1 前言

節(jié)能技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用是注塑包裝機發(fā)展的又一突出重點。節(jié)能技術(shù)的研發(fā)重點是伺服動力驅(qū)動節(jié)能系統(tǒng)、塑化加熱節(jié)能系統(tǒng)、節(jié)能執(zhí)行機構(gòu)。能量的回收利用成為節(jié)能技術(shù)研發(fā)的又一個重要課題。

2 伺服節(jié)能液壓動力驅(qū)動系統(tǒng)

交流伺服電機驅(qū)動定量泵系統(tǒng)是近年發(fā)展的一種先進(jìn)的高性能節(jié)能系統(tǒng)。注塑包裝機的能耗性能主要反映在動力驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式及能量轉(zhuǎn)換效率，以及驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式上。伺服電機驅(qū)動液壓泵節(jié)能動力驅(qū)動系統(tǒng)主要有以下幾種型式：交流伺服電機驅(qū)動螺桿泵系統(tǒng)；交流伺服電機驅(qū)動內(nèi)嚙合齒輪泵系統(tǒng)；交流伺服電機驅(qū)動柱塞定量泵系統(tǒng)；交流伺服電機驅(qū)動柱塞變量泵系統(tǒng)；交流伺服電機驅(qū)動雙排量變量柱塞泵系統(tǒng)；交流伺服電機驅(qū)動負(fù)載敏感泵系統(tǒng)。

根據(jù)注塑包裝機的特點進(jìn)行創(chuàng)新拓展，提升注塑包裝機的性能和擴大其應(yīng)用范圍，達(dá)到高性能和高效節(jié)能，是注塑機科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢，也是進(jìn)一步研發(fā)的課題。

高性能的伺服變速動力控制系統(tǒng)，在成型過程中針對不同的壓力流量，調(diào)整相應(yīng)的頻率輸出，形成對壓力、流量的精確閉環(huán)控制，實現(xiàn)對塑機能量需求的自動匹配和調(diào)整，可節(jié)省電量40%～80%，同時提高系統(tǒng)的精密控制性能。提高其成型功能和擴大成型能力，可達(dá)到節(jié)能和性能的雙重優(yōu)勢，使注塑機升級。機筒加熱節(jié)能潔凈環(huán)保化。

傳統(tǒng)的電阻絲加熱圈本體向外表面散發(fā)熱量，熱效率僅為40～60%，周圍環(huán)境溫度高，不但浪費能量，而且影響周圍的工作環(huán)境，造成環(huán)境污染及交叉污染，降低了成型包裝制品的潔凈度。機筒加熱潔凈環(huán)?；凸?jié)能化成為成型潔凈注塑包裝制品的機筒塑化加熱的研發(fā)重點。

3 節(jié)能潔凈化機筒電磁感應(yīng)加熱裝置

電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)的工作原理是高頻電磁感應(yīng)加熱使機筒本身自行高速發(fā)熱，熱能是由料筒金屬整體產(chǎn)生，溫度控制實時準(zhǔn)確，料筒內(nèi)外溫度一致，明顯改善了產(chǎn)品的質(zhì)量和提高了生產(chǎn)效率，熱效能遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的加熱元件，溫度控制實時準(zhǔn)確，塑化節(jié)電率可達(dá)30~50%。

使用電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)后，表面的溫度在50℃以下，避免傳統(tǒng)電阻發(fā)熱圈加熱方式輻射到空氣中的能量，可顯著降低環(huán)境溫度，杜絕了因表面高溫引燃附著物發(fā)生不安全事故，不會燒焦吸附在它表面的塑料顆粒、油污、灰塵等異物，不會產(chǎn)生有害氣體，保證了成型制品不受環(huán)境污染。

4 機筒智能補償加熱節(jié)能系統(tǒng)

機筒加熱圈仍采用常規(guī)的電阻絲加熱圈，加熱圈外側(cè)包覆智能補償加熱節(jié)能罩。智能補償加熱節(jié)能罩由高溫絕緣罩、散熱罩、中空纖維儲能隔熱棉、鈦合金編織層、熱激發(fā)自生熱層等組成。控制裝置由熱激發(fā)定時器、熱激發(fā)附件、熱激發(fā)轉(zhuǎn)換器等組成。熱激發(fā)自生熱層采用航天熱激發(fā)材料。航天熱激發(fā)材料由四十多種稀有金屬和稀土組成，在高負(fù)壓狀態(tài)、超高溫、超音頻磁力線穿透等條件同時具備的條件下可改變自身特性，可使混合物在自然環(huán)境下當(dāng)溫度超過121℃時，在超音頻磁場作用下自身發(fā)熱，其自身溫度和環(huán)境溫度的差保持在10℃～30℃之間。

當(dāng)機筒加熱圈工作溫度超過121℃時，在超音頻磁場的作用下，熱激發(fā)材料自身發(fā)熱，其自身溫度隨料筒設(shè)定溫度的高低而變化。當(dāng)產(chǎn)生多余熱量時會被鈦合金中空纖維儲能隔熱棉吸收，當(dāng)環(huán)境溫度低于鈦合金中空纖維儲能隔熱棉時，它會釋放多余的熱量，從而達(dá)到為加熱圈補熱的功效。實踐證明：采用本技術(shù)，發(fā)熱效率高，節(jié)能40%-80%；降低環(huán)境溫度；少用降溫設(shè)備，二次節(jié)電；熱能得到充分利用，減少預(yù)熱時間，提高工作效率；可使加熱圈工作時間減少一半，明顯延長加熱圈的使用壽命，減少維修費用，降低產(chǎn)品成本。

5 納米紅外節(jié)能加熱圈

納米紅外節(jié)能加熱圈采用高分子納米發(fā)熱合金，加熱圈表面經(jīng)高分子遠(yuǎn)紅外材料做特殊處理后，能夠產(chǎn)生特定波長紅外線，傳熱過程熱損耗小，傳熱效率在99%以上，并有效提升加熱速度；加熱圈的表面溫度僅為50—70℃，對環(huán)境溫度影響小，且能有效的降低工作車間的室溫5—10℃。節(jié)能率高達(dá)40%—70%。納米紅外節(jié)能電熱圈無任何外接設(shè)備，可做到傳統(tǒng)加熱圈的內(nèi)徑一樣、寬度一致、段數(shù)一致、功率一致，直接用于取代傳統(tǒng)的加熱圈。

6 交流伺服電機驅(qū)動泵源系統(tǒng)能源再生利用

交流伺服電機驅(qū)動泵源系統(tǒng)基本上無多余能量損害，但在工作過程中，頻繁剎車及減速過程中，伺服電機本身發(fā)出電能，如果得不到應(yīng)用就造成浪費。

在注塑機交流伺服電機驅(qū)動泵的液壓系統(tǒng)中增加伺服驅(qū)動制動回收單元，達(dá)到存儲伺服永磁同步電機在剎車制動過程中產(chǎn)生的電能，同時能夠?qū)⒋穗娔茚尫诺阶⑺軝C的工作過程中。在直流母線上串入伺服驅(qū)動制動回收單元，以減少制動電阻消耗的能量。制動電阻和伺服驅(qū)動制動回收單元并聯(lián)一起，用以消耗伺服驅(qū)動制動回收單元儲存完成后多余的電能，保護(hù)伺服驅(qū)動制動單元和伺服驅(qū)動系統(tǒng)。伺服電機在剎車及減速過程中產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為電能，通過伺服驅(qū)動器中的逆變模塊單元和直流母線，將電能存儲在伺服驅(qū)動制動回收單元中。而當(dāng)系統(tǒng)重新提供電能開始工作時，伺服驅(qū)動制動回收單元中的電能首先釋放，能源再生單元儲存的能量將通過直流母線回放到系統(tǒng)中，實現(xiàn)儲存能量和釋放能量的雙向作用，當(dāng)電壓低于整流模塊輸入的電壓時，才使用外部電能，從而達(dá)到節(jié)能的目的。在注射成型工況須要頻繁的啟動及制動，伺服電機驅(qū)動組件的慣量動能在制動時可通過伺服電機產(chǎn)生電能，在經(jīng)過驅(qū)動器轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡Υ嬖陔娙輧?nèi)，當(dāng)伺服電機在下一周期啟動時，電容放電再經(jīng)驅(qū)動器轉(zhuǎn)成所需脈沖電流驅(qū)動伺服電機。大同有限公司國內(nèi)首創(chuàng)的“伺服液壓驅(qū)動制動能源再生利用裝置”，節(jié)能可達(dá)25～80%。阿博格公司AllrounderH系列注塑機，動力驅(qū)動系統(tǒng)中增加了交流伺服電機制動能源再生利用和蓄能器輔佐驅(qū)動，節(jié)能可達(dá)到40%。

7 全電動驅(qū)動系統(tǒng)制動能源再生利用

Netstal的ELION系列全電動注塑包裝機，把伺服電機制動過程產(chǎn)生的能量直接進(jìn)入過渡電路，儲存在電容電路中，這意味著產(chǎn)生的制動能量不必轉(zhuǎn)化成熱量，尤其是在注射循環(huán)期間，可以成為總能耗的一個重要部分。例如，當(dāng)塑化過程發(fā)生在模具打開時，產(chǎn)生的制動能量可從過渡電路中汲取旋轉(zhuǎn)螺桿所需的能量。因此，該能量并不是取自電源供應(yīng)網(wǎng)路，并且產(chǎn)生的能耗相應(yīng)減少。與液壓注塑機相比，ELION系列注塑包裝機能耗減少了70%，比常規(guī)的全電動注塑機能耗低10%以上。

8 熱能回收利用的干燥原料節(jié)能系統(tǒng)

傳統(tǒng)的PET干燥機占到瓶坯加工總能耗的25%。干燥PET時，大約有60%～65%的能量用于提高樹脂溫度以蒸發(fā)水分，30%～35%的能量用于干燥劑的再生，僅有5%～10%的能量用于鼓風(fēng)機和電機的運行。Novatec公司推出了兩項干燥機控制技術(shù)，實現(xiàn)PET干燥過程的節(jié)能。

干燥溫度自適應(yīng)節(jié)能控制。最大限度降低加熱所消耗的能量。通過測量加入樹脂的溫度可離開干燥料斗的回風(fēng)溫度，調(diào)節(jié)送入干燥料斗的氣流量，使回風(fēng)（從干燥料斗返回干燥機中）溫度略高于加入干燥料斗中的樹脂溫度，達(dá)到在確保樹脂溫度情況下，將氣流量減到最少實現(xiàn)干燥加熱的能量最小化?？刂苹仫L(fēng)溫度即控制送入干燥料斗的氣流速率，也就是通過改變鼓風(fēng)機的運轉(zhuǎn)速度。鼓風(fēng)機的運轉(zhuǎn)速度通過變頻驅(qū)動裝置實現(xiàn)。干燥溫度自適應(yīng)控制與傳統(tǒng)技術(shù)相比，可降低30%的干燥能耗。

干燥劑再生自適應(yīng)節(jié)能控制。最大限度降低干燥劑再生過程所消耗的能量。通過變頻驅(qū)動裝置使干燥輪轉(zhuǎn)速被控制在一個適當(dāng)?shù)乃?，不管樹脂中水分含量有多少，干燥輪都能用最少的氣流來除去干燥過程回風(fēng)中的所有水分，而不會有多余的氣體帶走熱量；同時確保干燥劑露點溫度維持在恒定的-40℃，從而減少每分鐘需要加熱的干燥劑的用量。變頻驅(qū)動裝置將氣流量控制在能夠確保充分吸收干燥劑中水分的最低水平，從而使干燥劑再生過程中在干燥輪上熱散失最小。該技術(shù)可節(jié)省30%的干燥劑再生能耗。Conair公司推出了采用熱量再生利用技術(shù)的新型除濕干燥節(jié)能系統(tǒng)Energysmart，通過將離開干燥料斗的熱空氣和除濕空氣回路合并帶一起，使以往浪費的能量得以重新再利用，降低1/3的干燥能耗。

9 料斗干燥原料的新型加熱節(jié)能系統(tǒng)

傳統(tǒng)干燥機節(jié)能發(fā)熱元件是電熱管及陶瓷紅外線等耗電高、壽命短之加熱元件。采用可調(diào)高效率熱風(fēng)元件，瞬間產(chǎn)生的磁熱分子，利用鼓風(fēng)機將熱分子吹送到需熱干燥的塑料原料上，達(dá)到干燥加溫的效果。發(fā)熱元件所產(chǎn)生的95%熱量，由風(fēng)扇的對流空氣傳達(dá)至被加熱的物體上。傳統(tǒng)加熱鎢絲只能吹出30%的熱量。升溫快、溫度恒定、節(jié)電可達(dá)30%以上。

張家港市聯(lián)達(dá)機械有限公司LDYW-200型紅外線結(jié)晶除濕干燥系統(tǒng)，結(jié)晶-除濕-干燥三位一體一次完成，時間短、效率高、能耗低，幾乎不破壞原料結(jié)構(gòu)。

TrueBlendPETTM回收料混合器，始終保持回收材料和新料在被喂入注塑機之前處于分離狀態(tài)，可避免在喂入過程中可能造成的物料比例的變化；具有不同體積密度、流動性能的新料和再生料的混合料到達(dá)喂口的速度更快；獨特的干燥系統(tǒng)和隔熱結(jié)構(gòu)，混合過程中物料干燥不需要熱量輸入，降低了能耗。

10 結(jié)論

伺服電機的推廣應(yīng)用，為油電復(fù)合驅(qū)動開辟了發(fā)展道路，提高了注射性能，擴大了注射功能。油電復(fù)合驅(qū)動注塑機發(fā)展迅速，特別在歐洲，國內(nèi)應(yīng)用也有逐漸增長的趨勢。油電復(fù)合驅(qū)動，發(fā)揮伺服驅(qū)動和液壓驅(qū)動的各自優(yōu)勢，滿足特定注射成型的要求。電動—液壓復(fù)合式注塑包裝機，集合全電動及全液壓兩類注塑包裝機之優(yōu)勢，是注塑包裝機發(fā)展方向。液電復(fù)合驅(qū)動有多種形式：按部件驅(qū)動分為：合模伺服電機驅(qū)動，注射液壓驅(qū)動；合模液壓驅(qū)動，注射伺服電機驅(qū)動；按部件內(nèi)部驅(qū)動分為：塑化伺服電機驅(qū)動，注射液壓驅(qū)動；鎖模伺服電機驅(qū)動，頂出液壓驅(qū)動。

廣東伊之密精密機械有限公司、廣州一道注塑機械有限公司等企業(yè)的PET瓶坯注塑機塑化注射普遍采用擠注復(fù)合塑化機構(gòu)，一改以往的采用普通同軸一線式往復(fù)式螺桿塑化注射機構(gòu)成型瓶坯結(jié)構(gòu)。擠注復(fù)合塑化機構(gòu)，交流伺服電機獨立擠出塑化的注射儲料，有利于大容量塑化熔融料的比容均一性，增加成型腔數(shù)，達(dá)到高速高質(zhì)量高產(chǎn)量塑化注射。Netstal公司的ELION2800—2000液電混合驅(qū)動注塑機，全電動合模單元與液壓注塑單元相結(jié)合，成型一模96腔的HDPE料的瓶蓋，成型周期不到2.5s，與傳統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)ELION2200—2000相比，節(jié)能達(dá)30%。