注塑机油泵节电系统改造方案

一、注塑机油泵节电系统改造应用背景：

随着塑料行业的迅速发展，注塑行业也展现出了蓬勃之势。随着注塑行业的快速发展，行业内的竞争也日渐加剧，各企业为了加强竞争力，降低产品价格，对成本的控制成为新一轮的竞争热点。经过研究发现，在整个注塑机工艺流程中，注塑成型产品中电能消耗成本占很大比例，因此，减少电能损耗收到各大注塑机厂家和用户的关注。随着变频调速技术的推广，变频调速在传动控制和节能领域已日渐得到了广泛应用，尤其在泵类负载场合采用变频控制节能效果显著。下面分析注塑机变频改造的可行性和改造中常出现的问题及相应处理方法，并计算注塑机变频改造项目的节电效果。

二、注塑机油泵节电系统改造工作原理：

     注塑机主要用于热塑性塑料的成型加工。注塑机成型工艺是一个按照预定的周期性动作过程，即以合模—射嘴前进—射胶—保压—溶胶、冷却—开模— 顶出制品—顶杆退回—合模等加工工序达到某件产品成型。注塑机通常采用液压传动，其结构包含注射装置、开合模装置、液压传动装置和电气控制装置，后者的作用是保证注塑机按工艺过程以预定每个工序的要求（压力、速度、温度、时间、位置）和动作程序准确有效地工作。

     在传统的注塑机中，液压传动装置主要由油泵、液压控制阀、压力电磁比例阀、流量电磁比例阀、各种不同的动作油缸、油泵电机及其它液压附件和管道组成，其中，油泵是定量油泵，电动机通常提供额定功率和转速，油泵将电动机所输入的机械能转变为压力能，然后向液压系统的液压元件输送具有一定压力和流量的液压 油，满足液压执行机构驱动负载所需能量的要求。

三、注塑机油泵节电系统改造存在问题：

     注塑机液压系统是一个压力和流量波动都较大的系统，在开模、合模、射胶、回料、顶出等不同工作阶段，其压力和流量都要发生有规律的变化。多数时间内，负载的实际耗油量均小于油泵的供油量，造成高压状态下的液压油部分经溢流阀、比例阀等液压元件溢出。该溢流部分不仅未作任何有用功，而且产生热量，造成液压油 发热，既耗能，又有害。

目前绝大多数的注塑机都属于液压传动注塑机，液压传动系统中的动力由电机带动油泵提供。在注塑周期的过程中，注塑机在不同工序下需要的流量和压力不同，必须依靠流量阀和压力阀调节不同工序所需的流量和压力。液压系统的负荷变化很大，由于定量泵不可调节输出功 率，因此多余的能量只能在挡板、油路泄露、油的温升中消耗掉。这样既加剧了各种阀门的磨损，又造成油温过高，电机噪音过大，以及机械寿命缩短等现象。并且通常在设计中，用户油泵电机设计的容量比实际需要高出很多，存在“大马拉小车”的现象，造成电能的大量浪费。

四、注塑机油泵节电系统改造方案：

1、改造方案可行性分析

     目前市场上的各类注塑机约90%以上采用液压传动和电液比例控制方式。事实上，在采用电液阀控（即高压节流）控制模式的情况下，注塑机工作时存在很大的能量浪费。下图为一般产品的注塑成型的过程示意图。

 

 

图10   系统主电路图　　　　　　　　　　　　　　                   图11　系统控制电路图

      图10给出了注塑机变频节能改造的主电路图。图中，ZD为断路器，K1、K2、K3为接触器，SB3为故障复位按钮。在改造注塑机时仍保留注塑机原有控制 电路中的星–三角转换电路，这样可方便改造同时保持注塑原来的控制特性。采用工频旁路目的是为了在变频器出故障时可直接切换到工频运行，而不影响生产。

     图11为注塑机变频柜的控制电路框图。图中，SB1为工频/变频转换开关，选用三级开关；SB2为变频器启动按钮；L1为总电源指示灯；L2为工频运行指 示灯；L3变频运行指示灯；L4为变频器故障指示灯，其故障信号由变频器TA、TC输出；KM1、KM2变频运行接触器；KM3为工频运行接触器。

五、注塑机油泵节电系统改造节电原理：

1、节能原理分析

     由泵类负载的工作特性可知，泵的流量与转速成正比，泵的扬程与转速的平方成正比，泵电机轴功率与转速的立方成正比,如下述公式所示：

Q2/Q1=N2/N1；H2/H1=(N2/N1)²；P2/P1=(N2/N1)³

其中Q为流量、N为转速、H为扬程。

目前三相异步电动机大多采用变频调速，由电机同步转速公式：

n=60(1-S)f/p

其中，n为电机转速；s为转差率；f为供电频率；p为极对数。

     由上式可知，改变电源频率即可改变电机转速。因此，采用注塑机比例流量阀及比例压力阀的控制信号同步控制油泵马达的变频器，使油泵电机的转速与注塑机工作所需的压力、流量成正比，从而使溢流阀的回流量减到最小，液压系统输出与注塑机生产所需功率相匹配，便可达到节能目的。据统计，其单机节电率可达 15～40%。

2、注塑机改造原理图解

注塑机油泵节电系统改造系统信号图

 

图12系统信号图

 

六、注塑机油泵节电系统改造改造后性能:

1、节电效果明显，节电率平均可达15—40%；

 

图14：注塑机工序图和能耗

2、过载能力强：200%/分钟，保证注塑过程中，在高压射胶等重负载冲击下，不跳脱，不影响生产过程，保证产品质量；

3、实现软启动，软停止，没有电流和机械冲击；

4、减少磨损，降低电流，延长电机、注塑机等设备寿命；

5、在满足生产要求的条件下，节约能耗。

6、设备的自动化程度提高，完善了生产工艺。

7、市电/节电运行双回路设计，确保系统无故障，不影响生产。

8、防护等级IP54，全封闭设计，防尘、防气、防腐蚀、环境适应能力强，使用寿命长。

9、体积小，安装简便，人性化结构设计。结构紧凑，柜式、壁挂两用。

10、内部器件大部分采用进口名牌产品，质量好，稳定性高。

七、注塑机油泵节电系统改造产品小结

     注塑机的控制采用单片机，其压力设定，时序设定可按工艺条件人为给定，利用单片机的输出电量值，控制压力比例调节阀，从而调节主油泵的压力大小。它的输出是个线性的电流mA量值，经电流量程标准器变成4-20mA，直接加压到变频器输入端，从而改变变频器的输出频率，随即就改变了主油泵电动机的转速达到调压、节电双重作用， 控制方案特点：简便可靠、不需更改、调节方便、控制精确。

     通过以上的分析可以看出，注塑机机经过改造以后不仅可以节约用电，而且可以通过软启软停减小冲击。注塑机安装节电系统后，节电效果一般在15%～40%，节电率很高，投资回收期短，可以为企业带来可观的经济效益。