一、注塑机节能改造的必要性和可行性研究

随着塑胶制品的大量应用，塑胶行业的发展迅速，同时，其竞争也越来越激烈。如何使自己在竞争中取得先机，是每一位人士都在思考的问题。

在注塑行业中，注塑机是一种通用型机械。传统设计上，考虑到其通用性，设计时是以其 容量为标准的。而在实际加工中，常常出现大马拉小车的现象，由此造成的电能无功消耗相当严重。经过分析其工作过程我们发现，合理地利用油泵电机的功率可以大大减少电能耗损，从而使大力的降低成本为可能。

注塑机的工艺过程一般分为锁模、射胶、熔胶、保压、冷却、开模等几个工段。随产品和加工工段的不同，各段需要不同的工作压力。因此对于油泵马达而言，在注塑过程当中负载是在不断变化的。例如一台CLF-600T(油泵电机55KW)注塑机在生产某种塑件时，整个工艺周期为43.1秒，经现场实测，其中各工艺所需时间和油泵电机负载电流如下：

1) 锁模/射台前进： 4.1秒 75A。

2) 射胶： 5.5秒 52A

3) 保压： 9秒 52A

4) 冷却/储料： 23秒 52A ( 前9.1秒 )

46秒 46A ( 后13.9秒 )

5) 开模/射台后退： 3.7秒 75A

由此可见，系统各工段油泵实际所需功率变化很大，特别是在射胶后的保压和冷却段。设备所用的55KW油泵电机利用效率很低。并且在设备运行中，系统有大量的时间处于待机状态，电机空转。相当部分电能变成了无功功率，降低了电网质量，造成了电能损失。现有注塑机的液压系统绝大部分为定量泵，其油泵马达以恒定的转速提供恒定的流量，多余的液压油通过溢流阀回流，此过程称为高压节流。高压节流效率一般为60%-70%，能量损失多达30%—40%。同时由于液压油长期的全速流动，与液压件，机械件的剧烈磨擦，造成油温过高，噪音过大等不良现象，同时还使得机械寿命缩短。

针对高压节流耗能现象，部分注塑机厂家已研制出定量泵加变量泵的注塑机。由于定量泵液压系统改造为两泵液压系统工程浩大，成本过高，技术复杂等原因，欲将注塑机非原有的定量泵液压系统改造成为两泵液压系统是不切合实际的。如果在注塑机工作的各个时段合理地利用好油泵马达的功率，减少其空载的能耗，势必能节约大量电能，使企业通过节省电能降低成本成为可能。

我公司在此基础上，根据变量泵液压系统相似原理研制出注塑机专用节能控制系统。它可广泛应用于各种规格，各种品牌，以液压传动的定量泵注塑机。对注塑机进行改造后，整体的节能效果可达30%-60%，并具有安全可靠，操作简易，成本较低等优点。

二、节能原理

在油泵油压系统中，液压油的流量(Q)与泵轴转速(N)轴输出功率(P)之间依据以下关系式：

Q=N M=N² P=N³

传统定量泵注塑机通常在需要改变负载流量和压力时，是用阀门调节功率变化，大量能量以压力差的形式损耗在阀门上。由上面公式可知，只要改变转速，则流量Q成比例改变 而功率P以立方量数变化。倒如，Q’ = 1 / 2 Q ,P ” = 1 / 8 P,轴上功率仅为额定时的12.5%，理论节能率可达87.5%。因此，在注塑机工作过程，针对其不同时段压力需求的不同，适时改变油泵马达的转速，便可以动态地调节输出功率同，从而达到了节省电能的目的。

三、注塑机控制系统原理

本系统的核心采用我公司开发的节能控制器和海利变频器。在注塑机工作过程中，将油泵马达的压力和流量信号导出，经由控制器输出相关信息到变频器。变频器通过改变频率，不断高速电机的转速，使电机在整个变化的负荷范围内的能耗达到所需的最小程度，并确保电机平稳， 的运行。如下图所示：

同步信号

海利普 VVVF 变频器

油泵电机

本系统的特点：

1) 系统采用闭环控制方法，压力和流量自动跟踪，能方便地满足注塑工艺要求。

2) 本系统和原有系统共存，原有系统具备的功能仍然存在，操作上和原有操作方式一样。本系统只对原有系统的马达控制部分起作用，系统能根据原有系统的工艺要求，调整马达的输出，使整个控制系统处于最经济工作状态。当该系统出现故障时，能方便地将工作系统切换到原系统。即：工频和变频能相互切换，能够动态地调节系统。

四、 海利变频系统的其他优点

● 电机软启动

本系统采用 的变频控制技术，使电机启动达到软启动方式，减轻了设备之间的机械冲击。同时减轻了噪音，并可延长设施和模具的使用寿命，没有电机在通常启动方式 时较大的冲击电流。使用相同的功率的电机，在省电的同时，还可以大幅度降低由于电机通常方式运行时冲击电流对供电变压器容量的要求。

● 功率因数补偿

无功功率不但增加线损和设备的发热量，更主要的是因为功率因数的降低导致有功功率的降低。

根据公式：

S = ( P ²+Q ² ) ½ , Q = S × sin Φ, P = S × cos Φ

S – 视在功率， Q-无功功率， P-有功功率， cosΦ功率因数

我们可知，功率因数(cos Φ)越大，有功功率(P)值越大，普通定量泵注塑机cos Φ值在0.6-0.8之间，而使用本系统后，cos Φ值接近1。从而减小了无功损耗，增大了电网的有功功率，同时也避免了因数低于有关标准而必须进行的电网的功率因素补偿。

● 无高压节流能量损失

根据注塑成型机的工艺要求，利用注塑机同步信号及电气控制来调节注塑机的压力比例和流量比例阀，将传统的定量泵改变成节能型变量泵，将通过溢流阀的回流流量降到最少，液压系统输出与整机运行所需功率匹配，减少了高压节流溢流能量损失。

五、实例分析

以中山小榄某厂CLF-600T(油泵电机55KW)注塑机在生产某种塑件时，使用本系统前后的能损耗图为例分析如下：

耗能计算：

依据公式：W=I ²RT , 可知：

节能前的耗能W1 = (48 ²×R×4.1+77 ²×R×5.5+68 ²×R×9+65 ²×R×9.1+48 ²×R×13.9+48 ²×R×3.7)/3600=45R

节能前的耗能W2 = (15 ²×R×4.1+45 ²×R×5.5+55 ²×R×9+50 ²×R×9.1+35 ²×R×13.9+15 ²×R×3.7)/3600=23R

由此得到的节能率 = ( W1 - W2 ) / W1 = 50%

每小时的节电量 = 5 5 × 50 % × 1 = 27.5度

该节能改造投入资金为40000元，每月28个工作日，每度电0.8元，以下面三种情况进行核算：

(1) 如果每天开机12小时，则：

每月节约量=27.5 × 12× 28× 0.8 = 7392元

这样5 . 3个月可全部收回投入资金。

(2) 如果每天开机16小时，则：

每月节约量=27.5 × 16× 28× 0.8 = 9856元

这样4个月可全部收回投入资金。

(3) 如果每天开机24小时，则：

每月节约量=27.5 ×24× 28× 0.8 = 14784元

这样2 . 7个月可全部收回投入资金。

由以上的计算和分析我们可以知道，经过变频节能改造后，一般2-5个月内即可收回投入的资金。企业通过变频节能改造，降低了能耗，节约了成本，延长了机器的使用寿命，为企业提高经济效益和竞争能力提供一条积极可行之路。

注塑机节能改造可行性分析

A：以下有客户提供的注塑机改造前的工作数据;

1. 注塑机油泵电机功率为55KW/h. 6.锁模为 5.1秒.

2. 日工作时间为24小时. 7.射胶为 6.5秒.

3. 月工作日为30天. 6.保压为 15秒.

4. 每度电单价为0.88元. 9.冷却为 40秒.

5. 注塑机一个工作周期为70秒. 10.开模为 5秒.

B: 根据以上几点<1-4>，可以得出注塑机改造前每月需要的电费.

电机功率×工作时间×电费单价=55×(24×30)×0.88=34848(元)

C：该节能改造投入资金为50000元.

D: 根据注塑机工作数据的第<5-10>点来推算。注塑一个周期是71.6秒，需要油泵电机工作的时间为31.6秒，冷却时间为40秒。但改造前，注塑机在保压冷却时油泵电机都在工作，在此段时间内的能量白白浪费了。我们可以通过变频节能改造使油泵电机在保压和冷却时低速运转。根据我们实践的经验，通常改造后电机在保压过程中耗电量相当于改造前的70%，冷却过程中耗电量相当于改造前的50%。

假设改造前每一周期耗电量为55*71.6=3938个单位，则改造后耗电量如下：

(5.1+6.5+5)*55*100%+15*55*70%+40*55*50%=2590个单位

由此可预估出注塑机的节能效果

(3938-2590)÷3938=34。23%

月工作时间×每小时节电量×电费单价=每月节省的电费

(24×30)×(55×0.3423)×0.88=11928(元)

E：根据可以得出投入资金收回的时间

改造投入资金÷每月节省的电费=资金收回时间

50000÷12196.8=4.19个月

变频器一般寿命8至10年，长期效益可观。