Kaip modernizuoti senosios kampinės apsukimo mašinos gamybos linijos apsukimo įrenginius pakeičiant juos servoriniais elektriniais varikliais?

Kodėl servo-elektrinė kampinė suvirinimo modernizacija užtikrina matomą grąžinamąjį pelną

Pneumatinės / hidraulinės sistemos ribotumų įveikimas: nestabili jėga, didelės priežiūros išlaidos ir energijos švaistymas

Senosios mokyklos pneumatinės ir hidraulinės suspaudimo sistemos tikrai žalingai veikia pelno normą dėl trijų pagrindinių problemų, kurių tiesiog nepavyksta išspręsti. Pirma, jos per operacijas suteikia nestabilų jėgą. Antra, reikalauja nuolatinės priežiūros. Ir trečia, sunaudoja per daug energijos. Panagrinėkime pirma pneumatinės sistemos. Šios sistemos turi problemų su slėgio svyravimais ir susidėvėjusiais sandariniais žiedais, todėl gaunami netinkami suspaudimai – arba per laisvi (ir jie praleidžia) arba per stiprūs (ir visą detalę tenka išmesti). Hidraulinės sistemos išsprendžia oro problemą, bet sukuria naujų sunkumų dirbtuvės valdytojams. Priežiūra tampa tikru košmaru dėl visų tų sandarinės įrangos, filtrų ir skysčių, kuriuos reikia keisti. Pramonės specialistai praneša, kad kiekvienai mašinai palaikyti jos veikimą kasmet privaloma skirti nuo 15 iki 30 valandų. Kas dar blogiau visų piniginėms? Abi sistemos švaisto milžinišką energijos kiekį. Pneuminės sistemos apie 70 % savo elektros energijos paverčia nereikalinga šiluma vietoj tikrojo darbo. Hidraulinės sistemos nepaliaukiamai veikia siurblius net tada, kai nereikia atlikti jokių suspaudimų. Pereinant prie servorinių elektrinių sistemų visos šios problemos išsprendžiamos. Jos užtikrina tikslų jėgos taikymo kontrolę be reikalingumo naudoti kompresorius ar nešvarius hidraulinius skysčius. Dirbtuvės, kurios atliko šį pereinamąjį etapą, pastebėjo, kad energijos sąskaitos sumažėjo apie 60 %, o priežiūros laikas sumažėjo apytikriai 40 %. Šiuos skaičius patvirtina ir realaus pasaulio tyrimai aliuminio gamybos įmonėse.

Tikslumo ir pakartojamumo patobulinimai: kaip servovaldymas leidžia pasiekti ±0,15 mm prijungimo nuokrypį aliuminio langų rėmuose

Perėjimas prie servorinių elektros variklių tikrai pakeitė, kiek tikslūs gali būti suvirinimo veiksmai. Šios sistemos naudoja uždarąją padėties valdymo grandinę kartu su realiuoju momentinio sukimo stebėjimu, kuris ir sukelia visą skirtumą. Tradiciniai pneumatiniai įrenginiai, veikiantys atvirojo ciklo režimu, tiesiog negali pasiekti tokio tikslumo lygio. Servoriniai varikliai, dirbantys su daugiapasukiais absoliučiaisiais koduokliais, padėtis išlaiko pakartotines maždaug ±0,15 mm ribose. Tai ypač svarbu gaminant sandarius aliuminio langus. Jei nuokrypis viršija 0,3 mm, šie sujungimai visiškai sugenda. Gerėjantis tikslumas sumažina atliekų kiekį, nes kampai vienodai pjoviami miteryje, todėl nebėra būtina juos rankiniu būdu taisyti. Gamintojai, kurie dideliais kiekiais gaminami gaminius, pastebi, kad vien tik pašalinus perdaromųjų darbų sąnaudas, investicijos greitai apsimoka. Kai kurios įmonės, pakeitus senus rankinius ar pneumatinius suvirinimo metodus naujomis servorinėmis elektros sistemomis, pasiekė medžiagų taupymą nuo 18 iki 22 procentų. Be to, programuojamos jėgos charakteristikos suteikia operatoriams daug didesnės lankstumo. Jie gali keisti nustatymus skrydžio metu, kad galėtų tvarkyti skirtingų lydinių storius bei įvairias profilių formas vienoje gamybos serijoje – tai kažkas, ko negali padaryti fiksuotos slėgio hidraulinės sistemos.

Pagrindiniai techniniai specifikacijų reikalavimai sėkmingam servoelektriniam kampų suvirinimui modernizuoti

Didelės apkrovos sukimo momentų varikliai periodiniam suvirinimui be temperatūrinio našumo sumažėjimo

Kampiniams aliuminio rėmų kraštinėms suvirinti reikalingos specialios variklių sistemos su servoriniais elektriniais varikliais, kurie sukurti šioms trumpoms, bet intensyvioms sukimo momento apkrovoms. Šie aukšto perkrovos sukimo momento varikliai gali iš tikrųjų išvystyti apie tris kartus didesnį nei įprastą sukimo momentą tik vieną sekundę. Tai reiškia, kad jie palaiko tinkamą suvirinimo spaudimą be perkaitymo ir galios praradimo, kas vyksta labai dažnai naudojant įprastus servovariklius. Koks rezultatas? Nuosekli kokybė visą 8 valandų trukmės darbo dieną, o pagal praėjusiais metais išleistą „Precision Manufacturing Journal“ žurnalą, aukšto našumo gamybos sąlygomis atliekamų brokuotų detalių kiekis sumažėja apie 18 %. Palyginus su hidraulinėmis sistemomis, šie elektriniai varikliai kiekvieno ciklo metu sutaupo nuo 15 iki 20 procentų energijos sąnaudų. Be to, kadangi jie veikia žymiai šaltesni, komponentų tarnavimo laikas padidėja maždaug dvigubai. Ir pripažinkime: niekas nenori prastovų, kai reikia atlikti kelis iš eilės einančius suvirinimus stiprintiems profiliams.

Daugkartiniai absoliutiniai enkoderiai ir saugaus sukimo momento išjungimo (STO) atitikties reikalavimai nepertraukiamam padėčių atkūrimui

Daugkartinio posūkio absoliutiniai enkoderiai nuolat stebi padėtį be duomenų praradimo, nepaisant bet kokio sukimosi skaičiaus, todėl nereikia atstatyti padėčių po maitinimo nutraukimo ar įvykus avarinėms situacijoms. Šie enkoderiai puikiai veikia su variklių valdymo sistemomis, turinčiomis „Safe Torque Off“ (STO) sertifikatą. Kai technikai atlieka techninę priežiūrą, šios sistemos gali nedelsdamos nutraukti sukimo momentą, tačiau vis tiek tiksliai fiksuoti visų komponentų buvusias padėtis. STO standartas iš tikrųjų atitinka ISO 13849-1 saugos reikalavimus, todėl paleidimo laikas sutrumpėja apie 90 procentų lyginant su visos sistemos išjungimu. Aliuminio langų gamybos įmonėms ši konfigūracija užtikrina kraštinės sujungimo tikslumą ±0,15 mm ribose net staigaus sustabdymo metu. Be tokio atitikimo saugos reikalavimams, netinkamai sujungti komponentai sukelia maždaug 5 % atliekų, kaip nurodyta praeitais metais „Industrial Automation Review“ žurnale. Bendrai paėmus, ši technologija padeda užtikrinti sklandų gamybos procesą ir apsaugoti darbuotojus keičiant įrankius ar atliekant kasdienę techninę priežiūrą.

Žingsnis po žingsnio įdiegiant servorinės elektrinės kampinės suvirinimo modernizaciją

Etapas 1: Mechaninės suderinamumo auditas – montavimas, jungtys ir apkrovos kelio vertinimas

Pradėkite išsamiu mechaninės suderinamumo auditu, kad užtikrintumėte beproblemę fizinę integraciją. Įvertinkite tvirtinimo plokštės matmenis, jungčių geometriją ir konstrukcinio apkrovos kelio vientisumą esant maksimalioms suvirinimo jėgoms (pvz., 15 kN stiprintoms aliuminio profiliams). Pagrindiniai veiksmai apima:

• Esamos variklio eigos ilgio ir sukimosi taškų tarpų matavimą
• Karkaso standumo patvirtinimą, kad būtų išvengta harmoninių virpesių veikiant servorinės variklio sukimo momentui
• Tada, kai tai įmanoma, baigtinio elementų analizės (FEA) metodais modeliuojami blogiausi apkrovos scenarijai
• Potencialių trukdymo taškų linijų išdėstyme nustatymas, įskaitant šalia esančius konvejerius ar įrankius

Šis etapas sumažina paleidimo riziką ir modernizavimo prastovas iki 40 %, remiantis pramonės automatizavimo standartais.

Etapas 2: Elektros ir valdymo sistemos integracija – PLC sąsaja, saugos grandinės ir HMI modernizavimo strategija

Modernizuokite valdymo architektūrą, suderinant ją su esama infrastruktūra, naudodami šiuos tikslinius veiksmus:

1. PLC sąsajos atvaizdavimas : sukonfigūruokite PROFINET arba EtherCAT protokolus, kad sinchronizuotumėte servorijų variklius su senaisiais valdikliais – užtikrindami deterministinį laiką tarp pozicionavimo, pernešimo ir įspaustinio ciklų
2. Apsaugos grandinės įdiegimas : integruokite STO sertifikuotus variklius su dvigubu avarinio sustabdymo loginiu valdymu ir dvikanalėmis saugos releėmis
3. Žmogaus–mašinos sąsajos (HMI) modernizavimas : diegti intuityvius lietimui reaguojančius ekranus, kurie rodytų realiuoju laiku įspaustinio nuokrypio analitiką (±0,15 mm), ciklo trukmės rodiklius bei energijos suvartojimo tendencijas

Įdiegimo metu pirmiausia atlikite koduoklių kalibravimą, kad užtikrintumėte tikslų pozicijų pakartojimą. Po modernizavimo patvirtinimo būtina patikrinti beklaidžią medžiagos pervežimą ir energijos suvartojimo sumažėjimą 30–60 % palyginti su hidraulinėmis pradinėmis sistemomis – tai atitinka rezultatus, gautus didelės apimties aliumininių langų gamybos linijų modernizavimo projektuose.

Patvirtinti rezultatai: servoelektrinė kampinio įspaustinio sistemos modernizacija didelės apimties aliumininių langų gamyboje

Gamintojai, kurie perėjo prie servoelektrinio kampų suvirinimo, pastebi savo gamybos procesuose gana įspūdingų pagerėjimų. Didelių aliumininių langų gamintojai pastebėjo, kad ciklo trukmė sumažėjo nuo trijų ketvirtadalių iki beveik visos ankstesnės trukmės, kurią reikšdavo senosios pneumatinės sistemos. Šio pasiekimo „slaptasis komponentas“ – sinchronizuoti judėjimai tarp pozicionavimo, medžiagų perkėlimo ir paties suvirinimo proceso. Užtikrinant, kad viskas tiksliai priderėtų viena prie kitos, sukimo momentu valdomas suvirinimas išlaiko gylį visame gaminių spektrui vidutiniškai ±0,15 mm ribose. Dabar nebelieka atmestų rėmų dėl to, kad gamybos metu buvo per daug ar per mažai paspausta. Be to, taip pat sutaupoma medžiagų. Įmonės, naudojančios šį metodą, paprastai šiuose kritiniuose apkrovos nešančiuose taškuose, kur ypač svarbi konstrukcinė vientisumas, švaisto apie 18–22 procentais mažiau medžiagų.

Senoji šiluminio našumo mažėjimo problema, kuri anksčiau stabdydavo gamybą kas 90 minučių, dabar išnyko. Šiuolaikinėse sistemose naudojami daugiapoziciniai koduotuvai, kurie atsimena pozicijas net po maitinimo praradimo, o saugos grandinės, atitinkančios STO standartus, neleidžia įrenginiams atsitiktinai įsijungti, kai prie jų dirba žmonės. Didelių gamintojų įmonės praneša apie energijos suvartojimo sumažėjimą apie 60 % lyginant su senosiomis hidraulinėmis sistemomis. Pridėkite mažesnį medžiagų švaistymą, didesnius gamybos našumus ir žemesnius techninės priežiūros kaštus – ir dauguma įmonių šias elektros modernizacijas atsipirkti per šiek tiek daugiau nei metus.

DUK

Koks yra pagrindinis pneumatinės ir hidraulinės lankstymo sistemų trūkumas?

Pneumatinės ir hidraulinės suspaudimo sistemos dažnai kenčia nuo nestabilios jėgos, didelių techninės priežiūros reikalavimų ir reikšmingų energijos nuostolių. Pneumatinėse sistemose kyla slėgio svyravimai ir sandarinimo elementų nusidėvėjimas, dėl ko susidaro neoptimalūs suspaudimai, o hidraulinės sistemos reikalauja išplėstinės techninės priežiūros ir nuolat švaisto energiją, nereikalingai veikdamos siurblius.

Kaip servoelektrinė sistema pagerina suspaudimo procesus?

Servoelektrinės sistemos užtikrina tikslų jėgos taikymo valdymą, sumažindamos energijos suvartojimą maždaug 60 %, o techninės priežiūros laiką – beveik 40 %. Dėl uždaros kilpos padėties valdymo ir realiuoju laiku stebimos sukimo momento vertės jos užtikrina tikslų suspaudimo toleranciją, todėl sumažėja broko kiekis ir pagerėja eksploatacinė efektyvumas.

Kas yra aukštos apkrovos sukimo momento varikliai?

Didžiųjų apkrovų sukimo momentų varikliai yra specialūs varikliai, suprojektuoti trumpalaikiams apspaudimo ciklams, kurie gali išvystyti maždaug tris kartus didesnį nei įprastą sukimo momentą vienai sekundei. Jie padeda palaikyti nuolatinę apspaudimo kokybę be šiluminio našumo sumažėjimo.

Kokią funkciją daugiau nei vieną kartą absoliučiosios padėties koduokliai atlieka servoelektrinėse sistemose?

Daugiau nei vieną kartą absoliučiosios padėties koduokliai nuolat stebi padėtį be duomenų praradimo sukimosi metu, todėl net po maitinimo nutraukimo galima atkurti tikslų padėties nustatymą. Jie padidina tikslumą ir sumažina atliekas, užtikrindami apspaudimo tikslumą ribose ±0,15 mm.