Ứng dụng Digital Twin trong Máy Ép Phun Sử Dụng Bơm Cánh Gạt - Khám Phá với Simcenter Amesim

Ứng dụng Digital Twin trong Máy Ép Phun Sử Dụng Bơm Cánh Gạt – Khám Phá với Simcenter Amesim

Các Thách Thức Của Ngành Công Nghiệp Máy Ép Phun Nhựa

Bạn đã bao giờ tự hỏi làm cách nào để cải thiện hiệu suất máy ép phun (Injection Molding Machine – IMM) trong khi giảm tiêu thụ năng lượng chưa? Ngành công nghiệp tự động hóa hiện đại đang đối mặt với nhiều thách thức:

  • Hiệu suất năng lượng và giảm tác động môi trường.
  • Kiểm soát nhiệt độ trong điều kiện làm việc khắc nghiệt.
  • Ngăn chặn các hiện tượng như xâm thực (cavitation) và sủi khí (aeration), vốn ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ của bơm thủy lực.

Bài viết này sẽ đưa bạn khám phá cách công nghệ mô hình digital twin với Simcenter Amesim được ứng dụng trong máy ép phun sử dụng bơm cánh gạt (vane pump) để giải quyết các thách thức trên.

Ứng dụng Digital Twin trong Máy Ép Phun Sử Dụng Bơm Cánh Gạt - Khám Phá với Simcenter Amesim
Ứng dụng Digital Twin trong Máy Ép Phun Sử Dụng Bơm Cánh Gạt – Khám Phá với Simcenter Amesim

Máy Ép Phun và Vai Trò của Bơm Cánh Gạt

Cơ Chế Hoạt Động của Máy Ép Phun

Máy ép phun là thiết bị sản xuất các sản phẩm nhựa bằng cách làm nóng chảy nguyên liệu, đẩy nó vào khuôn, sau đó làm nguội để định hình sản phẩm cuối. Các sản phẩm được tạo ra có thể ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp như ô tô, y tế, và điện tử​.

Máy ép phun thường bao gồm:

  • Bộ phận tiêm nhựa (injection unit): Nhiệm vụ làm nóng và đẩy nhựa vào khuôn.
  • Bộ phận kẹp (clamping unit): Đảm bảo khuôn luôn được đóng chặt trong quá trình ép.
  • Hệ thống truyền động (drive system): Được trang bị bơm thủy lực và động cơ điện giúp vận hành máy.

Bơm Cánh Gạt (Vane Pump): Thành Phần Cốt Lõi Của EHM

Bơm cánh gạt là loại bơm cố định, có khả năng cung cấp áp suất cao, hiệu suất ổn định và đặc biệt ít rung động cũng như tiếng ồn.

Một nghiên cứu được thực hiện đã chứng minh rằng việc sử dụng bơm cánh gạt Parker T7 cùng động cơ servo NX860 giúp tăng năng suất và giảm chu kỳ sản xuất​.

Mô Hình Digital Twin Với Simcenter Amesim

Công nghệ digital twin, sử dụng phần mềm Simcenter Amesim, cho phép mô phỏng và phân tích chi tiết từng thành phần trong máy ép phun. Điều này giúp dự đoán các vấn đề tiềm ẩn và cải thiện hiệu suất toàn diện.

Ứng Dụng Digital Twin

  1. Tối Ưu Hóa Hiệu Suất Động Lực Học:
    • Mô phỏng các giai đoạn tăng tốc và giảm áp để rút ngắn thời gian chu kỳ ép phun.
    • Nghiên cứu ma sát và rò rỉ trong bơm để giảm tổn thất năng lượng.
  2. Phát Hiện Xâm Thực và Sủi Khí:
    • Hiện tượng xâm thực xảy ra khi áp suất giảm dưới mức giới hạn, gây ra bong bóng hơi và làm giảm tuổi thọ bơm.
    • Mô hình hóa giúp phát hiện sớm và điều chỉnh các điều kiện vận hành để tránh hiện tượng này.
  3. Quản Lý Nhiệt Độ:
    • Trong các giai đoạn làm việc ở tốc độ thấp và áp suất cao, nhiệt độ trong bơm có thể tăng nhanh.
    • Mô hình nhiệt-hydraulic được phát triển trong Amesim đã giúp kiểm soát nhiệt độ, tránh hiện tượng kẹt bơm.

Kết Quả Nghiên Cứu Nổi Bật

1. Cải Thiện Kiến Trúc Điều Khiển

Hệ thống điều khiển vòng kín (closed-loop control) được cải tiến bằng cách tích hợp bộ bù feedforward. Điều này giúp cải thiện độ chính xác và giảm độ trễ trong phản hồi​.

2. Xây Dựng Mô Hình Nguyên Mẫu Ảo

Mô hình nguyên mẫu ảo bao gồm:

  • Bộ điều khiển tốc độ vòng kín.
  • Động cơ điện và bơm cánh gạt.
  • Hệ thống thủy lực.

Quá trình kiểm chứng mô hình đã cho phép xác định các thông số quan trọng như mô-đun Young và độ nén của chất lỏng, từ đó tối ưu hóa hoạt động của hệ thống​.

3. Tiết Kiệm Năng Lượng và Tăng Năng Suất

  • Chu kỳ ép phun được rút ngắn nhờ hiệu suất động lực học cao hơn.
  • Tiêu thụ năng lượng giảm, đồng thời chất lượng sản phẩm và độ lặp lại được cải thiện đáng kể​.

Một Số Thông Tin Thú Vị Về Ứng Dụng EHM và Digital Twin

  • Giảm 40% tiêu thụ năng lượng: Trong 20 năm qua, các nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng các module EHM đã giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ so với hệ thống truyền động thủy lực thông thường​.
  • Tiềm năng trong các ngành công nghiệp khác: Mô hình digital twin không chỉ dừng lại ở máy ép phun mà còn có thể mở rộng sang các lĩnh vực khác như hàng không, năng lượng tái tạo, và y tế.

Link bài nghiên cứu: Virtual Prototyping of Electro-Hydrostatic Modules Equipped with Vane Pumps

Suy Nghĩ Của Tôi

Công nghệ digital twin là bước tiến lớn trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất và hướng tới mục tiêu bền vững. Tuy nhiên, để triển khai thành công, các kỹ sư cần không chỉ hiểu rõ về phần mềm mà còn cần có kiến thức sâu rộng về hệ thống thủy lực và động lực học. Câu hỏi đặt ra là, liệu các công nghệ mô phỏng hiện tại có thể bắt kịp tốc độ phát triển của các thách thức mới trong sản xuất công nghiệp?

Liên hệ với tôi để biết thêm chi tiết:

Disclaimer: I am the author at PLM ECOSYSTEM, focusing on developing digital-thread platforms with capabilities across HIS, RIS/PACS, LIS, and IT systems to manage the product data lifecycle and connect various medical imaging. My opinions may be biased. Articles and thoughts on PLMES represent solely the author's views and not necessarily those of the company. Reviews and mentions do not imply endorsement or recommendations for purchase.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *