專利名稱：低速大扭矩交流伺服電機(jī)驅(qū)動的單螺桿擠出機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
低速大扭矩交流伺服電機(jī)驅(qū)動的單螺桿擠出機(jī) 技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及一種塑料擠出成型機(jī)械。
技術(shù)背景
擠出成型是塑料成型加工的重要成型方法之一。大部分熱塑性塑料 都能用此法進(jìn)行加工，與其他成型方法相比擠出成型有下述特點(diǎn)生產(chǎn) 過程是連續(xù)的，因產(chǎn)品都是連續(xù)的；生產(chǎn)效率高，應(yīng)用范圍廣，可生產(chǎn) 管材、棒材、板材、薄膜、單絲、電線、電纜、異型材及中空制品等； 投資少，收效快。用擠出成型生產(chǎn)的產(chǎn)品廣泛地應(yīng)用于人民生活以及農(nóng) 業(yè)、建筑業(yè)、石油化工、機(jī)械制造、國防等工業(yè)部門。
擠出成型在擠出機(jī)上進(jìn)行，擠出機(jī)是塑料成型加工機(jī)械的重要機(jī)臺 之一。
塑料擠出主要工作原理
將高分子聚合物物料及所需的添加填充料、增塑劑、熱穩(wěn)定劑及其 他塑料助劑等，經(jīng)混合、攪拌、混合、干燥，吸入料斗，進(jìn)入料筒螺桿。 塑料由料斗進(jìn)入料筒后，隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)而被逐漸推向機(jī)頭方向。在加 料段，螺槽為松散的固體輕子(或粉末)所充滿.物料開始被壓實(shí)；當(dāng)物 料進(jìn)入壓縮段后，由于螺槽逐漸變淺，及濾網(wǎng)、分流板和機(jī)頭的阻力.在 塑料中形成了很高的壓力.把物料壓得很密實(shí)，同時(shí)，在料筒外熱和螺 桿、料筒對物料的混合、剪切作用所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦熱的作用下，物料的溫度逐漸升高。大約在壓縮段的三分之一處，開始熔融。隨著物料的向 前輸送，熔融的物料量逐漸增多，大約在壓縮段的結(jié)束處，全部物料熔
融而轉(zhuǎn)變?yōu)轲ち鲬B(tài)；經(jīng)過均化段的均化作用，熔融物料的壓力、溫度就 比較均勻了；最后螺桿將熔融物料定量、定溫、定壓地?cái)D入機(jī)頭。獲得 一定截面的幾何形狀和尺寸，再經(jīng)過冷卻定型和其他工序，得到成型好 的制品。
傳統(tǒng)的單螺桿擠出裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及存在的問題 1、傳動系統(tǒng)電機(jī)(交流或直流)+聯(lián)軸器+減速箱+螺桿；它 的怍用是給螺桿提供所需的扭矩和轉(zhuǎn)速。
該傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及存在的問題
1) 、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，安裝維修保養(yǎng)不方便。
2) 、減速箱噪音大，易漏油。
3) 、難以實(shí)現(xiàn)無級變速，無法滿足截面形狀復(fù)雜、工藝要求
高的擠出成型塑料制品的成型要求。
4) 、經(jīng)多級傳動，效率低能耗高。
2、塑化、擠出系統(tǒng)主要由料筒和螺桿組成，塑料通過擠壓 系統(tǒng)將塑料加熱，使之呈黏流狀案態(tài).塑化成均勻的熔體，并在這一過 程中建立一定的壓力，被螺桿連續(xù)地定壓、定量、定溫地?cái)D出機(jī)頭。
傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)傳動的加料段+壓縮(融熔)段+計(jì)量(均化)段三段式 螺桿、料筒設(shè)計(jì)，比功率、比流量偏大，能耗高，產(chǎn)量低。
3、加熱系統(tǒng)主要由溫控器和加熱圈組成。它的作用是通過對料 簡(或螺桿)進(jìn)行加熱，保證成型過程在工藝要求的溫度范圍內(nèi)完成。傳統(tǒng)的加熱方式，是由電阻絲繞制加熱圈通電加熱方法，其存在的 主要問題是
1) 、熱損失大，能耗高圈的內(nèi)外雙面發(fā)熱，其內(nèi)面(緊貼料筒 部分)的熱傳導(dǎo)到料筒上，而外面的熱量大部分散失到空氣中，造成電 能的損失浪費(fèi)
2) 、環(huán)境溫度上升由于熱量大量散失，周圍環(huán)境溫度升高，尤其 是夏季對生產(chǎn)環(huán)境影響很大，現(xiàn)場工作溫度都超過了45'C,有些企業(yè)不 得不采用空調(diào)降低溫度，這又造成能源的二次浪費(fèi)。
3) 、使用壽命短、維修量大由于采用電阻絲發(fā)熱，其加熱溫度
高達(dá)30(TC左右，電阻絲容易因高溫老化而燒斷，常用電熱圈使用壽命
約在半年左右，因此，維修的工作量相對較大。
4、 電氣控制系統(tǒng)，由傳統(tǒng)的電器元件組成，對加料、料筒溫度、
螺桿轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，由于采用傳統(tǒng)的交流接觸器、繼電器控制，度響應(yīng) 速度慢，故障率高。
5、 冷卻系統(tǒng)是一個套在料筒上的冷卻水套，對加料口的料筒部
分進(jìn)行冷卻，防止原料過早融化，出現(xiàn)"架橋"現(xiàn)象，堵塞加料口。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)合理，工作效果好的低速大扭 矩交流伺服電機(jī)驅(qū)動的單螺桿擠出機(jī)。 本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是
一種低速大扭矩交流伺服電機(jī)驅(qū)動的單螺桿擠出機(jī)，其特征是包 括機(jī)架，機(jī)架上裝交流伺服控制器控制的低速大扭矩交流伺服電機(jī)，低速大扭矩交流伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器與裝在料筒中的螺桿連接，料筒的進(jìn) 料端與料斗連接，料筒上裝電磁感應(yīng)加熱圈。
本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理，工作效果好。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)
1) 、傳動系統(tǒng)采用國際最新技術(shù)(低速大扭矩交流伺服電機(jī)+ 交流伺服控制器)+聯(lián)軸器+螺桿，與傳統(tǒng)傳動系統(tǒng)相比，省去了減速箱， 其優(yōu)點(diǎn)為
(1) 、結(jié)構(gòu)簡單，體積小，安裝維修保養(yǎng)方便。
(2) 、無減速箱，噪音大大減少，無漏油，工作環(huán)境改善。
(3) 、采用PLC+伺服控制器控制，實(shí)現(xiàn)無級變速，擠出速度和 擠出量的精確控制，滿足截面形狀復(fù)雜、工藝要求高的擠出成型塑料制 品的成型要求。
(4) 、傳動效率高，能耗大大降低。
2) 、塑化、擠出系統(tǒng)根據(jù)塑料原料、制品結(jié)構(gòu)、形狀、成型方 法的不同，分別選用屏障型、分流型、分離型、變流道、溝槽型、組合 型等新型螺桿和料筒，提高塑化能力和產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量。
3) 加熱系統(tǒng)采用國際最新技術(shù)電磁感應(yīng)加熱圈加熱技術(shù)。 電磁感應(yīng)加熱原理是通過先進(jìn)的控制系統(tǒng)發(fā)出高頻至感應(yīng)線圈、在被 加熱的金屬料筒內(nèi)部產(chǎn)生高頻磁場、使被加熱的金屬料筒內(nèi)部產(chǎn)生高頻 電子碰撞，從而使金屬料筒自身快速發(fā)熱、迅速塑化料筒內(nèi)的塑料；由 于是高頻感應(yīng)加熱，高頻線圈不和被加熱金屬直接接觸，所以系統(tǒng)本身 熱輻射溫度接近環(huán)境溫度，只有5CTC以下，人體完全可以觸摸。它以 熱效高、發(fā)熱快、省電節(jié)能、安全可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)、不但可以完全代替現(xiàn)有傳統(tǒng)的電阻絲加熱方式，還比傳統(tǒng)加熱方式有著諸多的明顯優(yōu)點(diǎn)
① 、大幅度節(jié)約電能；
經(jīng)過有關(guān)部門嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)測試，電磁感應(yīng)加熱相比原電阻絲加熱圈節(jié)
電效果都在30%以上，相對不同的原料、生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，節(jié)電效果有 所變化。但在目前己使用的產(chǎn)品中節(jié)電效率最大可達(dá)75%。
② 、環(huán)保效果好，保證了設(shè)備及員工的安全。
使用電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)后、表面的溫度在5CTC以下，人體完全可 以安全觸摸；避免傳統(tǒng)電阻發(fā)熱圈加熱方式輻射到空氣中的能量，可顯 著降低環(huán)境溫度。完全避免傳統(tǒng)加熱方式帶來的因表面高溫而造成的燒 傷、燙傷事故發(fā)生；更杜絕了因表面高溫引燃附作物發(fā)生不安全事故。 由于表面溫度低，它不會燒焦吸附在它表面的異物如塑料顆粒、油污、 灰塵等，不會產(chǎn)生有害氣體，改善了車間的空氣環(huán)境，保證了設(shè)備及員 工的安全。
③ 、加熱迅速，溫度控制實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，改善了產(chǎn)品的質(zhì)量和提高了生產(chǎn)效 率。
傳統(tǒng)的電阻絲加熱原理是電阻絲本身產(chǎn)生高溫，然后熱量再慢慢的 從料筒外表面高溫區(qū)傳導(dǎo)到料筒的中心低溫區(qū)，速度緩慢，并且位于料 筒中心的塑料實(shí)際溫度和料筒表面溫度有較大誤差，當(dāng)塑料溫度達(dá)到要 求時(shí)雖然電阻絲停止加熱，由于存在溫度誤差，料筒表面仍然繼續(xù)向料 筒內(nèi)部傳導(dǎo)熱量，導(dǎo)致溫度控制不準(zhǔn)確，既影響了擠出成型質(zhì)量也降低 了生產(chǎn)效率；而電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)的工作原理是高頻感應(yīng)，被加熱的金 屬是通過自身發(fā)熱，熱能是由料筒金屬整體產(chǎn)生，溫度控制實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，料筒內(nèi)外溫度一致，明顯改善了產(chǎn)品的質(zhì)量和提高了生產(chǎn)效率。
、使用壽命長，降低維護(hù)成本。
塑機(jī)傳統(tǒng)電阻絲在加熱位置遇到油污、和料筒金屬熱傳導(dǎo)不良、有 漏膠現(xiàn)象出現(xiàn)等環(huán)境中將嚴(yán)重限制它的使用和降低它的壽命，由于電磁 感應(yīng)加熱系統(tǒng)本身是在低溫下工作的，所以它不會把吸附在自身表面的 油污、塑料顆粒等加熱碳化，故不會產(chǎn)生漏電、短路等故障；電磁感應(yīng) 加熱系統(tǒng)的工作原理是高頻感應(yīng)，它不同于接觸傳導(dǎo)加熱原理，所以它 不需要和被感應(yīng)金屬的直接接觸，故不存在傳導(dǎo)不良的問題。電磁感
應(yīng)加熱圈連續(xù)運(yùn)行溫度只有IO(TC左右，不存在加熱圈更換的問題。相 對于原電阻絲加熱減少了二次投入，降低維護(hù)成本。
-
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
圖1是本實(shí)用新型一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示圖。
圖2是控制系統(tǒng)原理圖。
圖3是系統(tǒng)控制程序圖。
具體實(shí)施方式
一種低速大扭矩交流伺服電機(jī)驅(qū)動的單螺桿擠出機(jī)，包括機(jī)架1，
機(jī)架上裝交流伺服控制器控制的低速大扭矩交流伺服電機(jī)2，低速大扭 矩交流伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器3與裝在料筒4中的螺桿5連接，料筒的進(jìn) 料端與料斗6連接，料筒上裝電磁感應(yīng)加熱圈7。圖中還有常規(guī)冷卻水 套8及上、下料位計(jì)9、 10、控制系統(tǒng)柜ll。
低速大扭矩交流伺服電機(jī)驅(qū)動單螺桿擠出機(jī)的控制系統(tǒng)及控制原理
(1) 、控制系統(tǒng)硬件組成 控制系統(tǒng)主要由上料控制系統(tǒng)、低速大扭矩交流伺服電機(jī)、電氣控
制柜(包括電源、交流伺服電機(jī)啟動系統(tǒng)、交流伺服控制器、PLC控 制器、溫控模塊、彩色觸摸屏、各類按鈕、開關(guān)、接觸器等電氣元件)。 系統(tǒng)的整體控制原理，如圖2所示
(2) 、控制范圍、電氣元件主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)
① 、上料控制系統(tǒng)-
上料位限位計(jì)當(dāng)物料超過上限位計(jì)時(shí)，發(fā)出訊號，使供料機(jī)構(gòu)停 止進(jìn)料。
下料位限位計(jì)當(dāng)物料低于下限位計(jì)時(shí)，發(fā)出訊號，使供料機(jī)構(gòu)開 始進(jìn)料。
缺料報(bào)警當(dāng)物料低于缺料限位計(jì)時(shí)，發(fā)出報(bào)警訊號。
② 、低速大扭矩交流伺服電機(jī)
規(guī)格型號德國西門子1PH7系列低速大扭矩交流異步伺服電 機(jī)
主要技術(shù)參數(shù)額定電壓AC380V，頻率0-650HZ，；
額定轉(zhuǎn)速400r/min，額定功率3.7-385KW; 額定轉(zhuǎn)矩22-2480Nm。
③ 、交流伺服控制器
規(guī)格型號德國西門子1P20系列交流伺服控制器 主要技術(shù)參數(shù)額定電壓AC380V,伺服控制0—650HZ，；額定功率1.6-600KW; 適合于擠出螺桿直徑。30-200mm，螺桿轉(zhuǎn)速20—200r/min; 擠出量20—1000Kg/h，驅(qū)動電機(jī)功率7.5—250kW。
、 PLC控制器
規(guī)格型號德國西門子S7-200可編程序控制器CPU224XPCN，
主要技術(shù)參數(shù)額定電壓DC24V，額定功耗8W; 數(shù)字量輸入14，(可擴(kuò)展至128點(diǎn))； 數(shù)字量輸出10，(可擴(kuò)展至128點(diǎn))； 模擬量輸入2，(可擴(kuò)展至32點(diǎn))； 模擬量輸出1，(可擴(kuò)展至32點(diǎn))；版
⑤ 、彩色觸摸屏、
規(guī)格型號德國西門子TP270 10.4"彩色STN液晶顯示屏， 主要技術(shù)參數(shù)640X480， 256色，
⑥ 、溫控模塊
規(guī)格型號英國彩色STN液晶顯示屏， 主要技術(shù)參數(shù)640X480， 256色， ②、整機(jī)的工作程序如圖3所示 (4)、系統(tǒng)的各部分工作原理
該系統(tǒng)人機(jī)界面采用了彩色液晶觸摸屏，負(fù)責(zé)人機(jī)對話交流，在 人機(jī)界面中，設(shè)計(jì)了五幅畫面，包括了主機(jī)圖形，加料情況，溫度設(shè) 定控制，螺桿轉(zhuǎn)速、扭矩、熔體壓力，故障顯示等，使操作人員操 作能及時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行狀況，并快捷方便的對加熱溫度、螺桿轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定修改。
①、供料系統(tǒng)，是由料位計(jì)來傳輸信號控制的，當(dāng)缺料時(shí)料位計(jì)傳輸 信號，系統(tǒng)開始供料，供料滿后料位計(jì)信號中斷，供料停止。 ②、加熱系統(tǒng)是由機(jī)筒電磁加熱圈、溫控模塊、PLC控制器構(gòu)成，
由電腦程序來控制，由溫度模塊配以PID溫控軟件取代傳統(tǒng)溫控表、系 統(tǒng)能在加熱過程中自動優(yōu)化演算PID各參數(shù)，演算完成后自動賦值，溫 度控制精確到士'C。其工作原理是在各區(qū)加熱段設(shè)定一個溫度值如200 °C，由熱電偶測得數(shù)據(jù)。加熱時(shí)隨溫度的逐漸升高，在接近20(TC時(shí)， 其加熱的頻率逐漸降低，加熱時(shí)間也逐漸縮短，當(dāng)^20(TC時(shí)，該區(qū)電 磁加熱圈斷電，開始冷卻，當(dāng)《20(TC又開始加熱，周而復(fù)始，最終達(dá) 到平衡。
伺服電機(jī)采用國際最新技術(shù)德國西門子1PH7系列低速大扭矩交流異步 伺服電機(jī)，具有寬調(diào)速比，恒轉(zhuǎn)矩輸出，二倍過載能力，具有400rpm 的低轉(zhuǎn)速，大扭矩，2500p/r的碼盤反饋脈沖精度。
交流伺服控制器采用國際最新技術(shù)德國西門子1P20系列交流伺 服控制器，以最新數(shù)字信號處理器DSP為核心、大規(guī)模可編程門陣 列(CPLD)和智能化功率模塊(IPM)，集成度高、體積小、保護(hù)完善、 可靠性好。采用最優(yōu)PID算法完成P麗。驅(qū)動單元具備標(biāo)準(zhǔn)位置控制 與速度控制，可接收脈沖信號及模擬信號，脈沖信號兼容脈沖方向 信號與正反脈沖信號兩種。由于采用成熟智能功率模塊，驅(qū)動單元 具備了控制超速、主電源過壓欠壓、過流、過載、制動異常、編碼 器異常、控制電源異常、位置超差等多項(xiàng)在線檢測與診斷，使控制過程一目了然。實(shí)現(xiàn)無級變速，擠出速度和擠出量的精確控制，可 滿足截面形狀復(fù)雜、工藝要求高的擠出成型塑料制品的成型要求。 設(shè)備的操作運(yùn)行
1、 開機(jī)
1) 、合上電源及接通PLC控制電源。
2) 、在負(fù)責(zé)人機(jī)對話交流彩色液晶觸摸屏上，按五幅工作畫面的要 求，(包括加料情況，溫度設(shè)定控制，螺桿轉(zhuǎn)速、扭矩、熔體壓力 等)，逐一設(shè)定起始工作狀態(tài)及所需的控制參數(shù)。
3) 、啟動上料設(shè)備，將原料加入料斗。
4) 、啟動電磁加熱系統(tǒng)，對料筒進(jìn)行加熱，在加熱溫度到達(dá)設(shè)定溫 度后，
仍需保溫10-20分鐘，使各區(qū)溫度基本穩(wěn)定在設(shè)定溫度范圍內(nèi)。
5) 、起動低速大扭矩交流伺服電機(jī)，并逐步提高螺桿轉(zhuǎn)速至所需值。
6) 、調(diào)整和修正各參數(shù)，使設(shè)備運(yùn)行在正常狀態(tài)。
2、 停機(jī)
1) 、停止上料。
2) 、逐步降低低速大扭矩交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，讓螺桿轉(zhuǎn)速逐步降低至零。
3) 、關(guān)閉電磁加熱系統(tǒng)，停止對料筒進(jìn)行加熱。
4) 、關(guān)閉PLC控制電源及斷開主電源。
權(quán)利要求1、一種低速大扭矩交流伺服電機(jī)驅(qū)動的單螺桿擠出機(jī)，其特征是包括機(jī)架，機(jī)架上裝交流伺服控制器控制的低速大扭矩交流伺服電機(jī)，低速大扭矩交流伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器與裝在料筒中的螺桿連接，料筒的進(jìn)料端與料斗連接，料筒上裝電磁感應(yīng)加熱圈。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種低速大扭矩交流伺服電機(jī)驅(qū)動的單螺桿擠出機(jī)，包括機(jī)架，機(jī)架上裝交流伺服控制器控制的低速大扭矩交流伺服電機(jī)，低速大扭矩交流伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器與裝在料筒中的螺桿連接，料筒的進(jìn)料端與料斗連接，料筒上裝電磁感應(yīng)加熱圈。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理，工作效果好。
文檔編號B29C47/78GK201325165SQ200820236920
公開日2009年10月14日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者熊國中, 偉 陳 申請人:南通三信塑膠裝備科技有限公司