机床固有能量效率的内涵及其评价方法

机床能量效率的评价是机床能效优化研究的基础。现有评价方法主要集中在机床加工过程的能量效率评价,对支持高能效机床设计的机床自身能量效率评价研究还存在不足和问题。为此,提出表征机床自身能量效率的机床固有能量效率新概念;它是机床加工能力范围内的未来可能的所有加工过程的综合平均能量效率。分析了机床固有能量效率的内涵,提出了机床固有能量效率的有效描述法即虚拟工件法;建立由固有比能效率、固有能量利用率两个综合评价指标和待机功率、当量启动能耗、当量空载功率、当量附加载荷损耗系数四个单项指标构成的机床固有能量效率评价指标体系;基于虚拟工件法,进行上述机床固有能量效率综合评价指标的获取方法研究,实现了机床固有能量效率评价。应用案例研究验证了所提方法的可行性和实用性。该方法可为高能效机床的设计、新制造系统的设计与组建以及高能耗设备改造提供支持,从而提升机床使用生命周期全过程的综合能量效率。     

基于SOM-Kmeans的机床能效等级评价方法

机床能效等级评价是提高能源效率的基础。现有机床能效评价方法多运用能量利用率和比能等指标评价特定加工过程能效,未考虑加工能力对机床能效评价的影响,致使无法综合评价机床能效等级。为此,从机床加工能力和能耗特性角度构建机床能效等级评价指标,提出基于自组织映射神经网络-K均值(SOM-Kmeans)的机床能效等级评价方法。首先,分析机床加工能力特性和时段能耗特性,构建机床加工能力指标和多时段能耗特性指标;其次,运用SOM-Kmeans对机床能效信息进行聚类分析,并采用主成分分析法(PCA)对机床能效等级进行综合评价;最后,通过实际案例验证了所提方法的有效性和实用性。     

机械加工系统能量效率研究的内容体系及发展趋势

机械加工系统量大面广,能量效率低,节能潜力和环境减排潜力巨大,并且涉及的科学问题多,因此,近年来对其能量效率问题的研究正在国际上迅速兴起。总结机械加工系统能量效率的广义内涵;对机械加工系统能量效率的研究现状进行总体概述和分类总结及分析;在此基础上,总结和提出由三类对象(机床、工件和系统)、五类基础技术问题(能耗环节和能耗组件能效问题、能量消耗与能量效率建模问题、机床与工件能量效率特性问题、能量效率评价问题和能量效率监控与管理问题)、两类功能技术(机械加工系统高能效优化运行技术和高能效机床优化设计技术)和两大目标(提升加工系统能量效率和开发高能效机床)组成的机械加工系统能量效率研究内容体系框架;最后提出和论述机械加工系统能量效率研究的5点发展趋势,即能量效率建模集成化、能量效率评价平台化、工件任务能耗定额化、系统运行能效最优化和机床设计能效综合化等。     

机床能量效率测试方法的多场景综合评价研究

机床量大面广,能耗总量巨大,提升机床能量效率已经成为发展绿色制造的重要内容。如何选择合适的机床能效测试方法是支撑机床设计、用户采购、运行优化和节能改造等场景下提升机床能量效率的基础性问题。为此,首先总结和比较了八种能效测试方法的内涵和特点,包括参考样件法、参考过程法、比能法、组件定标法、ISO 14955-3标准、GB/T 40735标准、固有能效潜力评估法和固有曲面法。然后,从五个场景(指导高能效机床优化设计、评选高能效机床制定能效标签等)和七个维度(操作耗时程度、操作难易程度、机床对比适用度等)评价机床能效测试方法。其中,运用层次分析法(AHP法)确定特定场景下七项评价指标的权重因素和各项评价指标下八种能效测试方法权重因素,并通过一致性检验来验证评价结果的有效性和准确性。     

数控机床主动力系统载荷能量损耗系数的计算获取方法

机床量大面广,能量消耗巨大并且能量效率低、能量效率规律复杂,因此机床能量效率的研究和应用正在全球迅速兴起。机床主动力系统载荷能量损耗,是机床最复杂的部分,一般占到机床切削能量的10%~20%,其具体多少决定于载荷损耗系数。针对机床主动力系统载荷损耗系数在线获取非常困难,以及现有获取方法存在切削仪器昂贵、测量过程复杂以及许多机床无法安装等不足,提出一种根据数控机床主动力系统载荷能量损耗数学模型而建立的载荷损耗系数计算获取方法。上述数学模型由三部分组成:基于主电动机的变频器额定功率、额定功率损耗和散热器额定功率等基础参数的变频器功率损耗近似计算模型;基于主电动机额定功率、基频、空载功率和基频下的效率等基础参数的主电动机功率损耗模型;基于机床机械传动系统中每种传动副的数量和载荷效率等基础参数的机械传动系统载荷损耗模型。实际计算时只需获取基础参数和测量机床主动力系统空载功率,便可计算出机床主动力系统的载荷能量损耗系数。基于上述计算方法,计算获取了数控加工中心PL700主动力系统的载荷能量损耗系数。实验结果证实了该方法的准确性和实用性。该方法可广泛用于数控机床的切削功率获取、数控机床能量效率评价和工件能量效率预测及优化等研究和应用中,具有多方面的应用前景。     

机床机电主传动系统服役过程能量效率获取方法

制造系统能效评估及其机床能效评价研究正在国际上迅速兴起,生产现场的机床服役过程(Machine tools’ service process,MTSP)能量效率的方便获取是其关键问题之一。为此,对MTSP中机电主传动系统(Electro-mechanical main driving system,EMDS)能量效率获取方法进行研究。在分析机床能量效率内涵的基础上,基于MTSP中EMDS的时段能量模型,建立基于输入功率检测的和基于输出功率获取的两类4种EMDS能量效率模型;提出对应的能量效率模型中基础数据和基础系数特别是机床载荷损耗系数的获取方法;形成MTSP中EMDS能量效率获取方法。应用该方法,只需现场检测EMDS输入功率,就可获得MTSP中EMDS的现场能量效率。应用案例表明,应用本方法不仅能实现MTSP能量效率现场获取,而且误差较小;可用于机床及制造系统的能效评价、能效监控和能效优化研究中,具有较广阔的应用前景。     

机床节能方面的一些研究和设计问题

本文讨论了机床节能的意义，提出了机床能量利用的新概念，并从分析其影响因素中指出了节能途径和研究方向。     

基于能量平衡原理的机床动态性能分析

机床被广泛应用于工业生产中，是最主要的生产加工设备。机床动态设计的特点是在机床研发阶段解决各类问题，它能较为全面地考虑到机床在后期实际运行过程中各种动态因素对机床动态性能的影响。本文基于能量平衡原理对机床的动态性能进行了分析，并提出了一些改进方案。     

面向工件随机到达的机床节能运行方法

为提高机床运行阶段的能量利用率,针对目前机床加工间隔节能方法缺乏考虑工件随机到达的现状,提出一种面向工件随机到达的机床节能运行方法。基于机床运行状态制定了一种机床在加工间隔中的节能运行策略,以计算机床在采用该节能运行策略后的一个加工间隔中所消耗的预期能量。通过对该预期能量的优化,实现对节能运行策略中机床运行参数的优化,得到节能运行方法。将该机床节能运行方法应用到具体实验中进行分析,比较使用节能运行方法前后机床在加工间隔中消耗的能量,结果显示,机床应用所提节能运行方法后能适应工件的随机到达,并提高其在加工间隔中的能量利用率。     

机械加工过程能效评价标准的内容框架和评价方法

本文为建立一套标准化的能效评价内容体系提出了机械加工过程能效评价标准的内容框架和评价方法。该方法首先建立机械加工过程能量效率评价标准的数学模型,然后建立包括能量利用率和比能效率的能效评价标准的指标体系,并给出离线基础数据获取与在线输入功率获取相结合的能效评价指标的获取方法。案例研究显示,机械加工过程能效评价标准的评价方法,能够为机床和工件能效评价,并为能效优化提供支持。     

典型制造工艺节能减排技术评价体系研究

从典型制造工艺节能减排的角度出发,研究节能减排技术的评价指标,提出综合评价计算方法,建立典型制造工艺节能减排技术评价体系,为中小企业开展节能减排项目提供参考依据。     

[制造服务]面向服务水平等级协议的制造服务能效评估

分析了产品能耗评估、产品能效评估、制造服务能耗评估、面向服务水平等级协议（SLA）的制造服务能效评估等阶段发展历程。区别于单位产品能效评估,面向SLA的制造服务能效评估是在服务提供方和使用方约定的开销和服务质量水平下,对制造服务全生命周期的能源消耗效率进行评估。提出一种面向SLA的制造服务能效评估框架,分析了制造服务的5大类关键技术,为向用户提供可随时获取、优质低耗的制造服务提供了理论基础。     

基于粗集理论的锻造生产系统多能耗特征分析与建模

从锻造设备、工艺调度、生产物流、环境4个方面分析锻造生产系统多能耗评价指标体系,采用粗集理论对锻造生产系统节能评价指标体系进行指标约简,约简后得到优化的锻造生产系统节能指标体系并求得各指标权重。选取9组不同批量、不同材质等的锻件在生产过程中的能耗数据进行分析,得到影响锻造生产系统多能耗的主要因素,同时对各主要因素进行权重分析,明确其在锻造加工中的耗能比重,为建立面向节能减排的锻造生产系统提供依据。     

基于LabVIEW快速输入数字信息研究

针对在LabVIEW开发环境中利用数据输入控件或提示用户输入VI设计的程序,通过键盘输入数字信息时,存在无法有效控制字符键盘的问题,对利用"键按下?"事件设计程序快速输入数字信息的实现进行了研究,并给出了具体程序实例,程序设计者可以直接引用该代码,从而提高软件开发效率和增加软件的人性化设计。     

基于能量法的分布式驱动电动汽车防侧翻控制

分布式驱动电动汽车具有优越的侧倾稳定性控制功能,但基于横向载荷转移率评价进行控制并不能充分发挥其技术优势。为提升该类车型恶劣工况下的防侧翻控制能力,针对当前侧翻评价指标的不足,开展基于能量转化评价的稳定性控制研究。针对该类车型的结构特点,建立车辆系统坐标系,借助欧拉旋转角法推导了整车在侧翻运动过程中动能、势能和耗散能的表达方程;通过计算车辆失稳能量阈值与车辆实时失稳能量,提出综合多因素的车辆稳定性评价指标;基于侧翻动力学模型设计出防侧翻滑模控制器;通过在分布式驱动系统力矩阈值范围内开展基于驱动轮力矩分配的差动驱动,实现了整车的防侧翻控制。研究表明,基于能量法制定的空间失稳评价指标相较于横向载荷转移率而言,更能准确、灵敏地反映整车侧倾运动状态的变化趋势,基于其设计的防侧翻控制方法通过主动分配两侧驱动力矩,削弱了相关能量转化,有效抑制了整车侧倾运动,显著提高了侧倾稳定性。     

装备制造业节能减排技术评价指标体系与方法初探

研究体现装备制造产业特征的节能减排技术评估方法体系是一项基础性工作。论文通过节能减排技术评估指标的建立和实证研究,论述了装备制造业节能减排技术评价方法体系,以期为装备制造业节能减排技术的筛选评估提供分析工具。     

特种设备能效的评价与展望

特种设备在国民经济建设中扮演着重要角色,其节能减排是目前建设节能型社会,实现经济可持续发展的重要环节.锅炉是典型高耗能特种设备,作为国民经济各部门和人民生活的基础热能设备,其从安装到工作的各个环节都存在节能问题,而电梯是使用最为广泛的特种设备,涉及到生活的各个方面,对其进行能效评价意义重大.论文将重点介绍国内外这两类设备的在能效评价方面的发展状况.     

基于模糊优选模型的桥式起重机节能评价

根据桥式起重机在“全生命周期”中的能耗状况,提出了桥式起重机节能评价指标体系,运用粗集理论知识对桥式起重机节能评价指标体系进行指标约简,约简后得到优化的桥式起重机节能指标体系并求得各指标权重。运用模糊优选理论建立桥式起重机节能评价模型,利用该模型对桥式起重机的能耗进行评价。选取5个不同设计、不同材料的桥式起重机,对其能耗优劣进行计算和分析,得到桥式起重机节能最优的设计,同时为桥式起重机设计制造提供参考意见。     

铸造行业节能减排技术筛选与评估研究

铸造行业节能减排技术评估体系研究是一项基础性工作,通过构建定性定量相结合的评价指标体系与方法以及开展实证研究,为铸造行业节能减排技术的筛选评估提供分析工具,对节能减排技术的推广应用具有重要的现实意义。