注塑机液压系统应用技术的科学发展原则的研究及自主创新.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 4． 2 01 4 d o i l 0 ．3 9 6 9 ／ j ． is s n 。 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ．2 0 1 4 ．0 4 ． 0 0 1 注塑机液压系统应用技术的科学发展原则的 研 究及 自主创新 张友根 宁波海达塑料机械有限公司 ， 浙江 宁波3 1 5 2 0 0 摘 要 从可持续发展 角度 首次创新 提出注塑机液压系统实现与人、 环境 的和谐共存 的应用技术 的科学发展原则 理论及其环保准则 和 先进准则的两项 内涵。结合实例研究 了注塑机液压动力驱动系统 、 传动系统 的应用技术的科学发展原则并提 出了重点研发方 向 分析 了 液压系统的应用技术 的科 学发展原则常见的设计 缺陷并提 出了具体改进的技术措施 介绍 了 S Z 一 8 o 0注塑机和 K H- - 4 0 0 0 0托盘注塑机 的液压 系统应用技术 的科 学发 展原 则的 自主创新 的成果 指 出前 瞻性把握住液压系统应用技术 的科学 发展原则 ． 努力 创新 创造应用技 术 ． 才能实现领先 和超越的可持续发展 关键词 注塑机 ； 液压 系统 ； 应用技术 科学发展原则 ； 技术创新 ； 研究 中图分 类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 04 0 0 0 1 1 4 Re s e a r c h a nd I n no v a t i o n o f t h e S c i e nt i fic De v e l o p me n t Pr i n c i p l e s o n t he I n j e c t i o n Mo l d i n g Ma c h i n e H y d r a u l i c S y s t e m A p p li c a t i o n T e c h n o l o g i c a l Z HANG Yo u - g e n N i n g b o Ha i d a P l a s t i c Ma c h i n e r y C o ． ，L t d ． ，N i n g b o 3 1 5 2 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t I n n o v a t i o n f r o m t h e a n g l e o f s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t f o r t h e fi r s t t i m e p u t f o r w a r d t h e p l a s t i c i n j e c t i o n m a c h i n e h y d r a u l i c s y s t e m i mp l e me n t a t i o n a n d a p p l i c a t i o n t e c h n o l o g y o f t h e p e o p l e ， t h e e n v i r o n me n t ， h a r mo n i o u s c o e x i s t e n c e o f t h e p r i n c i p l e s o f s c i e n t i fic d e v e l o p me n t t h e o r y a n d t w o c o n n o t a t i o n s o f e n v i r o n me n t a l s t a n d a r d s a n d a d v anc e d s t a n d a r d ．S t u d i e s t h e s c i e n t i fi c d e v e l o p me n t p rin c i p l e s o n t h e a p p l i c a t i o n t e c h n o l o g y o f h y d r a u l i c d ri v i n g s y s t e m a n d t r a n s mi s s i o n s y s t e m wi t h e x a mp l e ， a n d P r e s e n t s k e y r e s e arc h d i r e c t i o n s ； An a l y s i s o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m c o mmo n d e s i g n fl a ws ，a n d p u t f o rward s p e c i fi c t e c h n i c a l me a s u r e s for i mp r o v e me n t ； D e s c ri b e s t h e r e s u l t s o f i n n o v a t i o n o n o f t h e s c i e n t i fi c d e v e l o p me n t p rin c i p l e s o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m a p p l i c a t i o n t e c h n o l o gy for S Z- 8 0 0 a n d KH- 4 0 0 0 0 ； P o i n t s o u t t h a t the f o rw a r d - l o o k i n g g r a s p p ri n c i p l e s o f h y d r a u l i c s y s t e m a p p l i c a ti o n t e c h n o l o gy o f s c i e n t i fic d e v e l o p me n t s t riv e t o c r e a t e a p p l i c a t i o n t e c h n o l o gy i n n o v a t i o n t o r e a l i z e the s u s t a i n a b l e d e v e l o p me n t o f l e a d i n g a n d b e y o n d ． Ke y w o r d s i e e ti o n m o l d i n g m a c h i n e ； h y d r a u l i c s y s t e m； a p p l i c a ti o n t e c h n o l o g i c al； s c i e n t i fi c d e v e l o p me n t p ri n c i p l e ； t e c h n o l o g i c a l i n n o v a t i o n r e s e arc h O 引言 注塑机液压系统应用技术 的科学发展原则是实现 注塑机“ 中国创造” 及 “ 中国智造” 的可持续发展 的核心 原则。国内注塑机产量虽 占世界第一 ， 但一直处在价值 链的低端 ．其 中液压系统应用技术的科技含量低是主 要原因之一 ．例如有 的欧洲贸易商仅购中国注塑机的 机械部分 ．配以 自己的液压系统 。由低端机变为高端 机。液压元件的国际化为注塑机液压系统 的科学发展 提供 了基础 ．如何科学地加以组合应 用达到注塑机液 收 稿 日期 2 0 1 3 0 9 0 3 作者简介 张友根 1 9 4 7 一 ， 男 ， 上海人 ， 教授 级高级工 程师 ， 主要从 事塑 料机械的科学发展工作 。 压系统的可持续发展 ．首先必须理解和确立液压系统 应用技术 的科学发展原则 ． 才能达到事半功倍 的成效 本文从 可持续发展角度首次创新提 出注塑机液压系统 应用技术 的科学发展原则理论及 内涵的环保准则和先 进准则 。 并从技术角度论证 了两者之 间的辨证关系 结 合实例研究 了注塑机液压动力驱动系统 、传动系统的 应用技术的科学发展原则 并提出 了重点研发方向 分 析 了液压系统常见 的应用技术 的设计缺陷并提 出了具 体改 进 的技术措 施 介 绍 了 S Z 一 8 0 0注 塑机 和 K H一 4 0 0 0 0托盘注塑机的液压 系统应用技术 的科学发展原 则的 自主创新的成果 指出注塑机液压系统应用技术 的科学发展原则是环保准则统率先进准则、先进准则 服务于环保准则 ． 实现注塑工程的可持续发展 。 液 压 气 动 与 密 封．／ 2 0 1 4年 第 0 4期 1 注塑机液压 系统应用 技术 的科 学发展 原 则 注塑机 液压 系统 包含泵 源动力 驱动系统 和传动 包括执行机构 系统两大部分 ， 两者 的功能 既有所 区 别又互相联系 ．应用技术的科学发展原则的侧重点各 有特点 。 1 ． 1 注塑机液压 系统应用技术的科学发展原则内涵 注塑机液压系统应用技术的科学发展原则包涵环 保准则和先进准则 ，并把环保准则置 于优先 考虑 的地 位 ． 环保准则统率先进准则 ， 先进准则实现环保准则 的 持续性 ， 实现液压系统与人 、 环境的和谐共存的持续关 系 ． 推动注塑工程和谐发展 。 注塑机液压传动系统科学发展原则突出生命周期 属性 ， 以现代能源技术 、 材料技术、 生物技术 、 污染治理 技术 、 资源回收技术、 环境监测技术、 清洁生产技术、 网 络技术、 数字技术等贯彻于生命周期全过程 。 1 环保准则 塑料制 品加工已列入环境保护部 、 发展改革委、 财 政部三部委 2 0 1 2年 1 2月发布 的 重点 区域大气 污染 防治“ 十二五” 规划 中的 P M2 ． 5的重点监测对象 ， 说 明 治理塑料加工产生的环境污染越来越得 到重视 注塑机液压系统极易产生噪声、 振动、 废油、 废水、 电磁波辐射 、 粉尘等直接和间接的环境污染 。注塑机液 压系统 的环保准则是坚持预先采取 防范措施 ．防止环 境 问题及环境损害的发生 ， 实现经济 、 社会 、 环境效益 的 统一 。 环保准则主要属性 清静属性 ； 清洁属性。 环保准则个性化 注塑洁净 医疗塑料注塑制品的 液压系统 的环保准则必须达到美国 U S联邦标准 2 0 9 E 和 国际通用标准 E N I S O 1 4 6 4 4 1的要求 ．符合 G MP 认证标准要求。食品、 饮料塑料注塑制 品的液压系统的 环境原则应符合 食 品用包装 、 容器 、 工具等制 品生产 许 可通则 、 食 品用塑料包装 、 容器 、 工具等 制品生产 许可审查细则 及相关标准等的具体要求 。 环保准则不但贯穿液压系统寿命周期全过程 ． 而 且必须解决在制造、 废弃／ 回收再生过程 中对环境损害 的要素。 1 清静属性 ， 注塑机液压系统的泵源 的动力驱动 噪声及高压大流量的运转噪声是其 固有的特性 ．而且 往往是集群式 生产 ．所 以降低液压系统噪声在环境允 许的承受范围之 内， 实现清静化生产 ． 是环保准则的首 要 大功率液压 系统的噪声 已成为注塑机发展的屏 障 之一 ． 降低噪声尤为重要。 2 清静属性理念 传统的液压系统的清静度仅停 留 在控制液压系统 的运行噪声达到技术标准 ．而且检测 采用六点平均值 。环保准则的清静属性更注重运行 噪 声对人文环境 的影响 ．更重视冲击噪声及 噪声极大值 的治理 ． 所 以噪声的技术标 准更严格 ． 控制技术科技含 量更高 传统噪声治理关注高频噪声 ． 忽视低频噪声 。低频 噪声对人体健康 的损害 比高频噪声更为严重 ．而且不 易感测 。低频噪声不影响噪声指标 ． 所以长期来得不到 关注。 应用蓄能器 降低液压噪声 消除脉动、 吸收液压冲 击 应用蓄能器存储 能量 ， 释放能量 ， 实 现液压 能量 回 收再生 ，减少噪声能量源应用蓄能器作为辅佐动力 源 ． 降低系统装载功率 2 清洁属性 。 注 塑机液 压 系统 液压管 路较 为复 杂 、 接头较多 、 液压件集成度较高 、 执行 机构高压大流 量运行、 集成块故障率较高 ， 这些 因素造成液压系统生 命周期内极易渗 、 漏 ， 造成污染环境 ， 实现清洁化运行 ， 是环保准则 的主要 内涵 清洁属性理念 传统 的清洁度仅停 留在控制液压 油 的污染度 以提高液压系统 的运行可靠度 ．环境准则 的清洁属性更注重液压污染对人文环境 和 自然环境 的 影 响度 传统液压系统主要致力于控制液压油的洁净 度 ， 而对液压系统在制造 、 装 配、 运行 、 维修引起的环境 污染控制往往不够重视 微观污染治理是清洁属性不 同于传统污染治理 的 新特点。 微观污染恶化 P M2 ． 5的环境 。 微观污染是影响 人体健康和高端制品质量 的主要因素 2 先进准则 先进准则服务于环保准则和拓展注塑工程 的可持 续发展 。环保准则的水准取决于先进准则的服务水准 。 先进准则就是前瞻性把握住注塑机液压系统的科学发 展趋势并积极运用液压新技术于实际 ．实现注塑机液 压系统的持续发展。现代的创新创造的注塑工程 。 依附 液压系统的持续发展才能实现 ． 例如多种形式的注射一 压缩工程 、 高速注塑工程 、 多组分注塑工程 、 模 内组装 注塑工程等等 ． 液压系统根据注塑工程的“ 现实需求” 、 “ 潜在需求” 。 运用现代先进液压元件及控制技术 ， 开发 提高环保水准的高性能的液压系统满足注塑工程 的可 持续发展 先进准则服务 于环保准则 的主要特点是生命周期 性 。 即从方案设计 、 元件选用、 零件制造 、 安装 、 调试 、 维 修服务 ．直至废弃物的回收利用及再制造等各个环节 实现环境准则的要求 ．每一个技术方案的确定都应该 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ NO ． 0 4．2 0 1 4 以生命周期评估 的结果 为基础 ，制定 出当前采取 的方 案和未来改进的方 向． 从 “ 治本” 上予以解 决影响环境 原则 的要素 ．而不是传统的等液压系统运行后发现影 响环境因数后予 以解决的“ 治标” 方法。 先进准则属性主要 内涵 能量匹配属性 资源属 性 ； 节能降耗属性 ； 服务型创新创造属性 ； 成本属性。 1 能量匹配属 性 。 噪声 源于振 动 ， 振动的研 究与 预防 液压传动噪声能量来源于液压动力驱动系统提 供的能量大于执行机构运转所需的能量 。溢 出的能量 转变为振动能量 ． 激发噪声 。降低液压传动噪声 的治本 方案是实现液压动力驱动系统提供的能量 匹配于执行 机构运转所需的能量 ．液压系统 的能耗也达到最佳状 态。在确定动力部分 的参数时 ， 做 到与工作机械的负荷 状态相匹配 ． 并与原动机 的高效工作区相协调 ． 不仅实 现稳态最优匹配 ． 同时实现动态最优匹配。 2 资源属性 ． 资源属性不仅在设计 中预测资源的 有效利用 ． 并且充分考虑在销售 、 使用和废弃／ 回收再 生过程 中物资的回收 的可能性 、 回收价值 的大小 、 回收 处理方法 、 回收处理工艺性等一系列技术 ， 最终达到能 源的最大利用 ． 对环境的最大贡献。 尽力提高液压能效 ． 实现无冷却水液压 系统 ， 杜绝 水污染产生源 ． 同时达到节约水资源 。 提高系统清洁度 ． 科学恒定液压油工作温度 ， 延长 液压油寿命指数 ． 节约油资源 提高液压油再生回用指 数 ． 提高资源利用率 ， 堵住液压油污染源头 。 紧凑化设计 降低资源消耗 。革新元件 、 接头 、 结构 的连接型式 ． 液压元件集成模块紧凑化 ， 液压 阀插装 阀 化 。 积极应用 “ 小而精 ” 的液压元件进行模块化设计 ， 提 高系统性能和环境准则 的水准 。 实现液压系统能满足当前和将来相 当长一段 时间 内的市场需求 ． 最大限度地减少产 品过时 ， 延长产品的 “ 使 用” 周期 ． 降低 了社会物质资源的消耗及制造能源 消耗 。 3 节 能降耗 属性 [ 1 】 ． 液压技术在将机械能转换成 压力能及反转换过程中． 总存在能量损耗。达到在使用 过程 中消耗能量最少、 能量损失最少、 能耗污染最低。 节 能降耗也是环保的重要一环 ． 减少能源消耗即意味着减 少对环境的污染 节能降耗必须解决下面几个问题 减少元件和系 统的内部压力损失 ， 以减少功率损失 减少或消除系统 的节流损失 ， 尽量减少 系统的溢流量 采用静压技术和 新型密封材料 ， 减 少摩 擦损失 ； 采用二次调节 系统 ． 提 高能效 ； 使用原材料的能耗 、 制造过程 的能耗 、 成型加 工的能耗 、 回收处理的能耗 、 物流 的能耗 以及能耗对生 态环境的影 响等 4 服务型创新创造属性 ， 液压系统是注塑工程全 套方案的组成部分 液压 系统 的科学发展原则 的服务型创新创造准则 不 同于传统 的服务型创新创造 ． 不但服务于注塑成型工 艺 的创新创造 ． 更强调液压系统服务 于环境原则 。 即液 压系统的创新创造 的生命周期方案始终贯穿环保准则 。 5 成本属性 ． 科学发展原则 的成本属性与传统 的 成本理念有很大的不 同。 不仅要考虑设计 、 制造和销售 成本的核算 ．还有考虑包括使用和废弃／ 回收再生过程 中用户和社会所承担 的成本、 污染物的替代 、 产品拆卸 、 环境成本等 成本属性 以用户 的成本效益为优先原则 ．通过科 学技术的创新 ．使得用户 以最小 的单位成本生产出最 高质量的绿色制品 ．实现绿色经济效益的最大化和科 学化。 1 ． 2液压 系统应用技术的科学发展原则的设计模式 并行工程设计是液压系统应用技术的科学发展原 则的设计模式 长期 以来 的传统 的设计模式是按照创 意来源一 方案遴选一 概念与产品测试一 试产一 正式投放市 场 的各个阶段呈顺序或 串行方式进行 ．这种设计模式 的缺 陷是设计 阶段无法预见后续制造及使用过程中可 能出现的问题 ． 特别是环境 问题 。并行工程设计是对系 统及其相关过程 包括制造过程和支持过程 进行并 行、 相互渗透 、 一体化设计 的模式。并行工程 的设计模 式下设计人员从一开始就考虑到产 品全生命周期 从 概念形成到产品报废 内各 阶段的因素 如功能、 制造、 装配、 质量 、 成本 、 能耗 、 环保等 ， 并强调各部 门的协同 工作 ． 综合考虑各相关 因素的影响 ． 使后续环节 中可能 出现的问题在设计的早期 阶段就被发现 ．以避免或减 少那些导致方案运行 到后期不得不返工 的设计错误 。 运 用并行工程设计不仅能缩短研发周期、减少研发及 制造费用 ．还 能充分考虑产 品全生命周期内的各项因 素 ． 从而提高产品的科学发展原则的质量 ． 更好地满足 顾客需求 ． 增强产 品的竞争能力。 1 ． 3 液压系统应用技术的科学发展原则的评价指标体系 液压系统应用技术 的科学发展原则 的评 价指标 ， 应尽可能地覆盖产品全生命周期 内的不同阶段以及不 同角度的各种要求 确定各项评价指标在体系内能体 现出整个系统设计优劣的权重系数 评价结果必须 明 确 ． 易于判断设计方案或产品的优劣 ． 为改进设计和方 案决策提供指导信息。目前 。 还没有触及液压系统应用 技术 的科学发展原则 的评价指标体系的研究 ．所以现 在对一个注塑机液压 系统应用技术的设计很难做出一 3 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 4年 第 0 4期 个权 威性 的评 价 2 注塑机液压动力驱动系统应用技术的 科学发展原则 的研 究 提高能效是液压动力驱动系统应用技术 的科学发 展原则 ．由定量系统走 向变量系统 的节能降耗 的应用 技术 的科 学 发展 原则 方 向 传统 的注塑机 的液压动力驱动 系统 为定量系统 ． 注塑工艺又为多变量运行过程 ．所 以定量系统不可避 免存在能效低、 噪声高的环保准则 的缺陷。开发了多种 型式的变量 的液压动力驱动系统 ． 如压力补偿控制 、 负 载感应控制、 功率协调系统等 ． 实现液压动力驱动系统 提供的能量匹配于执行机构运转所需 的能量 提高能效实现噪声 “ 治本” 液压系统是注塑机运 行的主要噪声源。噪声来源于液压系统的能量损耗 ． 所 以降低噪声的技术核心是泵源输出的液压动力 自适应 执行机构 的消耗动力 ． 提高系统 的能效 。 达到无 多余能 量供给噪声发生源 ． 即实现噪声“ 治本” 。 本节 主 要研 究 几 种 变量 的液 压 动力 驱 动 系 统应 用 技术的科学发展原则 ．并指出应用技术科学发展原则 重点研发方 向 2 ． 1 V 4比例泵的液压 动力驱动 系统应用技术 的科学 发 展原 则 的研 究圆 三相异步 电机驱动 V 4比例泵动力驱动系统是一 种性能优异的节能降耗液压动力驱动系统 ． 与 P C可编 程序控制器或工控机 电脑结合 ．使整个注塑机由一个 “ 智能块” 控制 ， 简化集成 。 高效节能 。由于采用了高速 电子控制 电路对各反馈进行高速处理和采用带有位置 传感器的超高响应伺服 比例阀作先导控制 ．其响应速 度显著加快 。滞环≤O ． 2 ％． 重复精度 ≤O ． 2 ％。闭环 的控 制过程使负载波动、 油污、 油温等变化 因素的影响得到 在线校正 ． 表现出很好的重复精度 ， 从而制品的尺寸精 度或重量的重复偏差及不 良率得到有效控制 。全闭环 比例变量柱塞泵位置反馈先导阀是带有位置传感器的 超高 响应伺服 比例阀 ．按 照修正补偿信号指令对控制 油泵斜盘位置 的油缸进行流量输出 ．位置传感器时刻 在线检测反馈决定流量 的阀开 口大小位置 ．并将实际 位置与指令信号位置进行 比较 ．使泵输 出的流量与压 力值得到在线校正 ．保证按设定值准确进行压力和流 量输 出。在流量控制 阶段 。 控制系统使泵输出压力 与负 载相协调的最佳匹配状态 在压力控制阶段 ， 控制 系统 使泵的输出流量趋近于零 ． 仅消耗极小的功率 。 使 系统 的效率达到最 高 在空载下 系统能保证泵 的斜盘处于 零倾角附近工作 ， 使 空载功率消耗最小 ； 在有负载 时 ， 4 此泵有负载传感泵 的变量特性 ， 压力 、 流量两者同时适 应实际功率的适应控制 ． 最大限度地提高匹配效果 ． 无 节流和溢流损失 泵 的输出压力 比负载压力仅高 出一 个 比例节流阀的进 出压差的最佳匹配状态 在保压 阶 段 ．当系统压力达到先导式比例溢流阀设定的最高工 作压力 时 ．恒压阀使泵的排量迅速减少到除满足泵 内 部的泄漏外 ． 输 出流量接近于零 ． 变成高压小流量 的工 况 。 系统不需要液压冷却系统。 节电量可达 4 0 ％～ 7 0 ％。 博世力士乐公司把本公司的动态性能和精度都得到认 可 的 D F E V 4泵和伺服 电机组合成变转速的 D F E n复 合泵控系统 ．弥补了普通异步 电机和变频器响应慢 的 缺点 ．解决 了交流伺服 电机驱动定量泵系统 因保压时 间长 电流大易引起 电机本身过度发热而退磁 的缺点 ． 保证了系统高响应 的特性及伺服电机的使用寿命 应用技术科学发展原则重点研发方向 V 4比例泵 的输 出功率与成型所需功率相 匹配 ． 系 统无能量损耗 ． 所 以没有转变为噪声的能量 。辅以蓄能 器吸收柱塞泵脉动充击 。 降低泵运转噪声。电机仍为普 通三 相 异步 电机 ． 成 为泵 源 的噪声 源 。 V 4比例泵的核心制造技术掌握在国外厂商手 中． 虽然 国内 V 4比例泵于 2 0世纪 8 O年代开始研发 ． 但未 成正果 。 V 4比例泵进 口价位高 。 这些 因素造成 V 4比例 泵节能降耗液压动力驱动系统不能在 国内注塑机上得 到推 广应 用 2 ． 2电液 比例 恒 压变 量柱 塞 泵 的液压 动 力驱 动 系统 应 用技 术 的科 学发 展原 则 的研 究 电液 比例 恒 压 变量 柱 塞 泵 把恒 压 变 量 柱塞 泵 和 比 例控制有机地结合在一起 ． 应用最新 电子技术 、 传感技 术来控制泵 的输 出流量和系统压力 日本油研公 司 A 系列电液 比例恒压变量柱塞泵 ． 最高使用压力 2 8 MP a ， 最低调节压力 为 0 ． 7 MP a ． 最大排量达 0 ． 1 4 5 L ／ r ． 流量调 节所需最低压力为 2 MP a ． 流量控制滞环小 于 1 ％。 重复 精度误差小于 1 ． 压力控制滞环小于 1 ％． 重复精度误差 小于 1 。电渡比例恒压泵作为液压 系统的动力源 。 既可 连续地调节进入各执行机构的流量 ．又可使泵 的输出 压力跟踪执行机构在不 同工况 时的压力 ． 压力 、 流量两 者 同时适应实际功率 的适应控制 ．最大限度地提高匹 配效果 ， 无节流和溢流损失 。 是理想高效 的节能元件 ， 比V 4泵 有少量节流损失 还要节能。螺杆上安装位置 传感器和转速传感器 ．反馈信号经转换后与设定值 比 较 将差值送到放大器 ．调节恒压变量泵流量输入信 号 ， 实现精密地控制螺杆的运动速度 。 应用技术科学发展原则重点研发方 向 系统无节流损失 ．有利于进一步降低系统传动噪 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ， N O ． 0 4 ． 2 0 1 4 声 ．辅 以蓄能器 吸收柱塞泵脉动冲击 ，降低泵运转 噪 声 电机仍为普通三相异步 电机 ， 成为泵源的噪声源。 2 ． 3变频调速的液压动力驱动系统应用技术的科学发 展 原 则 的研 究 变频器驱动普通三相异步 电机 ． 电机带动定量泵 ， 通过调节电机的转速来改变泵输 出的流量， 从而基本达 到无溢流损耗 的 目的。 能效最高可提高 5 O ％。液压系统 中不设流量 比例阀 ． 压力 比例 阀仍不可少 。液压定量泵 为适应转速变化 的运转特点 ． 应选用齿轮泵、 螺杆泵 。 变频调速液压动力驱动系统能耗缺陷是 ，定量泵 的低速运行受到其结构及机构的特点 ． 低速受到限制 ． 一 般 4 0 0 r ／ m i n为最低转速 ． 低于此转速 ． 其使用寿命便 为大幅降低 ． 所 以在基本上不需液流量的保压 、 冷却 的 注塑工序 ．仍有液流损失 ．液流经过溢流阀有需要约 0 ． 5 MP a的压力 ． 所 以能耗不能达到理想水平。 在不需要 保压 、 冷却 的制品注塑工艺中。 其能耗性能十分理想。 应用技术科学发展原则重点研发方向 应用技术泵源系统采用低噪声 的叶片泵 大功率 三相异步电动机建议为 6极电机 。 以降低运转噪声 。 变频调速一般运用于塑制品企业 已有设备 的技术 改造 ． 可获得显著的节能降耗的效果。 2 ． 4交流伺服 电机驱动液压定量泵的液压动力驱动系 统 应 用技 术 的科 学发展 原 则 的研 究[3 1 交流伺服电机驱动液压定量泵的液压动力驱动就 是通过伺服交流 电机变频调速 ．达到液压定量泵的流 量匹配于执行机构的工作流量、通过系统的液压力的 闭环控制 自适应执行机构的驱动压力 ．交流伺服电机 的功率 因数接近 1 。 所以其节能降耗的性能优于三相异 步电机变频调速的液压动力驱动系统 由于液压动力 驱动系统 中定量泵 的使用 ．所 以存在与三相异步电机 变频调速的液压动力驱动系统同样 的能耗缺陷 交流伺服电机驱动液压定量泵动力驱动系统中． 对 于插装阀较多的系统 ． 为避免动作紊乱或保压不 良等现 象的发生． 系统中应单独设置提供稳定控制压力 的动力 驱动泵源． 以确保控制 E l 压力的相对稳定 。回路 中对控 制油进行先期过滤 ， 以确保控制油路 的可靠性。 应用技术科学发展原则重点研发方 向 国内的交流 伺服 电机 与液压泵 的联接 结构 型式 决定其使用寿命周期的关键 日本油研公 司也推 出了 交 流伺 服电机 和油泵连为一体 的刚性 系统 ． 以提高使 用 寿命周期 。国内采用 1 5 0 0 r ／ mi n以下 的弹性联 轴节 ， 而交 流伺 服电机 1 8 0 0 r ／ mi n以上才 能体 现出其 高速运 行达 到降低油泵排量规格 的资源特性 弹性联轴节 的 启 动 、 制 动的冲击及在 高速运行 下的脉动对 交流伺服 电机的使用 寿命周期产生极 大的影 响 ．事实证 明． 交 流伺 服电机 与液压泵之 间的弹性联 轴节 型式 ． 交流伺 服电机 的使用寿命约为 2年 作者采用刚性联轴节作 为伺服 电机与液压 定量泵 之间 的联 接型式 已可靠 运 转 6年 。 在液压 动力驱动系统 中增加用 于保压的极小排量 的柱塞泵 ． 实现在保压阶段的压力得到稳定输 出 ． 而输 出流量接近于零。这样在保压阶段 ． 系统不需其他液压 泵运行 ， 降低 了能耗。与主动力驱动系统的交流伺服电 机驱动液压定量泵系统实现性能上互补 2 ． 5交流 伺服 电机驱 动双 排量 变量 柱 塞泵 的液 压 动 力 驱动系统应用技术的科学发展原则的研究 交流伺服 电机驱动双排量变量柱塞泵 的特性可用 来降低对伺服 电机的扭矩负载 ．保压及高压合模所需 的流量低但压力高 。 可将变量泵转 为小排量 ． 降低在低 速时伺服电机 的大电流产生的发热 ．更体现出高性能 低能耗 的特性 ．比配置定量泵的驱动源要多节约 1 7 ％ 以上 的 电力 。 减小液压冲击 。 有利于降低 冲击噪声 双排量变量 柱塞泵具有双 向运转功能 ．短时反转可将工作腔压力 快速泄掉 ， 极大提高生产效率及防止液压冲击 。系统可 根据不 同工况对泵 的排量进行控制 。 实现高压力 、 低扭 矩的方式进行保压 有效功率最大化 用小排量泵供给系统小流量的 工序 。 维持 电机 的较高转速 ． 消除交流电机低速而引起 的线圈发热能量损失 高速运转的小排量驱动系统能 提供极小流量工况下的长时间的保压 、极低速成型及 高压低速锁模 ， 提高能效 。运用小排量保压 ． 达到更加 精密稳定 的保压压力 ． 并实现最低的保压能耗 经过实 际应用证明伺服电机与双排量变量柱塞泵组成 的液压 动力驱动系统除具有交流伺服 电机与定量泵组成 的液 压控制系统所具有 的性能之外 ．实现了按照液压系统 实际需求的功率进行 功率输 出． 达到有效功率最大化 。 具有最高 的节能效果 提高可靠性 ， 降低资源消耗。交流伺服电机驱动双 排量柱塞泵系统 ．保证了伺服电机始终处在最佳转速 工况下工作 ．有利于延长伺服电机的使用寿命和可靠 性 。 减少系统故障率。 扩大交流伺服动力驱动应用领域 直压锁模 如不 采用单 向阀将锁模力锁住 ．便要靠 电机油泵不停地工 作来维持锁模力 ．双排量 的小排量能提供长 时间的保 压及高压合模 。 维持锁模力 。 日精树脂工业 株 采用了交流伺服电机直接驱动 双排量变量柱塞泵 ． 需要时可 以提供所需的能量 ． 适用 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 4年 第 0 4期 于从薄到厚 的塑料零件加工 ．比公司过去 的液压注塑 机节省能耗 5 5 ％ 东华机械有限公 司交流伺服 电机驱 动双排量柱塞泵的 S e系列注塑机 ． 解决 了一般交流伺 服 电机驱动定量泵在长时期低速保压过程中出现 的温 升及压力波动的性能缺陷 ．达到加工需较长时间保压 的 P MMA等工程塑料制品 应用技术科学发展原则重点研发方向 伺服电机驱动双排量柱塞泵系统 ．大小排量之间 平稳快速过渡是需重点研发的课题 交流伺服 电机驱动双排量变量柱塞泵 。辅 以蓄能 器 吸收柱塞泵脉动冲击 ， 降低泵运转噪声 。交流伺服 电 机 驱动双排量变量柱塞泵 的刚性连接系统有待研发 ， 以提高运行可靠性及动态响应性能 2 ． 6油 电 复合动 力驱 动 系统 应用 技术 的科 学发 展 原则 的 研 究 油 电复合 动力驱动系统指泵源 的主动力驱动为液 压动力驱动 ．部分执行机构 的动力驱动为交流伺服电 机驱动。两者发挥各 自的性能、 功能 ． 进行多种形式组 合 ．是注塑机为实现创新 注塑工程而开发的新 的动力 驱动形式。 加拿大 H u s k v 公 司注射 P E T瓶坯的 P E T 4 0 0 瓶坯专用注塑机 ． 交流伺服 电机直接驱动挤 出塑化 ， 液 压动力驱动注射活塞实现熔融料注射 ．各 自独立动力 驱动互不干扰的系统 ， 缩短 了注射塑化时间 ， 提高 了生 产率 ； 提高 了计量精度和塑化质量 ； 降低了能耗。由于 塑化独立于周期之外 ．可延长熔料在机筒 中的滞 留时 间 ． 提高了物料混炼塑化的均匀性 ， 提供了实现低温塑 化的足够时间 ．减少因物料经受过渡剪切可能造成物 料急剧升温产生热分解的几率 应用技术科学发展原则重点研发方向 开发多种形式油电复合驱动 ①按部件驱动分为 合模伺服 电机驱动 ， 注射液压驱动 ； 合模液压驱动 ， 注 射伺 服电机驱动 ； ②按部件内部驱动分为 塑化伺服 电 机驱动 。 注射液压驱 动 锁模伺服 电机驱动 ， 顶 出液压 驱 动 。 3 注塑机液压传动系统应用技术的科学 发展原则 的研究 科学认识注塑机各种液压传动系统的动态响应性 能 ． 才能有 的放矢科学地应用于注塑工程 ， 同时对液压 传动系统 的设计有一个科学的指导。 注塑机液压传动系统 由传统 的开关系统演变为 比 例系统 ． 走向伺服系统。液压传动系统的性能成为应用 技术 的重点关注对象 ．液压传动系统与执行机构两者 的性能匹配成为应用技术 的研究重点。 6 本节对主要研究注塑机液压传动系统的性能及其 应用 技 术科 学 发 展 原则 重 点研 发 方 向 ．论 述 了注塑 机 液压传动系统设计的常见缺陷及科学发展方向 3 ． 1 液 压传 动 系统动 态 性能分 析 及应 用技 术 的科 学 发 展 原则 的研 究 反 映系统动态特性 的主要是系统的固有频率与阻 尼系数 。注塑机液压传动系统具有多种形式 ． 首先要明 确动态特性 的研究对何种液压系统具有理论 和实际意 义 ， 才能取得事半功倍的效果 。 1 泵控传动系统 的动态响应性能 的分析及应用技 术 的科学发展原则的研究 泵控 传动 系统 指泵源 与传动 系统为伺 服控制 系 统 。节 2中的 V 4比例泵 的液压动力驱动系统 、 电液 比 例恒压变量柱塞泵的液压动力 驱动系统、交流伺服 电