Сервогідравлічні силові агрегати: енергозбереження до 60 % у процесі лиття під тиском

Поєднання сервомотора класу ефективності IE3 із високоефективним внутрішнім шестеренчастим насосом дозволяє сервогідравлічним силовим агрегатам LIFTHYDRAU досягати підтверджених на практиці енергозбережень у 50–60 % на лініях лиття пластмаси під тиском. У цій статті наведено бенчмарк-дані з трьох клієнтських об’єктів у В’єтнамі, Туреччині та Мексиці.

Чому преси для лиття під тиском споживають так багато енергії

Звичайні машини для лиття під тиском, як правило, використовують насоси з постійним або змінним робочим об’ємом, що приводяться в дію асинхронними двигунами. Під час фаз утримання тиску, охолодження та простою відкритої форми двигун продовжує працювати на номінальній швидкості, а гідравлічне масло повертається до бака через клапан безпеки — при цьому вся енергія повністю перетворюється на тепло втрат. У реальному виробництві частина циклу лиття, яка справді потребує повного потоку, зазвичай становить лише 30–40 % загального часу циклу, тоді як решту часу система працює з низьким або нульовим ефективним виходом. Саме це й є фундаментальною причиною, чому сервогідравлічні силові установки забезпечують такі значні економії: мастило за запитом, швидкість за запитом.

Архітектура системи: узгодження сервомотора IE3 з внутрішньозубчастим насосом

Серцевиною сервогідравлічної силової установки LIFTHYDRAU є узгоджене керування двигуном і насосом. Асинхронний серводвигун класу ефективності IE3 забезпечує високу ефективність навіть у діапазоні часткового навантаження й працює разом із приводом для досягнення регулювання швидкості та крутного моменту за замкненим контуром. Порівняно з конструкціями зовнішнього зубчастого зачеплення внутрішньозубчастий насос має нижчу пульсацію витрати й вищу об’ємну ефективність, забезпечуючи стабільну подачу навіть на низьких швидкостях — що робить його високо сумісним із змінношвидкісним режимом роботи сервопривідних систем.

Коли машина переходить у фазу утримання тиску, швидкість сервомотора знижується до мінімальної, необхідної для підтримки тиску, відповідно зменшується витрата рідини насоса, і система більше не залежить від скидання тиску через перепускний клапан. Під час охолодження мотор наближається до стану спокою, а енергоспоживання — до нуля. Протягом усього циклу лиття під тиском потужність мотора динамічно відстежує фактичну криву навантаження замість роботи з постійною потужністю. Ця логіка керування є технічною основою для цифр економії в 50–60 %.

В’єтнамський сайт: лінія лиття корпусів побутової техніки

Виробник побутової техніки у В’єтнамі експлуатує цех лиття під тиском із кількома прес-формами з силою затискання близько 250 тонн, що в основному випускають барабани для пральних машин та корпуси кондиціонерів. До модернізації середнє споживання потужності гідравлічної системи на одну машину становило приблизно 18,5 кВт протягом 22 годин роботи на добу. Після встановлення сервогідравлічної силової установки LIFTHYDRAU середнє виміряне споживання потужності знизилося до 7,4 кВт — економія 60 %. На цьому підприємстві час охолодження займає порівняно велику частку циклу лиття під тиском, а значні втрати розвантаження традиційної системи під час охолодження були повністю усунуті. За місцевими промисловими тарифами на електроенергію річна економія на одну машину становить приблизно 42 000 юанів, термін окупності — менше 14 місяців. Температура мастила також помітно знизилася, що дозволило подовжити інтервал заміни гідравлічної рідини з 4000 до понад 8000 годин.

Туреччина, об’єкт: точне лиття автокомпонентів

Постачальник автомобільних компонентів у Туреччині експлуатує лінії лиття під тиском для виробництва внутрішніх кріпильних скоб і з’єднувачів із зусиллям затиску від 180 до 350 тонн. Існуюча на підприємстві система змінного насоса вимагала частого регулювання тиску й витрати рідини за умов точного лиття під тиском, а затримка реакції призводила до коливань маси виробів. Після встановлення сервогідравлічних силових блоків споживання енергії зменшилося на 52 %, а повторюваність процесу лиття значно покращилася. Польові дані показали, що середня потужність становила 21,3 кВт на одну машину потужністю 350 тонн до модернізації й знизилася до 10,2 кВт після неї. З огляду на вищі та більш нестабільні промислові тарифи на електроенергію в Туреччині економічна вигода від модернізації виявилася ще більшою. Після завершення модернізації першої машини-пілота підприємство поширило цей захід на всі 11 машин у цеху.

Мексиканське відділення: Великомасштабне лиття під тиском логістичних палет

Виробник пластмас у Мексиці виготовляє логістичні палети та багаторазові контейнери; сила затискання, як правило, перевищує 500 тонн — важкотоннажна робота з тривалим циклом. До модернізації середня потужність гідравлічної системи на одну машину досягала 34,7 кВт, а температура гідравлічної оливи постійно залишалася високою, що вимагало додаткового охолодження влітку. Після встановлення сервогідравлічних силових агрегатів LIFTHYDRAU середня потужність знизилася до 14,6 кВт — економія приблизно 58 %. У великих машин тривалі фази утримання тиску, і перевага сервосистеми в утриманні тиску на низьких швидкостях повністю реалізується. Температура оливи стабілізувалася в припустимому діапазоні, а споживання охолоджувальної води зменшилося приблизно на 35 %.

Загальні висновки з трьох об’єктів

На об’єктах у В’єтнамі, Туреччині та Мексиці економія постійно становила 50–60 % — не випадково. Енергетична структура гідравлічної системи машини для лиття під тиском визначає верхню межу ефекту модернізації, тоді як реальна економія залежить від початкової ефективності системи, частки часу утримання й охолодження в циклі та коефіцієнта навантаження машини. На всіх трьох об’єктах робота в режимі неповного потоку становила понад 60 % циклу лиття, що забезпечувало значний потенціал економії завдяки сервоприводам.

Примітно, що терміни окупності на всіх трьох проєктах залишалися в межах 12–20 місяців. Навіть без урахування продовження терміну служби мастила та зменшення споживання охолоджувальної води через нижчу температуру мастила, сама економія електроенергії виправдовує рішення про модернізацію. Для машин лиття під тиском сервогідравлічні силові агрегати перейшли від енергозберігаючого варіанта до стандартної конфігурації лінії.

Рекомендації щодо вибору та модернізації

Модернізація гідравлічних систем із застосуванням сервоприводів — це не проста заміна насоса та двигуна. Потрібно перевірити робочий тиск, криву витрати, об’єм бака й потужність системи охолодження оригінальної системи, щоб переконатися: характеристики вихідної потужності сервонасосного комплекту відповідають технологічному процесу лиття. Об’ємний ККД внутрішньозубчастого насоса на низьких обертах — ключовий показник, який безпосередньо визначає стабільність фази утримання. Параметри сервоприводу також потрібно налаштувати у взаємодії з контролером прес-машини, щоб забезпечити швидку реакцію тиску й витрати. Для майстерень із кількома машинами, що працюють паралельно, рекомендовано спочатку провести випробування на одній пілотній машині, щоб підтвердити дані щодо економії й узгодженості виготовлюваних деталей перед масштабним впровадженням.