液压动力驱动系统是注塑机最常用的动力驱动系统。注塑机的最主要的能耗即是液压动力驱动系统的能耗，所以注塑机节能的重点即是提高液压动力驱动系统本身的能耗效率及驱动系统输出功率与执行机构执行功率达到自适应调节匹配，两者之间的能量利用率越高，即系统节能率越高，达到节省能源的功效。注塑机节能液压动力驱动系统是把有关节能液压驱动技术运用于注塑机上的技术。

注塑机液压动力驱动系统一般有以下二种:①全液压驱动系统;②液电混合驱动系统。液压驱动系统是注塑机广泛使用的动力驱动系统，是节能动力驱动系统重点研究对象。从节能角度来说，液电混合驱动系统是对液压驱动系统能量利用率不高的创新发展，是理想的节能驱动系统。长期以来，注塑机节能液压系统是重点研究的节能动力驱动系统。注塑机节能液压系统，正在从过去的流量比例和压力比例的双控制走向负载敏感自适应控制，走向变频调速控制、伺服控制及伺服闭环控制。节能液压动力驱动系统是注塑机节能的主要研发课题。

1节能全液压驱动控制系统

注塑机的工艺过程一般分为锁模、射胶、熔胶、保压、冷却、开模等几个阶段，各个阶段需要不同的压力和流量。对于液压泵马达而言，注塑过程是处于变化的负载状态，在定量泵的液压系统中，液压泵马达以恒定的转速提供恒定的流量，多余的液压油通过溢流阀回流，此过程称为高压节流。据统计由高压节流造成的能量损失高达36%--68%。减少节流损失，提高能量效率，成为液压驱动系统节能的发展方向。

1.1双比例控制与定量泵组成节能动力控制系统

流量比例和压力比例控制的双比例控制的节能技术是随着注射成形技术的发展及控制性能的提高而发展起来的。开关阀与定量泵组成的动力驱动系统不能满足注射成形性能的要求，比例阀达到了无级灵活调节，同时显示出了节能的性能，在推广应用过程中，又不断提高其节能的性能。中、小型注塑机的P/Q复合电液比例技术与定量泵组成节能动力驱动系统，是国内注塑机制造单位普遍使用的节能驱动系统。中、小型注塑机的液压泵源一般为单泵或双泵，液压泵排出流量全部经过 P/Q阀进行比例调速。P/Q复合比例阀的技术特征是用三通型的比例调速阀控制速度，再在其上叠加比例压力先导阀控制系统压力。同最初采用分离元件构成的系统相比，该系统虽可大大减少元件数量、简化结构，减少管路能耗损失及节流能耗损失。但因采用定量泵供油，工作过程中始终存在与流量有关的能量损失，特别是保压过程中，这部分的流量能耗处于最大值。系统的应用，提高了注塑机的自动控制技术及注射成形性能，在成型制品工艺周期过程中所需冷却时间长的注射成形时，节能明显，在节能与性价比方面具有一定优势，国产注塑机几乎全部应用了P/Q复合电液比例技术。

大型注塑机的比例技术与定量泵组成节能动力驱动系统。大型注塑机的液压泵源由多个定量泵组成，以达到系统工作所需流量。对于多泵与比例阀的如何搭配，直接关系到系统的能耗的高低。多泵与比例阀搭配有两种形式:一种是采用中、小型注塑机的P/Q复合电液比例技术与定量泵组成节能动力驱动系统的形式，总流量全部通过P/Q比例阀(或傍路P/Q比例阀)，不论那个泵的工作流量必须通过比例流量阀进人系统，这样，造成了流量压差能量损失，特别在大流量情况下，能量损失较大;另一种形式是仅对其中一个小流量泵进行比例调速，其于泵的流量根据工况与比例调速小泵的流量组合叠加，形成一条流量比例斜线，各个工况所需流量可在比例斜线上选取，这种比例流量调速，除比例调速的小泵外，其于泵的工作流量进人系统中，均没有第二种搭配形式的能量损失，提高了能量利用率。

以作者设计的合模力8OOOkN注塑机为例，泵源由5个定量泵组，分别为:比例调速小泵的排量为76,其余两个为排量76/152的双泵。两个双泵的4 个泵的流量根据工况与比例调速小泵组合叠加，形成一条流量比例斜线，各个工况所需流量可在比例斜线上选取，这种比例流量调速，除比例调速的小泵外，其于泵的工作流量进人系统中，基本上没有流量的能量损失，提高了能量利用率。系统还可根据需要，减少工作泵的数量，不影响系统的调速性能。

1.2节能负载敏感控制系统在注塑机上应用

注塑机节能最有效的措施是动力机构和执行机构两者之间流量的自适应调节匹配。变量泵和电液比例阀结合的负载敏感泵节能控制系统，整个控制机构由差压控制型径向变量柱塞泵、含位置闭环的高速比例阀、以及压力传感器和位移传感器组成，提高了动态响应速度。控制流量由比例阀与检测变量泵偏心量的位移传感器构成的位置闭环系统完成。通过压力传感器补偿因泄漏造成的流量损失，使泵输出的流量在0--l0v内与设定值信号成线性比例。控制系统压力由比例阀与压力传感器构成的电闭环回路完成，压力与流量两种控制状态的分离与转换由电子放大器根据设定信号自动完成。系统的输出流量由0增大到90%时，响应时间约为 50ms;而由90%输出流量减小为0时，响应时间约为30ms，系统压力的动态响应时间当负载容腔为4L时，小于200ms，均与高性能的比例阀相当，因而完全适合于注塑机的过程控制。负载敏感比例泵节能液压系统，液压动力输出随负载而同步化，其差值达到最小，基本上没有能量浪费，与定量系统相比，节能达到30%--60%，是理想的节能液压系统。设定的负载敏感泵输出流量，不一定能与需精确调节流量匹配，系统中还须增加流量调节阀，造成节流能耗损失。负载敏感泵与伺服阀组成闭环控制系统，可消除节流及管路的能耗损失，并且较大幅度提高了整机性能。国内大多数单位，仅从节能方面考虑，用负载敏感泵取代定量泵与P/Q双比例阀，而没有进一步从负载敏感泵能提高整机性能方面考滤，系统的控制性能及节能特性没有得到进一步发挥。国际上先进的负载敏感泵控制系统，在塑化注射油路部分设置伺服阀，目的是与负载敏感泵共同组成一个高性能的闭环节能控制系统，在节能的同时，提高注射性能，但在国内塑机制造单位基本上没有得到推广应用。作者在1985年设计的负载敏感泵与伺服阀组成的闭环控制系统的注塑机，经实际应用证明，在节能及性能两方面都取得了良好效果。

国内为研发负载敏感泵做了大量的工作。陕西秦川机床厂在20世纪80年代中与上海第一塑料机械厂共同开发了负载敏感泵，并成功在注塑机上得到应用。近年来，重庆邦助工业有限公司研制出的BK系列注塑机专用负载敏感比例泵，其价格与定量泵和P/Q阀的总价差不多，从根本上解决了负载敏感比例泵价高难以推广的障碍，已得到批量应用，取得了较好的效果。海特克液压有限公司引进日本先进技术批量制造出负载感应泵。

1.3定139加变频调速电动机电液节能控制系统

变频调节技术通过调节液压泵的转速，使动力机构的性能类似于比例泵节能系统，达到动力机构输出的流量与执行机构的流量相匹配，使流量的损失降低。变频调节技术是利用注塑机同步信号及电气控制系统，根据注塑成型的工艺要求，将电液比例控制系统，模拟成负载跟踪控制系统，使油泵电动机的转速与注塑机工作所需液压的流量与压力乘积成正比，将传统的定量泵改造成变频变量驱动系统，从而使溢流阀的回油流量降到最小，无高压节流能量损失，进而将传统有高压节流的“耗能型”注塑机升级为无高压节流的“节能型”注塑机，节能型注塑机除了节能功能之主要特性外，依据其节能原理，还具有附加系列的优点，包括:减轻开、锁模冲击，延长机械和模具使用寿命;延长油路系统(密封组件等)使用寿命，减少维修次数、节省维护费用;降低噪声、改善工作环境;系统油温大幅降低，冷却用水量可节省30%以上;对电动机具有过压、过流、缺相等多种保护;注塑机原有的控制方式及油路不变。将注塑机改造升级为“节能型”注塑机，其投资(主要是变频器)在一年内可通过节约的电费收回。浙江慈溪市从去年开始大力推广注塑机节能技术，在注塑机上安装变频节能器后，单机节能效果达到30%-60%。慈溪市 200多家企业为注塑机安装节能器后，年省电达6000万kW-h左右。深圳市奥宇控制系统有限公司节能事业部主要从事注塑机变频节能控制系统，为深圳市龙华富士康多家塑胶厂安装该公司的注塑机变频节能控制系统，油泵电动机平均节电率达到45%;为上海宜新集团公司改造100多台注塑机。油泵平均节电率 41%.

注射成形各阶段频繁的速度变化，使液压泵驱动电动机频繁处于加减速工况下，由于磁滞效应及转动惯量的影响，变频调节技术通过调节液压泵的转速，响应速度慢(比例泵响应时间在looms之内，变频调速响应时间需 800-1OOOms)，导致了注射循环周期时期的增加，降低了生产效率，对高要求的制品难以成形。电动机转子质量比变量泵变量的斜板的质量大许多，所以前者流量改变的响应时间大于后者的响应时间，不能适应多级速度变化的快速注射。通过实现变频器的输出频率和输出转矩解藕调节，达到变频器与注射过程各动作的最佳配合，以达到提高应答反映性能。注塑机是否采用变频调速，主要看加工制品的要求。变频调速节能的本质就是在电动机转速低于设置的最高转速情况下起到节能效果，低速的运转时间越长，节能的效果越明显。厚壁制品的保压时间及冷却时间长，是应用变频调速设备的首选。

1.4高响应的交流伺服电动机驱动定f泵节能系统

高响应的交流伺服电动机驱动定量泵系统是近年发展的一种先进的高性能节能系统，解决了变频调节技术通过调节液压泵的转速，响应速度慢的性能，同时由于其本身的运转的特性提高了电力的利用效率。伺服电动机驱动系统，由于伺服电动机不使用永久磁铁结构，且由于转矩及惯量的密切配合下，又在低惯量的转子的配合下，免除了脉动转矩，在速度范围内有着良好的加减速度动态反应特性。因转矩是由感应式电流产生，具有完满磁性分布之高密度磁通所生，在2OOOr/min 速度范围内，输出高比例(可达到2.8倍)的额定转矩情况下，能保持非常低的转矩波动，在非常低的速度下也可有大的定转矩区，达到衡定的流量输出。转速随系统流量需求而改变，反应速度比伺服阀快千分之4s，液压系统基本上不需冷却水，对于保压及冷却时间长的制品，节能可达80%。设定电动机的转速控制流量，没有节流损失。可极大地减少保压工况及空转工况(等待周期)的流量损失。保压时电动机处于停转状态，比负载敏感泵节能驱动系统更节能。高响应的交流伺服电动机驱动定量泵系统与伺服阀组成闭环控制系统，更能发挥出节能特性，提高系统的精密控制性能。日进精密股份有限公司的一台隆亨SN-220D伺服电动机驱动的注塑机，据该公司介绍，成形电脑底座，材料为ABS,重量1188，成形周期48s，以普通电动机驱动定量泵的隆亨NC-220I注塑机能耗耗电 20kW/h为基准，负载敏感泵驱动系统耗电lOkW/h节能50%，全电动驱动系统耗电3.2kW/h节能84%，伺服电动机驱动系统耗电4kW/h节能80%。日精公司2006年在美国芝加哥展出了融合了伺服电动机驱动和变量泵的‘`X泵”台注塑机，X泵是新型FNXEcoject的核心部件，X泵能使其与全电式机器相媲美，X泵有节能作用，因为伺服马达只在需要时才会运转液压泵，在不需要时，马达处于停止状态。日精的“X泵”的FNX注塑机所使用的能源只是该公司标准注塑机的30%左右，FNX注塑机少用41%的液压油。X泵的速度和准确度都很高，甚至能够立刻变换方向。注塑升温速度45ms，与全电式机器相同。注塑速度可高达300mm/s，是该公司其他注塑机的一倍。这款机器还能以仅1mm/s的超低速度运转，适用于生产镜头等产品。宁波海天以 HTFW为设计平台研发的HTFW1/J5伺服节能注塑机系列，通过配备高性能的伺服变速动力控制系统，在注塑机成型过程中针对不同的压力流量，调整相应的频率输出，形成对压力流量的精确闭环控制，实现伺服电动机对注塑机能量需求的自动匹配和调整，可节省电量40%-80%.

交流伺服电动机的最高转速可达4OOOr/min，从理论上讲，与之相配的液压泵的排量可根据最高转速选择，选用比一般系统中应用的更小排量的液压泵，降低系统中应用液压泵的成本。但目前一般液压泵的最高转速为1800r/min，同时，考虑到液压泵的高速工作噪声及使用寿命，选用液压泵的工作转速低于 1800r/min,较大排量的液压泵与伺服电动机组成动力驱动系统，所以还不能充分发挥交流伺服电动机能高速运转的优良特性，提高了驱动系统的成本。高响应的交流伺服电动机驱动定量泵系统在注塑机上的推广应用，有待于高速低噪声液压泵的研发，以降低制造成本。如单纯从节能角度来推广应用高响应的交流伺服电动机驱动定量泵系统，由于成本太高，达不到效果。如把高响应的交流伺服电动机驱动定量泵系统，应用于普通注塑机上，仅体现出节能效果，那肯定是败笔之作，只能当展品，不能成为商品。应把伺服电动机高速灵敏反应的特性与精密注射成形结合起来，创新出一种新的高性能的注射成形，能对高端的塑料制品进行特定加工，才能使之应用越来越广。

2电液混合驱动节能系统

液压一电动混合型动力驱动，既具有全电动注射成型机的优点，又保留了液压机械式注射成型机的性能。通常采用液压系统进行模具的开闭和提供锁模力，而塑化和注射动作则由伺服电动机来完成。这样可在提供较大合模力的情况下实现较低的机器制造成本和较高的注射精度;而液压系统由于只承担合模和锁模动作，大大降低了泵源的装载功率。注塑机成形能耗约70%消耗在塑化上，液压一电动混合型动力驱动将其由高效率的伺服电动机来完成，极大提高了能量的利用率。液压动力驱动在注射周期的其他阶段可以卸荷以节省能源。电液混合驱动系统，节能效果明显，性能优良，具有良好的性价比。

电液混合驱动节能系统由于具有优良的性能在注塑机上的应用推广速度较快。Husky(赫斯基)公司推出的Hylectric系列混合注射成型机采用变量油泵和水冷式电动机组成节能系统，配备的标准辅助蓄能器系统可在物料塑化的同时进行合模，从而缩短循环周期。Engel公司积极开发把全电动注射成型机能实现的精确度与更低成本的液压锁模机构结合在一起，使精度增加、能量更节省的VictoryElectric系列注射成型机。Netstal公司开发的 Synergy混合型注射机特别适合加工薄壁和高技术塑料件的Synergy混合型注射机，采用直接电力驱动注射螺杆的Synergy混合型注射成型机，其精确度可与全电动式注射成型机相比，同时可保持较高的控制精度，从而达到节省能源。DemagErgotech公司的ELEXIS系列混合型注射成型机，注射过程和螺杆的往复运动过程由液压系统完成，计量塑化和模具的开合过程由直流伺服电机控制。意大利BMB公司设计出新型液一电混合驱动的 Elepack系列注射成型机。其注射阶段采用配备动态液压油蓄能器的液压系统以控制注射速度和注射质量，而制品顶出和物料的塑化步骤采用电机驱动以节约能源并缩短成型周期。穆格开发了专门的PowerShotTM注射系统全闭回路驱动器专用于混合式注塑机，并成为多个厂家开发混合式注塑机的标准配置。穆格采用PowerShotTM注射系统技术，与日本UBE机械集团共同开发一种新型的混合式注塑成型机，机器性能比传统液压注塑机更快速、更紧凑，功率更大，如注塑速率为800mm/s，扭矩3000Nm,用于加工一种与传统塑料不同的新型塑料，经过多项测试后，不仅降低了注塑机的能耗、噪声水平、油量及维护要求，而且在减小设备体积的同时，可以应对要求极高的操作条件。震雄机械股份有限公司、富强鑫精密工业股份有限公司、亚塑机械股份有限公司、仁兴机器厂有限公司等单位推出了油电复合系统。据仁兴机器厂有限公司介绍，油电复合系统配置于SmartKid-SK系列注塑机上，节能可达30%-60%。广东乱利机械有限公司，自主研发的国内首台“超节能注塑机”—Y系列电液混合注塑机的各项性能进行科学测试。测试报告表明，广东Y}rG利制造的该项机械和同类产品相比，具有精密、模具适应度高等众多优点，其中在节能方面，更是优势突显，和常规产品相比，可节能70%。经测试，该机每小时耗电量为 2.78kW"h，而常规机械的耗电量为9.04kW"h。以每天工作8h计，广东乱利的“超节能注塑机”节能51.1kW"h/d，节能能力不仅处于国内领先地位，在世界同行中，也处于先进水平。

3节能液压元件的应用

节能元件在注塑机上的应用越来越多，是注塑机节能技术发展的一个明显标志。低摩擦力的聚四氟乙烯耐磨环、格来圈、斯特封，低压力损失的插装阀，螺旋隔板式冷却器，在注塑机上应用日益广泛。

高速薄壁注射装置用蓄能器。高速薄壁注射一般用蓄能器来实现，以减小装载功率及节能。蓄能器的能否达到快速释放，是实现高速注射的关键。一般蓄能器注射油路中，没有把注射的开关阀更换成比例阀或者是MOOG阀进行注射控制，存在机器中的蓄能器的油路冲击过大、放能无法控制及软管震动厉害的弱点，蓄能器快速注射装置使用不理想，导致注射速度调节不明显或难控制或者根本无法使用的现象。

4结论

根据注射成形要求开发高端的节能液压动力驱动系统，匹配于高端的注塑机，达到高端的注射成形性能，是我们开发创新节能液压动力驱动系统的努力方向。