宋曉玲

（洛陽理工學(xué)院，河南洛陽471000）

現(xiàn)在市場上生產(chǎn)及應(yīng)用的注塑機(jī)，多數(shù)為全液壓式的，其能耗浪費(fèi)非常大，所以塑料機(jī)械的節(jié)能，也成為消費(fèi)者及生產(chǎn)廠家所關(guān)注的重要問題，而注塑機(jī)的設(shè)計(jì)制造，也會(huì)向著節(jié)能方向發(fā)展。

1 注塑機(jī)的節(jié)能特性

通常注塑機(jī)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(gè)階段的工作內(nèi)容不同，其所需要的壓力及流量就各不相同。對于油泵馬達(dá)來說，注塑過程的負(fù)載狀態(tài)，是時(shí)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(dá)的轉(zhuǎn)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(huì)經(jīng)過溢流閥進(jìn)行回流，這個(gè)過程可以稱其為高壓溢流。

按照相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，高壓溢流所導(dǎo)致的能量損失，可以達(dá)到40%～60%。由此可見，注塑機(jī)在運(yùn)行過程中，最大的能耗損失來自于液壓驅(qū)動(dòng)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(jī)的能耗性能，主要是通過液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、能量轉(zhuǎn)換效率等指標(biāo)反映出來的，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是服務(wù)于注射成型技術(shù)的，相應(yīng)的節(jié)能措施，也就基于注射成型展開。從這個(gè)意義上來講，液壓系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)，隨著注射成型技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，同時(shí)它也推動(dòng)著成型技術(shù)的不斷進(jìn)步

2 注塑機(jī)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(jìn)一步提高，以降低能量的浪費(fèi)，使得能量輸出在滿足要求的前提下盡量減少。注塑機(jī)的液壓系統(tǒng)能量損失，一般按其產(chǎn)生的原因可分為以下類型：

2.1 能量轉(zhuǎn)換的損失

液壓系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，要進(jìn)行相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換時(shí)所產(chǎn)生的損失即為能量轉(zhuǎn)換損失。其主要內(nèi)容包括容積損失、機(jī)械摩擦或者壓力損失等。比如液壓泵要把電動(dòng)機(jī)所輸入的電能轉(zhuǎn)換為液壓能，這個(gè)過程中液壓泵的機(jī)械摩擦、內(nèi)泄漏等就會(huì)造成容積損失。不僅轉(zhuǎn)換元件會(huì)造成能量轉(zhuǎn)換損失，而且系統(tǒng)的運(yùn)行工況、摩擦情況等均會(huì)產(chǎn)生影響。

2.2 能量傳輸損失

液壓油在進(jìn)行傳輸時(shí)，其能量會(huì)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(zhuǎn)換元件外的其他元件的布局結(jié)構(gòu)，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(dāng)液壓泵所提供的能量和負(fù)載所需的能量不匹配時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一定的能量匹配損失，主要是由液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和液壓泵的選型等因素造成的。

3 注塑機(jī)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(jìn)行改善，提高其品質(zhì)，并開發(fā)出新型的節(jié)能產(chǎn)品，減小其運(yùn)行損耗。比如針對驅(qū)動(dòng)電磁轉(zhuǎn)向閥的電磁鐵就可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而油液流經(jīng)閥口時(shí)其壓力損失就會(huì)相應(yīng)的減??；或者在設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)現(xiàn)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(jìn)行能量傳輸?shù)倪^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(jù)所有能量損失的較大比例。所以在選擇液壓元件時(shí)，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(fù)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(diào)節(jié)范圍來選擇，還要保證其最小穩(wěn)定流量與運(yùn)行需求適應(yīng)。

3.3 降低液壓泵和負(fù)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(fù)載之間的功率過剩，使得液壓系統(tǒng)的輸出能量和負(fù)載所需的功率，盡可能的相匹配。在注塑機(jī)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(fù)載所需的能量相匹配的回路，即為壓力匹配回路。其由1臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵，比例流量閥與負(fù)載之間可以進(jìn)行定量泵的輸出流量調(diào)節(jié)。通常在實(shí)際的工作過程中，注塑機(jī)各運(yùn)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(jìn)行調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)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(huì)經(jīng)過溢流閥回到油箱，此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生流量損失。定量泵的供油壓力不是一成不變的，負(fù)載力發(fā)生變化，它也會(huì)相應(yīng)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(fù)載需要的流量相適應(yīng)的回路，即為流量匹配回路，該回路中供油是由變量泵來實(shí)現(xiàn)的，負(fù)載流量發(fā)生變化時(shí)，泵的輸出流量也會(huì)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(dòng)作壓力及速度，可以按照注塑成型的工藝要求進(jìn)行多段設(shè)置，而且可以轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的模擬信號(hào)，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(shè)置好的值，向負(fù)載進(jìn)行壓力及流量的輸出，保證液壓系統(tǒng)的能量輸出與負(fù)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(fù)載所需的值相匹配。實(shí)際上壓力匹配回路，會(huì)出現(xiàn)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(shí)進(jìn)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(yīng)的交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的定量泵系統(tǒng)

經(jīng)過近幾年的發(fā)展，出現(xiàn)了一種高響應(yīng)交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)的技術(shù)，該技術(shù)不僅使得采用變頻技要調(diào)節(jié)液壓泵轉(zhuǎn)速響應(yīng)速度慢的缺陷，而且其本身的運(yùn)轉(zhuǎn)特性有所提高，電力的利用效率也相應(yīng)的得到了提高。

伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，因?yàn)樗欧姍C(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比較小，沒有脈運(yùn)轉(zhuǎn)矩，其調(diào)速范圍相對較寬，而且在該范圍內(nèi)，其加減速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性也比較好。由于勵(lì)磁電流產(chǎn)生了轉(zhuǎn)矩，其磁通密度比較高，當(dāng)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩額定的情況下，可以保持很低的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。在高響應(yīng)交流伺服電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的定量泵閉環(huán)控制系統(tǒng)中，因?yàn)橐簤夯芈氛w上無需設(shè)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(yùn)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(jī)的轉(zhuǎn)速，可以達(dá)到4000 r/min，即使其速度很低，其恒轉(zhuǎn)矩區(qū)也很大，可以實(shí)現(xiàn)恒定的流量輸出。當(dāng)系統(tǒng)的流量需求發(fā)生改變后，其轉(zhuǎn)速也會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化，而且與伺服閥相比，它的反應(yīng)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(shè)置冷卻設(shè)備，一些制品保壓和冷卻的時(shí)間相對長，此時(shí)系統(tǒng)的節(jié)能效率可達(dá)80%，保壓時(shí)伺服器停轉(zhuǎn)，與負(fù)載敏感泵節(jié)能驅(qū)動(dòng)相比，節(jié)能效果更為顯著。由此可見，由高響應(yīng)交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的定量泵系統(tǒng)，在注塑機(jī)液壓系統(tǒng)節(jié)能方面有著廣闊的應(yīng)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(shí)現(xiàn)，因此值得推廣。

4 結(jié)束語

綜上所述，合理地選擇經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的高品質(zhì)液壓元件，設(shè)計(jì)能夠降低液壓泵和負(fù)載之間的功率過剩的匹配回路，是注塑機(jī)節(jié)能降耗的主要措施。高響應(yīng)交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵系統(tǒng)的技術(shù)，節(jié)能效果顯著，在注塑機(jī)液壓系統(tǒng)節(jié)能方面有著明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。

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