我國塑料制品業(yè)是朝陽產(chǎn)業(yè),是中國輕工業(yè)中最大的新型產(chǎn)業(yè)。目前我國塑料消費量超過6000萬噸,占世界塑料消費總量2.38億噸的四分之一強,超過美國居世界第一。人均消費46kg,超過了世界40kg的平均水平,成為真正的世界塑料生產(chǎn)、消費、進出口大國。從我國初級形態(tài)塑料的產(chǎn)量與進口量表中可以看出,我國初級形態(tài)塑料的產(chǎn)量呈穩(wěn)步上升之勢,尤其是是近兩年,增長的勢頭更為明顯。且進口量也顯示上升了一個臺階,顯示我國對初級形態(tài)塑料的需求一直呈穩(wěn)步上升格局。
2010年,我國塑料制品生產(chǎn)及經(jīng)濟運行情況良好,各產(chǎn)品產(chǎn)量繼續(xù)保持高于去年同期水平的良好發(fā)展態(tài)勢,但全行業(yè)產(chǎn)量增長速度較前三季度略有回落。
2010年1-11月份國內(nèi)的塑料制品累計總產(chǎn)量在5145.4萬噸,較2009年同期增長20.9%。
海關(guān)最新統(tǒng)計數(shù)字顯示,2010年11月份我國塑料制品出口量為654,276噸,1至當(dāng)月為6,763,415噸。與去年同期相比增加14.2%。隨著我國科技不斷發(fā)展,我國塑料制品在國際市場上的份額將不斷擴大。
我國塑料機械已成為傳統(tǒng)機械制造業(yè)中發(fā)展最為迅猛的行業(yè)之一,年需求量加大。我國塑料機械工業(yè)的高速發(fā)展緣于下列因素:一是國內(nèi)塑料加工業(yè)的高速發(fā)展,對塑料機械的需求旺盛;二是對高技術(shù)含量裝備的需求所帶來的設(shè)備更新及陳舊設(shè)備的淘汰。
統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出,塑料制品產(chǎn)量的增長引發(fā)了塑料機械銷售額的增長。塑料加工業(yè)良好的發(fā)展前景,仍將是我國塑機業(yè)高速發(fā)展的主要動力。入世后,給我國塑料機械工業(yè)的發(fā)展至少帶來了兩個有利條件:一是有利于出口;二是有利于引進技術(shù),包括外商來華合資和獨資辦企業(yè)所帶來的先進制造技術(shù)。
據(jù)中國塑料機械工業(yè)協(xié)會提供的數(shù)據(jù)顯示,2010年前三季度,我國塑料機械制造工業(yè)總產(chǎn)值達301.29億元,同比增加72.93%,高于同期全國機械工業(yè)總產(chǎn)值同比增速(34.59%)。而且,進口塑料機械所占比重較兩年前有明顯的下滑。2008年進口設(shè)備在中國塑機市場所占比重超過50%,但從2010年前三季度的數(shù)據(jù)來看,占比只有29%左右。
受益于塑料機械下游塑料制品產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,我國塑機的發(fā)展前景看好。目前的塑料產(chǎn)業(yè)早已不是傳統(tǒng)的日用輕工等一般產(chǎn)品,而是與國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)緊密相連的高新技術(shù)產(chǎn)品。因此,在現(xiàn)代裝備制造業(yè)中,塑料機械工業(yè)作為高分子材料的“工作母機”一直受到發(fā)達制造業(yè)國家高度的重視和支持。目前該行業(yè)重點研發(fā)的大型注塑機等產(chǎn)品,是高鐵、新能源、海洋開發(fā)等產(chǎn)業(yè)的配套專用設(shè)備。
伺服系統(tǒng)在塑料機械行業(yè)中應(yīng)用仍未普及
繼高分子材料木材、水泥、金屬之后的第四大結(jié)構(gòu)材料塑料產(chǎn)品,日益受到人們的青睞,不言而喻,塑料機械業(yè)迎來其發(fā)展的黃金時期。經(jīng)過50多年的發(fā)展,我國塑料機械產(chǎn)業(yè)的科技實力、市場化程度、國際化程度都有顯著的提高,生產(chǎn)制造能力都在不斷地加強,已經(jīng)成為產(chǎn)量世界第一的塑料機械制造大國。即便如此,伺服系統(tǒng)在塑料機械行業(yè)中的應(yīng)用卻仍未普及。
但隨著國家對節(jié)能減排的逐漸重視,以及國家出臺的一系列政策支持。塑料機械行業(yè)的火速發(fā)展,必將帶來伺服產(chǎn)品發(fā)展的鼎盛時期。伺服系統(tǒng)在塑料機械設(shè)備中主要應(yīng)用于注塑機、制袋機、吹塑機等器件。
注塑機
伺服系統(tǒng)在注塑機上應(yīng)用的主要作用就是節(jié)能,利用旋轉(zhuǎn)編碼器和壓力傳感分別對流量和壓力進行反饋,高性能伺服電機通過改變轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩做出相應(yīng)的流量壓力調(diào)整,進而確保節(jié)能、環(huán)保以及高響應(yīng)、高精度。
注塑工藝過程一般為鎖模、射膠、溶膠、保壓、冷卻、開模等幾個階段,各個階段需要不同的壓力和流量。傳統(tǒng)的油泵馬達按最高壓力和設(shè)備需求確定功率,以恒定的轉(zhuǎn)速提供恒定的流量,多余的液壓油通過溢流閥回流,這樣,很多能量就這樣浪費掉了。伺服在鎖模、保壓、冷卻等階段能輸出最大壓力但保持速度接近零速,因而功率消耗最小。在需要低速射膠的場合下,例如社交速度是最高速度的30%,大約可以節(jié)約70%的能量。能之原伺服電機為高效率稀土永磁同步電機,傳統(tǒng)油泵電機為三相異步電機。因三相異步電機效率和功率因素低,在注塑機的平均工況下,伺服電機比傳統(tǒng)油泵電機效率高10%。
制袋機
作為制作包裝袋的機械設(shè)備制袋機,其定位精度和穩(wěn)定性直接影響到所致膠袋的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。通過伺服電機取代步進等控制機構(gòu),可提高生產(chǎn)效率,減少廢料生產(chǎn),大大提高機器的性能。
制袋機的基本結(jié)構(gòu)包括:機身、上下切刀、變頻傳動機構(gòu)、上下送料膠輥、伺服傳動機構(gòu)、放料架、放料直流電機、可調(diào)色標(biāo)檢測架、可移動操作箱、電控箱等。而送料傳動部分就由交流伺服系統(tǒng)負責(zé)。
制袋機一般具有兩種封切方式:空白袋定長封切和尋標(biāo)封切,當(dāng)選擇空白袋定長封切時色標(biāo)光電眼不起作用,PLC程序根據(jù)切袋長度、機械傳動比、伺服驅(qū)動器的電子齒輪比、伺服電機編碼器的線數(shù)以及送料輥周長,計算出伺服系統(tǒng)定位所需要的脈沖數(shù),然后由驅(qū)動器驅(qū)動伺服電機帶動送料輥轉(zhuǎn)動送出一定長度的膠袋,從而實現(xiàn)白袋定長封切;當(dāng)選擇尋標(biāo)封切時,其過程如下,伺服啟動信號導(dǎo)通,伺服電機按照PLC程序預(yù)先設(shè)定運動曲線進行加速運動、恒速運動、減速運動、低速追色,當(dāng)PLC接收到追色信號時,通過中斷方式立即停止伺服電機。
吹塑機
塑料吹塑機是利用擠吹成型工藝來生產(chǎn)塑料中空容器的專用、高效設(shè)備。目前,塑料吹塑成型的應(yīng)用日益廣泛,已成為發(fā)展最快的一種塑料成型方法,以致絕大多數(shù)中空塑料制品都采用擠出吹塑加工方法得到。但擠出吹塑成型突出的缺點是擠出吹塑成型產(chǎn)品壁厚均勻性不易控制。但通過壁厚位置控制系統(tǒng),可以有效控制壁厚系統(tǒng)和整機,使壁厚均勻度大大提高。
壁厚控制系統(tǒng)是對模芯縫隙的開合度進行控制的系統(tǒng),即位置伺服系統(tǒng)。在中空容器的生產(chǎn)過程中,為了保證制品的質(zhì)量,要求被控量能夠準(zhǔn)確地跟蹤設(shè)置值,同時還要求響應(yīng)過程盡可能快速。以簡單的10點壁厚控制器為例,在連續(xù)擠出的模式下,從模頭擠出一個型坯最短時間約5s,在5s的時間內(nèi)要實現(xiàn)一條有限長度的函數(shù)曲線,需要將其分成10個段落,在時間軸上,每個段落只有大約0.5s的時間,按照跟蹤理論,壁厚控制器的單位脈沖過渡時間應(yīng)為段落時間的1/5-1/10,即0.05-0.1s,這就要求系統(tǒng)響應(yīng)非常迅速。
而在響應(yīng)如此迅速的同時,還要保證被控的位置量能夠準(zhǔn)確跟蹤設(shè)置值,否則,壁厚控制將失去意義。要達到上述兩種要求的控制效果,對于重載荷系統(tǒng)來說,正是壁厚控制系統(tǒng)設(shè)計的難點。另外,由于在型坯輪廓曲線上取l0個點來描繪曲線,點與點之間還須進行插值處理,盡量使輪廓曲線光滑。
2011塑料機械增長會近兩成
塑料機械是高分子復(fù)合材料的“工作母機”,是一個充滿朝氣、前景光明的產(chǎn)業(yè),對整個塑料工業(yè)的發(fā)展具有明顯的杠桿撬動作用,直接影響著國民經(jīng)濟各行業(yè)的發(fā)展。所有塑料原料均需經(jīng)過塑料機械和模具的加工制作,才能成型為用途廣泛的塑料制品,因此,塑料機械已經(jīng)成為航空航天、國防、石化、海洋、電子、光電通訊、建筑材料、包裝、電器、汽車及交通、農(nóng)業(yè)、輕工業(yè)等國民經(jīng)濟各行業(yè)的重要技術(shù)裝備,并且是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的配套專用設(shè)備。例如大飛機機身所用的碳纖維、人工心臟搭橋支架等產(chǎn)品均由現(xiàn)代塑機制造。
值得關(guān)注的是,在機械行業(yè)進出口貿(mào)易普遍保持順差的情況下,塑料機械的進出口貿(mào)易逆差狀態(tài)仍未能轉(zhuǎn)變,2010年貿(mào)易逆差近9億美元。不過,進出口設(shè)備的平均單價比已由2009年的7:1,縮小為2010年的5:1,這表明我國推進塑料機械產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級已取得初步成效。
有預(yù)測顯示,2011年中國塑料工業(yè)總產(chǎn)值將達10000億元,塑料工業(yè)需求量年增長率約為18%。