หน่วยไฮดรอลิกแบบเซอร์โว: ประหยัดพลังงานได้สูงสุดถึง 60% ในการขึ้นรูปด้วยการฉีด

การจับคู่มอเตอร์เซอร์โวแบบ IE3 เข้ากับปั๊มเกียร์ภายในที่มีประสิทธิภาพสูง ทำให้หน่วยไฮดรอลิกแบบเซอร์โวของ LIFTHYDRAU สามารถประหยัดพลังงานได้จริงในสถานที่ใช้งานจริง 50–60% บนสายการฉีดขึ้นรูปพลาสติก บทความนี้นำเสนอข้อมูลอ้างอิงจากไซต์ลูกค้าสามแห่งในเวียดนาม ตุรกี และเม็กซิโก

เหตุใดเครื่องฉีดขึ้นรูปพลาสติกจึงใช้พลังงานมากนัก

เครื่องฉีดขึ้นรูปแบบทั่วไปมักใช้ปั๊มแบบปริมาตรคงที่หรือปั๊มแบบปริมาตรแปรผัน ซึ่งขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์แบบไม่สมบูรณ์แบบ (asynchronous motors) ระหว่างขั้นตอนการรักษาแรงดัน การระบายความร้อน และการค้างเปิดแม่พิมพ์ มอเตอร์ยังคงหมุนต่อเนื่องที่ความเร็วกำหนดไว้ ในขณะที่น้ำมันไฮดรอลิกไหลย้อนกลับเข้าสู่ถังผ่านวาล์วปล่อยแรงดัน — พลังงานทั้งหมดนี้จึงเปลี่ยนเป็นความร้อนสูญเปล่าอย่างสมบูรณ์ ในการผลิตจริง ส่วนของรอบการขึ้นรูปที่แท้จริงจำเป็นต้องใช้การไหลสูงสุดมักคิดเป็นเพียง 30–40% ของเวลาทั้งหมดของรอบการผลิต ส่วนที่เหลือระบบจะทำงานที่การส่งออกต่ำมาก หรือไม่มีการส่งออกเลย นี่คือเหตุผลพื้นฐานที่ทำให้หน่วยขับเคลื่อนไฮดรอลิกแบบเซอร์โวสามารถประหยัดพลังงานได้อย่างมาก: น้ำมันตามความต้องการ ความเร็วตามความต้องการ

สถาปัตยกรรมระบบ: การจับคู่มอเตอร์เซอร์โวระดับ IE3 กับปั๊มเกียร์ภายใน

หัวใจสำคัญของหน่วยขับเคลื่อนไฮดรอลิกแบบเซอร์โว LIFTHYDRAU คือการควบคุมมอเตอร์และปั๊มอย่างสอดคล้องกัน มอเตอร์เซอร์โวแบบไม่สมมาตรที่มีประสิทธิภาพระดับ IE3 รักษาประสิทธิภาพสูงแม้ในช่วงโหลดบางส่วน โดยทำงานร่วมกับไดรฟ์เพื่อให้เกิดการควบคุมความเร็วและแรงบิดแบบปิดลูป เมื่อเปรียบเทียบกับการออกแบบปั๊มเฟืองภายนอก ปั๊มเฟืองภายในให้การแปรผันของอัตราการไหลต่ำกว่าและมีประสิทธิภาพเชิงปริมาตรสูงกว่า จึงสามารถรักษางานเอาต์พุตที่มั่นคงได้แม้ที่ความเร็วต่ำ — ซึ่งทำให้เข้ากันได้ดีมากกับภาระงานแบบความเร็วแปรผันของระบบไดรฟ์เซอร์โว

เมื่อเครื่องเข้าสู่ขั้นตอนการรักษาแรงดัน ความเร็วของมอเตอร์เซอร์โวจะลดลงถึงค่าต่ำสุดที่จำเป็นเพื่อรักษาแรงดันไว้ การไหลออกของปั๊มจึงลดลงตามไปด้วย และระบบไม่พึ่งพาการปล่อยแรงดันผ่านวาล์วปล่อยแรงดันอีกต่อไป ระหว่างขั้นตอนการระบายความร้อน มอเตอร์จะเคลื่อนที่ช้าลงจนเกือบหยุดนิ่ง และการใช้พลังงานจะลดลงใกล้เคียงศูนย์ ตลอดวงจรการขึ้นรูปทั้งหมด พลังงานที่มอเตอร์ใช้งานจะปรับเปลี่ยนตามเส้นโค้งโหลดที่แท้จริงแบบไดนามิก แทนที่จะทำงานที่กำลังคงที่ ตรรกะการควบคุมนี้คือพื้นฐานเชิงเทคนิคที่ทำให้เกิดตัวเลขการประหยัดพลังงานร้อยละ 50–60

เวียดนาม ไซต์: สายการผลิตแม่พิมพ์ฝาครอบเครื่องใช้ในครัวเรือน

ผู้ผลิตเครื่องใช้ไฟฟ้าในเวียดนามดำเนินการโรงงานขึ้นรูปพลาสติกที่มีเครื่องจักรหลายเครื่อง ซึ่งแต่ละเครื่องมีแรงยึดแน่นประมาณ 250 ตัน โดยผลิตชิ้นส่วนหลักคือถังซักผ้าและฝาครอบเครื่องปรับอากาศ ก่อนปรับปรุงระบบ กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยที่ระบบไฮดรอลิกของแต่ละเครื่องใช้ไปอยู่ที่ประมาณ 18.5 กิโลวัตต์ ตลอดระยะเวลาทำงาน 22 ชั่วโมงต่อวัน หลังติดตั้งหน่วยขับเคลื่อนไฮดรอลิกแบบเซอร์โว LIFTHYDRAU พบว่ากำลังไฟฟ้าเฉลี่ยลดลงเหลือเพียง 7.4 กิโลวัตต์ หรือประหยัดพลังงานได้ถึง 60% เวลาในการระบายความร้อนเป็นส่วนหนึ่งที่ค่อนข้างมากของรอบการขึ้นรูปพลาสติกที่โรงงานแห่งนี้ และการสูญเสียแรงดัน (relief losses) อันเกิดจากระบบแบบเดิมในช่วงเวลาดังกล่าวก็ถูกกำจัดออกไปโดยสิ้นเชิง ด้วยอัตราค่าไฟฟ้าสำหรับภาคอุตสาหกรรมในท้องถิ่น รายได้จากการประหยัดพลังงานต่อเครื่องต่อปีอยู่ที่ประมาณ 42,000 หยวนจีน (RMB) โดยระยะเวลาคืนทุนต่ำกว่า 14 เดือน อุณหภูมิของน้ำมันไฮดรอลิกยังลดลงอย่างเห็นได้ชัด ส่งผลให้อายุการใช้งานของน้ำมันไฮดรอลิกยืดออกไปจาก 4,000 ชั่วโมง เป็นมากกว่า 8,000 ชั่วโมง

ไซต์ตุรกี: การขึ้นรูปชิ้นส่วนยานยนต์แบบแม่นยำ

ผู้จัดจำหน่ายชิ้นส่วนยานยนต์ในตุรกีดำเนินสายการผลิตแบบขึ้นรูปเพื่อผลิตคลิปและขั้วต่อสำหรับชิ้นส่วนภายในรถ โดยมีแรงหนีบอยู่ระหว่าง 180 ถึง 350 ตัน ระบบปั๊มแบบแปรผันที่มีอยู่เดิมในโรงงานนี้จำเป็นต้องปรับค่าความดันและอัตราการไหลบ่อยครั้งภายใต้สภาวะการขึ้นรูปที่ต้องการความแม่นยำสูง และความล่าช้าในการตอบสนองทำให้น้ำหนักของชิ้นงานที่ผลิตมีความแปรปรวน หลังจากติดตั้งหน่วยขับเคลื่อนไฮดรอลิกแบบเซอร์โวแล้ว การใช้พลังงานลดลง 52% และความสามารถในการขึ้นรูปซ้ำได้อย่างแม่นยำก็ดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ข้อมูลภาคสนามแสดงให้เห็นว่ากำลังไฟเฉลี่ยต่อเครื่องขึ้นรูปขนาด 350 ตันอยู่ที่ 21.3 กิโลวัตต์ก่อนปรับปรุง และลดลงเหลือ 10.2 กิโลวัตต์หลังปรับปรุง ด้วยราคาไฟฟ้าสำหรับภาคอุตสาหกรรมในตุรกีที่สูงกว่าและผันผวนมากกว่า จึงทำให้กรณีการประหยัดพลังงานนี้มีความน่าสนใจยิ่งขึ้น หลังจากดำเนินการปรับปรุงเครื่องต้นแบบเครื่องแรกเสร็จสิ้น โรงงานจึงขยายการปรับปรุงไปยังเครื่องทั้งหมด 11 เครื่องในห้องผลิต

สถานที่ตั้งในเม็กซิโก: การขึ้นรูปพาเลทสำหรับโลจิสติกส์ขนาดใหญ่

ผู้ผลิตพลาสติกในเม็กซิโกผลิตพาเลทสำหรับโลจิสติกส์และกล่องแบบนำกลับมาใช้ใหม่ โดยแรงยึดแน่นโดยทั่วไปมีค่าเกิน 500 ตัน — ซึ่งจัดอยู่ในประเภทเครื่องจักรขนาดใหญ่ที่ทำงานเป็นเวลานาน ก่อนปรับปรุงระบบ กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยของระบบไฮดรอลิกต่อเครื่องจักรอยู่ที่ 34.7 กิโลวัตต์ และอุณหภูมิน้ำมันไฮดรอลิกสูงอย่างต่อเนื่อง ทำให้จำเป็นต้องใช้ระบบระบายความร้อนเพิ่มเติมในช่วงฤดูร้อน หลังติดตั้งหน่วยขับเคลื่อนไฮดรอลิกแบบเซอร์โว LIFTHYDRAU กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยลดลงเหลือ 14.6 กิโลวัตต์ ประหยัดพลังงานได้ประมาณ 58% เครื่องจักรขนาดใหญ่มีช่วงเวลาการรักษาแรงดันนานมาก และข้อได้เปรียบของระบบเซอร์โวในการรักษาแรงดันที่ความเร็วต่ำจึงถูกนำมาใช้อย่างเต็มที่ อุณหภูมิน้ำมันคงที่อยู่ในช่วงที่เหมาะสม และการใช้น้ำสำหรับระบายความร้อนลดลงประมาณ 35%

ข้อสรุปที่พบได้ทั่วไปจากสามสถานที่

ที่สถานที่ตั้งในเวียดนาม ตุรกี และเม็กซิโก การประหยัดพลังงานล้วนลดลงอยู่ในช่วงร้อยละ 50–60 — ซึ่งไม่ใช่เรื่องบังเอิญ โครงสร้างการใช้พลังงานของระบบไฮดรอลิกในเครื่องฉีดขึ้นรูปกำหนดขอบเขตสูงสุดของผลประโยชน์จากการปรับปรุง ขณะที่การประหยัดจริงขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพเดิมของระบบ สัดส่วนของเวลาในการยึดชิ้นงานและเวลาในการระบายความร้อนภายในรอบการผลิต รวมถึงอัตราการใช้งานเครื่องจักร ที่สถานที่ทั้งสามแห่ง การทำงานที่ไม่ใช่การไหลเต็มที่คิดเป็นมากกว่าร้อยละ 60 ของรอบการฉีดขึ้นรูป จึงมีพื้นที่เพียงพอสำหรับการประหยัดพลังงานด้วยระบบเซอร์โว

น่าสังเกตว่า ระยะเวลาคืนทุนของโครงการทั้งสามแห่งอยู่ระหว่าง 12 ถึง 20 เดือน แม้จะไม่นับรวมผลประโยชน์จากอายุการใช้งานน้ำมันที่ยืดเยื้อขึ้นและการใช้น้ำหล่อเย็นลดลงเนื่องจากอุณหภูมิน้ำมันที่ต่ำลง การประหยัดค่าไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวก็เพียงพอที่จะทำให้การตัดสินใจปรับปรุงมีเหตุผลแล้ว สำหรับผู้ผลิตเครื่องฉีดขึ้นรูป หน่วยขับเคลื่อนไฮดรอลิกแบบเซอร์โวได้เปลี่ยนสถานะจากตัวเลือกเพื่อประหยัดพลังงานไปเป็นการจัดวางแบบมาตรฐานในสายการผลิต

คำแนะนำในการเลือกและปรับปรุง

การปรับปรุงระบบไฮดรอลิกแบบเซอร์โวไม่ใช่เรื่องง่ายเพียงแค่เปลี่ยนปั๊มและมอเตอร์เท่านั้น ต้องตรวจสอบแรงดันในการทำงาน ลักษณะกราฟการไหล ปริมาตรของถังน้ำมัน และความสามารถในการระบายความร้อนของระบบที่มีอยู่เดิม เพื่อให้มั่นใจว่าคุณสมบัติการส่งออกของชุดปั๊มแบบเซอร์โวจะสอดคล้องกับกระบวนการขึ้นรูป ประสิทธิภาพเชิงปริมาตรของปั๊มเฟืองภายในที่ความเร็วต่ำเป็นตัวชี้วัดสำคัญที่ส่งผลโดยตรงต่อความเสถียรในช่วงการคงแรง ค่าพารามิเตอร์ของไดรฟ์เซอร์โวจำเป็นต้องปรับแต่งให้สอดคล้องกับคอนโทรลเลอร์ของเครื่องจักรเพื่อให้ได้การตอบสนองของแรงดันและอัตราการไหลอย่างรวดเร็ว สำหรับโรงงานที่มีเครื่องจักรหลายเครื่องทำงานพร้อมกัน แนะนำให้เริ่มต้นด้วยเครื่องต้นแบบหนึ่งเครื่องเพื่อตรวจสอบข้อมูลการประหยัดพลังงานและความสม่ำเสมอของชิ้นงานก่อนขยายการติดตั้งไปยังเครื่องจักรอื่นๆ อย่างกว้างขวาง