Сервогидравлические силовые агрегаты: энергосбережение до 60 % при литье под давлением

Сочетание сервопривода с двигателем класса эффективности IE3 и высокоэффективного внутреннего шестерёнчатого насоса позволяет гидравлическим приводным агрегатам LIFTHYDRAU достигать подтверждённой на практике экономии энергии в диапазоне 50–60 % на линиях литья пластмасс под давлением. В данной статье приведены эталонные данные, полученные на трёх объектах заказчиков во Вьетнаме, Турции и Мексике.

Почему машины литья под давлением потребляют столько энергии

Традиционные машины для литья под давлением, как правило, используют насосы с постоянным или переменным рабочим объёмом, приводимые в действие асинхронными электродвигателями. Во время фазы удержания давления, охлаждения и паузы перед открытием формы двигатель продолжает работать на номинальной скорости, а гидравлическое масло возвращается в бак через предохранительный клапан — при этом вся энергия полностью преобразуется в тепло потерь. В реальном производственном процессе часть цикла литья, которая действительно требует полного расхода масла, обычно составляет лишь 30–40 % от общей продолжительности цикла, тогда как остальное время система работает с низким или нулевым эффективным выходом. Именно это является основной причиной, по которой сервогидравлические силовые установки обеспечивают столь значительную экономию: масло по требованию, скорость по требованию.

Архитектура системы: согласование серводвигателя класса IE3 с внутренним шестерёнчатым насосом

Сердцем гидравлического приводного агрегата LIFTHYDRAU является скоординированное управление электродвигателем и насосом. Асинхронный сервоприводный двигатель класса энергоэффективности IE3 сохраняет высокий КПД даже при частичной нагрузке и работает совместно с приводом для обеспечения замкнутого регулирования скорости и крутящего момента. По сравнению с насосами внешнего зацепления внутренне-зацепляющий насос обеспечивает меньшую пульсацию потока и более высокий объёмный КПД, поддерживая стабильную выходную мощность даже на низких скоростях — что делает его чрезвычайно совместимым с переменной скоростью работы систем сервопривода.

Когда машина переходит в фазу удержания давления, скорость сервопривода снижается до минимальной, необходимой для поддержания давления; расход насоса соответственно падает, и система больше не зависит от сброса через предохранительный клапан. Во время охлаждения двигатель приближается к состоянию полной остановки, а потребление энергии — к нулю. В течение всего цикла литья под давлением мощность двигателя динамически следует за фактической кривой нагрузки, а не работает с постоянной выходной мощностью. Эта логика управления является технической основой заявленной экономии энергии на 50–60 %.

Вьетнамский объект: линия литья корпусов бытовой техники

Производитель бытовой техники во Вьетнаме эксплуатирует литейный цех с несколькими пресс-формами гидравлического литья, номинальное усилие зажима которых составляет около 250 тонн; в основном там изготавливаются барабаны для стиральных машин и корпуса кондиционеров. До модернизации среднее энергопотребление гидравлической системы на одну машину составляло приблизительно 18,5 кВт в течение 22 рабочих часов в сутки. После установки сервогидравлического агрегата LIFTHYDRAU измеренное среднее энергопотребление снизилось до 7,4 кВт — экономия составила 60 %. На данном предприятии время охлаждения занимает относительно большую долю цикла литья под давлением, а значительные потери давления в традиционной системе в период охлаждения были полностью устранены. При местных промышленных тарифах на электроэнергию годовая экономия на одну машину достигает примерно 42 000 юаней, срок окупаемости — менее 14 месяцев. Температура масла также заметно снизилась, что позволило увеличить интервалы замены гидравлического масла с 4000 до более чем 8000 часов.

Турция, объект: точное литьё автомобильных компонентов

Поставщик автомобильных компонентов в Турции эксплуатирует линии литья под давлением для производства внутренних крепёжных элементов и соединителей с усилием зажима от 180 до 350 тонн. В существующей на заводе системе переменного насоса при точном литье требовалась частая регулировка давления и расхода, а задержка реакции вызывала колебания массы изделий. После установки сервогидравлических силовых агрегатов энергопотребление снизилось на 52 %, а повторяемость литья значительно улучшилась. Данные с места эксплуатации показали среднюю потребляемую мощность 21,3 кВт на одну машину грузоподъёмностью 350 тонн до модернизации и 10,2 кВт — после неё. Учитывая более высокие и нестабильные промышленные тарифы на электроэнергию в Турции, экономический эффект от модернизации оказался ещё более значительным. После завершения модернизации первой опытной машины предприятие распространило её на все 11 машин в цехе.

Мексиканский объект: литьё крупногабаритных логистических поддонов

Производитель пластмасс в Мексике выпускает логистические поддоны и многоразовые ящики; усилие зажима, как правило, превышает 500 тонн — это тяжёлые машины с длительным циклом работы. До модернизации средняя мощность гидравлической системы на одну машину достигала 34,7 кВт, а температура гидравлического масла постоянно оставалась высокой, требуя дополнительного охлаждения летом. После установки сервогидравлических силовых агрегатов LIFTHYDRAU средняя мощность снизилась до 14,6 кВт — экономия составила приблизительно 58 %. Машины большой грузоподъёмности имеют продолжительные фазы удержания давления, и преимущество сервосистемы при удержании давления на низких скоростях проявляется в полной мере. Температура масла стабилизировалась в разумных пределах, а расход охлаждающей воды сократился примерно на 35 %.

Общие выводы по трём объектам

На объектах во Вьетнаме, Турции и Мексике экономия стабильно составляла 50–60 % — не случайно. Энергетическая структура гидравлической системы литьевой машины устанавливает верхний предел выгоды от модернизации, тогда как фактическая экономия зависит от первоначальной эффективности системы, доли времени удержания и охлаждения в цикле, а также коэффициента загрузки станка. На всех трёх объектах работа с расходом ниже максимального составляла более 60 % цикла литья, что обеспечивало значительный потенциал экономии при использовании сервоприводов.

Примечательно, что срок окупаемости на всех трёх проектах составил от 12 до 20 месяцев. Даже без учёта увеличения срока службы масла и снижения расхода охлаждающей воды из-за понижения температуры масла, одна лишь экономия электроэнергии полностью оправдывает решение о модернизации. Для литьевых машин сервогидравлические приводы перешли от варианта энергосбережения к стандартной конфигурации линии.

Рекомендации по выбору и модернизации

Модернизация гидравлических систем с использованием сервоприводов — это не простая замена насоса и двигателя. Необходимо проверить рабочее давление, характеристику расхода, объём бака и мощность системы охлаждения исходной системы, чтобы гарантировать соответствие выходных характеристик комплекта сервонасоса требованиям процесса литья под давлением. Объёмный КПД шестерёнчатого насоса внутреннего зацепления при низких частотах вращения является ключевым показателем, напрямую определяющим стабильность фазы удержания. Параметры сервопривода также должны быть настроены в тесной координации с контроллером станка для обеспечения быстрого отклика по давлению и расходу. Для цехов, где одновременно эксплуатируются несколько станков, рекомендуется начать модернизацию с одного пилотного станка, чтобы подтвердить данные об экономии и согласованность параметров изготавливаемых деталей перед масштабным внедрением.