TPU、TPR鞋底机械原理

1. 自动圆盘式塑料注塑机的工作原理
众所周知，国内卧式注塑机变频节能改造的成功案例众多。制鞋企业中常见的主要电气设备是全自动圆盘式注塑机，俗称“电老虎”。我国制鞋大国拥有大量制鞋设备，但进行节能改造的单位相对较少。主要原因是人们对全自动圆盘式注塑机的工作原理不够了解。
1.1 全自动圆盘式塑料注塑机（以下简称：圆盘机）的机械特性
1）本机专门用于生产各种高档单色、双色和三色运动鞋、休闲鞋鞋底、男童女童鞋底等产品。
2）原材料适用于生产发泡材料和其他热塑性原材料，如PVC、TPR等。
3）该机器由计算机程序（单片机、PLC）控制，主机和辅助机控制精确，操作简便，维护方便。
1.2 圆盘式注塑机与传统卧式注塑机的比较
1）液压马达
卧式注塑机和盘式注塑机的油泵均为定量泵。在注塑过程中，油泵压力频繁变化。传统的低压维护处理方法是通过比例阀释放压力，而此时电机已在工频下全速运转，造成严重的电能浪费。
2）根据圆盘印刷机的型号，分为单色印刷机、双色印刷机、三色印刷机和其他型号。
其中，单色注塑机只有一个主机，类似于卧式注塑机。
双色注塑机由主机和辅助机组成。辅助机负责注塑、熔化、上模、下模等动作。主机除了具备辅助机的所有动作外，还增加了一个旋转盘动作，用于实现模具的运动和定位。
这台三色印刷机由一台主机和两台辅助机组成。
3）模具数量
4）卧式注塑机一般只有一套模具，当生产工艺改变时，就需要更换模具。
碟片机的模具数量因型号而异，通常有18、20、24和30套模具。根据生产工艺，通过控制面板设置模具位置是否有效。例如：TY-322型，24个模具工位（可安装24套模具），生产过程中可根据需要灵活选择全部或部分模具作为有效位置。碟片机工作时，大型转盘高速顺时针旋转，PLC或单片机执行程序计算。当检测到有效模具位置时，PLC或单片机扫描到减速信号，转盘开始减速。到达定位信号后，转盘进行精确定位。否则，如果未检测到有效模具位置，大型转盘将旋转到下一个有效模具位置。
只要卧式注塑机接收到模具夹紧或模具开启信号，它就会执行相关动作。
4）压力调节方法
卧式注塑机和圆盘式注塑机的压力调节方法都是压力比例控制方法，但圆盘式注塑机（模具较多）的每个模具的注射压力可以通过控制面板独立设定，适用于制造不同注射量的产品。
卧式注塑机生产每个产品，相关参数保持一致。
5）模具加工方法
当卧式注塑机工作时，固定模具不移动，只有活动模具在接到指令后执行左右开模或锁模，并沿直线从左向右移动。
圆盘成型机工作时，固定模和活动模由大型转盘移动定位。当有模具夹紧和开模指令时，油缸执行升降动作。取件时，操作员手动打开活动模取出产品。
6) 唱片（转盘）
全自动圆盘式注塑机因其转盘为圆形而得名，也被称为圆盘机（或单盘机）。圆盘上被划分成若干等份，例如TY-322就被划分成24个模块。
如果主机和辅助机均未检测到有效模具位置，且主机和辅助机均处于开模状态，则PLC或单片机发出指令，主机对圆盘施加压力使其高速旋转。系统自动检测有效模具位置，减速后圆盘被精确定位。
7）冷却方法
传统的卧式注塑机有“冷却时间”的概念。模具上安装有冷却水循环系统，以保护模具和产品的冷却。
圆盘机有所不同。它没有冷却水循环系统，因为产品成型后，圆盘机的转盘本身会在一段时间内处于旋转状态或待机状态。此外，机器上还安装了多个冷却风扇，用于冷却模具和产品。
1.3 圆盘机的工作原理
在圆盘注塑机的注塑过程中，诸如合模、注射、熔化、开模、圆盘转速等各个动作对速度和压力都有不同的要求，这些要求通过控制面板上的比例值来设定。例如：P1设定合模压力，P2设定注射一次压力，P3设定注射二次压力，P4设定进给压力。当圆盘注塑机的流量压力需求发生变化时，通过油泵出口处的比例阀（溢流阀）调节负载压力和流量，并将多余的油在高压下溢回油箱。
单色圆盘注塑机仅有一台主机，主要为系统提供压力，完成注塑熔化、合模和开模等动作。此外，它还控制一个转盘系统，完成模具的运动和定位。
双色喷墨机可分为主机和辅助机两部分，主要由加热系统、注胶系统、熔胶系统和模具锁模系统组成。三色喷墨机与双色喷墨机类似，也由主机和两台辅助机组成，主机负责喷墨盘的旋转和定位。
圆盘式机器分为手动操作和自动操作两种部分。
手动操作时，操作员必须发出相应的指令，圆盘机将完成相应的动作，例如注胶、熔胶、上模、下模、圆盘旋转等动作。
在自动操作过程中，完成各模具位置的选择、设定送料量、压力和时间，并加热料管温度后，启动主机油泵，将手动/自动解锁模式切换至自动模式，然后按一次自动启动按钮即可执行一个自动步骤。
1）如果当前模具位置正在使用中，按下自动启动按钮后，进料量将为该模具的设定值。如果进料量未达到设定值，则会执行合模动作。仅允许快速合模，慢速合模仅在进料量达到设定值后方可进行。合模停止后，执行注射和开模动作。
2) 如果当前模具位置未使用，按下自动启动按钮，转盘将移动到下一个已使用的模具位置，送料量达到下一个已使用模具位置的设定值。物料动作完成后，转盘定位后，快速夹紧模具（时间设定），计时停止，当送料时间到达时，进行慢速夹紧模具，夹紧停止后进行注射和开模动作。
3）当主机和辅助机同时使用时，必须等到主机和辅助机的自动动作完成且模具打开后，圆盘才能运行并旋转到下一个模具位置。
4) 当转盘在光盘“慢点”之前停止转动时，检测到“慢点”后，光盘将减速至定位挡块。如果使用模具位置，定位完成后，模具动作将执行模具锁定等操作，直至模具打开。此时转盘不转动，但送料动作将执行下一个模具的送料。当转盘处于悬停状态（顺时针旋转）时，转盘将移动到下一个模具位置。如果该模具位置未使用，光盘将被定位到最近的模具，直到转盘暂停解除后才会移动到下一个模具。
5) 在自动操作模式下，将自动状态切换回手动状态，但光盘定位速度会变慢（光盘在操作过程中会进行切换），其他动作也会停止。此操作可手动重置。
1.4 光盘机的功耗主要体现在以下几个方面
1）液压系统油泵的电能消耗
2）加热器功率消耗
3）散热风扇。
对于制鞋企业而言，电力消耗是其生产成本的主要组成部分。在上述电力消耗中，液压油泵的能耗约占整台圆盘制鞋机能耗的80%，因此降低其能耗是降低圆盘制鞋机能耗的关键，也是机器节能的关键。
2. 圆盘机的节能原理
了解了圆盘注塑机的工作原理后，不难看出，圆盘注塑机内部存在着非常剧烈的变异过程，这对机器本身以及整个注塑系统的寿命都有着巨大的影响。目前，国内制鞋企业中存在大量老旧设备，自动化程度低，能耗高。这些机器通常按照最大产能进行设计，但实际上在生产过程中往往用不到那么大的功率。由于油泵电机的转速保持不变，输出功率也几乎不变，生产过程中存在着“大马小车”的现象，造成大量能源浪费。
由于主机、辅助机以及圆盘机旋转模具的特殊性，生产中实际使用的有效模具位置并不多，例如：TY-322 型号，24 套模具，有时仅使用十几套。测试机和打样机使用的模具更少，导致主机和辅助机经常处于长期待机状态。辅助机只有在检测到有效模具位置时才会执行动作。当圆盘旋转时，辅助机不执行任何动作，但电机通常仍以额定转速运转。此时，高压溢流部分不仅没有做任何有效工作，还会产生热量，导致液压油温度升高，不仅如此，还会造成损害。
我们采用无速度传感器矢量变频驱动技术（参见电路原理图）。变频器实时检测来自圆盘机计算机板的压力和流量信号。圆盘机的压力或流量信号为0-1A，经内部处理后输出不同频率并调节电机转速，即输出功率与压力和流量同步自动跟踪和控制，相当于将定量泵更换为节能型变量泵。原有液压系统及整机运行所需的功率匹配消除了原系统高压溢流能量的损失。它可以大幅降低模具闭合和开启时的振动，稳定生产过程，提高产品质量，减少机械故障，延长机器使用寿命，并节省大量电能。