Технологии

   И все же им приходится слышать и произносить эти слова гораздо чаще, чем хотелось бы, поскольку потребности современного рынка вынуждают производить продукцию все меньшими партиями с ее поставкой во все более сжатые сроки.

   Конечно, оптимизация производственного планирования позволяет, в некоторой степени, сократить потери в эффективности, неизбежно проистекающие от такого "рваного" режима эксплуатации оборудования, однако никакое планирование не позволит существенно уменьшить значительные расходы, связанные, например, с созданием и хранением необходимых запасов всего практически бесконечного разнообразия необходимых калибровочных насадок и уплотнений.

   Здесь можно идти только одним путем, поскольку камнем преткновения в данном случае является процесс изменения размеров, но именно он обладает же огромным потенциалом снижения себестоимости продукции, разумеется, если может осуществляться автоматически и бесступенчато.
   Технология "Advantage" (англ. "преимущество") как раз и является методом автоматического изменения размеров, позволяющим бесступенчато менять диаметры и толщины стенок при производстве путем экструзии, полиолефиновых труб диаметром от 32 до 400 мм. В сочетании с гравиметрическим и ультразвуковым измерительным оборудованием рассматриваемая технология позволяет, наряду со значительным повышением экономической эффективности производства, добиваться гарантированно высокого и технически документированного качества продукции. Таким образом, мы получаем комплексную систему автоматизации производственного процесса, концепция которой позволяет интегрировать ее практически в любую экструзионную линию.

   Снижение производственных издержек, гибкость, высокая конкурентоспособность - эти термины начинают ласкать слух людей, профессионально занимающихся практической эксплуатацией экструзионного оборудования и контролем качества выпускаемой продукции, если они, благодаря внедрению предлагаемой нами технологии, могут менять размеры автоматически, бесступенчато и без проблем.

Конструктивные элементы, необходимые для автоматического изменения размеров, и их функции

   Для того, чтобы размеры можно было менять автоматически, все имеющиеся в составе экструзионной линии элементы, определяющие размеры продукта, должны быть приспособлены для гибкого регулирования собственных размеров и ряда иных характеристик. Соответственно, технология "Advantage" включает в себя следующие основные конструктивные элементы:
• гибко регулируемая калибровочная насадка (рис. 1);
• гибко регулируемая опора трубы (рис. 2);
•гибко регулируемое уплотнение (рис.3).

  Система управления "Advantage" обеспечивает, наряду с перерегулированием указанных выше элементов, также и оптимизацию под новые размеры всего последующего оборудования технологической цепочки, осуществляемую своевременно и нужным порядком. Все эти конструктивные элементы могут быть использованы для дооборудования экструзионных установок любой конфигурации.

  Главным элементом системы "Advantage" является гибко регулируемая калибровочная насадка. Она позволяет, в диапазоне регулирования до 1:2, осуществлять бесступенчатое и одновременное изменение диаметра и толщины стенок экструдируемой трубы. Наличие всего одной калибровочной насадки такого типа может обеспечивать, например, производство труб любых диаметров в диапазоне от 32 до 63 мм со стенками соответствующей толщины, причем, что особенно важно, ни разу не прервав технологический процесс для замены калибровочной насадки.
Гибко регулируемая калибровочная насадка интегрирована в вакуумную камеру. Она состоит из двух частей – входной горловины и собственно калибратора, регулирование которых осуществляетс посредством синхронизированных электродвигателей. Входная горловина обеспечивает придание поверхности трубы нужного внешнего вида, а также надежную герметизацию трубы относительно вакуумной камеры. По специальным каналам к подвижным сегментам входной горловины подается вода для охлаждения и создания пленки (слоя) скольжения.

  Калибратор обеспечивает, с использованием разрежения, имеющегося в вакуумной камере, формирование и качественную калибровку наружного диаметра трубы. Он включает в себя два уровня диагонально располагающихся по окружности лент, или полос, которые соединены друг с другом в точках пересечения посредством поворотных шарнирных опор (см. рис. 4). Таким образом получается конструкция решетчатого типа, внутренний диаметр которой можно менять в значительных пределах за счет сжатия или расширения в продольном направлении. Данная конструкция гарантированно обеспечивает всегда абсолютно круглую форму внутреннего поперечного сечения калибратора и, соответственно, сечения проходящей через него трубы.

   Поскольку калибратор жестко соединен с входной горловиной, регулирование калибратора всегда осуществляется синхронно регулированию входной горловины. Конструкция гибко регулируемой калибровочной насадки и ее эффективная технологическая интеграция в процесс автоматического изменения размеров обеспечивают поддержание желаемых эксплуатационных показателей экструзионной линии в целом, а также получение труб действительно круглого сечения с постоянно высоким и единообразным качеством поверхности.

   Гибко регулируемая опора трубы "отвечает" за надежную и правильную проводку и направление любых экструдируемых труб, вне зависимости от их наружного диаметра. Кроме того, она обеспечивает постоянное поддерживание трубы на высоте экструзии. Выполнение указанных выше функций становится возможным благодаря конической форме поверхности прилегания трубы к опоре, установленной в поворотном подшипниковом узле (шарнире).
   При изменении размеров, осуществляемом обычным порядком (т.е. без применения технологии "Advantage"), много иногда просто бесценного времени теряется также при замене каждого отдельно взятого уплотнения. Гибко регулируемое уплотнение типа "Advantage" можно с высокой точностью подгонять под любой диаметр трубы в пределах обеспечиваемого диапазона регулирования, составляющего 1:2,5, благодаря чему уплотнение можно не менять при изменении, в значительных пределах, размеров труб, производимых экструзионной линией.

   Конструкционная концепция рассматриваемого уплотнения основывается на принципе складчатой манжеты, ширину раскрытия которой можно, посредством линейных направляющих, менять в направлении центра трубы. Гофрированный (волнообразный) профиль уплотнения обеспечивает очень точное ведение эструдируемой трубы. Усилие прижатия, оказываемое уплотнением, также можно регулировать посредством пневматического привода, приводя его в соответствие диаметру и материалу трубы.

  На внутренней кромке уплотнительных шайб предусмотрено специальное покрытие, способствующее качественному уплотнению и скольжению трубы. Особый, специфический режим давления на выходе вакуумной камеры требует дополнительного применения воды в качестве, своего рода, "уплотняющей среды", а также наличия специального вакуумного уплотнения, рассчитанного на имеющееся в камере разрежение. Вакуумное уплотнение установлено непосредственно в водяной камере, которая располагается в конце вакуумной камеры, а водяное уплотнение - на выходе водяной камеры. В водяном уплотнении существенно более высокая, по сравнению с воздухом, вязкость воды используется в целях обеспечения надежной герметизации вакуумной камеры. Вакуумное и водяное уплотнение отличаются друг от друга, помимо прочего, также и тем, что вакуумное уплотнение характеризуется наличием механических элементов усиления на линейных направляющих.

   На выходе последней оросительной камеры также предусмотрено водяное уплотнение, благодаря чему к вытяжке и распиловочному устройству поступает сухая труба. На входах и выходах остальных оросительных камер рекомендуется использовать уплотнения щеточного типа. Диапазоны регулирования щеточных уплотнений в основном соответствуют диапазонам регулирования, обеспечиваемым уплотнениями типа "Advantage", что позволяет совместно использовать их в составе единой комплексной и гибко регулируемой системы уплотнений.

Испытанное остается

  Каждый из производителей труб располагает, в своей области, собственным уникальным опытом приведения своей продукции в соответствие требованиям рынка. Концепция технологии "Advantage" сознательно разрабатывалась таким образом, чтобы обеспечивать возможность сохранения специфических характеристик получаемых труб, свойственных каждому конкретному предприятию. Вследствие вышесказанного, особое внимание уделялось тому, чтобы интеграция рассматриваемой технологии в экструзионное оборудование могла осуществляться максимально просто и практически не затрагивала уникальных свойств уже имеющейся установки. В частности, для этого не требуется ни нового экструзионного рабочего инструмента, ни новых камер, ни какого-то нового последующего оборудования технологической цепочки. Таким образом, основа технологической линии остается неизменной, благодаря чему испытанное успешно сочетается с иннновационным, обеспечивая существенно более высокие гибкость, эффективность и качество.

Простой механизм бесступенчатого изменения диаметра и толщины стенок

  Получение труб желаемого диаметра и с желаемой толщиной стенок обеспечивается координированным изменением параметров массового расхода и скорости вытяжки во взаимодействии с гибко регулируемой калибровочной насадкой. Данный механизм не требует регулирования, на трубной головке, величины зазора для прохождения экструдируемой массы, что позволяет использовать, привычным порядком, уже имеющийся экструзионный рабочий инструмент.

Выбор установок параметров осуществляется исходя из принципов, приведенных ниже.

• Повышение массового расхода в сочетании с увеличением внутреннего диаметра гибко регулируемой калибровочной насадки позволяет получать трубы большего диаметра, и наоборот, меньший расход и меньший внутренний диаметр калибратора соответствуют меньшему диаметру труб.
• Увеличение скорости вытяжки сопровождается уменьшением толщины стенок, и наоборот, меньшая скорость вытяжки приводит к получению труб со стенками большей толщины.

Автоматическое изменение размеров позволяет осуществлять настройку всей экструзионной линии в целом

  Действие системы управления "Advantage" распространяется на все элементы технологической линии для экструзии труб, необходимые для изменения размеров, обеспечивая их автоматическое регулирование. У рассматриваемой системы управления имеются все параметры, необходимые для переналадки экструзионной линии на производство труб нового размера. Устройство управления технологическим процессом и контроля, модуль ADV (изменения размеров по технологии "Advantage"), обеспечивает, исходя из задающей величины, каковой является, в данном случае, внутренний диаметр калибровочной насадки, переналадку всех необходимых элементов технологической линии, осуществляя ее своевременно и в правильной последовательности.

  Когда технологическую линию необходимо переключить на экструзию труб с иными размерами, оператор просто выбирает, в памяти системы управления "Advantage" нужную рецептуру производства труб. Выполнение данной элементарной операции может быть, без каких-либо проблем, доверено даже относительно слабо подготовленному персоналу, не имеющему значительного опыта работы.

При этом производится загрузка комплекта параметров, включающего в себя следующие данные:

• внутренний диаметр калибровочной насадки
(задающая величина управления технологической линией и контроля);
• массовый расход, скорость вытяжки;
• положения опоры трубы;
• давление на уплотнениях;
• давление (разрежение) в вакуумной камере;
• данные ультразвукового измерительного устройства (толщина стенок).

   Задающая величина, исходя из которой, в рамках управления технологической линией и контроля, осуществляется изменение размеров, определяется гибко регулируемой калибровочной насадкой, которую можно настраивать под нужные размеры трубы с точностью порядка 0,02 мм. Основываясь на указанной выше задающей величине, модуль ADV управления технологической линией и контроля обеспечивает соответствующее регулирование всех элементов системы "Advantage", а также адекватное изменение режима давления в вакуумной камере. Этот же модуль осуществляет выполняемую с точной синхронизацией переналадку последующего оборудования технологической цепочки, вытяжки и распиловочного (отрезного) устройства под изменившиеся размеры трубы.

  Необходимое при смене размеров изменение рабочей точки экструзионной линии, осуществляемое посредством установки нужных значений массового расхода и скорости вытяжки, обеспечивается, в нужный момент, модулем ADV c использованием гравиметрической системы "saveomat" компании iNOEX. На время указанной выше перенастройки технологической линии производится автоматическое отключение ультразвукового измерения толщины стенок, производимого системой "aurex" компании iNOEX. Как только данные по новым размерам трубы достигают ультразвукового сканнера, измерение толщины стенок возобновляется, однако осуществляется уже на основе новых параметров.

Бесступенчатое обеспечение и документирование качества, а также постоянная оптимизация технологического процесса

   Автоматическое изменение размеров трубы с использованием технологии "Advantage" является лишь частью единой концепции автоматизации производственного процесса. После завершения собственно процедуры изменения размеров начинается этап непрерывного регулирования и оптимизации, осуществляемый с использованием гравиметрического и ультразвукового измерительного оборудования компании iNOEX, а именно систем "saveomat" и "aurex". Гравиметрическое оборудование обеспечивает поступление данных о массовом расходе, частоте вращения шнека экструдера и скорости вытяжки. Ультразвуковая измерительная система определяет диаметр трубы и толщины ее стенок. За счет подключения указанных выше источников данных система управление "Advantage" может осуществлять непрерывный и выполняемый в соответствии с применимыми стандартами контроль  качества   продукции   по  нижним границам полей допусков, при этом обеспечивается полное документирование всех параметров продукции, характеризующих ее качество.

Новый порядок осуществления повседневного производственного процесса с использованием технологии автоматического изменения размеров

   Технология "Advantage" позволяет учитывать специфику задач, стоящих перед каждым конкретным  предприятием по производству труб путем экструзии, одновременно обеспечивая соответствие выпускаемой   продукции   требованием стандартов DIN при оптимальных производительности оборудования и скорости вытяжки.

  С конструкционной точки зрения, рассматриваемая система обеспечивает изменяемые технологические окна, которые простираются на все классы давления для наружных диаметров от 32 до 400 мм. Указанные технологические окна определяются размером гибко регулируемой калибровочной насадки и применяемым рабочим эструзионным инструментом или комплектами экструзионных дюз, а также с учетом технологически обусловленных пределов по параметрам материала, производительности, рабочего инструмента и величины зазора для прохождения экструдируемой массы, обеспечиваемого применяемым комплектом дюзы.

  Если оценивать преимущества, предоставляемые рассматриваемой технологией, с точки зрения оператора, то наличие и применение, например, системы "Advantage 125" означает возможность выпускать трубы с наружным диаметром в пределах от 63 до 125 мм и с любыми допустимыми, для данного диаметра, толщинами стенок без выполнения работ по переналадке экструзионной линии, требующих привлечения специалистов соответствующего профиля. Для переключения всей технологической линии на производство труб с иными размерами достаточно просто выбрать в памяти системы управления "Advantage" и активировать нужную рецептуру производства труб, и система автоматически производит соответствующую переналадку линии. Реально действующая система "Advantage" впервые была представлена в сентябре этого года на выставке "Open House", которая проходила в г. Баттенфельд (см. рис. 5). В ходе показа было успешно продемонстрировано, что выбор нужной рецептуры действительно производится простыми нажатиями кнопок, для чего требуются буквально считанные секунды, и уже через несколько минут трубы с новой геометрией начинают поступать к распиловочному (отрезному) устройству.

Качество труб и технические особенности, выраженные в привычных показателях

  Система "Advantage" создавалась исходя из практических потребностей производства и для применения на практике. Вследствие этого, при разработке ее концепции особое внимание уделялось отсутствию изменений качества поверхностей и нормированных технических показателей, а также, по меньшей мере, сохранению привычной производительности экструзионной линии. Выполнение этих требований было достигнуто, прежде всего, за счет использования и удачной технологической интеграции в производственный процесс калибровочной насадки оригинальной конструкции.

  В ходе иcследований, которые осуществлялись во взаимодействии с Висмарским институтом технологий получения и обработки полимеров (Wismarer Institut fuer Polymertechnologien е. V.), был произведен анализ образцов (проб) на предмет сохранения ими прежних технических показателей и характеристик. Как показали исследования, изученная зона обработки обеспечивает, как в продольном, так и в поперечном направлении, выдерживание требований норм DIN для 3-процентной усадки. Прочие контролировавшиеся показатели, в частности, модуль упругости Юнга, предел прочности при растяжении, натяжение при растяжении, удлинение при растяжении и удлинение при разрушении, также были в пределах требований норм.

Выводы

  Система "Advantage" может быть интегрирована в любую технологическую линию для экструзии труб, обеспечивая возможность автоматического выполнения смены размеров любых выпускаемых труб. Уже имеющееся оборудование и достигнутые производственные показатели при этом остаются практически неизменными, включая специфические особенности производимой продукции. Оператор по-прежнему использует привычный рабочий инструмент, те же камеры (вакуумные, водяные и т.п.) и все то же последующее оборудование технологической цепочки. Производственная гибкость элементов системы "Advantage" обеспечивается за счет исключительной простоты и, благодаря этому, надежности и долговечности их конструкции. Рассматриваемая технология предусматривает также контроль и обеспечение высокого качества выпускаемой продукции, для чего к нему могут быть подключены гравиметрические и ультразвуковые измерительные системы.

iNOEX GmbH
www.inoex.de