Гидравлические и электрические термопластавтоматы: сравнение

Три концепции привода — одно решение

Любой термопластавтомат должен сомкнуть и запереть пресс-форму, впрыснуть и уплотнить расплав, вращать шнек для пластикации и вытолкнуть изделие. Концепция привода, обеспечивающего эти движения, определяет энергопотребление, точность, скорость, обслуживание и инвестиции на весь срок службы машины.

Сегодня покупатели выбирают из трёх основных вариантов: обычные гидравлические машины с насосами постоянной или регулируемой производительности, сервогидравлические машины, где насос приводится серводвигателем, и полностью электрические машины, где у каждой оси свой серводвигатель и механический привод. Универсального победителя нет. Правильный выбор зависит от типа изделия, тоннажа, времени цикла и того, какой вес имеют затраты на энергию и обслуживание на вашем заводе.

В разделах ниже объясняется, как работает каждый привод, приводится их сравнение, типичные показатели энергопотребления в контексте и соответствие распространённых применений наиболее подходящей концепции привода.

Как работают гидравлические машины

В гидравлической машине электродвигатель приводит насос, который подаёт масло под давлением в цилиндры смыкания, впрыска и выталкивания, а также в гидромотор вращения шнека. Клапаны управляют расходом и давлением для каждого движения.

В старых конструкциях с нерегулируемым насосом двигатель вращается с постоянной скоростью на протяжении всего цикла, даже во время охлаждения, когда масло почти не требуется. Избыточный поток дросселируется или сбрасывается в бак, превращаясь в тепло, что повышает энергопотребление и расход охлаждающей воды. Вместе с тем гидравлика очень надёжна, легко развивает большое усилие и хорошо масштабируется на большие усилия смыкания.

Как работают полностью электрические машины

В полностью электрических машинах гидроцилиндры заменены серводвигателями, соединёнными с шарико-винтовыми передачами, зубчатыми ремнями и коленно-рычажными механизмами. Каждая ось управляется напрямую собственным сервоприводом, поэтому движение точное, а энергия потребляется только при движении оси.

Преимущества — отличная повторяемость, низкое энергопотребление, тихая работа и отсутствие гидравлического масла в системах смыкания и впрыска, что подходит для чистых помещений. Обратная сторона — более высокие инвестиции, дорогостоящие изнашиваемые шарико-винтовые передачи и подшипники, а также практические ограничения при больших усилиях смыкания и длительных фазах выдержки под давлением, когда серводвигатели должны удерживать момент.

Сервогидравлика: золотая середина

Сервогидравлические машины сохраняют проверенные гидравлические исполнительные механизмы, но насос в них приводится серводвигателем. Скорость насоса следует за потребностью каждой фазы цикла и во время охлаждения падает почти до нуля. Это снижает энергопотребление, нагрев масла и шум, сохраняя высокую удельную мощность и надёжность гидравлики.

По типичным отраслевым сравнениям сервогидравлические машины потребляют примерно на 30–60 процентов меньше энергии, чем гидравлические машины с нерегулируемым насосом, в зависимости от профиля цикла, а полностью электрические — ещё меньше. Управление давлением и скоростью также более повторяемо, чем на машинах с нерегулируемым насосом, поскольку сервоконтур замыкается по давлению и расходу. Для большинства задач литья общего назначения сервогидравлика даёт лучший баланс инвестиций, энергопотребления и универсальности.

Сравнительная таблица

Показатели энергопотребления — типичные отраслевые диапазоны. Фактические результаты зависят от профиля цикла, конструкции изделия и настроек процесса.

Что означают показатели энергопотребления на практике

Энергопотребление обычно указывают в кВт·ч на килограмм переработанного материала. Типичные отраслевые значения на сопоставимых задачах — около 0,8–1,2 кВт·ч/кг для старых гидравлических машин с нерегулируемым насосом, 0,4–0,7 кВт·ч/кг для сервогидравлических и 0,3–0,5 кВт·ч/кг для полностью электрических. Эти цифры включают приводы, но часто не учитывают нагрев цилиндра, чиллеры и вспомогательное оборудование.

Наибольшая экономия достигается на циклах с длительными фазами охлаждения или выдержки, где нерегулируемый насос тратит энергию впустую, а сервонасос простаивает. На очень быстрых циклах с непрерывным движением разница сокращается. При сравнении предложений запрашивайте данные по энергопотреблению на цикле, похожем на ваше производство.

Точность, скорость и гидроаккумуляторы

Повторяемость обычно оценивают по разбросу массы дозы за много циклов. Полностью электрические машины, как правило, обеспечивают разброс массы дозы значительно ниже 0,5 процента благодаря прямому позиционному управлению шнеком. Современные сервогидравлические машины с замкнутым контуром управления давлением и скоростью близки к ним для большинства изделий, а у старых машин с нерегулируемым насосом наблюдается больший дрейф по мере изменения температуры масла в течение смены.

Скорость складывается из двух составляющих: скорости впрыска и холостого цикла. Тонкостенной упаковке со стенками 0,4–0,8 мм часто нужны скорости впрыска в несколько сотен мм/с, которых гидравлические машины достигают с помощью гидроаккумуляторов, накапливающих энергию в течение цикла и отдающих её при впрыске. Полностью электрические машины могут перемещать узел смыкания, выталкиватель и шнек параллельно, что сокращает цикл на мелких изделиях, а сервогидравлические машины с раздельными приводами или гидроаккумуляторами также могут совмещать движения.

Обслуживание и затраты за срок службы

Гидравлическим и сервогидравлическим машинам нужны замена масла и фильтров и обслуживание уплотнений, но детали стандартные, широко доступные и знакомые большинству ремонтных служб. Хорошо обслуживаемый гидравлический узел смыкания может работать десятилетиями. Сервогидравлические машины добавляют сервопривод и двигатель, которые работают холоднее и тише постоянно вращающегося насоса и обычно продлевают срок службы масла и уплотнений.

Полностью электрические машины обходятся без замены масла, но опираются на шарико-винтовые передачи, линейные направляющие, подшипники и ремни, которые требуют точной смазки и дороги в замене при износе. Их электроника также нуждается в чистом стабильном питании и хорошо охлаждаемых шкафах. При сравнении затрат за срок службы учитывайте энергию, охлаждающую воду, масло, изнашиваемые детали и компетенции, которые уже есть у вашей ремонтной службы.

Вопросы, на которые нужно ответить до выбора

Какое усилие смыкания и размер пресс-формы вам нужны?

Примерно свыше 5 000 кН лучшее соотношение цены и возможностей обычно дают гидравлические и двухплитные машины.

Какова длительность фаз выдержки и охлаждения?

Длительные фазы говорят в пользу насосов с сервоприводом или полностью электрических приводов, а не нерегулируемых насосов.

Какие толщина стенки и длина течения?

Тонким стенкам нужны высокие скорость и давление впрыска, часто с поддержкой гидроаккумулятора.

Насколько дорога электроэнергия на вашей площадке?

Более высокие тарифы сокращают срок окупаемости более эффективных приводов.

Какими знаниями обладает ваша ремонтная служба?

Выбирайте технологию, которую ваша команда сможет быстро обслуживать с использованием локально доступных запчастей.

Выбор по применению

Технические и хозяйственные изделия общего назначения

Обычный выбор — сервогидравлика: гибкая, надёжная и энергоэффективная в широком диапазоне тоннажа.

Тонкостенные стаканы, пищевые контейнеры и упаковка IML

Критичны высокая скорость впрыска и быстрое движение узла смыкания. Специализированная высокоскоростная сервогидравлическая машина с впрыском от гидроаккумулятора хорошо справляется с тонкими стенками и большим числом гнёзд.

Преформы PET

Длительные фазы выдержки и многогнёздные пресс-формы подходят для сервогидравлических машин со специальным шнеком для PET.

Ведра для краски, ящики и логистические изделия

Большие площади проекции и тяжёлые пресс-формы требуют высокого усилия смыкания и прочных плит — сильная сторона сервогидравлических и двухплитных машин.

Крупные автомобильные и технические изделия

Двухплитные гидравлические машины дают большое пространство под пресс-форму, длинный ход раскрытия и компактные габариты при высоком тоннаже.

Малые прецизионные, медицинские и электронные изделия

В малом тоннаже часто предпочитают полностью электрические машины за повторяемость и работу без масла.

Место машин HWAMDA

Сервогидравлическая серия HWAMDA M8SII включает 25 моделей от 900 до 33 000 кН с несколькими вариантами узла впрыска для каждой модели, что позволяет точно подобрать узел смыкания и объём впрыска под изделие. Она же является базой для машин HWAMDA для преформ PET, ведер для краски и ящиков.

Для тонкостенной упаковки высокоскоростная серия SP6 (3 080–5 500 кН) создана для стаканов, тонкостенных пищевых контейнеров и упаковки IML, где важнее всего быстрый впрыск и короткие холостые циклы. Для крупных пресс-форм двухплитная серия DU II (6 500–24 000 кН, а также DU3300II) обеспечивает пространство под пресс-форму и усилие смыкания, необходимые для крупных изделий.

В ходе консультации по конфигурации HWAMDA рассматривает изделие, пресс-форму и инженерные сети, прежде чем рекомендовать модель, а заводские испытания перед отгрузкой подтверждают характеристики в соответствии с согласованными требованиями приёмки.