Гидравлическая конструкция литьевой машины на 650 тонн: двухвальная конфигурация с внутренними шестеренчатыми насосами для зажимного и инжекционного контуров.

650-тонная машина для литья под давлением (IMM) — это значительное капитальное оборудование. На этом уровне усилия смыкания — обычно используемом для изготовления автомобильных внутренних панелей, корпусов крупной бытовой техники, поддонов, контейнеров IBC и конструктивных элементов логистических систем — конструкция гидравлической системы напрямую определяет стабильность времени цикла, энергозатраты и долгосрочную надежность.

Задача состоит не просто в создании потока и давления. Она заключается в согласовании гидравлической мощности с двумя принципиально разными профилями нагрузки в рамках одного и того же машинного цикла: цепь зажима, что требует поддержания постоянного давления при относительно низком расходе, и инжекционная цепьЭто требует высокого мгновенного расхода с быстрыми переходами давления. Эти противоречивые требования делают двухнасосные конструкции не просто выгодными, но и необходимыми для эффективного проектирования машин класса 650 тонн.

В этой статье мы рассмотрим инженерное обоснование разделения контуров зажима и впрыска с помощью двойного Шестеренчатые насосы серии VGподробно опишите методику расчета размеров насоса и объясните, как сервоприводные насосные установки изменить энергетический профиль этих ресурсоемких приложений.

Расчет гидравлической системы для усилия зажима в 650 тонн — какой расход и давление требуются в контуре.

Перед выбором рабочего объема насоса необходимо определить гидравлические граничные условия для машины весом 650 тонн. Усилие зажима в 650 метрических тонн требует цилиндра, способного создавать это усилие при имеющемся системном давлении. При номинальном давлении системы 31,5 МПа (315 бар) — стандарте для современных систем — это будет оптимальное значение. гидравлические машины — Диаметр цилиндрического отверстия зажимного механизма обычно составляет от 500 до 560 мм. Расчет прост:

F = P × A → 6375 кН = 31,5 × 10⁶ Па × π × (D/2)² → D ≈ 0,51 м

После определения необходимых параметров расхода в зажимном контуре, в течение каждого цикла происходит несколько отдельных этапов:

• Закрытие пресс-формы (высокоскоростной подход): Низкое давление, высокий расход — обычно 180-240 л/мин в зависимости от длины хода и желаемого времени сухого цикла. Для машины грузоподъемностью 650 тонн с ходом зажима 1000 мм, рассчитанной на время закрытия 3,5 секунды, на этом этапе требуется примерно 200 л/мин.
• Защита от плесени и фиксация: При снижении скорости давление возрастает с 5 МПа до 30+ МПа, а расход падает до 30-60 л/мин.
• Зажимное крепление: Во время впрыска давление поддерживается на уровне 28-31,5 МПа, расход близок к нулю, требуется лишь компенсация утечек (5-15 л/мин).
• Открытие и извлечение пресс-формы: Профиль потока аналогичен профилю при закрытии, но с другим направлением давления — обычно 160-200 л/мин.

Схема впрыска говорит об обратном. Требования к скорости впрыска для крупных деталей варьируются от 30 мм/с (для толстостенной конструкционной пены или стандартных поддонов) до 120+ мм/с (для тонкостенных автомобильных панелей). При диаметре шнека 80-90 мм (типично для машин мощностью 650 тонн) скорость впрыска 100 мм/с требует мгновенного расхода приблизительно 300-380 л/мин — что значительно превышает возможности одного насоса, рассчитанного на эффективное сжатие.

Эти расходящиеся рабочие циклы приводят нас к двухнасосной архитектуре: один насос оптимизирован для профиля сжатия, другой — для впрыска, каждый из которых работает в паре со своим собственным насосом. сервоприводная система.

Шестеренчатые насосы с двумя цилиндрами серии VG — почему мы разделяем контуры зажима и впрыска.

Использование одного большого насоса, обслуживающего оба контура, потребовало бы постоянного компромисса. Рассчитанный на пиковый расход впрыска, он был бы значительно переразмерен во время зажима — что привело бы к потере энергии из-за сброса давления, выделению избыточного тепла и ускорению износа компонентов в течение 90% цикла, когда полный поток не требуется. И наоборот, насос, рассчитанный на средний спрос, привел бы к дефициту жидкости на этапе впрыска, увеличению времени цикла и ухудшению качества деталей.

Конфигурация с двумя насосами с использованием Шестеренчатые насосы серии VGЭто элегантное решение. Каждый насос приводится в движение независимо серводвигателем, скорость которого регулируется сервоприводом, реагирующим на команды давления и расхода в реальном времени. Контроллер станкаВ результате получается гидравлическая система, в которой каждый литр перемещаемого масла напрямую связан с потребностью технологического процесса — никаких потерь на дросселирование, никаких потерь из-за обхода потока.

Шестеренчатые насосы с внутренним приводом Они особенно хорошо подходят для этой архитектуры по трем причинам:

• Низкая пульсация: Непрерывное зацепление внутренних и внешних шестерен обеспечивает исключительно плавный поток по сравнению с поршневыми насосами или шестеренчатыми насосами с внешним зацеплением. На машине весом 650 тонн это снижает вибрацию, передаваемую по гидравлическим линиям к зажимному устройству и инжекционному блоку, что напрямую влияет на однородность формованных деталей.
• Тихая работа на регулируемой скорости:В отличие от лопастных насосов, в которых лопатки работают за счет центробежной силы, Шестеренчатый насос внутреннего действияs поддерживают объемную эффективность в широком диапазоне скоростей. Насос VG2, работающий со скоростью 500 об/мин для удержания потока, практически бесшумен — обычно уровень шума ниже 55 дБ(А) — по сравнению с шестеренчатым насосом с фиксированной скоростью вращения 1750 об/мин, уровень шума которого превышает 75 дБ(А).
• Высокая способность выдерживать высокое давление на низкой скорости:Серия VG поддерживает стабильную выходную мощность на уровне 31,5 МПа даже при... Сервомотор Снижает скорость до 10-20% от номинального максимума. Это критически важно для фазы удержания давления при зажиме, где давление должно поддерживаться без значительного расхода масла.

Данная конфигурация сервопривода с двумя насосами соответствует ISO 4409методологии тестирования для Гидравлический насос производительность, гарантирующая воспроизводимость приводимых нами показателей эффективности в стандартизированных условиях.

Выбор насоса для зажимного контура — длительная фиксация с минимальным выделением тепла.

Для зажимного механизма машины грузоподъемностью 650 тонн мы обычно указываем следующее: ВГ2-100 или VG2-80Шестеренчатый насос внутреннего действияВот рассуждения, основанные на следующем:Технические характеристики серии VG:

Для типичной машины грузоподъемностью 650 тонн с ходом смыкания 1000-1200 мм насос VG2-100 обеспечивает производительность 150 л/мин при 1500 об/мин. В паре с серводвигателем, способным развивать пиковую скорость 2200 об/мин, тот же насос может обеспечивать производительность 220 л/мин во время фазы быстрого закрытия пресс-формы — этого достаточно для сухого цикла длительностью 3,0-3,5 секунды. Во время фазы выдержки... Сервопривод Снижает скорость вращения двигателя до 150-300 об/мин, обеспечивая подачу всего 5-15 л/мин, необходимых для компенсации утечек. При такой пониженной скорости механические потери внутреннего шестеренчатого насоса пропорционально уменьшаются, а повышение температуры масла в зажимном контуре остается ниже 3-5 °C за цикл.

Выбор между VG2-80 и VG2-100 зависит от целевого времени сухого цикла. Для машин, используемых в автомобильной промышленности и требующих циклов менее 3,5 секунд, предпочтительнее использовать VG2-100 с возможностью сервоуправления на сверхвысокой скорости. Для литья под давлением общего назначения, где требования к времени цикла менее жесткие, VG2-80 обеспечивает незначительно более высокую объемную эффективность при типичных рабочих скоростях.

Все насосы серии VG2 используют монтажные фланцы стандарта SAE — модели VG2-80 и VG2-100 используют входной фланец F16 (шаг крепления болтов 77,8 × 42,9 мм, глубина резьбы M12 20 мм) и выходной фланец F12 (69,9 × 35,7 мм, M12). Эти стандартизированные интерфейсы упрощают интеграцию в существующие гидравлические коллекторные системы и облегчают модернизацию.

Выбор насоса для контура впрыска — высокий мгновенный расход с сервоприводной точностью.

Схема впрыска требует иного профиля: очень высокий расход в течение коротких импульсов (0,5-2 секунды на один цикл впрыска), за которым следуют относительно длительные периоды простоя во время пластификации, охлаждения и открытия/закрытия пресс-формы. Для машины мощностью 650 тонн с шнеком диаметром 80-90 мм скорость впрыска 80-120 мм/с требует расхода 250-380 л/мин при давлении до 31,5 МПа.

Обычно мы указываем VG2-125 или VG2-145 для контура впрыска, в зависимости от конфигурации инжекционного блока:

Обратите внимание на снижение номинального давления у насосов VG2-145 и VG2-160. Это типично для шестеренчатых насосов большего рабочего объема — с увеличением рабочего объема пропорционально возрастают нагрузки на подшипники из-за перепада давления между шестернями. Для инжекционных контуров, где требуется пиковое давление (31,5 МПа), оптимальным выбором является насос VG2-125. Он может подавать более 250 л/мин при 2000 об/мин при полном давлении — этого достаточно для большинства инжекционных профилей с производительностью 650 тонн.

Для машин, не требующих максимального давления впрыска (например, для формования товарных паллет при давлении 18-22 МПа), можно выбрать насосы VG2-145 или VG2-160, обеспечивающие более высокую производительность для более высоких скоростей впрыска без превышения номинального давления насоса.

Сервопривод топливного насоса высокого давления должен обеспечивать быстрое ускорение — от почти нулевой скорости до 1800 об/мин менее чем за 100 мс — для обеспечения быстрого запуска впрыска. Сервосистема VICKS Это достигается за счет алгоритмов управления, ориентированных на поле, с предварительной нагрузкой крутящего момента, что обеспечивает соответствие заданного профиля скорости впрыска в пределах ±1% от заданного значения на протяжении всего процесса впрыска.

Повышение эффективности за счет сервопривода — как регулирование скорости преобразует энергопотребление машины весом 650 тонн.

Аргумент в пользу энергоэффективности сервоприводных двухрядных шестеренчатых насосов весьма убедителен. На 650-тонной машине насосная система с фиксированным рабочим объемом обычно работает с двигателем мощностью 45-55 кВт непрерывно при 1500 об/мин независимо от нагрузки. Избыток масла сбрасывается через пропорциональные клапаны под давлением системы, преобразуя гидравлическую работу непосредственно в тепло.

Благодаря сервоприводному управлению с регулируемой скоростью, потребление энергии снижается до уровня, соответствующего только мгновенной гидравлической работе. Мы измерили следующие типичные профили мощности на машинах грузоподъемностью 650 тонн, модернизированных с помощью системы VICKS. сервонасосные установки:

Средняя экономия энергии в 50% напрямую выражается в следующем: машина весом 650 тонн, работающая 24 часа в сутки, 300 дней в году, при стоимости электроэнергии 0,10 долл./кВт·ч, экономит приблизительно 24 900 долларов в год Это не учитывает снижение тепловой нагрузки (меньшие теплообменники, меньшая потребность чиллеров), увеличение срока службы гидравлического масла (более низкие скорости окисления при пониженных рабочих температурах) или сокращение интервалов технического обслуживания сервоприводных насосов по сравнению с постоянно работающими агрегатами с фиксированным рабочим объемом.

Помимо высокой энергетической эффективности, конфигурация насоса с внутренним шестеренчатым приводом и сервоприводом повышает стабильность процесса. В отличие от систем с пропорциональным регулированием, где изменение вязкости масла в зависимости от температуры влияет на характеристики потока, замкнутая система управления скоростью сервонасоса поддерживает постоянную производительность независимо от температуры масла в рабочем диапазоне 20-55 °C. Это приводит к лучшей повторяемости массы дроби — обычно в пределах ±0,3% по сравнению с ±0,8% в системах с фиксированным рабочим объемом.

Вопросы системной интеграции — компоновка коллектора, фильтрация и охлаждение.

Конфигурация с двумя внутренними шестеренчатыми насосами требует тщательной интеграции на системном уровне. Вот практические соображения, которые мы учитываем при проектировании машин грузоподъемностью 650 тонн:

Расчет размеров масляных каналов. В модели VG2-100 используется входной фланец F16 (диаметр 77,8 мм по стандарту SAE) и выходной фланец F12 (диаметр 69,9 мм). Это соответствует размерам портов SAE 1-5/8 и SAE 1-1/4 соответственно. Скорость потока на входе должна поддерживаться ниже 1,5 м/с для предотвращения кавитации при пиковом расходе. Для входного фланца F20 модели VG2-125 (диаметр 88,9 мм по стандарту SAE) мы обычно используем стальную трубу диаметром 2 дюйма (стандарт Schedule 40) или эквивалентный шланг для всасывающей линии, а также специальный фильтр обратной линии, рассчитанный на производительность более 300 л/мин.

Возможность установки нескольких насосов. При установке насосов VG2-100 (зажимной) и VG2-125 (инжекционный) на одном резервуаре рекомендуется использовать вертикальную перегородку, разделяющую две зоны всасывания насоса. Это предотвратит влияние турбулентности масла от обратного потока одного насоса на стабильность всасывания другого. Каждый насос должен иметь собственный фильтр на всасывании с чистым перепадом давления ниже 0,03 МПа.

Связь сервопривода. Оба сервопривода должны взаимодействовать с главным контроллером машины через EtherCAT или CANopen. Контроллер независимо отправляет команды целевой скорости каждому приводу в зависимости от фазы цикла. Во время фаз удержания привод зажимного насоса поддерживает режим позиционного управления, чтобы зажим оставался зафиксированным без перерегулирования, в то время как привод инжекционного насоса переключается в режим управления давлением для точной регулировки давления в сальниковой набивке. Сервомотор VICKS Данная серия поддерживает все три режима управления изначально.

Холодопроизводительность. Даже при использовании сервопривода, машина весом 650 тонн выделяет значительное количество тепла во время впрыска (высокая удельная мощность в кратковременном импульсе). Мы рекомендуем теплообменник мощностью 60-80 кВт для всей системы — примерно на 40-50% меньше, чем потребовалось бы для системы с фиксированным рабочим объемом эквивалентной мощности. Сниженная потребность в охлаждении также позволяет использовать гидравлические резервуары меньшего размера (600-800 л вместо 1000+ л), экономя площадь и объем масла.

Стратегия фильтрации. Шестеренчатые насосы с внутренним зазором имеют меньшие внутренние зазоры, чем лопастные насосы эквивалентного рабочего объема, что требует более чистого масла. Мы указываем β.₁₀ Фильтрация обратной линии ≥ 75 (ISO 16889) для насосов серии VG2 в системах мощностью 650 тонн. Учитывая, что в условиях литья под давлением происходит значительное загрязнение частицами из-за перемещений пресс-форм и обработки материала, необходим абсолютный фильтр обратной линии с порами 10 микрон и индикатором байпаса. Мы также рекомендуем автономную фильтрацию с помощью 3-микронного контура, работающего непрерывно во время работы оборудования, особенно при обработке стеклонаполненных компаундов, волокна которых, находящиеся в воздухе, могут попадать в резервуар.

Выбор масла. Для двухнасосных конфигураций на машинах грузоподъемностью 650 тонн в качестве базового масла мы рекомендуем использовать гидравлическое масло ISO VG 46 с противоизносными свойствами. При температуре окружающей среды выше 35 °C или при обработке высокотемпературных конструкционных пластмасс (PEEK, PEI, LCP), которые увеличивают теплопередачу от пресс-формы к гидравлической системе, может потребоваться масло ISO VG 68 для поддержания достаточной толщины масляной пленки в подшипниках шестеренчатого насоса. Вязкость при холодном пуске не должна превышать 800 мм²/с — это следует учитывать для машин, установленных в неотапливаемых помещениях в северных климатических зонах.

Заключение: Соответствие гидравлической архитектуры масштабу машины.

Проектирование гидравлической системы для 650-тонной термопластавтомата требует такого уровня инженерной точности, который более мелкие машины Иногда обходные пути можно преодолеть с помощью более простых архитектур. В таких масштабах потери энергии и стабильности процесса из-за компромиссной гидравлической конструкции измеряются десятками тысяч долларов в год и долями процента в потере производительности — и то, и другое накапливается в течение 10-15 лет эксплуатации машины.

Двухвальная конфигурация шестеренчатых насосов с независимым сервоприводом серии VG2, предназначенных для зажимных и инжекционных контуров, решает фундаментальное противоречие в гидравлике машин грузоподъемностью 650 тонн, и недавние исследования показали, что эта технология позволяет решить проблему. отраслевые внедрения Необходимо последовательно подтверждать правильность этого подхода: зажимной контур должен обеспечивать устойчивую эффективность удержания, а контур впрыска — возможность достижения пикового расхода. Разделение этих функций с помощью правильного рабочего объема насоса и сервоуправления позволяет каждой из них работать в оптимальном режиме без компромиссов.

Наш инженерная команда VICKS Данная архитектура применяется на десятках машин грузоподъемностью от 500 до 1000 тонн, используемых в самых разных областях — от отделки салонов автомобилей до крупноформатной логистической упаковки. Сочетание надежности шестеренчатого насоса серии VG с прецизией сервопривода обеспечивает стабильное снижение энергопотребления на 45-55% по сравнению с базовыми моделями с фиксированным рабочим объемом, а также измеримое улучшение повторяемости веса впрыска и стабильности температуры гидравлической системы.

Инженерам и специалистам по закупкам, оценивающим варианты гидравлического привода для литьевых машин грузоподъемностью 650 тонн и аналогичного масштаба — как при строительстве новых, так и при модернизации существующих платформ — мы рекомендуем изучать конструкцию насоса, а не только технические характеристики машины. Тип шестеренчатого насоса, размер рабочего объема относительно цикла работы каждого контура и архитектура сервопривода — это переменные, определяющие, будет ли ваша гидравлическая система преимуществом для производства или постоянным источником эксплуатационных расходов.

Часто задаваемые вопросы

Команда инженеров VICKS • Компания NVICKS Intelligent Equipment (Ningbo) Co., Ltd. • Признана Министерством промышленности и информационных технологий как национальное предприятие «малый гигант» • Национальное высокотехнологичное предприятие • Сертифицировано по стандарту ISO
Мы специализируемся на электрогидравлических сервосистемах, сервонасосных установках и интеллектуальных решениях для управления движением в процессах литья под давлением, выдувного формования и промышленной автоматизации.
https://www.vicksservo.com/contact-us/