2    结果与讨论

2.1    小模具(mould.1)测试能耗比较

        不同注射压力和塑化压力下蓄能器立式注塑机能耗的影响情况。可以看出，背压为1MPa，保压时间为5s时，在加入蓄能器模块的立式注塑机在不同的压力参数下均能比传统立式注塑机的能耗降低26%～28%。同时从数据结果来看，不论对于装有蓄能器模块的立式注塑机还是原始的未改装的立式注塑机，改变注射压力和塑化压力对整机能耗没有太大影响，能耗数据变化差别在1%以内，在测试的误差范围之内，可近似认为注射压力以及塑化压力的变化对能耗没有影响。所以考虑背压和保压时间变化的能耗数据比较更有意义。使用小模具加工测试时不同塑化背压和保压时间下蓄能器节能模块对立式注塑机能耗的影响。从单条能耗曲线看，在保压时间为2s，背压为0的时候，能耗最小，然后能耗在在保压时间和背压增大时逐渐增大，说明能耗随保压时间以及背压的增大而增大，且保压时间对能耗影响更大，与理论趋势一致。分析两条能耗曲线，可以明显看出，有蓄能器立式注塑机能耗曲线在无蓄能器的能耗曲线下方，即加入蓄能器后，整机能耗降低。在保压时间为2s的时候，能耗降低百分数大致相同约为10%～15%;而在保压时间为5s的时候，节省能耗最多，两组能耗降低百分数也大致相同，在27%～28%之间。

2.2    大模具(mould.2)测试能耗比较

        使用大模具加工测试时不同塑化背压和保压时间下蓄能器节能模块对立式注塑机能耗的影响。可以看出，有蓄能器的能耗曲线在无蓄能器的能耗曲线下方，即加入蓄能器后，整机能耗有所降低。在保压时间为2s时，可以看到能耗的降低很小，只有3%～7%;而在保压时间为5s的时候，能耗降低较明显在11%～15%之间。

        可以看到，立式注塑机在使用大模具测试的时候，蓄能器节能模块对立式注塑机能耗的影响明显比使用小模具测试的时候小，也就是说蓄能器节能模块在使用小模具加工的时候能使立式注塑机节约更多能耗。

2.3    蓄能器模块节约能耗原理分析

        从蓄能器模块节能实验可以看出，对于注射量为20g的小模具，蓄能器节能模块的加入能使立式注塑机节省15%～30%的能耗，而对与注射量为72g的大模具来说，蓄能器节能模块的加入能使立式注塑机节省3%～15%的能耗。

2.3.1    原理分析

        由于功率仪接入立式注塑机电机电路，测量的是立式注塑机电机能耗，所以只讨论电机能耗的变化。对于一个制品的成型周期，有塑化，注射，保压，冷却，开关模(顶出)几个环节，设立式注塑机电机总能耗为Q0，塑化、注射过程中，电机消耗的能量为Q1，在保压、开关模(顶出)过程消耗的能量为Q2，冷却消耗能量为Q3，损耗为Q4。则立式注塑机电机能耗应该为:

        Q0=Q1+Q2+Q3+Q4      (1)

设Q6为保压，开关模过程工作所需要的能耗，Q7为保压，开关模过程的溢流能耗。对于Q2有Q2=Q6+Q7:代入式(1)有:

        Q0=Q1+Q3+Q4+Q6+Q7      (2)

从理论上来说，在加工参数和模具以及其他的加工条件不变的情况下，不管有无蓄能器，每个加工过程的工作能耗的数值应该是不变的。而对于有蓄能器模块的立式注塑机，根据油路的工作原理，在塑化、注射的高压高流量阶段由泵直接供工作压力，并在蓄能器补充能量，而在保压，开关模过程中由蓄能器提供工作压力。如果用上标/代表有蓄能器模块的立式注塑机能耗，则在一个加工周期内，对于有蓄能器模块的立式注塑机能耗Q0′有:

        Q0=Q1′+Q2′+Q3′+Q4′+Q5′      (3)

其中Q5′是在一个加工周期内泵补充给蓄能器的能量，由于在保压、开关模过程中由蓄能器提供液压油，此时电机空载，所以式(3)中Q2′为保压、开关模过程中的电机的空载能耗。假设Q5′全部用于提供保压、开关模过程的能耗，则有:Q5′=Q6代入(3)式有:

        Q0′=Q1′+Q2′+Q3′+Q4′+Q6      (4)

对于在加工参数设定相同的条件下，塑化注射能耗相同，冷却也即泵空载的能耗相同，并忽略损耗不同有:

        Q1′=Q1，Q3′=Q3，Q4′=Q4。

比较式(2)和式(4)，则蓄能器模块的节约能耗应该为:

        Q0－Q0′=Q7－Q2′      (5)

即在立式注塑机加入蓄能器模块后的节约能耗应该等于保压、开关模(顶出)过程的溢流能量减去此工作过程时间段里的电机空载能耗。

2.3.2    实验分析

        对每一个加工阶段的能耗进行测量，观察不同加工阶段能耗的变化情况。在一个成型周期内，由于保压在注射完成后，所以将保压能耗与注射能耗在一起测量，统称为注射阶段;而补充蓄能器均在塑化后完成，所以将补充蓄能器的能耗与塑化能耗在一起测量，统称为塑化阶段。对于小模具在保压时间为5s，背压为2MPa的工作状态下，立式注塑机有无蓄能器在其加工各阶段的能耗。

        可以看到在注射阶段有蓄能器能耗比无蓄能器能耗低，这是因为在加工条件相同时候，保压阶段使用蓄能器能量，电机空载，所以测量得到的保压能耗减少，而且随着保压时间设定的增长，保压能耗降低越明显;在塑化阶段，由于需要补充蓄能器能耗，所以有蓄能器立式注塑机的能耗比无蓄能器能耗高;而在开关模阶段装有蓄能器立式注塑机直接使用蓄能器能量，所以测量得到的是电机空转能耗，能耗大大降低;而在冷却阶段，由于电机均为空转，所以相同。

        对于节约能耗关系式(5)，蓄能器模块节约的是在保压，开关模阶段的溢流能耗，而对于不同的模具来说，保压以及开关模(顶出)时间大致相同，在这一阶段的能耗也大致相同，在相同的保压时间和背压参数下，立式注塑机在使用大小模具加工时，蓄能器模块节约能耗的绝对数值变化幅度不大。所以在一个成型周期能耗低的时候，节约能耗的百分比大，而在一个成型周期能耗高的时候，节约能耗百分比小。

3    结论

        自行研制的蓄能器节能模块在加入到立式注塑机后能降低整机能耗，节省能耗的效果随着保压时间的增长越明显。对于小模具能达到节能15%～28%，对于注射量大的模具能达到6%～15%的节能效果。从实验研究可以看出，加入蓄能器节能模块，对液压立式注塑机进行低成本的改造，能达到较明显的节能降耗效果，具有较强的实用价值。节约溢流能量是立式注塑机节能的一个很好的节能研究方向，本文在这个方向有了初步的尝试和实践，将来会有更大的应用空间。