الأتمتة الصناعية
آلة ألبرت المتكاملة المؤازرة 3 في 1: كيف يقلل مُصنّعو التغليف البرازيليون من مساحة الآلة وساعات التوصيل الكهربائي
TL;DR —تجمع آلة ألبرت المتكاملة 3 في 1 المؤازرة بين محرك مؤازر، ومحرك مؤازر، و مضخة تروس داخلية تم دمج هذه المكونات في وحدة محورية واحدة، مما ألغى الحاجة إلى خزانة محرك منفصلة، ومجموعة أسلاك توصيل المحرك، ووصلة المضخة، وغطاء ناقل الحركة. وقد أفاد مصنّعو مواد التغليف البرازيليون الذين اعتمدوا هذا التكوين المتكامل في آلات قولبة الحقن الخاصة بهم بانخفاض بنسبة 35% في مساحة الآلة، وانخفاض بنسبة 55-60% في ساعات توصيل الأسلاك، وانخفاض بنسبة 20-25% في إجمالي وقت تشغيل النظام الهيدروليكي. تتناول هذه المقالة البيانات الميدانية من ثلاثة مصانع في منطقة ساو باولو.
تُعدّ البرازيل تاسع أكبر سوق للبلاستيك في العالم، حيث تستهلك 6.5 مليون طن من الراتنج سنويًا، وتُمثّل التعبئة والتغليف حوالي 42% من إجمالي الاستهلاك. وتُشغّل صناعة تحويل مواد التعبئة والتغليف في ولاية ساو باولو ما يقارب 2800 آلة حقن بلاستيك، تتراوح قوة ضغطها بين 80 و1200 طن، وتُخدّم أسواق الأغذية والمشروبات ومنتجات العناية الشخصية والتعبئة والتغليف الصناعية. وقد اعتاد مُصنّعو الآلات الذين يُزوّدون هذه الشركات على استخدام بنية القيادة الهيدروليكية "الموزّعة" القياسية: مُحرّك سيرفو منفصل، وخزانة قيادة منفصلة (مُثبّتة على هيكل الآلة أو كوحدة مستقلة)، ومضخة تروس منفصلة مُتصلة عبر وصلة مرنة وغطاء ناقل الحركة. هذا التصميم عملي، ولكنه يشغل مساحة أرضية، ويتطلّب من 40 إلى 60 مترًا من الأسلاك لكل آلة بين وحدة القيادة والمحرك، ويُعرّض كل وصلة للأعطال - الوصلة، وأطراف الأسلاك، ومروحة تبريد الخزانة.
تُزيل آلة ألبرت المتكاملة المؤازرة 3 في 1، التي نصنعها في شركة فيكس، البنية الموزعة من خلال دمج دوار المحرك المؤازر، وإلكترونيات القيادة، و مضخة تروس داخلية يتم دمج المكونات في غلاف محوري واحد. يبلغ طول المجموعة بأكملها 850 مم (للحجم 22 كيلوواط) وتُركّب مباشرةً على كتلة مشعب الزيت الهيدروليكي في آلة الحقن - دون الحاجة إلى خزانة منفصلة، أو كابلات توصيل المحرك، أو إجراءات محاذاة الوصلات. تتناول هذه المقالة الأثر المقاس لهذا التكامل في ثلاثة مصانع لتحويل مواد التغليف في البرازيل.
للاطلاع على المواصفات الفنية لوحدة ألبرت 3 في 1، انظر صفحة منتج ألبرت 3 في 1. لنطاق حركة أوسع حلول التحكم، الصفحة وحدة المؤازرة الكهروهيدروليكية المتكاملة يشمل تكوينات إضافية.
المحول أ - تقليل المساحة بنسبة 45% على آلة تشكيل قوالب البولي إيثيلين تيريفثالات (PET) سعة 650 طنًا
شركة Converter A هي شركة متخصصة في تحويل مواد التغليف في جونديائي، ساو باولو، وتنتج قوالب PET الأولية لصناعة تعبئة المشروبات البرازيلية. يضم المصنع 18 آلة حقن بلاستيك، منها 4 آلات تتراوح طاقتها الإنتاجية بين 600 و800 طن. وفي الربع الأول من عام 2025، استبدل المصنع محطة توليد طاقة بقدرة 37 كيلوواط. محرك سيرفو قياسي + خزانة محرك + مجموعة مضخة تروس خارجية على آلة وزنها 650 طنًا مع وحدة ألبرت 3 في 1 واحدة (ما يعادل 30 كيلو واط عند عمود المضخة، مع مطابقة إزاحة مضخة التروس الداخلية لمتطلبات دورة قالب التشكيل الأولي).
أظهرت النتائج المقاسة بعد 6 أشهر من الإنتاج انخفاضًا في مساحة الماكينة من 13.5 مترًا مربعًا (الماكينة + خزانة محرك منفصلة + مسار الكابلات) إلى 8.1 مترًا مربعًا، أي بنسبة 40%. وكانت خزانة المحرك المُلغاة (1200 × 800 × 400 مم) مثبتة على الأرض بجوار قاعدة الماكينة، وتشغل مساحة أرضية كانت تُستخدم سابقًا لتخزين صناديق التشكيل الأولي. وانخفضت ساعات توصيل الأسلاك لنظام القيادة الهيدروليكي من 62 ساعة (كابل طاقة المحرك، كابل المشفر، كابل الفرامل، كابل إمداد طاقة خزانة المحرك، كابل الثرمستور - جميعها تمر عبر مسار كابلات بنصف قطر انحناء لا يقل عن 65 مم) إلى 6 ساعات (كابل طاقة واحد إلى وحدة ألبرت، وكابل اتصال CANopen واحد عائد إلى...). وحدة تحكم الآلة). أفاد فريق الصيانة أن أول حدث استكشاف الأخطاء وإصلاحها (عطل في الاتصال على ناقل CANopen) تم حله عن طريق استبدال كابل CAN بطول 3 أمتار - وهو إصلاح استغرق 20 دقيقة مقابل تشخيص استغرق 3 ساعات في النظام السابق.
بيانات استهلاك الطاقة خلال فترة الستة أشهر: استهلكت وحدة ألبرت 3 في 1 ما مقداره 187 ميغاواط/ساعة مقابل 212 ميغاواط/ساعة للنظام السابق خلال نفس فترة الإنتاج، أي بانخفاض قدره 12%. ويعود هذا التحسن إلى عاملين: أولهما، أن مضخة التروس الداخلية في وحدة ألبرت تتمتع بكفاءة حجمية تبلغ 96% مقابل 88% لمضخة التروس الخارجية التي حلت محلها (حيث تقلل الخلوصات الداخلية الضيقة لمضخة التروس الداخلية من الانزلاق)، وثانيهما، أن التكامل المباشر يلغي الفقد الميكانيكي الناتج عن الوصلة (2-3% من قدرة المحرك).
المحول ب - تخفيض الأسلاك بنسبة 60% في آلة تغليف الجدران الرقيقة بوزن 280 طنًا
تعمل شركة Converter B في قطاع التغليف ذي الجدران الرقيقة - عبوات السمن النباتي، وعلب الآيس كريم، وعلب الزبادي - باستخدام آلات حقن عالية السرعة بقوة ضغط تبلغ 280 طنًا وزمن دورة تجفيف يبلغ 2.5 ثانية. وقد قام المصنع في إنداياتوبا، ساو باولو، بتحديث 5 آلات (جميعها بقوة ضغط 280 طنًا، وتعمل جميعها على تغليف البولي بروبيلين ذي الجدران الرقيقة) بوحدة Albert 3-in-1 ضمن برنامج مرحلي من سبتمبر 2024 إلى مارس 2025.
كان تقليل طول الأسلاك هو المعيار الرئيسي. في التكوين الأصلي، كانت كل آلة تتطلب: 25 مترًا من كابل طاقة المحرك رباعي النواة × 6 مم² (من خزانة المحرك إلى المحرك)، و15 مترًا من كابل التشفير المحمي رباعي النواة × 0.5 مم²، و10 أمتار من كابل الفرامل ثنائي النواة × 1.5 مم²، و8 أمتار من كابل إمداد الطاقة الرئيسي لخزانة المحرك رباعي النواة × 2.5 مم²، و5 أمتار من كابل التأريض - أي ما مجموعه 63 مترًا من الكابلات لكل آلة موزعة على 5 آلات = 315 مترًا. أما في تكوين ألبرت 3 في 1، فتتطلب كل آلة كابل طاقة رئيسي واحد رباعي النواة × 2.5 مم² (12 مترًا) بالإضافة إلى كابل CANopen محمي ثنائي النواة (12 مترًا) - أي ما مجموعه 24 مترًا لكل آلة × 5 = 120 مترًا. بلغت تكلفة مواد الكابلات وحدها 8600 ريال برازيلي (حوالي 1550 دولارًا أمريكيًا) عبر برنامج الآلات الخمس.
انخفض وقت تركيب الأسلاك من 68 ساعة لكل آلة إلى 14 ساعة لكل آلة، أي بنسبة 79%. وأفاد كبير فنيي الكهرباء لدى المقاول أن وحدة ألبرت 3 في 1 كانت "أبسط عملية تركيب لمحرك سيرفو قمت بها خلال 22 عامًا - لا حاجة لتركيب خزانة المحرك، ولا توصيل كابل المحرك بصندوق التوصيل، ولا محاذاة الوصلات". وبلغ معدل طلبات الصيانة خلال الأشهر الستة الأولى من تشغيل وحدة ألبرت 3 في 1، 0.3 طلب لكل آلة شهريًا، مقابل 1.1 طلب لكل آلة شهريًا للنظام الموزع السابق، أي بانخفاض قدره 73% في حالات الصيانة غير المجدولة.
لماذا تُعد مضخة التروس الداخلية مهمة لتطبيقات التعبئة والتغليف؟
تستحق مضخة التروس الداخلية في وحدة ألبرت ثلاثية الوظائف مناقشة خاصة، نظرًا لأن قطاع التعبئة والتغليف البرازيلي يعمل ضمن دورات زمنية ضيقة، حيث يُعدّ تجويف المضخة عند درجات حرارة الزيت المرتفعة مشكلة متكررة. كانت مضخة التروس الخارجية القياسية في الأنظمة السابقة للمُصنِّعين تُظهر منحنى كفاءة حجمية نموذجيًا ينخفض من 92% عند 40 درجة مئوية (زيت جديد، فلتر نظيف) إلى 78% عند 55 درجة مئوية (درجة حرارة التشغيل بعد 4 ساعات من التشغيل المتواصل عالي السرعة). تحافظ مضخة التروس الداخلية في وحدة ألبرت على كفاءة حجمية تتراوح بين 94% و96% ضمن نطاق درجة حرارة من 35 درجة مئوية إلى 65 درجة مئوية، وذلك بفضل تصميم التروس الداخلية الذي يتميز بمساحة تلامس أكبر للأسنان وتعويض أدق للخلوص الداخلي عبر مانع التسرب الهلالي. بالنسبة لآلة تعبئة وتغليف ذات جدران رقيقة تعمل بدورة مدتها 2.5 ثانية، فإن الحفاظ على الكفاءة الحجمية يعني دقة تحديد حجم إزاحة المضخة، حيث لا تحتاج الآلة إلى تمديد زمن حقن الزيت لتعويض انزلاق المضخة مع ارتفاع درجة حرارة الزيت الهيدروليكي خلال وردية الإنتاج.
لضمان توافق نظام التحكم، تتكامل وحدة ألبرت بسلاسة مع وحدة تحكم الآلة عبر بروتوكول CANopen، وهو نفس بروتوكول ناقل البيانات الميداني المستخدم من قبل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) الخاصة بالآلة. وحدة التحكم الحاسوبية Keba، المصممة أصلاً لهذا التطبيق، موضحة بالتفصيل في... صفحة منتجات كمبيوتر Kebaللاطلاع على بديل قولبة الحقن الكهربائي الكامل، انظر صفحة منتج IMM الكهربائية بالكامل.
المحول ج - لوجستيات الوزن والتركيب في مصنع متعدد الطوابق
يُعدّ المحوّل C وحدةً لتحويل مواد التغليف في مصنع متعدد الطوابق في ساو برناردو دو كامبو، ساو باولو. يضمّ المصنع 11 آلة حقن بلاستيك في الطابق الأول (مثبتة على بلاطة خرسانية مسلحة بقدرة تحمل 1200 كجم/م²) و5 آلات في الطابق الثاني (مثبتة على هيكل فولاذي في الطابق النصفي بقدرة تحمل 750 كجم/م²). شكّل وزن مجموعة القيادة الهيدروليكية عائقًا كبيرًا أمام آلات الطابق الثاني، حيث بلغ وزن النظام الموزع الأصلي (محرك 37 كيلوواط + خزانة القيادة + وصلة مرنة + غطاء ناقل الحركة + مضخة تروس) 420 كجم. أما وحدة ألبرت 3 في 1، فتزن 185 كجم فقط لنفس القدرة، أي بانخفاض في الوزن بنسبة 56%.
سمح تخفيض الوزن للمُصنِّع بتركيب 3 آلات إضافية مُجهزة بنظام ألبرت في الطابق الثاني (الميزانين) دون الحاجة إلى تدعيم هيكلي (كانت الخطة الأصلية تتطلب تدعيمًا بعوارض فولاذية بتكلفة 180,000 ريال برازيلي). كما تحسّنت لوجستيات التركيب: حيث قام فنيان ورافعة يدوية برفع وحدة ألبرت 3 في 1 واحدة إلى مكانها، بينما كان النظام الموزع السابق يتطلب رافعة حمولة طنين، وثلاثة فنيين، وأربع ساعات لإتمام عملية التجميع والمحاذاة. تم تركيب وحدة ألبرت على كتلة التوزيع وتوصيلها بمصدر طاقة الآلة في غضون 45 دقيقة من وصولها إلى قاعدة الآلة.
يتناول هذا المقال نسخة محرك ABT المؤازر المخصصة لتطبيقات كثافة عزم الدوران المنخفضة. صفحة منتج محرك سيرفو ABTبالنسبة لتطبيقات الدفع المباشر حيث تكون المساحة أقل تقييدًا، انظر صفحة محرك سيرفو ذو الدفع المباشر.
انخفاض درجة حرارة الزيت الهيدروليكي - فائدة غير متوقعة
من الفوائد التشغيلية غير المتوقعة التي أبلغت عنها جميع مرافق التحويل الثلاثة انخفاض درجة حرارة تشغيل الزيت الهيدروليكي. أفاد المرفق (أ) أن درجة حرارة الزيت في خزان الآلة التي تزن 650 طنًا انخفضت من 52 درجة مئوية في المتوسط إلى 44 درجة مئوية بعد تركيب نظام ألبرت ثلاثي الوظائف، أي بانخفاض قدره 8 درجات مئوية. ويعود سبب هذا الانخفاض في درجة الحرارة إلى الاستغناء عن مروحة التبريد المثبتة على وصلة المحرك. في التصميم الموزع التقليدي، تولد وصلة المحرك المرنة بين المحرك والمضخة حرارة احتكاكية (حيث يبدد عنصر الوصلة - وهو عبارة عن إطار من البولي يوريثان في وصلة فكية من نوع لوفجوي - ما بين 2 و3% من الطاقة المنقولة على شكل حرارة). كما تضيف مروحة التبريد الموجودة على خزانة المحرك حرارة إلى منطقة الآلة من خلال هواء العادم، مما يرفع درجة الحرارة المحيطة بالخزان. مع وحدة ألبرت، لا توجد وصلة ولا مروحة للخزانة، وبالتالي يقتصر توليد الحرارة في ناقل الحركة على الاحتكاك الانزلاقي لمضخة التروس الداخلية، والذي يقل بنسبة 60-70% عن فقدان الاحتكاك في الوصلة.
يُحقق انخفاض درجة حرارة الزيت فائدتين تشغيليتين: فقد امتدت فترة خدمة الزيت الهيدروليكي في المحول "أ" من 4000 ساعة إلى 6000 ساعة (لأن معدل أكسدة الزيت ينخفض إلى النصف مع كل انخفاض قدره 10 درجات مئوية في درجة حرارة التشغيل)، وانخفض استهلاك مياه التبريد للآلة من 6.5 لتر/دقيقة إلى 4.2 لتر/دقيقة لدائرة تبريد الزيت. في مصنع يضم 18 آلة حقن، بلغ إجمالي توفير مياه التبريد 570,000 لتر سنويًا، مما قلل من تكلفة معالجة المياه في المصنع والحمل الكهربائي لبرج التبريد لمضخة إعادة تدوير المياه.
الأسئلة الشائعة
ما هو نطاق الطاقة لآلة ألبرت المتكاملة ذات المحركات المؤازرة 3 في 1؟
تتوفر وحدة ألبرت ثلاثية الوظائف بقدرات تتراوح من 7.5 كيلوواط إلى 55 كيلوواط، لتغطي نطاق ماكينات قولبة الحقن من 80 طنًا إلى 1200 طن من قوة الإغلاق. يتم ضبط إزاحة مضخة التروس الداخلية بما يتناسب مع قدرة المضخة - حيث توفر الوحدة بقدرة 22 كيلوواط 45 سم مكعب/دورة، والوحدة بقدرة 37 كيلوواط 65 سم مكعب/دورة، والوحدة بقدرة 55 كيلوواط 90 سم مكعب/دورة. كما تتوفر خدمة مطابقة الإزاحة حسب الطلب للدوائر الهيدروليكية غير القياسية عند الطلب.
هل يمكن تركيب وحدة ألبرت 3 في 1 على آلات قولبة الحقن الموجودة؟
نعم، وحدة ألبرت مزودة بشفة تثبيت قياسية من نوع SAE A أو SAE B، ووصلة عمود مفتاحية بقطر 19 مم أو 22 مم تُركّب مباشرةً على كتلة مشعب الزيت الهيدروليكي الموجودة في الآلة. تستغرق عملية التحديث لآلة وزنها 280 طنًا من 4 إلى 6 ساعات لفنيين، وتشمل إزالة المحرك الحالي، وخزانة القيادة، ومجموعة المضخة، وتركيب وحدة ألبرت مع وصلة ناقل CANopen. لا تتطلب الآلة أي تعديل على الدائرة الهيدروليكية الرئيسية أو نظام التحكم باستثناء تغيير بسيط في معلمات البرنامج لمعرّف عقدة CANopen.
ما هي مدة الضمان لجهاز ألبرت 3 في 1؟
الضمان القياسي لمدة ٢٤ شهرًا من تاريخ التركيب، ويشمل محرك المؤازرة المدمج، والإلكترونيات الخاصة بالتشغيل، ومضخة التروس الداخلية. ويشمل الضمان استبدال الوحدة بالكامل في الموقع خلال ٤٨ ساعة إذا تعذر إعادة تشغيلها عبر الدعم الهاتفي خلال ٤ ساعات - يسري هذا الضمان في ولاية ساو باولو خلال أول ١٢ شهرًا من التشغيل. يتوفر ضمان ممتد (٣٦ شهرًا) مقابل ٨٪ من سعر شراء الوحدة.
كيف تتم مقارنة وحدة ألبرت بمحرك سيرفو ومضخة قياسيين من حيث مستوى الضوضاء؟
تعمل وحدة ألبرت 3 في 1 بمستوى ضوضاء 68 ديسيبل (A) على بُعد متر واحد عند السرعة والضغط المُصنّفين بالكامل، مقارنةً بـ 78-82 ديسيبل (A) لمحرك سيرفو قياسي مع مضخة تروس خارجية وخزانة قيادة مزودة بمروحة تبريد. ويعود انخفاض مستوى الضوضاء إلى إزالة وصلة التوصيل (مصدر ضوضاء كبير في مجموعات المضخات والمحركات القياسية)، وانخفاض تموج الضغط في مضخة التروس الداخلية (1.5% مقابل 6-8% لمضخات التروس الخارجية)، والهيكل المُدمج الذي يُخمد الاهتزازات الميكانيكية. في قاعة إنتاج تضم 10 آلات، يُمكن ملاحظة انخفاض مستوى الضوضاء من 82 ديسيبل (A) إلى 68 ديسيبل (A) لكل آلة دون الحاجة إلى واقيات أذن.
ما هي بروتوكولات الاتصال التي تدعمها وحدة ألبرت؟
تدعم وحدة ألبرت 3 في 1 بروتوكول CANopen (ملف تعريف DS-301 وDS-402 لمحركات المؤازرة) كبروتوكول قياسي. ويتوفر دعم اختياري لبروتوكولات EtherCAT وPROFINET وEtherNet/IP عبر وحدة واجهة ناقل المجال المثبتة على منفذ الاتصال الخاص بالوحدة - تضيف هذه الوحدة 35 مم إلى الطول الإجمالي وتدعم نفس الأداء في الوقت الفعلي لواجهة CANopen. كما يمكن للوحدة العمل في وضع مستقل دون الحاجة إلى ناقل المجال - حيث يتم ضبط نقاط ضبط السرعة وعزم الدوران من خلال مدخلات تناظرية (0-10 فولت، 4-20 مللي أمبير) ومدخلات رقمية للتمكين والاتجاه وتحرير الفرامل.
ما هو نطاق درجة الحرارة المحيطة التشغيلية لوحدة ألبرت في المناخ البرازيلي؟
وحدة ألبرت 3 في 1 مصممة للعمل ضمن نطاق درجة حرارة محيطة يتراوح بين 5 و50 درجة مئوية، ما يغطي المناخ الصناعي البرازيلي في جميع المناطق. تصل درجات الحرارة في ساو باولو صيفًا في المصانع المزودة بمراوح شفط مثبتة على السطح عادةً إلى 38-42 درجة مئوية، وهو ضمن النطاق المصمم للعمل فيه. تُغلف إلكترونيات التشغيل الداخلية بمادة موصلة حراريًا تعمل على تبديد الحرارة عبر زعانف الهيكل، فلا حاجة إلى مروحة تبريد منفصلة أو مكيف هواء للخزانة. بالنسبة للمنشآت في منطقة الشمال الشرقي (تيريسينا، ريسيفي) حيث قد تتجاوز درجة الحرارة المحيطة 45 درجة مئوية، نوصي باستخدام النسخة عالية الحرارة المزودة بزعانف تبريد أكبر (بزيادة 25 مم في طول الهيكل).