Servo hydraulické pohonné jednotky: úspora energie až 60 % pri vstrekovacom formovaní

Spájanie servomotoru triedy IE3 s vysokovýkonným vnútorným ozubeným čerpadlom umožňuje hydraulickým pohonným jednotkám LIFTHYDRAU dosiahnuť overené úspory energie v reálnych podmienkach vo výške 50–60 % na linkách pre vstrekovanie plastov. Tento článok poskytuje referenčné údaje z troch zákazníckych lokalít vo Vietname, Turecku a Mexiku.

Prečo stroje na vstrekovanie plastov spotrebujú toľko energie

Konvenčné stroje na vstrekovanie spravidla využívajú hydraulické čerpadlá s pevným alebo premenným výkonom, ktoré poháňajú asynchrónne motory. Počas fázy udržiavania tlaku, chladenia a fázy otvárania formy sa motor stále otáča menovitou rýchlosťou, pričom hydraulický olej cez prepúšťací ventil vracia do nádrže – energia sa tak úplne premení na odpadové teplo. V reálnej výrobe čas cyklu vstrekovania, počas ktorého sa skutočne vyžaduje plný prietok, zvyčajne tvorí len 30–40 % celkového času cyklu, zatiaľ čo zvyšnú dobu systém pracuje s nízkym alebo nulovým efektívnym výkonom. Práve to je základný dôvod, prečo servo-hydraulické pohonné jednotky umožňujú tak výrazné úspory: olej podľa potreby, rýchlosť podľa potreby.

Architektúra systému: Prispôsobenie servomotoru triedy IE3 vnútornému ozubenému čerpadlu

Jadro hydraulického servopohonnej jednotky LIFTHYDRAU tvorí súlad riadenia motora a čerpadla. Asynchrónny servomotor s účinnosťou triedy IE3 udržiava vysokú účinnosť aj pri čiastkovom zaťažení a spolu s pohonom zabezpečuje reguláciu rýchlosti a krútiaceho momentu v uzavretej slučke. Oproti vonkajším ozubeným konštrukciám ponúka vnútorné ozubené čerpadlo nižšiu pulzáciu prietoku a vyššiu objemovú účinnosť, čo zaisťuje stabilný výstup aj pri nízkych otáčkach – a teda vysokú kompatibilitu s premennou rýchlosťou prevádzky servopohonných systémov.

Keď stroj vstúpi do fázy udržiavania tlaku, rýchlosť servomotoru klesne na minimálnu hodnotu potrebnú na udržanie tlaku, výstupný prietok čerpadla sa príslušne zníži a systém sa už nepolieva cez prepúšťací ventil. Počas chladenia sa motor približuje k zastaveniu a spotreba energie sa približuje k nule. Počas celého cyklu vstrekovania sleduje výkon motora dynamicky skutočnú krivku zaťaženia namiesto toho, aby bežal s konštantným výkonom. Táto logika riadenia je technickým základom údajov o úsporách 50–60 %.

Vietnamská lokalita: Výrobná linka pre formovanie plastových krytov spotrebných elektrických výrobkov

Výrobca spotrebných elektrických výrobkov vo Vietname prevádzkuje lisovaciu dielňu s viacerými strojmi s upínacou silou okolo 250 ton, ktoré sa používajú predovšetkým na výrobu bubnov pre pračky a krytov pre klimatizačné zariadenia. Pred modernizáciou bola priemerná spotreba energie hydraulického systému na stroj približne 18,5 kW počas 22 hodín prevádzky denne. Po inštalácii servo hydraulického pohonneho agregátu LIFTHYDRAU klesla nameraná priemerná spotreba energie na 7,4 kW – čo predstavuje úsporu 60 %. Čas chladenia tvorí v tomto závode relatívne veľkú časť lisovacieho cyklu a významné straty tlaku pri chladení v konvenčnom systéme boli úplne eliminované. Pri lokálnych priemyselných tarifoch za elektrinu dosahujú ročné úspory na každom stroji približne 42 000 CNY, pri dobe návratnosti kratšej ako 14 mesiacov. Teplota oleja tiež výrazne klesla, čo predĺžilo intervaly výmeny hydraulického oleja z 4 000 hodín na viac ako 8 000 hodín.

Turecko – lokalita: Presná výroba automobilových komponentov pre lisovanie

Dodávateľ automobilových komponentov v Turecku prevádzkuje formovacie linky na výrobu interiérových zámkov a konektorov s upínačmi s upínacou silou medzi 180 a 350 tonami. Existujúci systém premennej čerpadlovej jednotky v závode vyžadoval pri presnom formovaní časté nastavovanie tlaku a prietoku, pričom oneskorenie reakcie spôsobovalo kolísanie hmotnosti výrobkov. Po inštalácii servohydraulických pohonných jednotiek klesla spotreba energie o 52 % a opakovateľnosť formovania sa výrazne zlepšila. Polní údaje ukázali priemerný výkon 21,3 kW na každú formovaciu strojovú jednotku s kapacitou 350 ton pred modernizáciou, ktorý po modernizácii klesol na 10,2 kW. Vzhľadom na vyššie a nestabilnejšie ceny priemyselnej elektrickej energie v Turecku bolo úsporné odôvodnenie ešte silnejšie. Po dokončení prvej skúšobnej strojovej jednotky závod rozšíril modernizáciu na všetkých 11 strojov v dielni.

Mexické pracovisko: Formovanie veľkých prepravných palet

Výrobca plastov v Mexiku vyrába logistické palety a vrátené krabice, pričom upínače majú zvyčajne upínaciu silu vyššiu ako 500 ton – ide o ťažké stroje s dlhým cyklom. Pred modernizáciou dosahovala priemerná výkonová spotreba hydraulického systému na stroj 34,7 kW a teplota hydraulického oleja sa trvalo udržiavala na vysokých hodnotách, čo v lete vyžadovalo dodatočné chladenie. Po inštalácii servohydraulických pohonných jednotiek LIFTHYDRAU klesla priemerná spotreba výkonu na 14,6 kW, čo predstavuje úsporu približne 58 %. Stroje s veľkou tonážou majú dlhé fázy udržiavania tlaku a výhoda servosystému pri udržiavaní tlaku pri nízkych rýchlostiach sa tak plne prejavuje. Teplota oleja sa stabilizovala v rozumnom rozsahu a spotreba chladiacej vody klesla približne o 35 %.

Bežné závery z troch lokalít

Na všetkých troch lokalitách – vo Vietname, Turecku a Mexiku – úspory sa stabilne pohybovali v rozmedzí 50–60 % – čo nie je náhoda. Štruktúra energového výkonu hydraulického systému stroja na vstrekovanie určuje hornú hranicu prínosov z modernizácie, zatiaľ čo skutočné úspory závisia od pôvodnej účinnosti systému, podielu doby udržiavania a chladenia v cykle a faktora zaťaženia stroja. Na všetkých troch lokalitách režim prevádzky s neplným prietokom predstavoval viac ako 60 % vstrekovacieho cyklu, čo poskytlo významný priestor na úspory prostredníctvom servopohonov.

Zaujímavé je, že doba návratnosti investície na všetkých troch projektoch zostala v rozmedzí 12 až 20 mesiacov. Dokonca aj bez zohľadnenia predĺženej životnosti oleja a zníženej spotreby chladiacej vody spôsobenej nižšími teplotami oleja samotné úspory elektrickej energie odôvodňujú rozhodnutie o modernizácii. Pre výrobcov vstrekovacích strojov sa servo-hydraulické pohonné jednotky presunuli z možnosti na úsporu energie na štandardné konfiguračné riešenie výrobného riadku.

Odporúčania pre výber a modernizáciu

Servo hydraulické modernizácie nie sú len jednoduchou výmenou čerpadla a motora. Je potrebné overiť prevádzkový tlak, prietokovú charakteristiku, objem nádrže a chladiacu kapacitu pôvodného systému, aby sa zabezpečilo, že výstupné charakteristiky servočerpadlového súpravy zodpovedajú procesu vstrekovania do foriem. Objemová účinnosť vnútorného ozubeného čerpadla pri nízkych otáčkach je kľúčovým ukazovateľom, ktorý priamo ovplyvňuje stabilitu fázy udržiavania tlaku. Parametre servo pohonu je tiež potrebné naladiť v súlade s riadiacim zariadením stroja, aby sa dosiahla rýchla reakcia tlaku a prietoku. Pre dielne s viacerými strojmi, ktoré pracujú súbežne, sa odporúča začať s jedným pilotným strojom na overenie úspor a konzistentnosti výrobkov pred rozšírením na väčší počet strojov.