Studiu de caz: Optimizarea asamblării și dezasamblării rulmenților cu ajutorul tehnologiei de încălzire prin inducție
Rezumat executiv
Acest studiu de caz analizează modul în care fabrica Volvo Construction Equipment din Eskilstuna, Suedia, a implementat un sistem de încălzire prin inducție pentru a-și optimiza procesele de asamblare și dezasamblare a rulmenților. Trecerea de la metodele tradiționale de încălzire cu flacără la tehnologia de inducție de precizie a dus la o reducere cu 68% a timpului de asamblare, la economii de energie de 42% și practic la eliminarea deteriorării rulmenților în timpul instalării. Proiectul a atins ROI în 9,3 luni și a îmbunătățit semnificativ parametrii de calitate a producției.
Context
Profilul companiei
Volvo Construction Equipment (Volvo CE) produce componente pentru utilaje grele care necesită ajustări precise ale rulmenților pentru performanță și durabilitate optime. Fabrica din Eskilstuna este specializată în ansambluri de transmisie pentru încărcătoare pe roți și transportoare articulate.
Provocare
Înainte de implementare, Volvo CE folosea următoarele metode de instalare a rulmenților:
- Încălzire cu flacără de gaz pentru rulmenți mari
- Băi de ulei pentru rulmenți medii
- Presare mecanică pentru componente mai mici
Aceste metode au prezentat mai multe provocări:
- Încălzirea inconsecventă conduce la variații dimensionale
- Riscuri pentru siguranța la locul de muncă din cauza flăcărilor deschise și a uleiului fierbinte
- Preocupări de mediu legate de eliminarea petrolului
- Deteriorarea frecventă a rulmenților în timpul instalării
- Cicluri lungi de încălzire cu impact asupra fluxului de producție
Punerea în aplicare a sistemului de încălzire prin inducție
Selectarea și specificațiile sistemului
După evaluarea mai multor furnizori, Volvo CE a selectat un sistem EFD Induction MINAC 18/25 cu următoarele specificații:
Tabelul 1: Specificațiile sistemului de încălzire prin inducție
| Parametru | Specificații | Note |
|---|---|---|
| Model | MINAC 18/25 | Încălzitor mobil cu inducție |
| Putere de ieșire | 18 kW | Frecvență variabilă |
| Tensiunea de intrare | 400V, trifazat | Compatibil cu aprovizionarea din fabrică |
| Gama de frecvențe | 10-40 kHz | Optimizat automat |
| Ciclul de funcționare | 100% @ 18 kW | Capacitatea de funcționare continuă |
| Sistem de răcire | Răcit cu apă | Răcitor cu buclă închisă |
| Interfață de control | PLC cu ecran tactil | Controlul temperaturii și al timpului |
| Intervalul de temperatură | 20-350°C | Control de precizie ±3°C |
| Bobine de încălzire | 5 interschimbabile | Dimensionat pentru gama de rulmenți |
| Monitorizarea temperaturii | Pirometru cu infraroșu | Măsurare fără contact |
Implementarea procesului
Implementarea s-a axat pe rulmenți utilizați în ansambluri de cutii de viteze cu următoarele caracteristici:
Tabelul 2: Specificațiile rulmenților în aplicații
| Tip rulment | Diametru interior (mm) | Diametru exterior (mm) | Greutate (kg) | Interferența se potrivește (μm) | Extindere necesară (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Role cilindrice | 110 | 170 | 4.2 | 40-60 | 0.12-0.18 |
| Role sferice | 150 | 225 | 8.7 | 50-75 | 0.15-0.23 |
| Contact unghiular | 85 | 130 | 2.1 | 30-45 | 0.09-0.14 |
| Role conice | 120 | 180 | 5.3 | 45-65 | 0.14-0.20 |
| Bila cu canelură adâncă | 95 | 145 | 2.8 | 25-40 | 0.08-0.12 |
Colectarea și analiza datelor
Analiza profilului de încălzire
Inginerii au dezvoltat profiluri de încălzire optimizate pentru fiecare tip de rulment:
Tabelul 3: Profiluri de încălzire optimizate
| Tip rulment | Temperatura țintă (°C) | Rata de creștere (°C/s) | Timp de menținere (s) | Ciclu total (s) | Setare putere (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| Role cilindrice | 120 | 4.0 | 15 | 45 | 65 |
| Role sferice | 130 | 3.5 | 25 | 62 | 80 |
| Contact unghiular | 110 | 4.5 | 10 | 35 | 55 |
| Role conice | 125 | 3.8 | 20 | 53 | 70 |
| Bila cu canelură adâncă | 105 | 5.0 | 8 | 29 | 50 |
Analiza comparativă a proceselor
A fost efectuată o comparație directă între metodele tradiționale și încălzire prin inducție:
Tabelul 4: Rezultatele comparării proceselor
| Metric | Încălzire cu flacără | Baie de ulei | Încălzire prin inducție | Îmbunătățire vs. Flacără | Îmbunătățire vs. baie de ulei |
|---|---|---|---|---|---|
| Timp mediu de încălzire (min) | 12.5 | 18.2 | 4.0 | 68% | 78% |
| Variația temperaturii (°C) | ±15 | ±8 | ±3 | 80% | 63% |
| Consumul de energie (kWh/portant) | 3.8 | 5.2 | 2.2 | 42% | 58% |
| Rata de deteriorare a rulmenților (%) | 4.2% | 2.1% | 0.3% | 93% | 86% |
| Ore de muncă (per 100 rulmenți) | 25 | 30 | 12 | 52% | 60% |
| Timp de configurare/schimbare (min) | 35 | 45 | 8 | 77% | 82% |
Analiza impactului asupra calității
Implementarea a îmbunătățit semnificativ parametrii de calitate a asamblării:
Tabelul 5: Metrici de calitate înainte și după implementare
| Metrica calității | Înainte de implementare | După implementare | Îmbunătățire |
|---|---|---|---|
| Exactitate dimensională Deviație (μm) | 22 | 7 | 68% |
| Rulajul rulmentului (μm) | 18 | 6 | 67% |
| Defecțiuni timpurii ale rulmenților (per 1000) | 5.8 | 1.2 | 79% |
| Rata de refacere a asamblării (%) | 3.2% | 0.7% | 78% |
| Randamentul la prima trecere (%) | 94.3% | 99.1% | 5.1% |
Analiza ROI
Tabelul 6: Analiza impactului financiar
| Factorul cost/beneficiu | Valoare anuală (USD) |
|---|---|
| Investiții în echipamente | $87,500 (o singură dată) |
| Instalare și formare | $12,300 (o singură dată) |
| Reducerea costurilor energetice | $18,400 |
| Economii la costul forței de muncă | $42,600 |
| Reducerea rebuturilor/lucrărilor | $31,200 |
| Costuri de întreținere | $4,800 |
| Beneficiu anual net | $87,400 |
| Perioada de recuperare a investiției | 9,3 luni |
| ROI pe 5 ani | 432% |
Detalii tehnice de punere în aplicare
Optimizarea designului bobinei
Bobinele personalizate au fost proiectate pentru diferite familii de rulmenți:
Tabelul 7: Specificații de proiectare a bobinei
| Tip bobină | Diametru interior (mm) | Lungime (mm) | Întoarceri | Grosimea sârmei (mm) | Raza de acțiune a țintei (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Tip A | 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 |
| Universal (reglabil) | 180-320 | 60 | 8 | 10 | Urgență/specialitate |
Parametrii de control al temperaturii
Sistemul a utilizat algoritmi avansați de control al temperaturii:
Tabelul 8: Parametrii de control al temperaturii
| Parametru de control | Setare | Funcția |
|---|---|---|
| PID Bandă proporțională | 12% | Sensibilitatea răspunsului |
| Timp integral PID | 0.8s | Rata de corecție a erorilor |
| Timp de derivare PID | 0.15s | Răspuns la rata de schimbare |
| Limitarea puterii | 85% | Previne supraîncălzirea |
| Rata de eșantionare a temperaturii | 10 Hz | Frecvența de măsurare |
| Distanța pirometrului | 150mm | Poziția optimă de măsurare |
| Setarea emisivității | 0.82 | Calibrat pentru oțel de rulment |
| Pragul alarmei de temperatură | +15°C | Protecție la supratemperatură |
| Acuratețea controlului | ±3°C | În intervalul de funcționare |
Optimizarea procesului de dezasamblare
Sistemul a fost utilizat și pentru îndepărtarea rulmenților cu acești parametri:
Tabelul 9: Parametrii procesului de dezasamblare
| Tip rulment | Temperatura țintă (°C) | Durata ciclului (s) | Setare putere (%) | Necesită scule speciale |
|---|---|---|---|---|
| Role cilindrice | 130 | 50 | 75 | Placă de extracție |
| Role sferice | 140 | 70 | 85 | Extractor hidraulic |
| Contact unghiular | 120 | 40 | 65 | Extractor standard |
| Role conice | 135 | 60 | 80 | Adaptoare conice |
| Bila cu canelură adâncă | 115 | 35 | 60 | Extractor standard |
Lecții învățate și bune practici
- Monitorizarea temperaturii: Măsurarea în infraroșu fără contact s-a dovedit mai fiabilă decât termocuplurile cu contact.
- Designul bobinei: Bobinele specifice rulmenților au îmbunătățit eficiența față de modelele universale.
- Formare operator: Formarea cuprinzătoare a redus variația procesului cu 67%.
- Manipularea materialelor: Dispozitivele personalizate au redus manipularea rulmenților și au îmbunătățit siguranța.
- Documentația procesului: Instrucțiunile de lucru detaliate cu ghiduri vizuale au îmbunătățit consecvența.
Concluzie
Punerea în aplicare a tehnologie de încălzire prin inducție la fabrica Volvo CE din Eskilstuna a transformat procesele lor de asamblare și dezasamblare a rulmenților. Controlul precis al temperaturii, reducerea duratei ciclurilor și îmbunătățirea siguranței au dus la îmbunătățiri semnificative ale calității și la economii de costuri. De atunci, tehnologia a fost implementată în mai multe unități Volvo CE din întreaga lume, cu rezultate pozitive similare.
Datele demonstrează clar că tehnologia de încălzire prin inducție oferă performanțe superioare pentru instalarea și îndepărtarea rulmenților în comparație cu metodele tradiționale, cu îmbunătățiri cuantificabile în ceea ce privește controlul proceselor, eficiența energetică și calitatea produselor.