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节能是中空成型机的主要发展方向,特别对大型中空成型机尤为重要。在我国,大型中空成型机主要指200L～1000L的中空成型机。大型中空成型机的结构、控制系统、动力系统等与中、小型中空成型机有一定的区别, 节能技术也有所不同。节能技术的运用和开发,目的是为了提高制品的质量, 降低制品成本, 提高社会效益。
大型中空成型机节能技术的要点
大型中空成型机主要用于成型 IBC（Intermediate Bulk Container）集装桶。大型中空成型机主要包括挤出塑化机构、合模机构、模头、吹胀系统、制品取出装置、动力驱动系统、型坯壁厚控制系统等部件。大型中空机采用“挤出吹塑”工作原理，粒状或粉状的塑料经挤出机塑化达熔融状态进入机头，当机头储料量达预定值时，机头口模打开，电气控制系统根据设定的型坯壁厚曲线，调整口模与芯模的间隙大小，进行多点型坯壁厚控制，同时注射油缸将熔融物料压出，形成制品型坯，模具合模后吹气，型坯在模具内成型为中空制品，冷却定型后开模，由机械手取出制品。挤出塑化机构为电驱动,合模机构及型坯壁厚控制油缸为系统液压驱动。挤出塑化机构根据挤出率、功能及设计需要,挤出机可为一个,也可为多个。挤出率及挤出量大,制品冷却时间长,型坯壁厚控制点多,这是大型中空制品成型的主要特点。在塑化机构、合模机构、注射系统、动力驱动系统等三方面进行节能技术开发,是大型中空成型机节能的要点。 （图片） 节能液压驱动系统
流量比例和压力比例控制的双比例控制的节能技术是随着成型技术的发展及控制性能的提高而发展起来的。比例阀达到了无级灵活调节，同时显示出了节能的性能。但因采用定量泵供油，工作过程中始终存在与流量有关的能量损失，特别是冷却过程中，这部分的流量能耗处于最大值。系统的应用，提高了自动控制技术及成型性能,在中空成型过程中节能明显，在节能与性价比方面具有一定优势。
变频节能液压驱动系统是近年来IBC中空成型机节能的重要的科技进步。IBC中空成型机节能液压驱动系统最明显的特点是变频节能技术的运用,成型节电率可达25～65%。变频节能在节能改造中得到了较多的推广应用。变频节能是通过改变电源频率达到改变电机转速,使油泵输出的流量与工况相匹配,使溢流阀的回油量减到最小,输出的功率与生产所需的功率相匹配,达到节能的目的。对于单工位大型中空成型制品,因冷却定型时间较长,节能效果尤为显著。
高响应的交流伺服电机驱动定量泵系统是近年发展的一种先进的高性能节能系统。解决了变频调节技术通过调节液压泵的转速，响应速度慢的性能,同时由于其本身运转的特性提高了电力的利用效率。伺服电机驱动系统，由于伺服电机不使用永久磁铁结构，且由于转矩及惯量的密切配合下，又在低惯量的转子的配合下，免除了脉动转矩,在速度范围内有着良好的加减速度动态反应特性。因转矩是由感应式电流产生,具有完满磁性分布之高密度磁通所生,能保持非常低的转矩波动,在非常低的速度下也可有大的定转矩区,达到恒定的流量输出。液压系统基本上不需冷却水，对于冷却定型时间长的大型中空制品，节能可达80%。冷却时电机处于停转状态，更能发挥出节能特性,提高系统的精密控制性能。交流伺服电机的最高转速可达4000r/min,从理论上讲,与之相配的液压泵的排量可根据最高转速选择, 选用比一般系统中应用的更小排量的液压泵,降低系统中应用液压泵的成本。但目前一般液压泵的最高转速为1800r/min, 同时,考虑到液压泵的高速工作噪音及使用寿命,选用液压泵的工作转速低于1800r/min、较大排量的液压泵与伺服电机组成动力驱动系统, 所以还不能充分发挥交流伺服电机能高速运转的优良特性,提高了驱动系统的成本。
挤出塑化节能
提高比流量，降低比功率，是挤出节能最明显的标志技术参数。大型中空机所配置的挤出机，其加工的原料一般主要是HMWPE，若采用常规设计，则其塑化效率明显不足。国内生产的150/25挤出机在加工HMWPE粉料时，其塑化能力仅为250kg/h，单位能耗高。在国外，尤其是在德国，许多大的中空机制造企业早已采用带强迫喂料结构、强制冷却段结构的IKV单螺杆挤出机。IKV结构的挤出机在相同长径比条件下，其塑化量较常规设计提高50％以上，且挤出量稳定，加之合理的屏障段和混炼段设计，能获得高的塑化质量。国际上IKV结构的螺杆直径120mm挤出机，在加工HMWPE，并且是70％的新料（粉料）与30％的粉碎料混合的条件下，挤出机的比流量均达到7~8(kg/h)/(r/min)，而名义比功率均在0.3(KW/(kh/h))，属于高效节能的挤出机。在国际上，大型挤吹中空塑料成型机上配制的挤出机早已采用了带强制喂料强制冷却的“IKV”结构。
采用带有水冷却的闭槽进料式塑化装置，螺杆塑化能力大幅度提高；采用先进的节能调速系统,提高能量利用率。以往大多采用高能耗的直流调速或电磁调速技术控制挤出转速,近几年开始采用节能的交流变频控制技术,在调速范围、动态响应、智能控制功率因数、工作效率等方面都是以往调速方法无可比拟的。变频调速同比整流子电机节能20%～30%,同比滑差电机节能50%以上,降低了吨塑料制品电费。伺服同步电机控制是一种新的挤出塑化节能高性能系统,越来越受到人们的重视。伺服电机的同步性能,功率因素几乎达到1,电能利用率极高,同比异步电动机效率提高约8%。伺服调速同比变频调速节能30%以上。
节能合模机构
大型中空机的合模机构，近年来主要变化是进一步向节能化方向发展。合模机构应具有运动精度高、速度快、容模量大、装卸模具容易等性能。由早期的四板液压直动式发展到现在使用广泛的四拉杆三板联动式，以及更先进的斜对称二拉杆三板联动式。主要的节能特点是将快速移模缸与增压缸分开，即用较小的油缸实现三块模板联动的快速移动，模板合拢，增压缸进行高压锁模，起到既缩短了移模时间，又达到节能效果。
销锁式无拉杆合模机构是近年来发展起来的一种新颖节能合模机构，具有锁模力分布均匀、运动精度高、装卸模具容易、容模量大、节能等特点。移模运动副采用摩擦系数小、运动平稳、运行精度高的滚珠直线导轨，动力驱动由较小的移模油缸或伺服电机通过滚珠丝杆来实现。采用伺服电机驱动移模机构,具有高刚性、高精度、高灵敏度的运动性能,同时显示出了伺服同步电机的高效节能的性能。高压锁模是一模板上的插销插入另一模板上的锁紧套后，分布在一模板左右两侧的两对以上的锁模油缸拉紧另一模板实现高压锁模，反之，则为高压开模。贝克姆（Bekum）公司生产的1000L及500L（6层）中空机均采用两板销锁式机构合模装置，运动副采用了滚柱直线导轨，具有刚性高，运动精度高，运动轻快的特点，合模力是由位置可调的销锁缸来实现,显示出了低能耗高性能的现代大型中空机发展的特点。
节材节能的高性能型坯壁厚控制
直观反映出制品成型能耗的标志是,同一规格的制品,在保证质量的前提下,制品重量轻,即成型能耗低。中空成型制品,特别是大型中空制品,要达到既要降低制品重量,又要提高制品性能,必须通过精确的控制型坯壁厚来实现。型坯壁厚控制分为轴向控制(AMDS)和径向控制(PMDS)。轴向壁厚控制的作用是通过使芯模根据预设位置作轴向运动而改变模头的开口量来达到改变坯厚的目的,根据制品不同的吹涨比沿轴向获得不同的厚度, 从而保证最终制品有比较均匀的壁厚分布。轴向壁厚控制虽能改善制品的壁厚分布，但由于其排出的型坯在水平截面内仍呈等厚圆形，对部分在某一对称方向有较大拉伸要求的制品则显得不是最佳。径向控制技术可以使挤出的型坯在某要求的区段内呈非圆截面的变化。轴向壁厚控制与径向壁厚控制的联合作用，可获得最佳的型坯，亦可获得更为理想的制品壁厚分布,减轻了制品的质量,同时提高了制品的性能,特别对于径向非圆截面类中空制品,明显提高了整体强度和刚度。以200L双L全塑工业桶容器为例，至少可节省5%-10%的原料。对于1000L以上的中空机，由于制造上的困难，设备制造厂家一般也不提供径向壁厚控制装置的设备选项。大型中空机一般都具有轴向型坯控制功能，其控制点从24点到256点不等。由于径向壁厚控制装置价格高昂, 限制了用户广泛的选用。要达到高性能的大型中空制品, 径向壁厚控制装置是不可缺少的。
其它有关节能技术
缩短吹塑冷却成型时间。提高吹气压力，使用低温干燥高压空气吹塑，是缩短吹塑冷却成型时间及提高制品质量的关键。挤出机筒加热装置采用铸铝加热圈加保温隔热材料及不锈钢护罩。储料缸加热采用陶瓷加热圈加热方式。
结语
大型中空成型机节能技术开发一定要和提高制品的性能结合起来, 才能有前途。那种只着眼于整机的成本, 而放弃对节能新技术的开发和应用, 是不可取的。例如, 伺服同步电机的应用, 目前必然会提高整机成本, 但能成型出高性能的制品, 产生良好的社会效益,是很有前途的。在开发过程中, 努力降低制造成本, 提高性价比, 才是可取的。节能技术的开发应用是我国大型中空成型机上档次的一个重要方面。
7/22/2008
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