機械加工系統(tǒng)能效評估的定義是說從系統(tǒng)宏觀的角度研究機械加工系統(tǒng)能耗 狀態(tài)和能量效率的評估。文獻[56]中指出國際能效評價組織(Efficiency ValuationOrganization, EVO)通過估值和現(xiàn)場采集等途徑收集能耗數(shù)據(jù),針對企業(yè)制定 M&V計劃,計算報告期內企業(yè)的節(jié)能量和經(jīng)濟效益;美國能源部的“工業(yè)評估 中心(Industrial Assessment Centers, IAC) ”提出了一種涵蓋能量和廢棄物成本 評估、電能評估、熱能評估、能源的原動機評估等的評估建議與方法,并且己在 15000多家美國企業(yè)中無償實施[57]; L.Andreassi[58]等從電力平衡、熱力平衡、污 染排放、和經(jīng)濟效益等方面對制造系統(tǒng)能量進行評估,并提出了一種能量管理的 創(chuàng)新方法;普渡大學的John W. Sutherland等在文獻[59]中提出了一種針對流水車 間調度優(yōu)化的多目標混合整數(shù)線性規(guī)劃方法,該方法可根據(jù)高峰負荷調節(jié)設備加 工速度,從而改變制造過程的能量消耗,但目前只能在簡單車間生產中應用;卡 耐基梅隆大學綠色設計研宄團隊根據(jù)原材料從輸入到制成成品的過程中環(huán)境的排 放信息對原材料到成品整個加工供應鏈的能量消耗狀況和環(huán)境排放情況進行研 究,并提出了 EIO-LCA (Economic Input Output-Life Cycle Analysis)方法_。重 慶大學的王秋蓮[61]等建立了一套機械加工過程能效評價標準的內容框架和評價 方法,在建立的能量效率評價數(shù)學模型基礎上系統(tǒng)的給出了能效指標的獲取方法, 搭建了能效評價標準的內容框架,完善了評價方法。
對于如何采取有效的措施或途徑降低數(shù)控機床能耗一直是機械制造業(yè)的研宄 重點,一般將數(shù)控機床節(jié)能技術劃分為兩類:一類為偏向于管理方向的節(jié)能,一 類為偏向于技術改進方向的節(jié)能。管理方向的節(jié)能主要通過合理優(yōu)化加工工藝及 車間布局為主,而技術改進方向的節(jié)能主要通過從源頭改進機床設計,降低機床 空載時間為主。由于本論文只是針對數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的優(yōu)化節(jié)能技術展開闡 述,因此只對第二種節(jié)能途徑進行說明。
想要從源頭上改進機床的設計是十分困難的,但也可通過其他途徑變向達到 相應的效果。文獻[62]中謝東等將機床切削參數(shù)作為優(yōu)化變量,采用粒子群等便 捷算法對建立的優(yōu)化目標模型求解,文獻[63]中陳東雷等人通過對異步電動機的 工作原理進行分析,在原有電動機的結構上引入電機負載實時測量傳感器,通過該 傳感器自動匹配負載兩端的電壓,減少電機的損耗,以達到降耗的目的。曹瑞武[6
4] 等從機床電機功率因數(shù)與能效之間的關系出發(fā),深入分析機床最小功率與最大功 率的轉化原理。文獻[65]中Zein將機床能耗進行層層劃分,針對每層能耗特點提出 相應的節(jié)能方法,以達到降低機床整體能耗的目的。文獻[66]中Tsuneok等從減少操 作工人冗余操作時間入手,在控制機床空載時間的基礎上達到節(jié)能的目的。
當下在針對數(shù)控機床節(jié)能優(yōu)化方向的研宄有很多,但絕大多數(shù)體現(xiàn)在優(yōu)化數(shù) 控機床切削參數(shù),工件加工工序或者電機電壓、電流方向等方向。但針對數(shù)控機床 主傳動系統(tǒng)的優(yōu)化研宄不是很多,特別是通過優(yōu)化數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主軸加速時間的方法來降低能耗的研宄,因此基于數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)提出優(yōu)化節(jié)能方案 具有較強的實際意義。
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