Uốn thanh cái bằng thủy lực hay bằng servo

Hỏi một nhà cung cấp máy rằng bạn nên mua thủy lực hay servo thì bạn sẽ nhận lại một bản mô tả về đúng loại mà họ chế tạo. Điều đó chẳng có ích cho ai.

Chúng tôi chế tạo cả hai. EMAC-BB-H12 là một đầu thủy lực lai còn EMAC-BB-S12 là một đầu servo thuần. Chúng có định mức giống hệt nhau: 400 kN, độ chính xác uốn ±0.1°, năng lực 200 × 16 mm, bù đàn hồi ngược bằng điện tử, 6.25 kW công suất lắp đặt. Cùng một dải kích thước, cùng một tờ thông số, khác nhau ở hệ truyền động. Vậy việc chọn giữa chúng là chọn cách bạn vận hành xưởng của mình chứ không phải chọn cỗ máy nào tốt hơn, và chúng tôi không có lý do thương mại nào để giả vờ khác đi.

Ba kiến trúc, không phải hai

Phép so sánh này thường được đặt ra như hai lựa chọn. Thực ra là ba, và lựa chọn ở giữa mới là nơi phần lớn sự nhầm lẫn hiện nay trú ngụ.

Trên một đầu thủy lực thông thường, một bơm lưu lượng cố định gắn trên động cơ không đồng bộ chạy liên tục ở tốc độ đầy. Phần lưu lượng mà máy không cần đi qua van an toàn và biến thành nhiệt trong dầu. Chuyển động của đầu trượt được điều khiển bằng van phân phối và van tỷ lệ, và cụm nguồn mang theo một bình tích áp, một thùng dầu khá lớn và thường là một bộ làm mát.

Trên một đầu lai, hay đầu bơm servo, một động cơ servo dẫn động bơm và tốc độ bơm được ra lệnh sao cho khớp với nhu cầu. Vị trí đầu trượt được điều khiển bằng cách quay bơm chứ không bằng cách tiết lưu dòng qua một cái van, nên đường xả qua van an toàn thôi còn là phần tử điều khiển chính. Vì tổn hao nhỏ hơn nhiều nên thùng dầu co lại và bộ làm mát thường biến mất. Về mặt thủy lực thì nó vẫn là một cỗ máy thủy lực: xy lanh, dầu, phớt, lọc.

Trên một đầu servo thuần, một động cơ servo dẫn động một vít me bi, vít me con lăn hoặc thanh răng, và hoàn toàn không có chất lỏng công tác nào. Dầu duy nhất trong máy là dầu bôi trơn hộp số và ray dẫn hướng.

Khi người ta nói "máy uốn servo" thì đôi khi họ muốn nói loại thứ hai và đôi khi là loại thứ ba, mà hai loại này cư xử rất khác nhau về lực và về bảo trì. Hãy hỏi một bản chào giá đang mô tả loại nào.

Lực ở cuối hành trình

Đây là lợi thế mang tính cấu trúc của thủy lực và nó không được bàn tới đủ nhiều.

Một xy lanh thủy lực sinh ra lực bằng áp suất nhân diện tích pít tông, và quan hệ đó chẳng quan tâm đầu trượt đang ở đâu. Toàn bộ lực định mức có sẵn ở đầu hành trình, ở cuối hành trình, và ở mọi chỗ giữa hai đầu. Nó cũng có sẵn ở trạng thái tĩnh: bạn có thể giữ áp vô thời hạn mà không phải trả giá về nhiệt trong hệ truyền động.

Một trục servo dẫn động bằng vít me sinh ra lực từ mô men động cơ qua bước vít, và tuy điều đó trên danh nghĩa cũng không đổi theo vị trí, các giới hạn thực tế thì khác. Giữ lực lớn ở tốc độ bằng không nghĩa là dòng chạy qua cuộn dây động cơ mà không có chuyển động quay giúp làm mát chúng, nên lực ở chế độ làm việc liên tục thấp hơn lực đỉnh. Tuổi thọ vít me và đai ốc bị chi phối bởi một tích phân tải nhân quãng đường, nên làm việc liên tục gần lực lớn nhất sẽ ăn mòn hệ truyền động nhanh hơn làm việc ở nửa lực. Và cả hệ truyền động, vít me, đai ốc, ổ bi và thân máy, đều phải được chọn cỡ theo giá trị đỉnh, và đó là lý do một cỗ máy servo ở cùng một mức lực định mức nói chung là loại đắt hơn để chế tạo.

Với uốn phẳng trên thanh mỏng 5 đến 10 mm thì điều này hiếm khi cắn. Với công việc uốn cạnh trên thanh dày ở sát trần năng lực máy, nơi thanh ở tiết diện đầy và bộ khuôn ăn hết hành trình trong một khoảng giữ dài, thì xy lanh thủy lực đang làm đúng việc nó được thiết kế để làm còn vít me thì đang phải gồng.

Điện năng: khác biệt nằm ở lúc chờ

Khi có tải, hai kiến trúc không khác nhau nhiều lắm. Hệ thủy lực mất một phần vào hiệu suất bơm và van cùng ma sát chất lỏng, hệ vít me servo mất một phần vào hiệu suất động cơ và ma sát vít me, và không tổn hao nào áp đảo bức tranh chung.

Lúc chờ mới là nơi chúng tách nhau ra, và uốn thanh cái là một quy trình có tỷ lệ chờ cao. Người vận hành định vị lại thanh giữa các mối uốn, kiểm tra một kích thước, đi tới giá vật tư lấy đoạn tiếp theo. Trên một cỗ máy thủy lực thông thường, bơm quay hết tốc độ suốt toàn bộ khoảng đó, xả lưu lượng qua van an toàn và làm nóng dầu. Trên một bơm servo, động cơ chậm lại hoặc dừng hẳn. Trên một trục servo thuần, động cơ chỉ hút dòng để giữ vị trí.

Định lượng chuyện này khó hơn những gì tài liệu tiếp thị gợi ra. Các hãng cung cấp bộ dẫn động bơm biến tốc thường công bố mức giảm điện năng 30 đến 60% so với loại tốc độ cố định, và một số công bố tới 80%, luôn kèm cụm "tùy theo chu kỳ làm việc" đang gánh rất nhiều sức nặng. Đó là con số của nhà cung cấp và ở đây chúng không được kiểm chứng độc lập.

Thứ gần nhất với dữ liệu đo độc lập đến từ một nhóm máy lân cận. Một chương trình của công ty điện lực Hoa Kỳ đã theo dõi một máy ép phun thủy lực và một máy ép phun toàn điện đặt cạnh nhau trong một tuần trên những chi tiết tương đương, và báo cáo 0.278 kWh trên mỗi pound nhựa với máy thủy lực so với 0.073 kWh trên mỗi pound với máy toàn điện. Đó là một quy trình khác với một chu kỳ làm việc khác và không nên đem con số đó chuyển sang uốn thanh cái. Nó có mặt ở đây chỉ bởi chiều hướng và bậc độ lớn đại khái thì đứng vững dưới phép đo chứ không phải dưới lời tiếp thị.

Với trường hợp của chính bạn, hãy làm phép tính chứ đừng tin một con số phần trăm. Công suất động cơ lắp đặt trên cả hai đầu máy của chúng tôi là 6.25 kW. Hãy lấy độ dài ca làm việc, trừ đi khoảng thời gian đầu trượt thực sự đang chuyển động dưới tải, rồi định giá phần còn lại theo biểu giá điện công nghiệp của bạn. Ở một xưởng làm một ca với mức khai thác vừa phải, chênh lệch hằng năm thường đủ nhỏ để nó sẽ không quyết định việc mua sắm. Ở một nhà máy busway chạy ba ca thì nó đủ lớn để xuất hiện trong một phép tính hoàn vốn, và nó đi kèm một khoản tiết kiệm thứ hai mà người ta hay quên: phần điện năng không đi vào dầu là phần điện năng bạn không phải trả tiếp để lấy ra bằng một bộ làm mát, và là phần nhiệt bạn không đổ thêm vào xưởng giữa mùa hè.

Độ chính xác và độ lặp lại

Cả hai đầu máy đều được ghi ±0.1° kèm bù đàn hồi ngược bằng điện tử, và đó không phải một sự trùng hợp mang tính tiếp thị: trên một cỗ máy hiện đại, độ chính xác vị trí do hệ thống đo và vòng điều khiển quyết định, chứ không do thứ đẩy đầu trượt quyết định.

Chỗ hai kiến trúc khác nhau là ở cái mà vòng điều khiển phải chống lại.

Một vít me servo có quan hệ cứng vững và gần như tuyến tính giữa vị trí động cơ và vị trí đầu trượt, với khe hở truyền động và xoắn đàn hồi của vít me là các sai số chính, cả hai đều ổn định và bù được. Một đầu trượt thủy lực có một cột dầu nằm giữa bơm và tải, mà dầu thì nén được. Độ cứng của nó thay đổi theo áp suất, theo nhiệt độ và theo lượng khí lẫn trong dầu. Một vòng kín theo vị trí đầu trượt xử lý chuyện này hoàn toàn ổn, nhưng vòng điều khiển phải làm việc vất vả hơn và đáp ứng động thì mềm hơn.

Khác biệt thực tế lộ ra ở những bước dịch chuyển ngắn và nhanh chứ không ở độ chính xác cuối cùng. Một trục servo ổn định lại nhanh hơn sau một lượng dịch chuyển nhỏ được ra lệnh, và điều đó có ý nghĩa khi một chương trình thực hiện nhiều lần hiệu chỉnh góc nhỏ. Trên một mối uốn 90° đơn lẻ tì vào cữ chặn, bạn sẽ không phân biệt nổi chúng bằng một cái thước đo góc.

Bù đàn hồi ngược là một chức năng điều khiển và nằm trong bộ CNC ở cả hai. Nó làm việc từ một lượng hiệu chỉnh lưu sẵn cho mỗi tổ hợp vật liệu, cấp độ cứng và khuôn, và đó là một bài toán vật liệu chứ không phải một bài toán cơ cấu chấp hành; nó được bàn riêng trong bài bù đàn hồi ngược khi uốn thanh cái.

Tiếng ồn

Một cụm nguồn thủy lực thông thường là vật ồn nhất trong phần lớn các xưởng thanh cái. Tiếng ồn do bơm chi phối, và nó liên tục, điều này gây mệt mỏi hơn tiếng ồn ngắt quãng ở cùng mức.

Cả thủy lực biến tốc lẫn servo thuần đều cắt giảm đáng kể điều này, và vì cùng một lý do: hoặc bơm chậm lại, hoặc bơm không tồn tại. Một cỗ máy servo thuần khi chờ thì gần như im lặng, và tiếng ồn của nó khi có tải là tiếng ồn cơ khí, từ việc khuôn chạm vào thanh, thứ giống nhau trên bất kỳ cỗ máy nào.

Chúng tôi sẽ không nêu một con số decibel, bởi con số đó phụ thuộc vào vỏ máy, cách lắp đặt, thùng dầu, căn phòng và chỗ bạn đứng, và bất kỳ con số đơn lẻ nào cũng sẽ vô nghĩa. Nếu tiếng ồn là một ràng buộc với bạn, hãy yêu cầu một phép đo ở một khoảng cách đã nêu rõ dưới một chu kỳ làm việc đã nêu rõ, từ bất kỳ nhà cung cấp nào, và hãy coi một lời từ chối cũng là một câu trả lời.

Dầu, và cái giá thật của nó

Thủy lực mang theo một dòng công việc bảo trì chẳng liên quan gì tới việc uốn. Thay lọc theo lịch. Phân tích dầu, hoặc chí ít là thay dầu theo lịch. Thay ống mềm và phớt, thứ không nằm trong lịch và vì thế luôn xảy ra vào lúc bất tiện. Một thùng dầu phải châm thêm, phải giữ sạch và rốt cuộc phải thải bỏ như chất thải phải quản lý.

Còn có một vấn đề vệ sinh công nghiệp riêng của ngành này. Thanh cái sau đó sẽ được bọc cách điện, mạ, sơn tĩnh điện bột hoặc bọc đúc, và sương dầu thủy lực trên bề mặt đồng là một vấn đề về độ bám của lớp phủ. Những xưởng chạy máy uốn thủy lực ngay cạnh một dây chuyền phủ thì đã biết điều này và đã có một bước tẩy dầu mỡ. Những xưởng cho rằng chắc không sao thì sẽ biết ở lô thanh phồng rộp lớp phủ đầu tiên.

Kiến trúc lai làm giảm chuyện này mà không xóa bỏ nó. Ít nhiệt trong dầu hơn nghĩa là tuổi thọ dầu dài hơn và một thùng dầu nhỏ hơn để thay, nhưng phớt, ống mềm và lọc thì vẫn còn đó.

Một cỗ máy servo thuần đánh đổi việc này lấy một danh sách khác, ngắn hơn: bôi trơn vít me và ray dẫn hướng, kiểm tra khe hở truyền động định kỳ, và một hệ truyền động mà lần đại tu cuối cùng của nó là một sự kiện đơn lẻ lớn hơn bất kỳ đợt bảo dưỡng thủy lực nào nhưng xảy ra thưa hơn nhiều.

Khởi động nguội

Một khác biệt bị đánh giá thấp ở những xưởng không sưởi.

Độ nhớt dầu thủy lực phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ. Dầu lạnh chảy chậm, và một cỗ máy khởi động ở 5 °C vào một sáng mùa đông cư xử khác với chính cỗ máy đó ở nhiệt độ ổn định của nó: thời gian chu kỳ dài hơn, và cho tới khi cột dầu và thân máy đạt cân bằng thì những chi tiết đầu ca có thể trôi góc. Câu trả lời thông thường là một chu trình chạy làm nóng, việc này tốn thời gian ca và điện năng, và nó là một trong những lý do khiến một xưởng dùng thủy lực có xu hướng để máy chạy suốt các giờ nghỉ.

Một trục servo không có thứ gì tương đương. Độ nhớt mỡ thay đổi chút ít và thân máy vẫn dịch chuyển vì nhiệt như mọi máy công cụ khác, nhưng không có chất lỏng công tác nào mà mô đun đàn hồi thể tích và độ nhớt của nó nằm trong vòng điều khiển. Chi tiết đầu tiên ra khỏi máy thì gần đúng hơn.

Loại lai nằm ở giữa và, về điểm này, gần với thủy lực thông thường hơn, bởi nó vẫn có dầu, dù là một thể tích nhỏ hơn và dành ít thời gian sống của mình ở trạng thái nóng hơn.

Chi phí

Chúng tôi sẽ không công bố giá, và bất kỳ bài viết nào đưa cho bạn một tỷ lệ giá cũng đang đoán mò về đặc tả của bạn, về quốc gia của bạn và về năm của bạn. Thứ chúng tôi có thể đưa cho bạn là hình dạng của chi phí.

Giá mua ở một mức lực định mức cho trước thường xếp theo thứ tự: servo thuần cao hơn thủy lực lai, thủy lực lai cao hơn thủy lực thông thường, bởi một hệ vít me được chọn cỡ cho toàn bộ lực là một khối kim loại đắt tiền.

Chi phí điện năng thì ngược lại và nó tỷ lệ với mức khai thác và với biểu giá của bạn. Ở mức khai thác thấp thì nó là nhiễu trong sổ sách; ở mức khai thác ba ca cùng giá điện châu Âu hay Nhật Bản thì không.

Chi phí bảo trì là một khoản nhỏ, đều đặn, có lịch trên máy thủy lực, đối lại là một khoản lớn hơn, hiếm hơn, không có lịch trên máy servo. Bạn thích loại nào trong hai loại đó thì một phần là câu hỏi tài chính và một phần là câu hỏi bạn có một bộ phận bảo trì hay không.

Thời gian dừng máy mới thường là chỗ tiền nằm, và nó không nhất quán nghiêng về kiến trúc nào cả. Một cỗ máy thủy lực có nhiều thứ hỏng dần dần và bắt được sớm. Một cỗ máy servo có ít kiểu hỏng hơn nhưng thời gian chờ phụ tùng dài hơn khi một bộ dẫn động hay một cái vít me thực sự hỏng.

Quy tắc quyết định

Hãy mua đầu servo thuần nếu bất kỳ mô tả nào sau đây đúng với bạn: bạn khai thác cao qua hai hoặc ba ca; cơ cấu sản phẩm của bạn bị chi phối bởi những mối uốn nhỏ và vừa lặp đi lặp lại, nơi thời gian chu kỳ và thời gian ổn định có ý nghĩa; bạn ở một môi trường sạch hoặc ngay cạnh dây chuyền phủ, nơi dầu là một sự phiền toái; tiếng ồn là một ràng buộc; hoặc bạn ở đầu mỏng của dải năng lực và sẽ không bao giờ chạy máy sát giới hạn lực của nó.

Hãy mua đầu thủy lực lai nếu: bạn thường xuyên làm việc ở sát trần năng lực, đặc biệt là các mối uốn cạnh trên thanh dày và các khoảng giữ dài; chu kỳ làm việc của bạn dồn cục, với những đợt làm nặng xen giữa những khoảng chờ, đúng thứ mà bơm servo được thiết kế cho; bạn đã có sẵn một đội bảo trì thạo thủy lực; hoặc bạn muốn có đặc tính lực của thủy lực mà không phải trả hóa đơn điện chạy không tải của một cụm nguồn thông thường.

Hãy mua thủy lực thông thường nếu cỗ máy sẽ được dùng nhẹ nhàng, ngân sách đầu tư là ràng buộc quyết định, và không điều nào ở trên áp dụng được.

Kiểu sai lầm chúng tôi gặp thường xuyên nhất không phải là chọn nhầm kiến trúc. Nó là chọn chỉ dựa trên lực định mức rồi phát hiện ra rằng dải vật liệu rộng hơn dự kiến, nên cỗ máy vốn thoải mái với đồng ủ mềm lại đang ở sát giới hạn với cấp độ cứng cao. EN 13601 đặt đồng cứng ở 290 đến 360 N/mm² bền kéo so với 220 đến 260 của loại ủ mềm, và đó là một thay đổi đáng kể trong lực mà một mối uốn đòi hỏi. Hãy tính xem vật liệu cứng nhất và tiết diện dày nhất mà bạn thực sự mua sẽ đòi hỏi bao nhiêu trước khi bạn so sánh các hệ truyền động, dùng công cụ tính lực uốn với chính thanh ở trường hợp xấu nhất của bạn chứ không phải một thanh danh nghĩa.