Пресс-тормоз с сервонасосом, управляемый сервонасосом: Energy Consumption Analysis
By Author: Марк Хэнкс
Энергопотребление — важная тема при выборе пресс-тормозов с ЧПУ. Traditional electro-hydraulic press brakes use servo proportional valves to control upper beam movement, Но потери электрогидравлической конструкции в этой энергетической конкуренции, вызванные дроселями и переполнением, снижают общую эффективность.
Пресс-тормоз с ЧПУ с управляемым сервонасосом и сервомоторами с переменной скоростью может напрямую управлять гидравлическим потоком и давлением в зависимости от различных требований к изгибу. Эта продвинутая система позволяет сократить ненужное энергопотребление, повышение гидравлической эффективности, и обеспечивает лучшую температурную стабильность.
В этой статье будет рассмотрено сравнение гидравлических систем сервонасоса и сервоклапанов с помощью симуляционного анализа и объясняется, почему технология сервонасосов становится хорошим выбором для энергоэффективного формования листового металла.
Что такое пресс-тормоз с управляемым сервонасосом?
Пресс-тормоз с ЧПУ с технологией сервонасоса использует инновационную систему управления движением с пресс-тормозом в гидравлической системе. В рамках этой системы, Сервомотор отвечает за привод гидравлического насоса.
Существенное отличие между пресс-тормозом, управляемым традиционной системой серво-пропорционального клапана, и насосной сервосистемой заключается в способе контроля избыточного потока гидравлического масла. Сервосистема насоса изменяет выход гидравлического масла в соответствии с требованиями системы для конкретного цикла изгибания, что снижает потери при тротлинге.
По мере того как производители всё больше обеспокоены энергией, необходимой производственными процессами, и затратами на эксплуатацию машины, В центре внимания становится оптимизация производственного процесса. В ближайшем будущем, вероятно, будут реализованы более энергоэффективные гидравлические системы пресс-тормоза с ЧПУ с использованием более умных стратегий управления, например, технология управления сервонасосом.
1. Как работает гидравлическая система сервонасоса?
Гидравлическая схема пресс-тормоза ЧПУ с сервонасосом показана на рисунке 1.
Рисунок 1. Гидравлическая схема пресс-тормоза с управлением сервонасосом
Рабочий процесс системы управления сервонасосом состоит из пяти этапов:
Этап быстрого подхода
Сервомоторы 1M/2M приводят в движение двухнаправленный насос с фиксированным перемещением (3) в вращении вперёд, подачи масла в безшатунную камеру гидравлического цилиндра (12). В то же время, Клапан наполнения (11) Открывается, позволяя дополнительному маслу из баков для увеличения потока в цилиндрах. Таран быстро движется вниз, Скорость захода на посадку управляется сервомотором.
Рабочая ступень подачи
Когда изгибающий инструмент соприкасается с заготовкой, клапан заполнения закрывается. Гидравлическое масло подаётся только из насоса, позволяя накапливать давление внутри цилиндра. Рабочая скорость подачи точно контролируется скоростью вращения сервомотора.
Dwell Stage
После того как таран достигнет нижнего мёртвого центра, Сервонасос прекращает вращение. Система поддерживает давление для уменьшения деформации пружинного движения после изгиба.
Ступень сброса давления
На данном этапе, направление насоса меняется под управлением сервомоторов, и масло подаётся в камеру стержня. Раман медленно поднимается под управлением ЧПУ.
Этап возвратного удара
Сервонасос продолжает работать в обратном направлении. Клапан заправки открывается, чтобы масло из безшатунной камеры возвращалось в бак для заправки. Скорость возврата регулируется скоростью сервомотора.
Сравнение гидравлической системы сервонасоса и сервоклапана
| Сравнительный пункт | Система управления сервоклапаном | Система управления сервонасосом |
| Принцип управления | Используется сервоклапаны и пропорциональные клапаны для регулирования гидравлического потока и давления | Используется насосы с переменным рабочим объемом, приводимые в движение сервомоторами, для прямого управления выходом потока |
| Скорость отклика | Очень быстрая реакция (обычно 5–50 мс), Подходит для высокоскоростного динамического управления | Более медленная реакция из-за инерции насоса (обычно 100–500 мс), но достаточно для применения пресс-тормозов с ЧПУ |
| Энергоэффективность | Низкая эффективность из-за потерь на троттлинг и переполнения; Больше генерации тепла | Более высокая эффективность, поскольку гидравлическая энергия поставляется в соответствии с реальным спросом; снижает ненужное энергопотребление |
| Генерация тепла | Генерирует больше гидравлического тепла, часто требующие более крупных систем охлаждения | Выделяет меньше тепла, улучшение устойчивости температуры гидравлического масла и снижение потребностей в охлаждении |
| Точность управления | Отличная позиция, скорость, и точность контроля давления | Высокая статическая точность при немного более низкой динамике отслеживания |
| Стоимость системы | Меньшая стоимость компонентов, Зрелые технологии, Более простое обслуживание | Более высокие начальные инвестиции благодаря сервомоторам и переменным насосам |
| Сложность системы | Более простая гидравлическая конструкция со стандартизированными клапанными компонентами | Более сложная система замкнутого контура с сервонасосами, Управляющая электроника, и дополнительные гидравлические компоненты |
| Защита от перегрузки | Быстрое снятие давления с помощью предохранительных клапанов, обеспечение чувствительной защиты от перегрузки | В основном зависит от ограничения мощности насоса, с более медленной реакцией на перегрузку |
| Уровень шума | Более высокий шум при переключении клапанов и колебания давления | Более плавная работа с меньшим гидравлическим шумом |
Как объясняется в таблице сравнения выше, Главное отличие между гидравлическими системами сервонасоса и сервоклапанов заключается в разных способах регулирования потока масла. Сервонасосная система регулирует скорость насоса в соответствии с необходимым расходом, Что очень помогает снизить потери при троттлинге и ненужное энергопотребление. Наоборот, Сервоклапанные системы регулируют гидравлический поток через открытие и закрытие клапанов, что приводит к дополнительным гидравлическим потерям во время эксплуатации.
Система управления клапанами (Управление дросселлингом)
В гидравлической системе с клапанным управлением, Насос поддерживает постоянное давление и поток масла. Пропорциональный клапан обеспечивает полный контроль потока к гидравлическому цилиндру.
В таких условиях, давление и поток, превышающие требования нагрузки, устраняются за счёт ретроулирования на клапане или сбрасывают через сбросающий клапан. Это преобразует избыточную гидравлическую энергию в тепло и приводит к потере энергии.
Аналогия: Водоснабжение полностью открыто, в то время как поток регулируется частичным блокированием выхода трубы запорным клапаном. Избыточное давление воды теряется впустую. Эти системы почти всегда используют открытую гидравлическую цепь.
Система управления насосом (Объёмный контроль)
В гидравлической системе с насосным управлением, Движение приводов управляется регулировкой объема или скорости насоса с переменным объемом, что позволяло системе обеспечивать необходимый поток и давление, требуемые нагрузкой, и иметь минимальные потери при затягивании.
В этой системе выход насоса равен ровно потоку, необходимому приводу, практически не создавая переполнения и практически не вызывая троттлинга и потерь тепла.
Аналогия: Такая система очень похожа на систему с насосным управлением водой, Водяной насос с переменной скоростью, Это не тратит избыточное давление. Эти системы почти всегда проектируются в виде замкнутых гидравлических цепей, использование насоса с переменным рабочим объёмом и мотором с фиксированным рабочим объемом или гидравлическим цилиндром.
2. Анализ энергопотребления пресс-тормозов ЧПУ
2.1 Настройка модели и последовательность работы
Была создана симуляционная модель гидравлической системы пресс-тормозов с ЧПУ, управляемой клапанами, как показано в Рисунок 2, и модель гидротрансформатора с насосным управлением пресс-тормозом ЧПУ, как показано в Рисунок 3. Рабочие параметры обеих систем приведены в Таблице 1.
Рисунок 2 Модель моделирования гидравлической системы с клапанным управлением для пресс-тормоза
Рисунок 3. Модель моделирования гидравлической системы с управлением насосом для пресс-тормоза
Таблица 1. Характеристики времени действия и скорости
| Бой | Быстрый подход | Рабочий канал | Остановись | Снятие давления | Возвратный ход |
| Время управления клапанами (s) | 1.5 | 2 | 1.5 | 1.5 | 2 |
| Скорость (мм/с) | 90 | 8.5 | 0 | 0 | 75 |
| Время управления насосом (s) | 0.75 | 2 | 1.5 | 1.5 | 1 |
| Скорость (мм/с) | 180 | 8.5 | 0 | 0 | 150 |
Система управления сервонасосом использует сервомотор для прямой регулировки скорости насоса и выходного потока. Сервомоторы имеют преимущества по сравнению с традиционными двигателями с фиксированной скоростью: быстрые отклики и высокие скорости вращения, что в конечном итоге сокращает время подхода и возврата ходов.
Чтобы провести правильную оценку, обе системы были настроены с одинаковыми гидравлическими параметрами. Основные настройки показаны в таблице 2.
Таблица 2. Настройки ключевых параметров
| Компонент / Система | Параметр | Ценность |
| Гидравлический цилиндр (Обе системы) | Диаметр диаметра ствола | 170 мм |
| Диаметр стержня | 160 мм | |
| Удар | 200 мм | |
| Система управления клапанами | Рабочий объем насоса | 16 куб.см/оборот |
| Скорость мотора | 1450 оборотов/мин | |
| Система управления насосом | Двухнаправленное перемещение насоса | 16 куб.см/оборот |
| Обе системы | Сила нагрузки | 625,000 N (на сторону) |
| Система управления клапанами | Номинальный ток сервоклапана | 40 мА |
| Собственная частота сервоклапана | 80 Гц |
Для системы с клапанным управлением, Открытие сервоклапана регулировалось с помощью сигналов входного тока для достижения необходимых оборотов цилиндров. Направляющие и наполняющие клапаны управлялись в соответствии с последовательностью работы. Кривая времени смещения поршня показана на рисунке 4.
Рисунок 4. Рабочий объем поршня гидравлического цилиндра против. Временная кривая
Для системы с насосным управлением, Управляемый скоростью сервомотора, выходной поток и направление насоса. Работа заливного клапана контролировалась с помощью направленного переключения клапанов, а результирующая кривая смещения также показана на рисунке 4.
2.2 Сколько энергии может сэкономить сервонасос с ЧПУ??
Система управления сервонасосом сокращает время цикла за счёт увеличения скорости быстрого подхода и обратного хода. Размер шага симуляции был установлен как 0.001 с, с общим временем моделирования 8,5 с для системы управления клапаном и 6,75 с для системы с насосом.
Данные о давлении и расходе от двунаправленного насоса экспортировались в MATLAB для расчёта энергопотребления. Кривые степени и времени показаны на рисунке 5.
Рисунок 5. Мощность против. Временные кривые
Во время рабочих этапов подачи и возврата, Система с управлением сервонасосом демонстрировала более высокую мгновенную мощность, поскольку энергия поступала непосредственно на привод. В отличие от этого, Системы с управлением клапанами испытывают дополнительные гидравлические потери, вызванные дроселями и переполнением.
Численное интегрировање MATLAB показало, что:
• Система управления сервонасосом: примерно 43,69 кДж за цикл
• Система управления клапанами: примерно 124,9 кДж за цикл
Следовательно, при тех же условиях труда, система управления сервонасосом потребляла примерно на 65% меньше энергии, чем система с клапанным управлением.
2.3 Преимущества снижения потока масла в гидравлике и температуре
Общие кривые гидропотока масла, полученные в моделировании JS Ragos, показаны на рисунке 6.
Рисунок 6. Общий расход по сравнению с. Временные кривые
Потребность в объёме масла рассчитывалась путём интеграции расхода от выхода насоса и клапана заправки на этапе быстрого подхода.
Из результатов моделирования, мы нашли
• Система управления сервонасосом: ~ 7.53 L
• Система управления клапанами: ~ 10.243 L
В течение того же рабочего цикла, система управления сервонасосом требовала ~ на 26% меньше объёма гидравлического потока масла.
Какие типы клиентов подходят для пресс-тормозов с сервонасосом и ЧПУ??
По сравнению с традиционными системами, Технология управления насосами повысила энергоэффективность, Снижены гидравлические потери, и улучшенная температурная стабильность. Однако, Использование сервомоторов с прямым приводом, Насосы с переменным объемом, и расширенное управление, Это приводит к более высокой цене по сравнению с традиционными системами.
Из-за цены, Технология управления насосами подходит не для всех производственных условий. Однако, он особенно подходит для таких производственных сред:
1. Производители с большим объёмом и долгими рабочими часами
В производстве листового металла, Затраты на энергию существенно влияют на общие производственные затраты при длительной работе цеха.
В традиционных системах с управляемым сервоклапаном, Гидравлическая энергия преобразуется в тепло в процессе, и эта потеря энергии является формой потери троттлинга.
В отличие от традиционных систем, Система управления, основанная на технологии сервонасоса, управляет выходом насоса для удовлетворения требований каждой операции изгиба. Эта система разработана для обеспечения необходимой гидравлической энергии для каждой операции, чтобы минимизировать энергопотребление при длительном производстве.
Технология управления насосами идеально подходит для следующих отраслей:
Производство автомобильных компонентов
Производство электрических шкафов большого объёма
Производство листового металла для крупной бытовой техники
Массовое производство металлообработки
2. Производители, обеспокоенные ростом стоимости энергии
Рост цен на электроэнергию в отрасли означает более высокие операционные затраты. Эта ситуация заставила производителей учитывать эксплуатационные затраты при покупке новых производственных технологий.
В этом контексте, Технология управления насосом предоставляет конкурентное преимущество производителям, расположенным в странах с более высокими затратами на электроэнергию, Или тем производителям, которые хотят сократить свой углеродный след.
3. Производственные среды, стабилизированные за счёт температурного контроля гидравлической жидкости
Классические гидравлические системы менее эффективны из-за потерь при дроселле, которые создают ненужное тепло. Это может привести к значительным негативным последствиям для гидравлической системы во время длительной работы на высокой скорости.
- Повышенные температуры гидравлической жидкости
- Деградация гидравлической жидкости
- Разрушение уплотнительных колец и уплотнений
- Снижение стабильности системы
Сервонасосные системы, путём устранения потерь энергии, разработаны для уменьшения тепла и работы с большей стабильностью при температуре гидравлической жидкости.
В результате, они более подходят для
- Производственная деятельность в условиях высоких температур
- Непрерывная эксплуатация изгибающих машин на производственных площадках круглосуточно
- Производственные линии, требующие высокой стабильности оборудования
4. Компании, сосредоточенные на ценности своих инвестиций
Цена покупки системы с насосным управлением обычно выше, чем у системы с клапанным управлением. Однако, Первый предназначен для получения важных долгосрочных преимуществ, которые фактически компенсируют более высокие начальные затраты, включая:
- Снижение потерь гидравлической энергии
- Снижение нагрева системы
- Снижение потребности в охлаждении
- Улучшение устойчивости условий эксплуатации гидравлических компонентов
Эти преимущества приводят к снижению общих затрат на систему и сокращению расходов на обслуживание в течение срока службы гидравлической системы.
Для производителей, ориентированных на долгосрочное производство своих пресс-тормозов, Технология с насосным управлением является более удобной системой.
5. Производственные компании с высокой степенью автоматизации
Требования к современным автоматизированным производственным линиям включают:
- Эксплуатация оборудования, которое обладает высокой стабильностью
- Высокая степень повторяемости
- Производство, которое расширяется и, В идеале —, непрерывный
Автоматизированные производственные технологии с использованием систем управления сервонасосами высокой гидравлической стабильности особенно подходят для ныне традиционных высокоавтоматизированных производственных систем, включающих роботизированные пресс-тормоза и автоматизированные изгибающие ячейки.
Преимущества технологии сервонасосов
1. Увеличенная скорость
Время отклика асинхронного двигателя, приводимого в движение приводом с переменной частотой, составляет около 600 мс. В отличие от этого, с постоянными магнитными синхронными моторами и сервоприводами, Система способна достичь времени отклика 50 мс.
2. Усиленное управление
С системой управления насосом сервомотора, реализована система управления замкнутым контуром. Командные значения непрерывно сравниваются с реальными с помощью датчиков скорости и давления.
Система управления автоматически настраивает сервомотор и насосную систему для оптимального контроля давления, Поток, и движение.
3. Снижение энергопотребления
Поскольку система управления насосом сервомотора спроектирована как система управления с переменной скоростью, Сервомотор способен регулировать свою скорость в соответствии с требованиями системы к потоку. Следовательно, когда система работает на низкой скорости, энергопотребление системы снижается.
В различных конфигурациях машин и в различных условиях эксплуатации, Экономия энергии может составлять от 30% до 80%.
4. Интегрированная гидравлическая системаm
Система управления насосом сервомотора позволяет насосу с фиксированным перемещением обеспечивать пропорциональный выход. Это снижает потребность во многих компонентах системы и, следовательно, обеспечивает более упрощённую систему.
Система уменьшает постоянный перелив при высоком давлении и снижает температуру гидравлического масла, что продлевает срок службы всей гидравлической системы.
5. Снижение уровня шума и высокая совместимость с окружающей средой
Функция управления скоростью в системе управления насосом сервомотора означает, что уровень шума в системе равен только текущим рабочим требованиям.
Типичный уровень шума может быть примерно на 8–10 дБ ниже, чем в стандартной гидравлической системе, значительно улучшив акустическую атмосферу мастерской.
Заключение
Пресс-тормоза с управлением сервонасосом ЧПУ обеспечивают более энергоэффективный вариант по сравнению с традиционной гидравлической системой с серво-пропорциональным управлением клапанами. Напрямую регулируя скорость насоса и гидравлический поток масла в соответствии с реальными требованиями к изгибу, Технология сервонасоса позволяет снизить потери при затягивании и повысить общую эффективность гидравлического масла.
Согласно анализу моделирования JS RAGOS, Система управления сервонасосом потребляла примерно на 65% меньше энергии за цикл изгибания по сравнению с системой с управлением сервоклапаном при тех же условиях работы. Кроме того, Снижение гидравлического потока помогает снизить выработку тепла и лучше контролировать температуру гидравлического масла при непрерывной работе машины.
Для производителей листового металла с большими объёмами производства, Долгие часы работы машины, и растущие энергетические проблемы, Пресс-тормоза JS Ragos с сервонасосом могут принести значительные долгосрочные преимущества.
JS RAGOS стремится разрабатывать энергосберегающие ЧПУ-пресс-тормозы и интеллектуальные решения для формования листового металла. Внедряя передовые гидравлические технологии в практическое производство, мы помогаем клиентам добиваться более эффективного и устойчивого производства.
FAQ
Q1. Что такое пресс-тормоз с управляемым сервонасосом и ЧПУ?
Пресс-тормоза с сервонасосом и ЧПУ оснащены сервомоторами, которые напрямую регулируют скорость гидравлического насоса и выходной поток. Сравнение с традиционными системами с клапанным управлением, он обеспечивает гидравлическую энергию в соответствии с реальными требованиями к изгибу и экономит энергию.
Q2. Сколько энергии может экономить сервонасос с ЧПУ пресс-тормозом?
Согласно результатам моделирования JS RAGOS, система управления сервонасосом потребляла примерно на 65% меньше энергии за цикл по сравнению с гидравлической системой с управляемым сервоклапаном при аналогичных условиях эксплуатации.
Но реальная экономия энергии зависит от множества факторов, таких как конфигурация машины, Производственный цикл, bending conditions, и часы работы, и так далее.
Вопрос 3. В чём разница между сервонасосной системой и гидравлической системой сервоклапана?
Система сервоклапанов управляет подачей гидравлического масла, управляя открытием и закрытием клапанов, что приведёт к потере троттлинга и увеличению тепла.
Система сервонасоса управляет гидравлическим потоком, регулируя скорость насоса, что позволяло подавать гидравлическую энергию только при необходимости. Он более дружелюбен и обеспечивает энергоэффективность, и гидравлической температуры масла.
Q4. Подходят ли пресстормоза с сервонасосом с ЧПУ для всех производителей?
Пресс-тормоза с сервонасосом с ЧПУ особенно подходят для производителей листового металла с большими объемами производства и длительными рабочими часами.
Для клиентов с невысокой загрузкой машин или у которых недостаточно бюджетов, Традиционные системы с управлением сервоклапанами всё ещё могут быть подходящим вариантом.
Q5. Может ли технология сервонасоса улучшить работу пресс-тормозов с ЧПУ?
Да. Сервонасосные системы могут повысить эффективность машины, обеспечивая более ускоренную скорость подхода и возврата, а также более стабильную работу при непрерывном производстве.
Вопрос 6. Стоит ли сервонасос с CNC пресс-тормозом для больших инвестиций?
Системы сервонасосов обычно дороже сервоклапанов, Однако они могут предлагать лучшие долгосрочные эксплуатационные расходы и возврат инвестиций благодаря более низкому энергопотреблению и выработке тепла.
