เครื่องฉีดพลาสติกไฮดรอลิก: ปั้มมาตรฐานกับปั้มเซอร์โวต่างกันยังไง?

เครื่องฉีดพลาสติกขึ้นรูป ระบบฉีด PVC

Standard Hydraulic Machine VS Servo Drive Hydraulic IMM

ในอุตสาหกรรมพลาสติกการใช้พลังงานเป็นต้นทุนการผลิตที่สำคัญ และเครื่องฉีดพลาสติกเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ที่มีการใช้พลังงานมาก การลดการใช้พลังงานของเครื่องฉีดพลาสติกได้กลายเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการลดต้นทุนของการฉีดขึ้นรูปและสร้างความสามารถในการแข่งขัน เครื่องฉีดได้มีการพัฒนามาอย่างต่อเนื่องเพื่อให้มีประสิทธิภาพและประหยัดพลังงานดียิ่งขึ้น


ผลการประหยัดพลังงานของระบบปั้มไฮดรอลิกที่ขับด้วยเซอร์โว สามารถประหยัดได้สูงสุดถึง 60%


ในยุคแรกเครื่องฉีดพลาสติกใช้ระบบไฮดรอลิกเต็มรูปแบบโดยมีมอเตอร์ความเร็วคงที่เป็นตัวขับเคลื่อนปั๊มน้ำมันไฮดรอลิก ( standard hydraulic machine) และมีการพัฒนาสู่ระบบการใช้เซอร์โวมอเตอร์ในการขับปั้มไฮดรอลิก ( servo drive system) และพัฒนาสู่ระบบไฟฟ้าเต็มรูปแบบ (fully electric system) ซึ่งใช้การขับเคลื่อนทุกระบบด้วยไฟฟ้า

 ในบทความนี้จะเป็นการเปรียบเทียบความแตกต่างของระบบ standard hydraulic machine กับ ระบบ servo drive system ซึ่งเป็นเครื่องฉีดที่ใช้ปั้มไฮดรอลิกเป็นตัวจ่ายกำลัง

รอบการทำงานของเครื่องฉีดพลาสติก (Cycle)

การทำงานในระหว่างรอบของการฉีดขึ้นรูปชิ้นงาน(Cycle) มีการเคลื่อนไหวพื้นฐานของแต่ละวงรอบประกอบด้วย
 

  1. การปิดล็อคแม่พิมพ์
  2. แท่นหัวฉีดเดินหน้า
  3. การฉีด
  4. การรักษาความดัน
  5. การหลอมละลายประจุพลาสติก
  6. การหล่อเย็น
  7. การเปิดแม่พิมพ์
  8. การดีดปลดชิ้นงาน 

โดยในแต่ละขั้นตอนที่มีการเคลื่อนที่ของอุปกรณ์ จะมีการใช้พลังงานจากไฮดรอลิกที่มีค่าแรงดัน(pressure) และค่าอัตราการไหล(flow) ที่แตกต่างกันในการขับกลไกต่างๆ 

เครื่องฉีดพลาสติกระบบไฮดรอลิกมาตรฐาน(standard hydraulic machine)

เครื่องฉีดจะใช้มอเตอร์แบบความเร็วคงที่ร่วมกับปั๊มไฮดรอลิกแบบแปรผัน (variable-displacement pump) ที่มี Flow control valve ควบคุมอัตราการไหลและ Pressure control valve ควบคุมแรงดันของน้ำมันจากปั๊มให้ตรงกับความต้องการใช้งานของระบบไฮดรอลิกในขั้นตอนต่างๆ


โดยมอเตอร์ปั้มจะถูกเปิดทำงานด้วยความเร็วคงที่อยู่ตลอดเวลา แม้เครื่องฉีดไม่มีการเคลื่อนที่ใด(เช่นในช่วงการ cooling) ปั๊มจะยังคงทำงานอยู่แต่ไม่มีน้ำมันไหลออกไปที่อุปกรณ์ (สภาวะ idle) ทำให้สิ้นเปลืองพลังงานที่จ่ายให้กับมอเตอร์ตลอดเวลาในช่วงนี้


การปรับอัตราการไหลและแรงดันไฮดรอลิก ที่จําเป็นสำหรับเครื่องฉีดพลาสติกในขั้นตอนการทำงานต่างๆนั้นขึ้นอยู่กับการควบคุมวาล์วควบคุมอัตราการไหล(Flow control valve) และวาล์วควบคุมความดัน(Pressure control valve) ด้วยค่าแรงดันไฟฟ้า โดยอัตราการไหลและแรงดันไฮดรอลิกจะถูกปรับเทียบกับค่าแรงดันไฟฟ้าที่ได้กำหนดไว้ล่วงหน้า


ดังนั้นเมื่อเวลาผ่านไปหากค่าแรงดันไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลง ทำให้อัตราการไหลและแรงดันไฮดรอลิกผิดไปจากเดิมได้


เครื่องฉีดไฮดรอลิกมาตรฐานสร้างความร้อนของน้ำมันที่มาจากการตัดเฉือนและแรงเสียดทานของน้ำมันในระหว่างการรอใช้งาน(Idle) ซึ่งส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการออกแบบและหลักการทํางานของปั๊มแบบแปรผัน (variable-displacement pump) ที่มอเตอร์ที่หมุนด้วยความเร็วคงที่ตลอดเวลา และการที่อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทําให้การเสียดสีของวาล์วต่างๆรุนแรงขึ้น มอเตอร์มีเสียงดังและอายุการใช้งานสั้นลง


นอกจากนี้อัตราปริมาณน้ำมันของปั้มที่ใช้โดยทั่วไปจะสูงกว่าความต้องการที่แท้จริงของเครื่องจึงทําให้เกิดการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าสูงขึ้น

ข้อเสีย
  • สิ้นเปลืองพลังงานที่จ่ายให้กับมอเตอร์ตลอดเวลาแม้เครื่องฉีดไม่มีการเคลื่อนที่ใดๆ
  • เมื่อเวลาผ่านไปหากค่าแรงดันไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลง ทำให้อัตราการไหลและแรงดันไฮดรอลิกผิดไปจากเดิมได้
  • การที่อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทําให้การเสียดสีของวาล์วต่างๆรุนแรงขึ้น มอเตอร์มีเสียงดังและอายุการใช้งานสั้นลง
  • การสูญเสียพลังงานไฟฟ้าที่สูงขึ้นเนื่องจากอัตราปริมาณน้ำมันของปั้มที่ใช้โดยทั่วไปจะสูงกว่าความต้องการที่แท้จริง

เครื่องฉีดแบบปั้มเซอร์โวมอเตอร์ ( servo drive system)

เครื่องฉีดไฮดรอลิกที่ปั้มขับเคลื่อนด้วยเซอร์โวมออเตอร์ เป็นเครื่องฉีดแบบ ไฮดรอลิกเต็มรูปแบบคล้ายกับเครื่องฉีดไฮดรอลิกมาตรฐาน โดยมีการเปลี่ยนจากการใช้มอเตอร์ความเร็วรอบคงที่ร่วมกับปั้มแบบแปรผัน(variable-displacement-pump) เป็นการใช้เซอร์โวมอเตอร์ซึ่งปรับความเร็วรอบและแรงบิดได้ร่วมกับปั๊มไฮดรอลิกแบบคงที่ (fixed-displacement-pump) แต่อาจมีการใช้ปั๊มไฮดรอลิกแบบแปรผัน (variable-displacement-pump) อยู่บ้าง

ปั้มที่ขับด้วยมอเตอร์เซอร์โวซึ่งสามารถควบคุมความเร็วและแรงบิดได้ จะสามารถให้เอาต์พุตของระบบไฮดรอลิกได้ตามความต้องขั้นตอนต่างๆ โดยอัตราการไหลจะขึ้นกับความเร็วของมอเตอร์และแรงดันน้ำมันขึ้นกับแรงบิดของมอเตอร์ และเมื่อไม่มีการทำงานของอุปกรณ์ใดๆ มอเตอร์จะหมุนช้าลงจนนิ่งได้ ซึ่งจะทำให้กำลังไฟฟ้าที่ใช้ขับมอเตอร์มีการปรับเปลี่ยนตามแรงดันและอัตราการไหลของไฮดรอลิก ทำให้เกิดการประหยัดพลังงานไฟฟ้า


นอกจากการลดการใช้พลังงานจากการปรับความเร็วรอบแล้ว ยังสามารถประหยัดพลังงานไฟฟ้าจากการสูญเสียค่าพาวเวอร์แฟกเตอร์ได้อีก โดยพาวเวอร์แฟกเตอร์ของมอเตอร์ปั๊มทั่วไปที่หมุนด้วยความเร็วคงที่มีค่าต่ำ อยู่ระหว่าง 0.6 ~ 0.8


หากใช้ระบบเซอร์โวมอเตอร์ซึ่งมีอุปกรณ์ควบคุมการทำงานของระบบไฟฟ้าของระบบเซอร์โว ค่าพาวเวอร์แฟกเตอร์จะได้รับการปรับปรุงให้สูงขึ้นกว่า 0.9 ซึ่งจะช่วยลดการสูญเสียพลังงาน


ปั้มแบบธรรมดาตอนสตาร์ทจะเป็นแบบตรง(Direct) หรือสตาร์ทแบบ Y / △ กระแสไฟฟ้าช่วงสตาร์ทจะสูงมากกว่า 3 เท่าของกระแสไฟฟ้าที่ทำงานปกติ ซึ่งจะส่งผลกระทบต่ออุปกรณ์มอเตอร์และพลังงานไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ


หากใช้ระบบควบคุมการขับเคลื่อนด้วยเซอร์โวสามารถทําให้การสตาร์ทเริ่มต้นกระแสจากศูนย์(Soft start) และสามารถควบคุมให้ค่ากระแสสูงสุดไม่เกินค่าสูงสุดของกำลังไฟที่จ่ายได้ และค่าแรงดันของไฮดรอลิกจะไม่สูงเกินไป ซึ่งจะช่วยลดผลกระทบต่อแหล่งจ่ายไฟและยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์และแม่พิมพ์


ปั๊มที่ขับด้วยเซอร์โวมอเตอร์จะมีความร้อนที่เกิดในระบบไฮดรอลิกน้อยกว่าปั้มไฮดรอลิกมาตรฐาน น้ำมันจะไม่มีความเครียดมากทำให้การเสื่อมคุณภาพของน้ำมันช้ากว่าปั้มไฮดรอลิกมาตรฐาน แต่ว่าสิ่งนี้ขึ้นอยู่กับกระบวนการทำงานและปริมาณน้ำมันที่เคลื่อนที่ในระบบ


ในกรณีที่ต้องเปลี่ยนปั๊มไฮดรอลิกแบบปั๊มคงที่ (fixed-displacement pump) ไม่จําเป็นต้องมีการสอบเทียบ จะเร็วและง่ายต่อการเปลี่ยนมากกว่าการเปลี่ยนปั๊มแบบแปรผัน (variable-displacement pump) ปั๊มแบบคงที่มักจะมีราคาถูกกว่าปั๊มแบบแปรผัน แม้ว่าเซอร์โวมอเตอร์อาจมีราคาแพงกว่ามอเตอร์แบบความเร็วคงที่
ปั้มแบบเซอร์โวเต็มรูปแบบมักจะมีระดับความดังของเสียงที่ต่ำกว่าเครื่องไฮดรอลิกมาตรฐาน


ข้อดี
  • สามารถประหยัดพลังงานไฟฟ้าจากการสูญเสียค่าพาวเวอร์แฟกเตอร์ได้
  • ยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์และแม่พิมพ์เพราะสามารถควบคุมให้ค่ากระแสสูงสุดไม่เกินค่าสูงสุดของกำลังไฟที่จ่ายได้
  • ปั๊มที่ขับด้วยเซอร์โวมอเตอร์จะมีความร้อนที่เกิดในระบบไฮดรอลิกน้อยกว่า
  • มีระดับความดังของเสียงที่ต่ำกว่าเครื่องไฮดรอลิกมาตรฐาน
บทสรุป

เครื่องฉีดที่ปั๊มขับเคลื่อนด้วยเซอร์โว จะมีประสิทธิภาพการใช้พลังงานได้ดีกว่าเครื่องฉีดที่ขับด้วยมอเตอร์ความเร็วคงที่ระบบ เซอร์โวมอเตอร์บนเครื่องฉีดจะทํางานเฉพาะเมื่อระบบไฮดรอลิกต้องการอัตราการไหลของน้ำมัน ในช่วงเวลาที่ไม่มีส่วนใดทํางานจะไม่มีการทำงานของปั๊ม ดังนั้นจึงไม่มีการใช้พลังงานของปั๊ม


ทั้งนี้ปริมาณการประหยัดพลังงานขึ้นอยู่กับกระบวนการทำงานในวงรอบ การใช้งานเครื่องที่มีรอบการผลิตที่ทำงานรวดเร็วจะมีการประหยัดพลังงานเป็นเปอร์เซ็นต์ที่ต่ำกว่าการทำงานของเครื่องที่มีรอบการผลิตที่มีการทำงานนานกว่า(การหล่อเย็นนาน)

เนื่องจากเครื่องที่มีรอบการการผลิตที่เร็ว มอเตอร์ปั้มจะอยู่ในช่วง idle เป็นเวลาสั้นกว่าเครื่องที่มีรอบการผลิตนาน


ผลการประหยัดพลังงานของระบบปั้มไฮดรอลิกที่ขับด้วยเซอร์โว สามารถประหยัดได้สูงสุดถึง 60% และยิ่งไปกว่านั้นแรงดันของระบบไฮดรอลิกสามารถเริ่มอย่างรวดเร็ว การทํางานมีความน่าเชื่อถือและมีเสถียรภาพจากระบบการป้อนกลับของการควบคุมแรงดันไฮดรอลิกในระบบ

รองศาสตราจารย์ อุดม จีนประดับ
รองศาสตราจารย์ อุดม จีนประดับ
ร.ศ. อุดม จีนประดับ ท่านเป็นผู้เชี่ยวชาญเทคโนโลยีในด้านอุตสาหกรรมและซอฟต์แวร์ชั้นแนวหน้าของประเทศไทย ท่านจบการศึกษาด้านวิศวกรรมการบินและอวกาศจากฝรั่งเศส (MS.AVIONIQUE) ท่านเคยดำรงตำแหน่งเป็น ผ.อ.สำนักหอสมุดกลาง และผ.อ.สำนักคอมพิวเตอร์และเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือแล้ว ท่านยังได้ให้ความกรุณาเป็นประธานที่ปรึกษาทางด้านเทคนิควิทยาการให้กับบริษัทในเครือประทานกิจกรุ๊ปมาโดยตลอดกว่า 25 ปีแล้ว

สาระน่าสนใจอื่นๆ:

วิธีผสมสีเม็ดพลาสติกโดยไม่ต้องพึ่งแรงงานคน

ในการผสมระหว่างเม็ดสีกับพลาสติกใหม่ หรือระหว่างพลาสติกใหม่กับพลาสติกรีไซเคิล จะต้องมีความสม่ำเสมอคงที่ตลอดการผลิต เพื่อให้ชิ้นงานที่ฉีดออกมาคงที่สม่ำเสมอทุกชิ้นงาน

เดิมจะใช้คนทำการตวงหรือการชั่งน้ำหนักให้ได้อัตราส่วนที่กำหนดแล้วใส่ในถังของเครื่องผสมเพื่อกวนให้เข้ากัน แล้วจึงนำพลาสติกที่ผสมแล้วไปเทลงฮอปเปอร์บนเครื่องฉีดเพื่อป้อนให้การผลิตชิ้นงานต่อไป

ซึ่งการทำงานในลักษณะนี้ใช้แรงงานคนจำนวนมากและใช้พื้นที่และก่อให้เกิดฝุ่นภายในโรงงาน ทำให้…

ออกแบบรอยเส้นเชื่อม (Weld Line) ยังไง ให้เชื่อมพลาสติกด้วยอัลตร้าโซนิคได้ง่ายและไร้ของเสีย

การออกแบบรอยเส้นเชื่อมของชิ้นงานมีความสำคัญอย่างยิ่ง ส่งผลโดยตรงต่อผลงาน ว่าเชื่อมแล้วติดดีระดับโมเลกุล (Molecular Bonding) ติดกันน้ำกันฝุ่น (Hermatic Seal) หรือไม่? การออกแบบที่ดี นอกจากทำให้ชิ้นงานติดดีขึ้นแล้ว ยังทำให้เชื่อมง่ายและลดของเสียได้อีกด้วย

วิธีเลือกเครื่องบดพลาสติก ให้เปลี่ยนขาดทุนเป็นกำไร

ค่าแรง ค่าไฟ ต้นทุนเม็ดพลาสติกที่แพงขึ้นทุกวัน ทำให้ผู้ผลิตต้องหันมาลดต้นทุนอย่างอื่นแทน และสิ่งที่ทำได้ง่าาย ทำได้ทันที คือการบดรีไซเคิลพลาสติก อย่างไรก็ตามหากเลือกเครื่องบดพลาสติกและใบมีดที่ไม่เหมาะกับการใช้งาน นอกจากจะบดงานเป็นฝุ่นแล้ว ยังจะเปลืองไฟโดยใช่เหตุอีกด้วย แทนที่จะลดต้นทุน กลับกลายเป็นเพิ่มต้นทุน การทำความเข้าใจและเลือกเครื่องให้เหมาะเป็นสิ่งที่สำคัญต่อ….

อย่าพลาด!

อัปเดททุกอาทิตย์ สาระที่เกียวเนื่องกับอุตสาหกรรมพลาสติก รวมถึงเทคโนโลยีออโตเมชั่นใหม่ๆ เกร็ดความรู้ต่างๆ ติดตามเราเลยวันนี้


เราไม่มีนโยบาย Spam อีเมลล์ลูกค้า เราคัดเฉพาะบทความที่เป็นประโยชน์เท่านั้น และอีเมลล์จะถูกเก็บเป็นความลับไม่มีการแชร์ออกนอกระบบ