大型中空成型機(jī)節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀和展望.doc

大型中空成型機(jī)節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀和展望張友根(寧波海航塑料機(jī)械制造有限公司315806)狄：本文分析了大型中空成型機(jī)的能耗特點(diǎn)，研究了液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、擠出塑化系統(tǒng)、合模機(jī)構(gòu)、型坯壁厚控制等諸方面的節(jié)能技術(shù)，指出節(jié)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用是我國(guó)大型中空成型機(jī)上檔次的一個(gè)重要方面。關(guān)鍵詞：中空成型機(jī)；節(jié)能技術(shù)節(jié)能是中空成型機(jī)的主要發(fā)展方向,特別對(duì)大型中空成型機(jī)優(yōu)為重要。在我國(guó),大型中空成型機(jī)主要指200L1000的中空成型機(jī)。大型中空成型機(jī)的結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)等與中、小型中空成型機(jī)有一定的區(qū)別,節(jié)能技術(shù)也有所不同。節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用和開(kāi)發(fā),目的是為了提高制品的質(zhì)量,降低制品成本,提高社會(huì)效益。本文主要論述了大型中空成型機(jī)幾個(gè)主要系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展的方向,提出了個(gè)人的見(jiàn)解,供有關(guān)人士參考。1大型中空成型機(jī)節(jié)能技術(shù)的要點(diǎn)大型中空成型機(jī)主要用于成形IBC(Intermediate Bulk Container)集裝桶。大型中空成型機(jī)主要包括擠出塑化機(jī)構(gòu)、合模機(jī)構(gòu)、模頭、吹脹系統(tǒng)、制品取出裝置、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、型坯壁厚控制系統(tǒng)等部件。大型中空機(jī)采用擠出吹塑工作原理，粒狀或粉狀的塑料經(jīng)擠出機(jī)塑化達(dá)熔融狀態(tài)進(jìn)入機(jī)頭，當(dāng)機(jī)頭儲(chǔ)料量達(dá)預(yù)定值時(shí)，機(jī)頭口模打開(kāi)，電氣控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的型坯壁厚曲線，調(diào)整口模與芯模的間隙大小，進(jìn)行多點(diǎn)型坯壁厚控制，同時(shí)注射油缸將熔融物料壓出，形成制品型坯，模具合模后吹氣，型坯在模具內(nèi)成型為中空制品，冷卻定型后開(kāi)模，由機(jī)械手取出制品。擠出塑化機(jī)構(gòu)為電驅(qū)動(dòng),合模機(jī)構(gòu)及型坯壁厚控制油缸為系統(tǒng)液壓驅(qū)動(dòng)。擠出塑化機(jī)構(gòu)根據(jù)擠出率、功能及設(shè)計(jì)需要,擠出機(jī)可為一個(gè),也可為多個(gè)。擠出率及擠出量大,制品冷卻時(shí)間長(zhǎng),型坯壁厚控制點(diǎn)多,這是大型中空制品成形的主要特點(diǎn)。在塑化機(jī)構(gòu)、合模機(jī)構(gòu)、注射系統(tǒng)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等三方面進(jìn)行節(jié)能技術(shù)開(kāi)發(fā),是大型中空成型機(jī)節(jié)能的要點(diǎn)。2節(jié)能液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)流量比例和壓力比例控制的雙比例控制的節(jié)能技術(shù)是隨著成形技術(shù)的發(fā)展及控制性能的提高而發(fā)展起來(lái)的。比例閥達(dá)到了無(wú)級(jí)靈活調(diào)節(jié)，同時(shí)顯示出了節(jié)能的性能。但因采用定量泵供油，工作過(guò)程中始終存在與流量有關(guān)的能量損失，特別是冷卻過(guò)程中，這部分的流量能耗處于最大值。系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了自動(dòng)控制技術(shù)及成形性能,在中空成型過(guò)程中節(jié)能明顯，在節(jié)能與性價(jià)比方面具有一定優(yōu)。變頻節(jié)能液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是近年來(lái)IBC中空成型機(jī)節(jié)能的重要的科技進(jìn)步。IBC中空成型機(jī)節(jié)能液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最明顯的特點(diǎn)是變頻節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用,成形節(jié)電率可達(dá)2565%。變頻節(jié)能在節(jié)能改造中得到了較多的推廣應(yīng)用。變頻節(jié)能是通過(guò)改變電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速,使油泵輸出的流量與工況相匹配,使溢流閥的回油量減到最小,輸出的工率與生產(chǎn)所需的功率相匹配,達(dá)到節(jié)能的目的。對(duì)于單工位大型中空成形制品,因冷卻定型時(shí)間較長(zhǎng),節(jié)能效果優(yōu)為顯著。高響應(yīng)的交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)是近年發(fā)展的一種先進(jìn)的高性能節(jié)能系統(tǒng)。解決了變頻調(diào)節(jié)技術(shù)通過(guò)調(diào)節(jié)液壓泵的轉(zhuǎn)速，響應(yīng)速度慢的性能,同時(shí)由于其本身的運(yùn)轉(zhuǎn)的特性提高了電力的利用效率。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由于伺服電機(jī)不使用永久磁鐵結(jié)構(gòu)，且由于轉(zhuǎn)矩及慣量的密切配合下，又在低慣量的轉(zhuǎn)子的配合下，免除了脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩,在速度范圍內(nèi)有著良好的加減速度動(dòng)態(tài)反應(yīng)特性。因轉(zhuǎn)矩是由感應(yīng)式電流產(chǎn)生,具有完滿磁性分布之高密度磁通所生,能保持非常低的轉(zhuǎn)矩波動(dòng),在非常低的速度下也可有大的定轉(zhuǎn)矩區(qū),達(dá)到衡定的流量輸出。液壓系統(tǒng)基本上不需冷卻水，對(duì)于冷卻定型時(shí)間長(zhǎng)的大型中空制品，節(jié)能可達(dá)80%。冷卻時(shí)電機(jī)處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)，,更能發(fā)揮出節(jié)能特性,提高系統(tǒng)的精密控制性能。交流伺服電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)4000r/min,從理論上講,與之相配的液壓泵的排量可根據(jù)最高轉(zhuǎn)速選擇,選用比一般系統(tǒng)中應(yīng)用的更小排量的液壓泵,降低系統(tǒng)中應(yīng)用液壓泵的成本。但目前一般液壓泵的最高轉(zhuǎn)速為1800r/min,同時(shí),考慮到液壓泵的高速工作噪音及使用壽命,選用液壓泵的工作轉(zhuǎn)速低于1800r/min、較大排量的液壓泵與伺服電機(jī)組成動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),所以還不能充分發(fā)揮交流伺服電機(jī)能高速運(yùn)轉(zhuǎn)的優(yōu)良特性,提高了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本。3擠出塑化節(jié)能提高比流量，降低比功率，是擠出節(jié)能最明顯的標(biāo)志技術(shù)參數(shù)。大型中空機(jī)所配置的擠出機(jī)，其加工的原料一般主要是HMWPE，若采用常規(guī)設(shè)計(jì)，則其塑化效率明顯不足。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的150/25擠出機(jī)在加工HMWPE粉料時(shí)，其塑化能力僅為250kg/h，單位能耗高。在國(guó)外，尤其是在德國(guó)，許多大的中空機(jī)制造企業(yè)早已采用帶強(qiáng)迫喂料結(jié)構(gòu)、強(qiáng)制冷卻段結(jié)構(gòu)的IKV單螺桿擠出機(jī)。IKV結(jié)構(gòu)的擠出機(jī)在相同長(zhǎng)徑比條件下，其塑化量較常規(guī)設(shè)計(jì)提高50%以上，且擠出量穩(wěn)定，加之合理的屏障段和混煉段設(shè)計(jì)，能獲得高的塑化質(zhì)量。國(guó)際上IKV結(jié)構(gòu)的螺桿直徑120mm擠出機(jī)，在加工HMWPE，并且是70%的新料(粉料)與30%的粉碎料混合的條件下，擠出機(jī)的比流量均達(dá)到78(kg/h)/(r/min)，而名義比功率均在0.3(KW/(kh/h)，屬于高效節(jié)能的擠出機(jī)。在國(guó)際上，大型擠吹中空塑料成型機(jī)上配制的擠出機(jī)早以采用了帶強(qiáng)制喂料強(qiáng)制冷卻的IKV結(jié)構(gòu)。采用帶有水冷卻的閉槽進(jìn)料式塑化裝置，螺桿塑化能力大幅度提高；采用先進(jìn)的節(jié)能調(diào)速系統(tǒng),提高能量利用率。以往大多采用高能耗的直流調(diào)速或電磁調(diào)速技術(shù)控制擠出轉(zhuǎn)速,近幾年開(kāi)始采用節(jié)能的交流變頻控制技術(shù),在調(diào)速范圍、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、智能控制功率因數(shù)、工作效率等方面都是以往調(diào)速方法無(wú)可比擬的。變頻調(diào)速同比整流子電機(jī)節(jié)能20%30%,同比滑差電機(jī)節(jié)能50%以上,降低了噸塑料制品電費(fèi)。伺服同步電機(jī)控制是一種新的擠出塑化節(jié)能高性能系統(tǒng),越來(lái)越受到人門(mén)的重視。伺服同步電機(jī)控制,動(dòng)態(tài)響應(yīng)的時(shí)間更快,甚至反映速度比伺服閥還要快,僅幾毫秒,控制精度取決于編碼器精度,在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)為恒轉(zhuǎn)矩輸出,特別適用于瞬間負(fù)載波動(dòng)和要求速度快速變化及快速起停的工況,所以更能與快速靈敏控制型坯壁厚的伺服系統(tǒng)相匹配,即擠出變化率與型坯輸出變化率的要求達(dá)到一致。沒(méi)有多余的擠出塑化損耗。伺服電機(jī)的同步性能,功率因素幾乎達(dá)到1,電能利用率及高,同比異步電動(dòng)機(jī)效率提高約8%。伺服調(diào)速同比變頻調(diào)速節(jié)能30%以上。4節(jié)能合模機(jī)構(gòu)大型中空機(jī)的合模機(jī)構(gòu)，近年來(lái)主要變化是進(jìn)一步向節(jié)能化方向發(fā)展。合模機(jī)構(gòu)應(yīng)具有運(yùn)動(dòng)精度高、速度快、容模量大、裝卸模具容易等性能。由早期的四板液壓直動(dòng)式發(fā)展到現(xiàn)在使用廣泛的四拉桿三板聯(lián)動(dòng)式，以及更先進(jìn)的斜對(duì)稱二拉桿三板聯(lián)動(dòng)式。主要的節(jié)能特點(diǎn)是將快速移模缸與增壓缸分開(kāi)，即用較小的油缸實(shí)現(xiàn)三塊模板聯(lián)動(dòng)的快速移動(dòng)，模板合攏，增壓缸進(jìn)行高壓鎖模，起到既縮短了移模時(shí)間，又達(dá)到節(jié)能效。銷鎖式無(wú)拉桿合模機(jī)構(gòu)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新穎節(jié)能合模機(jī)構(gòu)。鎖模力分布均勻、運(yùn)動(dòng)精度高、裝卸模具容易、容模量大、節(jié)能等特點(diǎn)。移模運(yùn)動(dòng)副采用摩擦系數(shù)小、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)行精度高的滾珠直線導(dǎo)軌，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)由較小的移模油缸或伺服電機(jī)通過(guò)滾珠絲桿來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)移模機(jī)構(gòu),具有高剛性、高精度、高靈敏度的運(yùn)動(dòng)性能,同時(shí)顯示出了伺服同步電機(jī)的高效節(jié)能的性能。高壓鎖模是一模板上的插銷插入另一模板上的鎖緊套后，分布在一模板左右兩側(cè)的兩對(duì)以上的鎖模油缸拉緊另一模板實(shí)現(xiàn)高壓鎖模，反之，則為高壓開(kāi)模。貝克姆(Bekum)公司生產(chǎn)的1000L及500L(6層)中空機(jī)均采用了采用兩板銷鎖式機(jī)構(gòu)合模裝置，運(yùn)動(dòng)付采用了滾柱直線導(dǎo)軌，具有剛性高，運(yùn)動(dòng)精度高，運(yùn)動(dòng)輕快的特點(diǎn)，合模力是由位置可調(diào)的銷鎖缸來(lái)實(shí)現(xiàn),顯示出了低能耗高性能的現(xiàn)代大型中空機(jī)發(fā)展的特點(diǎn)。5節(jié)材節(jié)能的高性能型坯壁厚控制直觀反映出制品成形能耗的標(biāo)志是,同一規(guī)格的制品,在保證質(zhì)量的前提下,制品重量輕,即成型能耗低。中空成形制品,特別是大型中空制品,要達(dá)到既要降低制品重量,又要提高制品性能,必須通過(guò)精確的控制型坯壁厚來(lái)實(shí)現(xiàn)。型坯壁厚控制分為軸向控制(AMDS)和徑向控制(PMDS)。軸向壁厚控制的作用是通過(guò)使芯模根據(jù)預(yù)設(shè)位置作軸向運(yùn)動(dòng)而改變模頭的開(kāi)口量來(lái)達(dá)到改變坯厚的目的,根據(jù)制品不同的吹漲比沿軸向獲得不同的厚度,從而保證最終制品有比較均勻的壁厚分布。軸向壁厚控制雖能改善制品的壁厚分布，但由于其排出的型坯在水平截面內(nèi)仍呈等厚圓形，對(duì)部分在某一對(duì)稱方向有較大拉伸要求的制品則顯得不是最佳。徑向控制技術(shù)可以使擠出的型坯在某要求的區(qū)段內(nèi)呈非圓截面的變化。軸向壁厚控制與徑向壁厚控制的聯(lián)合作用，可獲得最佳的型坯，亦可獲得更為理想的制品壁厚分布,減輕了制品的質(zhì)量,同時(shí)提高了制品的性能,特別對(duì)于徑向非圓截面類中空制品,明顯提高了整體強(qiáng)度和剛度。以200L雙L全塑工業(yè)桶容器為例，至少可節(jié)省5%-10%的原料。對(duì)于1000L以上的中空機(jī)，由于制造上的困難，設(shè)備制造廠家一般也不提供徑向壁厚控制裝置的設(shè)備選項(xiàng)。大型中空機(jī)一般都具有軸向型坯控制功能，其控制點(diǎn)從24點(diǎn)到256點(diǎn)不等。由于徑向壁厚控制裝置價(jià)格高昂,限制了用戶廣泛的選用。要達(dá)到高性能的大型中空制品,徑向壁厚控制裝置是不可缺少的。6其它有關(guān)節(jié)能技術(shù)縮短吹塑冷卻成型時(shí)間。提高吹氣壓力，使用低溫干燥高壓空氣吹塑，是縮短吹塑冷卻成型時(shí)間及提高制品質(zhì)量的關(guān)鍵。擠出機(jī)筒加熱裝置采用鑄鋁加熱圈加保溫隔熱材料及不銹鋼護(hù)罩。