劉長青

摘 要：在現(xiàn)階段塑料機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，必須要積極的應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中存在的不足，充分發(fā)揮出節(jié)能技術(shù)的優(yōu)勢，提升塑料機(jī)械設(shè)計(jì)水平，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供可靠保障。

關(guān)鍵詞：節(jié)能技術(shù)；塑料機(jī)械；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

中圖分類號：TQ320.66? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）07-0105-03

0 引言

現(xiàn)階段，我國的社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平不斷提升，對于各項(xiàng)能源的需求在不斷提升，造成當(dāng)前能源供應(yīng)形勢日益緊張，如何更好地開展能源分配，成為了當(dāng)前各行各業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。在這一背景下，節(jié)能技術(shù)受到了廣泛關(guān)注，通過發(fā)揮出節(jié)能技術(shù)的優(yōu)勢，能夠更好地提升資源使用效率，滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，為人們營造良好的生產(chǎn)生活環(huán)境。目前塑料機(jī)械能源消耗較大，為了改變這一現(xiàn)狀需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，通過引入節(jié)能技術(shù)，提升塑料機(jī)械設(shè)計(jì)水平，滿足新時(shí)期的發(fā)展要求。

在制造業(yè)的發(fā)展中，機(jī)械工程作為其中的重要組成，在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也造成了十分巨大的能源消耗。為了更好地控制能源消耗，必須要加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)的引入，彌補(bǔ)傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展中存在的不足，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。從當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展來看，盡管能源總量較大，但是人均量并不充足，這就需要提升節(jié)能的重視程度，塑料機(jī)械行業(yè)更是如此。

目前主要包括吹塑機(jī)、擠出機(jī)以及注塑機(jī)3種類型，其在塑料機(jī)械的比重超過了80%。其中注塑機(jī)的比重最大，在能源消耗中也最大[1]。

1 節(jié)能技術(shù)的含義

節(jié)能技術(shù)是指在生產(chǎn)過程中采用先進(jìn)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的技術(shù)手段。在節(jié)能技術(shù)的快速發(fā)展中，需要結(jié)合用能情況、能源類型等，對能源消耗現(xiàn)狀進(jìn)行分析，進(jìn)而明確能源浪費(fèi)的節(jié)能空間，從而采取有效的應(yīng)對措施，降低能源消耗，達(dá)到節(jié)約能源的效果[2]。在現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展中，結(jié)合不同能源類型與能耗系統(tǒng)，節(jié)能技術(shù)可以應(yīng)用到不同的領(lǐng)域中，比如工業(yè)能耗節(jié)能、家庭能耗、佳通運(yùn)輸節(jié)能、大型建筑節(jié)能等。在不同領(lǐng)域的節(jié)能措施制定中，需要形成針對性的改造方案，降低能源的浪費(fèi)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供可靠保障。

2 塑料機(jī)械概述

2.1 塑料機(jī)械的含義

塑料機(jī)械指的是在塑料加工工業(yè)發(fā)展中所使用的各種機(jī)械及裝置總稱。在塑料加工工業(yè)的發(fā)展中，某些流體與固體分離、輸送、磨碎、破碎以及干燥等通用性機(jī)械、設(shè)備發(fā)揮著重要作用，因此也將其列為塑料機(jī)械。在現(xiàn)代塑料機(jī)械的設(shè)計(jì)與制造過程中，不僅需要推動(dòng)機(jī)械工程與材料科學(xué)的發(fā)展，還需要獲得塑料工程理論研究的支持。

2.2 塑料機(jī)械產(chǎn)品分類

按生產(chǎn)過程不同可以將塑料機(jī)械分為4種類型，即塑料成型機(jī)械、塑料配混機(jī)械、塑料二次加工機(jī)械以及塑料加工輔助機(jī)械等。①塑料配混機(jī)械。此類機(jī)械主要用于各種形式的塑料配混料制造，比如煉塑機(jī)、捏合機(jī)、篩選機(jī)、切粒機(jī)以及研磨機(jī)等。②塑料成型機(jī)械。此類機(jī)械又稱為一次加工機(jī)械，主要用于塑料制品的成型作業(yè)，比如擠塑機(jī)、注塑機(jī)、壓塑機(jī)、壓延機(jī)、吹塑機(jī)、發(fā)泡劑等。③塑料二次加工機(jī)械。此類機(jī)械主要用于塑料制品的加工與后期處理處理工作，比如焊接機(jī)、熱成型機(jī)、燙印機(jī)、熱合機(jī)、植絨機(jī)、真空蒸鍍機(jī)等，此外，金屬加工機(jī)床同樣屬于這一類型。④塑料加工輔助機(jī)械。此類機(jī)械主要用于塑料加工過程中的合理化處理，比如注塑制品自動(dòng)取出裝置、邊角料自動(dòng)回收裝置等。在現(xiàn)代化塑料加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，此類輔助機(jī)械已經(jīng)成為了重要組成部分。

塑料機(jī)械的完善程度會(huì)對塑料制品的質(zhì)量、產(chǎn)量與成本等產(chǎn)生直接的影響。這就需要在進(jìn)行塑料機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，必須要滿足加工過程中的溫度與應(yīng)力變化情況，同時(shí)考慮到機(jī)械磨損、化學(xué)腐蝕與物料性能變化等因素[3]。在塑料品級的專用化發(fā)展下，工程塑料水平在不斷提升，出現(xiàn)了許多復(fù)合材料，推動(dòng)了塑料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)大型化與輕量化的發(fā)展。在塑料機(jī)械產(chǎn)品種類不斷豐富的同時(shí)，生產(chǎn)水平也得到了顯著提升，可以為產(chǎn)品規(guī)格與質(zhì)量提供可靠保障，將誤差控制在最小的范圍內(nèi)，機(jī)械設(shè)備的能耗在不斷降低，占地面積越來越少，在操作維護(hù)中更為簡單安全。

2.3 塑料機(jī)械的發(fā)展前景

在現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展中，塑料相較于石材、金屬以及木材而言，其表現(xiàn)出可塑性強(qiáng)以及成本低的優(yōu)勢，在目前的國民經(jīng)濟(jì)中得到了廣泛應(yīng)用，塑料工業(yè)的發(fā)展速度在不斷加快[4]。從目前行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，中國塑料制品產(chǎn)量一直位居前列，塑料制品的消費(fèi)總量也在不斷提升。但是從人均塑料消費(fèi)量來看，相較于發(fā)達(dá)國家還有這很大的差距，有著較大的發(fā)展前景。在中國塑料機(jī)械市場的快速發(fā)展下，越來越多的國外企業(yè)進(jìn)入中國市場，大型國際企業(yè)之間通過合作，積極融入中國塑料機(jī)械行業(yè)的發(fā)展中[5]。

3 塑料機(jī)械設(shè)計(jì)中節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

在當(dāng)前塑料機(jī)械當(dāng)中，注塑機(jī)、吹塑機(jī)以及擠出機(jī)的比重較高，因此在分析節(jié)能技術(shù)應(yīng)用中，主要從3種產(chǎn)品出發(fā)，制定有效的節(jié)能措施，降低塑料機(jī)械能耗，提升塑料機(jī)械行業(yè)經(jīng)濟(jì)水平。

3.1 注塑機(jī)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

3.1.1 機(jī)械式變量汞注塑機(jī)的應(yīng)用

從現(xiàn)階段機(jī)械式變量泵注塑機(jī)的發(fā)展來看，節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用還存在一定的不足，更多的局限在少數(shù)發(fā)達(dá)地區(qū)中，研究與應(yīng)用水平相對較低，對于塑料機(jī)械設(shè)計(jì)的開展產(chǎn)生了不利影響。

對于變量泵注塑機(jī)而言，可以結(jié)合壓力與流量需求，將定量泵自動(dòng)的轉(zhuǎn)化為變量泵，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)資源的合理分配，提升資源使用效率。從某種程度而言，作為一種新型節(jié)能注塑機(jī)而言，相較于其他全電動(dòng)注塑機(jī)來說，其優(yōu)勢更為明顯。比如在節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用中，成本一直是制約其發(fā)展的主要因素。對于機(jī)械式變量泵注塑機(jī)而言，其成本相對較低，大多數(shù)客戶都能夠接受，這也為機(jī)械式變量泵注塑機(jī)的推廣應(yīng)用提供了可靠保障。

目前機(jī)械式變量泵注塑機(jī)仍存在一些不足之處。比如在其運(yùn)行過程中，對于液壓油精的清潔度有著很高的要求，因此在運(yùn)行一段時(shí)間以后，必須要及時(shí)更換油。

3.1.2 變頻注塑機(jī)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

變頻技術(shù)的不斷提升，為塑料機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了新的機(jī)遇。在變頻技術(shù)的支撐下，可以推動(dòng)傳統(tǒng)定量汞注塑機(jī)的轉(zhuǎn)變，在進(jìn)行改造以后，形成節(jié)能型變量注塑機(jī)，此外可以直接將變量技術(shù)直接應(yīng)用其中，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。在現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展中，傳統(tǒng)注塑機(jī)可以在變頻技術(shù)的幫助下，直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)能型變量注塑機(jī)，受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，不僅可以降低此類注塑機(jī)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用中的成本，還可以提升技術(shù)的可靠性，在節(jié)能效率中取得良好的效果，可以獲得一半的節(jié)能效果。在這種情況下，投資商的投資熱情會(huì)更為高漲，在投入相關(guān)資金后，可以迅速獲得回報(bào)，這也成為變頻注塑機(jī)受到廣大投資商歡迎的主要原因。

對于注塑機(jī)專用節(jié)能器而言，從其基本原理中充分落實(shí)了節(jié)能理論的要求，在其所采用的技術(shù)中，主要包括中央處理器與無量變頻核心技術(shù)。在這兩種技術(shù)的合理應(yīng)用下，可以更好地將專用注塑機(jī)程序軟件進(jìn)行優(yōu)化，配合注塑機(jī)原有的液壓控制系統(tǒng)，自動(dòng)檢測注塑機(jī)控制系統(tǒng)的各種狀態(tài)，進(jìn)而保障注塑機(jī)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

注塑機(jī)控制系統(tǒng)主要包括工作流量信號與工作壓力兩種。為了獲得更好的節(jié)能效果，在專用節(jié)能器的應(yīng)用下，可以做到油泵中實(shí)際供油量與所需油量的平等，避免出現(xiàn)油量浪費(fèi)的情況，最大程度上控制能源消耗。在這一過程中，可以借助運(yùn)算的方式，對自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出信號進(jìn)行有效分析，進(jìn)而強(qiáng)化油泵電機(jī)轉(zhuǎn)換的控制效果。在這一技術(shù)的應(yīng)用下，能夠?qū)⒁酝⑺軝C(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的流溢現(xiàn)象徹底消除，解決注塑機(jī)電能浪費(fèi)嚴(yán)重的缺陷，實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)運(yùn)行效率與質(zhì)量的提升，發(fā)揮更大的節(jié)能效果。

3.1.3 全電動(dòng)注塑機(jī)

在全電動(dòng)注塑機(jī)當(dāng)中，節(jié)能技術(shù)的特點(diǎn)體現(xiàn)在響應(yīng)速度方面，全電動(dòng)注塑機(jī)的響應(yīng)速度很快。從其整體設(shè)計(jì)來看，采用的是AC伺服電機(jī)，這種電機(jī)的控制精度很高，在使用過程中不會(huì)產(chǎn)生噪聲污染，在節(jié)能效率中可以達(dá)到25%～50%。但是對于這種機(jī)械造價(jià)來說，其成本很高，因此在使用中受到了一定的局限。針對普通產(chǎn)品的生產(chǎn)來說，這種技術(shù)的應(yīng)用比較有限，更多應(yīng)用在一些高檔住宿產(chǎn)品的生產(chǎn)當(dāng)中，否則很容易出現(xiàn)資源浪費(fèi)的情況。

3.2 擠出機(jī)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

在塑料擠出機(jī)的使用過程中，最大的特點(diǎn)是保障其維持在低速轉(zhuǎn)矩下，在溫度加熱不均勻的時(shí)候，能夠做到正常的啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，并保持運(yùn)轉(zhuǎn)精度的穩(wěn)定，生產(chǎn)的材料也更為均勻。在這種情況下，可以更好地節(jié)約材料，從而起到良好的節(jié)能效果。

通常而言，在塑料擠出機(jī)的節(jié)能設(shè)計(jì)過程中，其涉及的方面比較廣泛，由此過程也更為復(fù)雜。在現(xiàn)階段的塑料機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，生產(chǎn)廠家的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用比較多樣。其中應(yīng)用無感矢量變頻技術(shù)。能夠保證機(jī)械低頻轉(zhuǎn)矩的增加，自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)，發(fā)揮出滑差補(bǔ)償?shù)男Ч?。在電壓出現(xiàn)變動(dòng)的時(shí)候，或者負(fù)載變動(dòng)明顯，依舊可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速輸出頻率一致。

應(yīng)用這一節(jié)能技術(shù)，其所起到的節(jié)能效果，主要體現(xiàn)在以下4方面：①在節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用下，能夠有效促進(jìn)擠出機(jī)節(jié)能率的提升，通常在25%～50%，進(jìn)而改善工作效率，在實(shí)現(xiàn)低速轉(zhuǎn)矩提升的同時(shí)，能夠更好地控制電機(jī)的電流量，降低了生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能源消耗情況。②擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速精度得到了顯著提升，在節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用下，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)速度的提升，保障產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，減少殘次品的出現(xiàn)。在降低能源、材料消耗的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)效益的改善。③在塑料擠出機(jī)的生產(chǎn)過程中，能夠提供更為均勻的出料，這樣可以對原材料進(jìn)行有效控制，相較之前的生產(chǎn)技術(shù)，其在材料節(jié)省程度方面可以達(dá)到5%左右，這也就實(shí)現(xiàn)了材料的有效控制，為節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用提供了可靠保障。④降低電網(wǎng)的負(fù)荷量，增加擠出機(jī)裝機(jī)的容量，提升塑料機(jī)械行業(yè)的生產(chǎn)效率。

3.3 塑料吹膜機(jī)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

塑料吹膜機(jī)可以直接加熱塑料顆粒，通過采用擠壓的方式壓縮空氣，將塑料顆粒吹成塑料薄膜袋子，再借助牽引機(jī)，將塑料薄膜袋子牽引到定型套上，冷卻定型后卷取成制品。塑料吹膜機(jī)要保持平滑的調(diào)速，在啟動(dòng)的時(shí)候應(yīng)該做到盡可能的平穩(wěn)，停止時(shí)也要保持相對平穩(wěn)。在這些特征的影響下，通過引入節(jié)能器與各種節(jié)能技術(shù)，能夠起到良好的效果。在節(jié)能效果方面，節(jié)能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)良好的節(jié)能效果，從產(chǎn)品質(zhì)量來看，可以自動(dòng)進(jìn)行無極調(diào)速。因此在調(diào)速的精度方面可以保持較高的水平，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量的提升。應(yīng)用節(jié)能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)塑料機(jī)械使用壽命的延長，降低設(shè)備的淘汰率，實(shí)現(xiàn)一定的節(jié)能效果。

4 塑料機(jī)械設(shè)計(jì)中節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的注意事項(xiàng)

實(shí)現(xiàn)塑料機(jī)械節(jié)能，須是對電機(jī)進(jìn)行合理控制，這就造成在生產(chǎn)過程中，很多因素會(huì)對生產(chǎn)周期產(chǎn)生影響，容易出現(xiàn)加速或者減速時(shí)間延長的情況。在節(jié)能之前的產(chǎn)品選擇中，應(yīng)該盡可能選購一些節(jié)能性質(zhì)較強(qiáng)的產(chǎn)品。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)該由經(jīng)驗(yàn)豐富的塑料機(jī)械師進(jìn)行審核，明確塑料機(jī)械的生產(chǎn)因素，對塑料機(jī)械的電路與油路整改進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)械使用效率與期限的提升。

在節(jié)能技術(shù)實(shí)施以后，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速率會(huì)發(fā)生變化，電機(jī)的溫度通常會(huì)上升5～10℃，這也影響了自身的散熱效果。比如采用SVP-WM脈寬調(diào)制技術(shù)，會(huì)在一定程度上干擾相應(yīng)的電子設(shè)備與電路。這就需要在使用之前，結(jié)合設(shè)備的實(shí)際情況，進(jìn)行科學(xué)準(zhǔn)確的調(diào)試，為設(shè)備的正常運(yùn)行提供保障。

在進(jìn)行節(jié)能改造設(shè)計(jì)之前，必須要選擇合適的節(jié)能產(chǎn)品供應(yīng)商，借助供應(yīng)商的專業(yè)能力，提供更為準(zhǔn)確的指導(dǎo)。針對參數(shù)不足的問題，廠商應(yīng)該通過組織專業(yè)的工程師團(tuán)隊(duì)，有效彌補(bǔ)其中的參數(shù)缺失，綜合改造塑料機(jī)械的油路電路，從而更好地解決塑料機(jī)械節(jié)能技術(shù)應(yīng)用中存在的問題。從安全角度考慮，在電機(jī)運(yùn)作期間，需要安排專業(yè)的工程師，評估電機(jī)的散熱效果，進(jìn)而采取有效措施降低升溫限度。

5 結(jié)束語

應(yīng)用節(jié)能技術(shù)有著良好的效果，不僅可以促進(jìn)行業(yè)發(fā)展水平的提升，還可以更好地降低能耗，從而緩解當(dāng)前緊張的能源壓力，為國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供可靠保障。在這一過程中，必須要明確塑料機(jī)械的種類，加深對塑料機(jī)械的認(rèn)知水平，進(jìn)而積極開展新型節(jié)能技術(shù)的研發(fā)工作，促進(jìn)塑料機(jī)械行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

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