Серво гидравликалық және дәстүрлі гидравликалық инъекциялық қалыптау: 5 жылдық шығындарды салыстыру

Неліктен арзан машина қымбатырақ болуы мүмкін

Дунгуаньдағы қалыптау зауытының менеджері ескірген 250 тонналық дәстүрлі гидравликалық прессті дәл осындай сипаттамадағы жаңасымен ауыстырды. Алмастырушы пресстің құны баламалы серво-гидравликалық машинаның жартысынан да арзан болды. Он сегіз айдан кейін зауыттың қалыптау еденіндегі электр энергиясына төлемі алдыңғы жылмен салыстырғанда 6%-ға жоғары болды - дәстүрлі пресс ауыстырылған ескісіне қарағанда айтарлықтай көп қуат тұтынды. Үшінші жылдың соңына қарай дәстүрлі пресстің жиынтық электр энергиясының құны шуды, салқындату сұранысын және май ауыстыру аралығын ескермес бұрын баламалы серво машинаның бағасынан асып түсті. Зауыт ақырында қолданыстағы прессті ауыстырудың орнына серво жүйесін қайта жабдықтады - және алғашқы толық айдың ішінде энергия тұтыну екі есеге төмендеді.

Сервогидравликалық және дәстүрлі гидравликалық инжекциялық қалыптау арасындағы таңдау қарапайым «жаңасы жақсы» деген шешім емес. Бұл машинаның тоннажына, цикл профиліне, жұмыс уақытына және жергілікті электр энергиясының құнына байланысты 5 жылдық жалпы меншік құнын есептеу. Бұл мақалада сол есептеу егжей-тегжейлі қарастырылады — энергия алшақтығы шын мәнінде қандай көрінеді, техникалық қызмет көрсету алшақтығы қандай болады, дәстүрлі машина әлі де өз сыйақысын қай жерде алады және нақты орнату үшін сандарды қалай біріктіру керек.

Дәстүрлі гидравликалық прес қуатты қалай пайдаланады

Дәстүрлі бекітілген сорғылы гидравликалық инжекциялық қалыптау машинасы электр қозғалтқышын тұрақты жылдамдықпен жұмыс істейді, әдетте айнымалы жиілік жетегі жоқ тікелей желіге қосылады. Қозғалтқыш жүктемеге пропорционалды қысыммен гидравликалық сұйықтықтың тұрақты ағынын қамтамасыз ететін бекітілген ығысуы бар гидравликалық сорғыны - әдетте қалақшалы сорғыны немесе осьтік поршеньді сорғыны - басқарады. Машинаның бағыттаушы басқару клапандары, пропорционалды клапандар және сервоклапандар циклдің қалып жабу, инжекциялау, ұстап тұру, пластификациялау және қалып ашу фазаларына сәйкес келетін ағын мен қысымды модуляциялайды.

Қозғалтқыш цикл бойы толық жылдамдықпен жұмыс істейді, тіпті гидравликалық сұраныс төмен болған кезде де. Ұстау кезеңінде — бөлшек қуыс қысымын ұстап тұру үшін шың ағынының тек бір бөлігін қажет еткенде — артық ағын босату клапаны арқылы резервуарға қайта оралады, энергия жылу ретінде бөлінеді. Салқындату кезеңінде — аз мөлшерде қысқыш тоннажынан басқа гидравликалық ағын қажет болмаған кезде — сорғы әлі де толық жылдамдықпен айналады, әлі де толық қуат алады, ал айналма клапан әлі де артық ағынды төгеді. Бұл бекітілген сорғы жүйесінің құрылымдық тиімсіздігі: қозғалтқыш пен сорғы бір жұмыс нүктесінде жұмыс істейді, ал сол нүкте мен нақты гидравликалық сұраныс арасындағы кез келген сәйкессіздік жылу ретінде жоғалады.

Жылудың өзі тегін емес. Гидравликалық майды тұтқырлықты сақтау және тотығудың алдын алу үшін салқындату керек, бұл бөлек май салқындатқышының (сумен немесе ауамен салқындатылатын) үздіксіз жұмыс істеп, қосымша қуат тұтынатынын білдіреді. 30 °C температурадағы 250 тонналық кәдімгі престің салқындату қажеттілігі айтарлықтай — әдетте үш ауысымдық жұмыс кезінде машинаның электр қуатының 15-25% аралығында болады.

Серво-гидравликалық жүйе қуатты қалай пайдаланады

Серво-гидравликалық жүйе тұрақты жылдамдықты қозғалтқышты айнымалы жиілікті жетекпен (VFD) басқарылатын айнымалы жылдамдықты серво қозғалтқышпен - әдетте тұрақты магнитті синхронды қозғалтқышпен (PMSM) ауыстырады. Серво жетегі нақты уақыт режимінде гидравликалық сұранысқа сәйкестендіру үшін қозғалтқыш жылдамдығын басқарады. Цикл жоғары ағынды фазада болғанда (қалыпты жабу, инъекциялау, пластификациялау), қозғалтқыш жоғары жылдамдыққа көтеріледі. Цикл төмен ағынды фазада болғанда (ұстап тұру, салқындату), қозғалтқыш нақты гидравликалық сұранысқа сәйкес келетін төмен жылдамдыққа дейін төмендейді. Цикл тыныштықта болғанда (қозғалыс жоқ), қозғалтқыш толығымен тоқтай алады немесе нөлге жақын жылдамдықта жұмыс істей алады.

Нәтижесінде сервогидравликалық машина циклдің әрбір фазасы үшін қажетті қуатты ғана тұтынады. Қозғалтқыш тұрақты жылдамдықпен жұмыс істемейді, сорғы артық ағынды айналып өтпейді және дәстүрлі прес тиімсіздігін анықтайтын айналып өту клапанының жылу таралуы негізінен жойылады.Bosch Rexroth, Юкен, және басқа гидравликалық жүйе өндірушілері өлшенген серво және бекітілген сорғының энергия тұтынуын салыстыру арқылы қолдану туралы ескертпелерді жариялайды; жарияланған деректер бойынша әдеттегі диапазон айтарлықтай ұстау және салқындату фазалары бар бөлшектерде энергияның 40-80%-ға төмендеуін және қысқа ұстау және салқындату фазалары бар бөлшектерде 20-40%-ға төмендеуін құрайды.

Үнемдеу цикл бойынша біркелкі емес. Ең үлкен үнемдеу салқындату фазасында (көптеген циклдардағы ең ұзақ төмен сұраныс фазасында), екінші ең үлкені ұстап тұру фазасында және ең кішісі инъекция фазасында (ең жоғары ағын қажет болатын және серво жүйесі де ең жоғары деңгейде жұмыс істейтін жерде) болады. Әдеттегі 250 тонналық пресс-қалыптауда 25 секундтық циклі бар 200 г ABS бөлшегінде салқындату фазасы циклдің шамамен 50%-ын, ұстап тұру фазасын 15%-ын, инъекция және пластификация фазаларын 25%-ын және ашу/жабу фазаларын 10%-ын құрайды. Салқындату фазасында серво машина ең көп үнемдейді.

Servo Premium: Капитал құны және пайдалану құны

Серво-гидравликалық инжекциялық қалыптау машинасы әдетте бірдей тоннаж бен атыс өлшеміндегі баламалы дәстүрлі машинаға қарағанда 30-60%-ға қымбат тұрады. Нақты үстемеақы машина құрастырушыға, серво жүйе жеткізушісіне және машинаның сипаттамасына байланысты. 250 тонналық типтік прес үшін қазіргі нарықтағы серво үстемеақысы бес таңбалы өсім болып табылады — бұл маңызды, бірақ сатып алуды бағалайтын зауыт менеджері үшін трансформациялық емес.

Сыйақы энергия үнемдеу арқылы қалпына келтіріледі. Қайтарым мөлшерін анықтау үшін үш көрсеткіш қажет: бір циклдегі энергия үнемдеу, бір ауысымдағы циклдар және электр энергиясының құны. Викссервожүйелік өнім желісіжарияланған диапазонда жүйе деңгейіндегі энергия үнемдеумен инъекциялық қалыптау қолданбаларындағы қалақшалы сорғы негізіндегі серво жүйелерге арналған. Жылына 6000 сағат (шамамен екі ауысымдық үздіксіз) жұмыс істейтін 25 секундтық циклдегі 250 тонналық машина үшін жылдық электр энергиясын үнемдеу айтарлықтай диапазонда болады — жергілікті электр энергиясының тарифіне байланысты алғашқы 18-36 ай ішінде серво сыйақысын өтеуге жеткілікті үлкен.

Пластмассалар жаңалықтарыжәнеПластмассалар технологиясыкөпжылдық сауалнама деректерін жариялады, бұл сервогидравликалық машиналар қазіргі уақытта Солтүстік Америкада, Еуропада және Шығыс Азияда 50-ден 800 тоннаға дейінгі жаңа престердің сатылымында басым екенін көрсетеді, ал дәстүрлі престер барған сайын белгілі бір жоғары тоннажды және мамандандырылған қолданбалармен шектеледі. Нарықтың өзгеруінің өзі өтемақы математикасының көрсеткіші болып табылады: егер серво премиумы 3 жылдық көкжиекте қалпына келтірілмесе, нарық өзгермес еді.

Техникалық қызмет көрсету: екі жүйенің алшақтауы

Сервогидравликалық жүйенің техникалық қызмет көрсету профилі дәстүрлі престен үш жағынан ерекшеленеді.

Біріншіден, серво қозғалтқыштың өзі баламалы қуатты асинхронды қозғалтқышқа қарағанда аз күтімді қажет етеді — щеткалар, сырғанау сақиналары жоқ және тұрақты магнитті ротор қоздыру тогын қажет етпейді. VFD өзіндік техникалық қызмет көрсету профиліне ие (салқындату желдеткіштері, қызмет ету мерзімі 8-12 жыл болатын электролиттік конденсаторлар), бірақ қозғалтқыштың өзінің белсенді компоненттері жоспарлы техникалық қызмет көрсетусіз ұзақ қызмет ету мерзіміне арналған.

Екіншіден, сервожүйедегі гидравликалық сорғы айнымалы жылдамдықпен және әдетте кәдімгі престегі бекітілген сорғыға қарағанда орташа айналым минутына төмен жұмыс істейді. Орташа айналым минутына төмен мойынтіректердің тозуы, термиялық циклдің төмендеуі және тығыздағыштың қызмет ету мерзімінің ұзаруы дегенді білдіреді. Далалық деректер жарияланғанҚалып жасау технологиясыжәне әртүрлі гидравликалық сорғы жеткізушілері айнымалы жылдамдықты қызметтегі қалақшалы сорғылардың қызмет ету мерзімі ұқсас престе бекітілген жылдамдықты қызметтегі сол қалақшалы сорғыға қарағанда айтарлықтай ұзағырақ екенін үнемі көрсетеді.

Үшіншіден, сервогидравликалық престегі май салқындатқышы айналма клапанның жылу таралуы азайғандықтан үздіксіз жұмыс істемейді. Салқындатқыш желдеткіші немесе салқындатқыш су сорғысы үздіксіз жұмыс істеудің орнына нақты май температурасына байланысты қосылып-өшеді. Салқындатқыштың жұмыс уақыты аз болса, салқындатқышқа техникалық қызмет көрсету азаяды және салқындату жүйесінен паразиттік электр қуатын аз тұтынады.

Керісінше, дәстүрлі престе қозғалтқыш пен сорғының мойынтіректерінің тозуы жоғары, тығыздағышты жиі ауыстыру және майдың тотығуын жеделдететін және май ауыстыру аралығын қысқартатын майға жоғары термиялық кернеу болады. Үш ауысымды дәстүрлі престе майды ауыстыру аралығы әдетте 4000 сағатты құрайды; сол жұмыс цикліндегі сервогидравликалық престе бұл аралық 6000–8000 сағатқа дейін созылады. 5 жылдық терезедегі майдың құны маңызды - 250 тонналық престе 400–600 литр гидравликалық май ұстайды, ал май мен әрбір ауыстыру кезіндегі кәдеге жарату құны көптеген нарықтарда төрт таңбалы көрсеткіш болып табылады.

Шу және жұмыс ортасы

Дәстүрлі прес қозғалтқыш пен сорғыны үздіксіз толық жылдамдықпен іске қосады, оператор станциясында 78–85 дБ(А) диапазонында тұрақты акустикалық белгі жасайды. Сервогидравликалық прес ұстап тұру және салқындату фазаларында қозғалтқыш пен сорғының жылдамдығын төмендетеді, бұл гидравликалық жүйеден шығатын шу деңгейін айтарлықтай төмендетеді. Машинаның жалпы шуы 65–72 дБ(А) диапазонына дейін төмендейді, бұл толық ауысымдық әсер ету үшін есту қабілетін қорғауды қажет ететін шу деңгейі мен реттеуші шегінің шегіндегі шу деңгейі арасындағы айырмашылық.

Шуды азайту тікелей шығындарды үнемдеу емес, бірақ бұл кәсіби шу ережелері қатаң болатын нарықтарда (ЕО OSH директивасы 2003/10/EC, АҚШ OSHA 29 CFR 1910.95, Қытай GBZ 2.2) нақты пайда әкеледі, мұнда дәстүрлі баспа операторлар үшін есту қабілетін қорғауды қажет етеді. Есту қабілетін қорғау, аудиометриялық тестілеу және зауыт алаңындағы шуды бақылау инфрақұрылымының құны әдетте тек энергияны өтеу есебінде ескерілмейді, бірақ бұл 5 жылдық перспективада нақты шығын болып табылады.

Дәлдік және қайталанымдылық

Сервогидравликалық жүйенің дәлдік артықшылығы бар, ол энергияны қайтару есебінде әрқашан көрінбейді, бірақ қалдықтардың бөліну жылдамдығында көрінеді. Қысым сенсоры және айнымалы жылдамдықты сорғысы бар тұйықталған циклді қысымды басқару пропорционалды клапандары бар бекітілген сорғы жүйесіне қарағанда қуыс қысымын тығызырақ диапазонда ұстайды. Тығыз төзімді бөлшектерде - оптикалық, медициналық, қаптамада - қалдықтардың бөліну жылдамдығын жақсарту энергия үнемдеуіне тәуелсіз 5 жылдық көкжиектегі сервоның үстемеақысын өтей алады.

Пластмасса инженерлері қоғамысервогидравликалық инжекциялық қалыптау дәлдігі бойынша техникалық мақалаларды жариялайды, соның ішінде оқ атудан оқ атуға дейінгі салмақтың өзгеруі және өлшемдік қайталану деректері. Жарияланған дәлдік артықшылығы босаңсыған төзімділіктері бар бөлшектерде аз (әдетте оқ атудан оқ атуға дейінгі өзгерістің 10-20%-ға төмендеуі) және тығыз төзімділіктері бар бөлшектерде маңызды (30-50%-ға төмендеуі).

Дәстүрлі гидравликалық жүйе әлі де жеңіске жеткен жерде

Дәстүрлі бекітілген сорғылы гидравликалық прес ескірген емес. Қолданудың үш санаты әлі де оны қолдайды.

• Өте жоғары тоннажды машиналар (1500 тоннадан жоғары).Серво жүйесінің сыйымдылығы қозғалтқыш қуатымен шамамен сызықтық түрде масштабталады; өте жоғары тоннажда абсолютті серво сыйымдылығы өтелу мерзімі ұзаратындай үлкен болады. Кейбір арнайы жоғары тоннажды қолданбалар сонымен қатар айнымалы жылдамдықты жүйе үлкен аккумуляторы бар бекітілген сорғы жүйесі сияқты таза түрде жеткізе алмайтын нақты динамикалық жауап сипаттамаларын талап етеді.
• Ұзақ циклді, үздіксіз жұмыс істейтін қолданбалар.Егер прес қалың қабырғалы бөлшекте ұзақ ұстап тұру фазасымен және үздіксіз үш ауысымдық жұмыспен 90 секундтық циклді іске қосса, серво машина әлі де энергияны үнемдейді, бірақ үнемдеу жылына аз циклдар санына амортизацияланады. Өтемділік мерзімі ұзарады және дәстүрлі машина бәсекеге қабілеттірек болады.
• Капиталмен шектелген қондырғылар.Капиталды бюджеті шектеулі және инвестициялық көкжиегі қысқа зауыт, әсіресе жергілікті электр энергиясының құны төмен болған жағдайда, тек капиталдық шығындарды ескере отырып, дәстүрлі басылымды ұтымды таңдауы мүмкін.

Осы үш санаттан тыс, серво-гидравликалық жүйе 5 жылдық меншік құны бойынша басым таңдау болып табылады. Нарықтық деректер мұны растайды: жоғарыда аталған жоғары тоннажды мамандандырылған қолданбаларды қоспағанда, жаңа прес қондырғыларының серво үлесі көптеген аймақтар мен көптеген тоннажды кластарда басымдықты құрайды.

5 жылдық TCO жұмыс парағын құру

Сервогидравликалық және кәдімгі престердің 5 жылдық жалпы меншік құнын салыстыру төрт шығын компонентінен тұрады: капитал, энергия, техникалық қызмет көрсету және қалдықтар/тоқтап қалу уақыты. Әрқайсысы әртүрлі есептеледі.

Капиталдық құн - бұл машинаны сатып алу бағасы, орнату, жүк тасымалдау, оқыту және іске қосу шығындары. Серво үстемеақысы - екі машинаның капиталдық құны арасындағы айырмашылық.

Энергия құны 5 жылдағы жинақталған кВт/сағ, жергілікті электр энергиясы тарифіне көбейтілген. Серво машинаның энергия үнемдеуі - бұл сол кезеңдегі дәстүрлі прес энергиясы мен серво прес энергиясы арасындағы айырмашылық.

Техникалық қызмет көрсету құны 5 жыл ішіндегі жинақталған бөлшектер мен жұмыс күші болып табылады. Серво машина әдетте сорғыға қатысты техникалық қызмет көрсетуді, май ауыстыру жиілігін және салқындатқышқа техникалық қызмет көрсетуді азайтады. Дәстүрлі машинада қозғалтқыш пен сорғының мойынтірек тозуы жоғары және май шығыны жоғары.

Сынық және тоқтап қалу құны - бұл қалдық бөлшектердің құны және жоспарланбаған тоқтап қалу кезінде жоғалған өнім құны. Серво машинасында қысымды бақылау күшейтілген және сынық жылдамдығы төмен; дәстүрлі машинада тығыз төзімді бөлшектерде сынық жылдамдығы жоғары, бірақ босаңсыған төзімді бөлшектерде кемшілік жоқ.

Серво машинаның 5 жылдық таза үнемдеуі энергия үнемдеуіне, техникалық қызмет көрсету үнемдеуіне, қалдықтар/тоқтап қалу уақытының үнемдеуіне және серво сыйақысын алып тастағанда тең болады. Егер нәтиже оң болса, серво машина жеңеді. Егер теріс болса, кәдімгі машина 5 жылдық көкжиекте жеңеді.

Шешім қабылдау құрылымы: Нақтылау алдында қоюға болатын бес сұрақ

Белгілі бір орнату үшін серво және дәстүрлі шешімді бес сұраққа дейін қысқартуға болады.

1. Цикл профилі дегеніміз не?Ұзақ ұстап тұру және салқындату фазалары сервоприводтарды артық көреді. Жоғары ағынды сұранысы бар қысқа циклдар дәстүрлі немесе сервоприводтарды аз айырмашылықпен артық көреді.
2. Жұмыс кестесі қандай?Үш ауысыммен үздіксіз жұмыс энергия үнемдеуді арттырады. Ұзақ уақыт бойы бос тұру кезеңдері бар бір ауысыммен жұмыс үнемдеуді азайтады, себебі баспасөз күннің көп бөлігінде өшірулі болады.
3. Жергілікті электр қуатының құны қандай?Жоғары тарифтік нарықтар (Еуропа, Жапония, Шығыс Азияның көп бөлігі) өтемақыны тездетеді. Төмен тарифтік нарықтар (Таяу Шығыстың кейбір бөліктері, табиғи газға бай Солтүстік Америка) өтемақыны баяулатады.
4. Бөлшектерге төзімділік дегеніміз не?Тығыз төзімді бөлшектер (медициналық, оптикалық, белгілі бір қаптама) сынықтардың азаюы арқылы серво артықшылығын арттырады. Босаңсыған төзімді бөлшектер үнемдеудің бұл компонентін бейтараптандырады.
5. Капитал шектеуі дегеніміз не?Егер капиталдық үстемеақыны тиісті мөлшерлемемен қаржыландыру мүмкін болмаса, жоба деңгейіндегі экономикалық көрсеткіштер оң болса да, өтелу мерзімі маңызды.

Орташа тарифтік нарықта екі ауысыммен жұмыс істейтін 25 секундтық циклдегі типтік 250 тонналық прес үшін өтемақы 18-36 ай аралығында болады. Төмен тарифтік нарықта бір ауысыммен жұмыс істейтін 12 секундтық циклдегі 100 тонналық прес үшін өтемақы 4 жылға немесе одан да көп уақытқа созылуы мүмкін. Виксжобаның өтемақы төлеу кестесібарлық бес айнымалыны қамтиды және жобаға қатысты ұсыныс жасайды.

Жиі қойылатын сұрақтар: Серво және дәстүрлі гидравликалық инъекциялық қалыптау