注塑機液壓系統(tǒng)節(jié)能技術應用研究

宋曉玲

（洛陽理工學院，河南洛陽471000）

現在市場上生產及應用的注塑機，多數為全液壓式的，其能耗浪費非常大，所以塑料機械的節(jié)能，也成為消費者及生產廠家所關注的重要問題，而注塑機的設計制造，也會向著節(jié)能方向發(fā)展。

1 注塑機的節(jié)能特性

通常注塑機的工藝過程分為鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻以及最后的開模和脫模等環(huán)節(jié)，每個階段的工作內容不同，其所需要的壓力及流量就各不相同。對于油泵馬達來說，注塑過程的負載狀態(tài)，是時刻都在變化著的，但是在液壓系統(tǒng)中泵的流量是恒定的，油泵馬達的轉速是恒定的，因此其所提供的流量也是恒定的，多出的液壓油，會經過溢流閥進行回流，這個過程可以稱其為高壓溢流。

按照相關試驗數據顯示，高壓溢流所導致的能量損失，可以達到40%～60%。由此可見，注塑機在運行過程中，最大的能耗損失來自于液壓驅動系統(tǒng)能量的輸出，即加工同一塑料制口，其所消耗的能量越少，其節(jié)能效果就越明顯。

注塑機的能耗性能，主要是通過液壓驅動系統(tǒng)的結構形式、能量轉換效率等指標反映出來的，液壓驅動系統(tǒng)是服務于注射成型技術的，相應的節(jié)能措施，也就基于注射成型展開。從這個意義上來講，液壓系統(tǒng)的節(jié)能技術，隨著注射成型技術的發(fā)展而發(fā)展，同時它也推動著成型技術的不斷進步

2 注塑機液壓系統(tǒng)能量損失分析

液壓系統(tǒng)節(jié)能的主要途徑，就是促使能量的利用率得到進一步提高，以降低能量的浪費，使得能量輸出在滿足要求的前提下盡量減少。注塑機的液壓系統(tǒng)能量損失，一般按其產生的原因可分為以下類型：

2.1 能量轉換的損失

液壓系統(tǒng)在運行過程中，要進行相應的能量轉換，在轉換時所產生的損失即為能量轉換損失。其主要內容包括容積損失、機械摩擦或者壓力損失等。比如液壓泵要把電動機所輸入的電能轉換為液壓能，這個過程中液壓泵的機械摩擦、內泄漏等就會造成容積損失。不僅轉換元件會造成能量轉換損失，而且系統(tǒng)的運行工況、摩擦情況等均會產生影響。

2.2 能量傳輸損失

液壓油在進行傳輸時，其能量會有一定的損失，即為能量傳輸損失。能量傳輸損失主要取決于不包括能量轉換元件外的其他元件的布局結構，比如控制元件等，以及各元件之間管路的連接方法、接頭、管道類型和規(guī)格等等。

2.3 能量匹配損失

當液壓泵所提供的能量和負載所需的能量不匹配時，就會產生一定的能量匹配損失，主要是由液壓系統(tǒng)的設計和液壓泵的選型等因素造成的。

3 注塑機液壓系統(tǒng)的節(jié)能策略

3.1 提升液壓系統(tǒng)中元件的效率

要降低液壓系統(tǒng)的損耗，首先就要對液壓元件進行改善，提高其品質，并開發(fā)出新型的節(jié)能產品，減小其運行損耗。比如針對驅動電磁轉向閥的電磁鐵就可以進行優(yōu)化設計，使得電器控制元件的耗電量得以降低；或者對液壓閥閥口的流道也可以進行優(yōu)化設計，從而油液流經閥口時其壓力損失就會相應的減??；或者在設計時把配合間隙的處理得更加合理，可以減少系統(tǒng)的泄漏，從而實現節(jié)能的目的。

3.2 降低傳輸過程中液壓能的壓力損失

在液壓系統(tǒng)進行能量傳輸的過程中，壓力損失及流量損失都是不可避免的，這部分的能量損失占據所有能量損失的較大比例。所以在選擇液壓元件時，一定要注意其適用性及合理性，盡量減少彎管接頭的使用量，在滿足負載壓力需求的前提下，盡量降低壓力閥的壓力。流量閥則按照系統(tǒng)的流量調節(jié)范圍來選擇，還要保證其最小穩(wěn)定流量與運行需求適應。

3.3 降低液壓泵和負載之間的功率過剩

可以降低液壓系統(tǒng)的壓力過剩以及流量過剩，來降低液壓泵和負載之間的功率過剩，使得液壓系統(tǒng)的輸出能量和負載所需的功率，盡可能的相匹配。在注塑機液壓系統(tǒng)中，功率匹配的形式主要包括3種，即壓力匹配回路、流量匹配回路以及功率匹配回路等。

（1）壓力匹配回路。保證液壓泵的輸出壓力和負載所需的能量相匹配的回路，即為壓力匹配回路。其由1臺三相異步電動機驅動定量泵，比例流量閥與負載之間可以進行定量泵的輸出流量調節(jié)。通常在實際的工作過程中，注塑機各運行工序所需的壓力及流量，是各不相同的，對比例壓力或者流量閥的開啟程度進行調節(jié)，可以實現壓力及流量大小的控制。定量泵是恒流量輸出，其所輸出的多余流量，會經過溢流閥回到油箱，此時就會產生流量損失。定量泵的供油壓力不是一成不變的，負載力發(fā)生變化，它也會相應的變化，所以不必要的壓力損失就可以避免。

（2）流量匹配回路。保證液壓泵的輸出流量和負載需要的流量相適應的回路，即為流量匹配回路，該回路中供油是由變量泵來實現的，負載流量發(fā)生變化時，泵的輸出流量也會隨之發(fā)生變化，可以有效地避免流量損失。比例變量泵控制系統(tǒng)的動作壓力及速度，可以按照注塑成型的工藝要求進行多段設置，而且可以轉換為對應的模擬信號，向比例變量泵的比例壓力閥和流量閥輸送，促使其可以按照設置好的值，向負載進行壓力及流量的輸出，保證液壓系統(tǒng)的能量輸出與負載的變化是同步的，最大限度地防止流量損失。

（3）功率匹配回路。功率匹配回路的主要作用，是保證液壓示的輸出壓力及流量，和負載所需的值相匹配。實際上壓力匹配回路，會出現流量不匹配的問題，而流量匹配回路則又有壓力不匹配的缺陷，所以相對而言，功率匹配回路可以同時進行壓力及流量的匹配，因此也是相對可靠、有效的節(jié)能措施。

3.4 由高響應的交流伺服電機驅動的定量泵系統(tǒng)

經過近幾年的發(fā)展，出現了一種高響應交流伺服電機驅動定量泵系統(tǒng)的技術，該技術不僅使得采用變頻技要調節(jié)液壓泵轉速響應速度慢的缺陷，而且其本身的運轉特性有所提高，電力的利用效率也相應的得到了提高。

伺服電機驅動系統(tǒng)中，因為伺服電機的轉動慣量比較小，沒有脈運轉矩，其調速范圍相對較寬，而且在該范圍內，其加減速的動態(tài)響應特性也比較好。由于勵磁電流產生了轉矩，其磁通密度比較高，當轉速及轉矩額定的情況下，可以保持很低的轉矩波動。在高響應交流伺服電機所驅動的定量泵閉環(huán)控制系統(tǒng)中，因為液壓回路整體上無需設置任何節(jié)流器件，因此回路中不存在節(jié)流損失和溢流損失，系統(tǒng)的運行效率就比較高，有較明顯的節(jié)能效果，此外，系統(tǒng)的控制精度也得到了大幅度的提高。

交流伺服電機的轉速，可以達到4000 r/min，即使其速度很低，其恒轉矩區(qū)也很大，可以實現恒定的流量輸出。當系統(tǒng)的流量需求發(fā)生改變后，其轉速也會相應的發(fā)生變化，而且與伺服閥相比，它的反應速度要快0.004 s。

此外，液壓系統(tǒng)基本上不需要冷卻功能，因此也就無需設置冷卻設備，一些制品保壓和冷卻的時間相對長，此時系統(tǒng)的節(jié)能效率可達80%，保壓時伺服器停轉，與負載敏感泵節(jié)能驅動相比，節(jié)能效果更為顯著。由此可見，由高響應交流伺服電機驅動的定量泵系統(tǒng)，在注塑機液壓系統(tǒng)節(jié)能方面有著廣闊的應用前景，該系統(tǒng)使得高端塑料制品的特定加工更加容易實現，因此值得推廣。

4 結束語

綜上所述，合理地選擇經過優(yōu)化設計的高品質液壓元件，設計能夠降低液壓泵和負載之間的功率過剩的匹配回路，是注塑機節(jié)能降耗的主要措施。高響應交流伺服電機驅動定量泵系統(tǒng)的技術，節(jié)能效果顯著，在注塑機液壓系統(tǒng)節(jié)能方面有著明顯的應用優(yōu)勢。

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