首页> 新闻动态> 公司新闻

鞋底连帮注射机液压系统_节能伺服液压技术

2026-07-01 关注次数：

鞋底连帮注射机液压系统：节能伺服液压技术

一、引言：液压系统的技术演进

在鞋底连帮注射成型机中，液压系统是驱动所有机械动作的“肌肉系统”——它负责提供合模锁紧、注射推进、转盘旋转、开模取件等所有动作所需的动力。然而，传统液压技术长期面临一个核心矛盾：设备需要高压时，电机必须全速运转；设备需要保压或等待时，电机仍然全速运转，多余的能量只能通过溢流阀泄掉。

这种“按需供油”与“恒速供油”之间的矛盾，导致了巨大的能量浪费。节能伺服液压技术的出现，彻底改变了这一局面。通过将传统的“异步电机+定量泵”升级为“伺服电机+齿轮泵”的电液伺服系统，实现了按需供油、精确控制，综合节能可达35%-55%。

本文将系统解析鞋底连帮注射机液压系统的构成、传统系统的能耗痛点，以及伺服液压技术的节能原理与改造实践。

二、液压系统的核心构成

2.1 液压系统的主要功能

鞋底连帮注射机的液压系统承担以下关键任务：

| 功能模块 | 液压执行机构 | 动作要求 |

| :--- | :--- | :--- |

| 合模系统 | 合模油缸 | 提供锁模力，防止模具被撑开 |

| 注射系统 | 注射油缸 | 推动螺杆前进，将熔料注入模具 |

| 转盘驱动 | 液压马达 | 驱动圆盘旋转、定位 |

| 顶出系统 | 顶出油缸 | 开模后将成品顶出 |

| 辅助动作 | 各辅助油缸 | 压楦、翻楦、模具抽插等 |

2.2 传统液压系统的构成

传统鞋底连帮注射机多采用异步电机+定量泵的液压系统配置：

- 动力源：三相异步电机（通常15-30kW），工频运行，转速恒定

- 液压泵：定量叶片泵或齿轮泵，输出流量固定

- 控制阀组：比例压力阀、比例流量阀、方向阀等

- 执行元件：各工位油缸、液压马达

2.3 传统系统的能耗问题

根据合康变频在温州某鞋材公司的改造案例研究，传统系统存在以下问题：

1. 高压溢流损失严重

鞋机在动作过程中，负载变化剧烈：

- 合模时：需要高压、中流量

- 保压时：仅需低压、微流量维持

- 冷却/等待时：几乎不需要流量，但电机仍在全速运行

在保压和等待阶段，液压泵输出的多余油液全部通过溢流阀流回油箱，这部分能量完全转化为热量，造成巨大的电能浪费。

2. 油温升高导致设备寿命下降

持续的溢流使液压油温度迅速上升。根据行业标准QB/T 4954-2016，液压系统正常工作2小时后油温不应超过60℃。但传统系统在夏季往往突破此限，导致：

- 密封件老化加速、泄漏风险增加

- 油液黏度下降、控制精度降低

- 电磁阀、比例阀寿命缩短

3. 机械冲击大、噪音高

异步电机带动的定量泵输出压力波动大，加上合模、注射等动作的压力突变，对机械结构冲击明显，设备寿命受影响。同时，持续的工频运行和溢流产生较大噪音，工作环境恶劣。

三、节能伺服液压技术解析

3.1 什么是电液伺服系统？

电液伺服系统是将伺服驱动技术与液压传动技术相结合的新型动力系统。其核心配置为：

| 核心组件 | 传统系统 | 伺服系统 |

| :--- | :--- | :--- |

| 电机 | 三相异步电机（工频恒速） | 永磁同步伺服电机 |

| 泵 | 定量泵 | 高效齿轮泵/柱塞泵 |

| 控制方式 | 比例阀调节 | 驱动器直接调节电机转速 |

| 反馈系统 | 无/开环 | 压力传感器+编码器（闭环） |

3.2 伺服系统的工作原理

伺服系统的核心逻辑是“按需供油”——需要多少，就提供多少：

1. 压力闭环控制：

- 系统通过压力传感器实时检测系统压力

- 驱动器将实际压力与设定压力比较，计算偏差

- 调节电机转速，使输出流量刚好维持目标压力

- 保压阶段：电机转速降至极低（仅补充泄漏），几乎零功耗

2. 流量闭环控制：

- 根据动作指令（合模、注射等），设定目标流量

- 驱动器调节电机转速，输出精确流量

- 无需比例流量阀，直接由电机转速决定流量

3. 响应速度：

- 伺服电机从0到额定转速的响应时间＜50ms

- 满足鞋机频繁启停、负载突变的工况需求

3.3 伺服驱动的核心技术：闭环矢量控制

高性能伺服驱动器采用永磁同步电机的闭环矢量控制算法，集成液压系统的压力、流量双闭环控制功能。

技术要点：

- 通过编码器实时检测电机转子位置和转速

- 通过压力传感器实时反馈系统压力

- 驱动器内部进行高速PID运算，精确控制电机转矩和转速

- 实现压力的精确控制（替代传统的PQ阀开环控制）

3.4 改造案例：温州某鞋材公司的实践数据

应用背景：

- 地点：浙江温州某鞋材有限公司

- 设备：全自动圆盘注射成型机

- 原电机功率：22kW

- 生产产品：双色运动鞋底

- 成型周期：30秒

- 改造方案：合康HID618A电液伺服驱动器+永磁同步电机

改造后的实测效果：

| 效果指标 | 实测数据 | 说明 |

| :--- | :--- | :--- |

| 节电率 | 35%-55% | 视动作周期而定，保压时间越长节能越显著 |

| 压力精度 | 显著提升 | 闭环控制替代开环，产品不缺胶、不飞边 |

| 油温 | 明显降低 | 无高压溢流，油温下降5-10℃ |

| 噪音 | 大幅降低 | 电机不再全速空转，工作环境改善 |

| 响应速度 | 动作灵敏 | CAN通讯，控制实时性高 |

四、伺服液压系统的综合优势

4.1 节能效果量化

基于行业应用数据，伺服液压系统的节能效益主要体现在：

| :--- | :--- | :--- | :--- |

| 高压注射 | 100%（全速） | 90%-100% | 此时需要高压高流量，节能有限 |

| 保压阶段 | 60%-80%（溢流） | 5%-15% | 伺服电机降速至极低，仅补充泄漏 |

| 冷却/等待 | 40%-60%（空转） | 0%-5% | 伺服电机可完全停止 |

| 综合循环 | 100%基准 | 45%-65% | 加权平均节能35%-55% |

投资回报：以22kW设备、每天运行20小时、电价0.8元/度、节电45%计算：

- 年节省电费：22kW × 20h × 300天 × 0.8元 × 45% ≈ 4.75万元

- 伺服系统增量投资通常在3-5万元，投资回收期约6-12个月

4.2 工艺精度的提升

伺服系统带来的不仅是节能，更是工艺控制精度的质的飞跃：

| 工艺参数 | 传统PQ阀控制 | 伺服闭环控制 |

| :--- | :--- | :--- |

| 注射压力控制 | 开环，设定值与实际值偏差大 | 闭环反馈，精确追踪设定值 |

| 保压稳定性 | 压力波动明显 | 压力稳定，波动＜2% |

| 注射重复精度 | 批次间差异较大 | 模次间一致性好 |

| 飞边控制 | 易出现飞边 | 无飞边或少飞边 |

对于连帮鞋底这种对飞边零容忍的产品，压力精度的提升直接关系到产品合格率。

4.3 设备寿命与维护成本

1. 油温降低延长元件寿命

无高压溢流的油路系统，油温显著降低。根据经验数据：

- 传统系统油温：50-60℃（夏季可能超限）

- 伺服系统油温：40-50℃

油温每降低10℃，液压元件的密封寿命可延长约一倍。

2. 减少维护频率

- 油液氧化速度减慢，换油周期延长

- 滤芯堵塞减少，更换频率降低

- 阀件卡滞概率下降

3. 机械冲击减小

伺服电机的S型加减速曲线控制，使转盘启停平稳，合模动作柔和，机械冲击明显减小，设备整体寿命延长。

4.4 工作环境改善

- 噪音降低：传统系统在保压和待机时仍全速运转，噪音刺耳；伺服系统在低负载时几乎静音

- 车间温度降低：溢流产生的热量大幅减少，车间空调负荷减轻

对于鞋厂而言，这些改善也意味着员工满意度提升、招工更容易。

五、PU连帮注射机液压系统特点

5.1 PU连帮工艺的特殊性

PU（聚氨酯）连帮注射机与传统鞋底注射机有显著区别。根据行业标准QB/T 4954-2016的定义，PU连帮注射成型机是“将双密度单、多色聚氨酯注射进闭合模具，以获得鞋底连帮成型或整鞋直接成型的连帮注射成型机器”。

PU设备由注射机（主机）和成型机（辅机）组成：

| 组成部分 | 主要构成 | 液压相关特点 |

| :--- | :--- | :--- |

| 注射机（主机） | 注射机构、计量泵总成、料罐、电气控制 | 料罐需保温搅拌，液压驱动计量泵 |

| 成型机（辅机） | 机架、转盘、合模机构、传动系统 | 圆盘转动、合模由液压驱动 |

5.2 PU注射机的压力参数

根据QB/T 4954-2016标准，PU连帮注射机的基本参数：

| 参数 | 标准值 |

| :--- | :--- |

| 注射压力 | 0.4-0.6 MPa |

| 注射速率 | 08-0L（约0-10 g/s） |

| 气动系统压力 | 80-90 MPa（应为此处笔误，应为0.8-0.9 MPa） |

| 液压系统油温限值 | 正常工作2h后≤60℃ |

PU材料的注射压力远低于TPU、橡胶等材料，这主要是因为PU在液态时粘度远低于热塑性材料。因此，PU连帮机的液压系统对高压要求不高，但对流量控制和计量精度要求极为严格：

- 注射料量计量相对误差绝对值不应超过0.5%

- 原料组分实际质量比例与设定比例的绝对误差不应大于0.005

5.3 伺服液压在PU连帮机的适用性

伺服液压技术同样适用于PU连帮注射机，尤其在以下方面：

1. 计量泵驱动：伺服电机驱动的计量泵可实现更精确的转速控制，满足高精度配比要求

2. 转盘驱动：伺服控制转盘启停平稳，定位准确

3. 合模控制：精确的压力控制确保合模力稳定，防止漏料

六、橡胶/热塑性材料注射机的伺服液压

6.1 更高压力的需求

与PU不同，橡胶、TPU、PVC等材料需要更高的注射压力。根据莱力全自动橡胶鞋底机的技术资料，橡胶注射机的液压系统需要提供：

- 锁模力：几十吨到上百吨

- 注射压力：远高于PU（可达100-200 MPa级别）

- 硫化温度：模具温度需控制在160-180℃

这种高压、高温的工况对液压系统的稳定性要求更高，伺服液压的优势更加明显。

6.2 全自动化与伺服液压的整合

莱力LRS-165全自动橡胶鞋底注射机采用一模一注射设计，每个工作站配备独立注射头与控制系统。这种设计对液压控制提出了更高要求：

- 多个注射单元的协同控制

- 快速响应、精确的压力/流量调节

- 低能耗运行

伺服液压系统凭借其快速响应、精确控制、节能降耗的特点，成为这类全自动化设备的理想选择。

6.3 Stemma的伺服液压方案

据Stemma公司的技术资料，带有流体动力伺服系统的料阀和注射阀门，与机械/气动传统系统相比，可使注射参数的稳定使用寿命延长10倍以上。

该技术确保了：

- 停机时间的减少

- 操作的可靠性提升

- 对各种材料的大通用性

七、新机选购与旧机改造指南

7.1 新机选购：优先选择伺服配置

选购新鞋底连帮注射机时，建议将伺服液压系统列为必备配置，而非选配：

| 考量因素 | 传统液压 | 伺服液压 |

| :--- | :--- | :--- |

| 采购成本 | 较低 | 高15%-25% |

| 运行能耗 | 基准 | 降低35%-55% |

| 控制精度 | 一般 | 高 |

| 噪音水平 | 高 | 低 |

| 维护成本 | 较高（油温高） | 较低 |

| 投资回收期 | — | 6-12个月 |

对于年运行时间长的企业，伺服系统多出的初始投资很快就能从电费中收回。

7.2 旧机改造：可行性评估

对于现有设备，可考虑伺服节能改造。改造要点包括：

1. 拆除原星三角启动线路

2. 安装伺服驱动器（内置制动单元，55kW及以下无需外购）

3. 更换为永磁同步电机

4. 安装压力传感器（实现闭环控制）

5. 调试驱动器参数

注意事项：

- 驱动器安装的控制柜需注意散热通风，散热性能不佳会导致模拟量信号波动

- 改造后压力、流量设定改为模拟量信号输入（0-10V或4-20mA）

7.3 改造适用机型

根据实践案例，以下类型鞋机均可进行伺服改造：

- 全自动圆盘式塑胶鞋类射出成型机

- 连帮鞋底注射成型机

- 各类单色、双色、三色注射机

改造前需确认：设备控制系统是否支持模拟量信号输入（用于压力、流量设定）。

八、结语

节能伺服液压技术是鞋底连帮注射机液压系统的重要发展方向。相较于传统的“异步电机+定量泵”系统，伺服液压系统通过按需供油、闭环控制，在节能、精度、寿命、环保等多个维度实现了显著提升。

核心要点回顾：

1. 节能显著：节电率可达35%-55%，投资回收期6-12个月

2. 精度提升：压力闭环控制替代开环控制，产品飞边减少、质量稳定

3. 油温降低：无高压溢流，油温下降5-10℃，设备寿命延长

4. 噪音改善：低负载时近乎静音，工作环境大幅改善

5. 维护节省：油液老化减慢、滤芯更换减少、阀件故障降低

对于制鞋企业而言，无论是新机选购还是旧机改造，伺服液压都已成为提升竞争力的标配选择。随着国家节能环保政策的深入推进，这一技术的应用将更加广泛。