Последние тенденции науки и бизнеса направлены на то, чтобы сделать все умным или подключенным. Это привело к некоторым интересным изменениям в промышленном производстве. Применение и инфраструктура разделили использование электромеханической и гидравлической энергии. Однако с разработкой высокоскоростных органов управления, двигателей с быстрым откликом и усовершенствованным программным обеспечением электроприводы с регулируемой скоростью находят свое применение в гидравлических насосах.
Раньше эти технологии было сложно комбинировать. За последние несколько лет появилось больше комбинаций мотор-насос, способных обеспечить необходимую мощность и отзывчивость для соответствия систем, управляемых электрогидравлическими клапанами или насосом с переменным рабочим объемом. Результатом являются не только новые функции и управление, но и снижение энергопотребления.
Хотя фраза «интеллектуальные жидкостные системы» звучит по-новому, она существуют уже много лет. Что меняется, так это то, насколько умнее они становятся. Это было неизбежно с развитием технологий, или, возможно, с разрывом навыков в сообществе производителей гидравлической энергии, но разумное новшество было вызвано смешиванием электромеханики с гидравликой и / или пневматикой. Эти новые решения, как правило, легко программировать и контролировать в готовом продукте. Двигаясь вперед, эти вариативные электромеханические, гидравлические, интеллектуальные, универсальные решения могут стать новым стандартом в промышленности.
«Обычно асинхронные двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором и с постоянной скоростью использовались для привода насосов в стационарных гидравлических системах, при этом гидравлическая мощность контролировалась клапанами регулирования потока и давления или насосом с переменным рабочим объемом», — говорит Рэй Скроггинс, один из редакторов MD родственное издание «Гидравлика и пневматика». «Однако постоянно работающий электродвигатель может потреблять до 50% тока полной нагрузки, даже если система работает на холостом ходу. Кроме того, насосы и двигатели в обычных гидравлических силовых установках (гидроагрегаты) часто имеют слишком большой размер для удовлетворения максимальных требований к рабочему циклу.
«В отличие от этого, частотно-регулируемый привод или сервопривод могут более эффективно управлять рабочим моментом и скоростью электродвигателя», — продолжает Скроггинс. «Вместо того, чтобы работать непрерывно на полной скорости, двигатель вращается со скоростью, необходимой для удовлетворения требований системы в любой момент времени».
Хотя электроприводы с регулируемой скоростью обычно соединяются с насосами с фиксированным рабочим объемом, дополнительные преимущества могут быть получены от объединения электропривода с регулируемой скоростью с насосом с переменным рабочим объемом во многих применениях. «Комбинируя электропривод с регулируемой скоростью и гидростатический привод с переменным рабочим объемом, мы можем значительно уменьшить размер двигателя, что снижает как затраты на установку электрооборудования, так и электрические паразитные потери», — говорит Рашид Айдун, инженер по прикладным программам — команда VAS, Паркер Ханнифин.
«Сочетание высокопроизводительного насоса с переменным рабочим объемом и асинхронного двигателя с векторным управлением частотой вращения приводит к большей эффективности и гораздо более высокому быстродействию системы, чем один агрегат с переменной скоростью», — добавляет Пол Ставру, менеджер по системным приложениям, Bosch Rexroth. «Использование поршневого насоса с переменным рабочим объемом позволяет регулировать давление, рабочий объем насоса и скорость двигателя (крутящий момент и скорость) в соответствии с оптимальными рабочими точками, сводя к минимуму электрические, гидравлические и механические потери».
Ниже приводится краткое описание основных приводов и систем с регулируемой скоростью:
Умная пневматика
Одним из решений в области пневматических систем с масштабируемостью, модульностью и улучшенным управлением является терминал движения FEMT VTEM. Масштабируемая модульная киберфизическая система (CPS), которая оцифровывает сигналы пневматической системы, VTEM в настоящее время предлагает около 10 из 50 запланированных приложений. Один интеллектуальный клапан потенциально обеспечивает функциональность до 50 отдельных компонентов, сокращая количество оборудования и оптимизируя его программирование.
Разработка составляет примерно от 25 до 30% от общей стоимости. CPS обеспечивает значительную экономию времени и финансовую экономию по сравнению с обычной клапанной системой. В некоторых случаях экономия времени по сравнению с проектированием и параметризацией модульного клапана (заслонки) и дополнительных отдельных компонентов составляет до 70%.
Встроенный процессор терминала движения координирует действия датчиков, пилотных клапанов и тарельчатых клапанов на основе алгоритмов применения. Смена приложения изменяет взаимодействие отдельных компонентов и дает интеллектуальному клапану гибкость. Внутренние датчики измерения давления упрощают настройку и обеспечивают функциональность диагностики. Терминалы VTEM Motion поставляются на четырех- или восьмиклапанных платформах.
Новые модульные масштабируемые продукты «все в одном» не только сокращают эксплуатационные и проектные расходы, но и упрощают интеграцию, а также повышают гибкость. Гидравлическая система «известна» утечкой жидкости. Новая технология может предложить обратную связь с диагностикой утечки. Новые системы могут предложить точное позиционирование, которое может привести к таким функциям, как приложение плавного останова Festo. Добавив датчик положения и «загрузив» приложение, разработчики могут сократить время цикла до 70%. Приложение плавной остановки позволяет электроприводам работать на высоких скоростях, но успеть замедлится, прежде чем врезаться в амортизатор. Это не только уменьшает вибрацию и время цикла, но может увеличить срок службы привода за счет уменьшения износа.
Умная гидравлика
Представители Bosch Rexroth, Шарлотта, Северная Каролина, говорят, что электроприводы насосов Sytronix с регулируемой частотой вращения помогают снизить потребление энергии и уровень шума при работе. Интеллектуальное управление гидравликой интегрировано непосредственно в электропривод, чтобы адаптировать крутящий момент двигателя к требованиям машины к давлению и расходу. Если система не требует полной мощности, система управления автоматически снижает крутящий момент привода насоса, что снижает энергопотребление и шум. Практическое применение показало, что с помощью систем Sytronix можно добиться экономии энергии до 80%.
Системы электропривода Bosch Rexroth Sytronix FcP предпочтительны для силовых агрегатов с постоянным давлением в диапазоне малых мощностей. Они включают в себя асинхронный двигатель, гидравлический насос и электронный преобразователь частоты EFC в сборе. FcP работает в более низком диапазоне мощности в соответствии с насосами с внутренним зацеплением PGF. В более высоких диапазонах давления и мощности FcP может использовать насосы с внутренним зацеплением из семейства PGH компании или ее аксиально-поршневые насосы A10 или A4. Крутящий момент и нагрузка на электродвигатель снижаются за счет использования электроприводов переменного тока, особенно в диапазонах большой мощности, что позволяет использовать приводы меньшего размера.
Приводные системы Sytronix DRn подходят для применений силовых агрегатов постоянного давления в диапазонах средней и высокой мощности. Система DRn состоит из модуля привода-насоса с асинхронным двигателем и преобразователем частоты в качестве блока управления. Системы контроля давления DRn имеют возможность программирования, которое контролирует требования нагрузки и автоматически регулирует скорость при постоянном давлении.
Простые в интеграции, готовые решения популярны во многих областях, включая формование металлов, литье, обработка металлов резанием, газовые и паровые турбины, а также управление шагом ветряных турбин. Среди предлагаемых решений:
- Компания MJC Engineering, Хантингтон-Бич, Калифорния, создала готовое решение, которое включает системную интеграцию, разработку, программные технологии и программирование под маркой Green Hydraulic Power (GHP). Система включает электропривод с изменяемой скоростью Siemens Sinamics, приводящий в действие гидравлический насос с внутренним зацеплением. MJC заявляет о 70% экономии энергии по сравнению с обычными гидравлическими системами, а также о снижении шума на 20 дБА, меньшем выделении тепла, меньших потребностях в охлаждении, меньшем объеме масла и меньшей занимаемой площади.
- Корпорация Parker Hannifin, Кливленд, предлагает свою технологию Drive Drive Controlled Pump (DCP) через свой отдел гидравлических насосов и систем электропитания, Колумбус, штат Огайо. DCP обеспечивает синергетический подход, который объединяет гидравлические силовые агрегаты, электроприводы, электродвигатели и гидравлические насосы для удовлетворения каждой локальной нагрузки в гидравлической системе. В линейку продуктов входит привод переменного тока, который включает в себя частотно-регулируемые электроприводы и электронику, а также асинхронный двигатель или серводвигатель, совместимый либо с лопастным насосом, либо с аксиально-поршневым насосом, либо с сочетанием двух технологий.
- Eaton Corp., Eden Prairie, Миннесота, рассказывает об энергосбережении своих решений с частотно-регулируемыми насосами для оборудования в машиностроении, обрабатывающей, нефтегазовой и машиностроительной промышленности. Полное решение может включать один или несколько из поршневых насосов Eaton PVM или Hydrokraft с переменным рабочим объемом или лопастных насосов VMQ с фиксированным рабочим объемом. В сочетании с интеллектуальным управлением универсального привода EX от PowerXL DG1 с регулируемой скоростью или высокопроизводительного привода SPX 9000 система может соответствовать точным требованиям нагрузки рабочего цикла.
- Компания Moog Inc., Восточная Аврора, Нью-Йорк, имеет насосную систему с регулируемой скоростью, которая позволяет машиностроителям снизить потребление энергии на 30% или более по сравнению с традиционными подходами. Электрогидростатический насосный агрегат (EPU) предназначен для сочетания преимуществ как гидравлического, так и электрического привода. Moog EPU является сердцем электрогидростатической исполнительной системы и помогает сделать возможной децентрализованную систему привода. Это исключает необходимость использования связанного трубопровода для уменьшения общей площади машины. Компактная конструкция EPU позволяет пользователям устанавливать его непосредственно на цилиндр, тем самым еще больше снижая требования к пространству на каждой оси движения.
Тенденции сервоприводов и децентрализованного управления, возможно, помогли породить эти решения. Теперь с обратной связью и датчиками эти решения соответствуют требованиям IoT и связанным тенденциям. Используя интеллектуальную гидравлику, производители могут получить точные программируемые системы с высокой плотностью мощности, которыми можно больше управлять из любой точки мира.
С появлением на рынке интеллектуальных и связанных продуктов производители получают возможность находить готовые решения, которые легко интегрировать, эксплуатировать и изменять. Кроме того, есть множество других подключенных клапанов, манометров и децентрализованных органов управления, если готовое решение не отвечает вашим требованиям.
