サーボポンプ制御CNCプレスブレーキ:エネルギー消費分析
著者:マーク・ハンクス
CNCプレスブレーキを選ぶ際にはエネルギー消費が重要な要素です。従来の電気油圧プレスブレーキはサーボ比例弁を使って上部ビームの動きを制御しますが、スロットリングやオーバーフローによる電気油圧構造の損失により全体の効率が低下します。
サーボポンプ制御のCNCプレスブレーキと可変速サーボモーターは、異なる曲げ要件に応じて油圧流量と圧力を直接制御できます。この先進的なシステムは、不要なエネルギー消費を削減し、油圧効率を向上させ、温度安定性を向上させることができます。
本記事では、シミュレーション解析を通じてサーボポンプとサーボバルブ油圧システムの比較を解説し、なぜサーボポンプ技術がエネルギー効率の高い板金成形に良い選択肢となっているのかを説明します。
サーボポンプ制御のCNCプレスブレーキとは何ですか?
サーボポンプ技術を備えたCNCプレスブレーキは、油圧システム内に革新的なプレスブレーキラムの動き制御システムを採用しています。このシステム内では、油圧ポンプを駆動する役割を担うのはサーボモーターです。
従来のサーボ比例弁システムで制御されるプレスブレーキとポンプサーボシステムの大きな違いは、過剰な油圧油の流量を制御する方法にあります。ポンプサーボシステムは、特定の曲げサイクルの要求に応じて油圧油の出力を調整し、スロットリング損失を低減します。
製造業者が生産プロセスに要求されるエネルギーや機械の運用コストにますます関心を持つようになるにつれ、生産プロセスの最適化に焦点が移ります。サーボポンプ制御技術など、より賢明な制御戦略を用いて、近い将来によりエネルギー効率の高いCNCプレスブレーキ油圧システムが実現される可能性が高いです。
1. サーボポンプ油圧システムはどのように機能するのか?
サーボポンプ制御のCNCプレスブレーキの油圧回路図は図1に示されています。
図1。サーボポンプ制御のCNCプレスブレーキの油圧回路図
サーボポンプ制御システムの動作プロセスは5つの段階で構成されています。
高速進入ステージ
サーボモーター1M/2Mは、両方向固定排水ポンプ(3)を前進回転させ、油圧シリンダー(12)のロッドレスチャンバーにオイルを供給します。同時に、給油弁(11)が開き、給油タンクからの追加のオイルがシリンダー流量を増加させます。ラムは急速に下降し、サーボモーターの速度で接近速度を制御します。
作業フィードステージ
曲げ工具がワークピースに接触すると、充填バルブが閉じます。油圧油はポンプのみから供給されるため、シリンダー内の圧力が蓄積されます。作動送り速度はサーボモーターの回転速度によって正確に制御されます。
ドウェルステージ
ラムが下死点に達すると、サーボポンプの回転は停止します。このシステムは曲げ後のスプリングバック変形を減らすために圧力を維持します。
圧力解放段階
この段階で、ポンプの方向はサーボモーターの制御下で変わり、オイルがロッドチャンバーに供給されます。RAMはCNC制御でゆっくりと上昇します。
リターンストロークステージ
サーボポンプは逆方向に動作を続けます。給油バルブは開かれ、ロッドレスチャンバー内のオイルが給油タンクに戻るようになります。戻り速度はサーボモーターの速度によって調整されます。
サーボポンプとサーボバルブ油圧システムの比較
| 比較項目 | サーボバルブ制御システム | サーボポンプ制御システム |
| 制御原理 | サーボバルブと比例弁を使って油圧流量と圧力を調整します | サーボモーターで駆動される可変排気量ポンプを使用し、流量を直接制御します |
| 応答速度 | 非常に高速な応答(通常5〜50 ms)で、高速動的制御に適しています | ポンプ慣性による応答は遅い(通常100〜500ms)が、CNCプレスブレーキ用途には十分対応可能です |
| エネルギー効率 | スロットリング損失やオーバーフロー損失による効率低下;より多くの熱発生 | 実際の需要に応じて油圧力が供給されるため、効率が高まります。不要なエネルギー消費を削減します |
| 発熱 | これによりより多くの油圧熱が発生し、より大きな冷却システムが必要になることが多いです | 熱発生が少なく、油圧油の温度安定性が向上し、冷却要求も削減されます |
| 制御精度 | 優れた位置、速度、圧力制御の精度 | 静的精度は高いが、動的追尾性能はやや劣ります |
| システムコスト | 部品コストの低減、成熟した技術、メンテナンスの容易さ | サーボモーターや可変ポンプによる初期投資の増加 |
| システム複雑性 | 標準化されたバルブ部品を備えたより単純な油圧構造 | サーボポンプ、制御電子機器、追加の油圧部品を備えたより複雑なクローズドループシステム |
| 過負荷保護 | 安全弁による迅速な圧力解放により、感受性の高い過負荷保護を提供します | 主にポンプ出力の制限に依存し、過負荷応答は遅い |
| 騒音レベル | バルブスイッチングのノイズと圧力変動の増加 | よりスムーズな運転と低油圧ノイズ |
上記の比較表で説明されているように、サーボポンプとサーボバルブ油圧システムの主な違いは、油圧オイルの流れを制御する方法の違いにあります。サーボポンプシステムは必要な流量に応じてポンプの速度を制御し、スロットリング損失や不要なエネルギー消費の削減に非常に役立ちます。続いてラRYサーボバルブシステムは、バルブの開閉時の油圧流量を調整し、運転中に追加の油圧損失を生み出します。
バルブ制御システム(スロットリング制御)
バルブ制御油圧システムでは、ポンプが一定の圧力と油の流れを維持します。比例弁により油圧シリンダーへの流量を完全に制御できます。
このような条件下では、負荷に必要な圧力と流量を超える圧力と流量は、バルブのスロットリングによって処理されるか、リリーフバルブを通じて排出されます。これにより余剰の油圧エネルギーが熱に変換され、エネルギー損失が生じます。
例えとして、水道は完全に開いていますが、流れはストップバルブでパイプの出口を部分的に塞いで制御されています。余分な水圧は無駄になります。これらのシステムはほぼ常にオープン油圧回路を使用します。
ポンプ制御システム(体積制御)
ポンプ制御油圧システムでは、アクチュエーターの動きは可変排気量ポンプの排気量や速度を調整して制御され、負荷に応じて要求される流量と圧力を提供しつつ、スロットリング損失を最小限に抑えます。
このシステムでは、ポンプの出力がアクチュエーターに必要な流量と正確に一致し、オーバーフローがほとんど発生せず、スロットリングや熱損失もほとんど発生しません。
例え話ですが、このようなシステムはポンプ制御の可変速水ポンプに非常に似ており、余分な圧力を無駄にしません。これらのシステムはほぼ常に閉鎖型油圧回路として設計されており、可変排気量ポンプと固定排気量モーターまたは油圧シリンダーを使用します。
2. CNCプレスブレーキのエネルギー消費分析
2.1 モデルのセットアップと運用シーケンス
バルブ制御のCNCプレスブレーキ油圧システムのシミュレーションモデルが確立されました。以下に示されています。 図2, および以下に示されるCNCプレスブレーキのポンプ制御油圧システムモデル 図3.両システムの動作パラメータは表1に記載されています。
図2 プレスブレーキ用バルブ制御油圧システムのシミュレーションモデル
図3。プレスブレーキ用のポンプ制御油圧システムのシミュレーションモデル
表1。動作時間と速度仕様
| 戦闘 | 高速アプローチ | 動作フィード | 居住 | 圧力解放 | リターンストローク |
| バルブ制御時間(数) | 1.5 | 2 | 1.5 | 1.5 | 2 |
| 速度(mm/s) | 90 | 8.5 | 0 | 0 | 75 |
| ポンプ制御時間(複数) | 0.75 | 2 | 1.5 | 1.5 | 1 |
| 速度(mm/s) | 180 | 8.5 | 0 | 0 | 150 |
サーボポンプ制御システムは、サーボモーターを用いてポンプの速度と流量を直接調整します。サーボモーターは、従来の固定速度モーターに比べて迅速な応答と高い回転速度を持ち、接近ストロークやリターンストロークの時間を短縮する利点があります。
適切な評価を行うために、両システムは同じ油圧パラメータで設定されました。主な設定は表2に示されています。
表2。キーパラメータ設定
| コンポーネント / システム | パラメーター | 価値 |
| 油圧シリンダー(両システム) | ボア径 | 170mm |
| ロッド直径 | 160mm | |
| 卒中 | 200mm | |
| バルブ制御システム | ポンプ排水量 | 16cc/回転 |
| モータースピード | 1450回転/分 | |
| ポンプ制御システム | 双方向ポンプ変量 | 16cc/回転 |
| 両システム | 荷重 | 625,000 N(片辺) |
| バルブ制御システム | サーボバルブ定格電流 | 40 mA |
| サーボバルブ固有振動数 | 80 Hz |
バルブ制御システムでは、サーボバルブの開口部は入力電流信号を通じて調整され、必要なシリンダー回転数を達成していました。方向弁と給油弁は動作順序に従って制御されていました。ピストン変位時間曲線は図4に示されています。
図4。油圧シリンダーピストン排気量と時間曲線
ポンプ制御システムでは、サーボモーターの速度がポンプの出力流量と方向を制御します。給油弁の動作は方向性弁スイッチングによって制御され、その結果得られる排気曲線も図4に示されています。
2.2 サーボポンプのCNCプレスブレーキはどれくらいのエネルギーを節約できますか?
サーボポンプ制御システムは、高速進入および帰還ストロークの速度を上げることでサイクル時間を短縮します。シミュレーションのステップサイズは0.001秒に設定され、バルブ制御システムでは8.5秒、ポンプ制御システムでは6.75秒のシミュレーション時間がかかりました。
双方向ポンプからの圧力および流量データはMATLABにエクスポートされ、消費電力を計算しました。パワータイム曲線は図5に示されています。
図5。パワーカーブとタイムカーブ
動作中の給弾および戻り段階では、サーボポンプ制御システムはエネルギーが直接アクチュエーターに供給されるため、より高い瞬時出力を示しました。対照的に、バルブ制御システムはスロットリングやオーバーフローによる追加の油圧損失を経験します。
MATLABの数値積分により、以下のことが示されました。
• サーボポンプ制御システム:1サイクルあたり約43.69 kJ
・バルブ制御システム:約124.9 kJ/サイクル
したがって、同じ動作条件下でサーボポンプ制御システムはバルブ制御システムに比べて約65%少ないエネルギー消費となりました。
2.3 油圧オイル流量の低減と温度向上の利点
JSラゴスシミュレーションから得られた全油圧油流量曲線は図6に示されています。
図6。総流量と時間曲線の比較
油量需要は、高速進入段階でポンプの出口と給油弁からの流量を積分して計算されました。
シミュレーション結果から、
• サーボポンプ制御システム:~ 7.53L
・バルブ制御システム:~ 10.243L
同じ運転サイクル内で、サーボポンプ制御システムは油圧油流量を約26%少なく必要としました。
サーボポンプ制御のCNCプレスブレーキに適した顧客層はどのようなものですか?
従来のシステムと比べて、ポンプ制御技術はエネルギー効率の向上、油圧損失の低減、温度安定性の向上を実現しています。しかし、ダイレクトドライブのサーボモーター、可変排気量ポンプ、高度な制御装置の使用により、従来のシステムに比べて価格が高くなっています。
価格の関係で、ポンプ制御技術はすべての製造環境に理想的とは限りません。しかし、特に以下の製造環境に最適です。
1. 長時間稼働する大量生産メーカー
板金製造において、工場の現場が長時間稼働する場合、エネルギーコストは全体の製造コストに大きく寄与します。
従来のサーボバルブ制御システムでは、この過程で油圧エネルギーが熱に変換され、このエネルギー損失はスロットリング損失の一形態となります。
従来のシステムとは異なり、サーボポンプ技術に基づく制御システムは、各曲げ作業の需要を満たすためにポンプの出力を制御します。このシステムは、長時間の生産中のエネルギー消費を最小限に抑えるため、各作業に必要な油圧エネルギーを供給するよう設計されています。
ポンプ制御技術は以下の産業に最適です。
自動車部品製造
大量生産の電気キャビネット
大型家庭用電化器の板金製造
大量金属製造製造
2. エネルギーコストの増加を懸念する製造業者
業界の電気料金の上昇は運営コストの増加を意味します。この状況は、製造業者が新しい製造技術を購入する際に運用コストを考慮せざるを得なくなっています。
この文脈で、ポンプ制御技術は電気コストが高い国に位置する製造業者や、カーボンフットプリントを削減したいメーカーにとって競争優位性を提供します。
3. 油圧流体の温度制御によって安定化した生産環境
従来の油圧システムはスロットリング損失が発生し、不要な熱が発生しているため効率が劣ります。これにより、高速運転の長時間中に油圧システムに大きな悪影響が及ぶことがあります。
- 油圧流体の高温
- 油圧流体の劣化
- Oリングおよびシールの劣化
- システムの安定性低下
サーボポンプシステムはエネルギー損失を排除することで、発生熱を抑え、油圧流体温度の安定性を高めるよう設計されています。
その結果、より適した
- 高温環境での生産活動
- 24時間365日生産施設での曲げ機械の連続運転
- 高い設備の安定性を必要とする生産ライン
4. 投資価値に注目した企業
ポンプ制御システムの購入価格は、通常バルブ制御システムよりも高くなります。しかし、前者は初期コストの高さを本質的に相殺する重要な長期的な利益を生み出すよう設計されており、以下のようなものがあります。
- 水力エネルギーの損失の低減
- システム加熱の低下
- 冷却需要の削減
- 油圧部品の動作条件の安定性向上
これらの利点により、システムの全体的なコストが低くなり、油圧システムの寿命を通じたメンテナンスの削減が実現します。
プレスブレーキの長期生産に注力するメーカーにとって、ポンプ制御技術はより便利なシステムです。
5. 高度に自動化された製造会社
現代の自動化生産ラインの要件には以下が含まれます:
- 高度に安定した機械の運転
- 高い再現性
- 拡張され、理想的には連続的な生産
高い油圧安定性を持つサーボポンプ制御システムを用いる自動化生産技術は、ロボットプレスブレーキや自動曲げセルを組み込んだ現在一般的な高度自動化生産システムに特に適しています。
サーボポンプ技術の利点
1. 速度の向上
可変周波数駆動で駆動される非同期モーターの応答時間は約600ミリ秒です。一方、永久磁石同期モーターやサーボドライブでは、応答時間は50msに達します。
2. 強化された制御
サーボモーターポンプ制御システムでは、閉じループ制御システムが実装されます。コマンド値は速度および圧力センサーを通じて実際の数値と継続的に比較されます。
制御システムは、圧力、流量、運動の最適な制御のためにサーボモーターとポンプシステムを自動調整します。
3. エネルギー消費の削減
サーボモーターポンプ制御システムは可変速度制御システムとして設計されているため、サーボモーターはシステムの流量要求に応じて速度を調整できます。したがって、システムが低速で動作すると、システムのエネルギー消費は減少します。
異なる機械構成や運用条件下では、エネルギー節約は30%から80%の範囲に達することがあります。
4. 統合水力システムm
サーボモーターポンプ制御システムにより、定容量ポンプが比例的な出力を提供できます。これにより多くのシステムコンポーネントの必要性が減り、より簡略化されたシステムが実現します。
このシステムは連続的な高圧オーバーフローを減らし、油圧油の温度を下げることで、油圧システム全体の使用寿命を延ばします。
5. 騒音レベルの低減と高い環境適合性
サーボモーターポンプ制御システムの速度制御機能により、システムの騒音レベルは現在の運転需要に応じてのみ高くなります。
標準的な油圧システムよりも約8〜10dB低く、作業場の音響環境を大幅に向上させます。
結論
サーボポンプ制御のCNCプレスブレーキは、従来のサーボ比例バルブ制御油圧システムに比べてエネルギー効率の良い選択肢を提供します。実際の曲げ要件に応じてポンプの速度と油圧油流量を直接制御することで、サーボポンプ技術はスロットリング損失を減らし、油圧油全体の効率を向上させることができます。
JS RAGOSのシミュレーション解析によると、サーボポンプ制御システムは同じ運転条件下でサーボバルブ制御システムに比べて約65%少ないエネルギー消費を行っています。さらに、油圧流量の減少により、熱発生を抑え、連続的な機械作業中の油圧油温度の制御が改善されます。
大量生産、長時間の機械稼働、増大するエネルギー問題を抱える板金製造業者にとって、JSラゴスのサーボポンプ制御プレスブレーキは長期的に大きな利点をもたらします。
JS RAGOSは省エネ型CNCプレスブレーキおよびインテリジェント板金成形ソリューションの開発に取り組んでいます。先進的な油圧技術を実用的な製造に導入することで、お客様がより効率的で持続可能な生産を実現できるよう支援しています。
FAQ
Q1。サーボポンプ制御のCNCプレスブレーキとは何ですか?
Sエルボポンプ制御式CNCプレスブレーキSの特徴は サーボモーターは直接制御リン油圧ポンプの速度と出力流量。 比較従来のバルブ制御システムでは、実際の曲げ要件に応じて油圧動力を供給しますそして セーブエネルギー.
Q2。サーボポンプのCNCプレスブレーキはどれくらいのエネルギーを節約できますか?
JS RAGOSのシミュレーション結果によると、サーボポンプ制御システムは、サーボバルブ制御油圧システムと比較して約65%のサイクルエネルギー消費が少なかった 同じです運用条件。
でも本当の省エネ 多くの要因に影響されます。例えば機械の構成、生産サイクル、曲げ条件、運転時間など。
Q3。何だって?sサーボポンプの違い 制 そしてサーボバルブ油圧システム?
油圧制御はサーボバルブシステムです 油 流れ 支配バルブ開閉そして閉鎖、 would 結果はスロットリング損失 より高く熱発生。
サーボポンプシステムが制御します 水力の 流れ 規制ポンプの回転数を調整し、必要な時のみ油圧力を供給できるようにしています.エネルギーに対してより友好的です 効率, そして油圧油 温度.
Q4。サーボポンプのCNCプレスブレーキはすべてのメーカーに適していますか?
サーボポンプのCNCプレスブレーキは特に板金 ファブリケーター生産量が多いそして長時間の営業時間.
顧客に対して ハイじゃない機械利用率またはWHO ドン’予算が足りない、従来のサーボバルブ制御システム できたそれでも適切な選択肢です。
Q5。サーボポンプ技術はCNCプレスブレーキの性能を向上させることができるのでしょうか?
はい。サーボポンプシステムは、より速い接近と帰還を提供することで機械の効率を向上させます 作業速度連続生産時の安定性も向上しています。
Q6。サーボポンプのCNCプレスブレーキは、より高い投資に値するのでしょうか?
サーボポンプシステムは通常サーボバルブシステムよりも高価ですが、エネルギー消費と熱発生が少ないため、長期的な運用コストや投資収益率が優れています。
