Пресс-тормоз с управляемым сервонасосом: анализ энергопотребления
Автор: Марк Хэнкс
Энергопотребление — важная тема при выборе пресс-тормозов с ЧПУ. Традиционные электрогидравлические пресс-тормоза используют серво-пропорциональные клапаны для управления движением верхней части балки, но потери электрогидравлической конструкции в этой энергетической конкуренции, вызванные дроселлю и переполнением, снижают общую эффективность.
ЧПУ-тормоз с управляемым сервонасосом и сервомоторами с переменной скоростью может напрямую регулировать гидравлический поток и давление в зависимости от различных требований к изгибу. Эта современная система способна снизить ненужное энергопотребление, повысить гидравлическую эффективность и обеспечить 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 сервонасосом?
Пресс-тормоз с ЧПУ с технологией сервонасоса использует инновационную систему управления движением с пресс-тормозом в гидравлической системе. В этой системе сервомотор отвечает за привод гидравлического насоса.
Существенное отличие между пресс-тормозом, управляемым традиционной системой серво-пропорционального клапана, и насосной сервосистемой заключается в способе контроля чрезмерного потока гидравлического масла. Сервосистема насоса изменяет выход гидравлического масла в соответствии с требованиями системы для определённого цикла изгиба, что снижает потери при дроссельной заслонке.
По мере того как производители всё больше обеспокоены энергией, требуемой производственными процессами, и затратами на эксплуатацию станка, акцент становится на оптимизации производственного процесса. В ближайшем будущем будут реализованы более энергоэффективные гидравлические системы пресс-тормоза с ЧПУ, используя более умные стратегии управления, такие как технология управления сервонасосами.
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 фиксированный насос (3) в прямом вращении, подая масло в безшатунную камеру гидравлического цилиндра (12). Одновременно открывается заливной клапан (11), позволяющий дополнительному маслу из бака увеличивать расход в цилиндре. Таран быстро движется вниз, скорость захода на посадку регулируется скоростью сервомотора.
Рабочая ступень подачи
Когда изгибающий инструмент соприкасается с заготовкой, клапан заполнения закрывается. Гидравлическое масло подаётся только через насос, что позволяет накапливать давление внутри цилиндра. Рабочая скорость подачи точно регулируется скоростью вращения сервомотора.
Dwell Stage
После того как рама достигает нижней мертвой точки, сервонасос перестаёт вращаться. Система поддерживает давление для снижения деформации пружинного отбора после изгиба.
Ступень сброса давления
На этом этапе направление насоса меняется под контролем сервомоторов, и масло подаётся в камеру шатуна. Рама медленно поднимается под управлением ЧПУ.
Этап возвратного удара
Сервонасос продолжает работать в обратном направлении. Клапан заправки открывается, чтобы масло из безшатунной камеры могло вернуться в бак. 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), подходящая для высокоскоростного динамического управления | Более медленный отклик из-за инерции насоса (обычно 100–500 мс), но достаточный для применения пресс-тормозов с ЧПУ |
| Энергоэффективность | Более низкая эффективность из-за потерь на тротлинг и переполнения; Больше генерации тепла | Более высокая эффективность, поскольку гидравлическая энергия подаётся в соответствии с фактическим спросом; снижает ненужное энергопотребление |
| Генерация тепла | Выделяет больше гидравлического тепла, часто требуя больших систем охлаждения | Вырабатывает меньше тепла, улучшает стабильность температуры масла и снижает требования к охлаждению |
| Точность управления | Отличное положение, 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 замкнутая система с сервонасосами, управляющей электроникой и дополнительными гидравлическими компонентами |
| Защита от перегрузки | Быстрое снятие давления с помощью предохранительных клапанов, обеспечивающее чувствительную защиту 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 управления подачей масла. Система сервонасоса управляет скоростью насоса в соответствии с необходимым расходом, что очень помогает снизить потери при троттлинге и ненужное энергопотребление. На продолженииРаRY, сервоклапанные системы регулируют гидравлический поток через открытие и закрытие клапанов, что приводит к дополнительным гидравлическим потерям во время работы.
Система управления клапанами (управление дроселлингом)
В гидравлической системе с клапанным управлением насос поддерживает постоянное давление и поток масла. Пропорциональный клапан позволяет полностью контролировать поток в гидравлический цилиндр.
В таких условиях давление и расход, превышающие требования нагрузки, удаляются путем ретролинга на клапане или сбрасываются через сбросающий клапан. Это преобразует избыточную гидравлическую энергию в тепло и приводит к потере энергии.
Аналогия: подача воды полностью открыта, а поток регулируется частичным блокированием выхода трубы запорным клапаном. Избыточное давление воды теряется впустую. Эти системы почти всегда используют открытую гидравлическую цепь.
Система управления насосом (объемное управление)
В гидравлической системе с насосным управлением движение приводов регулируется путём регулировки водоизмещения или скорости насоса с переменным объемом, что позволяет системе обеспечивать необходимый поток и давление, требуемые нагрузкой, и нести минимальные потери на дроссельную заслонку.
В этой системе выход насоса соответствует ровно необходимому приводу потока, что практически не создаёт переполнения и практически не приводит к потере топлива и тепла.
Аналогия: такая система очень похожа на систему с водяным управлением насосом — водяным насосом с переменной скоростью, которая не теряет избыточное давление. Эти системы почти всегда проектируются в виде замкнутых гидравлических цепей с использованием насоса с переменным объемом и мотором или гидравлическим цилиндром с фиксированным рабочим объёмом.
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 с управлением клапаном | 1.5 | 2 | 1.5 | 1.5 | 2 |
| Скорость (мм/с) | 90 | 8.5 | 0 | 0 | 75 |
| Время (времена) с управлением насосом | 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 перед традиционными двигателями с фиксированной скоростью: быстрые отклики и высокие вращения, что в конечном итоге сокращает время подхода и возврата.
Для правильной оценки 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 Н (на сторону) |
| Система управления клапанами | Номинальный ток сервоклапана | 40 мА |
| Собственная частота сервоклапана | 80 Гц |
Для системы с клапанным управлением открывание сервоклапана регулировалось с помощью сигналов входного тока для достижения требуемых оборотов цилиндров. Направляющие и наполняющие клапаны управлялись в соответствии с последовательностью работы. Кривая времени смещения поршня показана на рисунке 4.
Рисунок 4. Кривая объема поршня гидравлического цилиндра и временной кривой
Для системы с насосным управлением скорость сервомотора управляется выходным потоком и направлением насоса. Работа клапана заправки управлялась с помощью направленного переключения клапанов, а кривая перемещения также показана на рисунке 4.
2.2 Сколько энергии может сэкономить сервонасос с ЧПУ с пресс-тормозом?
Система управления сервонасосом сокращает время цикла за счёт увеличения скорости быстрого подхода и обратного хода. Размер шага симуляции был установлен на уровне 0,001 с, при этом общее время симуляции составляло 8,5 с для системы управления клапаном и 6,75 с для системы управления насосом.
Данные о давлении и расходе с двунаправленного насоса экспортировались в MATLAB для расчёта энергопотребления. Кривые степени и времени показаны на рисунке 5.
Рисунок 5. Кривые мощности и времени
Во время рабочих этапов подачи и возврата система управления сервонасосом показывала более высокую мгновенную мощность, поскольку энергия поступала непосредственно на привод. В отличие от этого, системы с управлением клапанами испытывают дополнительные гидравлические потери, вызванные дроселлю и переполнением.
Численное интегрировање MATLAB показало, что:
• Система управления сервонасосом: примерно 43,69 кДж за цикл
• Система с клапанным управлением: примерно 124,9 кДж за цикл
Таким образом, при тех же условиях работы система с управлением сервонасосом потребляла примерно на 65% меньше энергии, чем система с клапанным управлением.
2.3 Преимущества снижения потока масла в гидравлике и температуре
Общие гидравлические потоки масла, полученные в моделировании JS Ragos, показаны на рисунке 6.
Рисунок 6. Кривые общего расхода и временных кривых
Спрос на объём масла рассчитывался путём интеграции расхода от выхода насоса и клапана заправки на этапе быстрого подхода.
По результатам симуляции мы обнаружили
• Система управления сервонасосом: ~ 7,53 л
• Система управления клапанами: ~ 10,243 л
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?
По сравнению с традиционными системами, технология управления насосом повысила энергоэффективность, снизила гидравлические потери и улучшила температурную стабильность. Однако использование сервомоторов с прямым приводом, насосов с переменным объемом и продвинутых органов управления приводит к более высокой цене по сравнению с традиционными системами.
Из-за высокой стоимости технология управления насосом подходит не для всех производственных условий. Однако он особенно подходит для таких производственных условий:
1. Производители с большим объёмом производства с длительными рабочими часами
В производстве листового металла затраты на энергию существенно влияют на общие производственные затраты при длительной работе цеха.
В традиционных системах с управлением сервоприводом 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, контролирует выходную мощность насоса, чтобы удовлетворить требования каждой операции изгиба. Эта система предназначена 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 эксплуатационные затраты. Эта ситуация заставила производителей учитывать эксплуатационные затраты при покупке новых производственных технологий.
В этом контексте технология управления насосом предоставляет конкурентное преимущество производителям, работающим в странах с более высокими затратами на электроэнергию, а также для тех, кто стремится сократить свой углеродный след.
3. Производственные среды, стабилизированные за счёт температурного контроля гидравлической жидкости
Классические гидравлические системы менее эффективны из-за потерь на дроссель, 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, устраняя потери энергии, спроектированы для уменьшения тепла и работы с большей стабильностью температуры гидравлической жидкости.
В результате они более подходят для
- Производственная деятельность в условиях высоких температур
- Непрерывная работа 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 выгод, 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 затрат на обслуживание в течение срока службы гидравлической системы.
Для производителей, ориентированных на долгосрочное производство пресс-тормозов, технология управления насосом является более удобной.
5. Производственные компании с высокой степенью автоматизации
Требования к современным автоматизированным производственным линиям включают:
- Эксплуатация оборудования, которое является высокостабильным
- Высокая степень повторяемости
- Производство, которое является расширенным и, в идеале, непрерывным
Автоматизированные производственные методы с использованием систем управления сервонасосами с высокой гидравлической стабильностью особенно подходят для ныне традиционных высокоавтоматизированных производственных систем, включающих роботизированные пресс-тормоза и автоматизированные изгибающие элементы.
Преимущества технологии сервонасосов
1. Увеличение скорости
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 достигать времени отклика 50 мс.
2. Усиленный контроль
В системе управления насосом сервомотора реализуется замкнутая система управления. Командные значения постоянно сравниваются с реальными с помощью датчиков скорости и давления.
Система управления автоматически настраивает сервомотор и насосную систему для оптимального управления давлением, расходом и движением.
3. Снижение энергопотребления
Поскольку система управления насосом сервомотора спроектирована как система управления с переменной скоростью, сервомотор способен регулировать свою скорость в соответствии с требованиями к потоку системы. Таким образом, при работе системы на низкой скорости энергопотребление снижается.
В разных конфигурациях машин и условиях энергосбережения могут составлять от 30% до 80%.
4. Интегрированная гидравлическая системаm
Система управления насосом сервомотора позволяет насосу с фиксированным перемещением обеспечивать пропорциональную мощность. Это снижает потребность во многих компонентах системы и, следовательно, обеспечивает более упрощённую систему.
Система уменьшает непрерывный перелив под высоким давлением 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 текущему рабочему требованию.
Типичный уровень шума может быть примерно на 8–10 дБ ниже, чем в стандартной гидравлической системе, что значительно улучшает акустическую атмосферу мастерской.
Заключение
ЧПУ-тормоза с управляемым сервонасосом обеспечивают более энергоэффективный вариант по сравнению с традиционной гидравлической системой с пропорциональным управлением клапанов сервоприводом. Напрямую регулируя скорость насоса и гидравлический поток масла в соответствии с реальными требованиями к изгибу, технология сервонасоса позволяет снизить потери при дроссельной заслонке 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 машин.
Для листовых металломастеров с большими объёмами производства, длихими рабочими часами машины и увеличивающимися энергопотреблениями, пресс-тормоза JS Ragos с сервонасосом могут обеспечить значительные долгосрочные преимущества.
JS RAGOS стремится разрабатывать энергосберегающие решения для прессовки ЧПУ и интеллектуальных решений для формования листового металла. Внедряя передовые гидравлические технологии в практическое производство, мы помогаем клиентам добиваться более эффективного и устойчивого производства.
FAQ
Вопрос 1. Что такое пресс-тормоз с сервонасосом?
SЧПУ-тормоз с управляемым насосом ervoС особенностью Сервомоторы управляют напрямуюлинСкорость гидравлического насоса и выходной поток. Сравните сТрадиционные системы с клапанным управлением обеспечивают гидравлическую энергию в соответствии с реальными требованиями к изгибуи Сохранитьэнергия.
Вопрос 2. Сколько энергии может сэкономить сервонасос с ЧПУ с пресс-тормозом?
Согласно результатам симуляции JS RAGOS, система управления сервонасосом потребляла примерно на 65% меньше энергии за цикл по сравнению с гидравлической системой с управлением сервоприводом То же самоеУсловия работы.
Но настоящаяЭкономия энергии на них влияет множество факторов, таких какконфигурация станка, производственный цикл, условия изгиба и рабочие часыи так далее.
Вопрос 3. Что?sРазница между сервонасосом система И гидравлическая система с сервоприводом?
Система сервоклапанов управляет гидравлической системой Нефть Поток по УправлениеОткрытие клапанаи закрытие, который был бы результат вПотери при замедлении и вышеГенерация тепла.
Система управления сервонасосом гидравлический Поток по Регулированиескорость насоса, что позволяет подавать гидравлическую энергию только при необходимости. Он более дружелюбен с энергией эффективность, иГидравлическое масло Температура.
Вопрос 4. Подходят ли пресс-тормоза с сервонасосом с ЧПУ для всех производителей?
Пресс-тормоза с сервонасосом с ЧПУ особенно подходят дляЛистовой металл Фабрикаторс большими производственными объёмамииДолгие рабочие часы.
Для клиентов с Не высокоИспользование машин или кто Дон’У меня нет достаточного бюджета, традиционные системы с управлением сервоприводом мог быВсё равно это будет подходящим вариантом.
Вопрос 5. Может ли технология сервонасоса улучшить работу пресс-тормозов с ЧПУ?
Да. Сервонасосные системы могут повысить эффективность машины, обеспечивая более быстрый подход и возврат Рабочая скоростьи более стабильной работы при непрерывном производстве.
Вопрос 6. Стоит ли пресс-тормоз с сервонасосом с ЧПУ для больших инвестиций?
Сервонасосные системы обычно дороже сервоклапанов, но они могут обеспечивать лучшие долгосрочные эксплуатационные расходы и возврат инвестиций благодаря более низкому энергопотреблению и выработке тепла.
