Dave Brownson，工程经理Forpak30多年前，当这家食品堆放设备OEM公司开业时，他是第一位被雇佣到该公司的工程师。在该公司担任了30年工程师的布朗森还记得，在Forpak机械应用中，气动是唯一的执行器。他还回忆起六七年前首次采用线性伺服代替现有的气动技术。
“我正在为我们的一个项目寻找IP69K解决方案，所以我去找我的供应商，他们提出了[线性驱动系统供应商]。LinMot,”他说。“我被介绍给了他们，我们从未后悔过。”
最近，布朗森已经把他的目光放在了建造一种全电动，气动驱动器无堆料机。但这是一个等待线性运动技术的合适尺寸和形状的问题——市场上没有任何东西能适合他的应用。
“我一直敦促彼得(LinMot的扎菲罗)制造越来越小的马达，他问我，‘你会买多少?’”布朗森回忆说。“我回答说:‘好吧，你能做几个?’因为如果我能制造出一款全电动堆料机，效率就真的会提高。”
在最近的PACK EXPO上，Brownson终于看到了LinMot原型机。Forpak目前正在开发一种100%电动，没有气动技术的机器。该公司计划在2022年10月23日至26日在芝加哥举行的国际PACK博览会上展出这款新机器。
值得一提的是，气动不会消失，它们牢牢地安置在控制和自动化工具包中。出于安全考虑，一些操作需要气动，例如在爆炸环境中，因此将气动转换为电动并不总是可能的。
尽管如此，Brownson仍然寻求生产全电动模型，因为他说LinMot线性伺服电机节省能源，对他的特定应用和客户群体是高效的。此外，由于它们相对较少的磨损项，它们允许较低的总拥有成本，这导致更少的停机时间——特别是意外停机时间。根据他的经验，这些因素带来了现实的、长期的节省，对Forpak的CPG和品牌所有者客户具有吸引力。
但到目前为止，这只是布朗森的轶事经验——一个人的观点。为了测试效率和省电能力，扎菲罗找来了布朗森，还有乔尔·盖泽尔和亚当·尚克，他们都来自汉密尔顿自动化， LinMot制造商代表和JB Korte的范米公司。他是LinMot的经销商。OEM、自动化供应商和分销商共同设计了Forpak的机器使用气动执行器和全电动执行器的测试。我们的想法是建立实际的电力消耗和开发实际的节能数据，接下来就是这个测试的结果。
被测试设备
Forpak堆垛机在烘焙产品和蛋白质包装线中占有一席之地，存在于上游冰柜和下游流动包装、袋装或手工包装之间。典型的产品可能是冷冻的汉堡肉饼、华夫饼或饼干，它们随机或半有序地从冰箱中取出。该产品需要为下游包装设备定向、定向和堆叠。
上述Forpak堆垛机(型号GSS5-8)是一种典型的电动垂直堆垛机，带有气动水平气缸，用于堆垛产品。堆垛机可以根据生产需求在三到十个通道中制造。试验模型为四车道单元(型号为GSS5-4)。图片还显示了一个外卖输送机附加手动或下游自动包装。
布朗森说:“堆放的滑板和推部件都是气动的，直到最近，它们一直都是气动的。”“现在LinMot开发了合适尺寸的执行器，我们可以进行传统的气动和全电动两种操作，我们进行了这项测试，看看两者的区别。”
Forpak通过允许团队访问在许多终端用户站点运行的典型堆垛机来辅助。堆垛机是一个四车道的机器，有八个气动执行器在水平方向上工作。
在Van Meter公司的Korte和罗克韦尔自动化电力监视器5000的帮助下，实际的电力消耗被记录下来。Power Monitor追踪了一个独立的、高效的7 cfm电动空气压缩机的数据点，包括安培、时间和千瓦时。该团队运行机器30分钟，每10毫秒采样一次。这种设置没有考虑到气动管路的损耗，因为提供给气缸的空气从压缩机的运行时间非常短，没有其他设备在相同的空气供应上运行。
发现
测试团队在测试运行过程中遇到了一个限制—可存储在PLC中的数据点的数量。因此，提取的数据是15分钟的运行时间，平均功率在整个研究中是一致的。将机器再运行45分钟以实现每小时的计数，这证明数据不会发生变化。在整整60分钟内，压缩机从未关闭过。因此，该团队表示，他们很有信心，从60分钟的测试中推断出的整个60分钟的数据几乎与15分钟的测试数据相同。在整个测试过程中，功耗始终保持在5161千瓦时。
测试记录:测试于11月2日完成nd2021年，在Forpak的生产设施。它是由汉密尔顿自动化公司的亚当·尚克和Van Meter公司的杰比·科特在Forpak公司的戴夫·布朗森的帮助下完成的。结果的评估和分析由汉密尔顿自动化公司的Joel Geisel完成。
LinMot的Lin Designer程序展示了这个特定的水平推杆应用程序，并提供了计算LinMot执行器和等效气缸的功耗。林设计师的气缸功耗计算是基于两家最流行的气缸厂家的能耗功耗计算。这些是直接从工厂产生的预期能源消耗率。
对于这个特定的周期，LinMot的Lin Designer程序估计功耗为4575千瓦时。该测试使用了较低的取这两个值来计算气动气缸的能量运行成本，如下:
4575千瓦时乘以满载的0.20美元每千瓦时(测试注意:这个值通常更高，特别是当工厂在日历年的大部分白天时段的高峰附加费期间运行时)，将产生每缸每年8000小时运行的预期成本为915美元。由于这台机器使用八个气缸，这台机器的操作费用为每年每8 000小时7 320美元。
使用LinMot执行器提供直线电机的等效机器产生以下功耗结果:
同样的周期，PS01-23x80F-HP-SSCP-R20电机在175毫米周期内200毫秒和-175毫米200毫秒内600毫秒停留时间内243千瓦时。243千瓦时乘以满载0.20美元每千瓦时将等于48.60美元每个LinMot执行器。所有八个执行器每年操作8,000小时将花费388.80美元。
这里的节省计算为7,320美元(气动)减去388.80美元(电动)，即每年6,931.20美元。如果一个工厂以较低的产量运行，比如每年6000小时的时间表，每年将节省5198.40美元。
Zafiro, Geisel和Korte指出，这些数值不包括任何维护或意外停机成本时，气缸故障。
布朗森指出:“在频繁的循环应用中，这样的故障更常见，比如在这项研究中。”“我估计，更换一个气缸通常需要30到90分钟，典型的工厂停机时间价值每小时1.5万到2万美元。尽管在测试中没有考虑到这一点，但停机时间是巨大的。”
Geisel补充道:“使用这种类型的驱动器的机械部件非常少，所以基本上可以限制可能发生的磨损量。”“通过限制磨损量，它比气缸需要的维护更少。你不会有正在分解的封条。你不会失去空气，你也不必更频繁地更换便宜的部件。只有很少的磨损或必要的停机时间。”
结果
测试研究表明，至少对于这种特定的应用，运行8个气缸的成本明显高于8个直线电机。根据世界上最大的两家气缸制造商的数据*，这将节省超过4600磅的碳排放。每缸，或超过36000磅。的有限公司2这种特殊的机器每年运行8000小时，可以节省排放。
再加上节省了超过6,900美元的电费，布朗森对此印象深刻。他指出，这项测试是在四车道Forpack堆垛机上完成的。一个典型的Forpak堆垛机使用6到10个车道，这意味着对于这些机器来说，随着更多车道的外推，节省的成本会更高。
布朗森说:“我希望能省下一笔钱，但没想到能省下这么多钱。”“这真的会帮助我在未来展示新机器——直到在国际包装博览会上，并在未来销售。这表明，在前端的拥有成本将会稍微高一些，但总体而言，机器的使用寿命将会更短。”PW
