為了促進業(yè)內(nèi)人士對于節(jié)能技術(shù)有更加深入的了解，慧聰網(wǎng)塑料頻道日前采訪了多家注射機企業(yè)、注塑加工企業(yè)以及業(yè)內(nèi)專家。借用眾家的觀念，希望能夠幫助業(yè)內(nèi)企業(yè)更好的選擇節(jié)能技術(shù)的使用。
關于全電動注射機
作為塑料成型機的一個主要品種，注射機歷經(jīng)了很多重要的發(fā)展變化。在全電動注射機出現(xiàn)之前注射機不是機械式的就是液壓式的，由于環(huán)保和節(jié)能的需要，以及伺服電機的成熟應用和價格的大幅度下降，近年來全電動式的精密注射機越來越多，為了分析這一發(fā)展趨勢，我將各類別注射機的特點列出：
1、全液壓式注射機在成型精密、形狀復雜的制品方面有許多獨特優(yōu)勢，它從傳統(tǒng)的單缸充液式、多缸充液式發(fā)展到現(xiàn)在的兩板直壓式，其中以兩板直壓式最具代表性，但其控制技術(shù)難度大，機械加工精度高，液壓技術(shù)也難掌握。
2、全電動式注射機有一系列優(yōu)點，特別是在環(huán)保和節(jié)能方面的優(yōu)勢，據(jù)報道，目前較先進的全電動式注射機節(jié)電可以達到70%，另外，由于使用伺服電機注射控制精度較高，轉(zhuǎn)速也較穩(wěn)定，還可以多級調(diào)節(jié)。但全電動式注射機在使用壽命上不如全液壓式注射機，而全液壓式注射機要保證精度就必須使用帶閉環(huán)控制的伺服閥，而伺服閥價格昂貴，帶來成本上升。
3、電動—液壓式注射機是集液壓和電驅(qū)動于一體的新型注射機，它融合了全液壓式注射機的高性能和全電動式的節(jié)能優(yōu)點，這種電動-液壓相結(jié)合的復合式注射機已成為注射機技術(shù)發(fā)展方向之一。
在注塑產(chǎn)品的成本構(gòu)成中，電費占了相當?shù)谋壤?，依?jù)注射機設備工藝的需求，注塑機油泵馬達耗電占整個設備耗電量的比例高達50%-65%，因而極具節(jié)能潛力。由于不需要電能和液壓能之間的轉(zhuǎn)換，機器運轉(zhuǎn)直接由電能驅(qū)動，且無任何溢流損失，因此全電動注射機在節(jié)能效果上具有先天的優(yōu)勢。另外，全電動注射機在實現(xiàn)全閉環(huán)控制方面也極具優(yōu)勢。日本的全電動注射機的年產(chǎn)量占總產(chǎn)量的50%以上，并70%以上外銷國際市場，其中我國就是一個很大的用戶。然而我們自己研制的全電動注射機，很難打開自己的市場，目前產(chǎn)業(yè)化比較難。主要原因是關鍵的配套件必須依賴進口，國產(chǎn)件質(zhì)量尚不過關。這類機器需要4-6個伺服電機和相應的滾珠螺桿螺母，還有滾動直線道軌等，使機器價格出現(xiàn)成倍增長。另外它的控制程序需根據(jù)多點伺服的要求而專門設計，像日本法那可等公司都研發(fā)了自己的全電動注射機專門控制器，而我國基本上是由供應商，在普通機控制器的基礎上作些改進而成，從控制質(zhì)量和水平上還有差距。其實核心技術(shù)我們是不掌握的，因此我們的全電動注射機同發(fā)達國家的產(chǎn)品還有質(zhì)的差別。全電動注射機是一個非常好的發(fā)展方向，但出于研發(fā)成本、市場認可度等綜合因素的考慮，目前全電動注射機還沒有成為國內(nèi)企業(yè)的研發(fā)重點，很多企業(yè)宣傳自己能夠提供成系列的這種產(chǎn)品，其實一定程度上也是出于宣傳企業(yè)技術(shù)形象的考慮。
如日中天的變頻技術(shù)
在通用注射機上引入節(jié)能技術(shù)來開發(fā)節(jié)能型注射機，這也是當前國際、國內(nèi)注射機技能技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。 此類技術(shù)主要有變頻節(jié)能型、變量泵節(jié)能型和儲能裝置等，根據(jù)產(chǎn)品和工藝的不同，節(jié)能效果可以達到30～70%的范圍。
變頻節(jié)能技術(shù)目前應用較為普遍，各行各業(yè)都在使用。在塑機領域，塑料機械在應用變頻調(diào)速技術(shù)后可以節(jié)約電能（可節(jié)電約20-60%）、減少對電網(wǎng)的沖擊，實現(xiàn)綠色用電。
傳統(tǒng)的注射機沒有對機器的驅(qū)動電機進行調(diào)整，即只要機器通電，電機就始終以額定轉(zhuǎn)速運行。由于電機與油泵同軸，油泵將以額定排量將油吸入液壓系統(tǒng)中，當系統(tǒng)需要的流量小于油泵所提供的流量時，多余的油將被回流，這勢必極大浪費。變頻節(jié)能型注射機從根本上克服了傳統(tǒng)注射機的這一弊病。當系統(tǒng)需要的流量發(fā)生變化時，電機的轉(zhuǎn)速也跟著發(fā)生變化，從而使得油泵排出的油的流量發(fā)生變化，即真正做到“需要多少給多少”。
據(jù)業(yè)內(nèi)企業(yè)介紹，國內(nèi)注射機變頻節(jié)能技術(shù)應用的最新發(fā)展是：應用創(chuàng)新的變頻與電液比例復合調(diào)整原理對注射機液壓系統(tǒng)的主電機進行調(diào)速控制，既大幅度降低了注射機液壓系統(tǒng)的溢流損耗，又具有閥控系統(tǒng)的快速響應性，從而達到高效節(jié)能的目的。針對液壓系統(tǒng)特有的負載特性，具有超載能力強、頻響高和低速轉(zhuǎn)矩大等特點。由于主電機的加速與減速時間較長，因而在控制過程中引入了各動作控制電磁換向閥的控制信號，以便對注射機所處的工藝流程進行鑒別判斷，提前給出加速與減速指令，實現(xiàn)工藝過程與調(diào)速控制的最佳配合。尤其在冷卻工藝流程中，使主電機停轉(zhuǎn)。
變頻技術(shù)對于老式機型實現(xiàn)節(jié)能化尤其重要，近年來，不少注塑企業(yè)都試驗在普通注射機上安裝變頻器來觀察效果，據(jù)企業(yè)反映，前幾年的變頻器對于控制精度和響應時間的影響非常大，這主要由于當時的變頻器主要為通用型，隨著技術(shù)迅速發(fā)展，注射機專用變頻器出現(xiàn)，目前在生產(chǎn)非高精度產(chǎn)品時，采用高品質(zhì)變頻器已經(jīng)能夠為企業(yè)節(jié)省相當可觀的能源。但是，在局域電網(wǎng)供電不夠穩(wěn)定的情況下，變頻節(jié)能技術(shù)的應用就會遭遇很大困難。
變量泵注射機發(fā)展迅速
變量泵節(jié)能型工作原理：在轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過改變液壓泵排量，同時電機負載也會隨著排量而改變，達到省電的目的。變量泵與標準定量泵的主要區(qū)別是輸出功率不同，變量泵的輸出功率是隨負載的變化而變化，而定量泵的輸出功率相對恒定，在小流量動作情況下，變量泵的輸出功率很低，而定量泵的輸出功率基本恒定。配備高響應功率匹配比例變量泵系統(tǒng)令注射機液壓系統(tǒng)輸出與整機運行所需功率匹配，無高壓節(jié)流溢流能量損失，特別在射膠工序、熔膠、冷卻工序的節(jié)電效果較高，平均可達30-50%的節(jié)電效果。對射膠保壓時間較長的厚身或大型制品，節(jié)電的優(yōu)越性更加明顯。同時，相同電機功率可配用更大排量油泵，令整機速度加快。
變量泵注射機一般情況下用于小型機，對于中、大型注射機來講，采用變量泵對設備成本增加太多，很不經(jīng)濟。中、大型注射機一般均采用多個定量泵聯(lián)合工作的方式來達到變換動作速度的目的，通過泵的加載、卸載和匹配，能源消耗也能夠得到合理的控制。但是，這方面變化也在發(fā)生，廣東博創(chuàng)機械有限公司就提出了開創(chuàng)大型注射機閉環(huán)變量泵新紀元的口號。我們慧聰塑料計劃于近期對該技術(shù)進行報道。另外變量泵對油的清潔度要求較高，這增加了變量泵注射機的使用成本，進而限制了其應用。
變量泵注射機和伺服控制節(jié)能型注射機，相對來講發(fā)展時間要長，技術(shù)發(fā)展也較為成熟。但迄今為止，對我國企業(yè)來講，變量泵和伺服控制器基本仍從發(fā)達國家進口，這是由于我國的基礎機械制造工業(yè)仍相對落后的局面造成的。因此，這就形成了我國變量泵節(jié)能型和伺服控制節(jié)能型注射機的市場售價仍難以對下游制品企業(yè)構(gòu)成足夠吸引力的原因。
另外，變頻電機系統(tǒng)和比例閉環(huán)變量泵系統(tǒng)組合驅(qū)動，以實現(xiàn)輸出與整機運行所需功率相匹配，控制精度高的目的，這也是節(jié)能技術(shù)的一個發(fā)展方向。
注射機儲能裝置的使用
儲能裝置的采用是注射機最早發(fā)展的一種節(jié)能方法，但目前注射機儲能裝置的使用主要是出于加快射出速度的考慮，液壓油通過儲能器儲存和輸送能源，從而更加經(jīng)濟地滿足了注塑峰值功率和模板高速運動的要求。一般來講，注射機儲能裝置原理為：儲能裝置氮氣儲能射膠(ACCUMULATOR FOR INJECTION)是利用注射機本身的在其他動作時過剩的油壓，將儲能器內(nèi)的氮氣壓縮，使能量儲存于儲能器內(nèi)，于射膠動作同時將儲能器打開，使儲能器內(nèi)的油高速進入油缸推動射膠螺桿，做成高速注射的效果。
全方位的節(jié)能觀念
在由原料成為制品的整個過程中，注射機承擔了整個的加工任務，但出于節(jié)能的考慮，節(jié)能的思想需要貫穿制品設計——模具制造——產(chǎn)品成型的整個過程。制品和加工工藝的設計十分重要。
需要說明的是，一般來講，注射機節(jié)能技術(shù)主要是節(jié)省設備空運轉(zhuǎn)時浪費的能源，因此，不管采取何種節(jié)能方式，節(jié)約能源的比例都同空運轉(zhuǎn)時間在循環(huán)周期所占份額成正比。也就是說，相對于采用節(jié)能技術(shù)所需的成本投入來講，有些產(chǎn)品采用節(jié)能技術(shù)的意義更大，而有些產(chǎn)品就可能意義不大。因此注塑廠家在選擇使用節(jié)能技術(shù)時，要經(jīng)過充分的論證，不能夠只考慮設備廠家提供的數(shù)據(jù)。
創(chuàng)新的節(jié)能思維
除以上傳統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)外，一些創(chuàng)新性的技術(shù)值得我們關注：
1、華南理工大學開辟的“聚合物電磁動態(tài)成型新方法和新設備”研究領域，成功地將振動力場引入到聚合物塑化成型加工全過程，研究成果具世界影響力。據(jù)中國輕工業(yè)機械總公司許政倉老師介紹，經(jīng)多年的研究與推廣，華南理工大學瞿金平教授發(fā)明的電磁動態(tài)擠出機作為注射機的注塑部件節(jié)能效果可達百分五十以上。
2、永磁同步電動機具有動態(tài)響應性好，輸出扭矩大的特點，其性能與效率是使用異步電機和變頻器的組合無法超越的。在國外尤其是在日本，同步電機不僅使用在全電動注塑機上，而且在普通注塑機上的應用也越來越廣。目前，日本的油研、大金、德國的BUCHER等眾多公司都加大了對電液混合系統(tǒng)的研發(fā)。中國豐富的稀土資源可以使電機的生產(chǎn)成本大大降低，寧波海天集團目前正在積極研究永磁同步伺服電機在注塑機中的應用。
面對挑戰(zhàn)的節(jié)能注塑之路
盡管近年來，我國注射機節(jié)能技術(shù)開發(fā)勢頭強勁，但從目前實際看我國節(jié)能注射機推廣的速度還比較慢，主要原因有以下幾方面：
1、各類節(jié)能注射機目前尚無統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范、技術(shù)標準，有的廠家宣傳的指標與實際工業(yè)生產(chǎn)的情況存在差別，一般質(zhì)監(jiān)部門對這類產(chǎn)品也只按常規(guī)機檢測，作出報告。使用戶認識它們比較困難。
2、這類新產(chǎn)品由于硬件配置引起成本和價格上升，比普通機高出50%以上。而節(jié)能和制品質(zhì)量提高產(chǎn)生的經(jīng)濟效益，需要一段時間才能顯現(xiàn)。
3、變量、變頻、伺服控制，這類技術(shù)普及程度不夠，用戶對正確使用和維護有實際困難，也有心理障礙。
為了盡快扭轉(zhuǎn)注射機節(jié)能技術(shù)應用領域中存在的一些不利因素，業(yè)內(nèi)有識之士認為大力發(fā)展基礎機械制造工業(yè)才是突破我國節(jié)能注射機發(fā)展瓶頸的關鍵。并提出了以下幾點切實可行的建議：
1、組織社會力量（大學、大所、大廠）分別制定“變量泵節(jié)能注射機”、“變頻節(jié)能注射機”、“伺服節(jié)能注射機”的技術(shù)標準，明確不同控制方式應該達到的技術(shù)指標和節(jié)能水平。如響應速度、重復精度、加速性能等，有的還涉及電磁兼容性及射頻輻射等技術(shù)問題，使企業(yè)研制和質(zhì)檢機構(gòu)監(jiān)測及用戶評價有統(tǒng)一的行為規(guī)范，有利于市場對這些產(chǎn)品的認可。
2、加大對變量、變頻、伺服等新技術(shù)科學普及知識的宣傳力度，增加這類技術(shù)應用的學術(shù)講座和學術(shù)交流活動，學術(shù)刊物中增加一些關于節(jié)能及新技術(shù)應用的發(fā)展動態(tài)的內(nèi)容，提高企業(yè)、用戶和管理部門對新技術(shù)的認識。
3、引進技術(shù)解決高質(zhì)量的伺服電機和滾珠螺桿螺母國產(chǎn)化問題，對這類產(chǎn)品的合資單位組織技術(shù)攻關，盡早改變依賴進口的被動局面。使全電動注射機的總成本下降。
4、培養(yǎng)核心技術(shù)的研發(fā)能力和水平。我國目前使用的注射機專用控制器，基本都是西歐、日本和臺灣的產(chǎn)品，原程序都是非開放式的。提倡和鼓勵有實力的企業(yè)引進注射機專用控制器的軟件專家、華裔留學人材；去國外創(chuàng)辦聯(lián)合研究所，加快核心技術(shù)的發(fā)展。
特別鳴謝：慧聰網(wǎng)塑料頻道本期專題得到了中國輕工業(yè)機械總公司許政倉老師、北京泰坦劉政坤總經(jīng)理、亞大塑料集團公司吳志風主管、突破雪花注塑聶可成經(jīng)理的大力協(xié)助，在此向以上企業(yè)和個人表示感謝！
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