Formëzimi Servo Hidraulik kundrejt Formëzimit Konvencional me Injeksion Hidraulik: Krahasimi i Kostos 5-Vjeçare

Pse makina më e lirë mund të kushtojë më shumë

Një menaxher i një fabrike derdhjeje në Dongguan sapo kishte zëvendësuar një presë hidraulike konvencionale të vjetër prej 250 tonësh me një të re krejt të njëjtë me specifikime. Presa zëvendësuese kushtonte më pak se gjysma e një makine ekuivalente servo-hidraulike. Tetëmbëdhjetë muaj më vonë, fatura e energjisë elektrike e uzinës në dyshemenë e derdhjes ishte 6% më e lartë se një vit më parë - presa konvencionale po konsumonte dukshëm më shumë energji sesa ajo më e vjetra që kishte zëvendësuar. Deri në fund të vitit të tretë, kostoja kumulative e energjisë elektrike e presës konvencionale kishte tejkaluar çmimin e makinës ekuivalente servo, përpara se të merrte në konsideratë zhurmën, kërkesën për ftohje dhe intervalin e ndërrimit të vajit. Fabrika përfundimisht ia përshtati një sistem servo presës ekzistuese në vend që ta zëvendësonte atë - dhe pa konsumin e energjisë të binte përgjysmë brenda muajit të parë të plotë.

Zgjedhja midis derdhjes me injeksion servo-hidraulik dhe asaj konvencionale hidraulike nuk është një vendim i thjeshtë "sa më e re aq më mirë". Është një llogaritje e kostos totale 5-vjeçare të pronësisë që varet nga tonazhi i makinës, profili i ciklit, orët e funksionimit dhe kostoja lokale e energjisë elektrike. Ky artikull e shqyrton në detaje këtë llogaritje - si duket në të vërtetë hendeku i energjisë, si duket hendeku i mirëmbajtjes, ku makina konvencionale ende fiton primin e saj dhe si t'i bashkohen shifrat për një instalim specifik.

Si e përdor energjinë një presë hidraulike konvencionale

Një makinë konvencionale për derdhje me injeksion hidraulik me pompë fikse vë në punë një motor elektrik me shpejtësi konstante, zakonisht të lidhur direkt me rrjetin elektrik pa një transmision me frekuencë të ndryshueshme. Motori vë në lëvizje një pompë hidraulike me zhvendosje fikse - zakonisht një pompë me fletë ose një pompë me piston aksial - që ofron një rrjedhë konstante të lëngut hidraulik me një presion proporcional me ngarkesën. Valvulat e kontrollit drejtues, valvulat proporcionale dhe servovalvulat e makinës modulojnë rrjedhën dhe presionin për t'iu përshtatur fazave të mbylljes së mykut, injektimit, mbajtjes, plastifikimit dhe hapjes së mykut të ciklit.

Motori punon me shpejtësi të plotë gjatë gjithë ciklit, edhe kur kërkesa hidraulike është e ulët. Gjatë fazës së mbajtjes - kur pjesa ka nevojë vetëm për një pjesë të rrjedhës maksimale për të ruajtur presionin në zgavër - rrjedha e tepërt anashkalohet përmes një valvule lehtësuese përsëri në rezervuar, duke e shpërndarë energjinë si nxehtësi. Gjatë fazës së ftohjes - kur nuk nevojitet fare rrjedhë hidraulike përveç një sasie të vogël të tonazhit të kapëses - pompa ende rrotullohet me shpejtësi të plotë, duke tërhequr ende fuqi të plotë, dhe valvula anashkaluese ende e shkarkon rrjedhën e tepërt. Ky është joefikasiteti strukturor i një sistemi me pompë fikse: motori dhe pompa punojnë në një pikë operimi, dhe çdo mospërputhje midis asaj pike dhe kërkesës aktuale hidraulike humbet si nxehtësi.

Nxehtësia në vetvete nuk është falas. Vaji hidraulik duhet të ftohet për të ruajtur viskozitetin dhe për të parandaluar oksidimin, që do të thotë se një ftohës i veçantë vaji (i ftohur me ujë ose i ftohur me ajër) funksionon vazhdimisht, duke tërhequr energji shtesë. Kërkesa për ftohje në një pres konvencionale 250 tonëshe në një ambient 30 °C është e konsiderueshme - zakonisht në rangun e 15-25% të inputit elektrik të makinës në një funksionim me tre turne.

Si e përdor energjinë një sistem servo-hidraulik

Një sistem servo-hidraulik zëvendëson motorin me shpejtësi konstante me një servomotor me shpejtësi të ndryshueshme - zakonisht një motor sinkron me magnet të përhershëm (PMSM) - i drejtuar nga një transmision me frekuencë të ndryshueshme (VFD). Transmisioni servo kontrollon shpejtësinë e motorit për t'iu përshtatur kërkesës hidraulike në kohë reale. Kur cikli është në fazën e rrjedhjes së lartë (mbyllja e mykut, injektimi, plastifikimi), motori rritet në shpejtësi të lartë. Kur cikli është në fazën e rrjedhjes së ulët (mbajtje, ftohje), motori bie në një shpejtësi të ulët që plotëson vetëm kërkesën aktuale hidraulike. Kur cikli është në qetësi (pa lëvizje), motori mund të ndalet plotësisht ose të funksionojë me shpejtësi afër zeros.

Rezultati është se makina servo-hidraulike thith vetëm energjinë që i nevojitet për secilën fazë të ciklit. Motori nuk punon me shpejtësi konstante, pompa nuk anashkalon rrjedhën e tepërt dhe shpërndarja e nxehtësisë së valvulës anashkaluese që përcakton joefikasitetin e presës konvencionale eliminohet kryesisht.Bosch Rexroth, Yuken, dhe prodhues të tjerë të sistemeve hidraulike publikojnë shënime aplikimi me krahasime të konsumit të energjisë të matur të servomotorit kundrejt pompës fikse; diapazoni tipik në të dhënat e publikuara është 40-80% reduktim i energjisë në pjesët me faza të konsiderueshme mbajtjeje dhe ftohjeje, dhe 20-40% reduktim në pjesët me faza më të shkurtra mbajtjeje dhe ftohjeje.

Kursimet nuk janë uniforme gjatë gjithë ciklit. Kursimet më të mëdha janë në fazën e ftohjes (faza më e gjatë me kërkesë të ulët në shumicën e cikleve), e dyta më e madhe në fazën e pritjes dhe më e vogla në fazën e injektimit (ku nevojitet rrjedha maksimale dhe sistemi servo funksionon gjithashtu në kulmin e saj). Në një presë tipike prej 250 tonësh për formimin e një pjese ABS prej 200 g me një cikël 25-sekondësh, faza e ftohjes është afërsisht 50% e ciklit, faza e pritjes 15%, fazat e injektimit dhe plastifikimit 25% dhe fazat e hapjes/mbylljes 10%. Faza e ftohjes është vendi ku servo makina kursen më shumë.

Premiumi i Servo-ve: Kostoja e Kapitalit kundrejt Kostos së Operimit

Një makinë servo-hidraulike për derdhje me injeksion zakonisht kushton 30-60% më shumë se një makinë ekuivalente konvencionale me të njëjtën tonazh dhe madhësi të shllakut. Çmimi i saktë varet nga ndërtuesi i makinës, furnizuesi i sistemit servo dhe specifikimi i makinës. Për një presë përfaqësuese prej 250 tonësh, çmimi i servos në tregun aktual është një rritje pesëshifrore - domethënëse, por jo transformuese për një menaxher impianti që vlerëson blerjen.

Primi rikuperohet nëpërmjet kursimit të energjisë. Për të përcaktuar kthimin e investimit, nevojiten tre të dhëna: kursimi i energjisë për cikël, ciklet për turn dhe kostoja e energjisë elektrike. Vickslinja e produkteve të sistemit servoështë konfiguruar për sisteme servo të bazuara në pompë me fletë në aplikimet e derdhjes me injeksion, me kursime energjie në nivel sistemi brenda diapazonit të publikuar. Për një makinë 250 tonëshe në një cikël 25-sekondësh që funksionon 6,000 orë në vit (afërsisht me dy turne të vazhdueshme), kursimet vjetore të energjisë elektrike bien në një diapazon domethënës - mjaftueshëm të madh për të shlyer primin e servos brenda 18-36 muajve të parë të funksionimit, varësisht nga tarifa lokale e energjisë elektrike.

Lajme për PlastikatdheTeknologjia e Plastikëskanë publikuar të dhëna nga një anketë shumëvjeçare që tregojnë se makinat servo-hidraulike tani dominojnë shitjet e presave të reja në gamën 50 deri në 800 tonë në të gjithë Amerikën e Veriut, Evropën dhe Azinë Lindore, me presa konvencionale që kufizohen gjithnjë e më shumë në aplikime specifike me tonazh të lartë dhe specialitete. Ndryshimi i tregut është në vetvete një tregues i matematikës së kthimit të investimit: nëse primi i servove nuk do të rikuperohej në një horizont 3-vjeçar, tregu nuk do të kishte ndryshuar.

Mirëmbajtja: Ku ndahen dy sistemet

Profili i mirëmbajtjes së një sistemi servo-hidraulik është i ndryshëm nga një presë konvencionale në tre fusha.

Së pari, vetë servomotori ka më pak nevojë për mirëmbajtje sesa një motor induksioni me fuqi ekuivalente - nuk ka furça, nuk ka unaza rrëshqitëse dhe rotori me magnet të përhershëm nuk kërkon rrymë ngacmimi. VFD ka profilin e vet të mirëmbajtjes (ventilatorë ftohës, kondensatorë elektrolitikë me një jetëgjatësi shërbimi prej 8-12 vjetësh), por përbërësit aktivë të vetë motorit janë projektuar për një jetëgjatësi të gjatë shërbimi pa mirëmbajtje të planifikuar.

Së dyti, pompa hidraulike në një sistem servo funksionon me shpejtësi të ndryshueshme dhe zakonisht me RPM mesatare më të ulët se një pompë fikse në një presë konvencionale. RPM mesatare më e ulët do të thotë konsumim më i ulët i kushinetës, cikël termik më i ulët dhe jetëgjatësi më e madhe e guarnicionit. Të dhënat në terren të publikuara ngaTeknologjia e Prodhimit të Mykutdhe furnizues të ndryshëm të pompave hidraulike tregojnë vazhdimisht se pompat me fletë në shërbimin me shpejtësi të ndryshueshme kanë një jetëgjatësi shërbimi dukshëm më të gjatë se e njëjta pompë me fletë në shërbimin me shpejtësi të fiksuar në një presë të krahasueshme.

Së treti, ftohësi i vajit në një presë servo-hidraulike punon më pak vazhdimisht sepse shpërndarja e nxehtësisë e valvulës anashkaluese zvogëlohet. Ventilatori i ftohësit ose pompa e ujit ftohës ndizet dhe fiket në bazë të temperaturës aktuale të vajit në vend që të funksionojë vazhdimisht. Kohë më e ulët e funksionimit të ftohësit do të thotë mirëmbajtje më e ulët e ftohësit dhe konsum më i ulët parazitar i energjisë elektrike nga sistemi i ftohjes.

Presa konvencionale, në të kundërt, ka konsumim më të lartë të kushinetës në motor dhe pompë, zëvendësim më të shpeshtë të guarnicioneve dhe stres termik më të lartë në vaj që përshpejton oksidimin e vajit dhe shkurton intervalin e ndërrimit të vajit. Në një presë konvencionale me tre turne, intervali i ndërrimit të vajit është zakonisht 4,000 orë; në një presë servo-hidraulike në të njëjtin cikël pune, intervali shtrihet në 6,000–8,000 orë. Kostoja e vajit gjatë dritares 5-vjeçare është domethënëse - një presë 250 tonëshe mban 400–600 litra vaj hidraulik, dhe vaji plus kostoja e asgjësimit për çdo ndërrim është një artikull me katër shifra në shumë tregje.

Zhurma dhe Mjedisi i Punës

Presa konvencionale e vë në punë motorin dhe pompën me shpejtësi të plotë vazhdimisht, duke gjeneruar një sinjal akustik të qëndrueshëm në diapazonin 78–85 dB(A) në stacionin e operatorit. Presa servo-hidraulike e ul shpejtësinë e motorit dhe pompës gjatë fazave të mbajtjes dhe ftohjes, duke ulur ndjeshëm kontributin e zhurmës nga sistemi hidraulik. Zhurma totale e makinës bie në diapazonin 65–72 dB(A), që është diferenca midis një niveli zhurme që kërkon mbrojtje dëgjimi për ekspozimin në turnin e plotë dhe një niveli zhurme që është në pragun e limitit rregullator.

Ulja e zhurmës nuk është një kursim i drejtpërdrejtë i kostos, por është një përfitim i vërtetë në tregjet me rregullore të rrepta të zhurmës në punë (Direktiva BE SSH 2003/10/EC, SHBA OSHA 29 CFR 1910.95, Kinë GBZ 2.2) ku presat konvencionale kërkojnë mbrojtje të dëgjimit për operatorët. Kostoja e mbrojtjes së dëgjimit, testimit audiometrik dhe infrastrukturës së kontrollit të zhurmës në dyshemenë e impiantit zakonisht nuk llogaritet në llogaritjen e kthimit të investimit vetëm nga energjia - por është një kosto reale në një horizont 5-vjeçar.

Preciziteti dhe përsëritshmëria

Sistemi servo-hidraulik ka një avantazh preciziteti që nuk shfaqet gjithmonë në llogaritjen e kthimit të energjisë, por shfaqet në shkallën e skrapit. Kontrolli i presionit me lak të mbyllur me një sensor presioni dhe një pompë me shpejtësi të ndryshueshme e mban presionin e zgavrës brenda një brezi më të ngushtë sesa një sistem me pompë fikse me valvola proporcionale. Në pjesët me tolerancë të ngushtë - optike, mjekësore, paketim - vetëm përmirësimi i shkallës së skrapit mund të paguajë për premiumin e servos gjatë një horizonti 5-vjeçar, pavarësisht nga kursimet e energjisë.

Shoqata e Inxhinierëve të PlastikësPublikon punime teknike mbi precizitetin e derdhjes me injeksion servo-hidraulik, duke përfshirë të dhënat e ndryshimit të peshës nga një fishek në tjetrin dhe përsëritshmërisë dimensionale. Avantazhi i precizitetit i publikuar është i vogël në pjesët me toleranca të lirshme (zakonisht një reduktim prej 10-20% në ndryshimin nga një fishek në tjetrin) dhe domethënës në pjesët me tolerancë të ngushtë (një reduktim prej 30-50%).

Ku Hidraulika Konvencionale Fiton Ende

Presa hidraulike konvencionale me pompë fikse nuk është e vjetëruar. Tre kategori aplikimesh ende e favorizojnë atë.

• Makineri me tonazh shumë të lartë (mbi 1,500 ton).Premiumi i sistemit servo shkallëzohet afërsisht linearisht me fuqinë e motorit; në tonazh shumë të lartë, premia absolute e servos bëhet mjaftueshëm e madhe sa periudha e shpagimit zgjatet. Disa aplikacione të specializuara me tonazh të lartë kërkojnë gjithashtu karakteristika specifike të reagimit dinamik që një sistem me shpejtësi të ndryshueshme nuk i ofron aq pastër sa një sistem me pompë fikse me një akumulator të madh.
• Aplikime me cikël të gjatë dhe me punë të vazhdueshme.Nëse presa po kryen një cikël 90-sekondësh në një pjesë me mure të trasha me një fazë të gjatë pritjeje dhe funksionim të vazhdueshëm me tre turne, servo makina prapë kursen energji, por kursimet amortizohen gjatë një numri më të vogël ciklesh në vit. Periudha e shpagimit zgjatet dhe makina konvencionale bëhet më konkurruese.
• Instalime me kufizime kapitale.Një central me buxhet të kufizuar kapitali dhe horizont të shkurtër investimi mund të zgjedhë në mënyrë racionale presën konvencionale vetëm për shkak të kostos së kapitalit, veçanërisht nëse kostoja lokale e energjisë elektrike është e ulët.

Jashtë këtyre tre kategorive, sistemi servo-hidraulik është zgjedhja mbizotëruese në bazë të kostos totale 5-vjeçare të pronësisë. Të dhënat e tregut e konfirmojnë këtë: pjesa e servo-makinave të instalimeve të reja të presë është shumica në shumicën e rajoneve dhe shumicën e klasave të tonazhit, me përjashtim të aplikacioneve speciale me tonazh të lartë të përmendura më sipër.

Ndërtimi i Fletës së Punës 5-vjeçare të TCO-së

Një krahasim i kostos totale 5-vjeçare të pronësisë midis një presash servo-hidraulike dhe një presash konvencionale ka katër komponentë kostoje: kapitalin, energjinë, mirëmbajtjen dhe kohën e skrapit/joproduktive. Secili llogaritet ndryshe.

Kostoja kapitale është çmimi i blerjes së makinës plus instalimi, transporti, trajnimi dhe vënia në punë. Prima e servomotorit është diferenca midis kostos kapitale të dy makinave.

Kostoja e energjisë është shuma kumulative kWh gjatë 5 viteve, e shumëzuar me tarifën lokale të energjisë elektrike. Kursimi i energjisë i makinës servo është diferenca midis energjisë së presës konvencionale dhe energjisë së servo presës gjatë së njëjtës periudhë.

Kostoja e mirëmbajtjes është kostoja kumulative e pjesëve dhe punës gjatë 5 viteve. Servo makina zakonisht ka mirëmbajtje më të ulët në lidhje me pompën, frekuencë më të ulët të ndërrimit të vajit dhe mirëmbajtje më të ulët të ftohësit. Makina konvencionale ka konsum më të lartë të kushinetave në motor dhe pompë dhe konsum më të lartë të vajit.

Kostoja e skrapit dhe e kohës së ndërprerjes së prodhimit është vlera e pjesëve të skrapuara dhe vlera e prodhimit të humbur gjatë kohës së ndërprerjes së paplanifikuar. Makina servo ka kontroll më të rreptë të presionit dhe shkallë më të ulët të skrapit; makina konvencionale ka shkallë më të lartë të skrapit në pjesët me tolerancë të ngushtë, por nuk ka disavantazh në pjesët me tolerancë të relaksuar.

Kursimi neto 5-vjeçar i servo makinës është shuma e kursimeve të energjisë plus kursimet e mirëmbajtjes plus kursimet e skrapit/kohës së ndërprerjes, minus primin e servo makinës. Nëse rezultati është pozitiv, servo makina fiton. Nëse është negativ, makina konvencionale fiton në një horizont 5-vjeçar.

Korniza e Vendimeve: Pesë Pyetje që duhen Bërë Para Specifikimit

Për një instalim specifik, vendimi për servo-motorin kundrejt atij konvencional mund të reduktohet në pesë pyetje.

1. Cili është profili i ciklit?Fazat e gjata të mbajtjes dhe ftohjes favorizojnë servo-motorin. Ciklet e shkurtra me kërkesë të lartë rrjedhjeje favorizojnë servo-motorin konvencional ose servo-motorin me pak ndryshim.
2. Cili është orari i operimit?Funksionimi i vazhdueshëm me tre turne rrit kursimet e energjisë. Funksionimi me një turn të vetëm me periudha të gjata mosfunksionimi zvogëlon kursimet sepse makina e shtypit është e fikur për pjesën më të madhe të ditës.
3. Cila është kostoja lokale e energjisë elektrike?Tregjet me tarifa të larta (Evropa, Japonia, pjesa më e madhe e Azisë Lindore) përshpejtojnë kthimin e investimit. Tregjet me tarifa të ulëta (pjesë të Lindjes së Mesme, Amerika e Veriut me gaz natyror të bollshëm) ngadalësojnë kthimin e investimit.
4. Cila është toleranca e pjesës?Pjesët me tolerancë të ngushtë (mjekësore, optike, paketime të caktuara) e përforcojnë avantazhin e servos përmes skrapit më të ulët. Pjesët me tolerancë të lehtë neutralizojnë këtë komponent të kursimeve.
5. Cili është kufizimi i kapitalit?Nëse primi i kapitalit nuk mund të financohet me një normë të arsyeshme, periudha e shlyerjes ka rëndësi edhe nëse ekonomia në nivel projekti është pozitive.

Për një makinë shtypi tipike 250 tonëshe në një cikël 25 sekondash që funksionon me dy turne të vazhdueshme në një treg me tarifa të moderuara, kthimi i investimit është në intervalin 18-36 muaj. Për një makinë shtypi 100 tonëshe në një cikël 12 sekondash që funksionon me një turn të vetëm në një treg me tarifa të ulëta, kthimi i investimit mund të zgjasë deri në 4 vjet ose më shumë. Vicksfletë pune për kthimin e rimbursimit të projektitpërfshin të pesë variablat dhe prodhon një rekomandim specifik për projektin.

Pyetje të Shpeshta: Servo kundrejt Formëzimi Hidraulik Konvencional me Injeksion