)5、q、p的值恒定時，液壓泵的工作流量與驅(qū)動電機頻率呈線性關(guān)系，從而可使流量平滑地變化，達(dá)到無級調(diào)速的目的。 3.2 系統(tǒng)組成 圖4為采用變頻器調(diào)節(jié)注塑機液壓泵流量的工作流程示意圖。由信號采集裝置（傳感器）將注塑機注塑工藝流程中不同階段所需液壓油的工作流量進行采集并將流量給定值以電流值的形式傳送到PLC（可編程控制器），同時由輸出流量檢測件對泵的液壓油實際輸出流量進行檢測，所得檢測信號由電流/電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電壓值傳送到PLC中，PLC對實際流量和給定流量進行比較。根據(jù)比較結(jié)果，PLC 輸出驅(qū)動電機的給定轉(zhuǎn)數(shù)值傳送到變頻器，通過變頻器調(diào)節(jié)驅(qū)動電機/泵的轉(zhuǎn)數(shù)，從而調(diào)節(jié)液壓泵的輸出流量，使其滿足注塑周期各個階段的不同流量要求，達(dá)到節(jié)能的要求。 [align=center] 圖4 變頻器對注塑機液壓系統(tǒng)進行流t調(diào)節(jié)示意圖[/align] 3.3 變頻器的特點和選用 用于驅(qū)動電機調(diào)速的變頻器要求具有如下特點:①在很小轉(zhuǎn)差率下運行，損耗小，功率因數(shù)高;②調(diào)速范圍寬，頻率可從幾赫茲到幾百赫茲，調(diào)速精度高，精度可達(dá)0.5%一1%;③可自動平滑地加速和減速;④節(jié)能效果十分明顯，一般可達(dá)30%以上;⑤保護功能齊全，維護工作量很小。 變頻器的選用可根據(jù)注塑機的實際T作狀況而定，對于調(diào)速要求不高、負(fù)載變化不大的注塑機，可選擇價格相對便宜的SANKEN（三肯）SVF系列變頻器;對于調(diào)速要求較高、轉(zhuǎn)速誤差較小的注塑機可選用ABB系列或FUJI（富士）GT 系列變頻器;對負(fù)載變化大且可靠性要求高的注塑機可選用FUJIG7 系列變頻器，它可以通過控制驅(qū)動電機轉(zhuǎn)差率來限定輸出轉(zhuǎn)矩。 變頻器的容量選擇應(yīng)遵循下列準(zhǔn)則:①變頻器的額定電流大于等于驅(qū)動電機的額定電流;②變頻器的額定電壓大于等于驅(qū)動電機的額定電壓;③變頻器的額定功率一匹配電機功率大于驅(qū)動電機的額定功率。 4 實例 在實際的應(yīng)用過程中，用變頻器對某型注塑機液壓系統(tǒng)進行了改造。該型注塑機液壓泵驅(qū)動電機額定功率為lkw，改造前采用工頻電源時的有用功率為7.skw，用變頻改造后的有用功率約為4.5kw，減少約3kw。以該注塑機每年工作5000h計，則一年可節(jié)約電能為: 3kw x 5000h=15000kW·h=5400MJ 以珠江三角洲地區(qū)的工業(yè)用電價格1.2元/（kw·h）為例，則每年可節(jié)約電費: 15000kW·h x l.2元/kw ·h=18000元 由此可見 ，進行變頻改造所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益是相當(dāng)可觀的，并且對于生產(chǎn)規(guī)模越大的注塑生產(chǎn)，所節(jié)省的電能就越可觀，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益也越明顯，前期改造注塑機的投資也可在較短的時期內(nèi)收回。 5 結(jié)語 采用變頻器技術(shù)對注塑機液壓系統(tǒng)進行改造的優(yōu)點是十分明顯的，它不但能顯著地節(jié)省電能，而且電機的溫升下降，機械的磨損減少，運行噪音降低，且維修工作變得十分方便，提高了注塑機和注塑模具的使用壽命。這種交流變頻調(diào)速技術(shù)不僅可以用于注塑機，在擠出機上也可用來調(diào)節(jié)擠出螺桿的轉(zhuǎn)速，因而它是一種實用性很高的生產(chǎn)技術(shù)，必將在塑料加工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。筆者進一步的研究認(rèn)為，在注塑機和擠出機的制造過程中就可引人變頻器技術(shù)以提高注塑機和擠出機的性能和效益，使注塑機和擠出機在節(jié)能技術(shù)方面一步到位，增加其市場競爭力。 參考文獻(xiàn) 1 北京化工學(xué)院，等塑料機械液壓傳動北京中國輕工業(yè)出版社，1983 2 翟金平，等塑料工業(yè)手冊（注塑、模壓工藝與設(shè)備分冊）.北京化學(xué)工業(yè)出版社，2001 3 機械工業(yè)部，橡膠塑料機械產(chǎn)品樣本.北京:機械工業(yè)出版社.1996 4 滿永奎，等通用變頻器及其應(yīng)用北京機械下業(yè)出版社.1992 5 陳國呈.變頻器的發(fā)展動向與變領(lǐng)器在應(yīng)用中應(yīng)注意的一些問題. 上海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版〕1996（5）:524