Электрические литьевые машины. Экономия электроэнергии.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет
имени Д. И. Менделеева»
Факультет нефтегазохимии и полимерных материалов
ДОКЛАД
на тему:
«Электрические литьевые машины. Сравнение энергопотребления гидравлических и электрических литьевых машин»
Выполнил студент группы МП-24
Фарафонова Л.А.
Москва, 2021
Введение. История электрических машин
В Японии
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.
Концепция электрических термопластавтоматов была известна достаточно давно, но широкое применение она получила впервые в Японии.
В 1984-1987 годах несколько производителей японских ТПА показали свои разработки полностью электрических машин на выставке JP, а вскоре после этого начали их промышленное серийное производство. До середины 90-х японскими производителями выпускалось первое поколение электрических термопластавтоматов c усилием смыкания в диапазоне 50-150 тонн. Как правило, такие ТПА использовались для производства ответственных технических деталей и изделий медицинского назначения.
Преимуществом этих машин над гидравлическими была высокая точность литья и существенная экономия электроэнергии. Во второй половине 90-х годов японские производители представили второе поколение полностью электрических термопластавтоматов с усилием смыкания до 350 тонн, а спрос на электрические машины значительно увеличился со стороны IT-сектора. К 1999 году электрическим термопластавтоматам стало принадлежать 40 процентов японского рынка. В 2000 году ведущие японские производители представили третье поколение полностью электрических машин, которые стали использоваться и для производства автокомпонентов и упаковки. В начале 2001 года доля электрических ТПА на рынке Японии впервые превысила 50 процентов, в 2004 году она вплотную подошла к отметке 70 процентов, а в 2005 году произошел резкий рост спроса — электрические машины завоевали почти 90 процентов внутреннего рынка.
Типоразмер электрических ТПА также подрос: одна из ведущих японских компаний уже в 2004 году представила модель с усилием смыкания 1800 тонн. В это же время рынок Северной Америки на 55 процентов состоял из полностью электрических машин, а рынок Европы — только на 5 процентов.
Объемы производства полностью электрических ТПА в Японии стали превышать отметку в 10 тыс. единиц в год, а гидравлические машины покупались либо больших типоразмеров, либо гибридные. Сейчас доля электрических машин на рынке Японии вплотную приблизилась к 100 процентам, а на последней японской выставке IPF, прошедшей в ноябре 2008 года, не было представлено ни одной полностью гидравлической японской машины и почти ни одного гибридного термопластавтомата. За 25 лет японский рынок прошел эволюцию от «нуля» до почти полного отказа от гидравлических машин.
Устройство термопластавтомата. Как устроен ТПА?
Как уже было сказано, наиболее популярным методом литья пластмасс под давлением является литье на ТПА. Любой ТПА состоит из двух главных частей:
1. узел смыкания/размыкания формы (коленчато-рычажный механизм, либо гидравлический узел);
2. узел пластикации (вращающийся нагреваемый цилиндр шнека, работающий по принципу поршня). Наиболее распространенное название шнека − червяк.
Эти узлы приводятся в движение с помощью гидроприводов. Давление в гидросистеме обеспечивает электродвигатель.
На термопластавтоматах есть блок ЧПУ, с помощью которого можно задавать параметры каждого цикла литья, управлять процессом литья, а также управлять внешними устройствами − гидроприводами, электродвигателем, нагревателями и т.п.
На рисунке показана упрощенная принципиальная схема термопластавтомата:
Детальная схема устройства термопластавтомата:
1 – Бункер; 2 –Материальный цилиндр;3 –Вращающийся шнек; 4 –Наружные зонные нагреватели; 5 – Гидропривод; 6 – Обратный клапан; 7 – Наконечник «червяка»; 8 – Мундштук; 9 – Передняя плита- стойка; 10 – Колонна термопластавтомата; 11 – Подвижная часть пресс- формы(пуансон); 12 – Неподвижная часть пресс- формы(матрица); 13 – Ползун; 14 – Колонна термопластавтомата; 15- 16 – Рычажногидравлический механизм; 17 – Задняя плита- стойка; 18 – Электродвигатель; 19 – Насосный блок; 20 – Трубопровод высокого давления; 21 – Трубопровод низкого давления; 22 – Жесткая рама, на которой устанавливаются все устройства ТПА; 23 – Зубчатая передача гидродвигателя; 24 – Гидродвигатель «червяка»; 25 – Гидропривод осевого движения «червяка»; 26-27 – Концевой выключатель.
Электрические литьевые машины. Экономия электроэнергии.
Работа японского электрического термопластавтомата JSW (JapanSteelWorks) осуществляется при значительно более низком потреблении энергии по сравнению с традиционными гидравлическими машинами европейского производства (рисунок 1).
График наглядно показывает экономию потребления электроэнергии электрическим термопластавтоматом на примере изделия весом 35г из полипропилена, в течение фаз цикла: закрытие пресс-формы, впрыск и давление выдержки, пластикация и охлаждение, открытие пресс-формы и съём изделия. Каждое движение электрической машины JSW осуществляется отдельным высокоточным и низкоинерционным сервоприводом, который точно, стабильно и с высокой повторяемостью расходует строго необходимое количество энергии на каждое движение. Мотор же гидравлической машины с насосами переменной производительности всегда работает, гоняя масло погидравлическим контурам, в том числе и когда машина фактически не работает: во время фазы охлаждения после завершения пластикации. Гидравлическое масло имеет собственную температуру, зависимость своего объёма от колебаний температуры, инерционность («волновой эффект»), что даёт эффект как нестабильности литья, так и повышенного расхода электроэнергии. Масло требует отдельного охлаждения, чтовызывает необходимость применения специальных систем. Электрические термопластавтоматы JSW оснащены моторами воздушного охлаждения, что позволяет как получить стабильную температуру сервомотора, так и сократить требуемые холодильные и вентиляционные мощности.
Какой экономический эффект даёт электрический термопластавтомат JSW, или проще говоря, насколько сократятся регулярные эксплуатационные расходы предприятия приотказе от гидравлики?
В зависимости от интенсивности работы машины, экономия электроэнергии на электрическоймашине JSW (в сравнении с гидравлической) составляет 2-3 раза (50-67%) при коротких циклах и до 4-6 раз при более протяжённых циклах на толстостенных изделиях с большим временем охлаждения.
Благодаря огромному опыту в электрических ТПА и современным японским технологиям, электрическая машина JSW, кроме того, всегда будет на 20-30% экономичнее любого европейского электрического аналога.
Для экономического сравнения возьмём изготовление сравнительно небольшого тонкостенного изделия весом 45г с интенсивным циклом работы около 6 секунд. Машины – класса 140-150 тонн со шнеком Ø40мм.
Гидравлическая машина в этом случае обычно комплектуется вторым насосом, увеличивающим производительность гидросистемы для обеспечения параллельных действий. Электрическая машина, благодаря простоте своей конструкции и независимостивсех движений, позволяет осуществлять все параллельные движения и скоростной впрыск встандартном исполнении (без дополнительных затратных опций).
Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 18; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!