4.4    蓄能器应用技术的设计

        国际上液压界著名W.Backc教授指出扩大使用蓄能器技术是流体技术实现节能、提高性能的发展方向。

        蓄能器开关阀油路不能达到高响应动态反映性能，不能实现瞬时高速、超高速注射。油路中加蓄能器，仅起到降低系统装载功率的作用。有的把设置蓄能器油路作为实现瞬时高速、超高速注射的设计，这是一种错误的理解。

        应用技术的学发展原则的重点研发方向：扩大蓄能器的应用范围，拓展注塑功能、性能及提高立式注塑机的性能。住友公司的SE350HY和SE450HY两种带有蓄能器的立式注塑机，大容量、皮囊式蓄能器能确保压力稳定控制，因而可消除对特制氮气灌的依赖，还可降低因外界气温变化所带来的影响。两台蓄能器和数控伺服阀相连在一起，数控伺服阀配备有精密监测控制及反馈装置，以达到精密注射控制。速度传感器和伺服阀可做出快速反应，对注塑过程进行控制。蓄能器储能用于操作置换注塑单元，保压、背压及防流延等工况。

4.5    液压油清洁化的设计

        液压油的污染有内部和外部两个原因造成，外部原因包括：油从储藏运输过程中带来的，液压元件在加工、装配中存在于其内部的污物以及周围环境混入的。内部原因包括工作使用过程中，相对运动部件磨损的产物和油液因环境产生的物理和化学的性能变化的产物。

        应用技术的科学原则的重点研发方向：采用扩大油箱容量和通风自然冷却来缓解油温的升高，防止油的性能变化；控制水分与空气进入液压油，减少外来的污染；泵的吸油口应足够大，防止系统混入空气；采用符合FDA标准的无毒害液压油；液压油处理，残留废油易于清理干净。

        国内立式注塑机油箱吸油装置设计为降低成本，绝大多数不采用自封式滤油器，造成维修油泵时极不方便，调换油泵，往往造成满底箱都是油，不但浪费宝贵的液压油，而且造成环境污染。滤油器成本毕竟占整机很小比例。这说明了这些立式注塑机制造企业的科学发展原则理念不强。

4.6    液压传动系统环境污染治理的设计

        液压系统科学发展原则的环境污染可分为宏观污染和微观污染。科学发展原则的环境污染的治理与传统的环境污染的治理的不同之处，更重视对人文环境影响大、长期来不被重视的微观污染的治理。

        1）宏观污染治理设计

        宏观污染主要指液压油污染。

        严格控制产品生产过程中的污染，发展封闭式系统，防止外部污染物侵入系统；改进元件和系统设计，使之具有更大的耐污染能力。同时开发耐污染能力强的高效滤材和过滤器。研究对污染的在线测量；开发油水分离净化装置和排湿元件，以及开发能清除油中的气体、水分、化学物质和微生物的过滤元件及检测装置。奈斐耐驰特公司的ELION应用于医疗领域立式注塑机，动力驱动的交流伺服电机使用了囊式水冷式，消除电机运行可能产生的热污染。宁波海雄塑料机械有限公司把油泵放置于液压油中，有利于控制油泵温度、降低噪声、减小对环境的污染度。

        2）微观污染的治理设计

        液压传动系统的微观污染主要指液压件的静电污染。静电放电（ESD）增加设备故障。静电吸引（ESA）会造成关键性产品和设备的表面污染增加，从而导致产品出现瑕疵并增加维护费用。静电产生的负离子的微观污染，使人生理活动发生障碍，出现恶心、狂躁、疲乏无力等症状。洁净室中，亚微米级的尘粒会影响到高科技产品的质量，它们一旦被吸附，产品表面就很难清除，很难将产品的质量和产量维持在一个较高的水平上。

        3）应用技术的科学原则的重点研发方向

        液压件的静电消除。金属导电体的静电感应可通过设备的接地装置加以消除。立式注塑机液压传动系统使用的密封件、高压胶管的材料都是绝缘的，例如聚氨酯、特氟隆、橡胶，而绝缘体都很容易带电，例如，密封件高速摩擦会产生静电，高压胶管由于内部液压油摩擦发热会产生静电，并且会常时间地保持着带电状态，无法通过接地而将绝缘体中的静电荷移除。现在导电塑料、橡胶的材料已进入应用，如何应用到密封件上，还需应用研发。恒定液压油温度在45℃以下、高压液压油流速2m/s以下，降低高压胶管产生静电感应的强度。在洁净室里，应用空气净化离子发生器，以产生带有正负电荷的空气离子云，无论静电荷处在洁净室的什么环境下，都可以进行中和。

4.7    液压传动噪声“治本”的设计

        噪声的“治本”的关键是理论研究，然后才能有的放矢实施，而理论研究在立式注塑机制造行业可以说是空白。30多年来，在噪声“治本”上无明显进步，仅被动地停留在应用低噪声的液压元件，而对系统运行噪声，在运行前是一个未知数，被动地运行后“治标”，难以取得连续效果。

        应用技术的科学原则的重点研发方向：从流体微观分析人手，研究液压控制元件诱发噪声的机理，进而实现液压控制元件的低噪声优化设计。流道内部激振流场诱发的流体噪声占很大比重，这部分噪声主要源于气穴流动、喷流噪声、漩涡振动、液压冲击、以及流体的压力和流量脉动。在阀类中，噪声较大的是溢流阀、节流阀等压降较大的阀。流体噪声主要来自液压阀的阀内节流口，当油液通过阀口时，流速的急剧上升使压力能转换成动能，导致压力的骤然下降，油液中的气体分离出来，出现气穴现象并诱发噪声。气穴噪声是液压阀的主要噪声源。

        仿真研究。利用流动显示技术直接观察元件内部的流动现象，研究流道结构对流量系数、液动力、气穴形态和漩涡运动等噪声诱发因素的影响目前已取得了较大的进展。利用计算流体动力学对阀的气穴流场进行数值模拟，将气相体积比方程、汽化质量方程引入湍流模型，实现阀内气穴的数值试验，是认识和控制气穴的有效方法。

4.8    液压缸活塞杆密封清洁化的设计

        液压缸活塞杆密封设计是个很普通的技术，但在实际设计中往往被忽视，密封污染成为普遍存在的环境问题，用户意见很大。密封设计失效造成污染，即使在使用中采取补救技术措施也很难取得理想的效果。

        应用技术的科学原则的重点研发方向：

        液压缸活塞杆密封性能存在的普遍缺陷是没有根据注塑工况采用合理的密封设计。

        “堵”：需要由两道密封，即高压密封和低压密封，一些油缸往往只设计高压密封，无低压密封，高压密封圈在高压油压卸载后，与活塞杆接触部位的密封功能基本消失，导致低压油从活塞杆处渗漏。

        “疏”：密封也不可能做到“零”渗油，经过一段时期运行后，渗油由少积多，所以在活塞杆油缸盖的低压密封圈与防尘圈之间设计渗油盛油槽，防尘圈可把活塞杆通过低压密封圈带出的渗油进一步封住，这部分渗油被防尘圈刮入后流入盛油槽，然后通过软管引出至废油盛油容器。

5    KH-40000托盘立式注塑机液压系统应用技术的科学发展原则的创新

        本节介绍液压系统应用技术的科学发展原则在作者设计的KH-40000（注塑容量4000g）托盘立式注塑机的液压系统上的创新，推动托盘注塑工程的可持续发展。KH-4000托盘立式注塑机，塑化注射量40000cm3，注射油缸直径320mm，注射行程2000mm，注射柱塞直径为160mm，注射压力80MPa，液压动力驱动系统额定工作压力32MPa，定量泵系统。注射工艺要求:注射时间8s，即注射速度需达到250mm/s，注射速率达到5000cm3/s。根据托盘的成型特点，在机械机构设计上，充分发挥蓄能器储能、吸收能量降低脉动的性能，达到降低泵源装载功率及液压传动噪声、实现降低成型加工能耗、缩短成型周期的托盘成型加工技术的环境原则和提高能效的先进原则。

5.1    回油充液能源再生利用及蓄能器辅佐动力的复合立式节能合模油缸

        KH-40000充液式回油能源再生利用及蓄能器辅佐动力的立式节能合模油缸及液压系统原理简图。合模缸内径320mm，活塞杆直径250mm，移模行程2400mm，合模力2000kN（注：锁模力由另外锁模机构运行），快速移模速度200mm/s，低速开模速度30mm/s。快速开模配置一件200L的蓄能器。制品冷却过程中，系统为蓄能器充高压油。合模油缸具备四种功能：快速移模、高压合模、高压启模、液压保险（开模到底，移模活塞组件不下移）。

        系统综合了回油充液能源再生利用合模油缸和能源高效率利用的蓄能器辅佐注射油缸的运行功能，达到高效节能。快速移模及合模的运行原理同回油充液能源再生利用合模油缸，启模及开模的运行原理同能源高效率利用的蓄能器辅佐注射油缸，不同之处是，为适应立式开模的特定功能，开模结束，蓄能器仍然打开，确保活塞组件和相联接的模板模具开模到底不下降，起到液压保险功能。

5.2    减少溢流损失提高能源效率的蓄能器辅佐动力的单作用注射油缸

        超大型立式注塑机泵源动力驱动系统一般都为定量泵系统，制品成型冷却时间较长，传统的根据注射速度全额配置的泵源动力驱动功率主要导致三个方面的能源浪费：泵源在制品冷却阶段排出液流全部通过溢流阀返回油箱，液压系统发热，导致能源浪费；驱动电机在制品冷却阶段做无成型需要的运转，而且处于低负载状态，电机的功率因数约为0.3左右，电能利用效率大幅下降；装载功率很大，装载功率浪费大，制造成本高，电机利用率低。

        减少制品冷却阶段的溢流量，提高电机运转功率因数及运转效率，降低电机装载功率，是达到提高能源利用率、节能的有效措施。超大型注塑成型加工，一般为低压高速注塑。注塑成型为间歇工作循环周期。应用蓄能器液压节能系统，符合注塑成型的工艺要求。蓄能器在定量泵液压系统中，在制品冷却阶段时，输出流量不必通过溢流阀回流至油箱而产生损耗，而是蓄能器供油充压，然后在注射时释放出来，达到泵和蓄能器一起输出增加执行器的工作速度，泵源系统进行保压，这样就不必为满足系统流量而配置最大流量泵，电机装载功率也可明显减小，同时电机处于高负载的高效率的状态，提高了能源利用率。蓄能器成为注射的主要动力源。

        要达到5000cm3/s大功率高速注射，常规的方法是设计大流量的动力驱动源，达到注射时间的要求，需液压流量1200L/min，电机驱动总功率需220kW。从该机的泵源动力驱动系统功能分析，系统泵源动力驱动仅用于注射、开合模、顶出制品、辅佐储料及供料，大功率的塑化为交流电机驱动的独立挤出，不占用系统的液压动力驱动功率；再从该机的注射成型特点分析，注射时间仅占成形周期的约5%，成型周期中很大一部分时间应用于制品冷却。如按常规的设计方法，仅为满足注射速度要求而配制大功率的驱动系统,势必造成泵源动力配制的浪费和能源的浪费。根据该机成型的特点，注射液压油路配置了8个200L的大容量蓄能器作驱动力，注射油缸油液160L，给蓄能器充油时间60s，冷却时间足够保证蓄能器有充足的时间蓄能，注射时，泵和蓄能器一起输出达到注射速度的要求，系统泵源动力提供制品保压所需高压能量。蓄能器利用制品冷却时间蓄能，充分利用了整机液压系统驱动装载功率，同时减少了溢流损失，提高了能量利用率；大大降低了系统发热量，大幅度减小了冷却器容量。

        蓄能器辅佐注射阀的选择。使用一级注塑即可满足要求。整个注射时间为8s，因此蓄能器高压油的释放阀的动态响应时间对注射速度的影响很小，使用普通开关阀即可满足注射要求。

5.3    液压系统应用技术的科学发展原则的创新成果

        整机液压主系统的主电机驱动功率由220kW下降为37kW，达到了注射速度及成型工艺要求，又节约了能耗和降低了制造成本；运转噪声不大于70dBA；成型周期4min，低于常规的8min的成型周期。实现了预定目标的科学创新目标。

6    结语

        现代液压技术借助微电子技术，大力发展电液传动与控制的新技术，使液压技术产生新的活力，推动了立式注塑机的可持续发展。实现立式注塑机液压系统应用技术的科学发展原则，科学开拓上必须改变目前重实体设计轻基础理论研究、重宏观设计轻微观研究、重传统设计法轻虚拟、仿真等现代预测法的研究。立式注塑机液压系统应用技术的科学发展原则的内涵随着社会的发展而丰富和变革，向深度和广度延伸。前瞻性把握住液压系统应用技术的科学发展原则，积极应用液压新技术，努力创新创造新立式注塑机液压系统应用技术，实现注塑工程可持续发展。