KGL_new
Puls Branży

Tesla wśród podobnych modeli

Kiedy urządzenia rozdrabniające pracują w trudnych warunkach w trybie ciągłym, firma Vecoplan AG z powodzeniem stawia na sprawdzoną koncepcję napędu bezpośredniego HiTorc. Regulator zintegrowany w przetwornicy częstotliwości sprawia między innymi, że wał wirnika utrzymuje optymalny moment obrotowy w każdej chwili i w każdym stanie roboczym. Efektem jest nie tylko wyjątkowa efektywność energetyczna: ponieważ w przypadku tego czysto elektrycznego rozwiązania odpadają takie komponenty, jak sprzęgło, napędy pasowe czy koła zamachowe, wiąże się to także ze znaczną redukcją kosztów konserwacji. Sprawdzone rozwiązanie HiTorc pozwoliło firmie Vecoplan przez lata wypracować sobie znaczną przewagę technologiczną na rynku.

„Cały czas pracujemy nad tym, by sprostać rosnącym oczekiwaniom rynku i zapewnić naszym klientom długofalowe wsparcie w zakresie efektywnych kosztowo urządzeń i systemów”, mówi Martin Baldus, kierownik działu rozwoju „Industrial shredding” w firmie Vecoplan AG. Przedsiębiorstwo z siedzibą w Bad Marienberg w Westerwaldzie projektuje, produkuje i sprzedaje maszyny i urządzenia przeznaczone do rozdrabniania, transportu bliskiego oraz obróbki surowców pierwotnych i wtórnych w obiegu produkcyjnym i obiegu surowców wtórnych. Przede wszystkim rozdrabnianie coraz częściej stanowi wyzwanie. „U naszych klientów maszyny często pracują przez całą dobę, czasem siedem dni w tygodniu”, opisuje Baldus. Kruszarki mogą być wykorzystywane na przykład w zakładach cementowych do materiałów do pieców do wypalania, do opakowań z tworzyw sztucznych zbieranych do żółtych worków, do metalu i materiałów kompozytowych lub też do wydajnego przetwarzania odpadów domowych. Możliwe jest także rozdrabnianie odpadów drewnianych z produkcji oraz starego drewna, a także brył korzeniowych, które często są zanieczyszczone materiałami obcymi. „Awaria tych urządzeń może być kosztowna dla eksploatatorów. Dlatego muszą one być wytrzymałe i odporne na materiały obce, niezawodne i niewymagające częstej konserwacji”, uzupełnia jego kolega Daniel Kessler, kierownik działu elektrotechniki w firmie Vecoplan. Ważnym elementem jest przy tym napęd wirnika. „Przede wszystkim do pracy w trybie ciągłym polecamy naszym klientom dynamiczną serię HiTorc o wysokim momencie rozruchowym i obrotowym”, mówi Kessler.

 

Rozwiązanie sprawdzone przez lata

Koncepcja napędu firmy Vecoplan powstała prawie 20 lat temu, kiedy technicy chcieli opracować wydajny napęd do urządzeń rozdrabniających. Rozdrabniacze musiały być bowiem coraz wydajniejsze i stawały się coraz większe. Miało to także wpływ na stosowane napędy. Musiały one poradzić sobie ze zwiększoną przepustowością i dysponować wystarczającym momentem obrotowym, by reagować na materiały obce. Ówczesny kierownik działu konstrukcji Wolfgang Lipowski podczas lektury czasopisma dla inżynierów przypadkowo trafił na artykuł o silnikach synchronicznych. Dynamika i przyspieszenie wywarły na nim wrażenie. Wydawało się to doskonałym rozwiązaniem do szybkiego przyspieszania i hamowania w procesach rozdrabniania. Kolejna zaleta tej wersji napędu: dzięki połączeniu z przetwornicą częstotliwości, w przeciwieństwie do typowych silników elektrycznych nie jest wymagane zastosowanie przekładni – wymagany moment obrotowy jest uzyskiwany przez pole magnetyczne i oddziałuje bezpośrednio na wał rozdrabniający. „Przekładnia zawsze oznacza tarcie”, wyjaśnia Baldus. „Ciała obce w materiale powodują wstrząsy w procesie rozdrabniania, które muszą zostać zamortyzowane między innymi przez powierzchnie nośne kół zębatych lub pasy napędów pasowych. Powoduje to zużycie tych elementów konstrukcyjnych. Wymaga to większej częstotliwości konserwacji, a personel serwisowy musi regularnie wymieniać komponenty.

 

W poszukiwaniu odpowiedniego partnera, który mógłby budować silniki dla firmy Vecoplan, projektanci trafili na firmę Oswald Elektromotoren GmbH w Miltenbergu. „Wraz z producentem przetwornic, firmą KEB Automation KG, opracowaliśmy i skonstruowaliśmy koncepcję dla wszystkich wielkości napędu”, donosi Kessler. Narodził się HiTorc. W połączeniu z elektrycznym silnikiem synchronicznym oraz przetwornicą częstotliwości, firma Vecoplan od 2005 roku oferuje unikatowe rozwiązanie – wolnoobrotowy, elektryczny napęd bezpośredni do rozdrabniaczy.

 

Dynamiczny rozruch także przy napełnionej maszynie

Dzięki rezygnacji z mechanicznych elementów napędowych, takich jak napęd pasowy lub zębaty, koła zamachowe i sprzęgła, rozdrabniacze są znacznie bardziej wytrzymałe. „Nawet jeden nieplanowany przestój spowodowany przez złamany wał, przepalone sprzęgło przeciążeniowe lub wadliwą przekładnię uzasadnia zastosowanie napędu HiTorc”, mówi Baldus. „Dzięki temu możemy znacznie zredukować zarówno koszty konserwacji, jak i liczbę awarii”.

 

Jednakże zrezygnowanie z tych komponentów umożliwiło także efektywne współdziałanie momentu bezwładności wirnika z litej stali z momentem obrotowym silnika. „Bezwładny układ przeniesienia napędu spowalnia ten proces”, wyjaśnia Baldus. „Jeśli rozdrabniacz musi zostać zatrzymany, a następnie ponownie uruchomiony, w przypadku typowych systemów napędowych taki ponowny rozruch przy napełnionej maszynie najczęściej się nie udaje”, mówi Kessler. „Pracownik musi najpierw ręcznie opróżnić maszynę”. Jednakże HiTorc pracuje bardzo dynamicznie i poprawia charakterystyki rozruchowe oraz właściwości zmiany kierunku pracy, ponieważ brak komponentów mechanicznych sprawia, że w całym systemie mechanicznym występuje znacznie mniej momentów bezwładności masy. Wysoki dostępny moment obrotowy umożliwia tym samym bezproblemowy rozruch pod obciążeniem, czyli także przy napełnionym obszarze rozdrabniania. To oznacza, że operator może w każdej chwili uruchomić maszynę wciskając przycisk – bez konieczności opróżniania leja.

 

Całkowicie automatyczne sterowanie potrafi odpowiednio wcześnie wykryć przeciążenie maszyny podczas procesu rozdrabniania dzięki ciągłej analizie prędkości obrotowej oraz prądu. W przypadku materiałów obcych wał silnika zatrzymuje się w ciągu kilku milisekund. Pozwala to uniknąć uszkodzeń ważnych elementów konstrukcyjnych. Po krótkim ruchu przeciwbieżnym, napęd urządzenia Vecoplan już po kilku sekundach znów pracuje w zwykłym kierunku. „Dzięki HiTorc rozdrabniacz reaguje tak zwinnie, jak samochód elektryczny”, porównuje Kessler. „Wysoki moment obrotowy jest możliwy z miejsca, bez konieczności osiągania określonej prędkości obrotowej”.

 

Znacznie korzystniejszy współczynnik sprawności

Stopień sprawności silnika HiTorc jest znacznie wyższy, niż w przypadku rozwiązania z przekładnią – sam brak mechanicznych elementów napędowych powoduje wzrost o dziesięć do piętnastu procent. Dzięki temu silnik synchroniczny jest tak efektywny, w szczególności w obszarze obciążenia częściowego. Podczas pracy na luzie pobiera jedynie dziesięć procent energii, jakiej potrzebowałby porównywalny silnik asynchroniczny. Takie warunki eksploatacyjne często występują w przypadku niejednolitych materiałów oraz nierównomiernego podawania materiału. „Podsumowując, użytkownik zyskuje korzystne zużycie energii. W porównaniu do innych napędów elektromechanicznych, można zaoszczędzić nawet do 40 procent energii, a w porównaniu do napędów hydraulicznych – nawet do 60 procent. Niektórzy klienci firmy Vecoplan oszczędzili do 50 000 euro w ciągu roku”, donosi Kessler.

 

Dostosowany do zastosowania

W zależności od zastosowania, firma Vecoplan oferuje napęd HiTorc w różnych klasach mocy. „Odpowiednia kombinacja przetwornicy częstotliwości oraz silnika z napędem bezpośrednim zależy od mocy, momentu obrotowego i prędkości obrotowej, które ustawiamy odpowiednio do zastosowania”, wyjaśnia Kessler. W przypadku rozrywarki worków maszyna obraca się bardzo powoli, bo jej zadaniem jest przede wszystkim rozrywanie worków na śmieci. Wymagany jest stosunkowo wysoki moment obrotowy. Rozdrabniacze wtórne pracują zwykle szybciej, na przykład w przypadku VEZ 3200 TT zastosowane zostały dwa napędy synchroniczne ze szczytowym momentem obrotowym rzędu 110 000 niutonometrów. Za pomocą dwóch przetwornic częstotliwości, oba napędy eksploatowane są w zoptymalizowanym trybie master/slave z rozszerzonym sterowaniem wektorowym. Regulator zintegrowany w przetwornicy częstotliwości zapewnia, że wał wirnika w każdej chwili i w każdym stanie roboczym dysponuje optymalnym momentem obrotowym. Regulacja uzależniona od prędkości obrotowej oraz momentu obrotowego umożliwia ekonomiczną pracę. Momenty obrotowe są do dyspozycji wtedy, kiedy są potrzebne. Jednocześnie następuje redukcja mocy, kiedy nie jest ona potrzebna do procesu rozdrabniania.

 

W porównaniu do konkurencyjnych produktów na rynku, HiTorc przekonuje także kompaktowymi wymiarami. Dzięki temu wymaga mniej przestrzeni do zabudowy, co pozytywnie przekłada się na konstrukcję maszyn. Napęd jest też łatwiejszy w montażu, ponieważ między innymi nie są wymagane jakiekolwiek prace nastawcze.

 

Nie zawsze, ale bardzo często

Do jakich zastosowań przeznaczony jest napęd HiTorc? Martin Baldus nie musi się zastanawiać. „Bez wątpienia do wielozmianowej pracy w trybie ciągłym w trudnych warunkach. HiTorc jest jak Tesla wśród napędów”, mówi zadowolony Baldus.

 

Napęd został pozytywnie przyjęty przez rynek. HiTorc to z pewnością jedna z najważniejszych unikalnych cech naszych maszyn rozdrabniających, mówi inżynier. Doskonała reputacja tej koncepcji napędu na rynku często doprowadza do nas nowych klientów. Ostatecznie jednak zostaliby przekonani nie tylko przez napęd, lecz przez nasze kompleksowe rozwiązanie, dostosowane do konkretnego przypadku zastosowania. Jaka jest trwałość napędu z tej serii produkcyjnej? „Zdarza się, że po pięciu lub dziesięciu latach konieczna jest wymiana niektórych łożysk tocznych. Ale poza tym może on działać wiecznie”, mówi Baldus. Niedawno rozmawiał on z klientem, który wykorzystuje trzy rozdrabniacze, wyposażone łącznie w sześć napędów HiTorc. „Mają one obecnie na liczniku 25 000 roboczogodzin i działają bez problemów”. W innym zakładzie, w którym napęd HiTorc był wykorzystywany w wymagających warunkach, konieczna była jego wymiana dopiero po 58 000 roboczogodzin. „Klient wykonywał jedynie zwykłe prace konserwacyjne; przeprowadzanie przez nas przeglądów lub napraw silnika nie było konieczne”, powiedział Baldus.