Интегрированная сервомашина Albert 3-в-1: как бразильские производители упаковки сокращают занимаемую площадь и время на проводку оборудования.

Бразилия занимает девятое место в мире по объему рынка пластмасс, потребляя 6,5 миллионов тонн полимерных материалов в год, при этом на упаковку приходится около 42% от общего потребления. В штате Сан-Паулу на предприятиях по переработке упаковки работает около 2800 термопластавтоматов с усилием смыкания от 80 до 1200 тонн, обслуживающих пищевую, напитковую, косметическую и промышленную упаковку. Производители оборудования, поставляющие эти машины, исторически использовали стандартную «распределенную» гидравлическую систему привода: отдельный серводвигатель, отдельный приводной шкаф (установленный на раме машины или в виде автономного корпуса) и отдельный шестеренчатый насос, соединенный через гибкую муфту и колокол. Такая конфигурация работает, но занимает место на полу, требует 40–60 метров проводки на каждую машину между приводом и двигателем и создает точки отказа на каждом соединении — муфте, клеммах проводки и вентиляторе охлаждения корпуса.

Производимая нами на заводе VICKS сервоприводная машина Albert 3-в-1 устраняет необходимость в распределенной архитектуре за счет интеграции ротора серводвигателя, приводной электроники и... Шестеренчатый насос внутреннего действия в единый коаксиальный корпус. Вся сборка имеет длину 850 мм (для типоразмера 22 кВт) и крепится непосредственно к гидравлическому коллекторному блоку инжекционной машины — без отдельного шкафа, без жгута кабелей от двигателя к приводу и без процедуры выравнивания муфты. В этой статье рассматривается измеренное влияние этой интеграции на трех бразильских предприятиях по переработке упаковочных материалов.

Технические характеристики устройства Albert 3-в-1 см. в разделе Страница товара Albert 3-в-1Для более широкого диапазона движений. Решения для управления, тостраница интегрированного электрогидравлического сервопривода охватывает дополнительные конфигурации.

Конвертер А — сокращение занимаемой площади на 45% на 650-тонной машине для производства ПЭТ-преформ.

Предприятие Converter A, расположенное в городе Жундай, штат Сан-Паулу, занимается производством ПЭТ-преформ для бразильской индустрии розлива напитков. Завод эксплуатирует 18 термопластавтоматов, 4 из которых имеют мощность от 600 до 800 тонн. В первом квартале 2025 года завод заменил старую термопластавтомат мощностью 37 кВт. Стандартный сервомотор + приводной шкаф + внешний шестеренчатый насос в сборе на машине грузоподъемностью 650 тонн с одним агрегатом Albert 3-в-1 (эквивалент 30 кВт на валу насоса, при этом рабочий объем внутреннего шестеренчатого насоса соответствует требованиям цикла формования преформы).

Результаты измерений после 6 месяцев производства: габариты станка уменьшились с 13,5 м² (станок + отдельный шкаф привода + кабельный лоток) до 8,1 м² — сокращение на 40%. Удаленный шкаф привода (1200 × 800 × 400 мм) был установлен на полу рядом с основанием станка, занимая место, которое ранее использовалось для размещения бункеров с заготовками. Время работы проводки для гидравлической системы привода сократилось с 62 часов (кабель питания двигателя, кабель энкодера, тормозной кабель, кабель питания шкафа привода, кабель термистора — все проложено через кабельный лоток с минимальным радиусом изгиба 65 мм) до 6 часов (один кабель питания к блоку Albert, один коммуникационный кабель CANopen обратно к блоку Albert). Контроллер станка). Команда технического обслуживания сообщила, что первая неисправность (сбой связи на шине CANopen) была устранена заменой 3-метрового кабеля CAN — ремонт занял 20 минут, в отличие от 3-часовой диагностики в предыдущей системе.

Данные об энергопотреблении за 6-месячный период: агрегат Albert 3-в-1 потребил 187 МВт·ч по сравнению с 212 МВт·ч у предыдущей системы за тот же производственный период — снижение на 12%. Улучшение обусловлено двумя факторами: внутренний шестеренчатый насос в агрегате Albert имеет объемный КПД 96% по сравнению с 88% у внешнего шестеренчатого насоса, который он заменил (более узкие внутренние зазоры внутреннего шестеренчатого насоса уменьшают проскальзывание), а прямая интеграция исключает механические потери через муфту (2–3% мощности двигателя).

Преобразователь B — сокращение количества проводов на 60% на 280-тонной упаковочной машине для тонкостенных изделий.

Предприятие Converter B работает в секторе тонкостенной упаковки — контейнеры для маргарина, мороженого и йогурта — используя высокоскоростные инжекционные машины с усилием смыкания 280 тонн и временем сухого цикла 2,5 секунды. На заводе в Индаиатубе, штат Сан-Паулу, в рамках поэтапной программы с сентября 2024 года по март 2025 года было модернизировано 5 машин (все мощностью 280 тонн, все работают с тонкостенным полипропиленом) с помощью установки Albert 3-в-1.

Главным показателем стало сокращение количества проводов. В исходной конфигурации для каждой машины требовалось: 25 метров 4-жильного кабеля питания двигателя сечением 6 мм² (от шкафа привода до двигателя), 15 метров 4-жильного экранированного кабеля энкодера сечением 0,5 мм², 10 метров 2-жильного тормозного кабеля сечением 1,5 мм², 8 метров 4-жильного кабеля питания шкафа привода сечением 2,5 мм² и 5 метров заземляющего кабеля — всего 63 метра кабеля на машину для 5 машин = 315 метров. В конфигурации Albert 3-в-1 для каждой машины требуется один 4-жильный кабель питания сечением 2,5 мм² (12 метров) плюс 2-жильный экранированный кабель CANopen (12 метров) — всего 24 метра на машину × 5 = 120 метров. Экономия на стоимости кабельных материалов составила 8600 реалов (приблизительно 1550 долларов США) в рамках программы, включающей 5 машин.

Время, затрачиваемое на электромонтажные работы, сократилось с 68 часов на машину до 14 часов на машину — снижение на 79%. Ведущий электрик электромонтажной компании сообщил, что установка Albert 3-в-1 была «самой простой установкой сервопривода, которую я выполнял за 22 года — не требовалось монтировать приводной шкаф, подключать кабели двигателя к распределительной коробке, выравнивать муфты». За первые 6 месяцев работы Albert 3-в-1 количество обращений в службу технического обслуживания составило 0,3 обращения на машину в месяц, по сравнению с 1,1 обращения на машину в месяц для предыдущей распределенной системы — снижение количества внеплановых работ по техническому обслуживанию на 73%.

Почему внутренний шестеренчатый насос важен для упаковочных применений

Внутренне-шестеренчатый насос в агрегате Albert 3-в-1 заслуживает отдельного обсуждения, поскольку бразильская упаковочная отрасль работает в условиях жестких циклов, где кавитация насоса при повышенных температурах масла является постоянной проблемой. Стандартный внешне-шестеренчатый насос в предыдущих системах переработчиков имел типичную кривую объемной эффективности, которая падала с 92% при 40°C (новое масло, чистый фильтр) до 78% при 55°C (рабочая температура после 4 часов непрерывной высокоскоростной работы). Внутренне-шестеренчатый насос в агрегате Albert поддерживает объемную эффективность 94–96% в диапазоне температур от 35°C до 65°C, поскольку конструкция внутреннего шестерен имеет большую площадь контакта зубьев и более жесткую компенсацию внутреннего зазора за счет серповидного уплотнения. Для тонкостенной упаковочной машины, работающей с циклом 2,5 секунды, поддерживаемая объемная эффективность означает, что расчет рабочего объема насоса точен — машине не нужно увеличивать время задержки впрыска для компенсации проскальзывания насоса по мере нагревания гидравлического масла в течение производственной смены.

Для обеспечения совместимости с системой управления блок Albert беспрепятственно интегрируется с контроллером станка через CANopen — тот же протокол полевой шины, который используется ПЛК станка. Подробная информация о компьютерном контроллере Keba, первоначально разработанном для данного применения, приведена в [ссылка на документацию]. Страница продукции компании Keba ComputerДля ознакомления с альтернативным вариантом полностью электрического литья под давлением см. раздел... Страница продукта IMM с полностью электрическим приводом.

Конвертер C — Вес и логистика монтажа на многоэтажном заводе

Установка C — это цех по производству упаковки на многоэтажном заводе в Сан-Бернарду-ду-Кампо, штат Сан-Паулу. На первом этаже расположено 11 термопластавтоматов (установленных на железобетонной плите с номинальной нагрузкой 1200 кг/м²), а на втором этаже — 5 установок (установленных на стальном каркасе мезонина с номинальной нагрузкой 750 кг/м²). Вес гидравлического привода был критическим ограничением для установок на втором этаже — первоначальная распределенная система (двигатель 37 кВт + приводной шкаф + гибкая муфта + корпус колокола + шестеренчатый насос) весила 420 кг. Установка Albert 3-в-1 весит 185 кг при той же мощности — снижение веса на 56%.

Снижение веса позволило переработчику установить 3 дополнительных машины, оснащенных системой Albert, на антресоли второго этажа без усиления несущих конструкций (первоначальный план предусматривал усиление стальными балками стоимостью 180 000 реалов). Улучшилась и логистика установки: один блок Albert 3-в-1 был поднят на место двумя техниками и гидравлической тележкой, тогда как для предыдущей распределенной системы требовался 2-тонный подъемник, три техника и 4 часа на сборку и выравнивание. Блок Albert был установлен на коллекторный блок и подключен к источнику питания машины за 45 минут с момента его доставки к основанию машины.

Вариант сервомотора ABT для применений с низким крутящим моментом описан в [ссылка на описание]. Страница товара ABT с сервомоторомДля применений с прямым приводом, где пространство менее ограничено, см. раздел... страница сервомотора с прямым приводом.

Снижение температуры гидравлического масла — неожиданное преимущество.

Неожиданным преимуществом в работе, отмеченным всеми тремя предприятиями-конвертерами, стало снижение рабочей температуры гидравлического масла. Предприятие А сообщило, что температура масла в резервуаре 650-тонной машины снизилась в среднем с 52°C до 44°C после установки системы Albert 3-в-1 — снижение на 8°C. Источником снижения температуры является отсутствие вентилятора охлаждения, установленного на муфте. В стандартной распределенной архитектуре гибкая муфта между двигателем и насосом генерирует тепло за счет трения (элемент муфты — полиуретановая шина в кулачковой муфте типа Lovejoy — рассеивает 2–3% передаваемой мощности в виде тепла). Вентилятор охлаждения на приводном шкафу также добавляет тепло в зону машины через отработанный воздух, повышая температуру окружающей среды вокруг резервуара. В системе Albert нет ни муфты, ни вентилятора в шкафу — тепловыделение в трансмиссии ограничивается внутренним трением скольжения шестеренчатого насоса, которое на 60–70% ниже, чем потери на трение в муфте.

Снижение температуры масла имеет два эксплуатационных преимущества: интервал замены гидравлического масла в преобразователе А увеличился с 4000 до 6000 часов (поскольку скорость окисления масла уменьшается вдвое при каждом снижении рабочей температуры на 10°C), а потребление охлаждающей воды машиной снизилось с 6,5 л/мин до 4,2 л/мин в контуре маслоохладителя. На предприятии с 18 инжекционными машинами общая экономия охлаждающей воды составила 570 000 литров в год, что снизило затраты предприятия на водоподготовку и электрическую нагрузку градирни на циркуляционный водяной насос.

Часто задаваемые вопросы