变频器在橡胶塑料机械中应用展望

1 引言 橡胶塑料机械是橡胶工业、塑料工业组成部分，是为这两个部门的制品——橡胶制品、塑料制品提供装备的，也是联结高分子材料与其制品在各个领域的“钮带”，起桥梁作用。 20世纪以来，橡胶塑料机械工业迅速发展，特别是近几年来塑料机械行业的发展与所创主要经济指标在机械工业所辖的194个行业中名列前茅。 目前塑料机械品种繁多,门类齐全,生产能力在世界排名第一[1],大批出口。 中国进入世界经贸组织（WTO）后，国际机械制造业加速对华转移，世界上一些知名企业“进驻”中国，有的还进一步设立了技术中心。国外橡塑机的进入给中国橡塑机行业带来发展与进步，使中国橡胶塑料机械行业充满机遇和挑战。 进入21世纪国际上的各种能源价格不断上涨,国内的能源价格也同步上涨。在能源成本的压力下,国内外橡胶塑料制品企业迫切需要节能降低能耗设备,促使橡胶塑料机械向节能型方向发展,采用变频器带动电机运转是最有效措施,势在必行。 2 橡胶塑料制品生产流程与设备 2.1 橡胶机械 常见的橡胶制品有：胶鞋、胶管、胶带、胶片、轮胎、再生胶制品等。 生产各种制品都有各自不同的专用机组或生产线,但生产这些制品的通用设备（基本设备）是一致的。这些设备如下： 原材料加工机械：切胶机、粉碎机、筛选机；胶桨搅拌机；密闭式炼胶机；开放式炼胶机及其附属装置；螺杆挤出机及其附属机械；帘布浸胶机械及热伸涨联动线；压延机及其联动装置；帘布、帆布、钢丝帘布载断机及其附属机械[2]。 在橡胶制品中，轮胎、轮胎回收的方法与工艺流程是比较复杂的，要电机调速处很多，废旧轮胎回收工艺流程（生产线）详见图1。 

图1 废旧轮胎回收工艺流程示意图

再生胶生产线主要设备切圈机、破碎机、橡胶中碎机、分选机、研磨机等各单元的电动机，原均采用三相交流异步电动机，工频直接起动方式，经过减速器传动，各单元定速运行，这样一方面造成能量的损耗，造成浪费，另一方面对破胶、研磨等单元工艺产生一定的影响，根据现代再生胶制造工艺和再胶质量的要求，对现在生产线中切圈机、破碎机、研磨机等单元必须进行变频调速技术改造。 2.2 塑料机械 塑料制品分为农业、建筑、汽车、日用等类，即常见的膜、管、袋、丝等。这些不同制品的生产方法、工艺流程和所用机械设备也不同。 主要设备：原材料加工机械;密炼机;开炼机；压延机与辅机;单、双螺杆挤出机及其辅机;挤拉、吹中空成型机;注射成型机;压力成型机等。 采用挤出机与注射成型生产的塑料制品约占80%。例如：常见的一种塑料挤出吹塑薄膜机组，外貌如图2所示，它由一台单螺杆挤出机和吹膜辅机（机头、牵引、切割、卷取等）组成，可生产各种单层塑料薄膜和农用地膜。广东金明塑胶有限公司生产出吹制三层复合农膜、土工膜机组。这台机组是由三台塑料挤出机，往一个机头中供料，三种熔融的塑料在机头体内形成膜坯筒排出机头，再吹制与牵引，形成膜泡，经导辊、卷膜、载切制成制品。该机组是生产幅宽为20m的薄膜的大型设备。

图2 挤出吹制薄膜机组

2.3 挤出机工作原理 橡胶挤出机和塑料挤出机工作原理相同，只是因加工原料不同,在生产中的工艺条件有区别。现以塑料挤出机为例。 挤出理论是指塑料在螺杆挤出机中的运动、变化过程。塑料颗粒原料经料斗进入挤出机的机筒中，螺杆在机筒内以选定的工艺条件（压力、温度、转速）旋转，使颗粒向前输送、压缩、塑化成均匀的熔体，并在塑化过程中建立压力作用下，螺杆连续地在定温、定量、定压下旋转，将熔体挤出机头，配以不同辅机含机头而制成相应的塑料制品。螺杆挤出机的规格品种是多种多样的，最常用的是单螺杆挤出机。 挤出机组（生产线）要求驱动电动机变速、起动转矩大、低速转矩大、恒转矩调速、转速稳定，特别是在生产线中多台电动机要同步运行才能保证制品质量和正常生产。 以往大多数采用直流传动或电磁调速技术控制。众所周知，它的缺点：直流电机的电刷每月就要更换一次，在多粉尘或腐蚀性环境中直流电机需要经常清洗，有时还需要通入洁净的冷却空气，维修工作复杂，工作效率低。 近几年开始采用变流变频器，它在调速围、动态响应、智能控制功率因数、工作效率等方面都是以往调速方法无可比拟的，现已被公认。 3 现状与发展 橡胶塑料机械随着石油化工产品的发展、橡胶塑料制品的增加，20世纪以来，橡胶塑料机械发展非常迅速，目前橡胶塑料机械产品品种繁多，门类齐全，已形成系列，技术水平与技术含量也有大幅度提高，多种技术也有自己的专利。 从21世纪初，中国的橡胶塑料机械出口逐渐增多，现已出口到美国、日本、德国、俄罗斯、东南亚和非洲46个国家和地区，市场竞争激烈。目前中国橡胶塑料机械产品和国际发达国家比，还有一定差距，有的品种，特别是超精大型高档产品还是空白。近几年橡胶塑料机械进口大于出口，贸易逆差很大。 中国的橡胶塑料机械正朝着提高质量、节能方面发展。变频调速技术在橡胶塑料机械中的应用逐渐增多，使用范围很广，空间很大。 在橡胶机械中，应用变频调速技术后可节约电能（约20%～60%）、减少对电网的冲击，实行绿色用电，还可以提高制品质量。 在塑料机械应用变频调速技术后，同样也节能，质量可靠，性能稳定，提高生产率，在市场上使用后，用户反映良好，普遍受到用户好评。例如： 大连橡胶塑料机械有限公司在120型塑料挤出中,采用了上海南洋电机厂YTSP315交流变频调速异步电动机,功率132kW，配置瑞士ABB公司ACS550-02，170kVA变频调调速电源装置组成交流变频调速系统，实现无级调速节能运行，并配置高转速传感器作为速度反馈，并实现了高精度的自动控制。 4 结束语 变频调速技术在橡胶塑料机械设备上的应用，可以使控制系统简洁，控制效率稳定，设备维修方便，同时具有优良的性价比，还提高了机械设备整机性能，但目前橡胶塑料机械行业中，应用变频调速技术大部分集中在中小功率的设备上较多，属于推广阶段。大功率的设备，变频调速技术还在试验研究中，特别是功率在1000～2000kW的大型设备，在中国的橡胶塑料机械行业中还没有见到应用。据有关部门统计，全国电动机采用交流变频调速的总容量仅有电机总容量的10%[3]，相信随着社会经济的发展，技术的进步，变频器性能价格比会越来越高，体积会越来越小，高性能比、多功能化及无公害化将进一步提高，变频调速技术在橡胶塑料机械应用一定会更扩大与普遍,使橡胶塑料机械装备的性能进一步提高，设备整机水平再上一个层次，满足国内外用户的需求，扩大出口，再创辉煌。                  信息来源于：变频器世界