TADEUSZ KRET
WŁADYSŁAW KASIUK

Nowoczesne układy napędowo-sterownicze
stosowane w prasach hydraulicznych

Wprowadzenie

O postępie w technice decydują nie tylko nowoczesne rozwiąznia systemów i struktur, ale także prace modernizacyjne, ulepsząjące układy istniejące. Znane są liczne, technicznie interesujące modernizacje, które pozwaląją na bardzięj ekonomiczne wykorzystanie urządzeń już istniejących.
Przykładem takiego rozwiązania jest modernizacja prasy hydraulicznej UTVA 2250x4800 o nacisku 4200 Mg. Prasę z układem hydraulicznym, skonstruowanym przed dwudziestu laty, eksploatowano w Kopalni Węgla Brunatnego "Turów". Po latach ciągłej eksploatacji prasa wraz z jej układem napędowo-sterowniczym wymagała bardzo gruntownęj modernizacji. Zdecydowano, że prace remontowo-modernizacyjne prasy dotyczące układów mechanicznych, grzewczych, elekrtrycznych, a także remont siłowników hydraulicznych wykonają służby techniczne kopalni, natomiast układ hydrauliczny oraz sterowniczy zaprojektu,je i wykona firma KRET i S-ka Chojnów.
Określono funkcje układu napędowo-sterowniczego i założono, że ma spełniać:
- wymagania technologiczne, obejmujące:
- relacji pomiędzy temperaturami i czasem, a odpowiednimi zmianami ciśnienia zacisku prasy w cyklu pracy, możliwość ingerencji operatora w każdy krok pracy automatycznej prasy,
- możliwość śledzenia na bieżąco ciśnień, temperatury, czasu,
- możliwość tzw. odgazowywania ręcznego w każdym kroku cyklu automatycznego prasy,
- wymagania dotyczące, ekologii i bezpieczeństwa prasy, określąjące:
- systemy sygnalizacyjne i komunikacyjne pozwalające na właściwą eksploatację prasy i reagowanie obsługi w nagłych przypadkach, np. awaryjnyćh,
- zabezpieczenia prasy przed szkodliwymi zjawiskami, np. zanikiem napięcia, chwilowym dużym spadkiem napięcia, zakłóceniami elektromechanicznymi, pęknięciem przewodu elastycznego, błędnym użyciem pulpitu sterowniczego,
- wymagania dotyczące efektywności pracy, określające:
- maksymalny czas usunięcia awarii w okresie gwarancyjnym i pogwarancyjnym i
- wydłużoną gwarancję i łatwą wymianę elementów z tzw. "z półki" w okresie pogwarancyjnym.

Cykl pracy prasy

Na rysunku 1 przedstawiono cykl pracy prasy typu UTVA 2250x4800. Po ręcznym szybkim zamknięciu prasy do ciśnienia 0,7 M Pa, włączeniu ogrzewania stołu i załączenia cyklu automatycznego, prasa osiągnąwszy 50°C na stole grzewczym zwiększa ciśnienie zacisku stołu do ciśnienia nastawionego. Po osiągnięciu 110°C następuje proces tzw. odgazowywania prasy. W krótkim czasie ciśnienie zacisku spada do 1,5 M Pa i następnie szybko wzrasta dowartości wymaganej, nastawionej na pulpicie sterowniczym. Po dwóch minutach następuje powtórne odgazowywanie, a ciśnienie osiąga wartość nastawioną na pulpicie sterowniczym, tj. ciśnienie pracy (wulkanizacji) odpowiadające 140°C. Prasa po osiągnięciu zadanej temperatury stołu zaczyna odliczać szybciej zadany czas wulkanizacji do 5 godzin. Po zakończeniu odliczania czasu wulkanizacji następuje chłodzenie i ewentualne otwarcie prasy. Wszystkie etapy pracy prasy są sygnalizowane przez wskaźniki umieszczone na pulpicie sterowniczym, światło lampy sygnalizującęj i dźwiękowy sygnał. Podczas trwania cyklu pracy istnieje możliwość uruchomienia procesu odgazowywania prasy, także w dowolnym kroku cyklu można zmieniać nastawy parametrów procesu technologicznego.

Rys. 1. Cykl pracy prasy

Budowa układu hydraulicznego prasy

Układ hydrauliczny opisywanej prasy (rys. 2) zbudowano z sześciu głównych siłowników nurnikowych, zasilanych dwoma zestawami pompowymi M 1 i M2 przez dwie pary zaworów szybkoupustowych. Jedna para zamontowana na kolektorze wysokociśnieniowym, bezpośrednio przy siłownikach, jest wykonana w wersji normalnie zamknięte, natomiast druga jest za-
montowana w wersji normalnie otwarte. Z kombinacji otwarć i zamknięć tych zaworów wynikąją szybkie ruchy zamykania i otwierania prasy. Ruch otwierania (pod własnym ciężarem) jest wspomagany dwoma siłownikami. Koniec tego ruchu wyznacza czujnik położenia K1. Podczas ruchu otwierania w początkowym stadium działąją także siłowniki odklejąjące wulkanizowaną taśmę od górnej powierzchni prasy. Siłowniki te wykonują szybki ruch odklejania, a następnie szybko powracają do położenia wyjściowego.

Rys. 2. Układ hydrauliczny prasy UTVA 2250x4800

Warunkiem zamknięcia prasy jest właściwe położenie listew K4, K2 ograniczających wypływ gumy podczas wulkanizacji. Po zamknięciu prasy ciśnienie zacisku jest zadawane przez zawór proporcjonalny redukcyjne-przelewowy, zasilany z zespołu akumulatorów hydraulicznych. Akumulatory podczas pracy są okresowo doładowywane drugim strumieniem zestawu pompowego. Przy uruchamianiu prasy akumulatory są ładowane przez wszystkie strumienie, co pozwala na skrócenie czasu ładowania akumulatora oraz optymalne wykorzystanie zainstalowanej mocy.
Do chwytania wulkanizowanęj taśmy ze stron - lewej i prawej służą zaciski hydrauliczne. Maksymalne ciśnienie zacisku jest ograniczone przekaźnikiem ciśnienia. Po osiągnięciu ustawionego ciśnienia przekaźniki wyłączają odpowiednią cewkę rozdzielacza. Zacisk prawy jest umieszczony na ruchomych saniach, poruszających się w poziomie, zwanych zrywakiem, którym w razie przyklejenia się taśmy do powierzchni dolnej stołu można tę taśmę odkleić i odpowiednio przesuwać. Jeśli prasa pracuje przy wysokim ciśnieniu i jeśli wykonywane są ruchy pomocnicze, to olej jest zadawany z zestawu pompowego (M3), zabezpieczonego i sterowanego dwoma zaworami przelewowymi, sterowanymi elektrycznie oraz zaworem przyłączającym, zapewniającym tzw. szybki ruch siłowników przy niższym obciążeniu układu. Elementami centralnymi sterowania elektronicznego są cztery sterowniki (moduły) mikroprocesorowe PLC (każdy 24/20 WE/WY) połączone w jeden system.

Podsumowanie

Opisany układ hydrauliczny spełnia wszystkie wymagania przyjęte w założeniach. Podczas uruchamiania prasy parametry układu hydraulicznego dostosowano do wymagań technologicznych. Pulpit sterowniczy jest ograniczony do minimalnej liczby manipulatorów nastaw i niezbędnych przycisków. Całością procesu steruje mikrosterownik TSX07. Sterowanie prasą jest bezpieczne i łatwe dla obsługi. Układ hydrauliczny zbudowano z elementów produkowanych przez firmy krajowe (PONAR-Wadowice, WPH-Wrocław), co pozwoliło na udzielenie wydłużonej gwarancji, a także zaakceptowanie warunku usuwania ewentualnych usterek gwarancyjnych w terminie nie przekracząjącym siedmiu dni oraz zagwarantowanie pięcioletniej pełnęj obsługi pogwarancyjnej. Korzystne jest także porównanie zainstalowanej mocy elektrycznęj przed modernizacją i po modernizacji opisywanej prasy. Do szybkiego zamykania prasy (po modernizacji i przed modernizacją) zainstalowano 15 kW, natomiast do wykonywania cyklu pracy oraz obsługi ruchów pomocniczych przed modernizacją zainstalowano 35 kW. Po modernizacji i zastosowaniu nowocześniejszych rozwiązań układów napędowego i sterowniczego zainstalowana moc wynosi 15 kW. Zmniejszenie zainstalowanęj mocy nie wpłynęło na parametry pracy prasy.

Od Redakcji: Opisywana prasa UTVA 2250x4800 została zgłoszona do konkursu Wojewódzkiego NOT za wybitne osiqgnięcia w dziedzinie techniki.

Kości przyłączeniowe ozaworowania i kolektora