Серво хидравлични силови агрегати: икономия на енергия до 60 % при инжекционно формоване

Съчетаването на сервомотор от клас IE3 с високо ефективна вътрешна зъбчато-кривошипна помпа позволява на сервохидравличните силови агрегати LIFTHYDRAU да постигнат потвърдена на място икономия на енергия от 50–60 % в линиите за инжекционно формоване на пластмаси. В тази статия се представят референтни данни от три клиентски обекта във Виетнам, Турция и Мексико.

Защо машините за инжекционно формоване потребяват толкова много енергия

Конвенционалните машини за инжекционно формоване обикновено използват помпи с фиксиран или променлив обем, задвижвани от асинхронни електродвигатели. По време на фазите на поддържане на налягането, охлаждане и почивка при отваряне на формата двигателят продължава да работи с номинална скорост, докато хидравличното масло се връща в резервоара чрез предпазния клапан — енергията напълно се преобразува в излишно топло. В реалното производство частта от цикъла на формоване, която действително изисква пълен поток, обикновено съставлява само 30–40 % от общото време на цикъла, докато системата работи с нисък или нулев ефективен изход през останалата част. Това е основната причина, поради която сервоприводните хидравлични агрегати могат да осигурят толкова значителни спестявания: масло по заявка, скорост по заявка.

Архитектура на системата: Съчетаване на сервомотора IE3 с вътрешнозъбчатата помпа

Сърцевината на сервохидравличната мощностна единица LIFTHYDRAU е координираното управление на мотора и помпата. Асинхронният сервомотор с ефективност от клас IE3 запазва висока ефективност дори при частични натоварвания и работи заедно с привода, за да осигури регулиране на скоростта и въртящия момент по затворен контур. В сравнение с външните зъбчати конструкции вътрешната зъбчата помпа предлага по-ниска пулсация на потока и по-висока обемна ефективност, като осигурява стабилен изход дори при ниски скорости — което я прави изключително съвместима с променливата скорост на работа на сервоприводните системи.

Когато машината навлезе във фазата на поддържане на налягането, скоростта на сервомотора намалява до минималната, необходима за поддържане на налягането, изходният поток от помпата съответно намалява и системата вече не разчита на изпускането чрез релефен клапан. По време на охлаждането моторът приближава спиране и енергийното потребление приближава нула. През целия цикъл на формоване мощността на мотора динамично следва действителната крива на натоварване, а не работи с постоянен изход. Тази логика за управление е техническата основа за цифрите за спестяване от 50–60 %.

Виетнамски обект: Линия за формоване на корпуси за битова техника

Производител на битова техника във Виетнам управлява работилница за формоване с няколко машина със сила на стягане около 250 тона, основно произвеждащи барабани за перални и корпуси за климатични инсталации. Преди модернизацията средното електрозахранване на хидравличната система на всяка машина беше приблизително 18,5 kW при 22 работни часа на ден. След инсталирането на сервохидравличен агрегат LIFTHYDRAU измерената средна мощност спадна до 7,4 kW — спестяване от 60 %. Времето за охлаждане представлява относително голяма част от цикъла на формоване в тази фабрика, а значителните загуби от релеф при охлаждане в конвенционалната система бяха напълно елиминирани. При местните индустриални тарифи за електроенергия годишното спестяване на машина достига приблизително 42 000 юана, а периодът за възстановяване на инвестициите е под 14 месеца. Температурата на хидравличното масло също намаля значително, удвоявайки интервалите между смяната му — от 4000 до повече от 8000 часа.

Турция – Обект: Прецизно формоване на автомобилни компоненти

Доставчик на автомобилни компоненти в Турция управлява линии за формоване, произвеждащи вътрешни клипсове и съединители, със сила за стягане между 180 и 350 тона. Съществуващата в завода система с променлив помпен агрегат изискваше честа корекция на налягането и дебита при условията на прецизно формоване, а забавянето в отговора водеше до вариации в теглото на детайлите. След инсталирането на серво-хидравлични енергийни блокове енергийното потребление намаля с 52 %, а повтаряемостта при формоването се подобри значително. Полевите данни показваха средна мощност от 21,3 kW на всяка машина с капацитет 350 тона преди модернизацията, която спадна до 10,2 kW след нея. При по-високите и по-волатилни цени на електроенергията за промишлени цели в Турция икономиите бяха още по-значителни. След завършването на първата машинна пилотна инсталация заводът разшири модернизацията до всички 11 машини в работилницата.

Мексико – обект: формоване на големи логистични палети

Производител на пластмаси в Мексико произвежда логистични палети и връщаеми кашони, като силите за стягане обикновено надхвърлят 500 тона — тежки машини с дълги цикли. Преди модернизацията средната мощност на хидравличната система на всяка машина достигаше 34,7 kW, а температурата на хидравличното масло постоянно беше висока, което изискваше допълнително охлаждане през лятото. След инсталирането на сервоприводни хидравлични агрегати LIFTHYDRAU средната мощност спадна до 14,6 kW, което представлява спестяване от приблизително 58 %. Машините с голяма тонажност имат продължителни фази на поддържане на налягането, а предимството на сервосистемата при поддържане на налягане при ниски скорости се проявява напълно. Температурата на маслото се стабилизира в разумен диапазон, а консумацията на охладителна вода намаля с около 35 %.

Общи изводи от трите обекта

На обектите във Виетнам, Турция и Мексико спестяванията последователно попадаха в диапазона 50–60 % — не по случайност. Енергийната структура на хидравличната система на машината за инжекционно формоване определя горната граница на ползата от модернизацията, докато реалните спестявания зависят от първоначалната ефективност на системата, от частта на цикъла, заета от фазите на задържане и охлаждане, и от коефициента на натоварване на машината. На всички три обекта работата при непълен поток съставляваше над 60 % от цикъла на формоването, което осигуряваше значителен потенциал за спестявания чрез сервопривод.

Забележително е, че сроковете за възстановяване на инвестициите при всички три проекти останаха в рамките на 12–20 месеца. Дори ако се пренебрегнат удълженият срок на експлоатация на маслото и намаленото потребление на охладителна вода поради по-ниските температури на маслото, само спестяванията от електроенергия оправдават решението за модернизация. За производителите на инжекционни машини сервоприводните хидравлични агрегати са преминали от опция за енергоспестяване към стандартна конфигурация на линията.

Препоръки за подбор и модернизация

Сервохидравличните модернизации не са просто въпрос на замяна на помпа и двигател. Трябва да се проверят работното налягане, кривата на подаване, обемът на резервоара и охладителната мощност на оригиналната система, за да се гарантира, че изходните характеристики на сервопомпената установка съответстват на процеса на формоване. Обемната ефективност на вътрешнозъбчатата помпа при ниски скорости е ключов показател, който директно определя стабилността по време на фазата на удръжка. Параметрите на сервопривода също трябва да бъдат настроени в координация с контролера на машината, за да се постигне бърз отговор по налягане и подаване. За работилници с множество машини, работещи паралелно, препоръчва се първоначално да се започне с една пилотна машина, за да се потвърдят данните за спестявания и последователността на частите, преди по-широко внедряване.