Сервагідраўлічнае супраць звычайнага гідраўлічнага ліцця пад ціскам: параўнанне кошту за 5 гадоў

Чаму больш танная машына можа каштаваць даражэй

Кіраўнік ліцейнага завода ў горадзе Дунгуань толькі што замяніў састарэлы 250-тонны звычайны гідраўлічны прэс на зусім новы з такімі ж характарыстыкамі. Заменны прэс каштаваў менш за палову кошту эквівалентнага сервагідраўлічнага прэса. Праз васямнаццаць месяцаў рахунак за электраэнергію завода на ліцейным цэху быў на 6% вышэйшы, чым годам раней — звычайны прэс спажываў прыкметна больш энергіі, чым стары, які ён замяніў. Да канца трэцяга года сукупны кошт электраэнергіі для звычайнага прэса перавысіў прэмію ў цане эквівалентнага сервагідраўлічнага прэса, не ўлічваючы шум, патрэбу ў астуджэнні і інтэрвал замены алею. У рэшце рэшт, завод мадэрнізаваў існуючы прэс сервасістэмай, а не замяніў яго, і спажыванне энергіі знізілася ўдвая на працягу першага поўнага месяца.

Выбар паміж сервагідраўлічным і традыцыйным гідраўлічным ліццём пад ціскам — гэта не простае рашэнне па прынцыпе «новейшае — лепш». Гэта разлік агульнага кошту эксплуатацыі за 5 гадоў, які залежыць ад магутнасці машыны, профілю цыклу, колькасці гадзін працы і мясцовага кошту электраэнергіі. У гэтым артыкуле падрабязна разглядаецца гэты разлік: як насамрэч выглядае разрыў у спажыванні энергіі, як выглядае разрыў у абслугоўванні, дзе традыцыйная машына ўсё яшчэ акупляе сваю цану і як скласці лічбы для канкрэтнай устаноўкі.

Як звычайны гідраўлічны прэс выкарыстоўвае энергію

Звычайная гідраўлічная ліццёвая машына з фіксаванай помпай працуе ад электрарухавіка з пастаяннай хуткасцю, які звычайна падключаецца непасрэдна да электрасеткі без прывада са зменнай частатой. Рухавік прыводзіць у рух гідраўлічны помпа з фіксаваным аб'ёмам — звычайна пласціністы або аксіяльна-поршневы помпа — які забяспечвае пастаянны паток гідраўлічнай вадкасці пад ціскам, прапарцыйным нагрузцы. Распаўсюджвальныя клапаны машыны, прапарцыйныя клапаны і серварухаліны мадулююць паток і ціск у адпаведнасці з фазамі цыклу закрыцця формы, ўпырску, утрымання, пластыфікацыі і адкрыцця формы.

Рухавік працуе на поўнай хуткасці на працягу ўсяго цыклу, нават калі гідраўлічная патрабаванне нізкае. Падчас фазы ўтрымання — калі дэталі патрэбна толькі частка пікавага патоку для падтрымання ціску ў поласці — лішні паток пераходзіць праз перапускны клапан назад у рэзервуар, рассейваючы энергію ў выглядзе цяпла. Падчас фазы астуджэння — калі гідраўлічны паток зусім не патрэбны, за выключэннем невялікай колькасці заціскной магутнасці — помпа ўсё яшчэ круціцца на поўнай хуткасці, усё яшчэ спажываючы поўную магутнасць, а перапускны клапан усё яшчэ скідае лішні паток. Гэта структурная неэфектыўнасць сістэмы з фіксаваным помпам: рухавік і помпа працуюць у адной рабочай кропцы, і любая неадпаведнасць паміж гэтай кропкай і фактычным гідраўлічным патрабаваннем губляецца ў выглядзе цяпла.

Само цяпло не бясплатнае. Гідраўлічны алей павінен астуджацца, каб падтрымліваць глейкасць і прадухіліць акісленне, што азначае, што асобны алейны радыятар (з вадзяным або паветраным астуджэннем) працуе бесперапынна, спажываючы дадатковую магутнасць. Патрабаванні да астуджэння для звычайнага прэса магутнасцю 250 тон пры тэмпературы навакольнага асяроддзя 30 °C значныя — звычайна ў дыяпазоне 15–25 % ад спажыванай магутнасці машыны пры трохзменнай працы.

Як сервагідраўлічная сістэма выкарыстоўвае магутнасць

Сервагідраўлічная сістэма замяняе рухавік з пастаяннай хуткасцю серварухавіком са зменнай хуткасцю — звычайна сінхронным рухавіком з пастаяннымі магнітамі (PMSM) — які прыводзіцца ў рух прывадам са зменнай частатой (VFD). Сервапрывад кіруе хуткасцю рухавіка ў адпаведнасці з гідраўлічным запытам у рэжыме рэальнага часу. Калі цыкл знаходзіцца ў фазе высокага патоку (закрыццё формы, ўпырск, пластыфікацыя), хуткасць рухавіка паніжаецца да высокай. Калі цыкл знаходзіцца ў фазе нізкага патоку (утрыманне, астуджэнне), хуткасць рухавіка зніжаецца да нізкай, якая толькі адпавядае фактычнаму гідраўлічнаму запыту. Калі цыкл знаходзіцца ў стане спакою (без руху), рухавік можа цалкам спыніцца або працаваць з хуткасцю, блізкай да нуля.

У выніку сервагідраўлічная машына спажывае толькі тую магутнасць, якая ёй неабходная для кожнай фазы цыклу. Рухавік працуе не з пастаяннай хуткасцю, помпа не перапускае лішні паток, і цеплааддача ад байпаснага клапана, якая вызначае неэфектыўнасць традыцыйнага прэса, у значнай ступені ліквідуецца.Бош Рэксрот, Юкен, і іншыя вытворцы гідраўлічных сістэм публікуюць інструкцыі па ўжыванні з вымеранымі параўнаннямі спажывання энергіі сервапрывадамі і фіксаванымі помпамі; тыповы дыяпазон апублікаваных дадзеных складае 40-80% зніжэнне энергіі на дэталях са значнымі фазамі вытрымкі і астуджэння і 20-40% зніжэнне на дэталях з больш кароткімі фазамі вытрымкі і астуджэння.

Эканомія неаднастайная на працягу ўсяго цыклу. Найбольшая эканомія назіраецца на фазе астуджэння (самая працяглая фаза з нізкім спажываннем у большасці цыклаў), другая па велічыні — на фазе ўтрымання, а найменшая — на фазе ўпырску (дзе неабходны пікавы паток, і сервасістэма таксама працуе на піку). Пры тыповым прэсаванні дэталі з АБС-пластыку масай 200 г пад ціскам 250 тон з цыклам 25 секунд фаза астуджэння складае прыкладна 50 % цыклу, фаза ўтрымання — 15 %, фазы ўпырску і пластыфікацыі — 25 %, а фазы адкрыцця/закрыцця — 10 %. Фаза астуджэння — гэта тое, на чым сервамашына дае найбольшую эканомію.

Сервапрывад Premium: капітальныя выдаткі супраць эксплуатацыйных выдаткаў

Сервагідраўлічная машына для ліцця пад ціскам звычайна каштуе на 30–60% даражэй, чым эквівалентная звычайная машына таго ж танажу і памеру порцыі. Дакладная прэмія залежыць ад вытворцы машыны, пастаўшчыка сервасістэмы і спецыфікацыі машыны. Для тыповага 250-тоннага прэса прэмія за сервасістэму на сучасным рынку складае пяцізначную прыбаўку — значная, але не рэвалюцыйная для кіраўніка завода, які ацэньвае пакупку.

Прэмія кампенсуецца за кошт эканоміі энергіі. Каб вызначыць лічбу акупнасці, патрэбныя тры ўваходныя дадзеныя: эканомія энергіі на цыкл, колькасць цыклаў за змену і кошт электраэнергіі. Вікслінейка прадуктаў серварухмысканфігураваны для сервасістэм на аснове пласціністыя помпы для ліцця пад ціскам, з эканоміяй энергіі на ўзроўні сістэмы ў апублікаваным дыяпазоне. Для 250-тоннай машыны з 25-секундным цыклам, якая працуе 6000 гадзін у год (прыкладна ў дзве змены бесперапынна), гадавая эканомія электраэнергіі знаходзіцца ў значным дыяпазоне — дастаткова вялікай, каб пакрыць прэмію за сервасістэму на працягу першых 18–36 месяцаў эксплуатацыі, у залежнасці ад мясцовага тарыфу на электраэнергію.

Навіны пра пластмасыіТэхналогія пластмасапублікавалі шматгадовыя дадзеныя апытанняў, якія паказваюць, што сервагідраўлічныя машыны цяпер дамінуюць у продажах новых прэсаў магутнасцю ад 50 да 800 тон у Паўночнай Амерыцы, Еўропе і Усходняй Азіі, прычым звычайныя прэсы ўсё часцей выкарыстоўваюцца для канкрэтных высокатанажных і спецыялізаваных задач. Зрух рынку сам па сабе сведчыць аб акупнасці: калі б прэмія за сервагідраўлічныя машыны не аднавілася на працягу 3 гадоў, рынак бы не змяніўся.

Тэхнічнае абслугоўванне: дзе дзве сістэмы разыходзяцца

Профіль тэхнічнага абслугоўвання сервагідраўлічнай сістэмы адрозніваецца ад звычайнага прэса ў трох аспектах.

Па-першае, сам серварухавік патрабуе менш тэхнічнага абслугоўвання, чым асінхронны рухавік эквівалентнай магутнасці — няма шчотак, няма кантактных кольцаў, а ротар з пастаяннымі магнітамі не патрабуе току ўзбуджэння. Частотны пераўтваральнік мае свой уласны профіль тэхнічнага абслугоўвання (вентылятары астуджэння, электралітычныя кандэнсатары з тэрмінам службы 8–12 гадоў), але актыўныя кампаненты самога рухавіка разлічаны на працяглы тэрмін службы без неабходнасці планавага тэхнічнага абслугоўвання.

Па-другое, гідраўлічны помпа ў сервасістэме працуе са зменнай хуткасцю і, як правіла, з меншай сярэдняй частатой кручэння ў хвіліну, чым фіксаваная помпа на звычайным прэсе. Ніжэйшая сярэдняя хуткасць кручэння ў хвіліну азначае меншы знос падшыпнікаў, меншую цеплавую нагрузку і большы тэрмін службы ўшчыльнення. Палявыя дадзеныя апублікаваныяТэхналогія вырабу прэс-формаўі розныя пастаўшчыкі гідраўлічных помпаў паслядоўна паказваюць, што тэрмін службы пласціністыя помпы з пераменнай хуткасцю значна даўжэйшы, чым у такіх жа пласціністыя помпы з фіксаванай хуткасцю на параўнальным прэсе.

Па-трэцяе, алейны радыятар на сервагідраўлічным прэсе працуе менш бесперапынна, бо зніжаецца цеплааддача байпаснага клапана. Вентылятар радыятара або помпа астуджальнай вады цыклічна ўключаюць і выключаюць сябе ў залежнасці ад фактычнай тэмпературы алею, а не працуюць бесперапынна. Меншы час працы радыятара азначае меншы аб'ём абслугоўвання радыятара і меншае паразітнае спажыванне электраэнергіі сістэмай астуджэння.

Звычайны прэс, наадварот, мае большы знос падшыпнікаў рухавіка і помпы, часцейшую замену ўшчыльняльнікаў і больш высокую тэрмічную нагрузку на алей, што паскарае акісленне алею і скарачае інтэрвал замены алею. На трохзменным звычайным прэсе інтэрвал замены алею звычайна складае 4000 гадзін; на сервагідраўлічным прэсе пры тым жа працоўным цыкле інтэрвал павялічваецца да 6000–8000 гадзін. Кошт алею на працягу 5-гадовага перыяду значны — прэс магутнасцю 250 тон змяшчае 400–600 літраў гідраўлічнага алею, і кошт алею плюс кошт утылізацыі пры кожнай замене на многіх рынках складае чатырохзначную суму.

Шум і працоўнае асяроддзе

Звычайны прэс бесперапынна працуе на поўнай хуткасці, ствараючы стабільны акустычны сігнал у дыяпазоне 78–85 дБ(А) на станцыі аператара. Сервагідраўлічны прэс зніжае хуткасць рухавіка і помпы падчас фаз чакання і астуджэння, значна зніжаючы ўзровень шуму ад гідраўлічнай сістэмы. Агульны шум машыны зніжаецца да дыяпазону 65–72 дБ(А), што з'яўляецца розніцай паміж узроўнем шуму, які патрабуе абароны слыху пры ўздзеянні на працягу ўсёй змены, і ўзроўнем, які знаходзіцца на парозе нарматыўнай мяжы.

Зніжэнне шуму не з'яўляецца прамой эканоміяй выдаткаў, але гэта рэальная перавага на рынках са строгімі правіламі адносна прафесійнага шуму (Дырэктыва ЕС па бяспецы працы 2003/10/EC, OSHA 29 CFR 1910.95 ЗША, GBZ 2.2 Кітая), дзе звычайны друкарскі станок патрабуе абароны слыху для аператараў. Выдаткі на абарону слыху, аўдыяметрычнае тэставанне і інфраструктуру кантролю шуму на вытворчасці звычайна не ўлічваюцца пры разліку акупнасці толькі за кошт энергіі, але гэта рэальныя выдаткі на 5-гадовы перыяд.

Дакладнасць і паўтаральнасць

Сервагідраўлічная сістэма мае перавагу ў дакладнасці, якая не заўсёды адлюстроўваецца ў разліку акупнасці энергіі, але адлюстроўваецца ў ўзроўні браку. Замкнёнае кіраванне ціскам з дапамогай датчыка ціску і помпы са зменнай хуткасцю падтрымлівае ціск у палаце ў больш вузкіх межах, чым сістэма з фіксаванай помпай і прапарцыйнымі клапанамі. На дэталях з жорсткімі допускамі — аптычных, медыцынскіх, упаковачных — паляпшэнне ўзроўню браку можа акупіць прэмію сервагідраўлічнай сістэмы на працягу 5 гадоў, незалежна ад эканоміі энергіі.

Таварыства інжынераў па пластмасахпублікуе тэхнічныя артыкулы па дакладнасці сервагідраўлічнага ліцця пад ціскам, у тым ліку дадзеныя аб змяненні вагі ад стрэлу да стрэлу і паўтаральнасці памераў. Апублікаваная перавага ў дакладнасці невялікая на дэталях з паслабленымі допускамі (звычайна зніжэнне змянення вагі ад стрэлу да стрэлу на 10-20%) і значная на дэталях з жорсткімі допускамі (зніжэнне на 30-50%).

Дзе звычайная гідраўліка ўсё яшчэ перамагае

Традыцыйны гідраўлічны прэс з фіксаваным помпай не састарэў. Тры катэгорыі прымянення ўсё яшчэ аддаюць яму перавагу.

• Вельмі буйнатанажныя машыны (больш за 1500 тон).Прэмія сервасістэмы павялічваецца прыкладна лінейна з магутнасцю рухавіка; пры вельмі вялікай магутнасці абсалютная прэмія сервасістэмы становіцца настолькі вялікай, што тэрмін акупнасці павялічваецца. Некаторыя спецыялізаваныя прымянення з вялікай магутнасцю таксама патрабуюць пэўных дынамічных характарыстык, якія сістэма са зменнай хуткасцю не забяспечвае гэтак жа выразна, як сістэма з фіксаваным помпай і вялікім акумулятарам.
• Доўгацыклічныя бесперапынныя прымяненні.Калі прэс выконвае 90-секундны цыкл на таўстасценнай дэталі з працяглай фазай вытрымкі і бесперапыннай працай у тры змены, сервамашына ўсё роўна эканоміць энергію, але эканомія амартызуецца за меншую колькасць цыклаў у год. Тэрмін акупнасці павялічваецца, і звычайны станок становіцца больш канкурэнтаздольным.
• Усталёўкі з абмежаваным капіталам.Завод з абмежаваным капітальным бюджэтам і кароткім гарызонтам інвестыцый можа рацыянальна выбраць звычайны прэс, зыходзячы толькі з капітальных выдаткаў, асабліва калі мясцовы кошт электраэнергіі нізкі.

Па-за гэтымі трыма катэгорыямі, сервагідраўлічная сістэма з'яўляецца дамінуючым выбарам зыходзячы з агульнага кошту валодання за 5 гадоў. Рынкавыя дадзеныя пацвярджаюць гэта: доля сервагідраўлічных сістэм сярод новых прэсаў складае большасць у большасці рэгіёнаў і большасці класаў танажу, за выключэннем вышэйзгаданых спецыялізаваных прымяненняў для вялікай танажу.

Складанне 5-гадовага працоўнага ліста па валавым утрыманні маёмасці

Параўнанне агульнага кошту эксплуатацыі сервагідраўлічнага і звычайнага прэсаў за 5 гадоў складаецца з чатырох кампанентаў выдаткаў: капітал, энергія, тэхнічнае абслугоўванне і брак/час прастою. Кожны з іх разлічваецца па-рознаму.

Капітальныя выдаткі — гэта кошт пакупкі машыны плюс выдаткі на ўстаноўку, дастаўку, навучанне і ўвод у эксплуатацыю. Прэмія за сервапрывад — гэта розніца паміж капітальнымі выдаткамі дзвюх машын.

Кошт энергіі — гэта сукупная колькасць кВт·г за 5 гадоў, памножаная на мясцовы тарыф на электраэнергію. Эканомія энергіі сервапрэсам — гэта розніца паміж энергіяй звычайнага прэса і энергіяй сервапрэса за той жа перыяд.

Кошт тэхнічнага абслугоўвання — гэта сукупны кошт дэталяў і працы за 5 гадоў. Серварамашына звычайна патрабуе менш тэхнічнага абслугоўвання, звязанага з помпай, радзейшай замены алею і радзей абслугоўвання радыятара. У звычайнай машыны падшыпнікі рухавіка і помпы зношваюцца вышэй, а расход алею вышэйшы.

Кошт браку і прастою — гэта кошт дэталяў, адбракаваных, і кошт прадукцыі, страчанай падчас незапланаваных прастояў. Серварамашына мае больш жорсткі кантроль ціску і ніжэйшы ўзровень браку; звычайная машына мае больш высокі ўзровень браку на дэталях з жорсткімі допускамі, але не мае недахопаў на дэталях са свабоднымі допускамі.

5-гадовая чыстая эканомія ад сервамашыны — гэта сума эканоміі энергіі плюс эканомія на тэхнічным абслугоўванні плюс эканомія на браке/прастоі за вылікам прэміі за сервамашыну. Калі вынік станоўчы, перамагае сервамашына. Калі адмоўны, перамагае звычайная машына на 5-гадовым гарызонце.

Структура прыняцця рашэнняў: пяць пытанняў, якія трэба задаць перад тым, як рабіць высновы

Для канкрэтнай устаноўкі рашэнне аб тым, які сервапрывад або звычайны, можна скараціць да пяці пытанняў.

1. Які профіль цыклу?Працяглыя фазы вытрымкі і астуджэння спрыяюць сервапрываду. Кароткія цыклы з высокім расходам на працягу ўсяго цыклу спрыяюць звычайнаму прываду або сервапрываду, прычым розніца невялікая.
2. Які графік працы?Бесперапынная трохзменная праца павялічвае эканомію энергіі. Адназменная праца з працяглымі перыядамі прастою зніжае эканомію, бо прэс выключаны большую частку дня.
3. Які кошт мясцовай электраэнергіі?Рынкі з высокімі тарыфамі (Еўропа, Японія, значная частка Усходняй Азіі) паскараюць акупнасць. Рынкі з нізкімі тарыфамі (некаторыя часткі Блізкага Усходу, Паўночная Амерыка з багатымі запасамі прыроднага газу) запавольваюць акупнасць.
4. Што такое дапушчальная таўшчыня дэталі?Дэталі з жорсткімі допускамі (медыцынскія, аптычныя, некаторыя віды ўпакоўкі) павялічваюць перавагу сервапрывадаў за кошт зніжэння колькасці браку. Дэталі з паслабленымі допускамі нейтралізуюць гэты кампанент эканоміі.
5. Што такое абмежаванне капіталу?Калі прэмія за капітал не можа быць прафінансавана па разумнай стаўцы, тэрмін акупнасці мае значэнне, нават калі эканамічныя паказчыкі праекта станоўчыя.

Для тыповага 250-тоннага прэса з 25-секундным цыклам, які працуе ў дзве змены бесперапынна на рынку з умеранымі тарыфамі, акупнасць складае ад 18 да 36 месяцаў. Для 100-тоннага прэса з 12-секундным цыклам, які працуе ў адну змену на рынку з нізкімі тарыфамі, акупнасць можа складаць 4 гады і больш. Вікспрацоўны ліст акупнасці праектаулічвае ўсе пяць зменных і дае рэкамендацыю па канкрэтным праекце.

Часта задаваныя пытанні: Сервапрывад супраць звычайнага гідраўлічнага ліцця пад ціскам