注塑机液压系统节能技术的现状分析

叶宏成 张昭雨

广东伊之密精密注压科技有限公司 广东佛山 528300

摘要：随着新型合成材料的出现，塑料得到了越来越广泛的应用。塑料材料在企业生产中的作用越来越明显。随着我国循环经济理念的提出，节能越来越受到重视，节能注塑机成为塑料机械的一个非常重要的发展方向。注塑机节能的实质是降低能量损耗，提升能量利用率。

关键词：注塑机；液压系统；节能技术；

液压动力驱动系统是注塑机最常用的一种系统,也是注塑机最主要的能耗所在。因此注塑机节能的重点在于提高液压动力驱动系统本身的能量利用效率,使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,两者之间的能源利用率越高,系统节能效率也就越高。

一、 分析注塑机液压系统能量损失

液压系统节能的主要途径，就是促使能量的利用率得到进一步提高，以降低能量的浪费，使得能量输出在满足要求的前提下尽量减少。注塑机的液压系统能量损失，一般按其产生的原因可分为以下类型：

1. 能量转换的损失。液压系统在运行过程中，要进行相应的能量转换，在转换时所产生的损失即为能量转换损失。其主要内容包括容积损失、机械摩擦或者压力损失等。比如液压泵要把电动机所输入的电能转换为液压能，这个过程中液压泵的机械摩擦、内泄漏等就会造成容积损失。不仅转换元件会造成能量转换损失，而且系统的运行工况、摩擦情况等均会产生影响。

2.能量传输损失。液压油在进行传输时，其能量会有一定的损失，即为能量传输损失。能量传输损失主要取决于不包括能量转换元件外的其他元件的布局结构，比如控制元件等，以及各元件之间管路的连接方法、接头、管道类型和规格等等。

3. 能量匹配损失。当液压泵所提供的能量和负载所需的能量不匹配时，就会产生一定的能量匹配损失，主要是由液压系统的设计和液压泵的选型等因素造成的。

二、注塑机液压系统分析

液压系统是注塑机工作过程中的“血液”循环系统，是为注塑机的各种执行机构（马达以及油缸）提供速度与压力的重要回路。液压回路一般是由控制系统流量与压力的主回路以及各执行机构的分回路组成。回路则主要由过滤器、控制阀、泵、温度指示仪表、热交换器及压力表组成。液压系统主要包括能源装置、控制调节装置、辅助装置、执行装置、传动介质几个部分。每一个环节功能的实现都需要通过能量来驱动，工作过程的能量转换包括：当在液压泵中形成高压油时机械能转为压力能，将压力能转换为机械能驱动执行装置工作以及高压油经过系统各液压元件时的热量。能量转换过程中必然伴随着能量的损失，整个液压系统的总效率η可用式如下表示。

η=η_eη_pη_aη_c

式中：ηe为电动机的效率；ηp为液压泵的总效率；ηa为液压执行器的总效率；ηc为液压回路总效率。

三、注塑机液压系统的节能对策

1. 提升液压系统中元件的效率。要降低液压系统的损耗，首先就要对液压元件进行改善，提高其品质，并开发出新型的节能产品，减小其运行损耗。比如针对驱动电磁转向阀的电磁铁就可以进行优化设计，使得电器控制元件的耗电量得以降低；或者对液压阀阀口的流道也可以进行优化设计，从而油液流经阀口时其压力损失就会相应的减小；或者在设计时把配合间隙的处理得更加合理，可以减少系统的泄漏，从而实现节能的目的。

2.降低传输过程中液压能的压力损失。在液压系统进行能量传输的过程中，压力损失及流量损失都是不可避免的，这部分的能量损失占据所有能量损失的较大比例。所以在选择液压元件时，一定要注意其适用性及合理性，尽量减少弯管接头的使用量，在满足负载压力需求的前提下，尽量降低压力阀的压力。流量阀则按照系统的流量调节范围来选择，还要保证其最小稳定流量与运行需求适应。

3.降低液压泵和负载之间的功率过剩。可以降低液压系统的压力过剩以及流量过剩，来降低液压泵和负载之间的功率过剩，使得液压系统的输出能量和负载所需的功率，尽可能的相匹配。在注塑机液压系统中，功率匹配的形式主要包括 三种，即压力匹配回路、流量匹配回路以及功率匹配回路等。（1）压力匹配回路。保证液压泵的输出压力和负载所需的能量相匹配的回路，即为压力匹配回路。其由 1 台三相异步电动机驱动定量泵，比例流量阀与负载之间可以进行定量泵的输出流量调节。通常在实际的工作过程中，注塑机各运行工序所需的压力及流量，是各不相同的，对比例压力或者流量阀的开启程度进行调节，可以实现压力及流量大小的控制。定量泵是恒流量输出，其所输出的多余流量，会经过溢流阀回到油箱，此时就会产生流量损失。定量泵的供油压力不是一成不变的，负载力发生变化，它也会相应的变化，所以不必要的压力损失就可以避免。（2）流量匹配回路。保证液压泵的输出流量和负载需要的流量相适应的回路，即为流量匹配回路，该回路中供油是由变量泵来实现的，负载流量发生变化时，泵的输出流量也会随之发生变化，可以有效地避免流量损失。比例变量泵控制系统的动作压力及速度，可以按照注塑成型的工艺要求进行多段设置，而且可以转换为对应的模拟信号，向比例变量泵的比例压力阀和流量阀输送，促使其可以按照设置好的值，向负载进行压力及流量的输出，保证液压系统的能量输出与负载的变化是同步的，最大限度地防止流量损失。（3）功率匹配回路。功率匹配回路的主要作用，是保证液压示的输出压力及流量，和负载所需的值相匹配。实际上压力匹配回路，会出现流量不匹配的问题，而流量匹配回路则又有压力不匹配的缺陷，所以相对而言，功率匹配回路可以同时进行压力及流量的匹配，因此也是相对可靠、有效的节能措施。

4.由高响应的交流伺服电机驱动的定量泵系统经过近几年的发展，出现了一种高响应交流伺服电机驱动定量泵系统的技术，该技术不仅使得采用变频技要调节液压泵转速响应速度慢的缺陷，而且其本身的运转特性有所提高，电力的利用效率也相应的得到了提高。伺服电机驱动系统中，因为伺服电机的转动惯量比较小，没有脉运转矩，其调速范围相对较宽，而且在该范围内，其加减速的动态响应特性也比较好。由于励磁电流产生了转矩，其磁通密度比较高，当转速及转矩额定的情况下，可以保持很低的转矩波动。在高响应交流伺服电机所驱动的定量泵闭环控制系统中，因为液压回路整体上无需设置任何节流器件，因此回路中不存在节流损失和溢流损失，系统的运行效率就比较高，有较明显的节能效果，此外，系统的控制精度也得到了大幅度的提高。交流伺服电机的转速，可以达到 4000 r/min，即使其速度很低，其恒转矩区也很大，可以实现恒定的流量输出。当系统的流量需求发生改变后，其转速也会相应的发生变化，而且与伺服阀相比，它的反应速度要快 0.004 s。另外，液压系统基本上不需要冷却功能，因此也就无需设置冷却设备，一些制品保压和冷却的时间相对长，此时系统的节能效率可达 80%，保压时伺服器停转，与负载敏感泵节能驱动相比，节能效果更为显著。由此可见，由高响应交流伺服电机驱动的定量泵系统，在注塑机液压系统节能方面有着广阔的应用前景，该系统使得高端塑料制品的特定加工更加容易实现，因此值得推广。

总之，合理地选择经过优化设计的高品质液压元件，设计能够降低液压泵和负载之间的功率过剩的匹配回路，是注塑机节能降耗的主要措施。高响应交流伺服电机驱动定量泵系统的技术，节能效果显著，在注塑机液压系统节能方面有着明显的应

用优势。

参考文献：

［1］郎桂萍.浅谈注塑机液压系统节能技术的现状分析.2018.

［2］刘海燕，分析注塑机液压系统节能技术的现状.2019.