中空吹塑機生產線的輔助設備與智能化生產線構成（下）

邱睿 邱建成

（承接本刊2020年第五期）

2. 壓縮空氣的致冷與干燥系統(tǒng)

2.1 空氣冷干機工作原理及概述

工業(yè)上曾有三種方法用于壓縮空氣的干燥處理。第一種是利用吸附劑對壓縮空氣中的水蒸氣進行選擇性的吸附進行脫水干燥。例如，吸附式壓縮空氣干燥機，它的工作原理是通過“壓力變化”；來達到干燥效果。

由于空氣中容納水汽的能力與壓力成反比，干燥后的一部分空氣減壓膨脹至大氣壓，這種壓力變化會使膨脹空氣變得更干燥，然后讓它流過未接通氣流的需再生的干燥劑層，干燥的再生氣洗出干燥劑里的水分，將其帶出干燥器來達到除濕的目的。兩塔循環(huán)工作，連續(xù)向用戶用氣系統(tǒng)提供干燥的壓縮空氣。吸附式壓縮空氣干燥機有無熱再生吸附式干燥機和微熱再生吸附式干燥機之分。

圖12兩種吸附式壓縮空氣干燥機的外形圖。

第二種是利用某些化學物質的潮解特性進行脫水干燥，如潮解式壓縮空氣干燥機。

圖12 兩種吸附式壓縮空氣干燥機外形圖

第三種是當溫度下降時，空氣的含水能力亦下降，原為氣態(tài)的水分將變?yōu)橐簯B(tài)。例如，冷凍式壓縮空氣干燥機，它的工作原理是：首先對壓縮空氣作冷卻處理，使其中的氣態(tài)水分變?yōu)橐簯B(tài)，再通過分離器使氣液分離，最后由排水閥將水分排出，從而獲得干燥的壓縮空氣。冷凍式壓縮空氣干燥機是現(xiàn)在使用最多的一種產品。

2.2 冷凍式壓縮空氣干燥機（冷干機）的使用

正確使用冷干機是獲得所需露點壓縮空氣、節(jié)約再生能耗及延長設備使用壽命的重要前提。冷干機很少單獨使用，幾乎在所有氣動管網(wǎng)中冷干機都是與過濾器配套使用的。這既是滿足用氣質量的需要，也是冷干機本身能夠正常工作的需要。一個典型的冷干機系統(tǒng)需在冷干機進氣口前設置兩臺過濾器，在排氣口后設置一臺過濾器。

1） 主管路過濾器——它的作用是除去壓縮空氣進氣中粒徑較大的液態(tài)水滴和固體顆粒。冷干機如果長期處于大量液態(tài)水及固體雜質的狀態(tài)下，將逐漸降低除濕能力，所以除水過濾器的設置非常必要，其精度一般在3～25 μm間選取。

2） 油霧過濾器——如果進入冷干機的空氣中含有大量的油膜，會降低冷干機中換熱器的換熱效果，長此以往，冷干機的除水效果必將大打折扣，同時出口露點也會上升。一般空壓機的排氣含油量（油霧及油蒸汽）都在幾十ppm以上，即使是國產無油空壓機的排氣含油量也難以做到絕對無油，只有當空壓機排氣絕對無油時（如離心式空壓機），才可以不用油霧過濾器。

3） 微油霧過濾器——經冷干機處理后去除了絕大部分水分，但由于各種原因空氣中可能還存在一定的雜質，或達不到工藝上要求的空氣質量，此時就需要在冷干機出口處再安裝一個微油霧過濾器。

其中精密過濾器精細分級：

① 主管路過濾器能除去大量的液體及3 μ m以上固體微粒，達到最低殘留油分含量僅5 ppm，有少量的水分、灰塵和油霧。用于空壓機，后部冷卻器之后，其它過濾器之前，作一般保護之用；用于冷干機之前，作前處理裝置。

② 空氣管路過濾器能濾除小至1 μm的液體及固體微粒，達到最低殘油分含量僅0.5 ppm，有微量水分、灰塵和油霧。用于A級過濾器之前作前處理之用；冷干機和吸干機之后，進一步提高空氣質量。

③ 超高效除油過濾器能濾除小至0.01 μm的液體及固體微粒，達到最低殘油含量僅0.001 ppm，幾乎所有的水分、灰塵和油都被去除。用于H級過濾和吸干機之前，起保護作用，冷干機之后，確保空氣中不含油。

④ 活性炭微油霧過濾器能濾除小至0.01 μ m的油霧及碳氫化合物，達到最低殘油含量僅0.003 ppm，不含水分、灰塵和油，無臭無味。起最后一道過濾作用，供一些必須使用高質量空氣的單位，如食品工業(yè)、呼吸、無菌包裝等。

壓縮空氣精密過濾器外觀圖與濾芯外觀圖見圖13，左圖為各種濾芯圖片。

圖13 壓縮空氣精密過濾器外形圖與濾芯外觀圖

2.3 冷干機制冷系統(tǒng)

圖14 壓縮空氣冷干機工作原理圖

冷干機是靠冷凍原理工作的，所以制冷系統(tǒng)對設備的正常運行至關重要。

1） 在制冷過程中，制冷壓縮機是冷干機的動力源及心臟，為確保產品可靠和穩(wěn)定的使用效果，避免壓縮機漏氟，應選用高質量的制冷壓縮機。為保護制冷壓縮機，在使用過程中，要避免制冷壓縮機受到強烈的碰撞、振動、傾覆等。

2） 如果選用風冷式冷干機，則一定要注意環(huán)境溫度不能太高，而且空氣中不能有太多的灰塵，要保證通風口通風通暢。如果選用水冷型冷干機，一定要保證水源中不能有太多的雜質和污垢，同時要安裝過濾器和進行軟化處理，以保證水質。

3） 選擇冷干機容量時，一般應該選擇2～3倍理論需要量的冷干機，以確保生產過程中有足夠的壓縮空氣經過冷卻，從而確保生產的需要。

圖15 兩種壓縮空氣冷干機外觀圖

2.4 模具的溫度控制與除濕設備

吹塑模具的冷卻方式現(xiàn)在主要有三種：第一種是利用自然水對模具進行冷卻；第二種是采用冷卻水塔對循環(huán)水進行散熱后，再用水泵對循環(huán)水進行加壓，輸送到模具冷卻水道，然后對模具進行冷卻；第三種是采用冷水機對循環(huán)水進行制冷后，冷卻模具。冷水機是一種水冷卻設備，能提供恒溫、恒流、恒壓的冷卻水設備。

冷水機的工作過程是：先向機內水箱中注入一定量的水，通過制冷系統(tǒng)將水冷卻，再由水泵將低溫冷卻水送入需冷卻的設備或是模具，冷凍水將模具的熱量帶走時，會造成冷卻水溫度升高再回流到水箱，起到冷卻作用。冷卻水溫可根據(jù)要求自動調節(jié)，長期使用可節(jié)約用水。

因此，冷水機是一種標準的節(jié)能設備。采用普通水冷卻（即自然水和水塔散熱）方式不能達到高精度、高效率控制運行溫度的目的，因為自然水和水塔散熱都不同避免的受到自然氣溫的影響，冬天水溫低，夏天水溫高。如果氣溫在30℃的情況下，需要冷卻水溫度達到10℃左右，這幾乎是不可能的，因此，采用這種方式控制其生產工藝過程是極不穩(wěn)定的。

冷水機與一般采用的水冷卻設備完全不同，因為冷水機具有完全獨立的制冷系統(tǒng)，不會受到氣溫及環(huán)境的影響，水溫可以在5～30℃范圍內調節(jié)控制，因而可以達到高精度、高效率控制冷卻水溫度的目的。

冷水機設有獨立的水循環(huán)系統(tǒng)，冷水機內的水循環(huán)使用，可大量節(jié)約模具冷卻用水。如圖16所示為兩種冷水機外形圖。

圖16 兩種冷水機外形圖

2.5 工業(yè)冷水機的冷卻工作原理

圖17 水冷式工業(yè)冷水機工作原理圖

工業(yè)冷水機主要由三個相互關聯(lián)的系統(tǒng)組成，即制冷劑循環(huán)系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、電器自控系統(tǒng)。

1） 制冷劑循環(huán)過程

蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑吸收水中的熱量并開始蒸發(fā)，最終制冷劑與水之間形成一定的溫度差，液態(tài)制冷劑亦完全蒸發(fā)變?yōu)闅鈶B(tài)后被壓縮機吸入并壓縮（壓力和溫度增加），氣態(tài)制冷劑通過冷凝器（風冷或水冷）吸收熱量，凝結成液體，通過熱力膨脹閥（或毛細管）節(jié)流后變成低溫低壓制冷劑進入蒸發(fā)器，完成制冷劑循環(huán)過程。

2） 制冷劑循環(huán)系統(tǒng)

主要由壓縮機、冷凝器、貯液器、干燥過濾器、熱力膨脹閥、蒸發(fā)器、制冷劑等組成。

① 壓縮機。壓縮機是整個制冷劑循環(huán)系統(tǒng)中的核心部件，也是制冷劑壓縮的動力源。它的作用是將輸入的電能轉化為機械能，將制冷劑壓縮。

② 冷凝器。在制冷過程中冷凝器起著輸出熱能并使制冷劑得以冷凝的作用。從制冷壓縮機中排出的高壓過熱蒸氣進入冷凝器后，將其在工作過程中吸收的全部熱量，包括從蒸發(fā)器和制冷壓縮機中，以及在管道內所吸收的熱量都傳遞給周圍介質（水或空氣）帶走，制冷劑高壓過熱蒸氣重新凝結成液體。根據(jù)冷卻介質和冷卻方工的不同，冷凝器可分為水冷式冷凝器、風冷式冷凝器、蒸發(fā)式冷凝器三類。

③ 貯液器。貯液器安裝在冷凝器之后，與冷凝器的排液管是直接連通的。冷凝器的制冷劑液體應暢通無阻地流入到貯液器中，這樣就可以充分利用冷凝器的冷卻面積。另一方面，當蒸發(fā)器的熱負荷變化時，制冷劑液體的需要量也隨之變化，此時，貯液器便起到調劑和貯存制冷劑的作用。對于小型制冷裝置系統(tǒng)，往往不安裝貯液器，而是利用冷凝器來調劑和貯存制冷劑。

④ 干燥過濾器。在制冷循環(huán)中必須預防水分和污物（油污、鐵屑、銅屑）等進入，水分的來源主要是新添加的制冷劑和潤滑油所含的微量水分，或由于檢修系統(tǒng)時空氣進入而帶來的水分。如果系統(tǒng)中的水分未排除干凈，當制冷劑通過節(jié)流閥（熱力膨脹閥或毛細管）時，因壓力及溫度的下降，有時水分會凝固成冰，使通道阻塞，影響制冷裝置的正常運作。因此，在制冷系統(tǒng)中必須安裝干燥過濾器。

⑤ 熱力膨脹閥。熱力膨脹閥在制冷系統(tǒng)中既是流量的調節(jié)閥，又是制冷設備中的節(jié)流閥，安裝在干燥過濾器和蒸發(fā)器之間，它的感溫包包軋在蒸發(fā)器的出口處。它的主要作用是使高壓常溫的制冷劑液體在流經熱力膨脹閥時節(jié)流降壓，變?yōu)榈蜏氐蛪褐评鋭裾魵猓ù蟛糠质且后w，小部分是蒸氣）進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內汽化吸熱，達到制冷的目的。

⑥ 蒸發(fā)器。蒸發(fā)器是依靠制冷劑液體的蒸發(fā)（實際上是沸騰）來吸收被冷卻介質熱量的換熱設備。它在制冷系統(tǒng)中的功能是吸收熱量（又稱輸出冷量）。為了保證蒸發(fā)過程能穩(wěn)定持久的進行，必須不斷地用制冷壓縮機將蒸發(fā)的氣體抽走，以保持一定的蒸發(fā)壓力。

⑦ 制冷劑。在現(xiàn)代工業(yè)中使用的大多數(shù)工業(yè)冷水機均使用R22或R12作為制冷劑。制冷劑是制冷系統(tǒng)里的流動物質，它的主要作用是攜帶熱量，并在狀態(tài)變化時實現(xiàn)吸熱和放熱。

3） 水循環(huán)系統(tǒng)

水循環(huán)系統(tǒng)是由水泵將水從水箱抽出到用戶需冷卻的設備，冷凍水將熱量帶走后溫度升高，再回到冷卻水箱中。

4） 電器自控系統(tǒng)

電器自控系統(tǒng)包括電源部分和自動控制部分。

① 電源部分是通過接觸器，對壓縮機、風扇、水泵等供電。

② 自動控制部分包括小型PLC控制器、溫控器、壓力保護電路、延時器、繼電器、各類電磁閥、過載保護電路等，通過相互組合達到根據(jù)水溫自動啟動和停止、保護等功能。

風冷式工業(yè)冷水機工作原理圖見圖18。

其工作原理與水冷式基本相同，只是冷凝器采用了風冷式的，可在一些接冷卻水管不方便的地方使用。

圖18 風冷式工業(yè)冷水機工作原理圖

3. 模具除濕

常用的消除模具模腔冷凝水珠的方法包括：

1） 適當提高模具冷卻水的溫度。這是最簡單、最節(jié)約的方法。但是這樣可能會延長產品冷卻的時間周期，從而降低生產率。

2） 在模具的上方加裝熱風環(huán)裝置，使經過溫度控制的加熱空氣吹向模腔表面，從而防止模腔的表面產生冷凝水珠現(xiàn)象。這種方法對于生產高質量表面的吹塑產品顯得較為重要。

3） 在合模機周圍設置局部的隔離空間，在這個隔離空間里面進行空氣的恒溫恒濕處理，空氣隔離可以采用空氣幕的方式進行，在一些高速吹塑機生產線上采用這種方法較好。

4. 回料的粉碎設備與輸送、存儲

4.1 粉碎機

在塑料制品加工的過程中，不可避免的會產生廢品和邊廢料，需要塑料粉碎設備將它粉碎成較小的顆粒，以便及時回收利用。在塑料制品的吹塑加工中，高質量的粉碎設備顯得尤為重要。如圖19所示為兩種塑料粉碎機的外型圖。

塑料粉碎機的類型可分為剪切式粉碎機、沖擊式粉碎機、壓縮式粉碎機、研磨式粉碎機等。

塑料粉碎機的選用主要取決于被粉碎物料的種類、形狀以及所需的粉碎程度，不同材質的塑料或者廢舊塑料應采用不同的粉碎機。

圖19 塑料粉碎機外型圖

硬質聚氯乙烯、聚苯乙烯、有機玻璃、酚醛樹脂、脲醛樹脂、聚酯樹脂等是一類脆性塑料，質脆易碎，受到壓縮力、沖擊力的作用，極易脆裂，破碎成小塊，對于這類塑料適宜采用壓縮式或沖擊式粉碎設備進行粉碎；而對于在常溫下就具有較高延展性的韌性塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、ABS塑料等，則只適宜采用剪切式粉碎機，因為它們受到外界壓縮、折彎、沖擊等力的作用時，一般不會開裂，難以破碎，不宜采用脆性塑料所使用的粉碎設備。此外，對于彈性村料、軟質材料，最好采用低溫研磨式粉碎機。擠出吹塑中空成型機一般配套選擇剪切式粉碎機。

塑料粉碎機動刀與定刀的間隙調整：粉碎不同的產品時粉碎機定刀和動刀的間隙可以不同，如粉碎各種塑料瓶類產品時，動刀和定刀的間隙可調整為1～2 mm；粉碎塊類的塑料時，動刀和定刀的間隙可調整為2～4 mm。此外，篩板落孔直徑的大小也需要根據(jù)料塊的不同來確定。

圖20國內某公司研制的高強度塑料粉碎機示意圖。

圖20所示的高強度塑料粉碎機的工作過程：中空成型過程中產生的塑料回用料從進料斗9送入，進入上箱體8遇到被電動機10通過皮帶帶動皮帶輪11，皮帶輪安裝在主軸5上，主軸5安裝有可以作高速旋轉的轉動刀臺3，轉動刀臺3安裝有多組動刀4，動刀4與定刀7產生高速切割作用，將塑料回用料切割成為小型顆粒，從出料斗2排出。

圖20 國內某公司研制的高強度粉碎機示意圖

國內某公司已成功研制出系列的高強度塑料粉碎機，可破碎厚度達15～25 cm厚的高強度塑料料塊。這種粉碎機可以配套自動輸送料塊的輸送機和自動收集粉碎料的風送系統(tǒng)以及冷卻水系統(tǒng)，可實現(xiàn)單機的自動化生產。

對于25～100 L系列的塑料桶可以直接放進粉碎機進行粉碎，避免麻煩的鋸割過程，減低了操作人員的勞動強度，提高了生產效率。該高強度粉碎機主要配套于200 L塑料桶以上的大型吹塑機生產線，從實際應用的情況看，與超大型中空吹塑機生產線配套使用良好，大塊塑料邊料在粉碎中效果很好。此外，該機采用了雙層設計，循環(huán)水冷卻，噪聲小，粉碎效率高。

近幾年來，隨著大型、超大型擠出中空吹塑制品的不斷問世，采用常規(guī)的塑料粉碎機來粉碎吹塑制品成型過程中的廢品和邊料已經顯得效率低下，因此在大型的塑料撕碎機正得到較快的發(fā)展與應用，與塑料粉碎機連成生產線對大中型塑料制品進行撕碎與粉碎處理，對于改變傳統(tǒng)的廢塑料制品處理方式會產生較大的影響。同時，在減輕操作人員的勞動強度與保障安全操作方面能夠發(fā)揮較好的作用，近年來在一些大中型、超大型的吹塑制品的生產方面將會得到更多的推廣與應用。如圖21所示為塑料撕碎機與粉碎機配套運行的示意圖。

塑料撕碎機與塑料粉碎機聯(lián)動生產線，圖22一種塑料撕碎機塑料粉碎機聯(lián)動生產線外觀圖。

圖21 塑料撕碎機與粉碎機配套運行的示意圖

圖22 一種塑料撕碎機粉碎機聯(lián)動生產線外觀圖

4.2 回料的輸送、存儲

從粉碎機料倉下來的回料一般通過風力輸送到儲料罐中以便回收再利用。風力的來源一般采用離心風機，隨著風力的流動將粉碎好的回料帶到儲料罐。如圖23所示為一種離心風機和儲料罐的外形圖。

圖23 一種離心風機和儲料罐的外形圖

5. 結語

隨著中空成型機生產線的智能化發(fā)展，組成智能化生產線需要的輔機設備越來越多了，除了上述這些輔機以外，還有以下輔機也在智能化吹塑機生產線中出現(xiàn)。如：稱重機，貼標機，去飛邊機（裝置），印刷機，氣密檢測機，打孔機，打包機，輸送機等等。吹塑機智能化生產線的發(fā)展將會要求更多的智能設備投入使用，而得以減少人工的使用，以提高生產效率及產品質量。吹塑機智能化生產線將會獲得更快的發(fā)展。