注塑机液压系统可持续发展的应用技术的研究及自主创新（下）

张友根

（宁波海达塑料机械有限公司，浙江　宁波　315200）

注塑机液压系统可持续发展的应用技术的研究及自主创新（下）

张友根

（宁波海达塑料机械有限公司，浙江宁波315200）

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SZ-800注塑机和KH-40000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，才能领先和超越。

注塑机；液压系统；应用技术；可持续发展；技术创新；研究

（接上期）

3.2插装阀液压传动系统的应用技术的科学发展原则的研究

插装阀具有无泄漏化、模块化、组合化、清洁化、节能化、高效化、可维修化、智能化、互换化、资源节约化等注塑机液压技术绿色化性能。

液压传动系统中应用插装阀表征了应用技术的先进性。插装阀及应用技术是中国处在国际液压技术行业领先水平，液压系统元件插装阀化是注塑机液压传动系统走向国际先进水平的发展方向，实现注塑设备制造商其设备具有高端液压控制技术的国际话语权。插装阀液压传动系统得到越来越多的应用。

3.2.1MINISO CV紧凑型二通插装阀推动注塑机液压系统科学发展

上海人豪液压技术有限公司[7]依据“液阻理论”、“分解式液压回路设计和组合”、“最少液阻原则”等理论，适应液压元件绿色化的发展趋势，从全局上构建更为合理的整体一体化解决方案和产品平台的探索和实践，研发并实现工业化批量制造的“紧凑化”MINISO CV二通插装阀，比功率提高20%~30%，重量及形体减小30%~40%，动态反映性能提高20%~30%，降低了同规格插装阀及集成块的制造成本，提高了性价比；并且开发了国际首创的10通径的插装阀，使插装阀规格覆盖了全流量，为注塑机液压传动系统全系列插装阀化创造了基础。图2为MINISO CV插装阀与传统插装阀外形比较。表3为NG16插装阀质量比较。

图2 MINISO CV插装阀与传统插装阀外形比较

表3　两类NG16插装阀的质量比较　 kg

MINISO CV“紧凑型”二通插装阀具有无泄漏化、模块化、组合化、清洁化、节能化、高效化、可维修化、智能化、互换化、资源节约化等注塑机液压技术绿色化性能。

性价比。插装阀MINISO化的创新创造实现对传统插装阀的科学化、小型化、紧凑化的技术革命，座阀主级安装孔的轴向尺寸相对被紧凑化了，座阀主级形体明显减小，提高了座阀主级的压差—流量特性及开关特性，消除了长期来形体大、重量大、价格高的缺陷。插装阀MINISO化降低了同规格插装阀及集成块的制造成本，提高了性价比。

应用流量范围。插装阀MINISO化实现了10通径插装阀的开发和应用，实现了200 L/min以下系统的应用，达到了插装阀全系列流量范围的应用。

互换性。插装阀MINISO化在结构设计上，座阀主级安装孔还可预留与ISO7368座阀主级可互换的技术空间。由于其装配过程的通用性、阀孔规格的通用性、互换性的特点，可以实现完善的设计配置。不同功能的阀可采用同一规格阀腔，例如：单向阀、锥阀、流量调节阀、节流阀、两位电磁阀等等。

节能化。系统由于必须安装的元件和连接的管路大大减少，减少了液阻能耗。插装阀MINISO化不但提高了插装阀自身的比功率优势（20%~30%），而且提高了现代电—液链中控制模块级的比功率优势。

动态反映性能。先导控制阀小型化，受控容积科学化，提高了动态反映性能。传统插装阀的先导控制阀为6通径，公称流量为60~80 L/min，而其所控制的座阀主级的阀芯受控理论容积极小，例如NG16插装阀仅为1~2 mL，先导控制流量明显“过度”，浪费了材料资源，为达到两者科学匹配，在先导控制通道中多级设置0.4~0.8 mm的小孔的节流螺塞进行科学的渐进节流；采用3~4通径的微型方向阀作为先导阀，动态反映性能可提高20%~30%。经测试和实际应用证明，先导阀小型化不但满足其性能要求，而且提高了动态反映性能、减少了节流能耗。

可维修及再制造性。传统阀板安装结构的液压阀，没有维修功能，而且一旦阀芯磨损，造成整件阀报废，没有再制造的绿色化功能。传统的法兰控制盖板广泛采用基于螺纹连接孔口的分立式先导控制元件及螺塞，导致大量存在先导控制通道的偏斜孔口、孔道，不但制造性差、维修性差，而且影响密封质量。MINISO化组合式法兰控制盖板采用新型适应性更佳的安装孔和基于该安装孔的先导级元件和组合螺塞（专利号：200920174750.5），并在此基础上形成新的模块化、可配组合开放式的国内外首创的无斜孔或少斜孔的组合方案，解决了MINISO化的维修性及密封可靠性。控制系统的每个元件在组装成集成阀块前就可进行独立测试，集成块在发给用户之前就可进行整体测试，降低了维修成本。

可调性。插装阀系统不同于板式阀系统，调试是优化系统的关键，调试的主要工作量就是选用能达到优化系统性能的阻尼器。MINISO CV插装阀盖板优化了阻尼器的联接结构，提高了可调性能。

功能模块化。产品族及平台，基于产品族及平台的开发技术：建立关键的技术基础，即一组产品共享一组子系统，接口（如：二孔一面）和制造过程利用它们高效创建和产生一系列派生产品。用相当少的零部件和模块来组合派生产品。阀块模块可基于相同接口，通过变型设计、配置满足多样化需求。注塑机液压系统主要为动力、注射、合模三大功能化模块，插装阀本身灵活的功能配置可实现同样的模块达到不同的功能，功能化插装阀模块提高了模块的适应度，可降低液压系统的制造成本。

高性能化。插装阀突出的单个可控性，快速的开关和换向特性，优良的压差-流量特性和无内泄漏等性能优势；以及符合未来控制的模块化、可配组、开放式、集成化的关键性技术特征，它们可以进一步和比例控制、信息和智能化技术更加密切融合的现代化的控制优势从而必然会成为高能效电-液传动链中注塑机液压控制方式中的优先选择。

清洁节能环保化。MINISO CV紧凑型二通插装阀为注塑机液压系统可持续发展带来了历史性的根本变革，连接的管路大大减少，系统污染物的减少，泄漏点的减少，根本上可革除传统板式液压件的易渗漏、可靠性低、使用寿命短、耗电大等实现绿色化的性能缺陷。

功能可变性。基于MINISO CV二通插装阀的产品族对传统形式的插装阀产品族实施了创新开发和组合，建立一组产品共享一组系统，用相当少的零部件和模块实现创建和派生出一系列产品，模块可基于相同接口实现变型设计及配置满足功能多样化的需求。用户可在原模块上，化少量成本，更换具有互换性的零件，即可使原模块功能变化或更新功能。

注塑机应用MINISO CV紧凑型二通插装阀，不能仅理解为阀件的替代，更重要的是提高液压控制技术，取得注塑机液压控制技术在国际上的话语权，开拓注塑机由“中国制造”走向“中国创造”的液压控制技术创新创造之路。

3.2.2科学发展原则重点研发方向

单向功能插装阀。插件用作单向阀最典型的应用，就是大流量场合下设置在泵的出口保护泵不致反转。插装阀用作单向阀时有两个注意要点：选择合适的面积比，并根据所选择插装阀的面积比、系统流量参数选择相对更合理的单向盖板的阻尼器规格；控制口一般选择B口，以避免B/X 间泄漏。

压力功能插装阀。压力阀动态性能的主要参数是动态超调量、升压过渡时间、卸压过渡时间、压力稳定情况。而影响这些动态参数是先导阀和插件的质量。如果压力阀用于保压/安全阀，有电磁信号卸荷时，建议使用电磁球阀，以确保保压效果（因为普通的换向阀是滑阀结构存在不同程度的泄漏量）。科学地选择阻尼器的规格与合理安装才能优化系统。

插装阀系统应设置单独的外控制油源，以确保控制口压力的相对稳定及可靠性，避免动作紊乱或保压不良等现象的发生。

装配调试。设计是实现液压系统性能优化的基础，插装阀系统更强调装配调试是达到系统运转性能优化的必然工序，而且装配调试过程可弥补设计的缺陷，使系统更完善。

3.3P/Q阀液压传动系统的应用技术的科学发展原则的研究

20世纪90年代，PLC控制技术的发展，特别是日本研发出了注塑机专用的P/Q（流量/压力）双比例阀，简化了液压系统，提高了液压系统的控制性能，降低了液压能耗。

P/Q（流量/压力）的双比例阀采用比例溢流阀和比例方向阀为主导元件，有2通压力补偿型和3通压力补偿型两种。二位四通比例方向阀合并两腔可以获得双倍流量，在回路上插入一个压力补偿器，使系统得到更稳定的流量。可实现多点压力控制，又可进行多级流量控制，很方便地成为系统的主回路。目前大部分注塑机新品开发或传统产品升级均优选P/Q（流量/压力）双比例阀控制系统。

3.3.1P/Q阀液压传动系统应用技术的创新

如何科学地达到P/Q阀液压传动系统既降低系统能耗及提高系统的性价比的科学发展原则，本节以作者创新的SZ-800大型注塑机的P/Q阀液压系统为例，说明这个问题。

大型注望机的P/Q液压比例技术与定量泵组成动力驱动系统的系统型式与运行能耗。通用型大型注望机对运动参数的精密性没有严格的要求，重点在降低液压驱动能耗。降低液压能耗的重点是最大限度减少溢流损失。大型注塑机的液压泵源由多个定量泵组成，以达到系统工作所需流量。对于多泵与比例阀的如何搭配，直接关系到系统的能耗的高低。多泵与比例阀搭配有两种形式：一种是采用中、小型注塑机的P/Q双比例阀与定量泵组成节能动力驱动系统的形式，总流量全部通过P/Q比例阀（或傍路P/Q比例阀），不论那个泵的工作流量必须通过比例流量阀进入系统，这样，造成了流量压差能量损失，特别在大流量情况下，能量损失较大；另一种形式是仅对其中一个小流量泵进行比例调速，其于泵的流量根据工况与比例调速小泵的流量组合叠加，形成一条流量比例斜线，各个工况所需流量可在比例斜线上选取，这种比例流量调速，除比例调速的小泵外，其于泵的工作流量进入系统中，均没有第一种搭配形式的能量损失，提高了能量利用率。

SZ-800注塑机液压系统的动力驱动系统四个定量泵组成（图3），分别为：比例调速小泵的排量为76，其余一个为排量76/152的双泵，另一个排量为152的单泵。三个泵的流量根据工况与比例调速小泵组合叠加，形成一条流量比例斜线，各个工况所需流量可在比例斜线上选取，这种比例流量调速。除比例调速的小泵外，其于泵的工作流量进入系统中，基本上没有流量的能量损失，提高了能量利用率。系统还可根据需要，减少工作泵的数量，不影响系统的调速性能，能耗可降低30%~40%，噪声可降低约5 dBA。图3为SZ-800注塑机的小泵流量比例、系统压力比例的四泵动力驱动液压原理图。图4为常规的四泵组合共用P/Q阀的动力驱动液压原理图。表4为两种液压动力确定系统的科学发展原则水准比较，可见，图3系统的科学发展原则的水准优异，而且P/Q阀为最小规格的10通径，成本效益显著；如果采用变频调速，图3系统仅需对一个驱动小泵的电机变频调速，而图4的系统需对两个大功率的电机分别变频调速，这样，图3的应用技术的科学发展原则及成本效益更显著，更具有较高的推广价值。

图3 小泵流量比例、系统压力比例的四泵动力驱动液压原理图

4 注塑机液压系统应用技术的科学发展原则的常见设计缺陷分析及科学发展方向

我国虽然注塑机产量为世界第一，由于长期来偏重于“价位”，液压系统的设计停留在“可用”理念，所以系统的功能简单、性能基本，造成机械机构运行性能较差而不能实现塑料制品减量化、精密化、复合化等绿色化成型；系统简单化的性能缺陷带来的安全故障也时有发生，严重的造成生命事故。

本节从液压系统应用技术的科学发展原则的角度，分析了一些常见的设计缺陷，并提出了技术措施及科学发展的方向。

4.1模具保护动态性能的设计

传统的合模的模具保护功能为低压低速护模，目的是防止模具型腔表面沾（黏）有异物而合紧时被损坏模具表面质量及成型制品的质量。模具型腔表面沾（黏）有的异物一般都为扯断的制品飞边。理想的低压低速护模区域为模具接触之前0.10 mm范围，在这区域一旦发现异物，移动模板立即停止合模运动并在模具接触之前实现后退。可见要在0.10 mm区域内达到运动的转换，需要液压驱动系统具备相当高的固有频率才能实现。国际上优良性能的合模机构的护模精度已达到0.10 mm，但国内基本上达不到，这直接与液压传动系统的动态响应性能的设计相关。

图4　常规的四泵组合的共用大规格P/Q阀的动力驱动液压原理图

表4　两种液压动力驱动系统的科学发展原则的比较

4.1.1应用技术的科学发展原则的重点研发方向

国内简易的合模液压系统，基本上不采用伺服比例系统，系统的动态响应性能很差，与模具保护的高频特性不匹配，因此模具保护设计仅为摆饰。发达国家的注塑机在20世纪80年代以应用阀控系统的合模液压回路，实现高响应的模具保护功能。

阀控伺服模具保护系统。高频率伺服比例阀直接安装于合模油缸上，形成模具保护的伺服闭环控制系统，同时采用低阻尼密封件，以提高系统的固有频率。

阀控技术与视觉检测系统相结合，实现智能模具保护。护模行程位置是随成型合模（锁模）力的大小而变动的动参数，给实际控制护模区域的位置点带来了较高的难度。视觉系统以其独特的非接触式检测方式，和高固有频率的液压系统结合为一体化控制，实现合模部件运行的安全保护。高固有频率液压系统与视觉技术结合实现模具保护。一般用行程（电子尺）来检测护模行程，即如模具型腔表面沾（黏）有的异物，合紧模具不能在设定的时间内达到设定的行程，检测元件发出信号给中央处理器，然后中央处理器发出指令给阀控系统，高响应换向，移动模板后退。厦门博视源科技有限公司自主研发的双镜头模具监视器能自动监视模具开关模状况，位置检测可精确到0.05 mm，判定处理时间0.02 s，可根据生产的需要进行监测区域设定，对多型腔及特殊镶件位置进行监测。通过触摸屏控制设定参数画面。

4.2液压缓冲性能的设计

注塑机液压传动系统运行性能设计的简单化，降低了液压元件的运行可靠性。多数注塑机液压系统的运行性能仅为开、关性能，根本没有考虑的液压阀开启及关闭的缓冲、延迟等性能设计。 国内较多注塑机在保压结束转塑化，液压阀的冲击声很大，这是由于系统在塑化高压下流量瞬时达到最大，电液阀的液动阀在没有缓冲作用下高速换向受到瞬时冲击，产生激烈的冲击声，而且对阀的弹簧造成极易破坏，大幅度降低疲劳强度及刚度，缩短了使用寿命。

4.2.1应用技术的科学发展原则的重点研发方向

液压系统中增加蓄能器等缓冲设计，消除液压冲击。

4.3合模液压安全性能的设计

人的生命安全是第一位，偏离了这一人性化的最基本的人文环境原则，一切设计都是徒劳的。液压系统设计的首要就是确保操作人员的生命安全。注塑机的人的安全设计在容易产生人生命事故的合模部位。国际上液压驱动的合模机构，运行中，安全门打开，模板运行即停止，确保操作人员的生命安全。国内液压驱动的合模机构，在20世纪80年代引进国外先进技术，也采用同样的安全模式，后来为了适应一些用户的要求，采用安全门打开，模板仍能开模运行，提高所谓的功效，而忽视了操作人员的生命安全，这一错误的设计，降低了液压系统的安全系数，严重的剥夺了人的生命的事故也有发生。国内塑机安全标准也未把这关系人的生命安全的运行制约列入标准，单纯强调电气安全控制。

4.3.1应用技术的科学发展原则的重点研发方向

国内外实际证明，电气控制达不到完满的安全系统，只有在可能产生运动不安全因数时，直接切断液压动力的输送，才能实现可靠的人性化的安全系统。

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。

4.4.1应用技术的科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、性能及提高注塑机的性能。住友公司的SE350HY 和SE450HY两种带有蓄能器的注塑机，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。

4.5.1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。

4.6.1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、降低噪音、减小对环境的污染度。

4.6.2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。

4.6.3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。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2 m/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，而理论研究在注塑机制造行业可以说是空白。三十多年来，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。

4.7.1应用技术的科学原则的重点研发方向[8]

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。

4.8.1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。

4.9液压油温的智能化控制设计

液压油的工作温度直接关系到液压系统的绿色化性能：

（1）能耗特性。油温过高说明液压传动中的功率损失（漏泄损失、流阻损失、机械摩擦损失）大、效率低。

（2）环境特性。液压功率损失往往是液压流体噪声能量的发生源。

（3）寿命特性。液压油的理想工作温度范围35~45 ℃，当油温在60 ℃以上，氧化速度加快，使用寿命降至不到理想温度工作区的1/3；引起阀件润滑不良，磨损增加，甚至卡死；密封橡胶元件加速老化。油温太低，则粘度太高，泵吸入阻力增加，排压也因流阻大而过高，能耗损失加大，泵可能过载而降低使用寿命。

（4）资源特性。开机即冷却器工作，特别在外界温度低的地区及季节，由于没有控制系统对冷却水进行有效的流量控制，往往是冷却器工作致使工作油温过低，不工作显得工作油温过高，不但导致水资源浪费严重，而且降低设备运行质量。

如何达到理想的液压油工作温度，国内制造的注塑机几乎无一采取有效的设计实现这一要求。

4.9.1应用技术的科学原则的重点研发方向

降低功率损失。选用内泄漏及机械磨损优良的元件。科学设计和选用系统的管路通径，管路内径在流速沿程的发热量在理想工作温度范围内的最优化，达到节约钢材资源。

在达到功率损失最小化的前提下，实现工作油温的智能化控制，提高系的绿色化水准。以油温和冷却系统构成一个闭环系统，智能控制冷却水的流量。液压油的工作温度范围较大，不需要精密控制，智能化控制系统的成本对系统不会造成压力。

5　KH-40000托盘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4 000 g）托盘注塑机的液压系统上的创新[9]，推动托盘注塑工程的可持续发展。

KH-40000托 盘注塑机，塑 化注射量40 000 cm3，注射油缸直径320 mm，注射行程2 000 mm，注射柱塞直径为160 mm，注射压力80 MPa，液压动力驱动系统额定工作压力32 MPa,定量泵系统。注射工艺要求:注射时间8 s，即注射速度需达到250 mm/s，注射速率达到5 000 cm3/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

图5为 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320 mm，活塞杆直径250 mm，移模行程2 400 mm,合模力2 000 kN（注：锁模力由另外锁模机构运行），快速移模速度200 mm/s，低速开模速度30 mm/s。快速开模配置一件200 L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。

图5　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

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5 000 cm3/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1 200 L/min，电机驱动总功率需220 kW。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200 L的大容量蓄能器作驱动力，注射油缸油液160 L，给蓄能器充油时间60 s，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。图6为KH-4000托盘注塑机蓄能器辅佐动力的单作用注射油缸及液压系统原理简图。

图6 KH-40000托盘注塑机蓄能器辅佐动力的单作用注射油缸级液压系统原理简图

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8 s，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。

替换

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220 kW下降为37 kW，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70 dBA；成型周期4 min，低于常规的8 min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，推动了注塑机的可持续发展。

实现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。

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，努力创新创造新注塑机液压系统应用技术，实现注塑工程可持续发展。

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Research and innovation of application technology of injection molding machine hydraulic system for sustainable development (Part 2)

Research and innovation of application technology of injection molding machine hydraulic system for sustainable development(Part 2)

Zhang Yougen
(Ningbo Haida Plastic Machinery Co., Ltd., Ningbo 315200, Zhejiang, China)

From the perspective of sustainable development, Firstly this paper proposes scientific development principles of injection molding machine hydraulic system to achieve harmonious coexistence with people and the environment, and two connotations of environmental guidelines and advanced guidelines. The paper combines cases to study scientific principles of the application of injection molding machine hydraulic drive system and transmission system, and proposes the key research direction; the paper analyzes common design flaws of hydraulic systems, and presents a detailed technical improvement measures; This paper introduces independent innovation achievements of hydraulic systems of SZ-800 injection molding machines and KH-40000 tray injection molding machine; The paper points out forward-looking to grasp scientifi c principles of the hydraulic system, and strive to create innovative applied technology in order to lead and beyond.

injection molding machine; hydraulic system; applied technology; sustainable development; technological innovation; research

TQ320.5

1009-797X(2015)12-0006-10

B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2015.12.002

(XS-04)

张友根，男，教授级高级工程师，终生享受国务院政府特殊津贴，现主要从事塑料机械的科学发展工作。

2014-04-21