挤塑机

挤塑机是一种重要的塑料机械，大部分的塑料制品的生产与制造都可以依靠挤塑成型实现。挤塑机电机是挤塑机的重要组成部分，是挤塑机的原动机，提供挤塑机螺杆所需要的大推力。

针对目前通用的90mm螺杆挤塑机设计了一种低速大转矩永磁直驱电机，其具有效率高、功率密度大、节能性较好、可靠性高、控制精度高等诸多优点，但是由于挤塑机工作时料筒中的塑料为高温熔融状态的塑料胶体，而永磁电机又直接与挤塑机螺杆连接，这会对电机的温升产生不良的影响。同时，永磁电机在进行机电能量转换时又不可避免地要产生各种损耗，这些损耗最终都以热的形式散发到电机和周围冷却介质中，那么，综合上述两方面的共同作用，对电机温升的分析以及冷却系统的设计是保证永磁电机的可靠运行的重要环节。

H200型挤塑机经投入使用后,发现存在无法长时间连续生产的问题。当连续生产超过12h或短时停车后再开车,挤出的胶料会伴有焦粒、焦块现象,严重影响电缆的制造质量。尽管采取了降低挤塑机各段工艺温度、螺杆转速以及重新改进挤塑机风冷系统等措施,但均未能有效解决上述问题。这给生产大截面电缆造成了严重的影响。

该挤塑机在长时间连续生产时胶料在挤塑机中流动不畅,有死区致使胶料停留时间过长而过热焦烧,出现焦粒、焦块。该挤塑机机颈段原设计不合理,其不合理处有如下两点。

螺杆端部与滤网板间的距离过大，由于螺杆端部与滤网板间的距离过大,致使a-a处截面积增大。经测算,原设计在a-a处的截面积与螺杆输料截面积(螺槽宽×螺棱高度)之比约为3.5∶1,胶料在这一区域流动时,其面积突然增大而出现涡流。这一现象可从突然扩大的等效管流,且对停车拆下的余料进行分析,同样得出了如下结论:由于涡流的存在,致使胶料滞留,进而造成胶料因滞流时间长而过热焦烧。

滤网板孔眼总面积过大

原设计滤网板孔眼总面积与导料孔面积之比约为3∶1。这样,由于滤网板孔眼总面积远大于导料孔面积,致使胶料在流动时,受到的阻力增加。这一现象可从突然缩小的等效管流图中直观地看出。由于胶料所受的阻力大,因此在滤网板处的应力极不均匀:中间应力大,胶料流动快;而边缘应力小,胶料流动缓慢。结果造成胶料在边缘区域滞留而焦烧,边缘区域的焦烧胶料达到一定量时,这一区域的应力将会增加,最终把焦料带出。如此反复,造成了挤出时出现间歇性焦粒、焦块。根据对停车后拆下来的滤网边缘区域积存的焦烧料分析,上面的结论十分正确. 。

挤塑机电磁感应加热节电器由电磁感应加热圈和电磁感应加热控制器组成，是一种利用电磁感应原理将电能转换为磁能，使被加热钢体感应到磁能而发热的一种加热方式。该装置采用了锁相环技术，由锁相环控制工作频率，自动跟踪被加热体固有频率及其它参数的变化，由大功率的绝缘栅双极型功率管（IGBT）全桥组成，使功率管保持在零电压开关状态，损耗最小，安全区大，进一步提高工作效率，改善功率因数，达到98%以上。

挤塑机受温度控制的电源经电磁感应控制器将工频交流电整流、滤波、逆变成20~40kHz的高频交流电，高速变化的高频电流流过线圈会产生高速变化的交变磁场，当磁场内的磁力线通过导磁性金属材料时会在金属体内产生无数的小涡流，使金属材料本身自行高速发热，从而加热金属材料料筒内的塑料，根据具体情况在料筒外部包裹一定的隔热保温材料，可以大大减少热量散失，提高热效率，节电率可达30%～50%。因为电磁感应加热圈本身并不发热，而且是采用绝缘材料和高温电缆制造，所以不存在原电热圈的电阻丝在高温状态下氧化而缩短使用寿命的问题，具有使用寿命长、升温速度快、节电效果显著、无需维修等优点。

44台挤塑机，加热总功率为892kW、年工作5000h，加热达到工艺温度后就自动停止加热，根据平常机台数据积累，加热时间约为工作时间的60%，年消耗电能267.6万kWh。改造后的挤塑机加热总功率为625kW。挤塑机电磁加热节电器价格按1660元/kW计，预计投资625kW×1660元/kW=103.75万元（电价按0.68元/kW计算） 。

改造前年用电量892kW×5000h×60%=267.6万kWh；改造后年用电量625kW×5000h×60%=187.5万kWh；年节电量80.1万kWh；年节约电费80.1万kWh×0.68元/kWh=54.5万元；节约电力267kW；节电率=80.1万kWh÷267.6万kWh=29.9%；投资回收期23个月。

项目推广应用价值：

（1）高效节能。热效率高达95%以上，由于是定向加热，同等条件下比电阻式加热方式节电30%~70%，预热时间缩短2/3。（2）运行可靠、产品合格率高。多闭环智能控制系统和完善的保护系统，保证设备长期安全可靠运行。由于改变了传统的电加热方式，减小了被加热物体的热惯性，提高了温控精度，提高产品的质量和合格率。（3）降低费用。加热部分采用电缆结构，加热电缆本身不会产生热量，使用寿命长久。避免了电阻式加热需要经常维护和定期更换加热圈的弊病，后期基本无维护费用。（4）改善环境。加热部分热量耗散少，表面可用手触摸，改善了生产现场的环境条件。

据不完全统计，全国现有塑料生产机械约160万台套，每年还以15%的速度递增，加热部分的电容量为2000万kW，日用电量约为2000万kW×0.5×20h=2亿kWh，（0.5为机器加热通断比，20h为机器1天生产的工时），按每台机每年300个工作日计算，全国塑料加工机械全年用电量为600亿kWh，若所有的机器都安装了电磁加热装置，那么全国节约电能约在180亿kWh，这比葛洲坝全年的发电量还多23亿kWh，对缓解国家电力紧张，降低国家投资和降低企业生产成本都有十分积极的作用和意义。

1)缩短螺杆端部与滤网板间的距离加长螺杆头,使螺杆端部与滤网板间的距离由原来的16mm缩短到6mm。同时,还把平板式滤网板改为U型滤网板,从而大大减少了间距。缩短两者之间的间距后,螺杆输料截面积与a-a处截面积之比为1∶1,避免因截面积突然变大而出现涡流。

2)减少滤网板孔眼总面积改进的设计是将滤网板孔眼的总面积与导流孔面积的比例定为1.2∶1左右。这样,两者间的面积相差不大,既有利于在滤网板处保持一定的压力,又使压力分布比较均匀,从而避免了胶料在流动时,因边缘应力过小。

改造前生产工艺复杂，产品质量不稳定，既浪费人力又浪费电能。改造后的整个工艺流程全部采用智能化控制系统，整个控制系统以可编程序控制器和触摸屏组成，系统设备的主要工艺参数均可在触摸屏画面上设定、修改，可编程序控制器根据设定的工艺参数完成系统控制过程。设备操作者完成挤出速度、加热温度、收线张力参数设定后，即可启动系统正常运行。

改造前的生产工艺流程

（1）导体经放线架由SJ65挤塑机在导体表面挤包耐火内保护层，经履带牵引机牵引将电缆绕入电缆盘。

（2）将挤包完耐火内保护层的电缆经放线架由SJ150挤塑机在耐火内保护层表面挤包绝缘层，经履带牵引机牵引将电缆绕入电缆盘。

（3）将挤包完绝缘层的电缆经放线架由SJ90挤塑机在绝缘层表面挤包阻燃外保护层，经履带牵引机牵引将电缆绕入电缆盘。

（4）将经以上3道工序生产的电缆送进高温硫化房进行高温硫化，硫化结束将电缆取出进行冷却后转入下道工序。高温硫化房由金属外壳构成，直径4m，内部四周全部由加热管构成，功率为375kW，能源消耗大。

改造后的智能化共挤连续硫化生产工艺流程

导体经放线架通过转向轮及夹线器进入储线器，出储线器后通过转向轮进入包带牵引机，包带牵引轮外部有2层胶带，把导体线芯压住，通过调节器调节气缸内的压力大小使2层皮带夹紧力发生变化，保证有足够的牵引力，用2层胶带夹线能避免线芯外表面被碰伤，确保了电缆的质量，导体经牵引机进入异型精密共挤模头。导体穿过异型精密共挤模头时，由SJ65挤塑机先挤导体耐火保护层，再由SJ150挤塑机挤绝缘层，最后由SJ90挤塑机挤阻燃保护层，实现一次共挤过程。挤塑和收线部分均采用先进节能的变频控制，该装置是使用微处理机进行数字控制的高精度交流调速器，控制功能主要靠软件。导体从模头出来后，直接进入上封闭器，再进入加热段，加热段由6节管组成，每节管由干式变压器短路加热，分6个温度控制区，每节管由导电板、铝排、绝缘管、吊架及干式变压器等组成。加热温度设定由工艺要求给出，加热也由快速加热到设定温度仪表控制，停止加热后，立即转入保温加热。根据生产工艺要求，调节各区的温度，所有工艺参数均在触摸屏画面上设定、修改。使电缆充分硫化，确保了电缆的质量。

加热段中间为悬垂控制器，悬垂控制器主要是通过本身的电信号来调节牵引机速度，使之与牵引机同步，保证电缆悬浮在管路中间，在没进入冷却段前，防止挤包电缆脱管划伤。电缆线从加热段出来后进入隔离段，隔离段上有继电器控制的放气阀，目的是把水蒸气排放出去，避免水蒸气进入加热段，同时隔离段还能把电缆慢慢冷却下来，防止突然冷却产生水珠和由于电缆绝缘层骤冷而产生的热应力，确保电缆质量及使用寿命。

电缆出隔离段后进入冷却段，电缆与水交换热量，达到冷却的目的，再通过下封闭器进入履带牵引机，通过调节压胶带气缸力的大小，使履带牵引机的牵引力发生变化，通过悬垂控制器给的信号，调节直流电动机转数，从而使履带牵引机的速度与包带牵引机同步。由下牵引机出来进入张力调节器，张力调节器是调节收线快慢的机构。最后到收线，线盘缠满线后下盘，转入下道工序。管道装置集预热、加热、干燥、冷却于一体，结构紧凑，自动化程度高，热效率明显提高，加热功率自动跟踪出线速度，节能效果十分明显，整个生产过程全部智能化控制。

技术经济分析

原工艺流程用电设备总容量1416kW，年用电量326.25万kWh。改造后的智能化3层共挤连续硫化生产工艺流程所用的电能设备总容量812kW，比改造前减少604kW，年用电量187.08万kWh，比改造前节约电量139.17万kWh，整个改造投资185万元。按每天开机12h，年开机320d，全年开机3840h，电价0.68元/kWh计算，因加热达到工艺温度后就自动停止加热，根据平常机台数据积累，加热时间约为工作时间的60%。改造前用电量：1416kW×3840h×60%=326.25万kWh；改造后用电量：812kW×3840h×60%=187.08万kWh；年节电量：326.25万kWh-187.08万kWh=139.17万kWh；年节约电费：139.17万kWh×0.68元/kWh=94.64万元；节约电力604kW；节电率42.6%；投资回收期24个月。

改造后的生产工艺较改造前相对简单，产品质量稳定，能耗小，节约了大量的电能，节电率达40%。工艺采用了连续化作业，提高了产量，同时减少了半成品搬运，节省了大量的人力及周转时间。生产线比改造前占地减少，节约了大量的财力。