وحدات الطاقة الهيدروليكية ذات التحكم بالسيرفو: توفير في استهلاك الطاقة يصل إلى ٦٠٪ في صناعة القوالب بالإدخال

يسمح دمج محرك مؤازر من الفئة IE3 مع مضخة تروس داخلية عالية الكفاءة بتحقيق وحدات الطاقة الهيدروليكية المؤازرة من شركة ليفثيدراو وفورات في استهلاك الطاقة، تم التحقق منها ميدانيًّا بنسبة ٥٠–٦٠٪ على خطوط صب الحقن البلاستيكي. وتقدِّم هذه المقالة بيانات معيارية مستخلصة من ثلاثة مواقع عملاء في فيتنام وتركيا والمكسيك.

لماذا تستهلك آلات صب الحقن كميةً كبيرةً جدًّا من الطاقة

تستخدم آلات حقن التشكيل التقليدية عادةً مضخات ذات سعة ثابتة أو متغيرة تُدار بواسطة محركات غير متزامنة. وخلال مراحل الحفاظ على الضغط والتبريد وانتظار فتح القالب، يستمر المحرك في الدوران عند سرعته الاسمية بينما يعود الزيت الهيدروليكي إلى الخزان عبر صمام التخفيف — ما يحوّل الطاقة بالكامل إلى حرارة هدرية. وفي الإنتاج الفعلي، فإن الجزء من دورة التشكيل الذي يحتاج فعلاً إلى التدفق الكامل لا يشكل عادةً سوى ٣٠–٤٠٪ من إجمالي زمن الدورة، بينما يعمل النظام عند إنتاج فعّال منخفض أو صفري خلال باقي الزمن. وهذه هي السبب الجوهري الذي يجعل وحدات الطاقة الهيدروليكية ذات المحركات الخدمية قادرةً على تحقيق وفورات كبيرة جداً: زيت حسب الطلب، وسرعة حسب الطلب.

هيكل النظام: مواءمة محرك الخدمة من الفئة IE3 مع المضخة ذات التروس الداخلية

تتمحور وحدة الطاقة الهيدروليكية الخدمية من نوع ليفثيدرا في التحكم المتناسق بين المحرك والمضخة. ويحافظ محرك خدمة غير متزامن من فئة الكفاءة آي إي ٣ على كفاءة عالية حتى في نطاقات الحمل الجزئي، ويعمل مع المحرك لتحقيق تنظيم مغلق الحلقة للسرعة والعزم. وبالمقارنة مع تصاميم التروس الخارجية، تُوفِّر مضخة التروس الداخلية اهتزازًا أقل في التدفق وكفاءة حجمية أعلى، ما يضمن إنتاجًا مستقرًا حتى عند السرعات المنخفضة — وهو ما يجعلها متوافقة جدًّا مع واجبات السرعة المتغيرة لأنظمة المحركات الخدمية.

عندما تدخل الآلة مرحلة الاحتفاظ بالضغط، تنخفض سرعة المحرك الخدمي إلى أقل حدٍ مطلوب للحفاظ على الضغط، ويقل تدفق المضخة وفقًا لذلك، ولا يعتمد النظام بعد ذلك على صمام التفريغ لتصريف الضغط. وخلال مرحلة التبريد، يقترب المحرك من حالة السكون، وتقترب استهلاك الطاقة من الصفر. وعلى امتداد دورة الحقن الكاملة، يتتبع قدرة المحرك منحنى الحمل الفعلي ديناميكيًّا بدلًا من العمل عند إنتاج ثابت. وهذه المنطقية التحكمية تشكّل الأساس التقني لأرقام التوفير التي تتراوح بين ٥٠٪ و٦٠٪.

الموقع في فيتنام: خط حقن أغلفة الأجهزة المنزلية

شركة مصنِّعة للأجهزة الكهربائية في فيتنام تُشغِّل ورشة صبٍّ تحتوي على عدة آلات بقوة إطباق تبلغ نحو ٢٥٠ طنًا، وتنتج أساسًا أسطوانات الغسالات وغلاف مكيَّفات الهواء. وقبل التحديث، بلغ متوسط استهلاك الطاقة للنظام الهيدروليكي لكل آلة حوالي ١٨٫٥ كيلوواط خلال ٢٢ ساعة تشغيل يوميًّا. وبعد تركيب وحدة الطاقة الهيدروليكية الخدمية من نوع LIFTHYDRAU، انخفض متوسط استهلاك الطاقة المقاس إلى ٧٫٤ كيلوواط — أي وفرٌ بنسبة ٦٠٪. ويشكِّل وقت التبريد حصةً كبيرة نسبيًّا من دورة الصب في هذه المنشأة، وقد تم القضاء تمامًا على خسائر التخفيف الكبيرة التي كانت تحدث في النظام التقليدي أثناء مرحلة التبريد. وبأسعار الكهرباء الصناعية المحلية، تصل التوفيرات السنوية لكل آلة إلى نحو ٤٢٠٠٠ يوان صيني، مع فترة استرداد تقل عن ١٤ شهرًا. كما انخفضت درجة حرارة الزيت بشكل ملحوظ، ما أدى إلى زيادة فترات تغيير الزيت الهيدروليكي من ٤٠٠٠ ساعة إلى أكثر من ٨٠٠٠ ساعة.

الموقع في تركيا: صب مكوِّنات السيارات الدقيقة

مورد توركي يُنتج مكونات للسيارات، ويعمل على خطوط صب تُنتِج مشابك وتوصيلات داخلية، وبقوى إطباق تتراوح بين ١٨٠ و٣٥٠ طنًّا. وكان النظام الحالي للمضخات المتغيرة في المصنع يتطلب ضبطًا متكررًا للضغط والتدفق في ظل ظروف الصب الدقيقة، ما تسبب في تأخر الاستجابة وتباين وزن القطع المنتجة. وبعد تركيب وحدات الطاقة الهيدروليكية الخدمية، انخفض استهلاك الطاقة بنسبة ٥٢٪ وتحسَّنت قابلية تكرار عملية الصب بشكل ملحوظ. وأظهرت البيانات الميدانية أن متوسط القدرة المستهلكة لكل آلة بسعة ٣٥٠ طنًّا كان ٢١,٣ كيلوواط قبل التحديث، ثم انخفض إلى ١٠,٢ كيلوواط بعده. وبما أن أسعار الكهرباء الصناعية في تركيا أعلى وتتفاوت أكثر، كانت الحالة الاقتصادية لتوفير الطاقة أقوى. وبعد الانتهاء من أول آلة تجريبية، وسَّع المصنع نطاق التحديث ليشمل جميع الآلات الـ١١ في ورشة العمل.

الموقع في المكسيك: صب المنصات اللوجستية الكبيرة

شركة مصنِّعة للبلاستيك في المكسيك تُنتج منصات لوجستية وعلبًا قابلة لإعادة الاستخدام، وتتطلب عمليات التثبيت فيها قوى تثبيت تفوق عادةً ٥٠٠ طن — أي أنها أعمال ثقيلة الوزن ذات دورات تشغيل طويلة. وقبل التعديل، بلغ متوسط استهلاك الطاقة للنظام الهيدروليكي لكل آلة ٣٤,٧ كيلوواط، بينما ارتفعت درجة حرارة الزيت الهيدروليكي باستمرار، ما استدعى تبريدًا إضافيًا في فصل الصيف. وبعد تركيب وحدات الطاقة الهيدروليكية الخدمية من شركة LIFTHYDRAU، انخفض متوسط استهلاك الطاقة إلى ١٤,٦ كيلوواط، أي بوفور نسبته نحو ٥٨٪. وبما أن الآلات ذات الأوزان الكبيرة تتضمن مراحل طويلة للحفاظ على ضغط التثبيت، فإن ميزة النظام الخدمي في الحفاظ على الضغط عند السرعات المنخفضة تظهر بشكل كامل. واستقرت درجة حرارة الزيت ضمن نطاق معقول، كما انخفض استهلاك ماء التبريد بنسبة تقارب ٣٥٪.

استنتاجات مشتركة مستخلصة من ثلاثة مواقع

في المواقع الثلاثة في فيتنام وتركيا والمكسيك، تراجعت التوفيرات بشكلٍ متسق ضمن النطاق من ٥٠٪ إلى ٦٠٪ — وليس ذلك صدفةً. فبنية الطاقة في النظام الهيدروليكي لآلة حقن القوالب تُحدِّد الحد الأعلى للفائدة المحقَّقة من عملية التحديث، بينما تعتمد التوفيرات الفعلية على كفاءة النظام الأصلي، ونسبة زمن الاحتفاظ والتبريد في دورة الحقن، ومعامل حمل الآلة. وفي جميع المواقع الثلاثة، شكل التشغيل غير الكامل للتدفق أكثر من ٦٠٪ من دورة الحقن، ما قدَّم هامشًا واسعًا لتحقيق توفّراتٍ عبر المحركات الخدمية.

وتجدر الإشارة إلى أن فترات استرداد الاستثمار في المشاريع الثلاثة ظلَّت بين ١٢ و٢٠ شهرًا. بل حتى لو أُهمِلت عوامل مثل إطالة عمر الزيت وتقليل استهلاك ماء التبريد الناتج عن انخفاض درجات حرارة الزيت، فإن وفرات الكهرباء وحدها تكفي لتبرير قرار التحديث. أما بالنسبة لمشغِّلي آلات الحقن، فقد تحولت وحدات الطاقة الهيدروليكية الخدمية من خيارٍ لتوفير الطاقة إلى تكوين قياسيٍّ في خطوط الإنتاج.

توصيات الاختيار والتحديث

لا تُعَدُّ عمليات التحديث الهيدروليكية ذات التحكم بالمحرك الكهربائي مسألة بسيطة تقتصر على استبدال المضخة والمحرك فقط. بل يجب التحقق من ضغط التشغيل الأصلي للنظام، ومن منحنى التدفق، وحجم الخزان، وقدرة التبريد، لضمان توافق خصائص إخراج مجموعة المضخة ذات التحكم بالمحرك الكهربائي مع عملية صب القوالب. وتُعَدُّ الكفاءة الحجمية لمضخة التروس الداخلية عند السرعات المنخفضة مؤشِّرًا جوهريًّا يؤثِّر مباشرةً في ثبات مرحلة الإحكام. كما يجب أيضًا ضبط معايير محرك التحكم بالمحرك الكهربائي بالتناغم مع وحدة تحكم الآلة لتحقيق استجابة سريعة للضغط والتدفق. وللورش التي تشغِّل عدة آلات بالتوازي، يُوصى بالبدء بآلة تجريبية واحدة للتحقق من بيانات التوفير واتساق القطع قبل التوسع في تطبيق التحديث على نطاق أوسع.