注塑机动力驱动控制的节能降耗探讨

钱 丹，陈巧智

（沙洲职业工学院，江苏 苏州215600）

注塑机动力驱动控制的节能降耗探讨

钱 丹，陈巧智

（沙洲职业工学院，江苏 苏州215600）

注塑机的节能降耗是国内塑机企业提高自身产品竞争优势的重要方向。介绍了注塑机的工作过程和特点，阐述了注塑机能源消耗的主要形式，并针对注塑机动力驱动控制环节的能量损耗进行了分析和总结，提出了注塑机节能降耗的发展方向。

注塑机；AC伺服系统；液压泵

注塑机全称塑料注射成型机，是我国整个塑料机械行业中产量最高、应用最广的塑机品种。传统注塑机是机电液传动的典型产品，其使用成本中90%以上是电能消耗成本。注塑机的电能消耗主要体现在动力驱动控制系统和塑化加热系统两方面。注塑机的工作性能参数是以最大负载来设计和标定的，但在实际生产中，注塑机正常工作时都是周期性的规律动作，一个周期内各个步骤所需能耗差别很大，有的时段电机处于空载状态。这表明在传统注塑机的动力驱动控制系统中电能浪费突出，因此，非常有必要对注塑机动力驱动控制系统进行节能降耗研究。

1　注塑成型和注塑机组成

卧式注塑机是最常见的类型，主要由动力装置、塑化装置、注塑合模装置、回转升降脱模装置、控制装置组成。传统注塑机通常有六个主要运动轴向：射出、进料、座进退、开关模、调模、顶出（拔心、转牙）等［1］。

注塑成型的原理是利用塑料的热物理性质使物料在料筒中熔融，熔融的物料在螺杆的作用下向前输送并压实、在外加热和螺杆剪切的双重作用下逐渐塑化和均匀化，并推送到螺杆头部，同时，螺杆在物料的反作用下后退，使螺杆头部形成储料空间，完成塑化过程，然后，螺杆在注射油缸活塞推力的作用下以高速高压将塑化的物料注射到模具中，经过保压、冷却、固化定型后，开启模具，并通过脱模装置把定型好的制品从模具顶出落下。如图1所示。

图1　卧式注塑机组成

注射成型又称注射模塑成型，是一个周期性循环的过程，主要动作包括进料、合模、注射、保压、冷却、定型、开模、顶出等，制品取出后再闭模进行下一个循环［2］。

2　动力驱动控制能量损耗

传统注塑机通过动力驱动系统、液压系统和各种控制阀的复合作用实现将电网的电能转化为电机的机械能、再转化为液压能，然后再转换为所需的机械能，这是典型的将电能间接转化为所需机械能的能量转化形式。其电能浪费主要体现在动力驱动环节的电能虚置和液压控制环节的能量损失，因此，传统注塑机动力驱动控制的节能降耗可以从两方面考虑：

（1）提高动力驱动系统主动力源本身的电能利用率，降低因电机处于低载或空载而产生的电能浪费；

（2）动力执行机构与主动力源的良好匹配，实现动力执行机构的无损耗化或低损耗化，使主动力源的输出功率与动力执行机构的执行效率达到自适应调节匹配。两部分的能量利用率越高，系统越节能。

3　动力驱动控制节能降耗发展

注塑机动力驱动控制的发展大致经历了以下过程：

第一代注塑机的动力驱动控制形式为普通三相异步电机与定量泵组合，采用比例阀控制定量泵的排量和压力。动力驱动控制存在控制精度不高、噪声大、电能消耗大的缺点，其电能损耗主要有三相异步电机的电能利用率低和定量泵的阀控能量损失大两大部分组成。

第二代注塑机的动力驱动控制形式为普通三相异步电机与变量泵组合，将第一代注塑机动力驱动控制的定量泵及流量压力比例控制升级为负载敏感型比例变量泵［1］，减少了比例阀的控制环节，达到减少节流损失与溢流损失两大能量损失的目的，电能损耗显著降低。其电能损耗主要以三相异步电机的电能利用率低为主。但实际生产中注塑一般产品、薄壁产品时的节能效果并不明显，只有在生产需要长时间高保压的产品时这一节能效果才明显。机械式变量泵注塑机造价较低、适用领域较宽，但变量泵易磨损且对油路系统的抗污性较差，对液压油的清洁度要求较高，需定期更换液压油，维护成本较高，变量泵不能由原定量泵改造［3］。

第三代注塑机的动力驱动控制以变频技术在主动力源中的应用为主要发展方向，动力执行机构呈多样化发展，主要有全电子驱动控制和液电复合驱动控制。

全电子驱动控制采用AC伺服电机与伺服控制器组合，各个执行机构都由独立的伺服电机驱动，能进行复合动作。因AC伺服电机的负载范围宽，且功率因数能保持接近于1，其能量转换率高，可通过改变电机转速闭环控制压力和流量，动态响应好，几乎无噪声污染、实现了伺服电机在注射成形冷却阶段的零转速和零能耗［4］。能量消耗形式为从电网获取所需电能直接转化为所需的机械能，AC伺服电机的电能利用率高且动力执行机构没有中间能量转化及能量传递损失，节能效果好。在注塑机的使用过程中，全电子驱动控制响应速度非常快、控制精度高、无噪声污染、无油泵污染，包括节能在内的整体性能优势在小锁模力吨数的注塑机机种中非常明显，但造价很高，适合需要高洁净度产品如医疗器材、食品器材、电费昂贵的地区［2］。

液电复合驱动控制融合了全电式与全液压式两种动力驱动控制技术，采用多个驱动器，实现部分动作的复合，缩短成型周期。液电复合动力驱动的主动力源有主要有两种变频驱动方式：一种通过变频器使普通三相异步电机与油压泵组合，另一种采用AC伺服电机与油压泵组合。主动力源采用变频器改变电动机的转速，能达到减少电能消耗的目的，但该系统对注塑工艺所需的流量和压力要求严格，对重复精度和灵敏度要求严格。与AC伺服电机驱动相比，其节能降耗效果略差，其最大的优势在于电机的变频技术投入成本低。液电复合驱动控制的优点在于既具备全电式驱动系统的控制精度高、响应速度快、节能明显的优点，同时还具备液压驱动推力大、锁模力较大的特点。缺点在于:结构较复杂，控制困难，要协调电动与液压两个不同系统的工作［4］。液电混合驱动系统的能量转化方式为电能直接转化为所需机械能和电能间接转化为所需机械能共存，电能的利用率较高，存在部分动力执行能量损失，其节能效果优于全液式驱动控制系统，仅次于全电式驱动控制系统。

4　结束语

提高注塑机动力驱动控制的能量利用率、提高性价比仍是我国注塑机动力驱动节能降耗的主要发展方向；发展伺服系统能量回收再，实现能量可持续利用是节能降耗的新方向［5］。

［1］王梵志.全电式注塑机的发展现状［J］.塑料与包装，2011，（3）：50.

［2］张涛，李斌礼，李子玉.基于液压泵伺服驱动的注塑机节能技术研究.机电工程技术，2010，39（08）：73-75.

［3］汪文忠.节能技术在塑料机械中的应用［J］.塑料包装，2015，40（2）：122-125.

［4］宋春华.高档注塑机的发展方向［J］.机床与液压，2012，40 （2）：122-125.

［5］张友根.注塑机交流伺服电机驱动液压泵系统的设计研究［J］.流体传动与控制，2010，43（6）：9-15.

Discussion on Energy Saving and Consumption Reduction in the Drive Control of Plastic Injection Molding Machine

QIAN Dan，CHEN Qiao-zhi
（Shazhou Professional Institute of Technology，Suzhou Jiangsu 215600，China）

An important direction to improve the competitive advantage of domestic machinery companies is to develop energy saving and consumption reduction.The working process and the characteristics，the main form of energy consumption of the plastic injection molding machine were introduced，the energy loss in the drive control of plastic injection molding machine was analyzed and summarized.The development trend of energy saving and consumption reduction of plastic injection molding machine was put forward.

plastic injection molding machine；AC servo system；hydraulic pump

TQ320

B

1672-545X（2016）07-0201-03

2016-04-27

钱丹（1980-），女，江苏苏州人，硕士研究生，讲师，研究方向为机电一体化技术。