در صورتی که تجربه کار در کارخانه‌های تولید محصولات پلاستیکی و پلیمری را داشته باشید حتماً با دستگاه اکسترودر آشنایی دارید. این دستگاه در بسیاری صنایع دیگر مانند نساجی و فلزات نیز کاربرد دارد. آشنایی با مکانیزم عملکرد و کنترل اکسترودر برای فعالان شاغل در صنایع مرتبط با این دستگاه ضروری است.
در این مقاله، انواع اکسترودر و اجزای سازنده آن معرفی می‌شود و نحوه کنترل بخش‌های مختلف آن مورد بررسی قرار می‌گیرد. با آکادمی ماهر همراه باشید.
اکسترودر چیست و در چه صنایعی به کار می‌رود؟
اکسترودر دستگاهی است که با اِعمال فشار، ماده‌ای را از یک قالب عبور می‌دهد تا محصولی با سطح مقطع ثابت تولید کند. فرایند ساخت و تولید پروفیل، لوله یا هر محصول دیگری با استفاده از اکسترودر دو مزیت دارد.
- امکان ساخت مقاطع با شکل پیچیده را فراهم می‌کند
- امکان کار با مواد شکننده و ترد را به تولیدکننده می‌دهد.
نیرویی که توسط اکسترودر به مواد وارد می‌شود، تنها از نوع فشاری (Compressive) و برشی (Shear) است و نیروی ضربه‌ای یا ارتعاش به مواد خام وارد نمی‌کند. این ویژگی منجر به تولید محصول با سطح کاملاً صیقلی و سهولت شکل‌دهی در فرایند ساخت می‌شود.
از جمله صنایعی که در آنها از اکسترودر استفاده می‌شود می‌توان موارد زیر را برشمرد.
- صنایع پلیمر
- صنایع فلزی
- پلاستیک‌سازی
- تولید قطعات لاستیکی
- سرامیک‌سازی
- صنایع غذایی
- داروسازی
- صنایع نساجی
- کابل‌سازی
دستگاه اکسترودر معمولاً متشکل از یک سیلندر استوانه‌ای‌شکل بزرگ و یک میله مارپیچ گَردان به نام ماردون است که از وسط سیلندر می‌گذرد و نقش عامل پیشران را در اکسترودر ایفا می‌کند.
در بعضی انواع اکسترودر به جای ماردون از یک میله استوانه‌ای به نام سمبه (Ram) به‌عنوان پیشران استفاده می‌شود. در یک سر اکسترودر یک هاپر قرار دارد که مواد اولیه از طریق آن وارد سیلندر می‌شود. در سر مخالف اکسترودر نیز یک قالب نصب می‌شود تا مواد خروجی را شکل‌دهی کند.
بسته به نوع کاربری اکسترودر، بخش‌های دیگری نیز می‌توانند به آن افزوده شوند. در شکل ۱ اجزای تشکیل‌دهنده یک اکسترودر پلاستیک را مشاهده می‌کنید.
همان‌طور که در شکل ۱ می‌بینید، مواد اولیه از هاپر وارد سیلندر اکسترودر شده و توسط المنت‌ها ذوب می‌شود. با تنظیم سرعت چرخش ماردون، مواد ذوب‌شده به سمت خروجی اکسترودر رانده شده و با فشار کنترل‌شده‌ای از قالب عبور می‌کنند. در ادامه با انواع مختلف اکسترودر، از جمله اکسترودر پلاستیک، بیشتر آشنا خواهیم شد.
اکسترودر در پلاستیک و پلیمر
اکسترودر یکی از دستگاه‌های پرکاربرد در صنایع پلاستیک و پلیمر است. برای ساخت انواع لوله، روکش‌های پلاستیکی، تسمه‌های بسته‌بندی و بسیاری تولیدات دیگر از اکسترودر استفاده می‌شود. فرایند کلی تولید محصولات پلاستیکی توسط اکسترودر، شامل مراحل زیر است.
- ذوب پلاستیک یا پلیمر
- فشردن مواد ذوب‌شده به درون یک قالب برای شکل‌دهی
- خنک‌کردن محصول خروجی قالب
- برش محصول به اندازه‌های دلخواه
تجهیزات و مواد اولیه
گام نخست برای تولید محصولات پلاستیکی و پلیمری، آماده‌سازی دستگاه اکسترودر و تأمین مواد خام اولیه است. همان‌طور که گفته شد، اجزای اصلی یک اکسترودر، سیلندر، ماردون و هاپر هستند. در تولید پلاستیک و پلیمر دستگاه اکسترودر باید مجهز به قالب و المنت گرم‌کننده نیز باشد. واضح است که یک موتور الکتریکی قوی هم برای گرداندن ماردون، مورد نیاز است.
مواد اولیه مورد نیاز برای تولید، رِزین یا گرانول پلاستیکی هستند که به‌صورت دانه‌های ریز درون هاپر ریخته می‌شوند. بسته به نوع محصول، این مواد را از ترکیبات شیمیایی مختلفی می‌سازند. از جمله آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
- پلی‌استر ضربه‌پذیر (High-Impact Polystyrene)
- پی‌وی‌سی (PVC)
- پلی‌اتیلن (Polyethylene)
- پلی‌پروپیلن (Polypropylene)
- اِی‌بی‌اِس (ABS)
به جز انواع رزین که به آنها اشاره شد، از پلاستیک بازیافتی مانند بطری‌های پلاستیکی به صورت خُرد‌شده نیز در ساخت بعضی محصولات استفاده می‌شود. به این نوع مواد اولیه، در اصطلاح، فلِکس (Flex) یا چیپس گفته می‌شود. در شکل ۲ انواع مواد اولیه برای تولید پلاستیک را مشاهده می‌کنید.
انواع اکسترودر
قطعه پیشران اکسترودر در انواع تک‌ماردون، چند‌ماردون و سمبه‌ای (Ram) ساخته می‌شود. انواع تک‌ماردون و چند‌ماردون رایج‌تر هستند؛ اما برای برخی مواد پلاستیکی که با ماردون به خوبی ذوب نمی‌شوند، اکسترودر سمبه‌ای به کار می‌رود. شکل ۳ انواع مختلف اکسترودر با قطعه‌های پیشران متفاوت را نشان می‌دهد.
ماردون تنها قطعه متحرک اکسترودر است و همه پارامترهای داخلی اکسترودر از جمله دما، فشار و نرخ مصرف مواد خام به آن وابسته است. بنابراین، در انتخاب و طراحی آن باید بسیار دقت کرد. محاسبه ابعاد ماردون به عامل‌های زیر بستگی دارد.
- سرعت ذوب
- اندازه رزین
- نوع پلاستیک
- فشار مورد نیاز برای یکدست بودن مواد
برای کاربردهایی که چند نوع ماده خام باید با هم ترکیب شود، به‌منظور بهبود کیفیتِ ترکیب، ماردون دوقلو به کار می‌رود. چرخش ماردون درون سیلندر اکسترودر باعث اصطکاک و ذوب شدن مواد می‌شود.
برای ذوب سریع‌تر مواد نیز المنت‌هایی روی بدنه بیرونی سیلندر نصب می‌شود. اکسترودرهای تک‌ماردون، قابل‌اطمینان، ارزان و ساده هستند؛ اما برای یکنواخت کردن مواد ترکیبی، اکسترودرهای دو ماردون کیفیت بهتری دارند.
فرایند ذوب پلاستیک در اکسترودر
چنان‌که می‌دانیم، کار اکسترودر با ریختن مواد خام درون هاپر آغاز می‌شود. در صورت نیاز، باید مواد افزودنی مانند رنگ یا آنتی‌اکسیدان به مواد خام اضافه شود. پس از ورود مواد خام به سیلندر اکسترودر، این مواد توسط ماردون به سوی قالب رانده می‌شوند.
پلاستیک خام، در حین حرکت درون سیلندر اکسترودر، در معرض گرمای بسیار زیاد ذوب می‌شود. بسته به نوع مواد، اکسترودر پلاستیک از ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجه سلسیوس حرارت دارد. بعضی از اکسترودرها طی چند مرحله در طول سیلندر، دما را به تدریج افزایش می‌دهند تا به دمای مناسب برسند. با این کار از کاهش کیفیت پلاستیک در حین فرایند ذوب جلوگیری می‌شود.
پلاستیک مذاب از لوله خروجی اکسترودر به سمت قالب می‌رود که در آنجا خنک و سفت شود. از سه روش برای خنک‌سازی پلاستیک خروجی قالب استفاده می‌شود.
- حوضچه آب
- رول خنک‌کننده (برای محصولات ورقه‌ای)
- دمش هوا توسط Air Wiper (برای محصولاتی که سطح مقطع گِرد دارند)
شکل ۴ انواع روش‌های خنک‌سازی را نمایش می‌دهد.
تنظیم دما
تنظیم سطح دما و سرعت ذوب شدن مواد در اکسترودر از نکات بسیار مهم تولید محصولات پلاستیکی است. تنظیم بهینه دمای اکسترودر از تاب برداشتن و له‌شدگی محصول نهایی جلوگیری می‌کند. اصطکاک و فشار درون سیلندر اکسترودر دمای مواد را افزایش می‌دهد.
برای تنظیم دقیق دمای مواد پلاستیکی از هیتر (المنت) استفاده می‌شود. با کم و زیاد کردن توان هیترها یا خاموش و روشن کردن آنها، دمای درون اکسترودر تثبیت می‌شود. در برخی انواع اکسترودر برای بهبود کنترل در هنگام نیاز به کاهش دما، فن‌های خنک‌کننده‌ای روی بدنه بیرونی سیلندر اکسترودر قرار می‌گیرند.
با توجه به سطح مقطع استوانه‌ای سیلندر اکسترودر، هیترهای آن از نوع المنت کمربندی است که دور بدنه سیلندر حلقه می‌شوند. این المنت‌های کمربندی می‌توانند از نوع تسمه‌ای یا سرامیکی باشند. در شکل ۵ نمونه‌هایی از هیترهای اکسترودر را مشاهده می‌کنید.
محصولات پلاستیکی خاص
برای کاربردهای بسیاری از اکسترودر پلاستیک استفاده می‌شود. از جمله محصولات ویژه‌ای که با این اکسترودر ساخته می‌شوند، می‌توان موارد زیر را برشمرد.
- تولید قطعات چند‌لایه (Coextrusion): در این محصول چند نوع ماده مختلف توسط اکسترودرهای جداگانه ذوب شده و به‌صورت همزمان به یک سر مشترک هدایت شده و یک محصول چند‌لایه متشکل از مواد پلاستیکی مختلف تولید می‌شود.
- تولید محصولات روکش‌دار (Overjacketing): از این روش برای روکش‌دار کردن محافظتی (Protective Coating) استفاده می‌شود. روکش‌دار کردن سیم و کابل از کاربردهای رایج این نوع اکسترودر است.
- تولید محصولات لوله‌ای (Tubing Extrusion): این نوع اکسترودر به‌وسیله یک قالب مخصوص و دمش هوا امکان تولید محصول توخالی یا لوله‌ای را فراهم می‌کند.
- تولید ورقه‌های بادی (Blown Film Extrusion): این روش برای ساخت کیسه‌های خرید پلاستیکی به کار می‌رود. پلاستیک مذاب توسط قالب به سمت بالا شکل‌دهی و خنک شده و با دمیدن هوا به درون آن از مچاله شدن محصول پیش از خنک‌سازی جلوگیری می‌شود.
اکسترودر در صنایع نساجی
امروزه در صنایع نساجی از الیاف مصنوعی پلیمری برای ساخت نخ و محصولاتی مانند پارچه، موکت و فرش استفاده می‌شود. بنابراین اکسترودر یکی از دستگاه‌های ضروری برای تولید الیاف مصنوعی به شمار می‌رود. یکی از فرایندهای صنعتی که برای تولید نخ از الیاف پلیمری طراحی شده است «رشته پیوسته حجیم» (Bulk Continuous Filament) نام دارد که به اختصار به آن BCF می‌گویند.
ذوب مواد اولیه و تولید رشته‌های پلیمری
در فرایند BCF، ابتدا مشابه تولید محصولات پلاستیکی، رزین وارد اکسترودر شده و ذوب می‌شود. گاهی مواد افزودنی مانند رزین رنگی که به آن مَستربَچ (Masterbatch) می‌گویند، با مواد ترکیب می‌شود تا رنگ مورد نظر را به محصول بدهد. مقدار مَستربَچ باید به اندازه دقیق توسط دستگاه دوزینگ (Dosing) به مواد اضافه شود.
اکسترودر مواد را توسط هیترها به مذاب یکدست تبدیل کرده و توسط ماردون به لوله خروجی می‌راند. بر خلاف اکسترودر پلاستیک در خروجی اکسترودر الیاف، قالبی وجود ندارد و مواد ذوب‌شده وارد لوله‌هایی می‌شوند تا به مرحله بعدی تولید انتقال یابند.
این لوله‌ها دوجداره هستند و بین دو جداره بیرونی آنها گاز مخصوصی با دمای زیاد جریان دارد که از سفت شدن مواد مذاب در حین انتقال جلوگیری می‌کند. سپس مواد از قطعه‌ای به نام «رشته‌ساز» (Spinneret) یا «سردوش» به صورت رشته‌های ژله‌ای خارج شده و دمش هوا آنها را خنک می‌کند تا به رشته‌های باریک تبدیل شوند. در شکل ۶ یک نمونه رشته‌ساز را مشاهده می‌کنید.
تبدیل رشته‌ها به الیاف و تولید محصول در وایندر
رشته‌های بیرون آمده از رشته‌سازها در مرحله بعد به دستگاهی به نام «وایندر» (Winder) می‌رسند و با عبور از قطعه‌ای به نام «لامِلا» (Lamellae) با دمیدن هوای پرفشار به رشته‌ها، آنها را به الیاف بسیار باریک و حجیم تبدیل می‌کنند. شکل ۷ چند لاملا را در جعبه مخصوص‌شان نمایش می‌دهد.
در پایان، این الیاف پس از کشیده شدن روی استوانه‌های گردانی به‌نام «گادِت» (Godet)، توسط دستگاه وایندر به دور یک دوک پیچیده شده و تشکیل کلاف نخ را می‌دهند که محصول نهایی فرایند است. شکل ۸ نمونه یک دستگاه وایندر را نشان می‌دهد.
فرایند BCF از آغاز تا پایان، یک فرایند پیوسته برای تولید نخ‌های حجیم است و روی یک سازه چند‌طبقه نصب می‌شود. شکل ۹ نمای کلی فرایند BCF را نمایش می‌دهد.
اکسترودر در صنایع آلومینیوم
چنان‌که گفته شد، اکسترودر در صنایع فلزی هم کاربرد گسترده‌ای دارد. برای تولید پروفیل یا سیم از فلزات نرم مانند آلومینیوم و مس استفاده از اکسترودر بسیار رایج است. در این بخش به شرح فرایند تولید مقاطع آلومینیومی و جایگاه اکسترودر در این صنعت می‌پردازیم.
تولید پروفیل آلومینیوم با اکسترودر
برای تولید یک پروفیل آلومینیومی، مانند آنچه در ساخت درب و پنجره استفاده می‌شود، ابتدا آلیاژ آلومینیومی را گرم می‌کنند تا سختی آن کم شود و آسان‌تر توسط قالب برش بخورد. به شمش آلیاژی که در کوره حرارت دیده و نرم شده «بیلِت» (Billet) گفته می‌شود.
اکسترودر مورد استفاده در صنایع آلومینیوم از نوع ماردونی نیست. زیرا کارایی ماردون برای رانش مواد مذاب است در حالی که در صنایع فلزی با فلز مذاب سر و کار نداریم و معمولا شمش جامد گداخته یا سرد به‌عنوان ماده اولیه به اکسترودر داده می‌شود.
در اکسترودر مورد استفاده در صنایع فلزی به جای ماردون از سمبه (Ram) برای فشار به بیلت استفاده می‌شود. شکل ۱۰ فرایند تولید پروفیل آلومینیومی با اکسترودر را در قالب تصویر متحرک نشان می‌دهد.
همان‌طور که در شکل ۱۰ مشاهده می‌کنید، شمش آلومینیوم وارد کوره شده و گداخته می‌شود؛ سپس طول مشخصی از آن جدا شده و به سمت اکسترودر می‌رود. سمبه (پیستون) اکسترودر با فشار، شمش داغ (بیلت) را از قالب عبور می‌دهد و در خروجی اکسترودر، پروفیل آلومینیوم خارج می‌شود.
انواع سطح مقطع قابل تولید توسط اکسترودر آلومینیوم
اکسترودر می‌تواند مقاطع بسیار متنوع آلومینیومی را برای انواع کاربردها تولید کند. در اینجا به چند مورد رایج آنها اشاره می‌شود.
- مقاطع توخالی (Hollow Shapes): انواع لوله و پروفیل با مقاطع دایره، مثلث و مربع.
- مقاطع نیمه‌حجمی (Semi-solid Shapes): کانال، داکت، نبشی و هر شکل نیمه‌باز دیگر.
- مقاطع حجمی (Solid Shapes): پروفیل قوطی یا میله با مقاطع مختلف مربع، دایره و غیره.
- مقاطع دلخواه (Custom Shapes): مانند مقاطع ضربدری یا خمیده.
در شکل ۱۱ چندین نمونه از مقاطع مختلف قابل تولید توسط اکسترودر آلومینیوم را می‌بینید.
عواملی مهم در عملکرد اکسترودر آلومینیوم
عوامل متعددی در کیفیت تولید مقاطع آلومینیومی با اکسترودر اثر دارند که در اینجا به برخی از آنها اشاره می‌شود.
- سرعت اکسترودر (Extrusion Speed): سرعت تولید مستقیماً به دمای درون سیلندر و فشار روی فلز بستگی دارد. بین سرعت تولید، دما و فشار باید تعادل برقرار باشد.
- دمای بیلت (Billet Temperature): دمای مناسب منجر به محصول با خطای تولید کمتر و زمان تولید مناسب می‌شود. دمای بیش از حد ممکن است باعث پیشروی سریع فلز و احتمال عدم یکنواختی مقطع در طول پروفیل شود.
- نیروی پرس اکسترودر (Extruder Press): مقدار فشار به شکل مقطع خروجی اکسترودر وابسته است. مثلاً تولید لوله با دیواره نازک نیازمند فشار زیادی از طرف سمبه اکسترودر است.
- شکل محصول خروجی اکسترودر (Extrusion Shapes): شکل سطح مقطع بر بیچیدگی و هزینه تولید اثر دارد و سرعت تولید را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهد. برای مثال، تولید مقاطع حجمی و نیمه‌حجمی ساده نسبت به مقاطع پیچیده سریع‌تر انجام می‌شود.
کنترل اکسترودر
دو چالش اصلی که در کنترل اکسترودر بسیار اهمیت دارند، کنترل دمای سیلندر و سرعت چرخش ماردون است. این دو عامل در کیفیت محصول و بهره‌وری تولید بسیار تأثیرگذار هستند. در ادامه روش‌های کنترل عملکرد اکسترودر را شرح می‌دهیم.
۱. کنترل دمای سیلندر
تنظیم دمای سیلندر اکسترودر در حفظ قوام و ویسکوزیته مواد مذاب بسیار حائز اهمیت است. همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد، در اکسترودرهای رایج که با ماردون کار می‌کنند، کنترل دمای سیلندر اکسترودر به وسیله هیتر (المنت) و خنک‌کننده (فن) انجام می‌شود. بعضی از انواع اکسترودر به فن خنک‌کننده مجهز نیستند و کاهش دما تنها با خاموش شدن هیترها و تبادل حرارتی بین سیلندر و محیط انجام می‌شود.
اندازه‌گیری دمای سیلندر
گام نخست در فرایند کنترل دمای اکسترودر دریافت فیدبک از دمای سیلندر است. در اکسترودر این کار توسط RTD یا ترموکوپل انجام می‌شود.
استفاده از ترموکوپل برای اندازه‌گیری دمای اکسترودر رایج‌تر است. ترموکوپل‌های J-type با محدوده اندازه‌گیری ۰ تا ۷۶۰ درجه سلسیوس رایج‌ترین انواع مورد استفاده در کنترل اکسترودر هستند. گاهی از ترموکوپل K-type هم برای اندازه‌گیری دمای اکسترودر استفاده می‌شود. این ترموکوپل تا دمای ۱۲۶۰ درجه سلسیوس را می تواند اندازه بگیرد.
برای گرفتن فیدبک از دمای اکسترودر، می‌توان از دو مدل ترموکوپل تکی یا دوبل استفاده کرد. ترموکوپل تکی روی سیلندر نصب می‌شود و دمای آن را به کنترلر ارسال می‌کند. اشکال ترموکوپل تکی این است که به‌دلیل نوسان دمای هیتر، مدتی طول می‌کشد تا دما روی ست‌پوینت ثابت شود.
در ترموکوپل دوبل یک ترموکوپل روی سیلندر و یک ترموکوپل روی المنت نصب می‌شود. در این حالت کنترلر با انجام محاسبات کنترلی می‌تواند نوسانات دما رو حول مقدار ست‌پوینت کاهش دهد.
در صورت استفاده از RTD معمولاً از PT100 پلاتینی استفاده می‌شود که تا دمای ۶۰۰ درجه سلسیوس را می‌تواند اندازه‌گیری کند. این بازه اندازه‌گیری برای دمای سیلندر اکسترودر مناسب است.
بیشتر بخوانید:
برای آشنایی بیشتر با عملکرد ترموکوپل و RTD به مقالات «ترموکوپل چیست؟»، «سنسور RTD و مکانیزم عملکرد آن» در وبسایت ماهر مراجعه کنید.
کنترل گسسته (Discrete Control)
کنترل گسسته روش کنترلی است که در آن چند وضعیت کنترلی ثابت برای سیستم تعریف می‌شود. برای مثال کنترل On/Off یک کنترل دو وضعیتی گسسته است. به‌منظور کنترل گسسته دمای اکسترودر می‌توان از رله SSR استفاده کرد. در این روش کنترلی، با کمتر شدن دما از حد مشخصی، رله SSR المنت‌ها رو روشن می‌کند تا دما افزایش یابد.
به‌محض عبور دما از اندازه ماکسیمم تعیین‌شده رله مربوط به المنت خاموش شده و فن‌های خنک‌کننده دما را کاهش می‌دهند. به این صورت، دمای اکسترودر روی مقدار مشخصی با نوسان اندک تنظیم می‌شود. دقت کنترل دما با استفاده از روش کنترل گسسته چندان بالا نیست و برای کاربردهای حساس روش مناسبی یه شمار نمی‌رود.
کنترل چند‌حلقه (Multi-loop Control)
در روش کنترل چند‌حلقه هر یک از بخش‌های سیستم به صورت حلقه‌های کنترلی جداگانه کنترل می‌شود. مثلاً اگر دمای هر یک از المنت‌های اکسترودر به‌وسیله یک سنسور مجزا اندازه‌گیری شده و به‌طور مستقل کنترل شود، کنترل از نوع چند‌حلقه خواهد بود. در این روش معمولاً هر حلقه کنترلی به صورت گسسته کنترل می‌شود. دقت این روش از روش گسسته تک‌حلقه بالاتر است؛ اما بهترین روش برای کنترل دمای اکسترودر به شمار نمی‌رود.
کنترل پیوسته (Continuous Control)
کنترل پیوسته، بهترین و دقیق‌ترین روش کنترل دمای اکسترودر است. این روش معمولاً با استفاده از کنترلر PID انجام می‌شود. در کنترل پیوسته، دمای اکسترودر به‌صورت دائمی برای کنترلر ارسال شده و همزمان سیگنال کنترلی استاندارد (۴ تا ۲۰ میلی آمپر یا ۰ تا ۱۰ ولت) برای تنظیم توان هیترها (المنت‌ها) از سوی کنترلر صادر می‌شود.
در کنترل پیوسته، نوسان دما بسیار اندک است و کنترلر با دقت خوبی ست‌پوینت را دنبال می‌کند. برای پیاده‌سازی کنترلر PID بیشتر از PLC یا دستگاه‌های دیجیتال کنترل دما استفاده می‌شود. شکل ۱۲ یک کنترلر دیجیتال PID برای کنترل دما را نشان می‌دهد
یکی از راه‌های تنظیم جریان هیترها استفاده از دستگاهی به نام «پاور رگولاتور» است. این دستگاه با نام‌های دیگری مانند پاور کنترلر، کنترلر تریستوری و Silicon Controlled Rectifier یا SCR نیز شناخته می‌شود. در شکل ۱۳ نمونه یک پاور رگولاتور سه‌فاز را مشاهده می‌کنید.
سیگنال کنترلی صادر شده از کنترلر PID به ورودی آنالوگ پاور رگولاتور اعمال می‌شود. سه‌فاز اصلی به ورودی (A B C) این دستگاه وصل شده و پاور رگولاتور، جریان سه‌فاز خروجی (A1 B1 C1) را متناسب با سیگنال کنترلی دریافتی، برای المنت‌ها تنظیم می‌کند.
انواع پیشرفته‌تری از پاور رگولاتور نیز وجود دارند که وظیفه کنترل و نمایش دما را هم انجام می‌دهند. شکل ۱۴ یک نمونه پاور رگولاتور مجهز به کنترلر و نمایشگر را نشان می‌دهد.
۲. کنترل الکتروموتور اکسترودر
همان‌طور که پیش‌تر گفته شد، برای چرخاندن ماردون اکسترودر از یک موتور الکتریکی استفاده می‌شود. با توجه به نیروی زیادی که برای چرخاندن ماردون مورد نیاز است و لزوم تنظیم دقیق سرعت چرخش آن، باید کنترل مناسبی روی گشتاور و سرعت موتور اعمال شود. از سه نوع موتور می‌توان برای راه‌اندازی اکسترودر استفاده کرد.
- موتور DC: موتورهای DC قابلیت خوبی برای برآورده کردن نیاز اکسترودر را دارند و در برخی انواع اکسترودر از این موتورها در کنار یک درایو DC استفاده می‌شود. مشکل موتورهای DC اندازه بزرگ و نیاز آنها به سرویس و نگهداری دوره‌ای است.
- موتور سروو: موتورهایی که به‌صورت سروو کنترل می‌شوند، دقت بسیار خوبی در تنظیم دور دارند؛ اما از توان و گشتاور محدودی بهره می‌برند و تنها برای اکسترودرهای کوچک از این موتورها استفاده می‌شود.
- موتور AC: در اکسترودرهای امروزی بیشتر از موتورهای AC در کنار یک درایو فرکانس‌متغیر (VFD) برای راه‌اندازی اکسترودر استفاده می‌شود.
با توجه به تأثیر قابل توجه عملکرد ماردون در کیفیت محصول خروجی اکسترودر، به‌کارگیری یک درایو با قابلیت‌های کنترلی بالا برای تأمین گشتاور پایدار اهمیت بسیار زیادی دارد. در ادامه دو مد کنترلی که برای کنترل موتور اکسترودر مناسب هستند، معرفی می‌شود.
کنترل برداری (وکتور)
مد کنترل برداری (وکتور) در درایوهای فرکانس‌متغیر روش مناسبی برای کنترل موتور اکسترودر است. این روش به دو صورت بدون سنسور و با سنسور قابل اجراست. در حالت با سنسور از انکدر برای دریافت فیدبک از سرعت موتور استفاده می‌شود و در حالت بدون سنسور، یک مدل محاسباتی، تخمین سرعت موتور در هر لحظه را انجام می‌دهد. هر دو نوع کنترل برداری برای کنترل گشتاور و سرعت اکسترودر مناسب هستند.
کنترل مستقیم گشتاور (DTC)
به‌جز روش کنترل برداری از مد کنترلی DTC نیز می‌توان برای کنترل موتور اکسترودر استفاده کرد. این روش نیز مانند کنترل برداری بدون سنسور نیازی به فیدبک از انکدر ندارد و با انجام محاسبات کنترلی دور موتور را تخمین می‌زند. این مد کنترلی تنها توسط درایوهای صنعتی شرکت ABB مانند سری ACS800 و ACS880 پشتیبانی و ارائه می‌شود.
بیشتر بخوانید:
برای آشنایی بیشتر با مد کنترل برداری به مقاله «وکتور کنترل در درایو» و برای آشنایی با مد کنترل DTC به مقاله «کنترل مستقیم گشتاور (DTC) چیست؟» در وبسایت ماهر مراجعه کنید.
جمع‌بندی
با توجه به کاربرد گسترده دستگاه اکسترودر در صنایع مختلف، آشنایی با عملکرد این دستگاه برای مهندسان و تکنسین‌هایی که در این بازار کار شاغل هستند، نیازی ضروری است.
در این مقاله، ضمن معرفی و بررسی اجزای این دستگاه، کاربرد آن در صنایع پلاستیک، نساجی و آلومینیوم شرح داده شد. در پایان نیز نحوه کنترل و اتوماسیون دمای سیلندر و دور موتور اکسترودر مورد بررسی قرار گرفت.
برای یادگیری عملکرد این دستگاه، آکادمی ماهر آموزش جامع و کاملی را برای شما مهندسان عزیز آماده کرده است که می‌توانید این دوره را از طریق این لینک (دوره آموزشی اتوماسیون کار ماهر) تهیه کنید.
اگر در کارخانه‌ای کار می‌کنید که در آن از دستگاه اکسترودر استفاده می‌شود، تجربه‌های کاری خود را با ما و دیگر خوانندگان این مقاله، به اشتراک بگذارید.
سوالات متداول
عواملی مانند نصب نادرست اجزای اکسترودر، کنترل نامناسب دما و موتور، کیفیت پایین مواد اولیه، دمای بیش از حد مواد، چسبنده بودن مواد و وجود هوا در مواد ذوب‌شده در فرایند کار اکسترودر مشکل ایجاد می‌کنند.
عواملی مانند نصب نادرست اجزای اکسترودر، کنترل نامناسب دما و موتور، کیفیت پایین مواد اولیه، دمای بیش از حد مواد، چسبنده بودن مواد و وجود هوا در مواد ذوب‌شده در فرایند کار اکسترودر مشکل ایجاد می‌کنند.
سیلندر اکسترودر می‌تواند تا فشار حدود ۱۰۰۰۰ پی.اس.آی (psi) را تحمل کند. اما در کاربردهای رایج، فشار درون سیلندر اکسترودر بین ۱۰۰۰ تا ۵۰۰۰ پی.اس.آی است.
منابع
www.globalspec.com
www.britannica.com
www.thomasnet.com
en.wikipedia.org
efactor3.com
pure.manchester.ac.uk
waykenrm.com
bonnellaluminum.com
www.youtube.com
davis-standard.com
