0    引言

        液压动力驱动系统是立式注塑机最常用的动力驱动系统。立式注塑机的最主要的能耗即是液压动力驱动系统的能耗,所以立式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。立式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立式注塑机上的技术。

        立式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。液压驱动系统是立式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，立式注塑机节能液压系统是重点研究的节能动力驱动系统。立式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立式注塑机节能的主要研发课题。

1    节能全液压驱动控制系统

        立式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、小型立式注塑机的P/Q复合电液比例技术与定量泵组成节能动力驱动系统，是国内立式注塑机制造单位普遍使用的节能驱动系统。中、小型立式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，提高了立式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，国产立式注塑机几乎全部应用了P/Q复合电液比例技术。

        大型立式注塑机的比例技术与定量泵组成节能动力驱动系统。大型立式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、小型立式注塑机的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入系统，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入系统中，均没有第一种搭配形式的能量损失，提高了能量利用率。

        以合模力8000kN立式注塑机为例，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入系统中，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立式注塑机上应用

        立式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0～10V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，因而完全适合于立式注塑机的过程控制。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。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,并成功在立式注塑机上得到应用。近年来,重庆邦助工业有限公司研制出的BK系列立式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    定量泵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立式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立式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”立式注塑机升级为无高压节流的“节能型”立式注塑机，节能型立式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；立式注塑机原有的控制方式及油路不变。将立式注塑机改造升级为“节能型”立式注塑机，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立式注塑机节能技术，在立式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多家企业为立式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立式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立式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多台立式注塑机。油泵平均节电率41%。