Nghiên cứu tình huống: Tối ưu hóa lắp ráp và tháo rời ổ trục bằng công nghệ gia nhiệt cảm ứng
Báo cáo tóm tắt
Nghiên cứu tình huống này xem xét cách cơ sở sản xuất của Volvo Construction Equipment tại Eskilstuna, Thụy Điển triển khai hệ thống gia nhiệt cảm ứng để tối ưu hóa quy trình lắp ráp và tháo rời ổ trục của họ. Việc chuyển đổi từ phương pháp gia nhiệt bằng ngọn lửa truyền thống sang công nghệ cảm ứng chính xác đã giúp giảm 68% thời gian lắp ráp, tiết kiệm 42% năng lượng và hầu như loại bỏ hư hỏng ổ trục trong quá trình lắp đặt. Dự án đạt được ROI trong 9.3 tháng và cải thiện đáng kể các chỉ số chất lượng sản xuất.
Tiểu sử
Thông tin công ty
Volvo Construction Equipment (Volvo CE) sản xuất các thành phần máy móc hạng nặng đòi hỏi phải lắp ổ trục chính xác để có hiệu suất và độ bền tối ưu. Cơ sở Eskilstuna của họ chuyên về lắp ráp truyền động cho máy xúc lật và xe kéo khớp nối.
Thách thức
Trước khi triển khai, Volvo CE đã sử dụng các phương pháp lắp đặt ổ trục sau:
- Sưởi ấm bằng ngọn lửa gas cho ổ trục lớn
- Bồn dầu cho ổ trục trung bình
- Ép cơ học cho các thành phần nhỏ hơn
Những phương pháp này đặt ra một số thách thức:
- Việc gia nhiệt không đồng đều dẫn đến sự thay đổi về kích thước
- Nguy cơ an toàn nơi làm việc từ ngọn lửa trần và dầu nóng
- Mối quan ngại về môi trường từ việc thải bỏ dầu
- Vòng bi thường xuyên bị hư hỏng trong quá trình lắp đặt
- Chu kỳ gia nhiệt dài ảnh hưởng đến quy trình sản xuất
Triển khai hệ thống gia nhiệt cảm ứng
Lựa chọn hệ thống và thông số kỹ thuật
Sau khi đánh giá nhiều nhà cung cấp, Volvo CE đã chọn hệ thống EFD Induction MINAC 18/25 với các thông số kỹ thuật sau:
Bảng 1: Thông số kỹ thuật của hệ thống gia nhiệt cảm ứng
| Tham số | Đặc điểm kỹ thuật | Chú ý |
|---|---|---|
| Mô hình | MINAC 18/25 | Máy sưởi cảm ứng di động |
| Công suất | 18 kw | Biến tần |
| Điện áp đầu vào | 400V, 3 pha | Tương thích với nguồn cung cấp của nhà máy |
| Dải tần số | 10-40 kHz | Tự động tối ưu hóa |
| Chu kỳ | 100% ở 18kW | Khả năng hoạt động liên tục |
| Hệ thống làm lạnh | Làm mát bằng nước | Máy làm lạnh vòng kín |
| Giao diện điều khiển | PLC có màn hình cảm ứng | Kiểm soát nhiệt độ và thời gian |
| Phạm vi nhiệt độ | 20-350 ° C | Kiểm soát độ chính xác ±3°C |
| Cuộn dây nóng | 5 có thể hoán đổi cho nhau | Kích thước cho phạm vi chịu lực |
| Kiểm soát nhiệt độ | Nhiệt kế hồng ngoại | Đo lường không tiếp xúc |
Quy trình thực hiện
Việc triển khai tập trung vào các ổ trục được sử dụng trong cụm hộp số có các đặc điểm sau:
Bảng 2: Thông số kỹ thuật vòng bi trong ứng dụng
| Loại mang | Đường kính trong (mm) | Đường kính ngoài (mm) | cân nặng (kg) | Phù hợp với sự can thiệp (μm) | Độ giãn nở cần thiết (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| con lăn hình trụ | 110 | 170 | 4.2 | 40-60 | 0.12-0.18 |
| Con lăn hình cầu | 150 | 225 | 8.7 | 50-75 | 0.15-0.23 |
| Liên hệ góc | 85 | 130 | 2.1 | 30-45 | 0.09-0.14 |
| Con lăn côn | 120 | 180 | 5.3 | 45-65 | 0.14-0.20 |
| bóng rãnh sâu | 95 | 145 | 2.8 | 25-40 | 0.08-0.12 |
Thu thập và phân tích dữ liệu
Phân tích hồ sơ sưởi ấm
Các kỹ sư đã phát triển các cấu hình gia nhiệt tối ưu cho từng loại ổ trục:
Bảng 3: Hồ sơ sưởi ấm được tối ưu hóa
| Loại mang | Nhiệt độ mục tiêu (°C) | Tốc độ tăng nhiệt (°C/giây) | Thời gian giữ (giây) | Tổng chu kỳ (giây) | Cài đặt công suất (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| con lăn hình trụ | 120 | 4.0 | 15 | 45 | 65 |
| Con lăn hình cầu | 130 | 3.5 | 25 | 62 | 80 |
| Liên hệ góc | 110 | 4.5 | 10 | 35 | 55 |
| Con lăn côn | 125 | 3.8 | 20 | 53 | 70 |
| bóng rãnh sâu | 105 | 5.0 | 8 | 29 | 50 |
Phân tích quy trình so sánh
Một so sánh trực tiếp đã được tiến hành giữa các phương pháp truyền thống và cảm ứng sưởi ấm:
Bảng 4: Kết quả so sánh quy trình
| metric | Ngọn lửa sưởi ấm | Dầu tắm | Nhiệt cảm ứng | Cải tiến so với ngọn lửa | Cải tiến so với tắm dầu |
|---|---|---|---|---|---|
| Thời gian gia nhiệt trung bình (phút) | 12.5 | 18.2 | 4.0 | 68% | 78% |
| Biến thiên nhiệt độ (°C) | ± 15 | ± 8 | ± 3 | 80% | 63% |
| Tiêu thụ năng lượng (kWh/ổ trục) | 3.8 | 5.2 | 2.2 | 42% | 58% |
| Tỷ lệ hư hỏng ổ trục (%) | 4.2% | 2.1% | 0.3% | 93% | 86% |
| Giờ lao động (trên 100 vòng bi) | 25 | 30 | 12 | 52% | 60% |
| Thời gian thiết lập/thay đổi (phút) | 35 | 45 | 8 | 77% | 82% |
Phân tích tác động chất lượng
Việc triển khai này đã cải thiện đáng kể các chỉ số về chất lượng lắp ráp:
Bảng 5: Các số liệu chất lượng trước và sau khi triển khai
| Chỉ số chất lượng | Trước khi thực hiện | Sau khi thực hiện | Cải tiến |
|---|---|---|---|
| Độ lệch độ chính xác kích thước (μm) | 22 | 7 | 68% |
| Độ lệch vòng bi (μm) | 18 | 6 | 67% |
| Hỏng vòng bi sớm (trên 1000) | 5.8 | 1.2 | 79% |
| Tỷ lệ làm lại lắp ráp (%) | 3.2% | 0.7% | 78% |
| Lợi suất lần đầu (%) | 94.3% | 99.1% | 5.1% |
Phân tích ROI
Bảng 6: Phân tích tác động tài chính
| Yếu tố chi phí/lợi ích | Giá trị hàng năm (USD) |
|---|---|
| Đầu tư thiết bị | $ 87,500 (một lần) |
| Cài đặt & Đào tạo | $ 12,300 (một lần) |
| Giảm chi phí năng lượng | $18,400 |
| Tiết kiệm chi phí lao động | $42,600 |
| Giảm phế liệu/làm lại | $31,200 |
| Chi phí bảo trì | $4,800 |
| Lợi ích ròng hàng năm | $87,400 |
| Thời gian hoàn vốn | 9.3 tháng |
| ROI 5 năm | 432% |
Chi tiết triển khai kỹ thuật
Tối ưu hóa thiết kế cuộn dây
Các cuộn dây tùy chỉnh được thiết kế cho các nhóm ổ trục khác nhau:
Bảng 7: Thông số kỹ thuật thiết kế cuộn dây
| Loại cuộn | Đường kính trong (mm) | Chiều dài (mm) | Hóa | Máy đo dây (mm) | Phạm vi mang mục tiêu (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Loại A | 180 | 50 | 6 | 8 | 140-190 đường kính |
| Loại B | 230 | 60 | 8 | 10 | 190-240 đường kính |
| Loại C | 140 | 40 | 5 | 6 | 110-150 đường kính |
| Loại D | 290 | 75 | 10 | 12 | 240-300 đường kính |
| Phổ thông (có thể điều chỉnh) | 180-320 | 60 | 8 | 10 | Cấp cứu/chuyên khoa |
Thông số kiểm soát nhiệt độ
Hệ thống sử dụng các thuật toán kiểm soát nhiệt độ tiên tiến:
Bảng 8: Các thông số kiểm soát nhiệt độ
| Tham số điều khiển | Cài đặt | Chức năng |
|---|---|---|
| Dải tỷ lệ PID | 12% | Độ nhạy phản ứng |
| Thời gian tích phân PID | 0.8s | Tỷ lệ sửa lỗi |
| Thời gian đạo hàm PID | 0.15s | Phản ứng với tốc độ thay đổi |
| Giới hạn quyền lực | 85% | Ngăn ngừa quá nhiệt |
| Tỷ lệ lấy mẫu nhiệt độ | 10 Hz | Tần số đo |
| Khoảng cách nhiệt kế | 150mm | Vị trí đo lường tối ưu |
| Cài đặt độ sai sót | 0.82 | Đã hiệu chuẩn cho thép chịu lực |
| Ngưỡng cảnh báo nhiệt độ | + 15 ° C | Bảo vệ quá nhiệt |
| Kiểm soát độ chính xác | ± 3 ° C | Trong phạm vi hoạt động |
Tối ưu hóa quy trình tháo rời
Hệ thống này cũng được sử dụng để tháo ổ trục với các thông số sau:
Bảng 9: Các thông số quy trình tháo rời
| Loại mang | Nhiệt độ mục tiêu (°C) | Thời gian chu kỳ) | Cài đặt công suất (%) | Yêu cầu dụng cụ đặc biệt |
|---|---|---|---|---|
| con lăn hình trụ | 130 | 50 | 75 | Tấm chiết |
| Con lăn hình cầu | 140 | 70 | 85 | Máy kéo thủy lực |
| Liên hệ góc | 120 | 40 | 65 | Kéo tiêu chuẩn |
| Con lăn côn | 135 | 60 | 80 | Bộ chuyển đổi thuôn nhọn |
| bóng rãnh sâu | 115 | 35 | 60 | Kéo tiêu chuẩn |
Bài học kinh nghiệm và thực tiễn tốt nhất
- Kiểm soát nhiệt độ: Đo hồng ngoại không tiếp xúc tỏ ra đáng tin cậy hơn so với đo nhiệt điện tiếp xúc.
- Thiết kế cuộn dây:Các cuộn dây dành riêng cho ổ trục cải thiện hiệu quả hơn so với các thiết kế thông thường.
- Đào tạo vận hành:Đào tạo toàn diện giúp giảm 67% sự thay đổi trong quy trình.
- Vật liệu: Đồ gá tùy chỉnh giúp giảm thiểu việc xử lý ổ trục và cải thiện độ an toàn.
- Tài liệu Quy trình: Hướng dẫn làm việc chi tiết với hướng dẫn trực quan giúp cải thiện tính nhất quán.
Kết luận
Việc thực hiện công nghệ sưởi ấm cảm ứng tại cơ sở Eskilstuna của Volvo CE đã chuyển đổi quy trình lắp ráp và tháo rời ổ trục của họ. Kiểm soát nhiệt độ chính xác, giảm thời gian chu kỳ và cải thiện độ an toàn đã mang lại những cải tiến đáng kể về chất lượng và tiết kiệm chi phí. Công nghệ này kể từ đó đã được triển khai trên nhiều cơ sở của Volvo CE trên toàn cầu, với những kết quả tích cực tương tự.
Dữ liệu chứng minh rõ ràng rằng công nghệ gia nhiệt cảm ứng mang lại hiệu suất vượt trội khi lắp đặt và tháo vòng bi so với các phương pháp truyền thống, với những cải tiến có thể định lượng được về khả năng kiểm soát quy trình, hiệu quả năng lượng và chất lượng sản phẩm.