前言

        液压型立式注塑机以其单位功率的重量轻、调速范围大、工作平稳等优点在塑料行业大量使用。但多数液压立式注塑机配备的常规电液动力系统，又存在能耗大、开环系统生产稳定性差等不足，对其进行节能改造，对企业降低能耗，提高产品质量，提升竞争力意义重大。

        1  传统定量泵液压注塑系统现状分析

        1.1  传统定量泵液压注塑成品成本分析

        以pp料生产为例。电费成本占据总成本的40％左右。而传统的立式注塑机油泵马达耗电占总设备耗电量的70%以上。因此，降低电费成本，是降低产品总成本的重点突破对象。

        1.2  传统定量泵动力系统的缺陷

        立式注塑机的工艺过程分为合模、锁模、射胶、保压、熔胶、冷却、松模、开模、取出等几个阶段，各个阶段需要不同的压力和流量。对于油泵马达而言，注塑过程的负载总是处于变化的状态，而在采用定量泵的液压系统中，油泵马达以恒定转速提供恒定的流量，多余的液压油通过溢流阀回流，此过程称为高压节流，这部分的能耗全部为无用功，因此是需要改善的重点目标。除此之外，传统定量泵电液动力系统为无速度、无压力反馈的开环控制系统，其对整个立式注塑机系统造成的不利影响表现在以下几个方面：

        (1)注塑产品生产过程中的冷却阶段，电机仍在转动，无功功率未能消除，造成电能浪费。

        (2)由于是开环系统，生产稳定性难以保证。

        (3)采用鼠笼式感应异步电机，转动惯量大，系统响应慢。

        (4)噪声大，影响工作环境。

        (5)机器油温较高，机器稳定运行受影响，同时容易造成塑胶密封件寿命缩短，冷却设备使用频率高。

        为达到节约资源、降低成本、提升品质、改善工作环境的目的，可利用成熟的伺服技术对立式注塑机的传统电机和定量泵电液系统进行节能改造。

        2  可行的改造方案

        2.1  改造理论基础

        注塑生产工艺过程分为合模、射胶、冷却、开模、脱模等阶段，在每个工艺阶段均有两个指标需要控制：流量Q和压力P。而在伺服电机系统里，可按如下方法同时控制压力和流量。

        开始时，管路为空，用流量正比与转速的方式运转油泵，管路很快充油。油会受到管路的限制，建立油压。当油压建立起来之后，在驱动器中利用PID调整方式，稳定油压在给定值。

        2.2  节能原理分析

        伺服系统在锁模、保压、冷却等阶段能输出最大压力，但保持速度接近零速，因而功率消耗最小。另外,传统油泵电机为三相异步电机,效率和功率因素低，在立式注塑机的平均工况下，伺服电机比传统油泵电机效率高10%左右。

        传统立式注塑机由于高压节流的存在，油温迅速上升，会导致油体变稀、管路软化、漏油等问题，所以必须对液压油进行强行冷却，这也需要有相当大的功率消耗。使用伺服后，绝大多数工况下，液压油自然冷却即可，无需用到冷却装置。

        2.3  改造方案

        将立式注塑机原来的普通电机和定量油泵改为伺服电机驱动的齿轮泵作为液压动力源。再加入伺服驱动器、编码器和压力传感器等反馈装置构成伺服闭环控制系统。通过立式注塑机上的主机设定输出的比例流量和比例压力信号作为伺服电机的控制信号，并在主油路上增加一个压力传感器，压力传感器的信号反馈到伺服驱动器内，用于伺服系统对液压系统的压力闭环控制。

        2.4  立式注塑机伺服系统节能改造的效益分析

        2.4.1  直接经济收益

        以下是对海天HTF360X2立式注塑机改造前后一年的数据对比情况。HTF360X2立式注塑机改造前年用电量191760.8千瓦时，改造后每年用电量105705.6千瓦时，因此每年可节约用电量75891.2千瓦时，节约耗能达到44.87%。以大工业用电0.8元/千瓦时计算，每年可节约电费60712元，改造费用约70000元，以银行年存款利率3.25％计算，2年即可收回改造成本。如考虑下文所述的间接收益，不到2年并可产生效益。

        通过分析行业内立式注塑机伺服系统改造案例显示，有的节能率在50％～80％，最低节能率也能达到30％。

        2.4.2  间接经济收益

        改造成功后，带来良品率提高、环境噪音降低等这些间接的益处，体现在以下几个方面：

        (1)因稳定性增加,精密性增强,从而提高产品合格率。

        (2)因油温降低，立式注塑机液压油寿命延长，油封件等易损件寿命延长。

        (3)因节电带来辅助电力设施的成本节约。

        (4)工作环境噪音降低。

        (5)节水，降低成本，减少污染。

        (6)动作响应速度快，缩短产品生产周期，提高生产效率。

        (7)油温稳定，机器使用寿命高。

        3  结束语

        企业节能降耗是企业降低运营成本，提高产品竞争力的主要途径。在伺服电机技术日益成熟的条件下，对大量使用传统油泵系统的立式注塑机进行改造对节能降耗，提高产品质量，对提升企业竞争力有着重大意义。