四川長虹模塑科技有限公司注塑機綜合節(jié)能改造項目

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一、案例名稱

四川長虹模塑科技有限公司注塑機綜合節(jié)能改造項目

二、案例業(yè)主

四川長虹模塑科技有限公司隸屬于長虹集團，是一家集工業(yè)設(shè)計、塑料模具設(shè)計制造、注塑加工、噴涂和技術(shù)服務(wù)于一體的綜合性模塑企業(yè)，注冊資金1.2億元，廠房面積11萬余平方米，員工2000余人，屬國家高新技術(shù)企業(yè)。業(yè)務(wù)范圍涉及電視產(chǎn)品、視聽產(chǎn)品、空調(diào)產(chǎn)品、冰箱、電池、遙控器、小家電、玩具、汽摩配件、日用消費品等行業(yè)的成套塑料模具開發(fā)制造和塑料制品加工。

三、案例內(nèi)容

1．技術(shù)原理及試用范圍
（1）注塑機成型工藝流程。
塑料原材料通過干燥機干燥后加入筒內(nèi)，由電熱圈逐漸加熱到一定溫度后在適當(dāng)攪拌強度下均勻塑化成溶膠；在一定速度下將溶膠推注到模具內(nèi)注塑成型；保持壓力情況下冷卻（控制冷卻速度），當(dāng)塑料達到合適溫度時打開模具（開模），把成品頂出模具（出模）；成品通過檢查、修除飛邊和料柄后包裝入庫。
（2）改造前注塑機油泵電機系統(tǒng)工作原理。
通常，在注塑機中油泵電機能耗約占整個注塑機總用電總量的50%～80%，原有的油泵電機系統(tǒng)采用普通異步電機+定量泵系統(tǒng)，能耗大。
定量泵系統(tǒng)的液壓部分采用異步電動機加油泵系統(tǒng)，電動機帶動油泵從油箱吸油并加壓輸出，經(jīng)各種控制閥控制油的壓力、流量和方向，以保證工作機構(gòu)以一定的力（或扭矩）和一定的速度按所要求的方向運動。從而實現(xiàn)注塑的各過程。傳統(tǒng)定量泵注塑機通常在需要改變負載流量和壓力時，油泵速度不可調(diào)，用閥門調(diào)節(jié)，多余的油經(jīng)溢流閥排入油箱，大量能量以壓力差的形式損耗在閥門上。
根據(jù)注塑機的工藝過程（如圖1），畫出系統(tǒng)油壓P與時間t的關(guān)系圖如圖2。

圖1　注塑機工藝過程

圖2　系統(tǒng)油壓與時間關(guān)系

由圖2可見，合模和脫模，開模系統(tǒng)所需油壓較低，且時間較短；而注射，保壓，冷卻系統(tǒng)所需油壓較高，且時間較長，一般為一個工作周期的40%～60%，時間的長短與加工工件有關(guān)；間歇期更短，這也與加工工件的情況有關(guān)，有時可以不要間歇期。以上圖示只是一種簡單的近似表示，實際上，如果注射的螺桿用油電機驅(qū)動，注射時的系統(tǒng)油壓會高一些。注塑機加工工件的重量，從數(shù)十克到數(shù)萬克不等。因此，注塑機就有中，小型和大型之分，加工數(shù)十克的小工件和加工數(shù)千克的大工件一個周期的時間也是不相同的；就是對同一臺注塑機，加工工件的原料不同，各段工藝流程中所需的壓力和時間也是變化的。
從圖2可見，一個周期工作流程中，負載的變化導(dǎo)致系統(tǒng)壓力變化比較大，但油泵仍在50Hz運行，其供油量是恒定不變的，多余的液壓油經(jīng)溢流閥流回油箱，做無用功，白白地浪費了電能。
（3）改造后注塑機電液伺服系統(tǒng)工作原理。
注塑機主要能源消耗在液壓部分。節(jié)能改造立足于這個耗能點，給出節(jié)能解決方案：使用電液伺服系統(tǒng)替換原來的定量泵系統(tǒng)。電液伺服控制系統(tǒng)，是用伺服電機取代原異步電機，用齒輪泵或螺桿泵取代原葉片泵，另外增加伺服驅(qū)動器，構(gòu)成注塑機電液伺服控制系統(tǒng)，電液伺服控制系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的PQ閥控制，對生產(chǎn)所需的壓力和流量采用閉環(huán)控制，按需提供電能實現(xiàn)節(jié)電目的。

電液伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示

使用電液伺服系統(tǒng)后，伺服驅(qū)動器與伺服電機一起，對注塑機的壓力信號形成一個閉環(huán)控制，同時由于伺服電機具有快速啟停的特點，可以在30毫秒之內(nèi)啟動或停止，因此在保壓，冷卻等階段，伺服電機幾乎沒有電耗。由于伺服節(jié)能系統(tǒng)所輸出的壓力、流量可以閉環(huán)控制，所以它的壓力重復(fù)精度好，而且在低壓力下也可以可靠的工作。伺服節(jié)能系統(tǒng)所輸出的流量是靠數(shù)字信號來控制的，有很好的線性和低速可控性，其流量的重復(fù)精度也較高。

注塑機電液伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4所示

（4）注塑機電液伺服系統(tǒng)優(yōu)點。
①節(jié)能率高：徹底消除高壓節(jié)流，比定量泵節(jié)能30%～60%，比變量泵節(jié)能10%～30%。
②響應(yīng)速度快：0～100%升、降速時間≤0.1秒，0～100%壓力變化最快可達30ms，提高生產(chǎn)效率。
③控制精確：PQ控制卡通過對系統(tǒng)流量、壓力的PID調(diào)整，加強抗擾動能力，使系統(tǒng)重復(fù)精度在0.3%以內(nèi)，大大提高制品質(zhì)量，制品精密。
④高過載能力強：伺服的力矩過載倍數(shù)≥200%。
⑤狀態(tài)轉(zhuǎn)換靈活：速度、力矩控制靈活切換，平滑。
⑥降低液壓油溫：減少冷卻水的用量30%以上，某種場合甚至完全不需水冷。
⑦延長設(shè)備使用壽命：減輕開、鎖模沖擊，延長液壓油泵，機械和模具使用壽命。
⑧改善工作環(huán)境：降低噪音，一般情況下，動作時聲音不超過68db。
2．節(jié)能改造具體內(nèi)容
項目實施單位從2014年開始為長虹集團開展注塑機節(jié)能改造業(yè)務(wù)，先后為四川長虹模塑科技有限公司下屬四個注塑工廠（四川長虹模塑科技有限公司（綿陽總部）、四川長虹模塑科技有限公司合肥分公司、中山廣虹模塑科技有限公司、廣元長虹模塑科技有限公司）的注塑機設(shè)備進行節(jié)能改造，通過更換伺服電機、齒輪油泵和增加伺服驅(qū)動系統(tǒng)，對注塑機的動力部分進行了升級改造，相當(dāng)于給機器更換上了更高效的“大心臟”，使注塑機設(shè)備更節(jié)能，改造后注塑機平均節(jié)電率達到40%以上。截至2015年7月，共為長虹集團改造了大型注塑機173臺，改造功率共計1.9111萬kW，預(yù)計每年可節(jié)約電量2215萬kW·h，折合節(jié)約標準煤7309噸。
3．項目實施情況
該項目分5個子項目，2014年4月—2015年7月依次開工，項目已全部完成施工，運行良好。

四、項目年節(jié)能量及節(jié)能效益

該項目共改造了大型注塑機173臺，改造功率共計1.9111萬kW，預(yù)計每年可節(jié)約電量2215萬kW·h，折合節(jié)約標準煤7309噸，節(jié)約電費約1550.5萬元。

五、商業(yè)模式

該項目采用合同能源管理節(jié)能效益分享型模式，通過對每臺改造設(shè)備加裝電表進行計量，按每月實際統(tǒng)計節(jié)約電量進行分享，項目設(shè)定了1年分享期、2年分享期、3年分享期、4年分享期的合同金額，如在設(shè)定的分享期內(nèi)未收回預(yù)定的分享款，合同期順延，合同金額按新的合同年限對應(yīng)金額進行支付，這樣避免了因企業(yè)生產(chǎn)不穩(wěn)定造成分享金額不確定的風(fēng)險，降低了資金回收的風(fēng)險。

六、融資渠道

項目投資額為1991萬元，全部為節(jié)能服務(wù)公司自有資金。