01. Giới thiệu ngắn gọn về ngành công nghiệp đúc khuôn
Hiện nay, phần lớn các máy đúc khuôn thuộc loại máy đúc khuôn truyền động thủy lực, năng lượng của hệ thống truyền động thủy lực được cung cấp bởi bơm dầu dẫn động bằng động cơ. Trong quá trình thay đổi chu kỳ đúc khuôn, máy đúc khuôn ở các công đoạn khác nhau cần lưu lượng và áp suất khác nhau, phải dựa vào van lưu lượng và van áp suất để điều chỉnh lưu lượng và áp suất cần thiết cho từng công đoạn. Và khi sự thay đổi tải trọng tương đối lớn, do công suất đầu ra của bơm định lượng không thể điều chỉnh được, nên năng lượng dư thừa chỉ có thể bị tiêu hao trong các bộ phận chắn, gây rò rỉ dầu, làm tăng nhiệt độ dầu, đồng thời làm trầm trọng thêm sự mài mòn của các van khác nhau, dẫn đến nhiệt độ dầu cao, tiếng ồn quá mức của động cơ và làm giảm tuổi thọ cơ học cùng các hiện tượng khác. Thông thường, trong thiết kế, công suất động cơ thường cao hơn nhiều so với nhu cầu thực tế, dẫn đến hiện tượng "xe công suất lớn", gây lãng phí điện năng đáng kể. Do đó, việc thúc đẩy ứng dụng bộ biến tần trong máy đúc khuôn có ý nghĩa rất quan trọng trong việc giảm thiểu lãng phí năng lượng.
02. Tổng quan về nguyên lý hệ thống thủy lực máy đúc khuôn
(1) Tổng quan về nguyên lý hoạt động của máy đúc khuôn
Máy ép phun thủy lực là một loại thiết bị điển hình hoạt động theo chu kỳ, trong một chu trình làm việc hoàn chỉnh (các bước) có thể được chia thành nhiều giai đoạn: kẹp, bơm, phun, kéo lõi, mở, lắp ống lót, làm mát, tích áp, v.v. Mỗi giai đoạn đều được thực hiện bằng cách bơm dầu thủy lực từ mô tơ bơm dầu vào từng xi lanh thông qua một loạt các thao tác. Mỗi giai đoạn đòi hỏi áp suất và lưu lượng khác nhau. Đối với hệ thống thủy lực, mỗi giai đoạn yêu cầu áp suất và lưu lượng khác nhau, công suất động cơ bơm dầu dựa trên sự phân bổ tải trọng tối đa trong quá trình vận hành. Trong một chu kỳ làm việc của máy đúc khuôn, chỉ có giai đoạn kẹp áp suất cao và sau đó bắn khuôn là có tải trọng lớn hơn, các giai đoạn làm việc khác thường có tải trọng nhỏ, và tải trọng làm mát trong quá trình này gần như bằng không. Đối với động cơ bơm dầu, quá trình vận hành của máy đúc khuôn được điều khiển bởi sự thay đổi trạng thái tải, bơm định lượng trong hệ thống thủy lực, động cơ bơm dầu hoạt động ở tốc độ không đổi để cung cấp lưu lượng không đổi, và áp suất làm việc cũng như lưu lượng yêu cầu phụ thuộc vào van tỷ lệ áp suất và van tỷ lệ lưu lượng để điều chỉnh, bằng cách điều chỉnh độ mở của van tỷ lệ áp suất hoặc lưu lượng để kiểm soát áp suất hoặc lưu lượng. Lượng dầu thủy lực dư thừa sẽ chảy ngược trở lại qua van xả áp. Quá trình này được gọi là đóng kín ở áp suất cao, và tổn thất năng lượng do nó gây ra thường vào khoảng 50%.
(2) Tổng quan về nguyên tắc cải tiến tiết kiệm năng lượng của máy đúc khuôn
Theo nguyên lý hoạt động của máy đúc khuôn, việc ngắt áp suất cao là sự lãng phí năng lượng tiêu thụ của động cơ bơm dầu. Máy đúc khuôn của công ty tôi được sản xuất với đặc điểm tận dụng đặc biệt này. Bộ chuyển đổi vector dòng điện được sử dụng theo yêu cầu của quy trình sản xuất máy đúc khuôn, điều chỉnh tốc độ động cơ bơm dầu bằng biến tần. Theo các thông số áp suất hoặc lưu lượng yêu cầu đang hoạt động của máy đúc khuôn, van lưu lượng tỷ lệ và van áp suất tỷ lệ giúp tự động điều chỉnh áp suất và lưu lượng. Hiệu quả tương đương với việc chuyển đổi bơm định lượng thành bơm biến đổi, giúp giảm thiểu lưu lượng hồi lưu qua van an toàn. Lưu lượng đầu ra của bơm dầu phù hợp với áp suất và lưu lượng cần thiết cho toàn bộ máy, và không có sự thất thoát năng lượng do quá tải áp suất cao. Bộ biến tần theo dõi áp suất và lưu lượng ở mỗi giai đoạn hoạt động thông qua tín hiệu phản hồi, và tự động điều chỉnh tốc độ của động cơ bơm dầu. Theo cách này, công suất tiêu thụ của động cơ bơm dầu sẽ thay đổi theo tải đầu ra, nhằm tối đa hóa việc tiết kiệm điện năng, tức là tiết kiệm chi phí và thiết thực. Nhiều nhà máy đã đạt được những lợi ích kinh tế đáng kể thông qua quá trình chuyển đổi.
(3) Mức tiêu thụ điện năng của máy đúc khuôn
Mức tiêu thụ điện năng của máy đúc khuôn chủ yếu được thể hiện ở các phần sau:
- Mức tiêu thụ năng lượng của bơm dầu hệ thống thủy lực
- Mức tiêu thụ điện năng của máy sưởi
- Mức tiêu thụ điện năng của bơm nước làm mát tuần hoàn
Trong xưởng đúc khuôn, thường có một bơm nước làm mát dùng chung cho nhiều máy đúc khuôn, và công suất tiêu thụ của động cơ bơm dầu thủy lực chiếm hơn 80% tổng công suất tiêu thụ của toàn bộ máy đúc khuôn, vì vậy giảm công suất tiêu thụ của nó là chìa khóa để tiết kiệm năng lượng cho máy đúc khuôn.
03. Mô tả quy trình đúc khuôn
Hệ thống đóng và tháo khuôn, mở khuôn của máy đúc áp lực cần áp suất dầu thấp hơn và thời gian thực hiện ngắn hơn; Trong khi đó, hệ thống phun nhiên liệu, giữ áp suất và làm mát yêu cầu áp suất dầu cao hơn và thời gian dài hơn, thường là từ 40% đến 60% chu kỳ làm việc. Độ dài của mỗi giai đoạn có liên quan đến phôi gia công; Độ dài của khoảng thời gian gián đoạn cũng liên quan đến quá trình gia công phôi, và đôi khi không thể có khoảng thời gian gián đoạn. Nếu vít phun được dẫn động bằng mô tơ dầu lỏng, áp suất dầu trong hệ thống phun sẽ cao hơn. Trọng lượng của phôi gia công bằng máy đúc khuôn dao động từ vài chục gram đến hàng chục nghìn gram. Do đó, máy đúc khuôn có các kích thước nhỏ, trung bình và lớn, thời gian chu kỳ gia công phôi nhỏ vài chục gram và gia công các chi tiết lớn vài kilogram là không giống nhau, nghĩa là, đối với cùng một máy đúc khuôn, nguyên liệu phôi khác nhau, áp suất và thời gian cần thiết ở mỗi công đoạn của quy trình cũng cần phải thay đổi.
04. Ước tính lợi ích tiết kiệm năng lượng
(1)Cơ sở đánh giá:
Hiệu suất sử dụng của động cơ ước tính là 70%, và tỷ lệ tiết kiệm điện năng của động cơ ước tính là 35%-45%. Tổng công suất của quá trình chuyển đổi là 22KW×5 =110KW. Giá điện là 0,7 nhân dân tệ/kWh. Hệ thống hoạt động 24 giờ một ngày, 30 ngày một tháng, 12 tháng một năm, và xác suất hoạt động là 85%. Tỷ lệ tiết kiệm điện lý tưởng = {1-(30/50)3}*100% = (1-0.216)*100% = 78,4%
Theo ước tính của chúng tôi, tỷ lệ tiết kiệm thận trọng nên ở mức khoảng 45%.
(2) Đánh giá lợi ích:
Mức tiết kiệm điện hàng ngày = Công suất động cơ × Hiệu suất động cơ × Tỷ lệ tiết kiệm điện × 24 giờ × Tỷ lệ chuyển mạch = 110KW × 70% × 40% × 24H × 85% = 628,3 độ
Tiết kiệm tiền điện hàng tháng = 628,3 × 30 × 0,7 = 13194,7 nhân dân tệ
Tiết kiệm hàng năm = 13194,7 × 12 = 158336,4 nhân dân tệ
(3) Tổng chi phí đầu tư:
Tổng chi phí đầu tư = công suất động cơ × 1,2 lần × giá đơn vị = 110KW × 1,2 × 1000 nhân dân tệ/KW = 132.000 nhân dân tệ
(4) Thời gian hoàn vốn đầu tư:
Thời gian hoàn vốn = chi phí đầu tư ÷ tiết kiệm điện hàng tháng = 132.000 nhân dân tệ ÷ 13.194,7 nhân dân tệ = Tháng Mười
05. Lựa chọn thiết bị và bảo trì hàng ngày
Bộ biến tần điều khiển dòng điện hiệu suất cao ABB590PR được lựa chọn để phù hợp với công suất của động cơ bơm dầu chính của máy đúc khuôn.
Các linh kiện lõi bên trong biến tần đều là linh kiện nhập khẩu, nhằm đảm bảo chất lượng và tuổi thọ của biến tần trong điều kiện sử dụng bình thường.
(1)Tuổi thọ trung bình của quạt làm mát biến tần và quạt làm mát tủ là 2 năm. Vui lòng chú ý vệ sinh hàng ngày để tránh bụi bám vào.
(2) Tuổi thọ của tụ điện phân lọc của bộ biến tần là 3-5 năm trong điều kiện sử dụng bình thường. Xin lưu ý rằng nó cần được thay thế.
(3) Địa điểm lắp đặt phải càng xa nơi ẩm ướt và bụi bẩn càng tốt, và bụi kim loại bị nghiêm cấm.
06. Tác dụng sau khi biến đổi
Hiệu suất tiết kiệm điện năng cao: sau khi chuyển đổi, bơm định lượng được thay thế bằng bơm biến đổi tiết kiệm năng lượng. Hệ thống thủy lực của máy đúc khuôn về cơ bản đáp ứng được công suất cần thiết cho toàn bộ máy. Không có hiện tượng tiết lưu áp suất cao và tổn thất năng lượng do tràn, và tỷ lệ tiết kiệm điện năng có thể đạt từ 20% đến 60%.
Hiệu suất cao: trước khi chuyển đổi, hệ số công suất thường là 0,5 ~ 0,8, và sau khi chuyển đổi, nó có thể đạt hơn 0,96, do đó có thể cải thiện đáng kể hệ số công suất của lưới điện, giảm dòng điện phản kháng và do đó giảm tổn thất đường dây. Đối với thiết bị cung cấp điện, nó đóng vai trò quan trọng trong việc tăng công suất.
Độ tin cậy cao: giữ nguyên chế độ điều khiển và mạch dầu ban đầu của máy đúc khuôn ở chế độ chờ, cảnh báo kịp thời khi xảy ra sự cố, có chức năng bảo vệ quá áp, quá dòng, quá tải, quá nhiệt, thiếu áp và ngắn mạch xuống đất, đồng thời bảo vệ hiệu quả động cơ bơm dầu. Áp dụng chế độ điều khiển vận hành tiết kiệm điện/năng lượng, khi xảy ra sự cố sẽ không ảnh hưởng đến sản xuất.
Kéo dài tuổi thọ máy móc và cải thiện môi trường: khởi động mềm giúp giảm rung động khi khởi động và khóa khuôn, kéo dài tuổi thọ thiết bị và khuôn, giảm tiếng ồn. Cải thiện môi trường làm việc, giảm đáng kể hiện tượng quá nhiệt hệ thống, duy trì nhiệt độ dầu ổn định, tiết kiệm hơn 30% lượng nước làm mát. Kéo dài tuổi thọ của các bộ phận làm kín, giảm thời gian ngừng hoạt động và tiết kiệm đáng kể chi phí bảo trì.
07. Kết luận
Tiết kiệm điện năng là tạo ra lợi ích, toàn bộ hệ thống chuyển đổi sang tiết kiệm điện năng nhằm đạt được khoản đầu tư mang lại lợi ích lâu dài. Việc chuyển đổi tiết kiệm điện năng giúp giảm lượng điện tiêu thụ đồng thời cung cấp khả năng bảo vệ an toàn tuyệt vời cho máy đúc khuôn, có lợi cho việc bảo vệ động cơ, kéo dài tuổi thọ của các thiết bị như linh kiện điện tử, linh kiện chuyển mạch, đồng thời có thể khởi động mềm động cơ, giảm chi phí đầu tư thiết bị, chi phí bảo trì, nâng cao hiệu quả sản xuất của doanh nghiệp, mang lại lợi ích cho doanh nghiệp. Nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường của sản phẩm doanh nghiệp.
