變頻式液壓塑膠中空成型機(jī)控制技術(shù)研究與應(yīng)用

邱學(xué)明

珠海格力精密模具有限公司 廣東 珠海 519000

1 塑料中空成型技術(shù)概論

塑料成形是生產(chǎn)塑料中空產(chǎn)品的基本上方法，擠出塑料法是最為常見的生產(chǎn)方法。世界之上第一臺塑料擠出塑料設(shè)備在今年發(fā)行。于這十年完結(jié)時(shí)，對于型坯控制器展開了簡單的可編譯器變更，這提高了中空模塑的可加工性并且大大提高了產(chǎn)品的性能。在20世紀(jì)70年代，塑料塑料中空成型設(shè)備在技術(shù)上已轉(zhuǎn)型到相當(dāng)比較高的水平，自擠出成形到注塑成形。自單層到多層，自單模到多模，自對稱性到不對稱性，產(chǎn)生了完備的處理系統(tǒng)。轉(zhuǎn)入這個(gè)時(shí)代之后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，塑料成形起進(jìn)入計(jì)算機(jī)掌控的時(shí)代。目前，塑料塑料中空成型設(shè)備愈來愈機(jī)械，自中間體到閉環(huán)，每小時(shí)制造自幾百增加到數(shù)萬。產(chǎn)品自一般日用品到電子，汽車等行業(yè)。自20世紀(jì)60年代與70年代起，中國塑料塑料中空成型機(jī)的發(fā)展起跑比較遲。歷經(jīng)多年的發(fā)展，典型的塑料成型以及相關(guān)成型設(shè)備，如擠出塑料，拉伸塑料，多層塑料與其他中空成型機(jī)，所有這些均已于高速與自動化方面展開了系列化與開發(fā)。空白厚度的數(shù)字自動掌控，機(jī)器的微調(diào)與手動泄露偵測，及產(chǎn)品的多樣化，高功能性與高阻隔性已經(jīng)獲得巨大發(fā)展。并將要努力縮短和世界先進(jìn)的塑料吹塑機(jī)設(shè)備的距離。

2 變頻式液壓塑膠中空成型機(jī)工作原理

圖1示出了一般大型中空模塑機(jī)的示意圖，重要源自擠出機(jī)5，框架7與儲存頭1。夾緊機(jī)構(gòu)3，機(jī)器人2，液壓系統(tǒng)9，下吹風(fēng)裝置4，電控箱6與氣動系統(tǒng)8組成。大多數(shù)型號也搭載了液壓伺服系統(tǒng)，以此構(gòu)建塑料型坯擠出的壁厚控制系統(tǒng)。依據(jù)材料與擠出工藝，擠塑塑料中空模塑可分成多層中空模塑與單層中空模塑(包含共計(jì)擠塑料)。目前，普遍采用的擠出塑料中空成型機(jī)重要有兩種單層擠出塑料中空成型機(jī)與多層擠出塑料中空成型機(jī)。每種型號分成時(shí)隔擠出與間歇擠出。此外，根據(jù)站的數(shù)量，大型中空成型機(jī)亦分成單站與雙站。

隨著全新技術(shù)與全新產(chǎn)品的采用，液壓系統(tǒng)當(dāng)作中空成型機(jī)的主要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)正在向著能源環(huán)保的方向轉(zhuǎn)型。國內(nèi)眾多中空成型機(jī)設(shè)備制造商已經(jīng)研發(fā)出越來越多節(jié)能設(shè)備。不過，因?yàn)閲鴥?nèi)液壓元件的穩(wěn)定性少，國內(nèi)中空成型設(shè)備制造商多半采用進(jìn)口元件來裝配液壓系統(tǒng)。液壓液壓的擠出吹塑機(jī)是多致動器系統(tǒng)，其中致動器/部件周期性地與間歇地操作。每個(gè)動作的液壓能量需求十分有所不同，并于長時(shí)間之內(nèi)只需大流量。如果坯料遭擠壓時(shí)，液壓系統(tǒng)的能量消耗占整個(gè)機(jī)器耗電量的30-50%。擠出吹塑機(jī)的液壓系統(tǒng)改由兩部分構(gòu)成:動力驅(qū)動系統(tǒng)與型坯壁厚控制系統(tǒng)。擠出吹塑機(jī)的動力驅(qū)動節(jié)能技術(shù)是動力源的功耗和致動器所需的液壓能量間的合適匹配。液壓系統(tǒng)符合最為大負(fù)載功率，最低能量利用率與最高液壓耗電量的要求。目前，重要有下列先進(jìn)的類型與系統(tǒng):(1)變量泵+雙比例液壓驅(qū)動系統(tǒng)；(2)雙聯(lián)泵+蓄能器輔佐動力驅(qū)動系統(tǒng)；(3)交流伺服電機(jī)動力驅(qū)動系統(tǒng)；(4)變頻器液壓動力驅(qū)動系統(tǒng)。此外，蓄能器一般加裝于中型與大型擠出吹塑機(jī)的液壓系統(tǒng)之中，進(jìn)而更進(jìn)一步保證高流量，低能耗與低負(fù)載功率的節(jié)能與環(huán)保生產(chǎn)。

圖1 中空成型機(jī)設(shè)備簡圖

眾所周知，在有效的工作循環(huán)之中，每個(gè)過程動作于展開精確工作時(shí)均是因?yàn)橛兴煌膲毫λ俣取０央妱訖C(jī)軸傳送到油泵的總功率的無功工作部分當(dāng)作外部溢流消耗。即便在比例壓力流量型液壓系統(tǒng)的情況之下，這部分無效功率亦不能保存在計(jì)量泵系統(tǒng)之中。這造成這種類型的液壓系統(tǒng)的許多固有缺陷，比如油溫問題，油閥是改由高溫液壓油的稀釋引發(fā)的磨損與外部泄露引發(fā)的，并裝置絕不能穩(wěn)定工作。這種缺陷更為顯著，尤其是如果系統(tǒng)需高壓時(shí)。

3 變頻式中空成型機(jī)應(yīng)用效益

依據(jù)后面的討論，本文作者設(shè)計(jì)的變頻塑料中空成型機(jī)在2000年出版。與傳統(tǒng)的“工頻機(jī)”相比，整機(jī)控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)與工頻機(jī)相似。根據(jù)產(chǎn)品容量，節(jié)電率可低至30～80。當(dāng)吹入1000 ml過量的空心容器時(shí)，在“吹塑”階段，油泵電機(jī)也可以以正確的暫停模式暫停驅(qū)動。如果要發(fā)送“通縮”處理部分，則在此硬啟動模式下再次啟動油泵電機(jī)。以PE為原料制作700 ml塑料瓶為例，使用工頻機(jī)，功耗為2度/小時(shí)。在“逆變器”(采用方法2速度)制造中，功耗為0.6度/小時(shí)。試驗(yàn)前夜確定的工藝參數(shù)是在相同的生產(chǎn)周期、壓力、速度等24小時(shí)后制造的，省電率高達(dá)70。目前，該變頻液壓單/雙工位塑料吹塑成型機(jī)已批量生產(chǎn)。生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用于香港一家大型包裝容器公司，并逐漸取代了舊的“工頻機(jī)”型號。三年多的生產(chǎn)實(shí)踐表明，該機(jī)性能優(yōu)良，性價(jià)比高。液壓系統(tǒng)是一個(gè)平穩(wěn)可靠的實(shí)習(xí)。它將各種液壓元件和液壓油的使用壽命延長了十倍，液壓系統(tǒng)幾乎不受影響。在生產(chǎn)過程中，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量、高效率、低消耗。

總之，在當(dāng)今能源匱乏的世界，節(jié)能始終處于突出地位。中國是一個(gè)能源緊張的國家，而不是世界上一些能源豐富的國家。然而，我們對電的使用，尤其是對最重要的能源形式的使用，是非常低的，而且存在令人震驚的浪費(fèi)。在開發(fā)新產(chǎn)品、開發(fā)新設(shè)備和改造現(xiàn)有設(shè)備時(shí)，必須把能耗作為一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。塑料工業(yè)是21世紀(jì)的朝陽產(chǎn)業(yè)。然而，由于其產(chǎn)品是通過物理方法如冷卻和加熱生產(chǎn)的，他們同意其生產(chǎn)模式的高能耗特點(diǎn)。對于高能量塑料產(chǎn)品，如何節(jié)約電能已成為提高產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵手段。將變頻調(diào)速技術(shù)引入塑料中空成型機(jī)液壓傳動控制系統(tǒng)后，大容量中空容器的節(jié)電率高達(dá)70%。實(shí)際應(yīng)用證明，該模型消除了傳統(tǒng)液壓塑料吹塑成型機(jī)的高能耗，是新一代高效節(jié)能塑料中空成型機(jī)。