1,、    塑料螺桿擠出機現(xiàn)狀

隨著中國塑料工業(yè)的發(fā)展,，近幾年來中國塑料機械工業(yè)的年增長率都在30%左右，利潤率增長也遠高于工業(yè)總產(chǎn)值的增長,，是中國機械行業(yè)中增長最快的產(chǎn)業(yè)之一,。目前中國生產(chǎn)的塑料加工機械已可以滿足國內(nèi)的基本需要，但與世界先進水平相比,，中國塑料加工機械在質(zhì)量穩(wěn)定性,、自動化程度等方面還有一定差距。同時,，塑料原材料和鋼材價格的不斷攀升給塑料加工業(yè)以及塑機機械生產(chǎn)行業(yè)帶來了嚴峻的考驗,， 進一步提高擠出機械的精密度和質(zhì)量是塑料行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

塑料通過擠出機塑化成均勻的熔體,，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,、定壓地擠出機頭,。大部份熱塑性塑料均采用此方法。螺桿擠出機有多種不同的型號和規(guī)格,，最常用的擠出機就是螺桿擠出機 ,。

一臺擠出機主機由擠壓、傳動、加熱三部分系統(tǒng)組成,。擠壓系統(tǒng)主要由螺桿和機桶組成,，是擠出機的關(guān)鍵部分；傳動系統(tǒng)中起作用是驅(qū)動螺桿,，要保證螺桿在工作過程中具備所需要的扭矩和轉(zhuǎn)速,；加熱系統(tǒng)主要來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)備輔機的組成根據(jù)制品的種類而定,。一般說來,，輔機由劑透定型裝置、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ιa(chǎn)工藝要求的不斷的提高,，現(xiàn)有的塑料加工機械已經(jīng)無法滿足客戶的需求。因此,，我公司和某塑料機械生產(chǎn)企業(yè)合作,，針對他們現(xiàn)有的塑料吹膜機械進行了改造，以提高該塑料機械的技術(shù)含量和產(chǎn)品的競爭力,，來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的電機系統(tǒng)要低轉(zhuǎn)速(通常螺桿機工作的轉(zhuǎn)速在30-120rpm,最高不超過160rpm),、大扭矩輸出,。而，目前螺桿擠出機普遍采用的電機系統(tǒng)是由普通異步電機,、變頻器及減速機構(gòu)（齒輪箱及皮帶輪）組成,。存在效率低、調(diào)速范圍窄,、耗電大,、在負載變化時響應(yīng)速度跟不上、螺桿速度不穩(wěn)導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,，無法滿足質(zhì)量要求）、而齒輪箱的定期保養(yǎng)維護工作也較繁瑣,，并且在生產(chǎn)過程中減速機構(gòu)潤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的伺服控制技術(shù)，對該塑料吹膜機的螺桿擠出機電機系統(tǒng)進行了改造,，改善了以上的不足,，為此類機械的升級換代提供了一種創(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)有限公司簡介           

公司是由留日海歸博士和國內(nèi)自動化學者共同投資組建的

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)為一體的自動化控制企業(yè)?？蔀榭蛻籼峁┩昝赖乃欧鉀Q方案,。

產(chǎn)品特點：ADSD-AS系列交流異步伺服驅(qū)動器基于DSP+IPM的硬件平臺，性能穩(wěn)當,、響應(yīng)速度高,、功能完善，具備多種控制方式,、靈活的外部端子運行方式,、方便的運行信號自定義等，保護功能完善,，提供標準RS485通訊方式等,，可適配SIEMENS、FAGOR等進口數(shù)控系統(tǒng)及國產(chǎn)的廣州數(shù)控,、華中數(shù)控,、臺達數(shù)控、大連數(shù)控等,，性價比較高,，可廣泛應(yīng)用于機床主軸、包裝印刷,、紡織印染,、橡塑機械等行業(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、塑料螺桿擠出機解決方案

采用安迪異步伺服電機系統(tǒng)——低速,、大扭矩基頻制電機加編碼器和安迪異步伺服驅(qū)動器取代原有的普通交流異步電機和變頻器,，并去掉了原有傳動機構(gòu)中的減速機（齒輪箱），使整套設(shè)備機械結(jié)構(gòu)得到簡化,，并且彌補了原有設(shè)備的不足,，改造后的設(shè)備無論在技術(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,、利于環(huán)保等優(yōu)點，提高了企業(yè)在同行中的競爭力,。

（1） 改造前,、后系統(tǒng)構(gòu)成對比

（2）       改造前、后控制方式對比

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

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

（3）      改造前,、后的效果對比

 由于螺桿擠出機的主軸工作轉(zhuǎn)速較低,，一般在工作30～120rpm左右，最高不超過160rpm,。使用普通異步電機,，需要接近1:10的減速機構(gòu)。而安迪公司特別選用的基頻制電機采用增加電機極數(shù),、降低電機基頻的方法,，使電機的額定轉(zhuǎn)速降到350rpm以下，并且電機的輸出轉(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,，而保留了一級皮帶傳動,。 

變頻器調(diào)速在電機的基頻點是效率和輸出轉(zhuǎn)矩的最高點,，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,，為了低速時保證足夠的輸出轉(zhuǎn)矩，必須加大電機選型功率,，造成額外的電能的浪費,；而安迪異步伺服控制器在電機基頻以下保持恒轉(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)變頻器控制電機低速時的轉(zhuǎn)矩下降曲線，采用伺服控制器可以將電機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,，當負載發(fā)生變化時,，響應(yīng)速度跟不上，且不能自動調(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)動基頻制電機,，由于其調(diào)速范圍小,，低速轉(zhuǎn)矩不足，在低頻時工作狀態(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,，可在低速時平穩(wěn)精確的控制電機，以保障螺桿速度的穩(wěn)定,。對于生產(chǎn)薄膜厚度有嚴格要求的高精度吹膜機設(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,。

4,、經(jīng)濟效果分析

 通過廣泛比較，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)動器+基頻制電機+編碼器的價格要高于原異步電動機+變頻器的價格,， 但取消了齒輪箱,，降低了金屬原料成本、減少了鑄造和機加工工序,、減化了安裝調(diào)試過程,、降低了設(shè)備機械方面的維護成本。 

經(jīng)測算,，改造后的吹膜機綜合節(jié)電率達30-40%,，節(jié)電的費用對于設(shè)備的最終用戶有較大的吸引力。按上述改造案例進行成本分析,，電機功率減小7.5kw,，按耗電量每小時7.5度（kwh）電，連續(xù)工作一天24小時節(jié)電180度（此類機械需要預加熱過程,，故連續(xù)生產(chǎn)最為經(jīng)濟）,。按工業(yè)用電0.8元/度計算，一天節(jié)電費用140元,；一個月按25天計算,，每月節(jié)電費用3500元。三個月的節(jié)電費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,，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的性能，提高了企業(yè)在同行中的競爭力,，并最終帶來一定的經(jīng)濟效益,。值得在同行業(yè)中推廣。