機械設計加工中節能降耗理念的運用實踐探微

汪瀅

（無錫永凱達齒輪有限公司，江蘇 無錫 214000）

1 數控滾齒機床節能降耗的必要性

在現代機械傳動中，齒輪是不可或缺的重要組成部分之一，近年來，隨著我國機械、汽車、航空航天等工業領域的快速發展，對齒輪的需求量大幅度增加，與此同時，對制造齒輪機床的需求量也隨之增加。滾齒機是齒輪加工機床的一種，因此類機床不但適合高效率的齒輪粗加，又適合中等精度的齒輪精加，故此在行業內獲得了廣泛應用。相關調查統計數據結果顯示，當前國內滾齒機的保有數量占齒輪加工機床總量的50%左右，并且這一數值還有繼續增長的態勢。數控滾齒機屬于較為復雜的數控機床，其除了具備常規機床共有的能量特征之外，即能耗高、能效低、排放大，而且機床本身的結構也十分復雜，從而使其成為機床研究的熱點課題。以某型號六軸數控滾齒機為例，其單臺主軸電機的功率為37kW，總功率接近100kW，整個加工過程的能耗非常大。為此，研究數控滾齒機的節能降耗尤為必要。

2 節能降耗理念在數控滾齒機床節能中的運用

2.1 數控滾齒機的能耗分析

與普通滾齒機相比，數控滾齒機集成了諸多先進的技術，如計算機技術、電子技術、自動控制技術等等，涉及機電液等諸多學科。為此，其能耗形勢可用電機損耗、機械損耗以及液壓損耗三個方面進行概括。其中電機損耗包括銅損、鐵損、機械損耗、遲滯損耗等；機械損耗包括摩擦損耗功率；液壓損耗包括液壓損失及機械損失引起的能耗消耗。機床在無負載狀態下的能量消耗被稱之為空載能耗，此類能耗的特點是持續時間長、規律復雜、能量消耗巨大，相關研究結果表明，滾齒機床在加工過程中的空載能耗約占機床總能耗的85%左右，這不但造成了大量的能源浪費，而且還使機床主要零部件的磨損加劇。所以有必要針對機床空載狀態節能技術進行深入研究。正常情況下，數控滾齒機在啟動時會出現兩次空運行的現象，在這兩種狀態下的能耗部件是不同的，依據這一特點，可將之定義為電氣空載和運轉空載。當機床的總電源開啟之后，會有少部分部件開始運行，此時會出現幾百瓦的瞬時功率，實踐表明，通過減少能耗部件實現節能難度較大，故此，只能通過降低空載實踐進行節能。鑒于此，下面重點針對數控滾齒機床的這兩種空載狀態，提出空載報警和停機節能技術。

2.2 空載報警與停機節能控制技術

對于數控滾齒機床而言，空載報警和停機節能控制技術能夠降低機床的空載能耗，進而實現節能的目的。該技術是一項綜合節能技術，集成了諸多先進的技術，如PLC通信和控制技術、能量傳感技術、狀態判斷技術、工業手機報警技術等等。所謂的空載報警具體是指運用系統對滾齒機的多空在狀態進行在線識別，并對空載時間進行統計，判斷該時間是否達到報警時間，如果達到則會啟動報警功能，利用系統與工業手機發送報警信息，提示操作人員對機床的空載時間進行控制，從而降低機床能耗；而停機節能控制技術就是在機床出現多次空載報警后，操作人員未進行有效操作，此時系統會控制滾齒機床PLC關閉一些輔助系統或是總電源，防止機床長時間處于空載運行狀態導致能量浪費。具體的節能技術方案如圖1所示。

2.2.1 工業手機報警技術。該技術主要包括以下兩個方面，一是當系統判斷滾齒機床符合報警條件時，工業手機模塊會對系統的報警信息數據庫進行訪問，并以短信的方式通知現場操作人員；二是將用戶反饋回來的信息發送給報警信息數據庫，系統通過對數據庫的訪問并按照信息的具體內容反饋給滾齒機床PLC執行控制命令。運用該技術能夠以發送報警信息的方式提醒現場操作人員隨時降低機床的空載實踐，從而降低空載能耗。

2.2.2 空載報警與停機節能的判斷方法。當滾齒機床處于電氣空載狀態時，可以設空載實踐為T0，一次報警時間設為T0f，二次報警時間設定為T0s，等待機床停機時間設定為Tmac，則空載報警和停機節能方法如下：當T0＞T0f時，達到第一次電氣空載報警條件，當T0＞T0s時，達到第二次電氣空載報警條件，此時系統會根據報警條件執行相應的報警功能，具體流程如下：

①先調用系統的報警模塊，對報警信息進行顯示；

②然后向PLC發出機床聲光報警指令，操作聲光報警系統；

③調用工業手機報警模塊，向現場操作人員發出提示信息，報警結束后，由操作人員手動取消報警。此時空載時間會自行寫入到數據庫中，并清零重新累計。

如果T0＞Tmac，則達到條件，此時系統會自動執行停機節能功能，同時向機床PLC發出指令控制接觸器和繼電器關閉機床總電源，并向操作人員發出停機信息及具體原因。

結語

綜上所述，為了實現數控滾齒機低能耗的運行目標，有必要在機械設計加工中合理運用節能降耗理念，并借助相應的控制系統和先進的節能技術，降低機床的整體能耗。這不但能夠有效降低機床主要零部件的磨損，而且還能提高企業的經濟效益。

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