Servo vökvastýrð sprautumótun samanborið við hefðbundna vökvastýrða sprautumótun: Kostnaðarsamanburður yfir 5 ár

Af hverju ódýrari vélin getur kostað meira

Verksmiðjustjóri í Dongguan hafði nýlega skipt út gamalli 250 tonna hefðbundinni vökvapressu fyrir glænýja með sömu forskrift. Nýja pressan kostaði minna en helminginn af verði sambærilegrar servó-vökvapressu. Átján mánuðum síðar var rafmagnsreikningur verksmiðjunnar á mótunargólfinu 6% hærri en árið áður — hefðbundna pressan notaði mun meiri orku en sú eldri sem hún hafði skipt út. Í lok þriðja árs hafði uppsafnaður rafmagnskostnaður hefðbundinnar pressu farið yfir verðið á sambærilegri servópressu, áður en tekið var tillit til hávaða, kæliþarfar og olíuskiptatímabila. Að lokum setti verksmiðjan servókerfi upp í núverandi pressu í stað þess að skipta henni út — og orkunotkunin minnkaði um helming á fyrsta heila mánuðinum.

Valið á milli servó-vökvastýrðrar og hefðbundinnar vökvasprautunar er ekki einföld ákvörðun sem felst í því að „nýrra er betra“. Þetta er útreikningur á heildarkostnaði yfir fimm ár sem fer eftir stærð vélarinnar, framleiðsluferli, rekstrartíma og rafmagnskostnaði á staðnum. Þessi grein fer ítarlega í gegnum þennan útreikning — hvernig orkumunurinn lítur út í raun og veru, hvernig viðhaldsmunurinn lítur út, hvar hefðbundin vél fær enn ávinning sinn og hvernig á að setja saman tölurnar fyrir tiltekna uppsetningu.

Hvernig hefðbundin vökvapressa notar orku

Hefðbundin vökvasprautuvél með föstum dælum knýr rafmótor á föstum hraða, venjulega tengdan beint við rafmagn án breytilegs tíðnistýris. Mótorinn knýr vökvadælu með föstum slaghraða — venjulega blöðudælu eða ásdælu með stimpil — sem skilar stöðugum flæði vökva við þrýsting sem er í réttu hlutfalli við álagið. Stefnustýringarlokar vélarinnar, hlutfallslokar og servólokar stjórna flæði og þrýstingi til að passa við lokun mótsins, sprautun, hald, mýkingu og opnun mótsins í ferlinu.

Mótorinn gengur á fullum hraða allan tímann, jafnvel þegar vökvaþörfin er lítil. Á geymslustiginu — þegar hlutinn þarfnast aðeins brots af hámarksflæðinu til að viðhalda þrýstingi í holrýminu — er umframflæðinu leitt fram hjá í gegnum öryggisloka aftur í tankinn og orkunni losað sem varmi. Á kælingarstiginu — þegar engin vökvaflæði er nauðsynleg nema fyrir lítið magn af klemmumagni — snýst dælan enn á fullum hraða, dregur enn fullt afl, og framhjáventillinn losar enn umframflæðið. Þetta er byggingarleg óhagkvæmni fastdælukerfis: mótorinn og dælan ganga á einum rekstrarpunkti og öll ósamræmi milli þess punkts og raunverulegrar vökvaþarfar tapast sem varmi.

Hitinn sjálfur er ekki ókeypis. Kæla þarf vökvaolíuna til að viðhalda seigju og koma í veg fyrir oxun, sem þýðir að sérstakur olíukælir (vatnskældur eða loftkældur) er í gangi stöðugt og dregur úr aukaafli. Kæliþörfin á hefðbundinni 250 tonna pressu í 30°C umhverfishita er umtalsverð — venjulega á bilinu 15–25% af rafmagnsinntöku vélarinnar í þriggja vakta vinnslu.

Hvernig servó-vökvakerfi notar orku

Servó-vökvakerfi kemur í staðinn fyrir mótor með stöðugum hraða fyrir servómótor með breytilegum hraða — yfirleitt samstilltan mótor með varanlegum segli (PMSM) — sem er knúinn af breytilegri tíðnistýringu (VFD). Servóstýringin stýrir hraða mótorsins til að passa við vökvaþörfina í rauntíma. Þegar hringrásin er í háflæðisfasa (mótlokun, innspýting, plastun) hækkar mótorinn í háan hraða. Þegar hringrásin er í lágflæðisfasa (bið, kæling) lækkar mótorinn niður í lágan hraða sem rétt uppfyllir raunverulega vökvaþörfina. Þegar hringrásin er í kyrrstöðu (engin hreyfing) getur mótorinn stöðvast alveg eða gengið á næstum núllhraða.

Niðurstaðan er sú að servóvökvavélin dregur aðeins þá orku sem hún þarf fyrir hvert stig hringrásarinnar. Mótorinn gengur ekki á föstum hraða, dælan fer ekki framhjá umframflæði og varmadreifing hjáveitulokans sem einkennir óhagkvæmni hefðbundinnar pressu er að mestu leyti útrýmt.Bosch Rexroth, Júkanog aðrir framleiðendur vökvakerfa birta notkunarleiðbeiningar með samanburði á mældri orkunotkun servódælna samanborið við fasta dælu; dæmigert bil yfir birt gögn er 40–80% orkusparnaður á hlutum með veruleg geymslu- og kælingarfasa og 20–40% minnkun á hlutum með styttri geymslu- og kælingarfasa.

Sparnaðurinn er ekki jafn yfir alla hringrásina. Mestur sparnaður er á kælingarfasanum (lengsti lágþarfafasinn í flestum hringrásum), næststærstur á biðfasanum og minnstur á innspýtingarfasanum (þar sem hámarksflæði er nauðsynlegt og servókerfið er einnig í gangi á hámarki). Í dæmigerðri 250 tonna pressu sem mótar 200 g ABS hluta með 25 sekúndna hringrás er kælingarfasinn um það bil 50% af hringrásinni, biðfasinn 15%, innspýting og mýkingarfasinn 25% og opnunar-/lokunarfasinn 10%. Í kælingarfasanum sparar servóvélin mest.

Servo-álagið: Fjárfestingarkostnaður vs. rekstrarkostnaður

Vökvastýrð sprautumótunarvél kostar venjulega 30–60% meira en sambærileg hefðbundin vél af sömu tonnastærð og skotstærð. Nákvæmt verð fer eftir vélasmið, birgja servókerfisins og forskrift vélarinnar. Fyrir dæmigerða 250 tonna pressu er servóverðið á núverandi markaði fimm stafa hækkun - þýðingarmikið en ekki umbreytandi fyrir verksmiðjustjóra sem metur kaupin.

Ávinningurinn fæst með orkusparnaði. Til að geta metið ávinninginn þarf þrjá þætti: orkusparnað á hverja lotu, lotur á hverja vakt og rafmagnskostnað. Vicks-kerfiðvörulína fyrir servókerfier stillt fyrir servókerfi sem byggja á blöðudælum í sprautumótun, með orkusparnaði á kerfisstigi innan birtra marka. Fyrir 250 tonna vél á 25 sekúndna hringrás sem keyrir 6.000 klukkustundir á ári (um það bil tvær vaktir samfellt), fellur árlegur rafmagnssparnaður innan marktæks marks - nógu mikill til að endurgreiða servóálagið innan fyrstu 18–36 mánaða rekstrar, allt eftir staðbundnum rafmagnsverðskrám.

Fréttir um plastogPlasttæknihafa birt könnunargögn frá mörgum árum sem sýna að servó-vökvapressur eru nú ráðandi í sölu nýrra pressa í þyngdarflokknum 50 til 800 tonna í Norður-Ameríku, Evrópu og Austur-Asíu, þar sem hefðbundnar pressur eru í auknum mæli takmarkaðar við sérstök stór og sérhæfð verkefni. Þessi breyting á markaðnum er í sjálfu sér vísbending um endurgreiðslustærðfræðina: ef servó-álagið hefði ekki náð sér á strik á þriggja ára tímabili, hefði markaðurinn ekki breyst.

Viðhald: Þar sem kerfin tvö greina sig

Viðhaldsprófíl servó-vökvakerfis er frábrugðið hefðbundinni pressu á þremur sviðum.

Í fyrsta lagi þarf servómótorinn sjálfur minna viðhald en rafmótor með sambærilegri afköst — engir burstar, engir rennihringir og varanlegi segulrotorinn þarfnast ekki örvunarstraums. VFD-breytirinn hefur sína eigin viðhaldsuppsetningu (kæliviftur, rafgreiningarþéttar með 8–12 ára endingartíma), en virku íhlutirnir í mótornum sjálfum eru hannaðir fyrir langan endingartíma án reglubundins viðhalds.

Í öðru lagi gengur vökvadælan í servókerfi á breytilegum hraða og yfirleitt á lægri meðalhraða en fast dæla á hefðbundinni pressu. Lægri meðalhraða þýðir minni slit á legum, minni hitahringrás og lengri endingartíma þéttinga. Gögn birt á vettvangi afMótgerðartækniog ýmsir birgjar vökvadæla sýna stöðugt að vængeldælur í breytilegum hraða hafa mun lengri endingartíma en sama vængeldæla í föstum hraða í sambærilegri pressu.

Í þriðja lagi gengur olíukælirinn á servó-vökvapressu minna stöðugt vegna þess að varmaleiðsla hjáveitulokans er minni. Kæliviftan eða kælivatnsdælan kveikir og slokknar á sér í hringrás miðað við raunverulegt olíuhitastig frekar en að ganga stöðugt. Styttri keyrslutími kælisins þýðir minni viðhald kælisins og minni rafmagnsnotkun frá kælikerfinu.

Hefðbundin pressa hefur hins vegar meira slit á legum mótor og dælu, tíðari skipti á þéttum og meiri hitauppstreymi á olíuna sem flýtir fyrir oxun olíu og styttir olíuskiptatímann. Í þriggja vakta hefðbundinni pressu er olíuskiptatímið yfirleitt 4.000 klukkustundir; í servóvökvapressu með sama rekstrarhlutfalli nær tímabilið í 6.000–8.000 klukkustundir. Olíukostnaðurinn yfir 5 ára tímabilið er umtalsverður — 250 tonna pressa rúmar 400–600 lítra af vökvaolíu og olían ásamt förgunarkostnaði við hverja skiptingu er fjögurra stafa liður á mörgum mörkuðum.

Hávaði og vinnuumhverfi

Hefðbundin pressa keyrir mótor og dælu á fullum hraða samfellt og myndar stöðugan hljóðeinkenni á bilinu 78–85 dB(A) við stjórnstöðina. Servó-vökvapressan lækkar hraða mótorsins og dælunnar á meðan á stöðvun og kælingu stendur, sem dregur verulega úr hávaðaframlagi frá vökvakerfinu. Heildarhávaði vélarinnar lækkar niður í 65–72 dB(A), sem er munurinn á hávaðastigi sem krefst heyrnarvarna við fulla vinnutíma og hávaðastigi sem er við mörk reglugerðar.

Hávaðaminnkunin er ekki bein sparnaður, en hún er raunverulegur ávinningur á mörkuðum með strangar reglur um hávaða á vinnustað (ESB OSH-tilskipun 2003/10/EB, US OSHA 29 CFR 1910.95, China GBZ 2.2) þar sem hefðbundin pressa krefst heyrnarvarna fyrir starfsmenn. Kostnaður við heyrnarvarna, heyrnarmælingar og hávaðavarnarinnviði á verksmiðjugólfinu er venjulega ekki tekinn með í útreikningum á orkunýtingu eingöngu - en það er raunverulegur kostnaður á 5 ára tímabili.

Nákvæmni og endurtekningarhæfni

Servo-vökvakerfið hefur nákvæmnisforskot sem kemur ekki alltaf fram í útreikningum á orkuendurgreiðslu en birtist í úrgangshraðanum. Lokuð þrýstistýring með þrýstiskynjara og dælu með breytilegum hraða heldur þrýstingi í holrýminu innan þrengri marka en fast dælukerfi með hlutfallslegum lokum. Á hlutum með þröng vikmörk - sjón-, læknisfræðilegum og umbúðahlutum - getur aukningin í úrgangshraða ein og sér greitt fyrir servóálagið yfir 5 ára tímabil, óháð orkusparnaði.

Félag plastverkfræðingabirtir tæknilegar greinar um nákvæmni servó-vökva sprautumótunar, þar á meðal þyngdarbreytingar milli skota og endurtekningarhæfni víddar. Nákvæmnisforskotið sem birt er er lítið á hlutum með slakar vikmörk (venjulega 10–20% minnkun á breytingum milli skota) og marktækt á hlutum með þröng vikmörk (30–50% minnkun).

Þar sem hefðbundin vökvakerfi enn vinnur

Hefðbundin vökvapressa með föstum dælum er ekki úrelt. Þrír notkunarflokkar eru enn til staðar til að styðja hana.

• Mjög stórar vélar (yfir 1.500 tonn).Álagið á servókerfið breytist nokkurn veginn línulega með afli mótorsins; við mjög stóra geymslurými verður algert álag á servókerfið nógu hátt til að endurgreiðslutíminn lengist. Sum sérhæfð forrit við stóra geymslurými krefjast einnig sérstakra eiginleika sem breytilegt hraðakerfi skilar ekki eins hreinum og fastdælukerfi með stórum safnara.
• Langtíma, samfelld notkun.Ef pressan keyrir 90 sekúndna hringrás á þykkveggjahluta með löngum biðtíma og samfelldri þriggja vakta vinnslu, sparar servóvélin samt orku en sparnaðurinn greiðist upp á færri hringrásum á ári. Endurgreiðslutíminn lengist og hefðbundin vél verður samkeppnishæfari.
• Uppsetningar með takmarkað fjármagn.Verksmiðja með takmarkaðan fjárfestingarfjárhagsáætlun og stuttan fjárfestingartíma gæti skynsamlega valið hefðbundna pressu eingöngu út frá fjárfestingarkostnaði, sérstaklega ef rafmagnskostnaður á staðnum er lágur.

Fyrir utan þessa þrjá flokka er servó-vökvakerfi ríkjandi kostur miðað við 5 ára heildarkostnað eignarhalds. Markaðsgögn staðfesta þetta: servóhlutdeild nýrra pressuuppsetninga er meirihluti á flestum svæðum og í flestum tonnaflokkum, að undanskildum sérhæfðum forritum með mikla þyngd sem getið er hér að ofan.

Að búa til 5 ára heildarkostnaðaráætlun

Fimm ára samanburður á heildarkostnaði við eignarhald á milli servóvökvapressu og hefðbundinnar pressu hefur fjóra kostnaðarþætti: fjármagn, orku, viðhald og úrgang/niðurtíma. Hver hluti er reiknaður á annan hátt.

Fjárfestingarkostnaðurinn er kaupverð vélarinnar auk uppsetningar, flutnings, þjálfunar og gangsetningar. Servóálagið er mismunurinn á fjármagnskostnaði vélanna tveggja.

Orkukostnaðurinn er uppsafnaður kWh yfir 5 ár, margfaldaður með staðbundnu rafmagnsgjaldi. Orkusparnaður servóvélarinnar er mismunurinn á orku hefðbundinnar pressu og orku servópressunnar yfir sama tímabil.

Viðhaldskostnaðurinn er samanlagður kostnaður við varahluti og vinnu yfir 5 ár. Servóvélin hefur yfirleitt minna viðhald tengt dælunni, lægri olíuskipti og minna viðhald á kælinum. Hefðbundin vél hefur meira slit á legum á mótor og dælu og meiri olíunotkun.

Úrgangs- og niðurtímakostnaður er verðmæti úrgangshluta og verðmæti framleiðslutaps við ófyrirséðan niðurtíma. Servóvélin hefur strangari þrýstistýringu og lægri úrgangshlutfall; hefðbundin vél hefur hærra úrgangshlutfall á hlutum með þröng vikmörk en engan ókost á hlutum með slakari vikmörkum.

Nettósparnaður servóvélarinnar yfir 5 ár er summa orkusparnaðarins ásamt viðhaldssparnaði ásamt sparnaði vegna úrgangs/niðurtíma, að frádregnum servóálagi. Ef niðurstaðan er jákvæð, þá vinnur servóvélin. Ef hún er neikvæð, þá vinnur hefðbundna vélin á 5 ára tímabili.

Ákvörðunarramminn: Fimm spurningar sem þarf að spyrja áður en tilgreint er

Fyrir tiltekna uppsetningu er hægt að stytta ákvörðunina um hvort servó eða hefðbundinn sé notaður í fimm spurningar.

1. Hver er hringrásarprófíllinn?Langar geymslu- og kælingarlotur eru hagstæðari fyrir servó. Stuttar lotur með mikilli flæðisþörf eru hagstæðari fyrir hefðbundna eða servó með litlum mun.
2. Hver er rekstraráætlunin?Samfelld þriggja vakta rekstur eykur orkusparnaðinn. Ein vakta rekstur með löngum aðgerðaleysi dregur úr sparnaðinum þar sem prentvélin er slökkt stærstan hluta dagsins.
3. Hver er rafmagnskostnaðurinn á staðnum?Hátollmarkaðir (Evrópa, Japan, stór hluti Austur-Asíu) flýta fyrir endurgreiðslunni. Lágtollmarkaðir (hlutar Mið-Austurlanda, Norður-Ameríka með miklu jarðgasi) hægja á endurgreiðslunni.
4. Hver er þolmörk hlutans?Hlutir með þröngt þol (lækningatæki, sjóntæki, ákveðnar umbúðir) auka servóforskot með minni úrgangi. Hlutir með slakari þolmörkum hlutleysa þennan þátt sparnaðarins.
5. Hver er fjármagnsþvingunin?Ef ekki er hægt að fjármagna iðgjaldið á sanngjörnum vöxtum skiptir endurgreiðslutíminn máli, jafnvel þótt hagfræði verkefnisins sé jákvæð.

Fyrir dæmigerða 250 tonna pressu á 25 sekúndna lotu sem keyrir tvær vaktir samfellt á markaði með miðlungs háum tollum er endurgreiðslutími á bilinu 18–36 mánuðir. Fyrir 100 tonna pressu á 12 sekúndna lotu sem keyrir eina vakt á markaði með lágum tollum getur endurgreiðslutími náð 4 árum eða lengur.vinnublað um endurgreiðslu verkefnisinsfelur í sér allar fimm breyturnar og framleiðir verkefnissértæka tillögu.

Algengar spurningar: Servo vs. hefðbundin vökvainnspýtingarmótun