摘 要 ：本文主要講述了擠出吹塑中空成型機的工作原理、主要構(gòu)成及變頻節(jié)能技術(shù)在雙工位擠出吹塑中空成型機改造中的應(yīng)用，同時闡述了推廣該項節(jié)能技術(shù)的必要性與可行性。
　　
1 引言
　　
　　當(dāng)今社會一方面經(jīng)濟快速發(fā)展，另一方面能源日趨緊缺，發(fā)展與能源之間的矛盾越來越突出，能源緊缺問題已成為社會發(fā)展中的重要問題，如何降低能耗、節(jié)約能源，各級政府也提出了更具體、更嚴(yán)格的量化指標(biāo)，對于各企業(yè)來說節(jié)約能源已是責(zé)無旁貸，因而近幾年各行各業(yè)的節(jié)能技術(shù)與節(jié)能產(chǎn)品不斷地得到推廣與應(yīng)用，其中變頻節(jié)能技術(shù)是主要節(jié)能技術(shù)之一，已被廣泛應(yīng)用于塑膠、水泥、化工、中央空調(diào)等領(lǐng)域。

　　塑膠行業(yè)是主要工業(yè)之一，其耗電在工業(yè)耗電中占有很大的比重，隨著市場競爭的日漸激烈，如何降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品市場競爭力成了各塑膠企業(yè)關(guān)心的問題，而在各企業(yè)生產(chǎn)成本中塑料設(shè)備用電占了很大部分，現(xiàn)有設(shè)備中存在很大的電能浪費，本文以深圳市國兆節(jié)能科技有限公司設(shè)計的國兆GZS系列節(jié)電器為例，講述了變頻節(jié)能技術(shù)在塑膠設(shè)備—雙工位擠出吹塑中空成型機節(jié)能改造中的應(yīng)用，并闡述了推廣該項節(jié)能技術(shù)的必要性和可行性。
　　
2 擠出吹塑中空成型機工作原理及構(gòu)成
　　
　　2.1 工作原理
　　吹塑中空成型機是中空制品的主要成型設(shè)備之一，主要有擠出吹塑中空成型機、注射吹塑中空成型機、拉伸吹塑中空成型機和不對稱吹塑中空成型機等類型，其中擠出吹塑中空成型機是采用擠出機單元的機筒加熱和螺桿的剪切作用使塑料塑化，旋轉(zhuǎn)的螺桿將塑化、均化后的塑料經(jīng)機頭擠出形成管坯，合模裝置將管坯夾緊后由切刀裝置將管坯切斷，在切斷前先進行預(yù)吹氣，主要是為了防止管坯壁粘連，合模吹氣裝置將管坯切口封死同時吹入一定壓力的空氣，使型坯緊貼模具腔內(nèi)壁，經(jīng)冷卻后去除廢邊，合模裝置分開，即獲得所需中空制品，流程圖如圖1所示。

圖1 擠出吹塑中空成型機工藝流程

　　2.2 主要構(gòu)成
　　擠出吹塑中空成型機主要由擠出機、機頭、合模裝置、吹氣裝置、液壓傳動裝置、加熱冷卻控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等構(gòu)成，設(shè)備外形圖如圖2所示。

圖2 擠出吹塑中空成型機設(shè)備外觀圖

　　機械裝置包括主要有擠出裝置（螺桿擠出機）、機頭、移模機構(gòu)、開合模機構(gòu)、升降機構(gòu)、吹氣裝置、坯料電熱切刀裝置和抬模頭裝置等；氣動裝置部分主要用于氣缸工作及制品的吹塑等；冷卻裝置主要采用冷卻水進行冷卻,冷卻水主要供模具、機筒、吹針等部位的冷卻用。
　　電氣控制系統(tǒng)主要有由擠出機電氣傳動控制系統(tǒng)、油泵電機傳動系統(tǒng)控制、機頭及擠出機的加熱與溫控系統(tǒng)、動作程序控制系統(tǒng)（PLC）、人機界面等組成，其示意圖如圖3所示。

圖3 擠出吹塑中空成型機電氣控制示意圖

　　
　　2.3 雙工位擠出吹塑中空成型機
　　如上文所述目前吹塑中空成型機主要有擠出吹塑中空成型機、注射吹塑中空成型機、拉伸吹塑中空成型機及不對稱吹塑中空成型機主要幾種類型，其中擠出吹塑中空成型機又分為單工位擠出吹塑中空成型機、雙工位擠出吹塑中空成型機及多層擠出吹塑中空成型機，其中雙工位擠出吹塑中空成型機主要用于冷卻時較長的中空制品，其具有兩套合模和移模裝置，在制品冷卻的同時另一套模具進行合模、成型動作，與單工位機型相比，雙工位機型在生產(chǎn)制品時充分利用冷卻時間，一方面提高了產(chǎn)量，另一方面也可保證質(zhì)量，本文就以雙工位擠出吹塑中空成型為例介紹變頻節(jié)能技術(shù)在此在設(shè)備中的應(yīng)用。
　　
3 雙工位擠出吹塑中空成型機的變頻節(jié)能改造
　　
　　3.1 變頻節(jié)能原理
　　雙工位擠出吹塑中空成型機原有系統(tǒng)中油泵電機始終以恒定速度運行,當(dāng)工藝所需的壓力變化時通過油路系統(tǒng)的比例流量來調(diào)節(jié),多余的液壓油則通過溢流閥卸回油缸,這樣并造成很大部份的能量浪費，由泵類負(fù)載工作特性可知泵的流量與轉(zhuǎn)速成比例關(guān)系，揚程與轉(zhuǎn)速成平方關(guān)系，電機軸功率與轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系,如下公式所示：
　　 Q2/Q1=N2/N1
　　 H2/H1=（N2/N1）2
　　 P2/P1=（N2/N1）3
　　 其中： Q—流量；
　　 N—轉(zhuǎn)速；
　　 H—揚程。
　　如圖4所示當(dāng)流量由QA減少到QB時由于管阻特性，工作點由A點轉(zhuǎn)移B點，消耗的功率與0QBBHB面積成正比，若采用變頻控制其管阻特性不變，工作點由A點轉(zhuǎn)移到C點，消耗的功率與0QBCHC面積成正比，從圖4可知采用變頻調(diào)速比采用閥門控制節(jié)能，且隨著轉(zhuǎn)速的降低電機功率成立方關(guān)系減少，如果能根據(jù)注塑工藝適時地調(diào)節(jié)油泵電機轉(zhuǎn)速即可達(dá)到節(jié)能目的。
　
　　目前三相異步電動機大多采用變頻調(diào)速，由電機同步轉(zhuǎn)速公式：
　　 n=60（1-S）f/p；
　　 其中: S—轉(zhuǎn)差率；
　　 f—供電頻率；
　　 p—極對數(shù)。
　　由上式知道通過改變電源頻率便可改變電機轉(zhuǎn)速,根據(jù)中空吹塑成型機的工藝調(diào)節(jié)油泵電機的轉(zhuǎn)速,從而使溢流閥的回流量減到最小,液壓系統(tǒng)輸出功率與生產(chǎn)所需功率相匹配,這樣便可達(dá)到節(jié)能目的,據(jù)不完全統(tǒng)計改造后其電機節(jié)電率可達(dá)25%～65%。
　　
　　3.2 電氣控制方案
　　雙工位擠出吹塑中空成型機電氣系統(tǒng)改造主要是通過采集它的合模、模頭上升、模頭下降、模架左移、模架右移、開模等動作信號，先將相關(guān)信號送給專用控制器運算處理，控制器輸出信號控制油泵電機變頻器，根據(jù)工藝參數(shù)調(diào)節(jié)油泵電機轉(zhuǎn)速，使油泵電機輸出功率與工藝所需的功率相匹配，從而實現(xiàn)節(jié)能，其控制系統(tǒng)示意圖如圖5所示。
　　
　　擠出吹塑中空成型設(shè)備在設(shè)計時對于工藝所需的最大速度和最大壓力一般都存在很大余量，實際生產(chǎn)制品時并沒有達(dá)到最大設(shè)計狀態(tài)，根據(jù)實際工況和產(chǎn)品工藝要求，適當(dāng)降低油泵轉(zhuǎn)速，減少供油量，這樣在不影響生產(chǎn)工藝前提下，油泵電機輸出的功率得到有效利用，減少電機電能的浪費，根據(jù)吹塑成型的工藝過程對油泵電機進行多段調(diào)速控制，例如在合模階段所需要壓力、速度較大時可適當(dāng)提高本段油泵轉(zhuǎn)速，而在開模、模架左移、右移等階段所需壓力、速度不高時，可適當(dāng)降低油泵電機轉(zhuǎn)速，但在每個工序階段時油泵轉(zhuǎn)速則保持恒定，采用這種控制方案，當(dāng)工藝參數(shù)調(diào)整時油泵輸出能夠保持穩(wěn)定，使用產(chǎn)品質(zhì)量與穩(wěn)定性都不會受到影響。
　　
　　3.3 國兆節(jié)電器介紹
　　3.3.1 產(chǎn)品介紹
　　國兆GZS系列節(jié)電器是由深圳市國兆節(jié)能科技有限公司根據(jù)吹塑成型設(shè)備工藝特點專業(yè)設(shè)計的一款節(jié)電器，有單電機變頻GZS-Z1系列、雙電機變頻GZS-Z2系列和多電機變頻GZS-Z3系列三種型，適用于各種不同吹塑成型設(shè)備，本產(chǎn)品采用國家專利技術(shù)設(shè)計，主要由信號采集、信號處理控制器、專用變頻器、節(jié)電與市電轉(zhuǎn)換電路等部分組成，國兆GZS系列節(jié)電器與市場上現(xiàn)有節(jié)電器比較具有以下特點：采用專用信號控制器，可以根據(jù)吹塑成型設(shè)備不同類型編寫相應(yīng)的控制軟件；采用多段速控制方式，可根據(jù)工藝要求分段調(diào)整變頻器運行頻率；采用專用變頻器，其過載能力強、響應(yīng)速快，加減速時間可達(dá)0.3s;具有電機過流、過壓、欠壓、掉電、過載、輸出短路等多種自動保護功能；具有穩(wěn)壓功能，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動時能自動調(diào)節(jié)輸出頻率達(dá)到穩(wěn)壓功能；采用專利控制技術(shù)，節(jié)電效果比一般模擬控制和變量泵控制方案更顯著等。
　　
　　3.3.2 設(shè)計特點
　　在電路設(shè)計方面主電路采用市電回路與節(jié)電轉(zhuǎn)換回路獨立設(shè)計（如圖6示），運行中若節(jié)電器出現(xiàn)故障可通過轉(zhuǎn)換開關(guān)直接轉(zhuǎn)換到市電回路運行，不會對生產(chǎn)造成影響。
圖6 國兆節(jié)電器電路示意圖
  　　控制電路方面其控制信號取自原設(shè)備各工序的開關(guān)量信號（電磁閥控制信號），經(jīng)節(jié)電器信號采集電路進行隔離處理后送給專用處理器處理，這樣控制信號不容易受外界干擾。
　　
4 節(jié)電器的應(yīng)用
　　
　　4.1 設(shè)備選型
　　東莞某容器有限公司主要生產(chǎn)各種塑料容器,共有15臺雙油泵雙工位擠出吹塑中空成型（型號為DHD-2L）,生產(chǎn)容量為2L容器,其中擠出機單元原有設(shè)備已帶變頻調(diào)速,現(xiàn)對其油泵電機進行變頻改造,其主油泵電機功率為22kW三相異步電機,輔油泵電機功率為7.5kW三相異步電機,選用國兆GZS-Z2-4T-0220kW（雙電機,主電機變頻器為22kW,輔電機變頻器為7.5kW）節(jié)電器進行改造。
　　
　　4.2 電路實現(xiàn)
　　油泵電機改造電路控制較為簡單，主電路保留原有設(shè)備中的星-三角降壓起動電路（對于22kW油泵電機），相當(dāng)于在原供電電源與電機起動電路之間串接節(jié)電器，其主電路如圖7所示?！　?
圖7 雙工位擠出吹塑中空成型機節(jié)能改造主電路示意圖
  　　其控制電路主要實現(xiàn)信號采集、信號處理、狀態(tài)指示、市電與節(jié)電間切換等功能，示意圖如圖8所示。
圖8 雙工位擠出吹塑中空成型機節(jié)能改造控制電路示意圖
  　　
　　4.3 參數(shù)設(shè)置
　　根據(jù)油泵電機工作特點，現(xiàn)對主油泵電機進行多段速控制，而輔油泵電機采用單段速控制，其中主油泵電機變頻器參數(shù)設(shè)置如附表所示。
　　
　　一個產(chǎn)品的吹塑成型工藝較為復(fù)雜,原有系統(tǒng)中油泵電機以恒定速度運行。
　　
　　4.4 設(shè)備調(diào)試與注意事項
　　其油泵提供的油量為額定值，各工序所需的實際油量通過比例閥、溢流閥調(diào)節(jié)實現(xiàn)，每個不同產(chǎn)品其各工序?qū)?yīng)的工藝參數(shù)在生產(chǎn)中一般不做很大的調(diào)整，系統(tǒng)改造后通過改變油泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)油量，因而調(diào)試時應(yīng)將節(jié)電器與吹塑成型機兩者配合一起調(diào)試才能達(dá)到最佳節(jié)電效果，系統(tǒng)調(diào)試時注意思以下方面：
　　
　　4.4.1 調(diào)試前準(zhǔn)備
　　節(jié)電器安裝完畢后在通電前應(yīng)先檢查電路是否正確，尤其是主電路應(yīng)注意其輸入線與輸出線是否接反，否則嚴(yán)重時會損壞節(jié)電器，原有設(shè)備中電機降壓啟動電路（采用Y-△起動較多）應(yīng)保持不變，若有其它電路供電電源連在電機Y-△啟動電路接觸器的前端，改造時應(yīng)將其移到節(jié)電器的電源端并注意電壓等級，否則會造成設(shè)備不能正常運行，另外還應(yīng)檢查控制信號電路,注意控制信號的極性及伏值是否對應(yīng),確認(rèn)無誤后才可通電并觀察節(jié)電器電源指示燈是否指示正常。
　　
　　4.4.2 市電狀態(tài)調(diào)試
　　節(jié)電器通電后先進行“市電”調(diào)試，將節(jié)電器設(shè)備選擇開關(guān)拔至“市電”狀態(tài)，啟動設(shè)備油泵電機，進行手動狀態(tài)調(diào)試，分別手動執(zhí)行開模、合模、模左移、模右移等各個動作，同時觀察節(jié)電器信號采集指示燈是否對應(yīng)指示，此時吹塑成型機各個動作將根據(jù)手動指令執(zhí)行，調(diào)試時若發(fā)現(xiàn)吹塑成型機合?；蜷_模等無任何動作時，則可能為油泵電機反轉(zhuǎn)，可判斷油泵電機是否反轉(zhuǎn)，若反轉(zhuǎn)應(yīng)先切斷電源后調(diào)整市電接觸器輸出線，手動調(diào)試正常后可結(jié)合產(chǎn)品進行試生產(chǎn)，當(dāng)生產(chǎn)出的制品質(zhì)量、性能均滿足工藝要求后可進行節(jié)電狀態(tài)調(diào)試，先停止油泵電機將節(jié)電器設(shè)備選擇開關(guān)拔至“節(jié)電”狀態(tài)。
　　
　　4.4.3 節(jié)電狀態(tài)調(diào)試
　　節(jié)電器處于“節(jié)電”狀態(tài)調(diào)試時要根據(jù)工藝參數(shù)設(shè)定調(diào)整，一般原則是節(jié)電器運行頻率先根據(jù)經(jīng)驗值設(shè)定好（如附表），再根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的類型調(diào)節(jié)吹塑成型合模、開模、模架左移或右移等對應(yīng)的工藝參數(shù)，節(jié)能狀態(tài)時各參數(shù)值比市電狀態(tài)設(shè)定要求稍大些，以不超過10%為宜，如果調(diào)整工藝參數(shù)還不能滿足要求時,可適當(dāng)調(diào)整節(jié)電器對應(yīng)段的運行頻率,直至節(jié)電狀態(tài)生產(chǎn)出制品的各相指標(biāo)均符合要求為止。
　　
5 節(jié)能效果分析
　　
　　根據(jù)實測數(shù)據(jù)，改造前油泵電機（兩個電機額定功率分別為22kW和7.5kW）每小時共耗電17.5kW•h，改造后每小時共耗電為11.5kW•h，電機總節(jié)率為34.2%，該廠設(shè)備平均每月開機26天，每天22小時，則:
　　 每月節(jié)約用電:
　　 =（17.5-11.5）×22×26=3432kW•h；
　　 每年節(jié)約用電：
　　 =3432×12=41184kW•h；
　　 每度電平均以0.9元計算，每臺設(shè)備每年節(jié)約成本約4萬元；
　　 該企業(yè)15臺中空吹塑成型機改造至今設(shè)備運行穩(wěn)定，未出現(xiàn)故障，改造后生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量性能均能達(dá)到工藝要求，設(shè)備總投資約50余萬元，每月節(jié)約5萬元，約10個月便收回投資。
　　
6 結(jié)束語
　　
　　目前塑膠行業(yè)中大多設(shè)備仍采用液壓傳動，其中油泵電機耗電占了很大比重，實際應(yīng)用證明采用變頻節(jié)能改造技術(shù)降低能耗、節(jié)約成本是可行的，也很有必要，另一方面變頻節(jié)能技術(shù)也不斷成熟和改善，在各行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛，上文所述的節(jié)能技術(shù)在吹塑成型設(shè)備中應(yīng)用供業(yè)內(nèi)相關(guān)人士交流與參考。