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低速大扭矩交流伺服電機驅動單螺桿擠出機
日期:2013-8-13 人氣:11108[ 返回 ]

擠出成型是塑料成型加工的重要成型方法之一。大部分熱塑性塑料都能用此法進行加工,與其他成型方法相比擠出成型有下述特點:生產過程是連續的,生產效率高,應用范圍廣,可生產管材、棒材、板材、薄膜、單絲、電線、電纜、異型材及中空制品等;投資少,收效快。擠出成型的產品可廣泛地應用于人們日常生活以及農業、建筑業、石油化工、機械制造、國防等工業部門。

但目前在我國使用的擠出機,大部分是采用傳統結構,其結構復雜、體積大、能耗高,成為名副其實的“電老虎”,隨著我國國民經濟的高速發展,高效、節能,可持續發展,已成為各行各業關注的重點。

我們近期開發的低速大扭矩交流伺服電機驅動單螺桿電腦矢量稱重型擠出機,采用了當今世界的許多先進技術,實現了精密擠出和節能,該項目已獲國家專利(專利號:ZL2008 2 0236920.3),下邊就其與傳統擠出機的比較及主要特點作簡要介紹。

傳統的單螺桿擠出裝置

傳統的單螺桿擠出裝置主要由1、上料部分,2、傳動部分,3、塑化、擠出部分,4、電氣控制(包括加熱)部分,5、冷卻部分等五部分組成,其結構見圖1。
 
圖1 傳統單螺桿擠出機結構示意圖

傳統的單螺桿擠出機的主要結構及存在的主要問題

上料部分

主要由料斗及裝在料斗內的上、下兩個料位計組成,原料主要由真空上料機構或人工加入料斗,由原料依靠自重進入料筒。當原料高于上料位計時,發出料滿信號,停止加料;當原料低于下料位計時,發出缺料信號,開始加料。該機構的主要問題是,不能精確計算料重。

傳動部分

主要由電機(交流或直流)+ 聯軸器 +減速箱+(螺桿)組成;它的作用是給螺桿提供所需的扭矩和轉速。該傳動系統結構特點及存在的問題:結構復雜,體積大,安裝維修保養不方便。

減速箱噪音大,易漏油。采用普通交流電機難以實現無級變速,無法滿足截面形狀復雜、工藝要求高的擠出成型塑料制品的成型要求。經多級傳動,效率低能耗高。

塑化、擠出部分

主要由料筒和螺桿組成,塑料通過擠壓系統將塑料加熱,使之呈黏流狀態.塑化成均勻的熔體,并在這一過程中建立一定的壓力,被螺桿連續地定壓、定量、定溫地擠出機頭。

傳統螺桿結構由加料段+壓縮(融熔)段+計量(均化)段三段組成,比功率、比流量偏大,螺桿轉速低,能耗高,產量低。

加熱系統

主要由溫控器和加熱圈組成。它的作用是通過對料筒(螺桿)進行加熱,保證成型過程在工藝要求的溫度范圍內完成。傳統的加熱方式,是由電阻絲繞制加熱圈通電加熱方法,其存在的主要問題是:

熱損失大,能耗高:圈的內外雙面發熱,其內面(緊貼料筒部分)的熱傳導到料筒上,而外面的熱量大部分散失到空氣中,造成電能的損失浪費。

環境溫度上升:由于熱量大量散失,周圍環境溫度升高,尤其是夏季對生產環境影響很大,現場工作溫度有的超過了45℃,有些企業不得不采用空調降低溫度,這又造成能源的二次浪費。

使用壽命短、維修量大:由于采用電阻絲發熱,其加熱溫度高達300℃左右,電阻絲容易因高溫老化而燒斷,常用電熱圈使用壽命約在半年左右,因此,維修的工作量相對較大。

電氣控制系統

大部分由傳統的電器元件組成,對加料、料筒溫度、螺桿轉速進行控制,由于采用傳統的交流接觸器、繼電器控制,響應速度慢,故障率高。

冷卻系統

是一個套在料筒上的冷卻水套,對加料口的料筒部分進行冷卻,防止原料過早融化,出現“架橋”現象,堵塞加料口。

低速大扭矩交流伺服電機驅動單螺桿擠出裝置的特點及創新

新型低速大扭矩交流伺服電機驅動單螺桿擠出機的結構如圖2。
 
圖2 低速大扭矩交流伺服電機驅動的單螺桿擠出機結構示意圖

結構特點及技術創新點

傳動系統 :采用國際最新技術(低速大扭矩交流伺服電機+ 交流伺服控制器)+螺桿。

螺桿驅動電機采用德國包米勒公司最新推出的DST(150)-400系列低速大扭矩交流伺服電機,其轉速范圍為100-300轉/每分鐘,其扭距范圍為110-14752Nm,(涵蓋了11KW-75KW的交流驅動電機,螺桿直徑Φ35-120規格的擠出機),由于其具有低轉速、大扭矩的特性,而且交流伺服電機前端已裝有與主軸連為一體的推力軸承箱(俗稱推力包),因此,可不需要減速箱,直接與螺桿相連。

其優點為 :結構簡單,體積小,安裝維修保養方便。無減速箱,噪音大大減少,無漏油,工作環境改善。采用PLC+伺服控制器控制,實現無級變速,擠出速度和擠出量的精確控制,滿足截面形狀復雜、工藝要求高的擠出成型塑料制品的成型要求。傳動效率高,能耗大大降低。

塑化、擠出系統 :根據塑料原料、制品結構、形狀、成型方法的不同,分別選用屏障型、分流型、分離型、變流道、溝槽型、組合型等新型螺桿和料筒,提高塑化能力和產品質量、產量。

加熱系統 :采用國際最新技術:電磁感應加熱圈加熱技術。

電磁感應加熱原理是:通過先進的控制系統發出高頻至感應線圈、在被加熱的金屬料筒內部產生高頻磁場、使被加熱的金屬料筒內部產生高頻電子碰撞,從而使金屬料筒自身快速發熱、迅速塑化料筒內的塑料;由于是高頻感應加熱,高頻線圈不和被加熱金屬直接接觸,所以系統本身熱輻射溫度接近環境溫度,只有50℃以下,人體完全可以觸摸。它以熱效高、發熱快、省電節能、安全可靠等諸多優點、不但可以完全代替現有傳統的電阻絲加熱方式,還比傳統加熱方式有著諸多的明顯優點:

大幅度節約電能

經過有關部門嚴格的實驗測試,電磁感應加熱相比原電阻絲加熱圈節電效果都在30% 以上。

環保效果好,保證了設備及員工的安全

使用電磁感應加熱系統后、表面的溫度在50℃以下,人體完全可以安全觸摸;避免傳統電阻發熱圈加熱方式輻射到空氣中的能量,可顯著降低環境溫度。完全避免傳統加熱方式帶來的因表面高溫而造成的燒傷、燙傷事故發生;更杜絕了因表面高溫引燃附作物發生不安全事故。由于表面溫度低,它不會燒焦吸附在它表面的異物:如塑料顆粒、油污、灰塵等,不會產生有害氣體,改善了車間的空氣環境,保證了設備及員工的安全。

加熱迅速,溫度控制實時準確,改善了產品的質量和提高了生產效率

傳統的電阻絲加熱原理是電阻絲本身產生高溫,然后熱量再慢慢的從料筒外表面高溫區傳導到料筒的中心低溫區,速度緩慢,并且位于料筒中心的塑料實際溫度和料筒表面溫度有較大誤差,當塑料溫度達到要求時雖然電阻絲停止加熱,由于存在溫度誤差,料筒表面仍然繼續向料筒內部傳導熱量,導致溫度控制不準確,既影響了擠出成型質量也降低了生產效率;而電磁感應加熱系統的工作原理是高頻感應,被加熱的金屬是通過自身發熱,熱能是由料筒金屬整體產生,溫度控制實時準確,料筒內外溫度一致,明顯改善了產品的質量和提高了生產效率。

使用壽命長,降低維護成本

塑機傳統電阻絲在加熱位置遇到油污、和料筒金屬熱傳導不良、有漏膠現象出現等環境中將嚴重限制它的使用和降低它的壽命,由于電磁感應加熱系統本身是在低溫下工作的,所以它不會把吸附在自身表面的油污、塑料顆粒等加熱碳化,故不會產生漏電、短路等故障;電磁感應加熱系統的工作原理是高頻感應,它不同于接觸傳導加熱原理,所以它不需要和被感應金屬的直接接觸,故不存在傳導不良的問題。 電磁感應加熱圈連續運行溫度只有100℃左右,不存在加熱圈更換的問題。相對于原電阻絲加熱減少了二次投入,降低維護成本。

低速大扭矩交流伺服電機驅動單螺桿擠出機控制系統及控制原理

控制系統硬件組成

控制系統主要由上料控制系統、低速大扭矩交流伺服電機、電氣控制柜(包括電源、交流伺服電機啟動系統、交流伺服控制器、PLC控制器、溫控???、彩色觸摸屏、各類按鈕、開關、接觸器等電氣元件)。系統的整體控制原理,如圖3所示。
 
圖3 整機PLC控制原理

控制范圍、電氣元件主要規格及技術參數

上料控制系統

PLC根據擠出量確定加料的間隔時間及每次加料的重量。由電腦根據各種原料按配方的比例,進行矢量配重,得到加料信號后,進料開關打開,原料進入料斗,并由攪拌器混合均勻;完成每次加料的重量后, PLC給出信號,進料開關自動關閉。

缺料報警:當物料低于缺料限位計時,發出報警訊號。

低速大扭矩交流伺服電機

規格型號:德國包米勒公司推出的DST(150)-400系列低速大扭矩交流伺服電機,其轉速范圍為100-300轉/每分鐘,其扭距范圍為110-14752Nm,(涵蓋了11KW-75KW的交流驅動電機,螺桿直徑Φ35-120規格的擠出機)。

交流伺服控制器

規格型號:德國西門子1P20系列交流伺服控制器。

主要技術參數:額定電壓AC380V,伺服控制0-650HZ。

PLC控制器

規格型號:德國西門子S7-200可編程序控制器CPU224XP CN。

主要技術參數:額定電壓DC24V,額定功耗8W。
數字量輸入: 14(可擴展至128點);
數字量輸出: 10(可擴展至128點);
模擬量輸入: 2(可擴展至32點);
模擬量輸出: 1(可擴展至32點)。

彩色觸摸屏

規格型號:德國西門子TP270 10.4”彩色STN液晶顯示屏,主要技術參數:640X480,256色。

溫控???/p>

英國歐陸MINI18智能溫控???,英國彩色STN液晶顯示屏。

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