節(jié)能液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能及應(yīng)用分析研究
摘要：本文對(duì)應(yīng)用于注塑機(jī)上的幾種節(jié)能液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能及應(yīng)用進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析研究，每種液壓節(jié)能動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都有其特定的應(yīng)用對(duì)象，指出應(yīng)根據(jù)整機(jī)的性能、注射成形制品的工藝、研發(fā)及制造的水平，因機(jī)制宜、因廠制宜應(yīng)用節(jié)能動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的形式，提高整機(jī)的性能。
引言
液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是注塑機(jī)zui常用的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。注塑機(jī)的zui主要的能耗即是液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能耗，所以注塑機(jī)節(jié)能的重點(diǎn)即是提高液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)本身的能耗效率及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出功率與執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行功率達(dá)到自適應(yīng)調(diào)節(jié)匹配，兩者之間的能量利用率越高，即系統(tǒng)節(jié)能率越高，達(dá)到節(jié)省能源的功效。注塑機(jī)節(jié)能液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是把有關(guān)節(jié)能液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)運(yùn)用于注塑機(jī)上的技術(shù)。
注塑機(jī)液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般有以下二種:①全液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);②液電混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是注塑機(jī)廣泛使用的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，是節(jié)能動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)重點(diǎn)研究對(duì)象。從節(jié)能角度來說，液電混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能量利用率不高的創(chuàng)新發(fā)展，是理想的節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。長(zhǎng)期以來，注塑機(jī)節(jié)能液壓系統(tǒng)是重點(diǎn)研究的節(jié)能動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。注塑機(jī)節(jié)能液壓系統(tǒng)，正在從過去的流量比例和壓力比例的雙控制走向負(fù)載敏感自適應(yīng)控制，走向變頻調(diào)速控制、伺服控制及伺服閉環(huán)控制。節(jié)能液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是注塑機(jī)節(jié)能的主要研發(fā)課題。
1節(jié)能全液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)
注塑機(jī)的工藝過程一般分為鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻、開模等幾個(gè)階段，各個(gè)階段需要不同的壓力和流量。對(duì)于液壓泵馬達(dá)而言，注塑過程是處于變化的負(fù)載狀態(tài)，在定量泵的液壓系統(tǒng)中，液壓泵馬達(dá)以恒定的轉(zhuǎn)速提供恒定的流量，多余的液壓油通過溢流閥回流，此過程稱為高壓節(jié)流。據(jù)統(tǒng)計(jì)由高壓節(jié)流造成的能量損失高達(dá)36%--68%。減少節(jié)流損失，提高能量效率，成為液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能的發(fā)展方向。
1.1雙比例控制與定量泵組成節(jié)能動(dòng)力控制系統(tǒng)
流量比例和壓力比例控制的雙比例控制的節(jié)能技術(shù)是隨著注射成形技術(shù)的發(fā)展及控制性能的提高而發(fā)展起來的。開關(guān)閥與定量泵組成的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不能滿足注射成形性能的要求，比例閥達(dá)到了無級(jí)靈活調(diào)節(jié)，同時(shí)顯示出了節(jié)能的性能，在推廣應(yīng)用過程中，又不斷提高其節(jié)能的性能。中、小型注塑機(jī)的p/q復(fù)合電液比例技術(shù)與定量泵組成節(jié)能動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，是國內(nèi)注塑機(jī)制造單位普遍使用的節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。中、小型注塑機(jī)的液壓泵源一般為單泵或雙泵，液壓泵排出流量全部經(jīng)過p/q閥進(jìn)行比例調(diào)速。p/q復(fù)合比例閥的技術(shù)特征是用三通型的比例調(diào)速閥控制速度，再在其上疊加比例壓力先導(dǎo)閥控制系統(tǒng)壓力。同zui初采用分離元件構(gòu)成的系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)雖可大大減少元件數(shù)量、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少管路能耗損失及節(jié)流能耗損失。但因采用定量泵供油，工作過程中始終存在與流量有關(guān)的能量損失，特別是保壓過程中，這部分的流量能耗處于zui大值。系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了注塑機(jī)的自動(dòng)控制技術(shù)及注射成形性能，在成型制品工藝周期過程中所需冷卻時(shí)間長(zhǎng)的注射成形時(shí)，節(jié)能明顯，在節(jié)能與性價(jià)比方面具有一定優(yōu)勢(shì)，國產(chǎn)注塑機(jī)幾乎全部應(yīng)用了p/q復(fù)合電液比例技術(shù)。
大型注塑機(jī)的比例技術(shù)與定量泵組成節(jié)能動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。大型注塑機(jī)的液壓泵源由多個(gè)定量泵組成，以達(dá)到系統(tǒng)工作所需流量。對(duì)于多泵與比例閥的如何搭配，直接關(guān)系到系統(tǒng)的能耗的高低。多泵與比例閥搭配有兩種形式:一種是采用中、小型注塑機(jī)的p/q復(fù)合電液比例技術(shù)與定量泵組成節(jié)能動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的形式，總流量全部通過p/q比例閥（或傍路p/q比例閥），不論那個(gè)泵的工作流量必須通過比例流量閥進(jìn)人系統(tǒng)，這樣，造成了流量壓差能量損失，特別在大流量情況下，能量損失較大;另一種形式是僅對(duì)其中一個(gè)小流量泵進(jìn)行比例調(diào)速，其于泵的流量根據(jù)工況與比例調(diào)速小泵的流量組合疊加，形成一條流量比例斜線，各個(gè)工況所需流量可在比例斜線上選取，這種比例流量調(diào)速，除比例調(diào)速的小泵外，其于泵的工作流量進(jìn)人系統(tǒng)中，均沒有第二種搭配形式的能量損失，提高了能量利用率。
以作者設(shè)計(jì)的合模力8oookn注塑機(jī)為例，泵源由5個(gè)定量泵組，分別為:比例調(diào)速小泵的排量為76,其余兩個(gè)為排量76/152的雙泵。兩個(gè)雙泵的4個(gè)泵的流量根據(jù)工況與比例調(diào)速小泵組合疊加，形成一條流量比例斜線，各個(gè)工況所需流量可在比例斜線上選取，這種比例流量調(diào)速，除比例調(diào)速的小泵外，其于泵的工作流量進(jìn)人系統(tǒng)中，基本上沒有流量的能量損失，提高了能量利用率。系統(tǒng)還可根據(jù)需要，減少工作泵的數(shù)量，不影響系統(tǒng)的調(diào)速性能。
1.2節(jié)能負(fù)載敏感控制系統(tǒng)在注塑機(jī)上應(yīng)用
注塑機(jī)節(jié)能zui有效的措施是動(dòng)力機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩者之間流量的自適應(yīng)調(diào)節(jié)匹配。變量泵和電液比例閥結(jié)合的負(fù)載敏感泵節(jié)能控制系統(tǒng)，整個(gè)控制機(jī)構(gòu)由差壓控制型徑向變量柱塞泵、含位置閉環(huán)的高速比例閥、以及壓力傳感器和位移傳感器組成，提高了動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度?？刂屏髁坑杀壤y與檢測(cè)變量泵偏心量的位移傳感器構(gòu)成的位置閉環(huán)系統(tǒng)完成。通過壓力傳感器補(bǔ)償因泄漏造成的流量損失，使泵輸出的流量在0--l0v內(nèi)與設(shè)定值信號(hào)成線性比例?？刂葡到y(tǒng)壓力由比例閥與壓力傳感器構(gòu)成的電閉環(huán)回路完成，壓力與流量?jī)煞N控制狀態(tài)的分離與轉(zhuǎn)換由電子放大器根據(jù)設(shè)定信號(hào)自動(dòng)完成。系統(tǒng)的輸出流量由0增大到90%時(shí)，響應(yīng)時(shí)間約為50ms;而由90%輸出流量減小為0時(shí)，響應(yīng)時(shí)間約為30ms，系統(tǒng)壓力的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間當(dāng)負(fù)載容腔為4l時(shí)，小于200ms，均與高性能的比例閥相當(dāng)，因而*適合于注塑機(jī)的過程控制。負(fù)載敏感比例泵節(jié)能液壓系統(tǒng)，液壓動(dòng)力輸出隨負(fù)載而同步化，其差值達(dá)到zui小，基本上沒有能量浪費(fèi)，與定量系統(tǒng)相比，節(jié)能達(dá)到30%--60%，是理想的節(jié)能液壓系統(tǒng)。設(shè)定的負(fù)載敏感泵輸出流量，不一定能與需調(diào)節(jié)流量匹配，系統(tǒng)中還須增加流量調(diào)節(jié)閥，造成節(jié)流能耗損失。負(fù)載敏感泵與伺服閥組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，可消除節(jié)流及管路的能耗損失，并且較大幅度提高了整機(jī)性能。國內(nèi)大多數(shù)單位，僅從節(jié)能方面考慮，用負(fù)載敏感泵取代定量泵與p/q雙比例閥，而沒有進(jìn)一步從負(fù)載敏感泵能提高整機(jī)性能方面考濾，系統(tǒng)的控制性能及節(jié)能特性沒有得到進(jìn)一步發(fā)揮。上*的負(fù)載敏感泵控制系統(tǒng)，在塑化注射油路部分設(shè)置伺服閥，目的是與負(fù)載敏感泵共同組成一個(gè)高性能的閉環(huán)節(jié)能控制系統(tǒng)，在節(jié)能的同時(shí)，提高注射性能，但在國內(nèi)塑機(jī)制造單位基本上沒有得到推廣應(yīng)用。作者在1985年設(shè)計(jì)的負(fù)載敏感泵與伺服閥組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)的注塑機(jī)，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用證明，在節(jié)能及性能兩方面都取得了良好效果。
國內(nèi)為研發(fā)負(fù)載敏感泵做了大量的工作。陜西秦川機(jī)床廠在20世紀(jì)80年代中與上海*塑料機(jī)械廠共同開發(fā)了負(fù)載敏感泵，并成功在注塑機(jī)上得到應(yīng)用。近年來，重慶邦助工業(yè)有限公司研制出的bk系列注塑機(jī)負(fù)載敏感比例泵，其價(jià)格與定量泵和p/q閥的總價(jià)差不多，從根本上解決了負(fù)載敏感比例泵價(jià)高難以推廣的障礙，已得到批量應(yīng)用，取得了較好的效果。海特克液壓有限公司引進(jìn)日本*技術(shù)批量制造出負(fù)載感應(yīng)泵。
1.3定139加變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)電液節(jié)能控制系統(tǒng)
變頻調(diào)節(jié)技術(shù)通過調(diào)節(jié)液壓泵的轉(zhuǎn)速，使動(dòng)力機(jī)構(gòu)的性能類似于比例泵節(jié)能系統(tǒng)，達(dá)到動(dòng)力機(jī)構(gòu)輸出的流量與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的流量相匹配，使流量的損失降低。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)是利用注塑機(jī)同步信號(hào)及電氣控制系統(tǒng)，根據(jù)注塑成型的工藝要求，將電液比例控制系統(tǒng)，模擬成負(fù)載跟蹤控制系統(tǒng)，使油泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與注塑機(jī)工作所需液壓的流量與壓力乘積成正比，將傳統(tǒng)的定量泵改造成變頻變量驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，從而使溢流閥的回油流量降到zui小，無高壓節(jié)流能量損失，進(jìn)而將傳統(tǒng)有高壓節(jié)流的“耗能型”注塑機(jī)升級(jí)為無高壓節(jié)流的“節(jié)能型”注塑機(jī)，節(jié)能型注塑機(jī)除了節(jié)能功能之主要特性外，依據(jù)其節(jié)能原理，還具有附加系列的優(yōu)點(diǎn)，包括:減輕開、鎖模沖擊，延長(zhǎng)機(jī)械和模具使用壽命;延長(zhǎng)油路系統(tǒng)（密封組件等）使用壽命，減少維修次數(shù)、節(jié)省維護(hù)費(fèi)用;降低噪聲、改善工作環(huán)境;系統(tǒng)油溫大幅降低，冷卻用水量可節(jié)省30%以上;對(duì)電動(dòng)機(jī)具有過壓、過流、缺相等多種保護(hù);注塑機(jī)原有的控制方式及油路不變。將注塑機(jī)改造升級(jí)為“節(jié)能型”注塑機(jī)，其投資（主要是變頻器）在一年內(nèi)可通過節(jié)約的電費(fèi)收回。浙江慈溪市從去年開始大力推廣注塑機(jī)節(jié)能技術(shù)，在注塑機(jī)上安裝變頻節(jié)能器后，單機(jī)節(jié)能效果達(dá)到30%-60%。慈溪市200多家企業(yè)為注塑機(jī)安裝節(jié)能器后，年省電達(dá)6000萬kw-h左右。深圳市奧宇控制系統(tǒng)有限公司節(jié)能事業(yè)部主要從事注塑機(jī)變頻節(jié)能控制系統(tǒng)，為深圳市龍華富士康多家塑膠廠安裝該公司的注塑機(jī)變頻節(jié)能控制系統(tǒng)，油泵電動(dòng)機(jī)平均節(jié)電率達(dá)到45%;為上海宜新集團(tuán)公司改造100多臺(tái)注塑機(jī)。油泵平均節(jié)電率41%.
注射成形各階段頻繁的速度變化，使液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)頻繁處于加減速工況下，由于磁滯效應(yīng)及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)通過調(diào)節(jié)液壓泵的轉(zhuǎn)速，響應(yīng)速度慢（比例泵響應(yīng)時(shí)間在looms之內(nèi)，變頻調(diào)速響應(yīng)時(shí)間需800-1oooms），導(dǎo)致了注射循環(huán)周期時(shí)期的增加，降低了生產(chǎn)效率，對(duì)高要求的制品難以成形。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量比變量泵變量的斜板的質(zhì)量大許多，所以前者流量改變的響應(yīng)時(shí)間大于后者的響應(yīng)時(shí)間，不能適應(yīng)多級(jí)速度變化的快速注射。通過實(shí)現(xiàn)變頻器的輸出頻率和輸出轉(zhuǎn)矩解藕調(diào)節(jié)，達(dá)到變頻器與注射過程各動(dòng)作的*配合，以達(dá)到提高應(yīng)答反映性能。注塑機(jī)是否采用變頻調(diào)速，主要看加工制品的要求。變頻調(diào)速節(jié)能的本質(zhì)就是在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于設(shè)置的zui高轉(zhuǎn)速情況下起到節(jié)能效果，低速的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間越長(zhǎng)，節(jié)能的效果越明顯。厚壁制品的保壓時(shí)間及冷卻時(shí)間長(zhǎng)，是應(yīng)用變頻調(diào)速設(shè)備的。
1.4高響應(yīng)的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定f泵節(jié)能系統(tǒng)
高響應(yīng)的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)是近年發(fā)展的一種*的高性能節(jié)能系統(tǒng)，解決了變頻調(diào)節(jié)技術(shù)通過調(diào)節(jié)液壓泵的轉(zhuǎn)速，響應(yīng)速度慢的性能，同時(shí)由于其本身的運(yùn)轉(zhuǎn)的特性提高了電力的利用效率。伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由于伺服電動(dòng)機(jī)不使用*磁鐵結(jié)構(gòu)，且由于轉(zhuǎn)矩及慣量的密切配合下，又在低慣量的轉(zhuǎn)子的配合下，免除了脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在速度范圍內(nèi)有著良好的加減速度動(dòng)態(tài)反應(yīng)特性。因轉(zhuǎn)矩是由感應(yīng)式電流產(chǎn)生，具有完滿磁性分布之高密度磁通所生，在2ooor/min速度范圍內(nèi)，輸出高比例（可達(dá)到2.8倍）的額定轉(zhuǎn)矩情況下，能保持非常低的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，在非常低的速度下也可有大的定轉(zhuǎn)矩區(qū)，達(dá)到衡定的流量輸出。轉(zhuǎn)速隨系統(tǒng)流量需求而改變，反應(yīng)速度比伺服閥快千分之4s，液壓系統(tǒng)基本上不需冷卻水，對(duì)于保壓及冷卻時(shí)間長(zhǎng)的制品，節(jié)能可達(dá)80%。設(shè)定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制流量，沒有節(jié)流損失?？蓸O大地減少保壓工況及空轉(zhuǎn)工況（等待周期）的流量損失。保壓時(shí)電動(dòng)機(jī)處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)，比負(fù)載敏感泵節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更節(jié)能。高響應(yīng)的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)與伺服閥組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，更能發(fā)揮出節(jié)能特性，提高系統(tǒng)的精密控制性能。日進(jìn)精密股份有限公司的一臺(tái)隆亨sn-220d伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的注塑機(jī)，據(jù)該公司介紹，成形電腦底座，材料為abs,重量1188，成形周期48s，以普通電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵的隆亨nc-220i注塑機(jī)能耗耗電20kw/h為基準(zhǔn)，負(fù)載敏感泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)耗電lokw/h節(jié)能50%，全電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)耗電3.2kw/h節(jié)能84%，伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)耗電4kw/h節(jié)能80%。日精公司2006年在美國芝加哥展出了融合了伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和變量泵的‘`x泵”臺(tái)注塑機(jī)，x泵是新型fnxecoject的核心部件，x泵能使其與全電式機(jī)器相媲美，x泵有節(jié)能作用，因?yàn)樗欧R達(dá)只在需要時(shí)才會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)液壓泵，在不需要時(shí)，馬達(dá)處于停止?fàn)顟B(tài)。日精的“x泵”的fnx注塑機(jī)所使用的能源只是該公司標(biāo)準(zhǔn)注塑機(jī)的30%左右，fnx注塑機(jī)少用41%的液壓油。x泵的速度和準(zhǔn)確度都很高，甚至能夠立刻變換方向。注塑升溫速度45ms，與全電式機(jī)器相同。注塑速度可高達(dá)300mm/s，是該公司其他注塑機(jī)的一倍。這款機(jī)器還能以僅1mm/s的超低速度運(yùn)轉(zhuǎn)，適用于生產(chǎn)鏡頭等產(chǎn)品。寧波海天以htfw為設(shè)計(jì)平臺(tái)研發(fā)的htfw1/j5伺服節(jié)能注塑機(jī)系列，通過配備高性能的伺服變速動(dòng)力控制系統(tǒng)，在注塑機(jī)成型過程中針對(duì)不同的壓力流量，調(diào)整相應(yīng)的頻率輸出，形成對(duì)壓力流量的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)伺服電動(dòng)機(jī)對(duì)注塑機(jī)能量需求的自動(dòng)匹配和調(diào)整，可節(jié)省電量40%-80%.
交流伺服電動(dòng)機(jī)的zui高轉(zhuǎn)速可達(dá)4ooor/min，從理論上講，與之相配的液壓泵的排量可根據(jù)zui高轉(zhuǎn)速選擇，選用比一般系統(tǒng)中應(yīng)用的更小排量的液壓泵，降低系統(tǒng)中應(yīng)用液壓泵的成本。但目前一般液壓泵的zui高轉(zhuǎn)速為1800r/min，同時(shí)，考慮到液壓泵的高速工作噪聲及使用壽命，選用液壓泵的工作轉(zhuǎn)速低于1800r/min,較大排量的液壓泵與伺服電動(dòng)機(jī)組成動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所以還不能充分發(fā)揮交流伺服電動(dòng)機(jī)能高速運(yùn)轉(zhuǎn)的優(yōu)良特性，提高了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本。高響應(yīng)的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)在注塑機(jī)上的推廣應(yīng)用，有待于高速低噪聲液壓泵的研發(fā)，以降低制造成本。如單純從節(jié)能角度來推廣應(yīng)用高響應(yīng)的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)，由于成本太高，達(dá)不到效果。如把高響應(yīng)的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)，應(yīng)用于普通注塑機(jī)上，僅體現(xiàn)出節(jié)能效果，那肯定是敗筆之作，只能當(dāng)展品，不能成為商品。應(yīng)把伺服電動(dòng)機(jī)高速靈敏反應(yīng)的特性與精密注射成形結(jié)合起來，創(chuàng)新出一種新的高性能的注射成形，能對(duì)的塑料制品進(jìn)行特定加工，才能使之應(yīng)用越來越廣。
2電液混合驅(qū)動(dòng)節(jié)能系統(tǒng)
液壓一電動(dòng)混合型動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，既具有全電動(dòng)注射成型機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，又保留了液壓機(jī)械式注射成型機(jī)的性能。通常采用液壓系統(tǒng)進(jìn)行模具的開閉和提供鎖模力，而塑化和注射動(dòng)作則由伺服電動(dòng)機(jī)來完成。這樣可在提供較大合模力的情況下實(shí)現(xiàn)較低的機(jī)器制造成本和較高的注射精度;而液壓系統(tǒng)由于只承擔(dān)合模和鎖模動(dòng)作，大大降低了泵源的裝載功率。注塑機(jī)成形能耗約70%消耗在塑化上，液壓一電動(dòng)混合型動(dòng)力驅(qū)動(dòng)將其由率的伺服電動(dòng)機(jī)來完成，極大提高了能量的利用率。液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)在注射周期的其他階段可以卸荷以節(jié)省能源。電液混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，節(jié)能效果明顯，性能優(yōu)良，具有良好的性價(jià)比。
電液混合驅(qū)動(dòng)節(jié)能系統(tǒng)由于具有優(yōu)良的性能在注塑機(jī)上的應(yīng)用推廣速度較快。husky（赫斯基）公司推出的hylectric系列混合注射成型機(jī)采用變量油泵和水冷式電動(dòng)機(jī)組成節(jié)能系統(tǒng)，配備的標(biāo)準(zhǔn)輔助蓄能器系統(tǒng)可在物料塑化的同時(shí)進(jìn)行合模，從而縮短循環(huán)周期。engel公司積極開發(fā)把全電動(dòng)注射成型機(jī)能實(shí)現(xiàn)的度與更低成本的液壓鎖模機(jī)構(gòu)結(jié)合在一起，使精度增加、能量更節(jié)省的victoryelectric系列注射成型機(jī)。netstal公司開發(fā)的synergy混合型注射機(jī)特別適合加工薄壁和高技術(shù)塑料件的synergy混合型注射機(jī)，采用直接電力驅(qū)動(dòng)注射螺桿的synergy混合型注射成型機(jī)，其度可與全電動(dòng)式注射成型機(jī)相比，同時(shí)可保持較高的控制精度，從而達(dá)到節(jié)省能源。demagergotech公司的elexis系列混合型注射成型機(jī)，注射過程和螺桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程由液壓系統(tǒng)完成，計(jì)量塑化和模具的開合過程由直流伺服電機(jī)控制。意大利bmb公司設(shè)計(jì)出新型液一電混合驅(qū)動(dòng)的elepack系列注射成型機(jī)。其注射階段采用配備動(dòng)態(tài)液壓油蓄能器的液壓系統(tǒng)以控制注射速度和注射質(zhì)量，而制品頂出和物料的塑化步驟采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)以節(jié)約能源并縮短成型周期。穆格開發(fā)了專門的powershottm注射系統(tǒng)全閉回路驅(qū)動(dòng)器于混合式注塑機(jī)，并成為多個(gè)廠家開發(fā)混合式注塑機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置。穆格采用powershottm注射系統(tǒng)技術(shù)，與日本ube機(jī)械集團(tuán)共同開發(fā)一種新型的混合式注塑成型機(jī)，機(jī)器性能比傳統(tǒng)液壓注塑機(jī)更快速、更緊湊，功率更大，如注塑速率為800mm/s，扭矩3000nm,用于加工一種與傳統(tǒng)塑料不同的新型塑料，經(jīng)過多項(xiàng)測(cè)試后，不僅降低了注塑機(jī)的能耗、噪聲水平、油量及維護(hù)要求，而且在減小設(shè)備體積的同時(shí)，可以應(yīng)對(duì)要求*的操作條件。震雄機(jī)械股份有限公司、富強(qiáng)鑫精密工業(yè)股份有限公司、亞塑機(jī)械股份有限公司、仁興機(jī)器廠有限公司等單位推出了油電復(fù)合系統(tǒng)。據(jù)仁興機(jī)器廠有限公司介紹，油電復(fù)合系統(tǒng)配置于smartkid-sk系列注塑機(jī)上，節(jié)能可達(dá)30%-60%。廣東亂利機(jī)械有限公司，自主研發(fā)的*臺(tái)“超節(jié)能注塑機(jī)”—y系列電液混合注塑機(jī)的各項(xiàng)性能進(jìn)行科學(xué)測(cè)試。測(cè)試報(bào)告表明，廣東y}rg利制造的該項(xiàng)機(jī)械和同類產(chǎn)品相比，具有精密、模具適應(yīng)度高等眾多優(yōu)點(diǎn)，其中在節(jié)能方面，更是優(yōu)勢(shì)突顯，和常規(guī)產(chǎn)品相比，可節(jié)能70%。經(jīng)測(cè)試，該機(jī)每小時(shí)耗電量為2.78kwh，而常規(guī)機(jī)械的耗電量為9.04kwh。以每天工作8h計(jì)，廣東亂利的“超節(jié)能注塑機(jī)”節(jié)能51.1kwh/d，節(jié)能能力不僅處于國內(nèi)地位，在世界同行中，也處于*水平。
3節(jié)能液壓元件的應(yīng)用
節(jié)能元件在注塑機(jī)上的應(yīng)用越來越多，是注塑機(jī)節(jié)能技術(shù)發(fā)展的一個(gè)明顯標(biāo)志。低摩擦力的聚四氟乙烯耐磨環(huán)、格來圈、斯特封，低壓力損失的插裝閥，螺旋隔板式冷卻器，在注塑機(jī)上應(yīng)用日益廣泛。
高速薄壁注射裝置用蓄能器。高速薄壁注射一般用蓄能器來實(shí)現(xiàn)，以減小裝載功率及節(jié)能。蓄能器的能否達(dá)到快速釋放，是實(shí)現(xiàn)高速注射的關(guān)鍵。一般蓄能器注射油路中，沒有把注射的開關(guān)閥更換成比例閥或者是moog閥進(jìn)行注射控制，存在機(jī)器中的蓄能器的油路沖擊過大、放能無法控制及軟管震動(dòng)厲害的弱點(diǎn)，蓄能器快速注射裝置使用不理想，導(dǎo)致注射速度調(diào)節(jié)不明顯或難控制或者根本無法使用的現(xiàn)象。
4結(jié)論
根據(jù)注射成形要求開發(fā)的節(jié)能液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，匹配于的注塑機(jī)，達(dá)到的注射成形性能，是我們開發(fā)創(chuàng)新節(jié)能液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的努力方向。
（文章來源：密封技術(shù)網(wǎng)）
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引言
液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是注塑機(jī)zui常用的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。注塑機(jī)的zui主要的能耗即是液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能耗，所以注塑機(jī)節(jié)能的重點(diǎn)即是提高液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)本身的能耗效率及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出功率與執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行功率達(dá)到自適應(yīng)調(diào)節(jié)匹配，兩者之間的能量利用率越高，即系統(tǒng)節(jié)能率越高，達(dá)到節(jié)省能源的功效。注塑機(jī)節(jié)能液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是把有關(guān)節(jié)能液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)運(yùn)用于注塑機(jī)上的技術(shù)。
注塑機(jī)液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般有以下二種:①全液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);②液電混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是注塑機(jī)廣泛使用的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，是節(jié)能動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)重點(diǎn)研究對(duì)象。從節(jié)能角度來說，液電混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能量利用率不高的創(chuàng)新發(fā)展，是理想的節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。長(zhǎng)期以來，注塑機(jī)節(jié)能液壓系統(tǒng)是重點(diǎn)研究的節(jié)能動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。注塑機(jī)節(jié)能液壓系統(tǒng)，正在從過去的流量比例和壓力比例的雙控制走向負(fù)載敏感自適應(yīng)控制，走向變頻調(diào)速控制、伺服控制及伺服閉環(huán)控制。節(jié)能液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是注塑機(jī)節(jié)能的主要研發(fā)課題。
1節(jié)能全液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)
注塑機(jī)的工藝過程一般分為鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻、開模等幾個(gè)階段，各個(gè)階段需要不同的壓力和流量。對(duì)于液壓泵馬達(dá)而言，注塑過程是處于變化的負(fù)載狀態(tài)，在定量泵的液壓系統(tǒng)中，液壓泵馬達(dá)以恒定的轉(zhuǎn)速提供恒定的流量，多余的液壓油通過溢流閥回流，此過程稱為高壓節(jié)流。據(jù)統(tǒng)計(jì)由高壓節(jié)流造成的能量損失高達(dá)36%--68%。減少節(jié)流損失，提高能量效率，成為液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能的發(fā)展方向。
1.1雙比例控制與定量泵組成節(jié)能動(dòng)力控制系統(tǒng)
流量比例和壓力比例控制的雙比例控制的節(jié)能技術(shù)是隨著注射成形技術(shù)的發(fā)展及控制性能的提高而發(fā)展起來的。開關(guān)閥與定量泵組成的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不能滿足注射成形性能的要求，比例閥達(dá)到了無級(jí)靈活調(diào)節(jié)，同時(shí)顯示出了節(jié)能的性能，在推廣應(yīng)用過程中，又不斷提高其節(jié)能的性能。中、小型注塑機(jī)的p/q復(fù)合電液比例技術(shù)與定量泵組成節(jié)能動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，是國內(nèi)注塑機(jī)制造單位普遍使用的節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。中、小型注塑機(jī)的液壓泵源一般為單泵或雙泵，液壓泵排出流量全部經(jīng)過p/q閥進(jìn)行比例調(diào)速。p/q復(fù)合比例閥的技術(shù)特征是用三通型的比例調(diào)速閥控制速度，再在其上疊加比例壓力先導(dǎo)閥控制系統(tǒng)壓力。同zui初采用分離元件構(gòu)成的系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)雖可大大減少元件數(shù)量、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少管路能耗損失及節(jié)流能耗損失。但因采用定量泵供油，工作過程中始終存在與流量有關(guān)的能量損失，特別是保壓過程中，這部分的流量能耗處于zui大值。系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了注塑機(jī)的自動(dòng)控制技術(shù)及注射成形性能，在成型制品工藝周期過程中所需冷卻時(shí)間長(zhǎng)的注射成形時(shí)，節(jié)能明顯，在節(jié)能與性價(jià)比方面具有一定優(yōu)勢(shì)，國產(chǎn)注塑機(jī)幾乎全部應(yīng)用了p/q復(fù)合電液比例技術(shù)。
大型注塑機(jī)的比例技術(shù)與定量泵組成節(jié)能動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。大型注塑機(jī)的液壓泵源由多個(gè)定量泵組成，以達(dá)到系統(tǒng)工作所需流量。對(duì)于多泵與比例閥的如何搭配，直接關(guān)系到系統(tǒng)的能耗的高低。多泵與比例閥搭配有兩種形式:一種是采用中、小型注塑機(jī)的p/q復(fù)合電液比例技術(shù)與定量泵組成節(jié)能動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的形式，總流量全部通過p/q比例閥（或傍路p/q比例閥），不論那個(gè)泵的工作流量必須通過比例流量閥進(jìn)人系統(tǒng)，這樣，造成了流量壓差能量損失，特別在大流量情況下，能量損失較大;另一種形式是僅對(duì)其中一個(gè)小流量泵進(jìn)行比例調(diào)速，其于泵的流量根據(jù)工況與比例調(diào)速小泵的流量組合疊加，形成一條流量比例斜線，各個(gè)工況所需流量可在比例斜線上選取，這種比例流量調(diào)速，除比例調(diào)速的小泵外，其于泵的工作流量進(jìn)人系統(tǒng)中，均沒有第二種搭配形式的能量損失，提高了能量利用率。
以作者設(shè)計(jì)的合模力8oookn注塑機(jī)為例，泵源由5個(gè)定量泵組，分別為:比例調(diào)速小泵的排量為76,其余兩個(gè)為排量76/152的雙泵。兩個(gè)雙泵的4個(gè)泵的流量根據(jù)工況與比例調(diào)速小泵組合疊加，形成一條流量比例斜線，各個(gè)工況所需流量可在比例斜線上選取，這種比例流量調(diào)速，除比例調(diào)速的小泵外，其于泵的工作流量進(jìn)人系統(tǒng)中，基本上沒有流量的能量損失，提高了能量利用率。系統(tǒng)還可根據(jù)需要，減少工作泵的數(shù)量，不影響系統(tǒng)的調(diào)速性能。
1.2節(jié)能負(fù)載敏感控制系統(tǒng)在注塑機(jī)上應(yīng)用
注塑機(jī)節(jié)能zui有效的措施是動(dòng)力機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩者之間流量的自適應(yīng)調(diào)節(jié)匹配。變量泵和電液比例閥結(jié)合的負(fù)載敏感泵節(jié)能控制系統(tǒng)，整個(gè)控制機(jī)構(gòu)由差壓控制型徑向變量柱塞泵、含位置閉環(huán)的高速比例閥、以及壓力傳感器和位移傳感器組成，提高了動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度?？刂屏髁坑杀壤y與檢測(cè)變量泵偏心量的位移傳感器構(gòu)成的位置閉環(huán)系統(tǒng)完成。通過壓力傳感器補(bǔ)償因泄漏造成的流量損失，使泵輸出的流量在0--l0v內(nèi)與設(shè)定值信號(hào)成線性比例?？刂葡到y(tǒng)壓力由比例閥與壓力傳感器構(gòu)成的電閉環(huán)回路完成，壓力與流量?jī)煞N控制狀態(tài)的分離與轉(zhuǎn)換由電子放大器根據(jù)設(shè)定信號(hào)自動(dòng)完成。系統(tǒng)的輸出流量由0增大到90%時(shí)，響應(yīng)時(shí)間約為50ms;而由90%輸出流量減小為0時(shí)，響應(yīng)時(shí)間約為30ms，系統(tǒng)壓力的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間當(dāng)負(fù)載容腔為4l時(shí)，小于200ms，均與高性能的比例閥相當(dāng)，因而*適合于注塑機(jī)的過程控制。負(fù)載敏感比例泵節(jié)能液壓系統(tǒng)，液壓動(dòng)力輸出隨負(fù)載而同步化，其差值達(dá)到zui小，基本上沒有能量浪費(fèi)，與定量系統(tǒng)相比，節(jié)能達(dá)到30%--60%，是理想的節(jié)能液壓系統(tǒng)。設(shè)定的負(fù)載敏感泵輸出流量，不一定能與需調(diào)節(jié)流量匹配，系統(tǒng)中還須增加流量調(diào)節(jié)閥，造成節(jié)流能耗損失。負(fù)載敏感泵與伺服閥組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，可消除節(jié)流及管路的能耗損失，并且較大幅度提高了整機(jī)性能。國內(nèi)大多數(shù)單位，僅從節(jié)能方面考慮，用負(fù)載敏感泵取代定量泵與p/q雙比例閥，而沒有進(jìn)一步從負(fù)載敏感泵能提高整機(jī)性能方面考濾，系統(tǒng)的控制性能及節(jié)能特性沒有得到進(jìn)一步發(fā)揮。上*的負(fù)載敏感泵控制系統(tǒng)，在塑化注射油路部分設(shè)置伺服閥，目的是與負(fù)載敏感泵共同組成一個(gè)高性能的閉環(huán)節(jié)能控制系統(tǒng)，在節(jié)能的同時(shí)，提高注射性能，但在國內(nèi)塑機(jī)制造單位基本上沒有得到推廣應(yīng)用。作者在1985年設(shè)計(jì)的負(fù)載敏感泵與伺服閥組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)的注塑機(jī)，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用證明，在節(jié)能及性能兩方面都取得了良好效果。
國內(nèi)為研發(fā)負(fù)載敏感泵做了大量的工作。陜西秦川機(jī)床廠在20世紀(jì)80年代中與上海*塑料機(jī)械廠共同開發(fā)了負(fù)載敏感泵，并成功在注塑機(jī)上得到應(yīng)用。近年來，重慶邦助工業(yè)有限公司研制出的bk系列注塑機(jī)負(fù)載敏感比例泵，其價(jià)格與定量泵和p/q閥的總價(jià)差不多，從根本上解決了負(fù)載敏感比例泵價(jià)高難以推廣的障礙，已得到批量應(yīng)用，取得了較好的效果。海特克液壓有限公司引進(jìn)日本*技術(shù)批量制造出負(fù)載感應(yīng)泵。
1.3定139加變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)電液節(jié)能控制系統(tǒng)
變頻調(diào)節(jié)技術(shù)通過調(diào)節(jié)液壓泵的轉(zhuǎn)速，使動(dòng)力機(jī)構(gòu)的性能類似于比例泵節(jié)能系統(tǒng)，達(dá)到動(dòng)力機(jī)構(gòu)輸出的流量與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的流量相匹配，使流量的損失降低。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)是利用注塑機(jī)同步信號(hào)及電氣控制系統(tǒng)，根據(jù)注塑成型的工藝要求，將電液比例控制系統(tǒng)，模擬成負(fù)載跟蹤控制系統(tǒng)，使油泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與注塑機(jī)工作所需液壓的流量與壓力乘積成正比，將傳統(tǒng)的定量泵改造成變頻變量驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，從而使溢流閥的回油流量降到zui小，無高壓節(jié)流能量損失，進(jìn)而將傳統(tǒng)有高壓節(jié)流的“耗能型”注塑機(jī)升級(jí)為無高壓節(jié)流的“節(jié)能型”注塑機(jī)，節(jié)能型注塑機(jī)除了節(jié)能功能之主要特性外，依據(jù)其節(jié)能原理，還具有附加系列的優(yōu)點(diǎn)，包括:減輕開、鎖模沖擊，延長(zhǎng)機(jī)械和模具使用壽命;延長(zhǎng)油路系統(tǒng)（密封組件等）使用壽命，減少維修次數(shù)、節(jié)省維護(hù)費(fèi)用;降低噪聲、改善工作環(huán)境;系統(tǒng)油溫大幅降低，冷卻用水量可節(jié)省30%以上;對(duì)電動(dòng)機(jī)具有過壓、過流、缺相等多種保護(hù);注塑機(jī)原有的控制方式及油路不變。將注塑機(jī)改造升級(jí)為“節(jié)能型”注塑機(jī)，其投資（主要是變頻器）在一年內(nèi)可通過節(jié)約的電費(fèi)收回。浙江慈溪市從去年開始大力推廣注塑機(jī)節(jié)能技術(shù)，在注塑機(jī)上安裝變頻節(jié)能器后，單機(jī)節(jié)能效果達(dá)到30%-60%。慈溪市200多家企業(yè)為注塑機(jī)安裝節(jié)能器后，年省電達(dá)6000萬kw-h左右。深圳市奧宇控制系統(tǒng)有限公司節(jié)能事業(yè)部主要從事注塑機(jī)變頻節(jié)能控制系統(tǒng)，為深圳市龍華富士康多家塑膠廠安裝該公司的注塑機(jī)變頻節(jié)能控制系統(tǒng)，油泵電動(dòng)機(jī)平均節(jié)電率達(dá)到45%;為上海宜新集團(tuán)公司改造100多臺(tái)注塑機(jī)。油泵平均節(jié)電率41%.
注射成形各階段頻繁的速度變化，使液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)頻繁處于加減速工況下，由于磁滯效應(yīng)及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)通過調(diào)節(jié)液壓泵的轉(zhuǎn)速，響應(yīng)速度慢（比例泵響應(yīng)時(shí)間在looms之內(nèi)，變頻調(diào)速響應(yīng)時(shí)間需800-1oooms），導(dǎo)致了注射循環(huán)周期時(shí)期的增加，降低了生產(chǎn)效率，對(duì)高要求的制品難以成形。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量比變量泵變量的斜板的質(zhì)量大許多，所以前者流量改變的響應(yīng)時(shí)間大于后者的響應(yīng)時(shí)間，不能適應(yīng)多級(jí)速度變化的快速注射。通過實(shí)現(xiàn)變頻器的輸出頻率和輸出轉(zhuǎn)矩解藕調(diào)節(jié)，達(dá)到變頻器與注射過程各動(dòng)作的*配合，以達(dá)到提高應(yīng)答反映性能。注塑機(jī)是否采用變頻調(diào)速，主要看加工制品的要求。變頻調(diào)速節(jié)能的本質(zhì)就是在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于設(shè)置的zui高轉(zhuǎn)速情況下起到節(jié)能效果，低速的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間越長(zhǎng)，節(jié)能的效果越明顯。厚壁制品的保壓時(shí)間及冷卻時(shí)間長(zhǎng)，是應(yīng)用變頻調(diào)速設(shè)備的。
1.4高響應(yīng)的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定f泵節(jié)能系統(tǒng)
高響應(yīng)的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)是近年發(fā)展的一種*的高性能節(jié)能系統(tǒng)，解決了變頻調(diào)節(jié)技術(shù)通過調(diào)節(jié)液壓泵的轉(zhuǎn)速，響應(yīng)速度慢的性能，同時(shí)由于其本身的運(yùn)轉(zhuǎn)的特性提高了電力的利用效率。伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由于伺服電動(dòng)機(jī)不使用*磁鐵結(jié)構(gòu)，且由于轉(zhuǎn)矩及慣量的密切配合下，又在低慣量的轉(zhuǎn)子的配合下，免除了脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在速度范圍內(nèi)有著良好的加減速度動(dòng)態(tài)反應(yīng)特性。因轉(zhuǎn)矩是由感應(yīng)式電流產(chǎn)生，具有完滿磁性分布之高密度磁通所生，在2ooor/min速度范圍內(nèi)，輸出高比例（可達(dá)到2.8倍）的額定轉(zhuǎn)矩情況下，能保持非常低的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，在非常低的速度下也可有大的定轉(zhuǎn)矩區(qū)，達(dá)到衡定的流量輸出。轉(zhuǎn)速隨系統(tǒng)流量需求而改變，反應(yīng)速度比伺服閥快千分之4s，液壓系統(tǒng)基本上不需冷卻水，對(duì)于保壓及冷卻時(shí)間長(zhǎng)的制品，節(jié)能可達(dá)80%。設(shè)定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制流量，沒有節(jié)流損失?？蓸O大地減少保壓工況及空轉(zhuǎn)工況（等待周期）的流量損失。保壓時(shí)電動(dòng)機(jī)處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)，比負(fù)載敏感泵節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更節(jié)能。高響應(yīng)的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)與伺服閥組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，更能發(fā)揮出節(jié)能特性，提高系統(tǒng)的精密控制性能。日進(jìn)精密股份有限公司的一臺(tái)隆亨sn-220d伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的注塑機(jī)，據(jù)該公司介紹，成形電腦底座，材料為abs,重量1188，成形周期48s，以普通電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵的隆亨nc-220i注塑機(jī)能耗耗電20kw/h為基準(zhǔn)，負(fù)載敏感泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)耗電lokw/h節(jié)能50%，全電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)耗電3.2kw/h節(jié)能84%，伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)耗電4kw/h節(jié)能80%。日精公司2006年在美國芝加哥展出了融合了伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和變量泵的‘`x泵”臺(tái)注塑機(jī)，x泵是新型fnxecoject的核心部件，x泵能使其與全電式機(jī)器相媲美，x泵有節(jié)能作用，因?yàn)樗欧R達(dá)只在需要時(shí)才會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)液壓泵，在不需要時(shí)，馬達(dá)處于停止?fàn)顟B(tài)。日精的“x泵”的fnx注塑機(jī)所使用的能源只是該公司標(biāo)準(zhǔn)注塑機(jī)的30%左右，fnx注塑機(jī)少用41%的液壓油。x泵的速度和準(zhǔn)確度都很高，甚至能夠立刻變換方向。注塑升溫速度45ms，與全電式機(jī)器相同。注塑速度可高達(dá)300mm/s，是該公司其他注塑機(jī)的一倍。這款機(jī)器還能以僅1mm/s的超低速度運(yùn)轉(zhuǎn)，適用于生產(chǎn)鏡頭等產(chǎn)品。寧波海天以htfw為設(shè)計(jì)平臺(tái)研發(fā)的htfw1/j5伺服節(jié)能注塑機(jī)系列，通過配備高性能的伺服變速動(dòng)力控制系統(tǒng)，在注塑機(jī)成型過程中針對(duì)不同的壓力流量，調(diào)整相應(yīng)的頻率輸出，形成對(duì)壓力流量的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)伺服電動(dòng)機(jī)對(duì)注塑機(jī)能量需求的自動(dòng)匹配和調(diào)整，可節(jié)省電量40%-80%.
交流伺服電動(dòng)機(jī)的zui高轉(zhuǎn)速可達(dá)4ooor/min，從理論上講，與之相配的液壓泵的排量可根據(jù)zui高轉(zhuǎn)速選擇，選用比一般系統(tǒng)中應(yīng)用的更小排量的液壓泵，降低系統(tǒng)中應(yīng)用液壓泵的成本。但目前一般液壓泵的zui高轉(zhuǎn)速為1800r/min，同時(shí)，考慮到液壓泵的高速工作噪聲及使用壽命，選用液壓泵的工作轉(zhuǎn)速低于1800r/min,較大排量的液壓泵與伺服電動(dòng)機(jī)組成動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所以還不能充分發(fā)揮交流伺服電動(dòng)機(jī)能高速運(yùn)轉(zhuǎn)的優(yōu)良特性，提高了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本。高響應(yīng)的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)在注塑機(jī)上的推廣應(yīng)用，有待于高速低噪聲液壓泵的研發(fā)，以降低制造成本。如單純從節(jié)能角度來推廣應(yīng)用高響應(yīng)的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)，由于成本太高，達(dá)不到效果。如把高響應(yīng)的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)，應(yīng)用于普通注塑機(jī)上，僅體現(xiàn)出節(jié)能效果，那肯定是敗筆之作，只能當(dāng)展品，不能成為商品。應(yīng)把伺服電動(dòng)機(jī)高速靈敏反應(yīng)的特性與精密注射成形結(jié)合起來，創(chuàng)新出一種新的高性能的注射成形，能對(duì)的塑料制品進(jìn)行特定加工，才能使之應(yīng)用越來越廣。
2電液混合驅(qū)動(dòng)節(jié)能系統(tǒng)
液壓一電動(dòng)混合型動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，既具有全電動(dòng)注射成型機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，又保留了液壓機(jī)械式注射成型機(jī)的性能。通常采用液壓系統(tǒng)進(jìn)行模具的開閉和提供鎖模力，而塑化和注射動(dòng)作則由伺服電動(dòng)機(jī)來完成。這樣可在提供較大合模力的情況下實(shí)現(xiàn)較低的機(jī)器制造成本和較高的注射精度;而液壓系統(tǒng)由于只承擔(dān)合模和鎖模動(dòng)作，大大降低了泵源的裝載功率。注塑機(jī)成形能耗約70%消耗在塑化上，液壓一電動(dòng)混合型動(dòng)力驅(qū)動(dòng)將其由率的伺服電動(dòng)機(jī)來完成，極大提高了能量的利用率。液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)在注射周期的其他階段可以卸荷以節(jié)省能源。電液混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，節(jié)能效果明顯，性能優(yōu)良，具有良好的性價(jià)比。
電液混合驅(qū)動(dòng)節(jié)能系統(tǒng)由于具有優(yōu)良的性能在注塑機(jī)上的應(yīng)用推廣速度較快。husky（赫斯基）公司推出的hylectric系列混合注射成型機(jī)采用變量油泵和水冷式電動(dòng)機(jī)組成節(jié)能系統(tǒng)，配備的標(biāo)準(zhǔn)輔助蓄能器系統(tǒng)可在物料塑化的同時(shí)進(jìn)行合模，從而縮短循環(huán)周期。engel公司積極開發(fā)把全電動(dòng)注射成型機(jī)能實(shí)現(xiàn)的度與更低成本的液壓鎖模機(jī)構(gòu)結(jié)合在一起，使精度增加、能量更節(jié)省的victoryelectric系列注射成型機(jī)。netstal公司開發(fā)的synergy混合型注射機(jī)特別適合加工薄壁和高技術(shù)塑料件的synergy混合型注射機(jī)，采用直接電力驅(qū)動(dòng)注射螺桿的synergy混合型注射成型機(jī)，其度可與全電動(dòng)式注射成型機(jī)相比，同時(shí)可保持較高的控制精度，從而達(dá)到節(jié)省能源。demagergotech公司的elexis系列混合型注射成型機(jī)，注射過程和螺桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程由液壓系統(tǒng)完成，計(jì)量塑化和模具的開合過程由直流伺服電機(jī)控制。意大利bmb公司設(shè)計(jì)出新型液一電混合驅(qū)動(dòng)的elepack系列注射成型機(jī)。其注射階段采用配備動(dòng)態(tài)液壓油蓄能器的液壓系統(tǒng)以控制注射速度和注射質(zhì)量，而制品頂出和物料的塑化步驟采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)以節(jié)約能源并縮短成型周期。穆格開發(fā)了專門的powershottm注射系統(tǒng)全閉回路驅(qū)動(dòng)器于混合式注塑機(jī)，并成為多個(gè)廠家開發(fā)混合式注塑機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置。穆格采用powershottm注射系統(tǒng)技術(shù)，與日本ube機(jī)械集團(tuán)共同開發(fā)一種新型的混合式注塑成型機(jī)，機(jī)器性能比傳統(tǒng)液壓注塑機(jī)更快速、更緊湊，功率更大，如注塑速率為800mm/s，扭矩3000nm,用于加工一種與傳統(tǒng)塑料不同的新型塑料，經(jīng)過多項(xiàng)測(cè)試后，不僅降低了注塑機(jī)的能耗、噪聲水平、油量及維護(hù)要求，而且在減小設(shè)備體積的同時(shí)，可以應(yīng)對(duì)要求*的操作條件。震雄機(jī)械股份有限公司、富強(qiáng)鑫精密工業(yè)股份有限公司、亞塑機(jī)械股份有限公司、仁興機(jī)器廠有限公司等單位推出了油電復(fù)合系統(tǒng)。據(jù)仁興機(jī)器廠有限公司介紹，油電復(fù)合系統(tǒng)配置于smartkid-sk系列注塑機(jī)上，節(jié)能可達(dá)30%-60%。廣東亂利機(jī)械有限公司，自主研發(fā)的*臺(tái)“超節(jié)能注塑機(jī)”—y系列電液混合注塑機(jī)的各項(xiàng)性能進(jìn)行科學(xué)測(cè)試。測(cè)試報(bào)告表明，廣東y}rg利制造的該項(xiàng)機(jī)械和同類產(chǎn)品相比，具有精密、模具適應(yīng)度高等眾多優(yōu)點(diǎn)，其中在節(jié)能方面，更是優(yōu)勢(shì)突顯，和常規(guī)產(chǎn)品相比，可節(jié)能70%。經(jīng)測(cè)試，該機(jī)每小時(shí)耗電量為2.78kwh，而常規(guī)機(jī)械的耗電量為9.04kwh。以每天工作8h計(jì)，廣東亂利的“超節(jié)能注塑機(jī)”節(jié)能51.1kwh/d，節(jié)能能力不僅處于國內(nèi)地位，在世界同行中，也處于*水平。
3節(jié)能液壓元件的應(yīng)用
節(jié)能元件在注塑機(jī)上的應(yīng)用越來越多，是注塑機(jī)節(jié)能技術(shù)發(fā)展的一個(gè)明顯標(biāo)志。低摩擦力的聚四氟乙烯耐磨環(huán)、格來圈、斯特封，低壓力損失的插裝閥，螺旋隔板式冷卻器，在注塑機(jī)上應(yīng)用日益廣泛。
高速薄壁注射裝置用蓄能器。高速薄壁注射一般用蓄能器來實(shí)現(xiàn)，以減小裝載功率及節(jié)能。蓄能器的能否達(dá)到快速釋放，是實(shí)現(xiàn)高速注射的關(guān)鍵。一般蓄能器注射油路中，沒有把注射的開關(guān)閥更換成比例閥或者是moog閥進(jìn)行注射控制，存在機(jī)器中的蓄能器的油路沖擊過大、放能無法控制及軟管震動(dòng)厲害的弱點(diǎn)，蓄能器快速注射裝置使用不理想，導(dǎo)致注射速度調(diào)節(jié)不明顯或難控制或者根本無法使用的現(xiàn)象。
4結(jié)論
根據(jù)注射成形要求開發(fā)的節(jié)能液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，匹配于的注塑機(jī)，達(dá)到的注射成形性能，是我們開發(fā)創(chuàng)新節(jié)能液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的努力方向。
（文章來源：密封技術(shù)網(wǎng)）
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