节能降耗的驱动系统是注塑设备可持续发展绿色技术的研发重点。液电复合互补驱动就是把液压驱动和电动驱动和谐结合成一体，发挥各自的性能优势，互补各自的功能缺陷，实现注塑高效高速的多功能化、节能化、环保化、低碳排放化，同时提高了注塑性能、扩大了注塑功能和应用领域。电动驱动技术的发展使液压驱动的性能和功能得到更优越的发挥，液压技术的发展促进了电动技术的创新开拓，两者相辅相成使注塑机的驱动系统呈现绿色技术新型模式。本文分析了多种液电复合互补驱动系统的型式、性能、特性，重点研究了独立塑化的液电复合互补驱动系统，指出液电复合互补驱动系统是实现超大容量、薄壁、精密、高速等高端功能化注塑成型的最佳驱动系统，探讨了系统的应用、发展趋势及研发方向，创新实例说明其应用取得的扩大成型加工应用领域及节能降耗等效果。

1    液电独立驱动系统成型性能分析

        注塑机驱动型式由传统的液压驱动发展为液压和电动驱动的两种型式，每种型式独立驱动，常规注塑机为液压独立动力驱动，全电动注塑机为交流伺服电机驱动。在实际注塑成型中，液、电各自独立驱动应用系统显露出成型性能的各自不足。

1.1    液压驱动系统成型性能

        长期来，液压为注塑机的唯一驱动源型式，它由纯碎的异步电机向交流伺服电机等多种型式方向发展，液压泵由定量泵向变量泵、比例泵等多种型式发展，努力实现节能化、高动态化的绿色技术。

1.1.1    能耗特性

        注塑能耗衡量标准是单位制品重量的耗能，缩短成型周期、提高生产率是降低注塑能耗的措施。

        传统注塑机只有单独液压驱动源，是各个成型工序唯一的动力源。

        单一液压驱动，在一个时间内只能完成单一注塑成型工序，不能实现塑化、注射、移模等大流量工序复合运行，各个机构在液压缸/液压马达的驱动下按顺序、按部就班独立运行完成各自的功能，各自占用了成型周期的时间，限制了注塑成型生产率的提高。

        液压驱动中，采用了比例控制，交流伺服电机驱动液压泵的高动态响应系统，但由于注塑工序是一个柔性系统，阻尼系数大，频率极低，而且动态响应时间在成型周期中所占的时间比例很小，达不到显著缩短成型周期的目的。

        围绕液压驱动源，目前采取了降耗节能的比例技术，取得了明显的动力源的节能效果，但不能根本改变液压系统在运行过程中固有特征的能耗，例如，不能改变成型工序运行特征，不能改变异步电机的功率因数，不能改变工作缸的液压驱动的元件型式，不能改变在冷却工序中能量浪费的模式，所以注塑设备的驱动源的降耗节能不能仅在液压驱动源的范围内研究，而应跳出这个框框，通过创新驱动的形式，达到实质性的节能降耗。

        虽然可以通过革新成型工艺、改进液压驱动机构等缩短各个工序运行时间来提高生产率，但由于这些措施仅停留在原有基础上的有限修改，达不到根本性地大幅度缩短成型周期的要求。

        注塑设备采用单一液压驱动源的装载功率随规格增大而增长。特别是大规格的注塑设备，注塑制品冷却时间长，造成装载功率的大量浪费，而且能耗损失很大。

1.1.2    塑化能耗

        传统塑化注射部件为液压驱动螺杆往复式运行，低速大扭矩液压马达驱动塑化螺杆，能量利用率低，一般塑化工作压力为额定压力的50%以下，效率更低。单一种动力驱动源，受到系统运行的约束。

1.1.3    环保性能

        大规格的注塑设备的液压驱动装置中，噪声大，造成环境噪声污染，损害生态环境，身心健康。

1.1.4    保压性能

        系统保压性能直接影响到制品的质量。异步电动机驱动液压泵系统中，电机功率在整个成型周期中功率没有变化，在保压时不会担心电机的输出扭矩不够，可完全满足注塑保压工序所需的高压微流量的工艺条件，而且不管多长保压时间，电机不会过度发热。特别在保压时采用动态反映性能灵敏的变量泵，更能实现多级保压的性能。

1.2    电动驱动绿色技术成型性能

        注塑成型电动驱动系统：主要型式有交流伺服电机和变频电机驱动。交流伺服电机驱动可完全取代液压驱动系统，直接驱动执行机构。变频电机驱动，主要应用于大型塑化挤出机构。本文简要分析交流伺服电机驱动特性。

1.2.1    交流伺服电机驱动特性

        交流伺服电机驱动是一种节能显著的伺服变速控制系统，体现在注塑机主要性能特点是：比异步电机的调速范围更宽，惯量小，电机加减速的动态相应时间短，提高了成形速度及压力变化的灵敏度；交流伺服电动机正弦波控制，转矩脉动小，运行平稳，噪音小，能承受三倍于额定转矩的负载，适用瞬间负载波动和要求快速启动的场合，实现了位置、速度和力矩的闭环控制，达到精确定位；速度、力矩控制灵活、切换平滑，减轻开、锁模冲击；各个成型工序可独立运行，提高了成型的灵活性和效率。

1.2.2    塑化能耗

        交流伺服电机作为塑化驱动源，能量利用率高。塑化转速在额定范围内，运转速度和扭矩恒定平稳，塑化质量高。

1.2.3    环保性能

        交流伺服电机作为塑化驱动源，洁净、噪声低。

1.2.4    保压性能

        交流伺服电机驱动在保压及高压锁模所需流量微小且压力高的工序运行，由于转速很低，其输出扭矩必然减小，电机也会过度发热，影响使用寿命及降低性能。高压保压时，扭矩达不到希望值，并显露出了扭矩不稳定的缺陷。

        对不需保压的薄壁制品成型，系统完全能适应成型工序的性能要求。

2    液电复合互补驱动系统

        由上述对注塑机的液压驱动和电动驱动分析，两者应用于注塑成型性能上各有长处和不足，把两者在注射成型性能方面性能复合互补，以构成高端的专用化、功能化、降耗节能注塑成型的最佳驱动系统。

        液电复合互补驱动系统在注塑成型周期中有液压和电动两个动力源平行工作，不少于两个成型工序并联运行，达到缩短成型周期，降低能耗的要求。

2.1    独立塑化的液电复合互补驱动系统

        独立塑化是注塑机最典型的液电复合互补驱动系统，由电动驱动塑化而液压驱动注塑其余工序。

2.1.1    独立塑化驱动型式及特点

        根据不同塑化性能要求，交流伺服电机塑化有两种型式：低速大扭矩交流伺服电机直接驱动螺杆塑化；交流伺服电机通过减速结构驱动螺杆塑化。前一种驱动型式，动态性能优越，提高塑化质量；后一种相对前一种型式，交流伺服电机的规格可减小，但由于减速机构的存在，功效及动态性能有所降低。

        独立塑化为注射机构型式的发展提供了可能，使塑化注射机构增添了新功能，扩大了注塑应用领域。

        独立塑化驱动有多种型式和配置。实现节能环保绿色技术，是独立塑化的液电复合互补驱动研发的首要理念。

2.1.1.1    独立塑化的单阶挤注复合机构液电复合互补驱动系统

        1）独立塑化驱动的单阶挤注复合机构

        塑化原理同普通注塑机。塑化驱动由常规的液压马达改为交流伺服电机，达到不占用系统液压动力源，实现独立驱动塑化。系统的主要特点是，结构简单，成型周期可缩短20~25%。系统适宜于小容量注塑成型。

        2）单阶挤注复合机构的液电复合互补驱动系统

        独立塑化工序最佳时间在开模至合模的时间内完成，如超过这一时间，整个成型周期就会延长。

        传统的塑化系统，塑化必须在保压结束后才能进行，否则由于浇口熔融料未固化而产生制品不能完整成型。保压也由系统动力源驱动，对于成型周期仅为几秒的高速成型，保压时间也影响到成型周期的长短。

        薄壁高注射速度成型较多采用独立塑化的单阶挤注复合机构的液电复合互补驱动系统。薄壁成型时为达到高注射速度，需要系统在特短时间内提供大的流量；一般不需制品冷却时间。在不增加系统流量情况下，采用蓄能器，在注射时提供大流量，达到高速节能的目的。

        如在保压工序不用系统动力源，采用特殊控制机构及系统，采用固定加料（即成型周期中，没有整移进、退运行），塑化工序在注射完成后即可进行，成型周期更为缩短。在Husky高速瓶坯注塑机上就开发了保压新机构，使得保压工序运行与塑化工序不相关。

2.1.1.2    塑化双阶挤注的液电驱动系统

        独立塑化驱动的液电双阶挤注结构

        独立塑化驱动的液电双阶挤注机构。塑化为伺服电机直接驱动。

        工作原理：熔融料流道打开，挤出螺杆塑化的熔融料进入注射储料腔，连接为一体的注射柱塞和注射活塞一起后退，到达注射计量位置后，关闭熔融料流道开关，达到注射设定时间后，注射柱塞在高压油推动下，把熔融料注入模腔。由于系统的结构不受螺杆直径的限制，为提高挤出塑化产量以达到缩短塑化时间，一般都增大挤出塑化螺杆直径。系统的主要特点是，不同于传统注塑机塑化能力受到螺杆直径的限制，系统可通过增大挤出塑化螺杆直径，提高挤出塑化产量，缩短塑化时间，提高了成型速度；系统采用伺服电机驱动，降低了能耗，提高了成型环境的清洁度。系统塑化占用了成型周期时间，适用于制品冷却时间大于塑化注射（塑化+注射）总时间的制品成型。国际上瓶坯、瓶盖的高速注塑包装设备一般都采用这种液电复合互补驱动的塑化注射机构型式，实现群腔高速成型。

2.1.1.3    塑化的三阶挤注的液电驱动系统

        独立塑化驱动的三阶挤注机构

        独立塑化驱动的三阶挤注机构，增加了一个挤出储料缸。

        工作原理：注射通道液压开关1闭合情况下，挤出螺杆2塑化的熔融料进入挤出储料腔8与10，连结为一体的挤出塑化料输送8、10腔内,而两活塞在缸内一起后退，到达挤出塑化计量位置后，挤出塑化停止；到达注射储料设定时间后，熔融料注射通道开啓并液压缸运行，挤出塑化料输送缸把塑化料推入注射储料腔。挤出塑化也可同时运行，一直至设定注射计量位置，然后关闭注射液压通道；到达注射设定时间后，注射柱塞在高压油推动下，把熔融料注入模腔。由于系统的挤出塑化完全不受成型周期限制，而且挤出塑化料输送缸的输送塑化料时间大幅度小于挤出螺杆塑化料的输送时间，所以更有利于提高成型速度，进一步缩短成型周期；系统挤出储料缸的存在，有利于增大注射容量；挤出塑化提高了塑化熔融料的质量，而且塑化熔融料经过挤出储料腔的来回进出运行，进一步提高了塑化熔融料的均一性，大幅度提高了群腔模成型所要求的熔融料质量均一的适应能力；由于挤出塑化在整个成型周期中可连续运转，可减小螺杆直径，降低动力驱动功率。挤出塑化料到注射出喷嘴，经过两个来回运动：挤出塑化料先进挤出塑化储料腔，注射腔储料时，塑化熔融料又被从挤出塑化储料腔推进注射储料腔，塑化熔融料经过两个运行，做到了“先进先出”，整体塑化质量得到了进一步提高，对于精密注塑及大容量注塑是很有利的。