1.塑料机械发展概况
2013年,世界经济仍延续低速增长态势,我国橡胶行业在经历了近10年的快速发展后,已经进入平稳增长阶段,橡胶制品行业也是如此。
中国橡胶工业协会橡胶制品分会对橡胶制品行业56家重点企业统计数据显示,2013年1~12月,实现工业总产值同比(下同)增长12.61%,销售收入增长14.65%;完成出口交货值增长29.15%;出口率(值)23.65%,与上年同期相比增加4.79个百分点。
2013年1-12月,我国塑料制品行业累计完成产量6188万吨,同比增长8%,其中,农用薄膜累计完成产量187.4万吨,同比增长13.6%;12月份当月我国塑料制品行业完成产量593.6万吨,同比增长5.1%,其中农用薄膜完成产量16.7万吨,同比下降2.3%。
2013年1-12月,我国塑料制品行业累计完成出口交货值同比增长1.1%,累计产销率达97.9%;其中12月份当月完成出口交货值同比增长5%,当月产销率达98.3%。
在经济效益方面,1-12月,全国规模以上塑料制品生产企业累计主营业务收入同比增长9.8%,实现利润总额同比增长6.2%,完成税金总额同比增长1.3%。其中塑料薄膜生产企业累计主营业务收入同比增长13.8%,实现利润总额同比增长23.4%,完成税金总额同比增长12.9%。
2013年1-9月,我国塑料机械制造规模以上企业有377家,进入第三季度以来,各项指标企稳回升。出口交货值由1-7月连续负增长转为8、9月份分别4%、8%的同比增长和10%、12%的环比增长;主营业务收入则在第三季度实现了13%的同比增速。
进出口方面,根据海关数据统计,2013年1-9月我国进口塑料机械7532台,进口金额约13.6亿美元,分别同比减少7%和20%,进口平均单价由2012年同期的21万美元/台下降到18万美元/台;出口塑料机械1.3266台,出口金额约12.6亿美元,虽然出口数量同比增长1倍多,但出口金额仅同比增长4%,出口平均单价由2012年同期的3万美元/台下降到1万美元/台;贸易逆差9619万美元,逆差金额大概缩小,仅为2012年贸易逆差的1/5。
注塑机进口数量和进入分别同比下降16%、18%,出口数量下降11%,出口金额略同比增长0.7%;挤出机进口数量同比增长31%,但进口金额同比减少35%,出口数量同比增长20%,但金额下降7%;吹塑机进口数量下降9%,进口金额与上年基本持平,出口数量则同比增长了近5.4倍,而出口金额增长13%。
进口来源地方面,前三个季度从德国、日本、中国台湾、韩国、意大利、美国、奥地利和瑞士等地主要塑机产地进口额减少近21%。其中从日本和意大利进口分别减少26%、20%,从中国台湾进口减少48%从瑞士进口则更是大幅减少66%,而从中国出口复进口的金额曾同比增长了两倍多,超过2300万美元。
尽管当前中国机械产品存在一定的国际比较优势,但是持续多年的出口高速增长已引发了日益剧烈的贸易摩擦。再加上人民币汇率持续攀升削弱其竞争力,今年中国机械产品进一步扩大出口的难度正在加大。
2. 伺服在塑料机械中的应用
我国是注塑机生产和应用的大国,而且每年以6%-8%的速度快速增长。目前市场上生产和使用的95%注塑机大部分是以普通异步电动机拖动的液压式注塑机。普通注塑机通常采用液压传动,其结构包含注射装置、开合模装置、液压传动装置和电气控制装置,后者的作用是保证注塑机预定工序的要求(压力、速度、温度、时间、位置)和动作程序准确有效地工作。
在传统的注塑机中液压传动装置主要由油泵、液压控制阀、压力电磁比例阀、流量电磁比例阀、各种不同的动作油缸、油泵电机及其它液压附件和管道组成,液压传动系统中的动力由电机带动油泵提供。其中,油泵绝大部分是定量油泵,电动机通常提供额定功率和转速,油泵将电动机所输入的机械能转变为压力能,然后向液压系统的液压组件输送具有一定压力和流量的液压油,满足液压执行机构驱动负载所需能量的要求。
为了能使注塑机的驱动不仅不影响产能甚至可以提高产能,业界开始用伺服驱动器和伺服电机来驱动,该系统通常由内建PQC伺服驱动器+伺服马达+定量泵三部分组成。
用伺服驱动器的最大优点,首先是节能,因为当系统保压时注塑机控制器会同时给压力和流量信号给驱动器,驱动器会根据PID换算后将低速驱动伺服电机运转实现节能,其次是产能得到很大的提高,因为伺服驱动器驱动伺服电机运转相应很快,而且伺服电机一般可以运转到2000转/分以上,所以注塑机在进行除保压状态外的其它工作状态时基本上执行的是速度模式,其电机转速很快就可实现了注塑机运转周期加快,提高了产能,再次是系统保压时压力的稳定性很好,因为该驱动系统是个死循环控制系统,注塑机系统压力通过压力传感器传递到驱动器上并通过驱动器的PID快速调节响应,从而保证了系统压力的稳定性。
根据以上分析,全电动节能率最高,但技术难度、价格和维护成本高,只有少量大企业才能有能力研发,规模生产至少要3-5年后,因此,电液伺服是当前注塑机技术发展的最主要趋势,也是能最快形成规模化生产的方式,异步电液伺服性能和同步伺服性能一样,但价格更低,维护更简单,因此,异步电液伺服取代同步电液伺服是大势所趋。
当前,市面上的一些伺服产品,采用双闭环解耦控制,对电机的输出转矩和转速实时监控、调整,而且响应时间短、简化系统、安装方便。
在这方面,时光科技、台达的产品应用较多,同时还有许多厂商生产了注塑机专用的伺服节能系统,节能效果非常明显。
在制袋机上的应用
制袋机的关键技术在于如何保证切断长度的精度控制及生产速度的提高。早期的制袋机均采用曲柄摆杆、扇形齿轮和超越离合器机构,由曲柄机械调整袋长,由微电机修正摇杆扇面齿轮面上的偏心位置进行定位修正以达到定位控制目的,但此机构无论是制造还是进行袋长设置都很麻烦,且运行速度慢,定长切割精度不高。随着交直流伺服技术的提高,制袋机的生产速度及产品定长精度两个问题都有了更好的解决方案。
制袋机在工艺上可分为热封裁切和定长牵引两类动作,一般这两类动作各占一半的制袋周期且互锁。整个的制袋过程主要分为抬刀,定位,封切三个部分。封切刀由主电机经过减速后带动进行循环的抬刀和封切动作,伺服系统带动压料辊进行定位,色标电眼对色标进行跟踪。伺服的高速启停性能用于制袋定位,简化了机械机构,解决了老式机械速度慢,定位精度不高,浪费材料等缺点。
当前,博世力士乐、汇川、台达、路斯特公司的伺服产品在该行业里应用较多,且大多为注塑机专用伺服产品。
3.塑料机械行业伺服产品应用前景
塑料机械应用范围广泛包括:包装、农业、建筑、汽车等多个领域。由于塑料质轻、可循环利用,可低温成形、可多功能化,其用途越来越广,用量越来越大,以塑代钢、以塑代木发展趋势愈演愈烈。
国内塑料机械生产企业,其发展空间相当大。尤其是一些科技含量高、性能好、价格相对适中的机型,如特大型、精密、专用注塑机,低温、大功率型单螺杆挤出机,用于生产高阻渗性和耐热性包装材料等的多层共挤吹塑机,生产工业制件(汽车配件等)吹塑机械等,都有很好的发展前景。
随着下游塑料制品需求量的增加,我国塑料机械国内市场总体需求稳定增长。根据塑机行业十二五发展规划,未来5年,塑机行业平均每年将增长12%以上,全行业工业总产值和销售总额均达到500亿元以上。由于当前国内市场活跃度低于国际市场,国内的情况会促使更多企业走向国际,可以预期,未来一段时间,塑机行业会出现出口热,国内这种激烈的竞争将会被传导至国际市场,届时,国际市场将迎来竞争激烈又快速增长的态势。
全球经济并不明朗的情况下,2013年我国塑料机械总体来讲,进口略有增进,但同比增幅微小。受到全球运输业的发展的影响,亚洲和太平洋地区的机械生产商能够获得快速发货的优势。预计2014年我国塑料机械出口市场或将出现平稳的市场发展态势。
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