Costurile cu energia reprezintă unul dintre cele mai importante costuri de operare în orice mediu de producție. Pentru companiile care produc în masă farfurii, tăvi sau ambalaje din hârtie-turnată, opțiuni de transmisie-în special dacă să implementeze sau nu unmașină de făcut plăci de hârtie cu servomotoare completeconfigurația-poate face o diferență măsurabilă în facturile lunare de energie electrică. Dar cât de eficiente-din energie sunt într-adevăr mașinile de fabricare a plăcilor de hârtie cu servomotoare? Și cum se compară cu alternativele convenționale?
În această lucrare sunt discutați în detaliu factorii mecanici, numerici și practici care determină performanța energetică în producția de plăci de hârtie.
Ce înseamnă de fapt „Full Servo” în acest context
Termenul servo complet sunt mașini în care toate axele principale de mișcare-inclusiv cursa principală a presei, mecanismul de alimentare și sistemul de ejectare-sunt antrenate demașină de făcut plăci de hârtie cu servomotoare completetehnologie, mai degrabă decât motoarele cu inducție convenționale sau actuatoarele pneumatice.
Un servomotor este un motor în buclă-închisă care primește feedback de la un encoder și își ajustează continuu viteza, cuplul și poziția în timp real. Acesta este fundamental diferit de un motor cu inducție AC convențional, care funcționează la o viteză fixă, indiferent dacă este nevoie de putere maximă în acel moment.
Într-o mașină completă cu plăci de hârtie, servosistemul absoarbe curent numai proporțional cu sarcina mecanică reală în fiecare etapă a ciclului. În timpul fazei de oprire - când matrița menține poziția -, motorul nu necesită aproape nimic. În timpul cursei de apăsare, acesta crește. Această potrivire dinamică a sarcinii-stă la baza eficienței energetice a servo.
Comparația energiei: Servo vs. sisteme de acționare convenționale
Pentru a înțelege decalajul de eficiență, uitați-vă la risipa de mașini tradiționale.
Placile de hârtie tradiționale sunt de obicei configurate cu următoarele drivere:
Motor cu inducție AC + volant + ambreiaj/frână: Motorul funcționează continuu la turație maximă, iar volantul stochează energia cinetică. Un ambreiaj se cuplează pentru a antrena cursa presei. Energia este consumată în mod constant chiar și atunci când nu are loc nicio formare.
Unitate hidraulică: o pompă hidraulică acționată de un motor cu inducție care funcționează continuu pentru a menține presiunea în sistem. Dacă presa este la ralanti sau așteaptă între cicluri, pompa încă circulă ulei și consumă energie.
Sisteme pneumatice: Compresorul de aer funcționează aproape continuu, din cauza pierderilor de compresie și a scurgerilor, eficiența sistemelor pneumatice este deja foarte scăzută.
În toate cele trei cazuri, consumul de energie este în mare măsură decuplat de cererea reală de producție. Aparatul se apropie de puterea maximă-indiferent dacă este la mijlocul cursei-sau așteaptă ca următorul blank să fie alimentat.
Sistemele complet servo elimină această risipă. Datele din industrie și testele echipamentelor arată în mod constant că mașinile servo complet cu plăci de hârtie consumă cu 30% până la 60% mai puțină energie electrică în comparație cu mașinile echivalente hidraulice sau cu volant-mecanice care produc același volum de ieșire.
De fapt, o linie de producție de plăci de hârtie de dimensiuni medii-care rulează în două schimburi pe zi ar putea economisi între 8.000 și 25.000 de kilowați-ore pe an prin trecerea de la servomotor hidraulic la servomotor complet, în funcție de dimensiunea mașinii, viteza de producție și tarifele locale de energie electrică.
De ce economiile sunt atât de consistente
Mai mulți factori de inginerie se adaugă pentru a explica de ce sistemele servo complete funcționează atât de bine din punct de vedere energetic:
Frânare regenerativă
Când servomotorul decelerează în jos - ca la sfârșitul unei curse înainte de a reveni -, acesta acționează ca un generator, regăsind energia cinetică și alimentând-o înapoi la magistrala șoferului sau la banca de condensatoare. Acestregenerativcapacitatea înseamnă că energia este mai degrabă recaptată decât disipată ca căldură, așa cum ar fi într-o frână mecanică sau o supapă hidraulică de siguranță.
Aceste recuperări minuscule se adaugă la o parte semnificativă a bugetului total de energie pentru mașinile cu ciclism rapid care rulează între 60 și 120 de bătăi pe minut.
Profiluri precise de mișcare
Servocontrolerele permit inginerilor să programeze profiluri de mișcare personalizate pentru fiecare arbore. În loc de o cursă cu came fixă-, presa poate accelera rapid, încet înainte de a se închide pentru a reduce impactul, rămâne la presiune optimă, apoi se poate retrage rapid -, totul într-o curbă netedă, optimizată. Acest lucru reduce consumul de curent de vârf și stresul mecanic simultan.
Eliminarea pierderilor de standby
Sistemele hidraulice necesită o pompă care funcționează continuu pentru a menține presiunea în sistem. Chiar și la relanti, aceasta costă energie. Un servomotor aflat în standby consumă curent aproape de -zero. Pentru operațiunile cu opriri frecvente, schimbări de ture sau programe cu cerere variabilă-, această diferență se agravează semnificativ pe parcursul unui an.
Generare redusă de căldură
Deoarece servomotoarele sunt mai eficiente, produc mai puțină căldură reziduală. Acest lucru are un beneficiu secundar: cerințe reduse de răcire pentru dulapul electric și spațiul de lucru înconjurător, ceea ce se traduce prin sarcini HVAC mai mici în unitatea de producție.
Eficiență reală vs. eficiență evaluată: ce trebuie urmărit
Specificațiile de utilizare a energiei ale producătorilor sunt de obicei măsurate în condiții perfecte. Asta înseamnă să alergi tot timpul fără opriri. Dar performanța-lumea reală depinde de câteva lucruri.
În primul rând este viteza de producție. Energia utilizată per articol este cea mai bună atunci când mașina funcționează la sau aproape de viteza sa nominală. Dacă rulați la 50% pe o mașină creată pentru un randament ridicat, va folosi mai puțină energie totală. Dar poate înrăutăți raportul de energie-pe-placă.
Al doilea este caracteristicile materialelor. Materiile prime mai groase sau mai dense au nevoie de mai multă forță de formare. Aceasta crește cererea de cuplu motor. Dacă treceți de la hârtie standard la hârtie mai grea sau cu mai multe-strat, consumul de energie pe ciclu va crește.
Al treilea este menținerea temperaturii. Elementele de încălzire din matriță nu afectează consumul de energie al sistemului de servomotor.
Izolarea eficientă a ansamblului matriței și ciclurile optimizate de încălzire{0}}încălzire/răcire-contează la fel de mult ca și sistemul de antrenare pentru performanța energetică totală a mașinii.
Starea de întreținere: rulmenți uzați, șinele de ghidare nealiniate sau contaminarea codificatoarelor de feedback contaminate cresc frecarea și rezistența, forțând motorul să lucreze mai mult. Un-bine întreținutmașină de făcut plăci de hârtie cu servomotoare completedepășește în mod constant o performanță neglijată în metrica energiei.
Dincolo de energie: Alte beneficii operaționale ale Full Servo
Eficiența energetică este principalul indicator. Dar servomașinile complete au și alte puncte bune pentru funcționare. La acestea merită să vă gândiți:
Precizie mai mare și repetabilitate
Deoarece servomotoarele răspund la feedback-ul codificatorului-în timp real, uniformitatea dimensiunilor pe mii de cicluri este semnificativ mai bună decât antrenările cu came sau presele hidraulice. Acest lucru reduce ratele de deșeuri - care este în sine o formă de eficiență a materialelor și a energiei.
Nivele mai mici de zgomot
Unitățile hidraulice și sistemele pneumatice sunt notoriu de zgomotoase. Mașinile servo complet funcționează considerabil mai silențios, îmbunătățind mediul de lucru și reducând nevoia de protecție a auzului în unitățile cu reglementări stricte de muncă.
Timp de întreținere redus
Nu trebuie să schimbați uleiul hidraulic. Nu trebuie să înlocuiți filtrele. Nu trebuie să urmați programele de întreținere a compresorului de aer. Un sistem servo-acționat are părți mecanice simple. Aceasta înseamnă mai puține opriri planificate de întreținere. De asemenea, înseamnă o șansă mai mică de defecțiuni bruște. Pe durata de viață a mașinii, acest lucru duce la o eficiență globală mai mare a echipamentului (OEE). Deci aceasta este o altă modalitate de a câștiga eficiență indirect.
Capacitatea de date și monitorizare
Servo drive-urile moderne au interfețe de comunicare. Acestea sunt de obicei Ethernet/IP, Ethernet Square sau Modbus. Ei urmăresc consumul de energie, timpul de ciclu și sarcina motorului în timp real. Aceste date le permit managerilor de producție să găsească ineficiențe. De asemenea, le permite să urmărească consumul de energie pentru fiecare ciclu de producție. Și le permite să planifice programe pentru a utiliza tarifele de energie electrică în afara-vârfului.
Este justificat costul inițial mai mare?
Mașinile cu plăci de hârtie complet servo au de obicei un preț de achiziție mai mare decât echivalentele lor hidraulice sau mecanice de același volum. Prima variază în funcție de piață și configurație, dar un cost de capital cu 20% până la 40% mai mare nu este neobișnuit. Investind într-unmașină de făcut plăci de hârtie cu servomotoare completenecesită o evaluare atentă a volumului producției și a prețului energiei.
Pentru majoritatea întreprinderilor cu capacitate medie-și-mare, perioada de rambursare numai pentru economiile de energie este de 2 până la 4 ani la un preț tipic pentru energie electrică-și tinde să fie mai scurtă în zonele cu tarife industriale ridicate. Când sunt luate în considerare costurile de întreținere reduse și ratele mai mici de deșeuri, imaginea costului total de proprietate devine și mai convingătoare.
Pentru mediile de producție cu-volum redus sau intermitentă, calculul este diferit. Dacă o mașină funcționează doar câteva ore pe zi, economiile absolute de energie sunt mai mici și perioada de rambursare se extinde în consecință.
Rezumat
Plăcile de hârtie cu servomotor complet sunt într-adevăr mai eficiente din punct de vedere energetic decât alternativele hidraulice, pneumatice sau mecanice-la volanului – consumul direct de energie variază de obicei între 30% și 60%. Eficiența provine din controlul motorului care răspunde la sarcină-, recuperarea energiei regenerative și eliminarea pierderilor de așteptare inerente sistemelor hidraulice.
Tehnologia oferă, de asemenea, beneficii secundare în ceea ce privește acuratețea, nivelurile de zgomot, întreținerea și vizibilitatea datelor, îmbunătățind economia generală a producției. Pentru companiile care planifică o nouă linie de producție sau modernizează echipamentele existente, performanța energetică a sistemului de propulsie merită o importanță serioasă în decizia de cumpărare - nu doar prețul autocolantului.