1  引言
    當(dāng)今社會一方面經(jīng)濟(jì)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(jī)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(jī)工作原理及構(gòu)成
2.1 工作原理
    吹塑中空成型機(jī)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(jī)、注射吹塑中空成型機(jī)、拉伸吹塑中空成型機(jī)和不對稱吹塑中空成型機(jī)等類型，其中擠出吹塑中空成型機(jī)是采用擠出機(jī)單元的機(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)工藝流程

 2.2 主要構(gòu)成    
    擠出吹塑中空成型機(jī)主要由擠出機(jī)、機(jī)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。

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圖2  擠出吹塑中空成型機(jī)設(shè)備外觀圖

    機(jī)械裝置包括主要有擠出裝置（螺桿擠出機(jī)）、機(jī)頭、移模機(jī)構(gòu)、開合模機(jī)構(gòu)、升降機(jī)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(jìn)行冷卻,冷卻水主要供模具、機(jī)筒、吹針等部位的冷卻用。
    電氣控制系統(tǒng)主要有由擠出機(jī)電氣傳動控制系統(tǒng)、油泵電機(jī)傳動系統(tǒng)控制、機(jī)頭及擠出機(jī)的加熱與溫控系統(tǒng)、動作程序控制系統(tǒng)（PLC）、人機(jī)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(jī)電氣控制示意圖

2.3 雙工位擠出吹塑中空成型機(jī)
    如上文所述目前吹塑中空成型機(jī)主要有擠出吹塑中空成型機(jī)、注射吹塑中空成型機(jī)、拉伸吹塑中空成型機(jī)及不對稱吹塑中空成型機(jī)主要幾種類型，其中擠出吹塑中空成型機(jī)又分為單工位擠出吹塑中空成型機(jī)、雙工位擠出吹塑中空成型機(jī)及多層擠出吹塑中空成型機(jī)，其中雙工位擠出吹塑中空成型機(jī)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(jìn)行合模、成型動作，與單工位機(jī)型相比，雙工位機(jī)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(jī)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(jī)原有系統(tǒng)中油泵電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速即可達(dá)到節(jié)能目的。

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圖4  變頻控制與閥門調(diào)節(jié)比較

    目前三相異步電動機(jī)大多采用變頻調(diào)速，由電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速,根據(jù)中空吹塑成型機(jī)的工藝調(diào)節(jié)油泵電機(jī)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(jī)節(jié)電率可達(dá)25%～65%。