การจับคู่ระบบเซอร์โวของผู้ผลิตเครื่องมือกลในยุโรปเพื่อบรรลุเป้าหมายการประหยัดพลังงาน

สายโทรศัพท์ดังขึ้นเวลา 7:40 น. ของวันพุธในเมืองสตุทการ์ท ปลายสายคือผู้อำนวยการฝ่ายซ่อมบำรุงของโรงงานผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรขนาดกลางแห่งหนึ่งในเยอรมนี—ขอเรียกว่าเคลาส์—ซึ่งกำลังประสบปัญหาที่เริ่มพบเห็นได้บ่อยขึ้นอย่างน่าเป็นห่วงในอุตสาหกรรมการผลิตของยุโรป:เครื่องจักรกลซีเอ็นซีอายุ 5 ปีของเขาใช้พลังงานมากกว่าที่ระบุไว้ในเอกสารข้อมูลจำเพาะเดิมถึง 40% และการตรวจสอบการปล่อยคาร์บอนของโรงงานจะครบกำหนดภายใน 6 สัปดาห์

“เราซ่อมระบบไฮดรอลิกใหม่เมื่อสองปีก่อน” เคลาส์บอกผม “ระบบทำงานได้ดี แต่การใช้พลังงานทำให้เราเดือดร้อน ค่าไฟสูงกว่าที่ควรจะเป็นถึง 18,000 ยูโรต่อเดือน”

การสนทนานั้นกลายเป็นจุดเริ่มต้นของการมีส่วนร่วมที่ทำให้ฉันได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับช่องว่างที่แท้จริงระหว่างระบบไฮดรอลิกบทความนี้ให้ความรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติและประสิทธิภาพด้านพลังงานมากกว่าที่ตำราเล่มไหนเคยเตรียมผมไว้ ผมหวังว่าช่างซ่อมเครื่องมือกลทุกคนในยุโรปจะเข้าใจก่อนที่จะแตะต้องชิ้นส่วนไฮดรอลิกแม้แต่ชิ้นเดียว

พลังงานที่ซ่อนอยู่ในข้อกำหนดทางเทคนิคของระบบไฮดรอลิก

นี่คือความจริงที่น่าอึดอัดใจเกี่ยวกับเรื่องนี้ระบบไฮดรอลิกการใช้พลังงาน:ตัวเลขการใช้พลังงานที่ระบุในเอกสารข้อมูลของผู้ผลิตอุปกรณ์นั้น วัดภายใต้สภาวะห้องปฏิบัติการในอุดมคติ ซึ่งแทบจะไม่มีการใช้งานเครื่องมือกลในโลกแห่งความเป็นจริงใดๆ ที่เป็นไปตามสภาวะนั้นเลยและเมื่อเครื่องจักรได้รับการซ่อมแซมใหม่ ไม่ว่าจะเป็นเครื่องจักรกลซีเอ็นซี เครื่องอัดขึ้นรูป เครื่องขึ้นรูป หรือสายพานลำเลียง...ระบบไฮดรอลิกชิ้นส่วนที่นำกลับไปใส่ใหม่นั้น แทบจะไม่เคยถูกกำหนดสเปคด้วยระเบียบวินัยด้านพลังงานแบบเดียวกับชิ้นส่วนเดิมเลย

ผลที่ตามมาคือเครื่องจักรจำนวนมากทั่วยุโรปที่กำลังใช้พลังงานมากกว่าที่ระบุไว้บนป้ายอย่างเงียบๆ คำสั่งด้านประสิทธิภาพพลังงานของสหภาพยุโรปและต้นทุนค่าไฟฟ้าในภาคอุตสาหกรรมที่เพิ่มสูงขึ้น (ซึ่งเฉลี่ยอยู่ที่ 0.28 ยูโร/กิโลวัตต์ชั่วโมงในเยอรมนีในปี 2024 เพิ่มขึ้นจาก 0.19 ยูโร/กิโลวัตต์ชั่วโมงในปี 2020) ทำให้เกิดวิกฤตทางการเงินสำหรับโรงงานที่ไม่ได้กำหนดสเปคการปรับปรุงเครื่องจักรอย่างถูกต้อง

ปัญหาไม่ได้อยู่ที่เครื่องจักรไม่ทำงาน เครื่องจักรทำงานได้ดีปัญหาคือว่าระบบเซอร์โวไฮดรอลิกมีขนาดใหญ่เกินไปสำหรับปริมาณงานจริง ทำงานที่ความดันคงที่ในขณะที่ต้องการความดันเฉพาะในช่วงที่มีการทำงานจริงเท่านั้น และมีปั๊มที่เลือกใช้สำหรับความต้องการสูงสุดมากกว่าความต้องการเฉลี่ยในกะการผลิต 12 ชั่วโมง เครื่องจักรกลของคุณอาจอยู่ในโหมดป้อนชิ้นงานต่อเนื่อง 4 ชั่วโมง และอยู่ในโหมดพักหรือเปลี่ยนเครื่องมือ 8 ชั่วโมง เครื่องจักรที่ไม่ได้มาตรฐานอาจทำงานได้ไม่ดีระบบไฮดรอลิกระบบที่ใช้พลังงานตลอดเวลาจะเผาผลาญพลังงานตลอด 12 ชั่วโมง ในขณะที่ระบบที่จับคู่ได้อย่างถูกต้องจะเผาผลาญพลังงานเฉพาะในช่วงเวลา 4 ชั่วโมงที่จำเป็นเท่านั้น

เหตุใดระบบไฮดรอลิกของช่างซ่อมเครื่องมือกลส่วนใหญ่จึงมีขนาดใหญ่เกินความจำเป็น

ผมได้สอบถามผู้ซ่อมแซมเครื่องมือกลหลายสิบรายว่าทำไมพวกเขาถึงกำหนดสเปคระบบไฮดรอลิกแบบนั้น คำตอบที่ได้นั้นสอดคล้องกันอย่างน่าทึ่ง:“เรากำหนดสเปคไว้แบบนี้เสมอ” “ระบบเดิมใช้ปั๊มขนาด 30 กิโลวัตต์ ดังนั้นเราจึงติดตั้งปั๊มขนาด 30 กิโลวัตต์” “เครื่องจักรต้องการแรงดัน 200 บาร์ในการป้อนวัสดุ ดังนั้นเราจึงกำหนดสเปคไว้ที่ 250 บาร์เพื่อให้มีแรงดันเหลือเฟือ”

ทั้งหมดนี้เป็นสัญชาตญาณทางวิศวกรรมที่สมเหตุสมผล — แต่ในขณะเดียวกัน สัญชาตญาณเหล่านี้ก็ก่อให้เกิดผลลัพธ์ที่ไม่พึงประสงค์เช่นกันระบบไฮดรอลิกซึ่งสิ้นเปลืองพลังงานอย่างมหาศาล

ขอผมอธิบายรายละเอียดว่าการเลือกขนาดที่ใหญ่เกินไปนั้นแสดงออกมาในรูปแบบใดบ้างระบบเซอร์โวไฮดรอลิกการจัดซื้อจัดหาเพื่อซ่อมแซมและปรับปรุงเครื่องมือกล:

กับดักแรงดันคงที่ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดคือ การเลือกใช้ปั๊มแบบปริมาตรคงที่ที่ทำงานที่แรงดันระบายของระบบอย่างต่อเนื่อง โดยใช้ลิ้นปรับปริมาตรควบคุมการไหลเพื่อควบคุมความเร็วของตัวกระตุ้น วิธีนี้ง่าย เชื่อถือได้ แต่ไม่มีประสิทธิภาพอย่างร้ายแรง ลิ้นปรับปริมาตรจะแปลงพลังงานไฮดรอลิกเป็นความร้อน — โดยทั่วไปพลังงานที่ป้อนเข้าไป 15-25% จะสูญเสียไปในรูปของความร้อนในระบบควบคุมการไหลที่รอบการทำงานปกติของเครื่องมือกลจากนั้นความร้อนจะต้องถูกระบายออกโดยเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งจะใช้พลังงานเพิ่มเติม ค่าใช้จ่ายด้านพลังงานโดยรวมอาจสูงกว่าระบบตรวจจับภาระถึง 30-35% สำหรับงานเดียวกัน

ข้อผิดพลาดในการเลือกปั๊มกำลังสูงสุดเมื่อทำการเลือกปั๊มไฮดรอลิกสำหรับการซ่อมแซมเครื่องมือกล ผู้ซ่อมส่วนใหญ่จะเลือกปั๊มโดยพิจารณาจากอัตราการไหลสูงสุดในทันทีที่แรงดันระบบสูงสุด ซึ่งอาจเหมาะสมสำหรับชุดกำลังไฮดรอลิกแบบแยกส่วน แต่ในการใช้งานเครื่องมือกล อัตราการไหลสูงสุดและแรงดันสูงสุดแทบจะไม่เกิดขึ้นพร้อมกัน แรงดันสูงสุดจำเป็นต้องใช้ในระหว่างการจับยึดซึ่งใช้เวลา 0.8 วินาที อัตราการไหลสูงสุดจำเป็นต้องใช้ในระหว่างการเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วซึ่งใช้เวลา 3 วินาที ส่วนที่เหลือของรอบการทำงานจะเป็นแรงดันและอัตราการไหลปานกลาง ปั๊มที่ออกแบบมาสำหรับความต้องการสูงสุดอาจทำงานที่ระดับ 35-45% ของกำลังการผลิตที่กำหนดไว้เป็นเวลา 70% ของรอบการทำงาน ซึ่งเป็นส่วนที่มีประสิทธิภาพต่ำที่สุดในแผนภูมิประสิทธิภาพของปั๊ม

การใช้งานตัวสะสมที่ไม่ถูกต้องตัวสะสมแรงดันเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการจัดการความต้องการสูงสุด แต่ก็มักถูกนำไปใช้ผิดวิธีในการซ่อมแซมเครื่องมือกล ผมเคยเห็นตัวสะสมแรงดันที่ออกแบบมาเพื่อจ่ายการไหลสำหรับฟังก์ชันที่สามารถใช้ปั๊มขนาดเล็กกว่าทำงานอย่างต่อเนื่องได้ ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนของตัวสะสมแรงดันลงได้ หลักการคำนวณง่ายๆ คือ ตัวสะสมแรงดันราคา 800 ยูโร และต้องมีการตรวจสอบและเปลี่ยนเป็นระยะ ควรจะคืนทุนจากค่าประหยัดพลังงานภายใน 24 เดือน เพื่อให้คุ้มค่ากับค่าใช้จ่าย เมื่อมันเป็นเพียงการปรับการไหลที่ไม่สม่ำเสมอเล็กน้อย ซึ่งระบบที่ออกแบบมาอย่างดีจะไม่พบอยู่แล้ว มันจึงเป็นต้นทุนสุทธิ

การวิเคราะห์เชิงวิศวกรรม: วิธีการจับคู่ระบบเซอร์โวไฮดรอลิกอย่างถูกต้อง

มาเข้าสู่เรื่องวิศวกรรมกันเลย หากคุณกำลังปรับปรุงเครื่องจักรกลซีเอ็นซีหรือเครื่องมือกลซีเอ็นซีที่คล้ายกัน และต้องการกำหนดสเปคระบบเซอร์โวไฮดรอลิกเพื่อให้สามารถบรรลุเป้าหมายการประหยัดพลังงานอย่างแท้จริง นี่คือกรอบการทำงานที่ผมใช้กับลูกค้า:

ขั้นตอนที่ 1: ระบุรอบการทำงานจริง ไม่ใช่ข้อมูลจำเพาะบนแผ่นป้าย

นี่คือจุดเริ่มต้นที่ผู้ซ่อมแซมเครื่องมือกลทุกคนควรเริ่ม แต่แทบไม่มีใครทำเลย เอกสารข้อมูลจำเพาะของผู้ผลิตดั้งเดิมจะบอกคุณว่าเครื่องจักรนั้นต้องการอะไรสามารถทำได้ แต่ไม่ได้บอกว่ามันทำอะไรในกระบวนการทำงานของลูกค้าอย่างแท้จริง

สำหรับเครื่องจักร CNC ทั่วไป ผมจะติดตั้งอุปกรณ์วัดแรงดันและเครื่องวัดอัตราการไหลในวงจรไฮดรอลิกสำหรับการทำงานหนึ่งกะเต็ม — หรือถ้าเป็นไปได้สองกะ เพราะกะที่สองมักมีลักษณะการทำงานที่แตกต่างจากกะแรก สิ่งที่ผมกำลังมองหาคือ:แรงดันที่จำเป็นในแต่ละขั้นตอนของวงจรการตัดเฉือนมีค่าเท่าใด? อัตราการไหลที่จำเป็นมีค่าเท่าใด? แต่ละขั้นตอนใช้เวลานานเท่าใด? มีกี่รอบต่อชั่วโมง?

ข้อมูลส่วนใหญ่จะมีลักษณะประมาณนี้ (อ้างอิงจากกรณีจริงที่ผมได้บันทึกไว้สำหรับเครื่องจักรกลซีเอ็นซี 5 แกนในแคว้นบาวาเรีย):

การเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว:180 บาร์, 45 ลิตร/นาที, 8 วินาทีต่อรอบ, 40 รอบต่อชั่วโมง
ฟีดการทำงาน:120 บาร์, 18 ลิตร/นาที, 45 วินาทีต่อรอบ, 40 รอบต่อชั่วโมง
การเปลี่ยนเครื่องมือ:80 บาร์, 8 ลิตร/นาที, 6 วินาทีต่อรอบ, 8 รอบต่อชั่วโมง
จอดรถ/ประตูเปิด:20 บาร์, 2 ลิตร/นาที, ส่วนที่เหลือของรอบการทำงาน

เมื่อคุณคำนวณค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักของการใช้พลังงานตลอดรอบการทำงานนี้ คุณจะพบว่าเครื่องจักรนี้ต้องการกำลังไฮดรอลิกประมาณ 11.3 กิโลวัตต์สำหรับการทำงาน แต่ระบบปั๊มแบบปริมาตรคงที่กลับใช้กำลังถึง 24 กิโลวัตต์อย่างต่อเนื่องส่วนต่างนั้นถูกทิ้งไปในรูปของความร้อน

ขั้นตอนที่ 2: เลือกประเภทปั๊มให้เหมาะสมกับรอบการทำงานจริง

เมื่อคุณทราบค่ารอบการทำงานแล้ว การเลือกปั๊มจะกลายเป็นการตัดสินใจทางวิศวกรรมที่มีเหตุผล แทนที่จะเป็นการคาเดา

สำหรับงานเครื่องมือกลที่มีความต้องการการไหลและแรงดันที่แปรผันสูง ซึ่งก็คือการตัดเฉือน การอัด และการขึ้นรูปด้วยเครื่อง CNC ส่วนใหญ่ —ปั๊มลูกสูบแบบปรับปริมาตรได้พร้อมระบบชดเชยแรงดันเป็นตัวเลือกเริ่มต้นที่เหมาะสมปั๊มชนิดนี้จะปรับปริมาตรการไหลให้เหมาะสมกับความต้องการ โดยใช้พลังงานเฉพาะที่จำเป็นสำหรับอัตราการไหล/แรงดันในปัจจุบันเท่านั้น ในรอบการทำงานที่ผมได้อธิบายไว้ข้างต้น ปั๊มลูกสูบแบบปรับปริมาตรได้คุณภาพสูง (ไม่ใช่ปั๊มแบบสัดส่วนราคาถูก แต่เป็นปั๊มที่มีการชดเชยแรงดันอย่างแท้จริง) จะช่วยลดการใช้พลังงานเฉลี่ยจาก 24 กิโลวัตต์ เหลือประมาณ 13-14 กิโลวัตต์ ในราคา 0.28 ยูโร/กิโลวัตต์ชั่วโมงในเยอรมนี นั่นหมายถึงการประหยัดได้ประมาณ 19,500 ยูโรต่อปี สำหรับเครื่องจักรที่ทำงาน 6,000 ชั่วโมงต่อปี

โดยทั่วไปแล้ว ปั๊มลูกสูบแบบปรับปริมาตรได้คุณภาพสูงจะมีราคาสูงกว่าปั๊มเฟืองแบบปริมาตรคงที่ประมาณ 2,800-4,500 ยูโร และระยะเวลาคืนทุนต่ำกว่าสี่เดือน

สำหรับงานที่ต้องการแรงดันและอัตราการไหลคงที่มาก เช่น งานกดอัดบางประเภท หรือวงจรจับยึดบางวงจร ปั๊มแบบปริมาตรคงที่ที่คำนวณขนาดอย่างเหมาะสมก็ยังคงใช้งานได้ สิ่งสำคัญคือการตัดสินใจเลือกขนาดโดยอิงจากข้อมูลรอบการทำงานจริง ไม่ใช่จากความเคยชินในอดีต

ขั้นตอนที่ 3: เลือกใช้เซอร์โววาล์วและระบบควบคุมโดยคำนึงถึงประสิทธิภาพ ไม่ใช่แค่พลวัต

ระบบเซอร์โวไฮดรอลิกในเครื่องมือกลมีหน้าที่สองอย่าง คือ การควบคุมการเคลื่อนที่ที่แม่นยำและตอบสนองได้ดี (ส่วน "เซอร์โว") และการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ (ส่วน "ประหยัดพลังงาน") โดยทั่วไปแล้ว การเลือกสเปคไฮดรอลิกของผู้ซ่อมแซมมักเน้นไปที่หน้าที่แรกเป็นหลัก แต่ละเลยหน้าที่ที่สอง

ทางเลือกที่สำคัญโดยเฉพาะ:

การเลือกวาล์วเซอร์โวสำหรับงานแกนป้อนของเครื่องมือกลวาล์วสัดส่วนแบบทำงานโดยตรงพร้อมการป้อนกลับตำแหน่งวาล์วแบบสัดส่วน (บางครั้งเรียกว่าวาล์วเซอร์โวแบบสัดส่วน) ให้การตอบสนองแบบไดนามิกที่เพียงพอ (โดยทั่วไปแบนด์วิดท์ 50-100 เฮิรตซ์ สำหรับความต้องการแกนป้อน CNC ส่วนใหญ่) ในราคาที่ต่ำกว่าวาล์วเซอร์โวแบบไฟฟ้าไฮดรอลิกอย่างมาก ที่สำคัญกว่านั้นสำหรับประสิทธิภาพด้านพลังงาน วาล์วแบบสัดส่วนที่ออกแบบมาอย่างดีพร้อมความเสถียรที่ความถี่ต่ำที่ดี ช่วยให้คุณสามารถใช้การควบคุมแรงดันแบบวงจรปิดซึ่งช่วยลดการสูญเสียจากการควบคุมการไหล วาล์วเซอร์โวแท้ (ที่มีขั้นตอนท่อเจ็ทหรือหัวฉีดแบบแผ่นพับ) มีไดนามิกที่เหนือกว่า แต่โดยทั่วไปมีการรั่วไหลภายในสูงกว่า ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพลดลงในสภาวะสแตนด์บาย

สถาปัตยกรรมควบคุมยุคของการควบคุมด้วยหลอดสุญญากาศแบบอนาล็อกล้วนๆ กำลังจะสิ้นสุดลงแล้ว ยุคสมัยใหม่กำลังเข้ามาแทนที่ระบบเซอร์โวไฮดรอลิกสำหรับการซ่อมแซมเครื่องมือกล ควรใช้ PLC หรือตัวควบคุมแกน CNC ที่มีการสื่อสารผ่าน CANopen หรือ EtherCAT กับตัวขยายสัญญาณวาล์ว ซึ่งจะช่วยให้ตัวควบคุมสามารถ...ตั้งค่าระบบให้อยู่ในสถานะสแตนด์บายพลังงานต่ำระหว่างรอบการตัดเฉือน— การลดแรงดันในระบบลงเหลือ 5-8 บาร์ (เพียงพอที่จะรักษาระตำแหน่งต้านแรงโน้มถ่วง) แทนที่จะปล่อยให้อยู่ที่แรงดันใช้งานเต็มที่ ในเครื่องจักรกลที่มีรอบการทำงานเฉลี่ย 45 วินาที และการเปลี่ยนเครื่องมือ 6 วินาที การทำเช่นนี้เพียงอย่างเดียวสามารถประหยัดพลังงานไฮดรอลิกได้ประมาณ 18%

การตรวจวัดแรงดัน/อัตราการไหลคุณไม่สามารถบริหารจัดการสิ่งที่คุณไม่ได้วัดได้ ทุกๆระบบเซอร์โวไฮดรอลิกข้อกำหนดสำหรับการปรับปรุงเครื่องมือกลประกอบด้วยทรานสดิวเซอร์วัดแรงดันที่พอร์ตแอคชูเอเตอร์และมิเตอร์วัดการไหลในท่อส่ง ระบบ CNC หรือ PLC จะอ่านสัญญาณเหล่านี้และใช้เพื่อปรับการทำงานของปั๊มและการควบคุมวาล์วให้เหมาะสม หากไม่มีเซ็นเซอร์ ระบบก็จะทำงานโดยไม่รู้ทิศทาง – ไม่สามารถปรับให้เข้ากับความต้องการที่แท้จริงได้

ขั้นตอนที่ 4: เลือกขนาดเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนให้เหมาะสม

นี่คือประเด็นที่อาจดูขัดกับสามัญสำนึก:มีประสิทธิภาพมากขึ้นระบบไฮดรอลิกต้องการเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนขนาดเล็กกว่าไม่ใช่เครื่องที่ใหญ่กว่า เมื่อคุณลดการสูญเสียจากการลดแรงดัน คุณจะสร้างความร้อนน้อยลง ระบบที่สูญเสียความร้อน 8 กิโลวัตต์ จำเป็นต้องใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนขนาด 12 กิโลวัตต์ ระบบที่สูญเสียความร้อนเพียง 2 กิโลวัตต์ ต้องการเพียงเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนขนาด 3 กิโลวัตต์ ซึ่งมีราคาถูกกว่า ใช้พลังงานจากพัดลมหรือปั๊มน้อยกว่า และเงียบกว่า

ผมเห็นช่างซ่อมเครื่องปรับอากาศส่วนใหญ่กำหนดสเปคของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนโดยอิงจากค่าประมาณภาระความร้อนของผู้ผลิตเดิม ซึ่งคำนวณจากสมดุลพลังงานของระบบเดิม (ที่ไม่ได้ปรับให้เหมาะสมอย่างดี) เมื่อคุณอัปเกรดเป็นระบบที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นระบบเซอร์โวไฮดรอลิกคำนวณภาระความร้อนจริงใหม่และกำหนดคุณสมบัติของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนให้เหมาะสม การประหยัดต้นทุนในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนมักจะชดเชยส่วนสำคัญของราคาที่สูงขึ้นสำหรับปั๊มและวาล์วที่มีประสิทธิภาพมากกว่า

ข้อมูลจริง: ผลลัพธ์ที่ได้จากการปรับปรุงระบบไฮดรอลิกเพื่อประหยัดพลังงาน

ผมอยากเปลี่ยนจากทฤษฎีไปสู่ตัวเลข เพราะตัวเลขคือสิ่งที่โน้มน้าวให้ผู้จัดการโรงงานและทีมจัดซื้อใช้จ่ายเงินไปกับสิ่งที่เหมาะสมระบบเซอร์โวไฮดรอลิกข้อกำหนด ต่อไปนี้เป็นกรณีศึกษาที่บันทึกไว้ 3 กรณีจากการซ่อมแซมเครื่องมือกลในประเทศเยอรมนีและออสเตรีย:

กรณีที่ 1 — โรงงานผลิตชิ้นส่วนอากาศยานบาวาเรีย, ศูนย์เครื่องจักรกล 5 แกน

เครื่องจักรดังกล่าวคือเครื่องจักรกลซีเอ็นซี 5 แกน รุ่นปี 2011 พร้อมปั๊มเกียร์แบบปริมาตรคงที่ 22 กิโลวัตต์ ทำงานปีละ 6,200 ชั่วโมง ผู้ซ่อมแซม (ผู้เชี่ยวชาญระดับภูมิภาคในเมืองสตุทการ์ท) ได้เปลี่ยนวาล์วควบคุมสัดส่วนเดิมด้วยชิ้นส่วนใหม่และทาสีเครื่องจักรใหม่ แต่...ระบบไฮดรอลิกยังคงเป็นปั๊มปริมาตรคงที่ที่ทำงานที่แรงดันระบาย 200 บาร์อย่างต่อเนื่อง

หลังจากเสร็จสิ้นการว่าจ้าง: เปลี่ยนปั๊มแบบปริมาตรคงที่ด้วยปั๊มแบบใหม่ปั๊มลูกสูบแบบปรับปริมาตรได้ Rexroth A10VSOระบบได้มีการเพิ่มการชดเชยแรงดัน โดยได้เพิ่ม PLC Siemens S7 พร้อมโมดูลควบคุมไฮดรอลิกสำหรับการจัดการแรงดันสำรอง และติดตั้งวาล์วควบคุมทิศทางแบบสัดส่วนพร้อมการป้อนกลับตำแหน่งในแต่ละแกน นอกจากนี้ ระบบยังได้รับทรานสดิวเซอร์วัดแรงดันที่รางหลักด้วย

ผลการวัดหลังระยะเวลาติดตาม 90 วัน:การใช้พลังงานไฮดรอลิกลดลงจากเฉลี่ย 24.1 กิโลวัตต์ เหลือเฉลี่ย 12.8 กิโลวัตต์ด้วยราคา 0.27 ยูโร/กิโลวัตต์ชั่วโมง และใช้งาน 6,200 ชั่วโมง/ปี จะช่วยประหยัดค่าไฟฟ้าได้ประมาณ 18,900 ยูโรต่อปี ค่าใช้จ่ายในการปรับปรุงระบบ (ปั๊ม วาล์ว โมดูล PLC ทรานสดิวเซอร์ ค่าติดตั้ง): 14,200 ยูโรผ่อนชำระง่าย: 9 เดือนและนี่ไม่รวมถึงค่าใช้จ่ายที่ประหยัดได้จากการปิดระบบเนื่องจากความร้อนสูงเกินไปเป็นประจำของระบบเดิม ซึ่งเคยทำให้เกิดเวลาหยุดทำงานโดยไม่คาดคิดประมาณ 3-4 ชั่วโมงต่อเดือน

กรณีที่ 2 — โรงงานผลิตเครื่องอัดไฮดรอลิกของออสเตรีย ขนาด 630 ตัน

เครื่องอัดไฮดรอลิกขนาด 630 ตัน ใช้สำหรับขึ้นรูปชิ้นส่วนอากาศยาน เครื่องอัดนี้เคยได้รับการซ่อมแซมใหม่มาก่อนแล้วครั้งหนึ่งโดยผู้ซ่อมแซมรายอื่น ซึ่งได้ระบุให้ใช้ปั๊มแบบปริมาตรคงที่ขนาด 75 กิโลวัตต์ ซึ่งเป็นขนาดเดียวกับของเดิม เครื่องอัดยังใช้งานได้ แต่การใช้พลังงานนั้นสูงมาก: 43,000 ยูโรต่อปีสำหรับพลังงานไฮดรอลิกอย่างเดียว บวกกับ 8,000 ยูโรต่อปีสำหรับพลังงานของพัดลมแลกเปลี่ยนความร้อน

ผลการวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าวงจรการทำงานจริงของสื่อสิ่งพิมพ์มีดังนี้:การหนีบด้วยแรงดันสูงที่ 250 บาร์ (12 วินาที), การขึ้นรูปด้วยแรงดัน 200 บาร์ (35 วินาที), การปล่อยและการกลับ (15 วินาที), รอบเดินเบา (85 วินาทีต่อรอบ)ปั๊มขนาด 75 กิโลวัตต์ทำงานเต็มกำลังตลอดทั้งรอบการทำงาน

เราเปลี่ยนมันเป็นอย่างอื่นการกำหนดค่าปั๊มคู่: ปั๊มปรับปริมาตรได้ขนาด 37 กิโลวัตต์สำหรับขั้นตอนการหนีบที่มีอัตราการไหลสูง และปั๊มปริมาตรคงที่ขนาด 15 กิโลวัตต์สำหรับขั้นตอนการขึ้นรูปที่มีแรงดันต่ำกว่าโดยใช้ระบบวาล์วควบคุมเชิงตรรกะที่ปรับจังหวะการทำงานของปั๊มตามความต้องการแรงดัน เพิ่มตัวสะสมแรงดันสำหรับช่วงการไหลสูงสุดของแคลมป์ ซึ่งช่วยให้เราลดขนาดปั๊มแคลมป์ลงได้อีก

ผลลัพธ์:การใช้พลังงานไฮดรอลิกส์ลดลงจากเฉลี่ย 71 กิโลวัตต์ เหลือเฉลี่ย 38 กิโลวัตต์ประหยัดค่าไฟฟ้าต่อปี: 26,400 ยูโร ที่ราคา 0.24 ยูโร/กิโลวัตต์ชั่วโมง กำลังไฟของพัดลมแลกเปลี่ยนความร้อนลดลงจาก 4.2 กิโลวัตต์ เหลือ 1.8 กิโลวัตต์ ค่าใช้จ่ายในการปรับปรุงทั้งหมด: 31,000 ยูโรระยะเวลาคืนทุน: 14 เดือนผู้จัดการโรงงานบอกกับผมว่า การปรับปรุงแก้ไขเพียงครั้งเดียวนี้เองที่ทำให้ความเข้มข้นของคาร์บอนต่อชิ้นส่วนของโรงงานลดลงต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนดโดยข้อกำหนดสำหรับซัพพลายเออร์ของลูกค้ารายใหญ่ที่สุดในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ

กรณีที่ 3 — ผู้ผลิตชิ้นส่วนยานยนต์ระดับ 2 ของเยอรมนีตอนเหนือ สายการส่งต่อ

สายการผลิตแบบลำเลียง 12 สถานี สำหรับการกลึงบล็อกเครื่องยนต์ ทำงาน 19 ชั่วโมงต่อวัน โดยแบ่งเป็นสองกะระบบไฮดรอลิกระบบดังกล่าวได้รับการปรับปรุงใหม่เมื่อสามปีก่อน โดยใช้ปั๊มแบบปริมาตรคงที่ที่มีขนาดเหมาะสมกับความต้องการสูงสุดของท่อส่ง (สถานีทั้งหมดทำงานพร้อมกันในช่วงดัชนีผันผวนอย่างรวดเร็ว) ปัญหาคือ สถานีทั้งหมด...ไม่เคยทำงานพร้อมกัน วงจรการจัดทำดัชนีหมายความว่าจะมีสถานีเพียง 6-8 สถานีเท่านั้นที่กำลังส่งข้อมูลอยู่ ณ ช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง

เราได้เปลี่ยนระบบปั๊มสามตัวแบบเดิม (3 × 18kW แบบปริมาตรคงที่) ด้วย...ระบบตรวจจับภาระโดยใช้ปั๊มแบบปรับปริมาตรได้ขนาด 30 กิโลวัตต์ตัวเดียว พร้อมวาล์วตรวจจับภาระแยกแต่ละสถานีสถาปัตยกรรมตรวจจับภาระหมายความว่าปั๊มจะผลิตแรงดันและอัตราการไหลเฉพาะที่จำเป็นสำหรับสถานีที่มีความต้องการสูงสุดในแต่ละช่วงเวลาเท่านั้น และจะปรับเปลี่ยนอย่างต่อเนื่องเมื่อดัชนีเคลื่อนผ่านสถานีต่างๆ

ผลลัพธ์:การใช้พลังงานไฮดรอลิกลดลง 41%ประหยัดค่าไฟฟ้าได้ปีละ 31,000 ยูโร ระบบตรวจจับภาระยังช่วยขจัดปัญหาความร้อนสูงเกินไปเรื้อรังในสถานีที่ 4 และ 7 ซึ่งทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิที่ออกแบบไว้ 8-10 องศาเซลเซียส และทำให้เกิดปัญหาคุณภาพการผลิตที่ไม่สม่ำเสมอในการกลึงรูนำวาล์ว

เหตุใดผู้ซ่อมแซมส่วนใหญ่จึงไม่ระบุสเปคนี้ — และเหตุใดคุณจึงควรระบุสเปคนี้

ผมต้องการพูดถึงเหตุผลที่แท้จริงว่าทำไมจึงต้องประหยัดพลังงานระบบเซอร์โวไฮดรอลิกมาตรฐาน s ไม่ใช่มาตรฐานเริ่มต้นสำหรับการซ่อมแซมเครื่องมือกลทั่วทั้งยุโรป:การกำหนดสเปคทำได้ยากกว่า ต้องใช้เวลาในการออกแบบทางวิศวกรรมมากขึ้น และผลประโยชน์จะตกอยู่กับผู้ใช้งานเครื่องจักร ไม่ใช่ผู้ซ่อมแซม.

ระบบปั๊มแบบปริมาตรคงที่นั้นง่ายต่อการกำหนดสเปค คุณดูเอกสารข้อมูลของผู้ผลิต เลือกปั๊มที่ใหญ่กว่าของเดิมเล็กน้อย เพิ่มวาล์วควบคุมสัดส่วนจากแคตตาล็อก และต่อสายไฟ มันก็ใช้งานได้ เครื่องจักรทำงานได้ ผู้ซ่อมแซมออกใบแจ้งหนี้ รับงาน ได้กำไร และก็ไปต่อ

ระบบสูบน้ำแบบปรับปริมาตรได้ที่มีประสิทธิภาพด้านพลังงาน พร้อมระบบตรวจจับภาระ การจัดการแรงดันขณะสแตนด์บาย และการตรวจจับที่เหมาะสม จำเป็นต้องมี: การวัดรอบการทำงานจริงหรือการจำลองอย่างละเอียด การวิเคราะห์แผนผังประสิทธิภาพของปั๊ม การออกแบบสถาปัตยกรรมควบคุม และเวลาในการทดสอบระบบสำหรับการทำงานร่วมกันระหว่าง PLC และระบบไฮดรอลิกขั้นตอนนี้ต้องใช้เวลาในการออกแบบทางวิศวกรรม ซึ่งจะเพิ่มต้นทุนให้กับผู้ซ่อมแซม และไม่สามารถเรียกเก็บค่าใช้จ่ายเป็นรายการแยกต่างหากได้ง่ายๆ.

ผู้รับเหมาปรับปรุงอาคารที่ทำได้ดีนั้นคิดหาวิธีที่จะดึงเอาคุณค่าของการประหยัดพลังงานบางส่วนมาใส่ไว้ในราคาของพวกเขาได้ ไม่ว่าจะเป็นผ่านสัญญาประสิทธิภาพ (承诺 การลดการใช้พลังงาน โดยคิดค่าบริการตามสัดส่วนของเงินที่ประหยัดได้) หรือผ่านการคิดราคาค่าบริการระดับพรีเมียมที่สะท้อนถึงคุณค่าทางวิศวกรรมที่พวกเขานำมาให้ ส่วนผู้รับเหมาปรับปรุงอาคารที่ไม่สามารถคิดหาวิธีนี้ได้ สุดท้ายก็จะเสนอราคาแข่งกับระบบปรับอากาศแบบเดิม ทำให้เสียงาน และต้องเห็นลูกค้าต้องดิ้นรนกับค่าพลังงานที่สูงลิ่วไปอีกนับสิบปี

สำหรับเจ้าของเครื่องมือกลหรือผู้จัดการโรงงานที่กำลังอ่านข้อความนี้:เมื่อคุณขอใบเสนอราคาสำหรับการซ่อมแซมระบบไฮดรอลิก ให้สอบถามอย่างเจาะจงเกี่ยวกับข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพการใช้พลังงานของระบบที่เสนอสอบถามเกี่ยวกับปริมาณการใช้พลังงานเฉลี่ยโดยประมาณ สอบถามเกี่ยวกับสมมติฐานเรื่องรอบการทำงาน (duty cycle) ในการคำนวณขนาด และสอบถามเกี่ยวกับปริมาณการใช้พลังงานในโหมดสแตนด์บาย หากผู้รับเหมาไม่สามารถตอบคำถามเหล่านี้ด้วยตัวเลขที่เฉพาะเจาะจงได้ แสดงว่าพวกเขาไม่ได้ออกแบบระบบให้มีประสิทธิภาพด้านพลังงาน และคุณควรสงสัยในคำกล่าวอ้างเรื่องประสิทธิภาพใดๆ

ชั้นการรับรอง: เหตุใด CCS/DNV/ABS/BV/LR จึงมีความสำคัญต่อชิ้นส่วนไฮดรอลิก

ประเด็นสำคัญประการหนึ่งที่มักถูกกล่าวถึงบ่อยครั้งในข้อกำหนดการปรับปรุงเครื่องมือกลของยุโรป โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์ที่จะใช้ในอุตสาหกรรมที่มีการควบคุม:การรับรองชิ้นส่วนไฮดรอลิกมีความสำคัญมากกว่าแค่ตลาดการเดินเรือ.

เมื่อชิ้นส่วนไฮดรอลิกได้รับการรับรองจาก CCS (สมาคมจัดประเภทเรือแห่งประเทศจีน), DNV, ABS, BV หรือ Lloyd's Register หมายความว่าหน่วยงานตรวจสอบอิสระได้ตรวจสอบการออกแบบ กระบวนการผลิต และระบบการประกันคุณภาพของชิ้นส่วนนั้นตามมาตรฐานที่กำหนดไว้แล้ว สำหรับการซ่อมแซมเครื่องมือกลในอุตสาหกรรมการผลิตยานยนต์ การบินและอวกาศ หรืออุปกรณ์ทางการแพทย์ การตรวจสอบโดยหน่วยงานอิสระนี้จะให้เอกสารยืนยันว่าชิ้นส่วนในเครื่องจักรของคุณตรงตามมาตรฐานคุณภาพที่ตรวจสอบย้อนกลับได้

ในทางปฏิบัติ เรื่องนี้มีความสำคัญสำหรับ:ข้อกำหนดด้านการตรวจสอบย้อนกลับในห่วงโซ่อุปทานด้านการบินและอวกาศและการแพทย์ (AS9100, ISO 13485)ซึ่งคุณจำเป็นต้องบันทึกที่มาของส่วนประกอบทุกชิ้นการคุ้มครองความรับผิดซึ่งชิ้นส่วนที่ได้รับการรับรองจะนำมาซึ่งความรับผิดชอบเพิ่มเติมจากผู้ผลิต และข้อกำหนดด้านประกันภัยซึ่งบริษัทประกันภัยโรงงานบางแห่งจะคิดเบี้ยประกันที่ต่ำกว่าสำหรับอุปกรณ์ที่มีส่วนประกอบที่ได้รับการรับรองจากหน่วยงานภายนอก

ผลิตภัณฑ์ปั๊มใบพัดและระบบเซอร์โวของ Vicks Hydraulic ได้รับการรับรองมาตรฐาน CCS/DNV/ABS/BV/LR อย่างครบถ้วน ซึ่งเป็นเหตุผลที่ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ปรากฏอยู่ในข้อกำหนดสำหรับการซ่อมแซมเครื่องจักรในอุตสาหกรรมที่มีการควบคุมทั่วทั้งยุโรป หากคุณกำลังซ่อมแซมอุปกรณ์ให้กับลูกค้าในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศหรือห่วงโซ่อุปทานทางการแพทย์ โปรดขอเอกสารรับรองจากซัพพลายเออร์ชิ้นส่วนไฮดรอลิกของคุณก่อนที่จะประกอบระบบ

สิ่งนี้หมายความว่าอย่างไรสำหรับการปรับปรุงบ้านครั้งต่อไปของคุณ

ช่องว่างระหว่างระบบไฮดรอลิกที่ใช้งานได้และระบบไฮดรอลิกประสิทธิภาพในการทำงานนั้นมหาศาล และทั้งหมดนั้นขึ้นอยู่กับคุณภาพของข้อกำหนดทางวิศวกรรม ปั๊มแบบปรับปริมาตรได้มีราคาสูงกว่าในตอนแรก การควบคุมด้วย PLC เพิ่มความซับซ้อน การวิเคราะห์รอบการทำงานใช้เวลา ทั้งหมดนี้เป็นต้นทุนและความพยายามที่แท้จริง

แต่เมื่อคุณคำนวณตัวเลขจากสเปคที่เหมาะสมแล้วระบบเซอร์โวไฮดรอลิกสำหรับการปรับปรุงเครื่องมือกลนั้น แง่มุมทางเศรษฐกิจมีความน่าสนใจอย่างยิ่ง ในสภาพแวดล้อมด้านไฟฟ้าอุตสาหกรรมของเยอรมนีในปี 2024-2025การลงทุน 15,000 ยูโรในระบบไฮดรอลิกที่ประหยัดพลังงานโดยทั่วไปจะคืนทุนภายใน 9-18 เดือน จากการประหยัดค่าไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว— และจะช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายต่อไปอีก 7-10 ปีตลอดอายุการใช้งานของเครื่องจักร

สำหรับโรงงานที่มีเครื่องจักร CNC จำนวน 8-12 เครื่อง การประหยัดพลังงานสะสมจากการเลือกใช้ระบบไฮดรอลิกที่เหมาะสมสำหรับเครื่องจักรทั้งหมด สามารถประหยัดได้ถึง 80,000-150,000 ยูโรต่อปี นี่ไม่ใช่ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา แต่เป็นการลงทุนเพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขัน และยังช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อีกด้วย

หากคุณกำลังวางแผนซ่อมแซมเครื่องมือกลและต้องการดำเนินการตามขั้นตอนต่างๆระบบเซอร์โวไฮดรอลิกการกำหนดคุณสมบัติโดยทีมงานที่มีความเชี่ยวชาญด้านวิศวกรรมในการจำลองรอบการทำงานจริงและคำนวณการประหยัดพลังงานที่แท้จริงทีมงานด้านเทคนิคของ Vicks Hydraulic ทำงานร่วมกับผู้ซ่อมแซมเครื่องมือกลในยุโรปโดยตรง on ระบบเซอร์โวไฮดรอลิกการจัดซื้อแบบขายส่งพร้อมการสนับสนุนด้านวิศวกรรมการใช้งานอย่างเต็มรูปแบบ ผมได้เห็นว่าความร่วมมือทางเทคนิคดังกล่าวช่วยป้องกันข้อผิดพลาดในการกำหนดคุณสมบัติ ซึ่งทำให้โรงงานผลิตเครื่องจักรต้องเสียค่าใช้จ่ายหลายหมื่นยูโรจากพลังงานที่สูญเปล่าตลอดอายุการใช้งานของอุปกรณ์

เกี่ยวกับผู้เขียน
Demi Ge เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านโซลูชันไฮดรอลิกที่วิคส์ ไฮดรอลิกVicks เป็นบริษัทเทคโนโลยีขั้นสูงระดับชาติ ก่อตั้งขึ้นในปี 2550 เชี่ยวชาญด้านปั๊มใบพัด ระบบเซอร์โว และโซลูชันไฮดรอลิกประหยัดพลังงานแบบครบวงจร Vicks ดำเนินงานสายการผลิตชั้นนำระดับโลก 6 สาย ผลิตปั๊มใบพัดมากกว่า 80,000 ตัวต่อปี ให้บริการแก่ภาคอุตสาหกรรมทางทะเล การทหาร และระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมทั่วโลก เชี่ยวชาญด้านชิ้นส่วนที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน CCS/DNV/ABS/BV/LR ติดต่อได้ทาง Facebook: demi.ge.611