1、項(xiàng)目介紹
由于塑料加工行業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模化和生產(chǎn)工藝日益的提高，原有的塑料加工機(jī)械已經(jīng)無法滿足客戶的需求，因此有我公司和國(guó)內(nèi)某塑料機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)合作，針對(duì)他們?cè)械乃芰洗的C(jī)械進(jìn)行了改造，提高該機(jī)械的技術(shù)含量和產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，以此來滿足客戶日益提高的要求。
螺旋擠出機(jī)械對(duì)電機(jī)系統(tǒng)的要求是低轉(zhuǎn)速、大扭矩輸出。然而，目前螺旋擠出機(jī)械普遍采用的電機(jī)系統(tǒng)是由電機(jī)、變頻器及減速機(jī)構(gòu)組成，存在效率低、調(diào)速范圍小、耗電大、在負(fù)載變化是響應(yīng)不夠快導(dǎo)致吹出的膜厚度不均、減速機(jī)構(gòu)的定期維護(hù)工作繁瑣以及在生產(chǎn)過程中減速機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑油泄漏造成工作環(huán)境較臟等缺點(diǎn)。廣州博瑋伺服科技有限公司采用BWS-BH交流異步電機(jī)的伺服控制技術(shù)，對(duì)塑料吹膜機(jī)的螺旋擠出電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了改造，彌補(bǔ)了以上的不足，為此類機(jī)械的產(chǎn)品升級(jí)換代提供了一種創(chuàng)新的思路和解決方案。
2、解決方案
BWS-BH伺服電機(jī)系統(tǒng)采用低速、大扭矩電機(jī)和BWS-BB伺服控制器取代原有的電機(jī)和變頻器，取消了原有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的減速機(jī)，使系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，并且彌補(bǔ)了上述的不足，使得新型的機(jī)械無論在技術(shù)含量和加工工藝都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，不僅滿足了客戶的要求，而且在節(jié)能、機(jī)械維護(hù)的簡(jiǎn)化、工作環(huán)境的改善等方面也有了很大的提高，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。
（1） 機(jī)械結(jié)構(gòu)
改造前后機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。
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圖1b 改造后的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖 | |
由于該類產(chǎn)品已是定型的產(chǎn)品，所以為了不使相應(yīng)的配套產(chǎn)品也有過多的改變而提高改造的費(fèi)用，我們沿用了原有的操作界面，并且留有備用接口提供給廠家，以方便他根據(jù)客戶的要求，增加其它用途。其螺桿擠出部分主電機(jī)操作界面如圖2所示。
（2）軟件編程
針對(duì)吹膜機(jī)的技術(shù)要求，編寫相應(yīng)程序來滿足相關(guān)要求，其程序設(shè)計(jì)流程如下所示：
（3）改造案例
? 改造案例一
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原系統(tǒng) |
BWS伺服控制系統(tǒng) |
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電機(jī) |
電磁調(diào)速異步電機(jī) |
低速大扭矩異步電機(jī) |
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功率 |
15KW |
5.5KW |
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額定轉(zhuǎn)速 |
1250rpm |
150rpm |
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基頻/極數(shù) |
50Hz/4極 |
11Hz/8極 |
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額定轉(zhuǎn)矩 |
95N.m |
350N.m |
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皮帶減速 |
1:3 |
1:2 |
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減速機(jī) |
1:2.6 |
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控制器 |
電磁調(diào)速器 |
BWS伺服控制器 |
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編碼器 |
無 |
有 |
? 改造案例二
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原系統(tǒng) |
BWS伺服控制系統(tǒng) |
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電機(jī) |
交流變頻異步電機(jī) |
低速大扭矩異步電機(jī) |
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功率 |
15KW |
7.5KW |
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額定轉(zhuǎn)速 |
1430rpm |
170rpm |
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基頻/極數(shù) |
50Hz/4極 |
13Hz/8極 |
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額定轉(zhuǎn)矩 |
95N.m |
421N.m |
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皮帶減速 |
1:1.67 |
1:3 |
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減速機(jī) |
1:8.42 |
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控制器 |
變頻器 |
BWS-BB伺服控制器 |
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編碼器 |
無 |
有 |
3、項(xiàng)目改造效果
? 塑料螺旋擠出機(jī)械的主軸轉(zhuǎn)速較低，一般在0~160rpm左右。使用普通
電機(jī)，需要1:10以上的減速機(jī)構(gòu)。BWS-博瑋公司特別研發(fā)的低速大扭矩電機(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200rpm以下，而電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大幅度提高，因而可以減小或取消減速機(jī)。為防止故障堵轉(zhuǎn)損壞電
機(jī)，保留了一級(jí)皮帶或鏈條傳動(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)矩和效率都在下降，因此為在低速時(shí)保證足夠的輸出轉(zhuǎn)矩，必須加大電機(jī)功率。而時(shí)光伺服控制器在電機(jī)基頻以下保持恒轉(zhuǎn)矩輸出，具有三倍額定以上轉(zhuǎn)矩的過載能力。因而時(shí)光的伺服控制系統(tǒng)可以以較低的額定轉(zhuǎn)速到零轉(zhuǎn)速之間都保證輸出轉(zhuǎn)矩不小于額定轉(zhuǎn)矩。根據(jù)變頻器控制低速時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩下降曲線，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。
? 如果使用變頻器驅(qū)動(dòng)低速大扭矩電機(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)不良。在低于8Hz的情況下，力矩明顯不足。BWS伺服控制器具有0~400Hz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)。對(duì)于吹膜機(jī)等對(duì)薄膜厚度有嚴(yán)格要求的設(shè)備，可以精確控制電機(jī)，與變頻器相比具有很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
4、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益分析
? 通過廣泛比較，博瑋伺服控制系統(tǒng)的成本與所取代的系統(tǒng)成本基本持平
或略高。
? 由于取消了減速機(jī)，節(jié)約了鋼鐵材料、減少了鑄造和機(jī)加工工序、減化
了安裝調(diào)試過程、降低了機(jī)械的維護(hù)成本。
? 節(jié)約能源，節(jié)電率達(dá)30-40%，節(jié)電的費(fèi)用對(duì)于產(chǎn)品的最終用戶有較大
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，按耗電量減少5kw計(jì)算，每小時(shí)5度（kwh）電，一天節(jié)電120度（此類機(jī)械需要預(yù)加熱過程，故連續(xù)生產(chǎn)最為經(jīng)濟(jì)）。按工業(yè)用電0.75元/度計(jì)算，一天節(jié)電費(fèi)用90元；一個(gè)月按25天計(jì)算，每月節(jié)電費(fèi)用2250元。一個(gè)月的節(jié)電費(fèi)用已完全可以收回因采用伺服控制的電機(jī)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。
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