Študija primera: Optimizacija montaže in demontaže ležajev z uporabo tehnologije indukcijskega ogrevanja
Povzetek
Ta študija primera preučuje, kako so v proizvodnem obratu družbe Volvo Construction Equipment v Eskilstuni na Švedskem uvedli sistem indukcijskega ogrevanja za optimizacijo postopkov sestavljanja in razstavljanja ležajev. Prehod s tradicionalnih metod ogrevanja s plamenom na natančno indukcijsko tehnologijo je povzročil 68-odstotno zmanjšanje časa montaže, 42-odstotni prihranek energije in praktično odpravo poškodb ležajev med namestitvijo. Projekt je dosegel ROI v 9.3 mesecih in znatno izboljšal meritve kakovosti proizvodnje.
Ozadje
predstavitev podjetja
Volvo Construction Equipment (Volvo CE) proizvaja komponente težkih strojev, ki zahtevajo natančno prileganje ležajev za optimalno delovanje in vzdržljivost. Njihova tovarna v Eskilstuni je specializirana za prenosne sklope za kolesne nakladalce in zglobne vlačilce.
Izziv
Pred izvedbo je Volvo CE uporabljal naslednje metode namestitve ležajev:
- Ogrevanje s plinskim plamenom za velike ležaje
- Oljne kopeli za srednje velike ležaje
- Mehansko stiskanje za manjše komponente
Te metode predstavljajo več izzivov:
- Neskladno ogrevanje, ki vodi do dimenzijskih odstopanj
- Nevarnosti za varnost na delovnem mestu zaradi odprtega ognja in vročega olja
- Okoljski problemi zaradi odstranjevanja olja
- Pogoste poškodbe ležajev med namestitvijo
- Dolgi ogrevalni cikli, ki vplivajo na potek proizvodnje
Izvedba indukcijskega ogrevalnega sistema
Izbira sistema in specifikacije
Po ocenjevanju več prodajalcev je Volvo CE izbral sistem EFD Induction MINAC 18/25 z naslednjimi specifikacijami:
Tabela 1: Specifikacije sistema indukcijskega ogrevanja
| parameter | Tehnični podatki | Opombe |
|---|---|---|
| Model | MINAC 18/25 | Mobilni indukcijski grelec |
| Izhodna moč | 18 kW | Spremenljiva frekvenca |
| Vhodna napetost | 400V, 3-fazni | Združljivo s tovarniško dobavo |
| Frekvenčni razpon | 10-40 kHz | Samodejno optimizirano |
| Delovni ciklus | 100 % pri 18 kW | Sposobnost neprekinjenega delovanja |
| Hladilni sistem | Vodno hlajeno | Hladilnik z zaprtim krogom |
| Nadzorni vmesnik | PLC z zaslonom na dotik | Nadzor temperature in časa |
| temperaturno območje | 20-350 ° C | Natančnost nadzora ±3°C |
| Grelne tuljave | 5 zamenljivih | Dimenzioniran za obseg ležajev |
| Spremljanje temperature | Infrardeči pirometer | Brezkontaktno merjenje |
Implementacija procesa
Izvedba je bila osredotočena na ležaje, ki se uporabljajo v sklopih menjalnika z naslednjimi lastnostmi:
Tabela 2: Specifikacije ležajev v aplikaciji
| Vrsta ležaja | Notranji premer (mm) | Zunanji premer (mm) | Teža (kg) | Interferenčno prileganje (μm) | Zahtevana širitev (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Cilindrični valj | 110 | 170 | 4.2 | 40-60 | 0.12-0.18 |
| Sferični valj | 150 | 225 | 8.7 | 50-75 | 0.15-0.23 |
| Kotni kontakt | 85 | 130 | 2.1 | 30-45 | 0.09-0.14 |
| Konični valj | 120 | 180 | 5.3 | 45-65 | 0.14-0.20 |
| Žoga Deep Groove | 95 | 145 | 2.8 | 25-40 | 0.08-0.12 |
Zbiranje in analiza podatkov
Analiza ogrevalnega profila
Inženirji so razvili optimizirane ogrevalne profile za vsak tip ležaja:
Tabela 3: Optimizirani ogrevalni profili
| Vrsta ležaja | Ciljna temperatura (°C) | Hitrost rampe (°C/s) | Čas zadrževanja (s) | Skupni cikel (s) | Nastavitev moči (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| Cilindrični valj | 120 | 4.0 | 15 | 45 | 65 |
| Sferični valj | 130 | 3.5 | 25 | 62 | 80 |
| Kotni kontakt | 110 | 4.5 | 10 | 35 | 55 |
| Konični valj | 125 | 3.8 | 20 | 53 | 70 |
| Žoga Deep Groove | 105 | 5.0 | 8 | 29 | 50 |
Primerjalna analiza procesov
Izvedena je bila neposredna primerjava med tradicionalnimi metodami in indukcijsko segrevanje:
Tabela 4: Rezultati primerjave procesov
| Metric | Ogrevanje s plamenom | Oljna kopel | Indukcijsko ogrevanje | Izboljšanje proti plamenu | Izboljšanje v primerjavi z oljno kopeljo |
|---|---|---|---|---|---|
| Povprečni čas ogrevanja (min) | 12.5 | 18.2 | 4.0 | 68% | 78% |
| Sprememba temperature (°C) | ± 15 | ± 8 | ± 3 | 80% | 63% |
| Poraba energije (kWh/ležaj) | 3.8 | 5.2 | 2.2 | 42% | 58% |
| Stopnja poškodbe ležaja (%) | 4.2% | 2.1% | 0.3% | 93% | 86% |
| Delovne ure (na 100 ležajev) | 25 | 30 | 12 | 52% | 60% |
| Čas nastavitve/preklopa (min) | 35 | 45 | 8 | 77% | 82% |
Analiza vpliva kakovosti
Izvedba je znatno izboljšala meritve kakovosti sestavljanja:
Tabela 5: Meritve kakovosti pred in po izvedbi
| Merilo kakovosti | Pred uvedbo | Po uvedbi | Izboljšava |
|---|---|---|---|
| Odstopanje dimenzijske natančnosti (μm) | 22 | 7 | 68% |
| Odtekanje ležaja (μm) | 18 | 6 | 67% |
| Zgodnje okvare ležajev (na 1000) | 5.8 | 1.2 | 79% |
| Delež predelave sestavljanja (%) | 3.2% | 0.7% | 78% |
| Izkoristek prvega prehoda (%) | 94.3% | 99.1% | 5.1% |
Analiza donosnosti naložb
Tabela 6: Analiza finančnega učinka
| Faktor stroškov in koristi | Letna vrednost (USD) |
|---|---|
| Naložba v opremo | 87,500 $ (enkrat) |
| Namestitev in usposabljanje | 12,300 $ (enkrat) |
| Zmanjšanje stroškov energije | $18,400 |
| Prihranek stroškov dela | $42,600 |
| Zmanjšan odpad/predelava | $31,200 |
| Stroški vzdrževanja | $4,800 |
| Neto letni prejemek | $87,400 |
| Obdobje vračila | 9.3 mesecev |
| 5-letna donosnost naložbe | 432% |
Podrobnosti o tehnični izvedbi
Optimizacija zasnove tuljave
Tuljave po meri so bile zasnovane za različne družine ležajev:
Tabela 7: Specifikacije zasnove tuljave
| Vrsta tuljave | Notranji premer (mm) | Dolžina (mm) | Obrne se | Premer žice (mm) | Razpon ciljnega ležaja (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Tip | 180 | 50 | 6 | 8 | 140-190 OD |
| tip B | 230 | 60 | 8 | 10 | 190-240 OD |
| tip C | 140 | 40 | 5 | 6 | 110-150 OD |
| Tip D | 290 | 75 | 10 | 12 | 240-300 OD |
| Univerzalni (nastavljiv) | 180-320 | 60 | 8 | 10 | Urgenca/specialnost |
Parametri nadzora temperature
Sistem je uporabljal napredne algoritme za nadzor temperature:
Tabela 8: Parametri nadzora temperature
| Nadzorni parameter | Nastavitev | funkcija |
|---|---|---|
| Proporcionalni pas PID | 12% | Občutljivost odziva |
| Integralni čas PID | 0.8s | Stopnja popravljanja napak |
| Čas izpeljave PID | 0.15s | Odziv na hitrost sprememb |
| Omejitev moči | 85% | Preprečuje pregrevanje |
| Hitrost vzorčenja temperature | 10 Hz | Merilna frekvenca |
| Razdalja pirometra | 150mm | Optimalen položaj merjenja |
| Nastavitev emisivnosti | 0.82 | Kalibrirano za ležajno jeklo |
| Mejna vrednost temperaturnega alarma | + 15 ° C | Zaščita pred temperaturo |
| Natančnost nadzora | ± 3 ° C | V območju delovanja |
Optimizacija procesa razstavljanja
Sistem je bil uporabljen tudi za odstranjevanje ležajev s temi parametri:
Tabela 9: Parametri postopka razstavljanja
| Vrsta ležaja | Ciljna temperatura (°C) | Čas cikla (s) | Nastavitev moči (%) | Zahtevano posebno orodje |
|---|---|---|---|---|
| Cilindrični valj | 130 | 50 | 75 | Plošča za ekstrakcijo |
| Sferični valj | 140 | 70 | 85 | Hidravlični snemalnik |
| Kotni kontakt | 120 | 40 | 65 | Standardni snemalnik |
| Konični valj | 135 | 60 | 80 | Stožčasti adapterji |
| Žoga Deep Groove | 115 | 35 | 60 | Standardni snemalnik |
Pridobljene izkušnje in najboljše prakse
- Spremljanje temperature: Brezkontaktna infrardeča meritev se je izkazala za zanesljivejšo od kontaktnih termočlenov.
- Zasnova tuljave: Tuljave, specifične za ležaje, so izboljšale učinkovitost v primerjavi z univerzalnimi oblikami.
- Usposabljanje operaterjev: Obsežno usposabljanje je zmanjšalo variacijo procesa za 67 %.
- Industrijska oprema: Prilagojene napeljave so zmanjšale rokovanje z ležaji in izboljšale varnost.
- Procesna dokumentacija: Podrobna delovna navodila z vizualnimi vodniki izboljšana doslednost.
zaključek
Izvajanje tehnologija indukcijskega ogrevanja v obratu Volvo CE Eskilstuna preoblikovali postopke sestavljanja in razstavljanja ležajev. Natančen nadzor temperature, skrajšani časi ciklov in izboljšana varnost so povzročili znatne izboljšave kakovosti in prihranke pri stroških. Tehnologija je bila od takrat uporabljena v številnih obratih Volvo CE po vsem svetu s podobnimi pozitivnimi rezultati.
Podatki jasno kažejo, da tehnologija indukcijskega ogrevanja ponuja vrhunsko zmogljivost pri namestitvi in odstranitvi ležajev v primerjavi s tradicionalnimi metodami, s količinsko merljivimi izboljšavami pri nadzoru procesa, energetski učinkovitosti in kakovosti izdelkov.