Электропривод пластификации на ТПА

Когда говорят про электропривод пластификации на термопластавтоматах, многие сразу представляют себе полный отказ от гидравлики. Это, пожалуй, самое распространённое и в корне неверное упрощение. На деле, речь чаще идёт о гибридных решениях или о замене конкретного узла — привода шнека. И вот здесь начинаются настоящие тонкости, которые не в каждой брошюре по оборудованию напишут.

Суть замены и где кроется выгода

Итак, классический ТПА имеет гидромотор, который через редуктор крутит шнек для подготовки расплава. Меняем этот гидромотор на сервоэлектродвигатель — получаем электропривод пластификации. Казалось бы, зачем? Основной расчёт — на энергоэффективность. Гидравлический контур насоса, питающего пластификацию, работает постоянно, создавая потери. Электропривод потребляет энергию только когда шнек крутится. В теории экономия налицо.

Но на практике не всё так гладко. Всё упирается в момент и динамику. Гидромотор, особенно хороший плунжерный, выдаёт огромный пусковой момент. Электродвигателю для этого нужен серьёзный запас по мощности и соответствующий частотный преобразователь. Если просто взять ?киловатт на киловатт?, можно попасть впросак — двигатель не провернёт шнек с загрузкой, особенно при старте с холодной камеры или с вязкими материалами.

Тут как раз к месту вспомнить про компоненты. Например, если на машине стоит насос A10VSO от Rexroth, питающий пластификацию, то его КПД на частичных нагрузках падает. Замена привода теоретически позволяет этот насос либо отключить, либо использовать для других операций. Но нужно считать общий энергобаланс всей машины, а не одного узла. Я видел проекты, где замена оказалась экономически неоправданной из-за дороговизны сервосистемы и незначительной итоговой экономии на конкретном цикле литья.

Проблемы интеграции и ?подводные камни?

Одна из ключевых сложностей — управление. Шнек на ТПА — это не просто вращение. Нужно точно держать скорость, а главное — контролировать обратное давление при отводе. В гидравлике это делается клапанами, всё отработано десятилетиями. В электрическом приводе обратное давление создаётся торможением двигателем, с рекуперацией энергии в сеть или на резисторы. Настройка этой петли управления — целое искусство. Неправильно подобранные ПИД-коэффициенты приводят либо к ?раскачке? давления, либо к его провалам, что убивает качество расплава.

Ещё один момент — тепло. Сервоэлектродвигатель, работающий в режиме частых старт-стопов с большим моментом, греется. Его нужно охлаждать. И если в цеху +35, а вентиляция слабая, можно запросто получить перегрев и аварию. Гидромотор в этом плане проще — тепло уносится маслом в бак. Приходится закладывать дополнительное воздушное или водяное охлаждение для электропривода, что тоже деньги и место.

И конечно, надёжность. Гидравлика боится грязи, но терпит кратковременные перегрузки. Электроника — наоборот. Скачок напряжения в сети, ошибка энкодера, пробой в силовом кабеле — и привод встаёт. Ремонт сложнее и часто требует вызова специалиста от производителя. В глубинке это может стать критичным фактором против модернизации.

Кейс с компонентами от Vicks: практический взгляд

В своей практике сталкивался с модернизацией старого ТПА, где решили поставить электропривод пластификации, но оставить гидравлику зажима и инжекции. Интересный гибрид получился. На машине изначально были изношенные шестерённые насосы, которые гудели и грелись. Заказчик рассматривал вариант полной замены гидросистемы, но бюджет был ограничен.

Тогда обратили внимание на компоненты, которые поставляет, например, ООО Викс Интеллектуальное Оборудование (Нинбо). На их сайте vickshyd.ru можно увидеть широкий спектр насосов. Для нашего случая интерес представляли высоконапорные шестеренные насосы серии VG. Почему? После отключения привода пластификации нагрузка на гидросистему падает, но для зажима и инжекции нужно стабильное высокое давление. Насосы VG заявлены на 40 МПа и 4000 об/мин — параметры, которые позволяют оставить один мощный насос вместо двух старых, упростив схему.

Но главное даже не это. В описании компании указаны инновационные ABT сервопластинчатые насосы. Вот это, к слову, интересная альтернатива полной электрификации. Такой насос может изменять производительность в зависимости от потребления, drastically снижая энергозатраты на холостом ходу. В некоторых сценариях установка такого ?умного? насоса на контур инжекции и зажима даёт сопоставимую экономию с электрификацией пластификации, но при этом сохраняется вся родная, понятная механикам гидравлическая кинематика шнека. Это решение часто упускают из виду, гонясь за модным словом ?электропривод?.

Когда электрификация оправдана? Личный опыт

Наиболее удачные примеры внедрения электропривода пластификации, которые я видел, связаны с литьём технических изделий из инженерных пластиков. Там важна высокая стабильность и повторяемость параметров расплава. Электропривод, при грамотной настройке, даёт более точное поддержание скорости вращения и обратного давления, чем гидравлика с её зависимостью от вязкости масла и температуры.

Один конкретный случай — литьё поликарбонатных деталей с узким температурным окном. На гидравлической машине всегда были проблемы с разбросом вязкости от цикла к циклу. После установки сервопривода на шнек и тонкой настройки профиля пластификации, проблема сошла на нет. Экономия электроэнергии здесь отошла на второй план, главным стал выход годного.

А вот для литья крупнотоннажных изделий из полиэтилена или ПП, где цикл длинный, а требования к точности расплава не столь жёсткие, окупаемость электрификации растягивается на годы. Часто дешевле обслуживать отлаженную гидравлику, своевременно меняя насосы, например, на те же проверенные плунжерные серии A4VSO, которые есть в ассортименте у многих поставщиков, включая упомянутую ООО Викс.

Выводы и рекомендации, без красивых фраз

Так стоит ли связываться с электроприводом пластификации? Универсального ответа нет. Это инструмент для конкретных задач. Перед принятием решения нужен тщательный аудит: какие материалы, какой цикл, какое состояние текущей гидравлики, какая квалификация персонала.

Нельзя слепо верить маркетингу о ?50% экономии?. Нужно считать. Иногда лучшим вложением будет не замена привода, а модернизация всей гидросистемы на более эффективные компоненты — те же сервопластинчатые или современные плунжерные насосы. Это может дать 20-30% экономии без головной боли с интеграцией новой электроники.

И главное — не рассматривать электрификацию как панацею. Это сложная инженерная задача, а не ?коробочное решение?. Успех зависит от деталей: от выбора конкретной модели двигателя и частотника, от системы охлаждения, от программы управления, написанной с пониманием технологии литья. Без этого даже самый дорогой электропривод превратится в источник проблем и простоев.