立式注塑机是饮料、医疗等塑料容器类包装制品成型的主要设备，降低能耗是实现节能减排低成本成型的发展方向。立式注塑机节能的本质就是减少能量损耗，提高能量利用率。能量再生利用是提高能量利用率的有效措施之一，开展对此问题的研发越来越引起人们的重视。不管是液压驱动立式注塑机，还是全电动立式注塑机，都存在一个能量再生利用、提高能量利用率的问题。据目前研究和应用实践，能量回收利用可提高能量利用率3%~8%。本文分析研究了立式注塑机的能量再生利用的有关技术及实际应用情况，举例说明能量再生利用技术大有可为，节能效果显著。

1    交流伺服电机制动电能的再生利用

        节能、高性能的交流伺服电机驱动技术在立式注塑机上得到越来越多的推广应用，促进了立式注塑机的科学进步。进一步提高伺服电机驱动系统能源利用率和成型性能，开发能源再生利用节能技术，使节能技术取得实质性的发展。

        交流伺服电机驱动系统在注射成型过程中、频繁刹车及减速过程中，交流伺服电机在制动时变成了发电机，驱动制动电阻，而动能则在制动电阻上变为热能(热能转换为电能)，消耗多余的能量，散发在大气中。此过程中一方面制动电阻发热消耗电能，而另一方面为了保证伺服电箱温度，既需增加电风扇散热，又要消耗系统电能，造成了双重浪费，因此把这部分损耗的能源加以再生利用，提高能效，成为节能的研发课题。

1.1    交流伺服电机驱动泵源系统能源再生利用

        交流伺服电机驱动泵源系统基本上无多余能量损害，但在工作过程中，频繁刹车及减速过程中，伺服电机本身发出电能，如果得不到应用，就造成浪费。

        交流伺服电机驱动泵源系统制动能源再生利用技术。在立式注塑机交流伺服电机驱动泵的液压系统中增加伺服驱动制动回收单元，达到存储伺服永磁同步电机在刹车制动过程中产生的电能，同时能够将此电能释放到立式注塑机的工作过程中。在直流母线上串入伺服驱动制动回收单元，以减少制动电阻消耗的能量。制动电阻和伺服驱动制动回收单元并联一起，用以消耗伺服驱动制动回收单元储存完成后多余的电能，保护伺服驱动制动单元和伺服驱动系统。将伺服电机在刹车及减速过程中产生的能量转换为电能，通过伺服驱动器中的逆变模块单元和直流母线，将电能存储在伺服驱动制动回收单元中。而当系统重新提供电能开始工作时，伺服驱动制动回收单元中的电能首先释放，能源再生单元储存的能量将通过直流母线回放到系统中，实现储存能量和释放能量的双向作用，当电压低于整流模块输入的电压时，才使用外部电能，从而达到节能的目的。注射成型工况需要频繁的启动及制动，伺服电机驱动组件的惯量动能在制动时可通过伺服电机产生电能，再经过驱动器转变为直流电，并储存在电容内，当伺服电机在下一周期启动时，电容放电再经驱动器转成所需脉冲电流驱动伺服电机。这种能源再生利用装置可节能3%~5%。

        瑞士有关立式注塑机公司采用储能电池吸收制动的动能，然后释放出来驱动电机，达到能量回收再利用。

        大同机械集团的东华机械有限公司研制成功立式注塑机伺服能源再生技术，是国内立式注塑机行业首创的一项专利技术。Se系列伺服驱动立式注塑机是应用制动能源再生利用装置，通过实际应用，在中型机上能普遍体现出3%~5%的节约，达到立式注塑机1级能耗标准，马来西亚一家客户使用东华机械有限公司合模力600t的600Se立式注塑机加工740g重的油漆桶，同比日本某品牌的合模力650t的变量泵驱动的立式注塑机，每天的电费由710马币下降为250.6马币，下降幅度达64.7%。

1.2    全电动立式注塑机的制动能源再生利用

        Netstal的ELION系列全电动立式注塑机，把伺服电机制动过程产生的能量直接送入过渡电路，储存在电容电路中，这意味着产生的制动能量不必转化成热量，尤其是在注射循环期间，可以成为总能耗的一个重要部分。例如，当塑化过程发生在模具打开时，产生的制动能量可从过渡电路中汲取旋转螺杆所需的能量。因此，该能量并不是取自电源供应网路，并且产生的能耗相应减少。在成型塑料花瓶生产表明：从伺服电机制动过程直接进入过渡电路的能量占所需循环能量的15%，成型总能耗为0.25kw·h/kg。对熔化塑料所需能量的计算表明：这仅比每个循环所需的总能量略少一点。同样，驱动机器所需的能量几乎全部来自各轴的制动过程，并未通过制动电阻转化为热量。与液压立式注塑机相比，ELION系列立式注塑机能耗减少了70%，比常规的全电动立式注塑机能耗低10%以上。

2    液压回油能源的再生利用

        立式注塑机基本上都采用液压动力驱动。长期以来，对液压动力驱动节能作了广泛的深入研究和推广应用，取得了骄人的进步。液压回油能源的再生利用，是一个容易被忽视的课题，但也不应是一个忽略的研发重点。

2.1    液压差动回油能源再生利用合模油缸

        液压差动合模油缸是回油外循环能源再生利用油缸的特例，把有杆腔的回油通过外油管引入无杆腔，两腔的工作压力相等，利用两腔的工作面积差小于无杆腔的工作面积，在不增加液压泵容量和功率的条件下，实现活塞快速运动，达到快速移模(合模)。立式注塑机肘杆合模机构合模运行特点为低压高速，合模为油缸无杆腔，开模为油缸有杆腔。根据合模油缸的工作特性，以及缩短成型周期的发展方向，合模采用油压差动回路，达到提高速度、缩减生产时间、提高生产效率的目的。差动液压回路，就是在不增加液压泵输出流量的情况下，把回油作为动力油再次利用，来提高工作部件运动速度的一种快速回路，能使快速合模速度提高80%以上，特别在尼龙扎带、薄壁制品等无制品冷却时间要求的生产率有高要求的制品成型，应用较为广泛。

2.1.1    液压外差动回油能源再生利用合模油缸

        液压外差动回油能源再生利用合模油缸是最常用的液压差动回油能源再生利用合模油缸，结构简洁，加工方便。

        外差动回路是一种常用的快速动作回路。当需要快速动作时，通过换向阀使液压缸有杆腔的回油流入无杆腔，从而使进入无杆腔的流量增加，推动活塞作快速运动。在这种连接形式中，由于管路配置在液压缸的外部，故本文称之为外差动。

        A腔：锁模油缸锁紧压力腔(开模回油腔)。

        B腔：锁模油缸回油腔(开模腔)。

        从式(1)可看出，外差动稳态速度在压力和负载一定的情况下，管路阻力是制约活塞运动速度的决定因素。最大限度地减少管路损失，实现希望的快速动作。实际应用

        中，以下几个方面应引起注意：

        (1)采用差动连接的快速回路方法简单，较经济，但快、慢速度的换接不够平稳。必须注意，差动油路的换向阀和油管通道应按差动时的流量选择，不然流动液阻过大，会使液压泵的部分油从溢流阀流回油箱，速度减慢，甚至不起差动作用。

        (2)差动阀如果是电液阀，就必须外控外泄。台湾北部精机的差动阀性能比较理想，通油能力大，差动稳定。

        (3)合模不可能是在全部行程范围内均为差动方式工作，在低压护模、高压锁紧行程内执行非差动方式。为了使合模加开模之总时间最短，在保证有足够的开模力的情况下，有杆腔与无杆腔的工作面积之比越小越好，可保证使开模时间最短，同时也保证了开合模总时间达至最短。如希望合模及开模速度基本相同，则应使合模油缸有杆腔与无杆腔面积之比为0.5，此时油缸的差动速度会达到无差动时的一倍，而开模速度也将等于差动之速度。

        (4)合模控制。合模高、低速之间差距大，再加上肘杆机构的速度特性，从高速转换到低速变化大，易产生冲击，所以速度变化必须有一个平稳过渡控制。

        液压差动合模油缸较多运用于肘杆合模机构上，在中小型二板式立式注塑机合模机构上也得到了应用，与充液式二板式立式注塑机相比，省去了充液阀和充液油箱、移模油缸，简化了机构。

2.1.2    液压内差动回油能源再生利用合模油缸

        外差动对于长行程的液压缸，由于外连接管路长，加之不可缺少的弯头及管接头造成较大的液流阻力，难以实现希望的快速动作。

        内差动液压缸的突出特点是：有杆腔的回油不流经外接管路，而是通过装在活塞上的内差动阀，使有杆腔的排油直接进入无杆腔，从而显著减小差动回路的液流阻力，大大提高了液压缸的运动速度。内差动阀设置在活塞中间，外控式内差动阀为液阻小的插装阀，外泄式内差动阀为二位二通普通滑阀。以上两种差动液压缸有其独到之处，但活塞杆上所拖带的外接管路却对某些设备的安装使用造成不便，一种单向变形体取代原有的弹簧，有效地解决了外泄问题。内差动适应于锁模腔为无杆腔。

2.1.2.1    液压内差动(外控)回油能源再生利用合模油缸

        内差动(外控)工作原理：

        快速移模。无杆腔和有杆腔均为高压，阀芯在控制油的作用下，阀口打开，两腔导通，有杆腔回油进入无杆腔。

        高压锁紧。控制油路关闭，锥阀关闭，高压工作油作用活塞达到高压锁紧。

2.1.2.2    液压内差动(外泄)回油能源再生利用合模油缸

        内差动锥阀改为滑阀，外控改为泄油，即为液压内差动(外泄)回油能源再生利用合模油缸。

        内差动(外泄)工作原理：

        快速移模。无杆腔和有杆腔均为高压，泄油路开启，滑阀在系统压力作用下，阀口打开，两腔导通，有杆腔回油进入无杆腔。

        高压锁紧。控制油路关闭，滑阀复位，差动油路关闭，高压工作油作用活塞达到高压锁紧。

2.1.2.3    内差动稳态速度

        由于内差动阀的局部阻力系数很小，又无管路的沿程损失，由式(2)可看出，内差动时活塞的运动速度势必更快。内差动时活塞的运动速度随位移的增加而迅速加大，而外差动时活塞的运动速度只是一个较低的有限值。可见，内差动液压缸的运动速度要远远大于外差动液压缸的运动速度。运行外泄式内差动时，缸内要维持有相应的滑阀开启压力。