注塑機(jī)伺服電機(jī)節(jié)能問題分析
加入技術(shù)交流群
據(jù)某伺服電機(jī)供應(yīng)商的資料，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵比傳統(tǒng)定量泵節(jié)能60%，比變量泵節(jié)能40%。
另一供應(yīng)商則聲稱節(jié)能50%以上。
其實(shí)能節(jié)約多少與產(chǎn)品的壁厚，模具是否用冷流道、保壓時(shí)間、待機(jī)時(shí)間都有關(guān)系，是不能一概而論的。
大致來講，壁厚越大，伺服電機(jī)的節(jié)能便越多。壁厚大時(shí)，保壓時(shí)間便長(zhǎng)，待機(jī)時(shí)間亦長(zhǎng)，便能更節(jié)約。瓶坯的注塑便屬于這類。如冷流道的直徑大于壁厚，冷卻時(shí)間便由流道直徑來支配。
相反，薄壁產(chǎn)品（熱流道模具）的保壓時(shí)間短，甚至是0，而冷卻時(shí)間也是0，伺服電機(jī)的節(jié)能便有限。達(dá)明推薦周期5秒或以下的薄壁飯盒（壁厚0.5mm）采用異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵注塑機(jī)來生產(chǎn)，因周期大部分以全速全壓進(jìn)行，能節(jié)省的浪費(fèi)有限。甚至伺服電機(jī)的加速減速會(huì)延長(zhǎng)了注塑周期。
周期5-8秒的產(chǎn)品，可以用異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)變量泵注塑機(jī)來生產(chǎn)。
周期8秒以上的產(chǎn)品、冷卻時(shí)間比塑化時(shí)間長(zhǎng)、注射時(shí)間超過3秒、螺桿轉(zhuǎn)速在70%以下、采用機(jī)械手取出、采用半自動(dòng)操作都推薦使用“節(jié)能寶”或伺服電機(jī)注塑機(jī)來生產(chǎn)。
齒輪泵對(duì)柱塞泵
注塑機(jī)采用的定量泵以葉片泵為主。葉片泵依靠離心力將葉片壓緊泵體的內(nèi)壁，進(jìn)行其從油箱吸油，向出口泵油的工作。在低轉(zhuǎn)速時(shí)，由于離心力下降，內(nèi)漏增加，泵的容積效率便減少，故不適合配合變速的伺服電機(jī)使用。
配合伺服電機(jī)使用的油泵有定量的齒輪泵及變量的柱塞泵兩種。
齒輪泵的容積效率在90%以下。其構(gòu)造較簡(jiǎn)單，成本不高，噪音不大，對(duì)油污的容隱度則較大。
柱塞泵的容積效率在95%左右。它的構(gòu)造精密，對(duì)油污的容隱度不高，噪音亦較大。但其變量特性可用來降低對(duì)伺服電機(jī)的扭矩負(fù)載，故降低其電流及其發(fā)熱，使在需要極低流量的保壓，保壓時(shí)間能夠更長(zhǎng)。這在油研公司的雙排量設(shè)計(jì)發(fā)揮了出來。
從下圖得知，保壓及高壓合模所需的流量低但壓力高，可將變量泵轉(zhuǎn)為小排量，降低在低速時(shí)伺服電機(jī)的大電流產(chǎn)生的發(fā)熱。此功能連全電機(jī)也做不到。如不用雙排量的話，保壓及高壓合模會(huì)超越原排量的壓力流量范圍，但仍在虛線的超載范圍內(nèi)，可以作短暫保壓及高壓合模。如鎖模方法是采用機(jī)鉸，高壓合模自然是短暫的。直壓鎖模如不采用單向閥將鎖模力鎖住，便要靠電機(jī)油泵不停地工作來維持鎖模力。雙排量的小排量能提供長(zhǎng)時(shí)間的保壓及高壓合模。 本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/161028.htm
伺服電機(jī)的限制
伺服電機(jī)在“低轉(zhuǎn)速”時(shí)的反電勢(shì)（counter emf）較“高轉(zhuǎn)速”時(shí)低，電流增加使線圈過分發(fā)熱。這在長(zhǎng)時(shí)間保壓時(shí)會(huì)發(fā)生。油研公司用變量泵降低排量，維持電機(jī)的高轉(zhuǎn)速來舒緩這個(gè)問題。選購(gòu)注塑機(jī)時(shí)還要留意伺服電機(jī)功率是否過小。
大的注塑機(jī)需要大的電機(jī)/油泵來驅(qū)動(dòng)，但大的伺服電機(jī)，其轉(zhuǎn)子便有大的慣性，不能達(dá)到0.05 秒從0到2000 rpm的要求。如以日本的兩家伺服電機(jī)帶油泵的供應(yīng)商為例，最大的電機(jī)也只有15 kW。
更大的注塑機(jī)只能將兩個(gè)或以上伺服電機(jī)/油泵合流來驅(qū)動(dòng)，便既能達(dá)到油流量的要求，亦能達(dá)到反應(yīng)時(shí)間的要求。有一臺(tái)3500噸的注塑機(jī)是采用10套伺服電機(jī)/油泵合流來驅(qū)動(dòng)的。
伺服電機(jī)的成本高，是否值得采用就要看產(chǎn)品而定（參考前一節(jié)），亦要看目前的注塑機(jī)是采用定量泵還是變量泵的。若額外的投資回本期在兩年內(nèi)，便是值得的。
標(biāo)準(zhǔn)度及其他優(yōu)點(diǎn)
伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸配有編碼器，與驅(qū)動(dòng)器一同提供轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。由于螺桿的注射速度才是閉環(huán)控制的目標(biāo)而油泵轉(zhuǎn)速只是正比于注射速度，伺服電機(jī)只達(dá)到速度半閉環(huán)的控制，但當(dāng)然已比開環(huán)控制精準(zhǔn)。
伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的油泵在出口處配有壓力傳感器，與驅(qū)動(dòng)器一同提供壓力的閉環(huán)控制。這樣的話，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵便能提供3/4閉環(huán)控制了（3/4=1/2*1/2+1/2*1）。
精準(zhǔn)的速度及壓力控制是穩(wěn)定生產(chǎn)力的先決條件。由于油溫度不高，油溫的波動(dòng)亦較低，再提高了穩(wěn)定性。油溫不高亦可以節(jié)省甚至去除壓力油冷卻的需要。其他優(yōu)點(diǎn)有低燥音（尤其是在待機(jī)狀態(tài)），體積小及重量輕等。
電熱的節(jié)能
基于同樣原理，料筒上的電熱瓦能夠節(jié)能，只能從減少浪費(fèi)著手。
在料筒裝上保溫罩及保溫罩是否含保溫綿都可在不同程度上減少浪費(fèi)。
料筒上的電熱瓦用熱傳導(dǎo)方式經(jīng)料筒壁向料筒內(nèi)的塑料加熱。同時(shí)，電熱瓦亦以輻射及對(duì)流方式流失，浪費(fèi)了熱能。裝了保溫綿的保溫罩能減少流失。
從操作方面節(jié)能
保溫罩很多時(shí)候在修理電熱瓦或電熱后未有及時(shí)裝上，便流失了熱能。
在裝有搖頭風(fēng)扇的車間要避免風(fēng)扇吹到料筒/保溫罩，否則強(qiáng)制對(duì)流不但增加流失，還影響了料筒的溫度，產(chǎn)品便不穩(wěn)定。
靠近冷水環(huán)的一段電熱不要設(shè)置太高溫。此段的熱能還能用傳導(dǎo)方式往冷水環(huán)方向流失能量。
革命
自從發(fā)明了注塑機(jī)后，注塑機(jī)經(jīng)歷過幾個(gè)技術(shù)性的革命。
往復(fù)螺桿是早期的一個(gè)創(chuàng)新，將塑化及注射功能組合起來，降低了注塑機(jī)的成本。
第二個(gè)創(chuàng)新算是比例壓力及流量閥，這與第三個(gè)創(chuàng)新：微處理器的廣泛使用息息相關(guān)。動(dòng)作的壓力及流量再不用在閥上手調(diào)設(shè)置，注塑參數(shù)還能記憶起來，方便下次調(diào)出來再用。
第四個(gè)創(chuàng)新是變量泵的廣泛采用，這與不斷上漲的電費(fèi)不無關(guān)系。
第五個(gè)創(chuàng)新應(yīng)算是全電機(jī)的推出。由于沒有油溫的影響，它將穩(wěn)定性大幅提高。精準(zhǔn)、并行動(dòng)作、省電、減少噪音、沒有漏油污染等都得以大幅改進(jìn)。
第六個(gè)創(chuàng)新便是伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵在注塑機(jī)上的應(yīng)用。節(jié)能及3/4閉環(huán)、減少噪音等的優(yōu)點(diǎn)近乎全電機(jī)的，但成本就低多了。在原油價(jià)不斷上升的今天，相信會(huì)大行其道。
總結(jié)
節(jié)能的本質(zhì)在于減少浪費(fèi)。當(dāng)注塑機(jī)動(dòng)作不是全速時(shí)，降低流量便能減少浪費(fèi)。新的技術(shù)如變量泵及伺服電機(jī)能夠降低流量。
伺服電機(jī)與異步電機(jī)基本上有以下分別，使前者能在注塑機(jī)上發(fā)揮其節(jié)能作用。
在低負(fù)荷時(shí)（含待機(jī)狀態(tài)），異步電機(jī)的效率很低，便做成浪費(fèi)。異步電機(jī)是恒速轉(zhuǎn)動(dòng)的，但伺服電機(jī)能變速，包含待機(jī)狀態(tài)的仃轉(zhuǎn)，便能減少了摩擦及低效率的浪費(fèi)。
不是任何產(chǎn)品都適宜用伺服電機(jī)帶油泵的注塑機(jī)來生產(chǎn)，就如不是任何產(chǎn)品都要用全電機(jī)來生產(chǎn)一樣。定量泵及變量泵機(jī)還有其存在的價(jià)值。是否采用此技術(shù)要計(jì)算投資回本期來作出決定。操作員的培訓(xùn)及電熱的節(jié)能亦需留意.
伺服電機(jī)相關(guān)文章:伺服電機(jī)工作原理
評(píng)論