市場前景分析：
隨著塑料制品的廣泛應(yīng)用及其產(chǎn)量的迅猛增長，塑料機(jī)械已成為建材、包裝、電子電氣、汽車、石化、機(jī)械等行業(yè)的重要技術(shù)裝備，需求量激增，塑機(jī)行業(yè)已成為 21世紀(jì)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的朝陽產(chǎn)業(yè)隨著我國塑料工業(yè)的發(fā)展，塑料機(jī)械工業(yè)近幾年來的增長率都在30％左右，是增長最快的產(chǎn)業(yè)之一。2001年我國塑機(jī)行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值8多億元，利潤６億元左右，利潤率增長遠(yuǎn)高于工業(yè)總產(chǎn)值的增長。2001年塑機(jī)工業(yè)總產(chǎn)值為1995年的2.3倍，而利潤率則為1995年的 4.5倍。在全國機(jī)械工業(yè)的194個(gè)行業(yè)中，塑機(jī)行業(yè)的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均居前列。
塑料加工工業(yè)良好的發(fā)展前景仍將是我國塑料機(jī)械制造工業(yè)高速發(fā)展的源動(dòng)力，預(yù)計(jì)2001-2010年，我國對(duì)塑料機(jī)械需求量的年均增長率為6%左右，預(yù)計(jì)至2010年為145億元。也就是說，我國塑機(jī)行業(yè)的發(fā)展?jié)摿艽螅髣藕茏恪Ｔ谖覈芰瞎I(yè)長遠(yuǎn)規(guī)劃中，2000-2005年塑料制品的年均增長率約為 10%，2006-2015年的年均增長率將達(dá)到8%。即到2005年塑料制品的產(chǎn)量將達(dá)到2500萬噸，預(yù)計(jì)2015年塑料制品總產(chǎn)量翻一番，達(dá)到 5000萬噸。
在世界能源日益枯竭的今天，節(jié)能早已被人們放在突出位置。與世界上一些能源豐富的國家相中國是一個(gè)能源短缺國。然而我們?cè)谀茉刺貏e是能源的最主要的利用形式電力方面的利用率卻很低，存在觸目驚心的浪費(fèi)現(xiàn)象。在新產(chǎn)品開發(fā)﹑新設(shè)備研制以及原有設(shè)備的改造上，必須將能耗作為重要指標(biāo)予以關(guān)注。塑膠行業(yè)是21世紀(jì)的朝陽行業(yè)。然而由于其產(chǎn)品主要是通過加熱，加壓等物理方法生產(chǎn)，從而決定了它的生產(chǎn)方式的高能耗特點(diǎn)。對(duì)于高能耗的塑膠制品設(shè)備，如何節(jié)電，已成為提升產(chǎn)品競爭力的一個(gè)重要手段。
塑料機(jī)械是塑料工業(yè)發(fā)展的重要支柱，它為塑料行業(yè)提供了先進(jìn)的技術(shù)裝備，它的發(fā)展是塑料工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，也受塑料工業(yè)發(fā)展的影響。從世界范圍看，塑料機(jī)械的三大類品種依次是注塑機(jī)、擠出機(jī)：擠出生產(chǎn)線和吹塑機(jī)，它們占了塑料機(jī)械總產(chǎn)值的80%以上，其中注塑機(jī)占這三類機(jī)械總和的一半以上。我們從切身經(jīng)歷中談?wù)勛冾l器在塑膠機(jī)械中的應(yīng)用，從其各自特點(diǎn)及現(xiàn)場應(yīng)用作一個(gè)簡介。
1、注塑機(jī)專用節(jié)能系統(tǒng)簡介
要作好注塑機(jī)節(jié)能系統(tǒng)首先從注塑說起。注塑過程一般分為以下步驟：鎖模→注射保壓→熔膠加料→冷卻定型→開模→頂針。每一動(dòng)作的完成都有時(shí)間、壓力、速度、位置等幾個(gè)參數(shù)的精妙配合，也就是說在某一位置的位移都有相應(yīng)的壓力和速度，且在不同的位置和時(shí)間內(nèi)其壓力和速度都是可變的。同時(shí)每一動(dòng)作完成后發(fā)出終止信號(hào)傳送給程序控制器，程序控制器收到信號(hào)后才發(fā)出執(zhí)行下一動(dòng)作的指令。此外注塑機(jī)系統(tǒng)本身還存在一些弱點(diǎn)：第一、注塑機(jī)動(dòng)作內(nèi)部有著十分劇烈的突變過程：如鎖模過程中，快速鎖模→慢速低壓護(hù)模→高壓高速鎖模的工況突變就很劇烈的；又如注射過程中，慢速注射→快速→慢速→快速→慢速的射膠過程工況也是很劇烈的，對(duì)機(jī)器的沖擊都十分的大，影響了整個(gè)注塑系統(tǒng)的壽命。第二、動(dòng)作油路制動(dòng)達(dá)不到設(shè)計(jì)的精度，油路制動(dòng)的開閉取決于電磁閥，而電磁閥的動(dòng)作又取決于過程控制器提供的電壓和電流，因大多數(shù)注塑機(jī)都沒有死循環(huán)控制，閥的開閉精度就會(huì)大打折扣，尤其是閥的開閉程度在10%以下和90%以上時(shí)，動(dòng)作的重復(fù)精度和穩(wěn)定性都是極差的，某一動(dòng)作在此狀態(tài)下被執(zhí)行很難保證其穩(wěn)定性和重復(fù)精度。第三、執(zhí)行動(dòng)作的油缸本身有油封破損，有內(nèi)泄現(xiàn)象，執(zhí)行動(dòng)作的可靠性和穩(wěn)定性不高。這是由于多數(shù)時(shí)間內(nèi)，負(fù)載的實(shí)際耗油量均小于油泵的供油量，造成高壓狀態(tài)下的液壓油部分經(jīng)溢流閥、比例閥等液壓元件溢出。該溢流部分不僅未作任何有用功，而且產(chǎn)生熱量，造成液壓油發(fā)熱，既耗能，又有害。采用注塑機(jī)節(jié)能系統(tǒng)后，就能很好的解決這些問題，既提高了整個(gè)注塑系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，減少了巨大的機(jī)械沖擊，延長了系統(tǒng)使用壽命，又能夠節(jié)約大量的電能。
2、擠出機(jī)的變頻應(yīng)用簡介：
如塑料制管機(jī)生產(chǎn)線主要是塑料擠出機(jī)及冷卻槽，牽引機(jī)三部份組成。在沒有改造前擠出機(jī)、牽引機(jī)都是交流滑差電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，存在耗電量大，傳動(dòng)效率低，速度精度差，速度不夠穩(wěn)定，因此影響產(chǎn)品的質(zhì)量，需要進(jìn)行技術(shù)改造。經(jīng)我公司工程師現(xiàn)場調(diào)查，我們認(rèn)為采用變頻調(diào)速能解決上述的弊病。
經(jīng)我公司變頻改造后，調(diào)速速范圍，起動(dòng)特性，動(dòng)態(tài)響應(yīng)，調(diào)節(jié)精度，輸出特性，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和操作監(jiān)視方便等各個(gè)方面；都優(yōu)于電磁調(diào)速。此外，變頻調(diào)速還具有保護(hù)功能完善，通用性強(qiáng)，維護(hù)工作量小，運(yùn)行安全可靠，電耗小，設(shè)備壽命長等優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)可以從零平穩(wěn)起步升速，并能選擇升速和降速曲線，節(jié)能顯著，深得操作人員和維修人員好評(píng)。可以值得在類似塑料加工機(jī)上推廣，例造粒機(jī)，制管機(jī)，拌料機(jī)等上的應(yīng)用。
３、 液壓塑膠中空成型機(jī)變頻簡介：
基于多年生產(chǎn)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，作者在實(shí)踐中對(duì)各種不同類型的塑膠中空成型機(jī)的性能作了深入的調(diào)查研究，并由此有針對(duì)性地對(duì)各種檔次的中空成型機(jī)進(jìn)行了局部或整機(jī)的改造，提出了變頻式液壓塑膠中空成型機(jī)的構(gòu)想。
３.1 塑膠中空成型機(jī)工作原理及特性
根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同，塑膠中空成型機(jī)可以分為氣動(dòng)式和液壓式兩類。無論采用哪種方式，都是將模具送至接膠位，接取膠胚后再回到吹制位，通過吹針將 5-6Mpa的壓縮空氣引入模腔將膠胚吹制成形。PLC控制氣動(dòng)單/雙工位塑膠中空成型機(jī)采用了全氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，反應(yīng)快，效率高，但正是由于采用了氣動(dòng)方式，根據(jù)公式F=P·S。其中Ｆ為鎖模力，Ｐ為系統(tǒng)工作氣壓，Ｓ為活塞有效面積。由此可知，當(dāng)系統(tǒng)工作壓力為一定值時(shí)，鎖模力與活塞有效面積成正比。一旦確定了缸徑，鎖模力也就確定了。以缸徑150mm為例，在6MPa的工作壓力下，只能產(chǎn)生10.38KN的力。所以此類機(jī)型僅適合500ml以下的瓶子。同時(shí)需要指出的是，由于采用全氣動(dòng)，間接增加了用風(fēng)量，若將風(fēng)泵的耗電量及其維修保養(yǎng)費(fèi)折算進(jìn)去，其產(chǎn)品單耗是相當(dāng)高的。
由上可知，若要生產(chǎn)500ml以上容量的容器，只有采用液壓油缸的合模系統(tǒng)。利用液壓系統(tǒng)可以產(chǎn)生足夠的壓力，保證各種大容積產(chǎn)品的生產(chǎn)及質(zhì)量。但當(dāng)今最先進(jìn)的液壓伺服系統(tǒng)價(jià)格依然不菲。如日本油研公司采用EFRG-03-125-C-50型比例壓力流量控制閥售價(jià)在7000元左右，一臺(tái)行程僅為 14mm、缸徑120mm的伺服油缸售價(jià)過萬元。盡管采用比例式壓力、流量控制系統(tǒng)價(jià)格不菲，且液壓系統(tǒng)耗電量是整機(jī)用電量的30%左右，但其優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性足以保證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，所以依然獲得了廣泛應(yīng)用[1、2]。
根據(jù)測算，除外部提供的供風(fēng)系統(tǒng)外，整機(jī)能源消耗，以擠出機(jī)螺桿直徑為70mm的液壓雙工位機(jī)為例，在以PE（聚氯乙烯）為原料生產(chǎn)4500ml容器時(shí)，電熱加溫占整機(jī)耗電量的22.6%，擠出機(jī)運(yùn)料系統(tǒng)馬達(dá)為11kW，約占53%，液壓系統(tǒng)是7.5kW馬達(dá)，約占24.4%。在液壓單工位機(jī)中，當(dāng)生產(chǎn) 280ml容積的PE料產(chǎn)品時(shí)，液壓系統(tǒng)耗電占整機(jī)耗電量的41.35％，電熱占42.33％,擠出機(jī)運(yùn)料系統(tǒng)（已改變頻驅(qū)動(dòng)）耗電占16.32%。目前絕大多數(shù)中空成型機(jī)廠家的做法都是僅在擠出機(jī)運(yùn)料系統(tǒng)中將滑差電機(jī)調(diào)速改為變頻調(diào)速。
３.2 變頻式中空成型機(jī)工作原理
綜上所述，如何將液壓系統(tǒng)的耗電量降下來，就成了新一代高效節(jié)能液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。傳統(tǒng)控制理論注重系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法往往是首先確保有一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)的存在，在系統(tǒng)穩(wěn)定性發(fā)生變化時(shí)再以PID之類方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。定壓式液壓系統(tǒng)就是其典型代表。其代價(jià)就是高能耗。比例式液壓系統(tǒng)較前者已有很大進(jìn)步，然而，從比例壓力比例流量閥的結(jié)構(gòu)可知，依然是上述思路的延伸，只是以內(nèi)部溢流的方式盡量加大閥門開度而已。而現(xiàn)代控制理論則更注重動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。眾所周知，變頻調(diào)速是一種高效率、高性能的調(diào)速方法，特別適用于籠型異步電機(jī)。脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，矢量控制技術(shù)，無速度傳感器技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用使得交流電機(jī)變頻調(diào)速在許多場合已經(jīng)大量取代直流調(diào)速系統(tǒng)。從目前工控領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀看，它也代表著電力驅(qū)動(dòng)的水平與方向。隨著各種大功率智能型電力電子器件的不斷問世和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)愈加成熟。其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和過載能力已經(jīng)能夠滿足一般液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的要求，其價(jià)格已下降到用戶普遍可以接受的程度[3]。由此，我們?cè)谝簤嚎刂葡到y(tǒng)中融入變頻調(diào)速技術(shù)，將傳統(tǒng)的定量泵轉(zhuǎn)化為“變量泵”，變回流式調(diào)節(jié)為容積式調(diào)節(jié)，根據(jù)生產(chǎn)中各工藝流程“按需分配”，從而達(dá)到高效節(jié)電之目的。
整機(jī)能源消耗由四部分組成，分別為中空成型機(jī)加溫系統(tǒng)，擠出機(jī)構(gòu)，比例式液壓系統(tǒng)和壓縮空氣源。其中除壓縮空氣源為外部系統(tǒng)提供外，其余均由該機(jī)的動(dòng)力用電提供。該機(jī)與目前常見的中空成型機(jī)不同之處在于增加了2個(gè)環(huán)節(jié)，一個(gè)是保溫系統(tǒng)，另一個(gè)是帶D/A轉(zhuǎn)換器和同步控制器的變頻式液壓系統(tǒng)。關(guān)于保溫系統(tǒng)，僅在發(fā)熱管部分塗復(fù)一種復(fù)合硅酸鹽保溫材料，約30mm厚，因該材料無腐蝕性，隔熱性能優(yōu)良且容重輕。僅此一舉，加溫系統(tǒng)節(jié)電30%。因保溫系統(tǒng)十分簡單，故不在本文重點(diǎn)討論之列。
結(jié)語：
我們以技術(shù)深受更廣大的客戶所接受。作為能效行業(yè)的領(lǐng)軍公司，必將為我國的節(jié)能事業(yè)和塑料工業(yè)做出新的更大貢獻(xiàn)。
