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In un'officina di lavorazione dei metalli a Wenzhou, nella provincia di Zhejiang, Cina, una macchina verticale per il taglio di aste di ottone trasforma barre di ottone di piccolo diametro in componenti di taglio di precisione. Il processo produttivo prevede alimentazione automatica, posizionamento, serraggio e taglio abrasivo a ruota. Sebbene ogni ciclo di taglio sia relativamente semplice, la macchina deve eseguire migliaia di operazioni ripetitive durante un turno di otto ore.
Per migliorare la consistenza del taglio, ridurre l'impatto meccanico e semplificare i cambiamenti di produzione, FGI introdusse il suo FD200 Compact Variable Frequency Drive nel sistema di controllo elettrico della macchina. Il retrofit sostituì la regolazione meccanica convenzionale della velocità con la regolazione continua della velocità del motore, offrendo un controllo più flessibile dei processi di alimentazione e taglio.
Questa applicazione dimostra come un Compact Variable Frequency Drive FD200 possa migliorare le prestazioni operative di macchinari compatti per la lavorazione dei metalli senza richiedere modifiche importanti all'armadio elettrico esistente.
A Wenzhou, una delle principali aree di produzione di ferramenta metallica nella provincia di Zhejiang, i componenti in ottone sono comunemente prodotti tramite operazioni di taglio e lavorazione ad alta frequenza.
La macchina da taglio verticale a aste di ottone in questa applicazione gestisce i seguenti requisiti di produzione:
| Parametro | Intervallo operativo |
|---|---|
| Diametro della barra di ottone | 2–6 mm |
| Lunghezza di taglio | 3–12 mm |
| Peso del singolo pezzo | Fino a 3 g |
| Turno tipico di esercizio | 8 ore |
| Metodo principale di taglio | Sottile disco abrasivo |
| Valutazione del motore del mandrino | 1,5 kW, motore bipolari |
La macchina è composta da cinque sezioni principali:
Tramoggia verticale del materiale:Contiene più aste di ottone e utilizza la gravità per supportare l'alimentazione automatica.
Meccanismo di alimentazione:Un motore ingranato aziona un disco rotante di alimentazione per posizionare le singole aste.
Meccanismo di serratura:Un meccanismo azionato da vite o camma fissa il pezzo durante il taglio.
Perno di taglio:Un motore ad alta velocità aziona una ruota sottile abrasiva attraverso una trasmissione a cinghia.
Sistema di scarica:Raccoglie i pezzi di ottone tagliati per la lavorazione successiva.
Due motori svolgono funzioni diverse. Il motore di alimentazione determina la precisione del posizionamento e il tempismo del ciclo di produzione, mentre il motore del mandrino fornisce la potenza meccanica necessaria per il taglio.
In questo tipo di attrezzature, una velocità stabile del motore e un avviamento e arresto reattivi sono particolarmente importanti. Piccole variazioni nella velocità di alimentazione o nelle condizioni di taglio possono influenzare le dimensioni del pezzo, la qualità del filo e la coerenza complessiva della produzione.
Prima della revisione, la macchina si basava sull'avviamento diretto del motore e sulla regolazione meccanica della velocità della carrucola a cinghia. Questa disposizione presentava diverse limitazioni.
L'avviamento diretto di un motore asincrono può generare una corrente di avviamento diverse volte superiore alla sua corrente nominale. Avviamenti e arresti ripetuti esercitano anche ulteriori sollecitazioni meccaniche sulla cinghia di trasmissione, cuscinetti, carrucole e meccanismo di serratura.
Col tempo, queste condizioni possono contribuire allo slittamento della cinghia, alle vibrazioni del mandrino e all'aumento delle esigenze di manutenzione.
Quando si modificano le dimensioni della barra di ottone o le specifiche del materiale, gli operatori devono regolare la velocità di taglio per adattarla ai requisiti di lavorazione.
L'arrangiamento meccanico originale richiedeva lo spegnimento della macchina, la rimozione della copertura protettiva e la sostituzione della carrucola della cinghia. Ogni regolazione poteva richiedere circa 30 minuti, creando tempi di inattività inutili per la produzione in piccoli lotti e multi-specifica.
Man mano che la ruota abrasiva si consuma gradualmente, il suo diametro esterno diminuisce. A velocità costante del mandrino, anche la velocità lineare di taglio diminuisce.
Questo può contribuire alla formazione delle bave, a faccia estreme irregolari e a scheggiature dei bordi. Inoltre, l'arresto naturale richiede diversi secondi, limitando il rischio di cicli di produzione più brevi.
Anche l'armadio elettrico originale si basava principalmente su un relè di sovraccarico termico. Le sue capacità di protezione erano limitate quando si verificavano condizioni anomale come inceppamenti di materiale o ostruzione di ruote abrasive.
Queste sfide hanno evidenziato la necessità di una soluzione di controllo motorio più flessibile.
Per affrontare le limitazioni operative, il FD200 Compact Variable Frequency Drive di FGI è stato integrato nel sistema di controllo elettrico esistente.
La ristrutturazione introdusse la regolazione variabile della velocità di frequenza per il sistema di alimentazione e taglio mantenendo la struttura originale del mobile. Ciò permise alla macchina di beneficiare di un miglioramento del controllo del motore senza richiedere ampie ricostruzioni meccaniche o elettriche.
| Voce | Configurazione |
|---|---|
| Serie di prodotti | FGI FD200 |
| Tipo di trasmissione | Azionamento a Frequenza Variabile a Bassa Tensione Compatto |
| Metodo di controllo | Controllo V/F |
| Tensione di alimentazione del motore | 380 V |
| Corrente del motore configurata | 1.56 A |
| Frequenza nominale del motore | 50 Hz |
| Parametro di velocità del motore | 1.400 r/min |
| Tempo di accelerazione | 2 secondi |
| Tempo di decelerazione | 2 secondi |
| Frequenza portante | 8 kHz |
| Limite superiore di frequenza | 50 Hz |
| Frequenza tipica di funzionamento | 23,7 Hz |
| Corrispondente velocità del motore | Circa 690 r/min |
Le principali funzioni di controllo includono:
Funzionamento basato su terminal:I comandi run sono collegati a pulsanti esterni o interruttori a piede, supportando sia modalità di taglio a ciclo singolo che continua.
Regolazione flessibile della frequenza:Gli operatori possono regolare la frequenza di esercizio tramite la tastiera o un segnale di riferimento analogico per adattarsi alle diverse specifiche del pezzo.
Controllo V/F:L'azionamento utilizza il controllo tensione/frequenza per fornire caratteristiche di uscita motore adeguate su tutta l'intervallo di velocità di esercizio.
Configurazione dei parametri motori:Le informazioni sulla targhetta del motore vengono inserite nel motore per corrispondere le sue caratteristiche di uscita con quelle del motore collegato.
Dopo la messa in servizio, l'attrezzatura operava a circa 23,7 Hz nelle condizioni di lavoro registrate, corrispondenti a una velocità del motore di circa 690 r/min.
Durante la messa in servizio, i parametri elettrici venivano monitorati continuamente per valutare la stabilità operativa del motore.
I risultati misurati sono riassunti di seguito.
| Misurazione | Valore registrato | Intervallo operativo |
|---|---|---|
| Tensione del bus DC | 523,3 V | 517,6–534,5 V |
| Tensione di uscita | 187 V | 155–191 V |
| Corrente di uscita | 1.3 A | Massimo 1,3 A |
| Frequenza operativa | 23,70 Hz | 19,40–24,25 Hz |
La corrente di uscita misurata era di 1,3 A, rispetto alla corrente motore configurata di 1,56 A.
Questo rappresenta circa l'83% della corrente nominale, indicando che il motore ha operato entro la corrente configurata durante le condizioni di taglio osservate.
La tensione misurata del bus DC rimaneva tra 517,6 V e 534,5 V.
La variazione relativamente ridotta di tensione indica un funzionamento stabile del bus DC durante i processi registrati di accelerazione, decelerazione e taglio.
La frequenza di funzionamento variava tra 19,40 Hz e 24,25 Hz mentre la macchina attraversava diverse fasi produttive, tra cui alimentazione, serratura e taglio.
Le misurazioni registrate hanno mostrato che il motore ha mantenuto un funzionamento stabile senza segnalare stalli o scattamenti protettivi durante il processo monitorato.
Questi risultati indicano che i parametri di controllo V/F selezionati erano adatti alle condizioni operative osservate.
L'applicazione del FD200 Compact Variable Frequency Drive di FGI ha portato miglioramenti nella regolazione della velocità, nel comportamento di avviamento e arresto, nella consistenza del taglio e nella protezione dell'attrezzatura.
Con il controllo della frequenza variabile, gli operatori possono regolare la velocità del motore modificando la frequenza invece di sostituire le carrucole meccaniche.
Il processo di cambio, che in precedenza richiedeva circa 30 minuti di regolazione meccanica, può ora essere completato in pochi secondi tramite regolazioni di frequenza.
Questo è particolarmente utile per i produttori che gestiscono specifiche multiple di aste in ottone e ordini a piccoli livelli.
Le impostazioni di accelerazione e decelerazione a 2 secondi permettono un avviamento e uno stop controllati del motore.
Secondo il rapporto di applicazione, la corrente di avviamento è stata ridotta da circa 5–7 volte la corrente nominale sotto l'avviamento diretto a meno del doppio della corrente nominale dopo il retrofit.
La riduzione dell'impatto di avviamento aiuta a minimizzare le ripetute sollecitazioni meccaniche su cinghie, cuscinetti e altri componenti del cambio.
La decelerazione controllata offre anche un processo di arresto più prevedibile rispetto al freestop naturale.
La regolazione della frequenza consente agli operatori di compensare le variazioni del diametro della ruota abrasiva e mantenere condizioni di taglio più adatte.
A circa 23 Hz, il trasmissione garantisce un funzionamento controllato a bassa velocità nelle condizioni di applicazione registrate. Quando la ruota abrasiva si consuma, la sua velocità lineare di taglio può essere compensata regolando la frequenza del motore, entro l'intervallo di funzionamento consentito.
Questo aiuta a ridurre le variazioni nelle condizioni di taglio e favorisce una migliore qualità dei bordi del pezzo, con meno bave, facce irregolari e bordi scheggiati.
La serie FD200 incorpora molteplici funzioni protettive, tra cui:
Protezione da sovracorrente
Protezione contro la sovratensione
Protezione sotto tensione
Protezione da sovraccarico del motore
Protezione dal sovrariscaldamento
Protezione contro la perdita di fase
Queste funzioni offrono una protezione elettrica più completa rispetto al solo relè termico da sovraccarico termico.
La serie presenta anche un design indipendente a condotti dell'aria e circuiti rivestiti con 3C3, offrendo ulteriore protezione contro la contaminazione negli ambienti industriali che coinvolge polvere metallica e nebbia d'olio.
Per le officine di lavorazione dell'ottone, queste caratteristiche di progettazione aiutano a supportare un funzionamento affidabile in condizioni di produzione impegnative.
Il FD200 Compact Variable Frequency Drive presenta una struttura che risparmia spazio e supporta installazioni su rotaie o a parete.
Le sue dimensioni compatte lo rendono adatto all'integrazione in mobili elettrici esistenti dove lo spazio di installazione è limitato.
I terminali a connessione rapida semplificano l'impianto elettrico, mentre le funzioni di backup e ripristino dei parametri aiutano a ridurre i lavori di messa in servizio e manutenzione.
Per i produttori che desiderano aggiornare i macchinari esistenti, questo offre un'opzione pratica di retrofit senza richiedere una ricostruzione estesa dei mobili.
L'applicazione di taglio della barra di ottone di Wenzhou dimostra il valore della tecnologia compatta di variazione di frequenza nella produzione industriale ripetitiva ad alta frequenza.
Sostituendo la regolazione meccanica della velocità con il controllo elettronico della frequenza, il FD200 Compact Variable Frequency Drive di FGI offre una regolazione della velocità più flessibile, avviamento e arresto controllati e protezione integrata del motore.
Oltre alle macchine per tagliare le barre di ottone, requisiti di controllo simili si trovano in:
Macchine per il taglio di barre e fili metallici
Piccole attrezzature per la lavorazione dei metalli e la lavorazione meccanica
Sistemi automatici di alimentazione e movimentazione dei materiali
Macchinari per la produzione di fissaggi
Attrezzature per la produzione della metallurgia delle polveri
Sistemi di trasmissione a nappoglio e ausiliari compatti
Per i produttori di macchinari e gli specialisti della retrofit delle apparecchiature, la serie FD200 offre una soluzione di controllo dei motori compatti per applicazioni che richiedono regolazione della velocità flessibile, funzionamento stabile e integrazione elettrica semplice.
Nelle operazioni di taglio in ottone ad alta frequenza, piccoli miglioramenti nel controllo dei motori possono fare una differenza significativa nella disponibilità delle apparecchiature, nella flessibilità produttiva e nella coerenza della lavorazione.
L'applicazione con successo del FGI FD200 Compact Variable Frequency Drive in una macchina verticale per il taglio a aste di ottone dimostra come un inverter compatto possa sostituire la regolazione meccanica convenzionale della velocità migliorando al contempo le caratteristiche di avviamento del motore e la protezione elettrica.
Con il suo design compatto, il controllo V/F flessibile, le funzioni di protezione integrate e l'installazione comoda, la serie FD200 offre una soluzione pratica per i produttori di macchinari per la lavorazione dei metalli e per i progetti di modernizzazione delle apparecchiature industriali.
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