1 引言

擠出成型是塑料成型加工工藝中的主要加工方法之一，大部分熱塑性塑料均可用此方法。目前，擠出成型已經廣泛應用于日用品、農業(yè)、建筑業(yè)、石油、化工、機械制造、電子等部門。在擠出成型設備中最關鍵的部分就是擠出機。塑料通過擠出機塑化成均勻的熔體，并在塑化中建立的壓力作用下，并通過螺桿連續(xù)定溫、定量、定壓地擠出機頭。本文將主要討論的就是塑料擠出機的主機變頻和伺服傳動控制的一些要點，以及安川變頻與伺服在其中的應用特點。

2 安川變頻器在擠出機主機傳動中的應用

主機傳動是塑料擠出機的主要組成部分之一，它的作用是驅動擠出機的螺桿，并使螺桿能在選定的工藝條件下(如機頭壓力、溫度、轉速等)，以必需的轉矩和轉速均勻地旋轉，完成擠出過程。它在其適用的范圍內能夠提供最大的轉矩輸出和一定的可調速范圍，同時還應使用可靠、維修方便。圖1為塑料擠出機主機傳動的變頻控制原理圖。

圖1 塑料擠出機變頻工作原理

擠出機的工作特性是指螺桿的轉速與驅動功率之間的關系，在擠出過程中，主傳動所消耗的功率是隨著轉速的增加而增高的，是屬于比較典型的恒轉矩負載。但由于加工物料的不同，有些擠出工藝需要的轉速比較低，而有些擠出工藝所需要的轉速相對比較高。因此，對于擠出機的傳動需要在低速到額定轉速之間都必須要有相同的轉矩輸出才能達到最高效率比。

對于速度，擠出速率是描述擠出機擠出過程的一個重要參數，它的大小象征著機器生產率的高低，影響速率的因素很多，如機頭阻力、螺桿轉速、料桶結構等，在機頭壓力恒定的情況下，最重要的要屬螺桿轉速。因此，控制螺桿轉速恒定無突變是最重要的。

在擠出機主傳動控制中，采用安川變頻器的g7系列可以至少滿足三個要求:

(1) 替代傳統的液壓耦合調速或直流電機調速;

(2) 在擠出過程中的精確速度控制;

(3) 低速時的高轉矩控制。

安川g7系列是世界上首次在通用變頻器上采用世界領先技術的“三電平控制方式”并一舉獲得成功的變頻器，此項成果一舉解決了400v級電機由于沖擊電壓造成的電機絕緣體損傷和由于軸電壓造成的電機主軸的電腐蝕問題。安川g7的電流矢量控制所擁有的高性能、多功能，可以使各式各樣的機械設備在高效率高精度狀態(tài)下運行，在塑料擠出機主傳動中的表現尤為突出。

表1為安川g7變頻器適合擠出機主傳動運行的特點綜述。

圖1為擠出機開環(huán)速度控制系統，采用無傳感器的矢量控制，適合一般的擠出機控制。對于高檔擠出機或特種擠出機種采用帶pg的速度閉環(huán)控制是最適當的，就是通過裝設在電機軸后端的pg編碼器來獲得電機的實時轉速(如圖2所示)，從而可以進行速度閉環(huán)控制。帶pg的矢量控制方式與不帶pg的矢量控制方式，不僅在速度控制精度上提高了近10倍外，零頻轉矩也能獲得50％以上的提升。安川g7系列變頻器都支持以上兩種控制方式。

圖2 安川g7變頻器在塑料擠出機主機傳動中的矢量控制

另外，變頻調速作為塑料擠出機主機傳動已經作為一種節(jié)能的發(fā)展趨勢，尤其在電動機的實際轉速低于額定轉速時，變頻器運行在45hz以下時，節(jié)能效果更加明顯。

3 安川伺服在擠出機主機傳動中的應用

通過上述分析我們知道對于塑料擠出機主機傳動的調速性能和轉矩控制要求非常高，隨著交流伺服技術的快速發(fā)展，采用交流伺服作為主傳動的應用也開始走上市場。這是因為交流伺服系統具有比變頻器更高的低速轉矩控制性能、更精確的速度控制性能。

在塑料擠出機上采用交流伺服系統至少有以下幾個好處:

(1) 電機功率減小，節(jié)約電能效果明顯，用戶的使用成本降低;

(2) 機械結構簡化，節(jié)省了金屬材料;

(3) 操作簡化，降低了維修成本;

(4) 控制范圍增大，控制精度提高，控制電機效率提高;

(5) 提升用戶的產品質量，確實做到了提高塑料擠出機械的產品檔次。

尤其是使用安川的sigma-ⅱ系列伺服產品后，它能在轉矩控制、位置控制和速度控制三位一體中，自由地將控制方位切換采用參數設定切換。伺服電機從小容量到大容量，能充分考慮各種控制要求和安裝場合，環(huán)境適用性強。它能靈活運用爆發(fā)力，充分發(fā)揮機械性能并迅速準確地傳遞，在準確性、速度等方面擁有更高的技術水平。

圖3左為安川sigma-ⅱ系列伺服產品的接線示意。

圖3 安川sigma-ⅱ系列伺服產品在塑料擠出機主機傳動中的應用

相對于變頻器傳動而言，其傳動機構包括交流異步變頻電機、變頻器、皮帶輪、減速機、螺桿。而采用安川伺服控制系統后，可以省去龐大的減速機，使系統機構大為精簡(見圖3右);同時將電機的額定功率可以大幅降低，只需根據驅動螺桿的扭矩算出相應的伺服電機型號。表2是關于在擠出機傳動中使用比較廣泛的安川sigma -ⅱ伺服的特性。

4 結束語

安川變頻器和伺服控制在單螺桿、雙螺桿擠出機主機傳動中優(yōu)異的特性得到了用戶一致的認可，采用變頻器和伺服系統代換滑差調速、直流調速等傳統的調速系統，不但能節(jié)電，而且其對運行速度的精度及穩(wěn)定性都有了顯著的提高，進一步滿足了生產的需要。

采用變頻或伺服技術配用異步電動機或異步伺服電機可以降低噸塑料制品電費，同比整流子電機節(jié)能20%-30%，同比滑差電機節(jié)能50%以上，同時變頻或伺服軟起動，無沖擊電流，起動平穩(wěn)，可提高產品的質量。采用變頻或伺服控制技術還可延長了擠出機整機使用壽命，降低維修費用。