1,、    塑料螺桿擠出機(jī)現(xiàn)狀

隨著中國(guó)塑料工業(yè)的發(fā)展,，近幾年來(lái)中國(guó)塑料機(jī)械工業(yè)的年增長(zhǎng)率都在30%左右,，利潤(rùn)率增長(zhǎng)也遠(yuǎn)高于工業(yè)總產(chǎn)值的增長(zhǎng)，是中國(guó)機(jī)械行業(yè)中增長(zhǎng)最快的產(chǎn)業(yè)之一,。目前中國(guó)生產(chǎn)的塑料加工機(jī)械已可以滿足國(guó)內(nèi)的基本需要,，但與世界先進(jìn)水平相比，中國(guó)塑料加工機(jī)械在質(zhì)量穩(wěn)定性,、自動(dòng)化程度等方面還有一定差距,。同時(shí)，塑料原材料和鋼材價(jià)格的不斷攀升給塑料加工業(yè)以及塑機(jī)機(jī)械生產(chǎn)行業(yè)帶來(lái)了嚴(yán)峻的考驗(yàn),， 進(jìn)一步提高擠出機(jī)械的精密度和質(zhì)量是塑料行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì),。

塑料通過(guò)擠出機(jī)塑化成均勻的熔體，在塑化中建立的壓力作用下,，并經(jīng)螺桿連續(xù)地定溫,、定量、定壓地?cái)D出機(jī)頭,。大部份熱塑性塑料均采用此方法,。螺桿擠出機(jī)有多種不同的型號(hào)和規(guī)格，最常用的擠出機(jī)就是螺桿擠出機(jī) ,。

一臺(tái)擠出機(jī)主機(jī)由擠壓,、傳動(dòng)、加熱三部分系統(tǒng)組成,。擠壓系統(tǒng)主要由螺桿和機(jī)桶組成,，是擠出機(jī)的關(guān)鍵部分；傳動(dòng)系統(tǒng)中起作用是驅(qū)動(dòng)螺桿,，要保證螺桿在工作過(guò)程中具備所需要的扭矩和轉(zhuǎn)速；加熱系統(tǒng)主要來(lái)保證物料和擠壓系統(tǒng)在成型加工中的溫度控制,；擠出設(shè)備輔機(jī)的組成根據(jù)制品的種類而定,。一般說(shuō)來(lái)，輔機(jī)由劑透定型裝置,、冷卻裝置,、牽引裝置 ,、切割裝置以及制品的卷取或堆放裝置等部分組成。

由于目前塑料加工業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；哟蠛蛯?duì)生產(chǎn)工藝要求的不斷的提高,，現(xiàn)有的塑料加工機(jī)械已經(jīng)無(wú)法滿足客戶的需求。因此,，我公司和某塑料機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)合作,，針對(duì)他們現(xiàn)有的塑料吹膜機(jī)械進(jìn)行了改造，以提高該塑料機(jī)械的技術(shù)含量和產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力,，來(lái)滿足客戶日益提高的需求,。　　 
    塑料加工生產(chǎn)工藝要求螺桿擠出機(jī)的電機(jī)系統(tǒng)要低轉(zhuǎn)速(通常螺桿機(jī)工作的轉(zhuǎn)速在30-120rpm,最高不超過(guò)160rpm),、大扭矩輸出,。而，目前螺桿擠出機(jī)普遍采用的電機(jī)系統(tǒng)是由普通異步電機(jī),、變頻器及減速機(jī)構(gòu)（齒輪箱及皮帶輪）組成,。存在效率低、調(diào)速范圍窄,、耗電大,、在負(fù)載變化時(shí)響應(yīng)速度跟不上、螺桿速度不穩(wěn)導(dǎo)致吹出的薄膜厚度不均（尤其,，要求精度較高的食品膜印刷膜等,，無(wú)法滿足質(zhì)量要求）、而齒輪箱的定期保養(yǎng)維護(hù)工作也較繁瑣,，并且在生產(chǎn)過(guò)程中減速機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑油的泄漏也造成工作環(huán)境的污染,。

我公司采用交流異步基頻制電機(jī)的伺服控制技術(shù)，對(duì)該塑料吹膜機(jī)的螺桿擠出機(jī)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了改造,，改善了以上的不足,，為此類機(jī)械的升級(jí)換代提供了一種創(chuàng)新的思路和可廣泛推廣的解決方案。

2,、大連安迪數(shù)控技術(shù)有限公司簡(jiǎn)介           

公司是由留日海歸博士和國(guó)內(nèi)自動(dòng)化學(xué)者共同投資組建的

高新技術(shù)企業(yè),。位于大連市高新園區(qū)海外學(xué)子創(chuàng)業(yè)園。是一家專門從事于交流永磁同步伺服系統(tǒng)和交流異步伺服系統(tǒng)的研發(fā),、制造,、銷售和服務(wù)為一體的自動(dòng)化控制企業(yè)?？蔀榭蛻籼峁┩昝赖乃欧鉀Q方案,。

產(chǎn)品特點(diǎn)：ADSD-AS系列交流異步伺服驅(qū)動(dòng)器基于DSP+IPM的硬件平臺(tái)，性能穩(wěn)當(dāng),、響應(yīng)速度高,、功能完善,，具備多種控制方式、靈活的外部端子運(yùn)行方式,、方便的運(yùn)行信號(hào)自定義等,，保護(hù)功能完善，提供標(biāo)準(zhǔn)RS485通訊方式等,，可適配SIEMENS,、FAGOR等進(jìn)口數(shù)控系統(tǒng)及國(guó)產(chǎn)的廣州數(shù)控、華中數(shù)控,、臺(tái)達(dá)數(shù)控,、大連數(shù)控等，性價(jià)比較高,，可廣泛應(yīng)用于機(jī)床主軸,、包裝印刷、紡織印染,、橡塑機(jī)械等行業(yè),，可有效改善設(shè)備性能、提高產(chǎn)成品質(zhì)量,、提高生產(chǎn)效率,、提升工藝、降低成本,。

3,、塑料螺桿擠出機(jī)解決方案

采用安迪異步伺服電機(jī)系統(tǒng)——低速、大扭矩基頻制電機(jī)加編碼器和安迪異步伺服驅(qū)動(dòng)器取代原有的普通交流異步電機(jī)和變頻器,，并去掉了原有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的減速機(jī)（齒輪箱）,，使整套設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，并且彌補(bǔ)了原有設(shè)備的不足,，改造后的設(shè)備無(wú)論在技術(shù)含量和加工工藝上都有了明顯的改善,，不僅滿足了客戶的質(zhì)量要求，而且還具備節(jié)約電能,、便于維護(hù),、利于環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，提高了企業(yè)在同行中的競(jìng)爭(zhēng)力,。

（1） 改造前,、后系統(tǒng)構(gòu)成對(duì)比

（2）       改造前、后控制方式對(duì)比

改造前：螺桿擠出機(jī)電機(jī)——交流異步電動(dòng)機(jī)（18.5KW,50HZ基頻,，4極,，1470rpm，120N.m）采用變頻器驅(qū)動(dòng),，端子運(yùn)行,、電位器調(diào)速，開環(huán)速度控制方式,，機(jī)械系統(tǒng)中間傳動(dòng)比為1：8左右,，變頻器正常運(yùn)行在30Hz左右，最高不超過(guò)40Hz,。

改造后：螺桿擠出機(jī)電機(jī)——基頻制電機(jī)（11KW,25Hz基頻,，8極，342rpm,310N.m）+編碼器,、采用安迪異步伺服驅(qū)動(dòng)器閉環(huán)速度控制方式,，保留了原來(lái)的操作習(xí)慣外部運(yùn)行、電位器調(diào)速,，機(jī)械系統(tǒng)中間傳動(dòng)比為1：3,，伺服驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行在40Hz左右。

（3）      改造前,、后的效果對(duì)比

 由于螺桿擠出機(jī)的主軸工作轉(zhuǎn)速較低,，一般在工作30～120rpm左右，最高不超過(guò)160rpm,。使用普通異步電機(jī),，需要接近1:10的減速機(jī)構(gòu)。而安迪公司特別選用的基頻制電機(jī)采用增加電機(jī)極數(shù),、降低電機(jī)基頻的方法,，使電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速降到350rpm以下，并且電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大幅度提高,，因而可以減小中間速比,、取消齒輪箱。為防止故障堵轉(zhuǎn)損壞電機(jī),，而保留了一級(jí)皮帶傳動(dòng),。 

變頻器調(diào)速在電機(jī)的基頻點(diǎn)是效率和輸出轉(zhuǎn)矩的最高點(diǎn)，根據(jù)其特征曲線,，在基頻以下輸出轉(zhuǎn)矩和效率都有所下降,。因此，為了低速時(shí)保證足夠的輸出轉(zhuǎn)矩,，必須加大電機(jī)選型功率,，造成額外的電能的浪費(fèi)；而安迪異步伺服控制器在電機(jī)基頻以下保持恒轉(zhuǎn)矩輸出,，并有三倍額定轉(zhuǎn)矩以上的過(guò)載能力,。因而采用安迪異步伺服控制系統(tǒng)可以保證螺桿擠出機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速之間輸出轉(zhuǎn)矩不小于額定轉(zhuǎn)矩。根據(jù)變頻器控制電機(jī)低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩下降曲線,，采用伺服控制器可以將電機(jī)功率減小到變頻控制的1/2～2/5,。

 原系統(tǒng)采用變頻開環(huán)速度控制方式,，速度精度不高，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí),，響應(yīng)速度跟不上,，且不能自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)積累誤差。所以,，制成品厚薄不均,，質(zhì)量很難保證、尤其是要求精度較高的食品,、藥品薄膜,，而如果使用變頻器驅(qū)動(dòng)基頻制電機(jī)，由于其調(diào)速范圍小,，低速轉(zhuǎn)矩不足,，在低頻時(shí)工作狀態(tài)不佳。在低于10Hz的情況下,，力矩明顯不足,。安迪異步伺服驅(qū)動(dòng)器具有較寬的調(diào)速范圍，且低頻力矩特性良好,，可在低速時(shí)平穩(wěn)精確的控制電機(jī),，以保障螺桿速度的穩(wěn)定。對(duì)于生產(chǎn)薄膜厚度有嚴(yán)格要求的高精度吹膜機(jī)設(shè)備,，可以精確控制螺桿速度,，與變頻器相比具有很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

4,、經(jīng)濟(jì)效果分析

 通過(guò)廣泛比較,，采用安迪異步伺服控制系統(tǒng)的成本與原變頻調(diào)速控制系統(tǒng)成本基本持平或略高。安迪異步伺服驅(qū)動(dòng)器+基頻制電機(jī)+編碼器的價(jià)格要高于原異步電動(dòng)機(jī)+變頻器的價(jià)格,， 但取消了齒輪箱,，降低了金屬原料成本、減少了鑄造和機(jī)加工工序,、減化了安裝調(diào)試過(guò)程,、降低了設(shè)備機(jī)械方面的維護(hù)成本。 

經(jīng)測(cè)算,，改造后的吹膜機(jī)綜合節(jié)電率達(dá)30-40%,，節(jié)電的費(fèi)用對(duì)于設(shè)備的最終用戶有較大的吸引力。按上述改造案例進(jìn)行成本分析,，電機(jī)功率減小7.5kw,，按耗電量每小時(shí)7.5度（kwh）電，連續(xù)工作一天24小時(shí)節(jié)電180度（此類機(jī)械需要預(yù)加熱過(guò)程，故連續(xù)生產(chǎn)最為經(jīng)濟(jì)）,。按工業(yè)用電0.8元/度計(jì)算,，一天節(jié)電費(fèi)用140元；一個(gè)月按25天計(jì)算,，每月節(jié)電費(fèi)用3500元,。三個(gè)月的節(jié)電費(fèi)用已完全可以收回因采用伺服控制系統(tǒng)所增加的成本，以后的節(jié)電費(fèi)用便可以大大降低用戶的生產(chǎn)成本,。并且產(chǎn)品質(zhì)量的提高也是潛在的收益。

5,、結(jié)論

綜上所述,，在塑料螺桿擠出機(jī)上與傳統(tǒng)變頻控制方式比，采用安迪交流異步伺服控制系統(tǒng)有較大技術(shù)優(yōu)勢(shì),，有效降低了用電量,、提高了控制精度、提高了設(shè)備的效率,、提高了用戶的產(chǎn)品質(zhì)量,。提高了塑料螺桿擠出機(jī)的性能，提高了企業(yè)在同行中的競(jìng)爭(zhēng)力,，并最終帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益,。值得在同行業(yè)中推廣。