ГЛАВНОЕ |
СТАТЬИ И ОБЗОРЫ Электрический термопластавтомат - что это?| Тема: Оборудование В настоящее время в ходу абсолютно противоположные, противоречивые взгляды на электрические термопластавтоматы (ТПА). Эта тема обросла мифами и вольными трактовками. Попробуем разобраться в текущей ситуации, с инженером одного из ведущих производителей электрических ТПА компании ZHAFIR Дмитрием Рябцевым. Здравствуйте Дмитрий, как давно вы работаете с термопластавтоматами? Этой осенью исполнилось ровно 20 лет с тех пор как я увлекся этой техникой, и уже четвертый год я являюсь инженером компании ZHAFIR, соответственно, занимаюсь в основном электрическими ТПА. Так что же такое электрический ТПА?Электрическим считается термопластавтомат, движения в котором осуществляются непосредственно с помощью электроприводов без участия гидравлики. То есть вращение ротора электродвигателя передается непосредственно к рабочему элементу машины с помощью механических преобразователей. Существуют полностью электрические термопластавтоматы, когда гидравлика на машине отсутствует, комбинированные в которых только часть приводов прямые электрические и электрические ТПА со встроенной гидростанцией. У разных производителей существует множество компоновок электрических машин. Например, во времена СССР в нашей стране было очень много ТПА марки KuASy произведенных в ГДР. На некоторых типоразмерах этой марки привод вращения шнека был электрический, правда управление им было достаточно ограничено. С развитием приводной техники, с появлением компактных частотных преобразователей и серводвигателей, электрические привода начали ставить и на другие узлы термопластавтоматов. Зачем? В чем польза? Ведь электрические привода достаточно дороги и ненадежны, а гидравлика зарекомендовала себя годами, десятилетиями эксплуатации. С давних времен, механизмы, где требуется управление скоростью и усилием, приводились в действие с помощью гидропривода. В силу простоты, дешевизны и надежности устройств управления скоростью и давлением гидравлической жидкости. Гидропривод постоянно совершенствовался и совершенствуется до сих пор. Производители стараются максимально использовать плюсы и сгладить минусы гидравлической системы. Обусловленные наличием промежуточного фактора — гидравлической жидкости. Управление направлением, скоростью и давлением в гидросистемах осуществляется путем перепускания, изменения потока жидкости. При перетекании жидкость нагревается за счет трения, т.е. часть энергии в гидросистеме тратится на нагрев масла. Гидравлическое масло капризная субстанция, его вязкость очень сильно зависит от температуры. В рабочем диапазоне при изменении температуры масла на 5°С вязкость меняется как минимум на 25–30%. Соответственно, при разной температуре — вязкости, для достижения одного и того же давления — скорости, необходимо по-разному перекрывать поток. Меняются и утечки через зазоры в гидроклапанах, насосах и других элементах системы, что так же влияет на фактические параметры. Второй существенный фактор — это инерционность гидросистемы, и как следствие, сложность управления разгонами-торможениями на высоких скоростях. Но масло в термопластавтоматах охлаждается. Масло охлаждается, чтобы его температура не вышла из рабочего диапазона. Необходимо не просто охлаждать, но и стабилизировать его температуру. Что очень сложно и дорого для таких объемов. К тому же может быть локальный нагрев, то есть масло из бака нормальной температуры по пути к исполнительному элементу, разогревается на каком-нибудь дросселе, на обратном пути в бак успевает остыть. Все развитие гидравлических ТПА в основном направлено на минимизацию температурного фактора и улучшение управляемости. Полимерные уплотнения, насосы с переменной производительностью, пропорциональные клапана с обратной связью, сервоприводы насосов, обратная связь по скорости. Это сужает диапазон колебания параметров, однако не устраняет эти колебания полностью. Может вы не знаете, но современный ТПА с сервоприводом насоса, при работе на средних режимах, можно, в принципе, не подключать к водяному охлаждению, температура масла не выходит из рабочего диапазона. Хватает охлаждения за счет воздушного теплообмена. Откуда тогда колебания? Внутренние переменные факторы, плюс сторонние, случайные факторы. Например, даже на самых современных гидравлических ТПА, при изменении температуры в помещении может потребоваться корректировка параметров. Солнце село, дверь открыли сквозняк появился… Всегда? Нет. Любая пресс-форма имеет так называемый диапазон корректных настроек. Например, допустим, отливка может получится одинаково качественной при скорости впрыска от 40% до 80%. В этом случае наладчик ставит скорость впрыска в серединку, то есть около 60% и колебания скорости не страшны, процесс стабилен, корректировка наверняка не потребуется независимо от внешних условий. Однако на сложных изделиях, плохо спроектированных — изготовленных пресс-формах, капризных материалах диапазон корректных настроек может быть очень узким. И минимальное изменение параметров процесса приведет к появлению брака. А брак на современном производстве может стоить очень дорого. Вы хотите сказать, что электрические привода решают эту проблему? Да и не только эту. Еще один плюс — это параллельность операций. В частности, на упомянутых мною KyASu, электропривод вращения шнека уменьшал объем перегоняемого масла, соответственно, его нагрев. Во время набора материала масло спокойно охлаждалось. Также при использовании запираемого сопла или управляемых инжекторов в горячеканальной пресс-форме имелась возможность открыть пресс-форму и вытолкнуть отливку во время набора. Электрические ТПА имеют раздельные привода и позволяют «параллелить» по полной. Во время набора дозы можно не только открывать пресс-форму, параллельно с открытием могут работать толкатель и знаки в любой последовательности. Во время набора может даже начаться следующий цикл, то есть закрыться пресс-форма. Экономия времени максимальная. И всё-таки по подробней про управляемость и стабильность. Гидравлическое масло отсутствует, значит, проблемы контроля температуры нет. Серводвигатели управляются современными частотными преобразователями (инверторами) с абсолютным контролем скорости и позиции. На гидравлических машинах для измерения позиции как правило используются аналоговые линейки, сигнал с которых поступает в контроллер через АЦП. Из-за алгоритмов фильтрации внутренних и внешних помех, процесс измерения фактической позиции и скорости достаточно медленный. Хороший АЦП выдает цифровое значение всего лишь десять раз в секунду, естественно в современных станках этот процесс несколько быстрее, но не радикально, даже не на порядок. Представьте себе ситуацию, ход впрыска 100 мм, время впрыска 1 секунда. Реальная скорость для простой гидравлики. При этом контроллер знает действительную позицию шнека только каждые 10 мм, ну хорошо, АЦП очень быстрый, каждые 3 мм. Как вы думаете это достаточная точность для современных условий? На самом деле основываясь на эти данных контроллер занимается вычислением реальной позиции, что несколько улучшает ситуацию, но только при постоянной скорости. Если требуется динамичное изменение скорости точность вычислений падает. В наших машинах используются цифровые абсолютные энкодеры, установленные непосредственно на валу двигателя. Привод контролирует скорость и позицию самостоятельно без участия контроллера. Управляемость, повторяемость потрясающая. Если современная гидравлическая машина по разбросу позиции попадает в 0,1 мм в лучшем случае. То на наших машинах 0,01 мм, на любых скоростях. Такой важный параметр, как скорость впрыска, всегда точен и стабилен, не зависит от сторонних факторов. На гидравлических машинах обратная связь по скорости впрыска из-за инертности и линеек корректно работает только на невысоких скоростях, даже у ведущих производителей. На большинстве недорогих гидравлических машин эта функция либо отсутствует в принципе, либо симулируется, существует в виде галочки на экране. Что такое обратная связь по скорости? Обычно контроллер дает команду приводу двигаться с определенной скоростью и считает, что привод точно выполняет команду. В реальности фактическая скорость может значительно отличаться, колебаться. В случае наличия обратной связи по скорости, контроллер постоянно контролирует фактическую скорость и корректирует задание для привода в случае несоответствия. Фактическая скорость под постоянным контролем. Ведущие мировые производители гидравлических ТПА работают над оптимизацией алгоритмов обратной связи, производители второго эшелона над их созданием. Вы квалифицированно рассуждаете об электронике, какое у Вас образование? Я инженер электронщик. А пластмасса… Так жизнь сложилась. Существует мнение, что электрические машины не стабильно производят медленный впрыск и не держат давление выдержки. По поводу электрических машин существует много домыслов, основанных на старых данных. Приводная техника активно развивается и уровень оборудования растет быстрее, чем люди успевают осознать реальность. Указанная Вами проблема действительно была на заре электрического впрыска, но она очень давно решена. Сейчас все с точностью до наоборот, электрические машины гораздо стабильнее на низких скоростях, чем гидравлика. Применение электрических ТПА в толстостенной оптике, где требуются очень низкие скорости впрыска вне конкуренции. Если нет гидравлики как измеряется давление впрыска? По току привода? Не только. Для измерения давления впрыска прямо за шнеком установлен тензодатчик. Таким образом, мы имеем непосредственные давление впрыска, давление выдержки и противодавление, которые очень точно контролируются и управляются. В отличии от гидравлических машин, где измеряется давление гидравлического масла, которое потом проходит через систему клапанов и гидроусилитель, что в итоге имеется на впрыске можно подсчитать достаточно примерно. На электрических машинах можно использовать справочные данные без пересчета. То есть электрические машины удобнее в настройке? Да. И в первую очередь за счет управляемости и стабильности работы. Как-то раз на одном из предприятий недавно установившем наш ТПА, я спросил у наладчика о его впечатлениях от машины, удобно ли работать? Получил следующий ответ: «Здорово! Утром кнопку „Старт цикла“ нажал и можешь уходить не глядя, даже первая отливка будет качественной, не говоря уж о последующих». Правильно настроенная машина не производит случайный брак даже на самых капризных формах и материалах. В добавок, по общему мнению наших заказчиков, эксплуатирующих ТПА различных марок, интерфейс ТПА ZHAFIR интуитивно понятный и простой, лучший из представленных на рынке в настоящее время. Существует мнение, что для электрических машин нужны специально обученные наладчики.
Однако опять все наоборот. Каждый гидравлический ТПА имеет свой «норов», индивидуальные особенности работы. Особенно это выражено у недорогих моделей. Наладчик по сути вынужден подбирать режимы для каждого станка отдельно, «знать его в лицо». Это требует большого практического опыта и понимания внутренних процессов, без чего процесс настройки зачастую превращается в «угадайку». Ваша компания выпускает только электрические ТПА? В настоящее время в Россию поставляется два типа машин. То есть комбинированные термопластавтоматы ваша компания не производит? Производит. С этого года пошла серия Jenius, это серия больших машин, с двухплитным гидравлическим узлом смыкания и электрическими приводами впрыска, загрузки. Сейчас идут тестовые продажи в Китае, со следующего года эти машины появятся в России. Заказы на них уже есть. Что значит увеличенная скорость впрыска? Даже у обычной комплектации скорость впрыска в два и более раза выше гидравлических соразмерников, а в скоростных комплектациях скорость впрыска схожа и превышает показатели гидроаккумуляторных машин. Естественно, с увеличением максимальной скорости впрыска увеличиваются и ускорения. Что толку от высокой максимальной скорости если машина не успеет ее развить. В гидравлических машинах большие ускорения чреваты гидроударами и локальным перегревом. Необходимы специальные средства борьбы с этими явлениями, зачастую накладывающие ограничение на фактические параметры. На электрических машинах ограничивающим фактором является только прочность конструкции и элементов. Это китайские термопластавтоматы? И да, и нет. Изначально эти ТПА были спроектированы немцами, однако по экономическим соображениям было создано совместное предприятие и основное производство было перенесено в Китай. ТПА поставляемые в Россию собираются на заводе в Китае, либо на заводе в Германии. Немецкая сборка имеет сертификат безопасности CE. Новый завод в Китае — это самое большое предприятие по производству электрических ТПА в мире. На нем производится электрических ТПА больше чем всеми конкурентами вместе взятыми. Основные комплектующие наших ТПА: контроллер австрийской фирмы Sigmatek, инверторы — немецкий KEB, шарико-винтовые пары — японская NSK, энкодеры — немецкий Heidenhain, двигатели и железо китайского производства. Китайские двигатели? Работают? Ничего смешного здесь нет. Современный Китай — это уже совсем другая страна. За время моей работы в этой компании, на электрическом ТПА не сгорел ни один двигатель Hilectro. Хотя в России и Беларуси, на сегодняшний день, эксплуатируются более 220 ТПА ZHAFIR с 2008 года. Мы лидеры по количеству установленных электрических ТПА в России и Беларуси. Ваши конкуренты, кто они? За счет большого объема производства, мы можем предложить лучшую цену, тут конкурентов нет. Основные видимые отличия — это практически всегда «бижутерия», функции, которые реально не используются или не понятно для чего существуют. Или сомнительные в принципе, являющиеся псевдо «Ноу хау». Все что дает реальный перевес стоит дополнительных денег. Имеем готовые ТПА ходовых модификаций и габаритов на складах в Москве и Германии, соответственно сроки поставки могут быть минимальны. А в целом что можно сказать о надежности ТПА ZHAFIR? Любая техника изнашивается. Нет особой разницы гидравлический это ТПА или электрический. В целом, срок службы любого механизма напрямую зависит от того, как его эксплуатируют. От квалификации наладчиков, качества выполнения регламентных работ. Если Ваш автомобиль может ехать с максимальной скоростью 200 км\ч, как вы думаете, если вы посадите в него 4х пассажиров, а багажник забьете чемоданами, сколько кругов вы намотаете по МКАДу со скоростью 200 не сбавляя? А если, для экономии, в двигатель и трансмиссию залить нигрол, а бензин немного разбавить …? Что касается обслуживания, то оно, пожалуй, проще чем для гидравлики, нет возни все с тем же гидравлическим маслом. Смазка используется густая, расход меньше, замена проще. Компании, имеющие наши станки с самых первых выпусков, продолжают их покупать, постепенно переводя свой парк станков на наши электрические. Это о чем-то говорит? Есть какие-то типичные поломки? Практически нет. Большинство неисправностей связано с глюками ПО и после перезагрузки работоспособность оборудования восстанавливается. 90% проблем решается по телефону, у нас круглосуточная горячая линия. Покупатели часто задают вопрос по поводу ремней. Вращение с двигателей на электрических машинах предается через зубчатый ремень. Раньше я пожимал плечами, при мне проблем не было. И вот пару недель назад заменил первый ремень. Срезало зубья на ремне привода смыкания, машина 2010 года выпуска. Правда со слов заказчика, поломка произошла во время смены пресс-формы, то есть скорее всего, «шлепнули» форму на высокой скорости без перенастройки высоты. В любом случае, семь лет для ремня, на мой взгляд, неплохо. С чем связаны сбои ПО? Как правило скачки напряжения. Хотя имеется очень серьезная защита, частые проблемы с питанием могут привести к сбою. Как на счет энергопотребления электрических ТПА, правда, что они очень экономичны? Экономичны да, а насчет, очень, смотря, с чем сравнивать. Иногда приходится встречаться с подобным парадоксом, наладчики переносят настройки с гидравлики один в один и ждут какого-то эффекта. Вы часто упоминаете квалификацию наладчиков. Ваша организация как-то помогает с их обучением? Как же без них. У капиталистов есть такой термин 4М. Это четыре проблемы на пути к качественному производству. Machine, Man, Material, Method. Наладчики — это основные представители группы Man. Когда я начинал заниматься пластмассой я с удивлением обнаружил, что наладчиков в нашей стране системно не обучают. Специальность предается из рук в руки. Как потом оказалось, так было во всем мире. Однако сейчас уровень оборудования, пресс-форм, материалов вырос на столько что без квалифицированного наладчика-технолога вылетишь в трубу. Российские предприятия вслед за иноземцами начинают понимать необходимость подготовки кадров. Мы проводим обучение для наладчиков, правда это скорее курс повышения квалификации. Практика показала, что для людей с нулевым уровнем он неэффективен, слишком сложный. Зато людям с опытом, программа очень нравится. Некоторые, испробовав изложенные методики в реальном производстве, хотят пройти обучение по второму разу. Сейчас идет подготовка курса для новичков, но, когда он будет готов говорить рано, это совсем другой принцип обучения. Ваш курс по электрическим машинам? Универсальный, принципы настройки термопластавтоматов общие. Как правило на практических занятиях есть и гидравлическая и электрическая машины. Подобраны пресс-формы, с распространенными видами брака, учим бороться с ними на практике. Однако обучение наладчиков не является нашим профильным направлением, поэтому, специальных машин для обучения не держим, если коммерсанты продадут станок из зала, и на складе нет замены, может остаться только один из них (любой). Либо продадут все, тогда ждем прихода оборудования. Проводим и выездные обучения, но очень редко. На реальном производстве сложно создать условия для эффективного учебного процесса. Как правило, выездные обучения проводятся в угоду клиенту, в ущерб качеству обучения. Всегда рекомендуем пройти обучение у нас, а через некоторое время, для закрепления результатов, разобрать практические вопросы на производственной площадке у заказчика. Впрочем, квалификация наладчиков, это отдельная и очень обширная тема. Если Вашим читателям это интересно можно будет рассмотреть ее отдельно. СТАТЬИ ПО ТЕМАМ
Статьи публикуются с разрешения автора и обязательным указанием ссылки на источник Редакция оплачивает на договорной основе Приглашаем специалистов к сотрудничеству в качестве внештатных авторов и консультантов! По вопросам публикации и оплаты статей обращайтесь в редакцию: Полное или частичное копирование любых материалов, опубликованных на Plastinfo.ru, для размещения Полное или частичное использование любых материалов, размещенных на Plastinfo.ru, |
Новый механизм утилизации упаковки обернется колоссальным ростом издержек Авиация: полимеры и композиты для высоких полетов Полимерные премьеры в марочном ассортименте СИБУР за 2023 год Полиэтилентерефталат в поисках решения для улучшения вторичной переработки Россия. Топ-10 трейдеров инженерных полимеров нарастили продажи в 2023 году Реклама ОПРОС НА PLASTINFO.RU
|