在當(dāng)前對環(huán)保訴求日益高漲的環(huán)境需求及政策鼓勵下,各種節(jié)能設(shè)施、設(shè)備或技術(shù)等在近幾十年一直備受重視,如注塑機(jī)領(lǐng)域的伺服節(jié)能技術(shù)。
臺灣地區(qū)前三大塑料注塑機(jī)器設(shè)備企業(yè)富強鑫集團(tuán)注塑事業(yè)部早在2008年前就開始醞釀節(jié)能系統(tǒng)在注塑機(jī)的運用,于2008年2月開始第一批伺服節(jié)能環(huán)保型注塑機(jī)量產(chǎn),這批機(jī)器實現(xiàn)了高節(jié)能、高精度、高應(yīng)答、低噪音、低油溫等優(yōu)異特性,在理想狀態(tài)下,與變量泵機(jī)種相比,節(jié)能達(dá)40%,與傳統(tǒng)定量泵機(jī)種相比,節(jié)能達(dá) 70-80%,隨后陸續(xù)將伺服節(jié)能系統(tǒng)拓展至其它不同機(jī)種,包括快速機(jī)、電木機(jī)以及大型兩板機(jī)等,對于客戶端每年電費節(jié)省至少50-60%以上。
伺服節(jié)能技術(shù)概述早期注塑機(jī)以全液壓式為主,對于節(jié)能及環(huán)保的貢獻(xiàn)明顯較弱,全電注塑機(jī)是節(jié)能與環(huán)保貢獻(xiàn)上最具代表性的設(shè)備技術(shù),兩者主要差異上在于伺服馬達(dá)的使用,而油電混合注塑機(jī)兼具液壓與伺服之優(yōu)點。
此外,油壓機(jī)在長時間維持高壓、高出力時仍有全電機(jī)無法完全取代的優(yōu)勢,因此具節(jié)能環(huán)保的全液壓系統(tǒng)也是現(xiàn)階段最具潛能的設(shè)備技術(shù)。
傳統(tǒng)定量泵與伺服系統(tǒng)之差異注塑機(jī)從標(biāo)準(zhǔn)動作上可分解成鎖模、射膠/保壓、加料、冷卻、開模、頂出等幾個階段,各個階段皆需要提供不同且適當(dāng)?shù)膲毫土髁?,對油泵馬達(dá)而言,注塑機(jī)成型過程是屬于變化的負(fù)載狀態(tài)。
在定量泵的液壓系統(tǒng)中,馬達(dá)以恒定轉(zhuǎn)速持續(xù)提供恒定流量,盡管通過比例式壓力流量比例閥(EFBG)可達(dá)到各階段所需壓力及流量比例配置的結(jié)果,但控制所需之外的液壓油仍須排回油箱。對注塑機(jī)而言,輸出功耗造成的電力消耗是持續(xù)性的,也就是說若注塑機(jī)處待機(jī)狀態(tài),定量泵仍不斷提供恒定的流量并直接排回油箱,形成相當(dāng)大且不必要的電力耗費。伺服系統(tǒng)的控制技術(shù)可改善上述定量泵液壓系統(tǒng)的缺點。伺服馬達(dá)通過編碼器傳輸信號回饋至驅(qū)動器進(jìn)行精準(zhǔn)的回轉(zhuǎn)控制,使受控液壓油之流量需求經(jīng)油泵直接輸出,也就是說輸出流量的大小是通過精準(zhǔn)轉(zhuǎn)速的增減控制來獲得。
液壓油壓力控制方面則通過油泵上串聯(lián)的壓力傳感器,將壓力信號結(jié)果傳遞回饋至驅(qū)動器端進(jìn)行連續(xù)的閉回路控制,以達(dá)到壓力精準(zhǔn)控制的目的,如此一來,伺服控制系統(tǒng)就可精準(zhǔn)的提供注塑成型各階段所需要的壓力與流量,比較定量泵系統(tǒng),可大幅降低輸出的電力消耗。
注塑成型節(jié)能原理從注塑成型各階段電力消耗狀態(tài)來看,加料及冷卻兩階段屬于長時間動作,其電力最值得節(jié)省,尤其是冷卻,伺服系統(tǒng)對注塑機(jī)而言完全不需做功,換言之,產(chǎn)品成型周期中冷卻時間越長,節(jié)能效益就越顯著。
注塑機(jī)伺服節(jié)能系統(tǒng)之構(gòu)成一般應(yīng)用于全液壓注塑機(jī)伺服節(jié)能系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成為三大組件:伺服馬達(dá)、驅(qū)動器及油泵組。
伺服馬達(dá)分為AC感應(yīng)伺服與永磁式伺服(同步伺服);驅(qū)動器的控制技術(shù)依據(jù)馬達(dá)特性分為變頻控制及伺服控制;油泵類型常見有齒輪泵、柱塞泵、葉片泵,齒輪泵包括外齒輪、內(nèi)齒輪及螺旋式。除上述標(biāo)準(zhǔn)三大構(gòu)成組件以外,伺服控制系統(tǒng)尚需要下列附屬配件:
1、控制卡(ControlCard)有些稱PG卡,用于通訊接口之溝通與轉(zhuǎn)換,使編碼器信號回饋至該卡進(jìn)行轉(zhuǎn)速的向量控制。
2、編碼器傳輸線(Encoder)傳遞編碼器上各端子信號至驅(qū)動器端,其驅(qū)動器端常用9pinD-sub作為通訊溝通接口。
3、制動電阻(BreakResistance)又稱剎車電阻或回升電阻,避免馬達(dá)急轉(zhuǎn)急停時因馬達(dá)逆轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的電流直接回充至驅(qū)動器端,造成驅(qū)動器燒毀,制動電阻將消耗此回充電流轉(zhuǎn)成熱放走。
目前已開發(fā)對回充電流進(jìn)行電力儲存并可重復(fù)利用的技術(shù),是節(jié)省能源的一大進(jìn)步。