旧车床能量消耗分析及再制造节能性提升技术研究

摘要

机床是机械加工行业能量消耗的主要载体，而车床是所占比例最大的一类机床，在国内旧车床数量巨大，正处于更新阶段。当前，一些企业和科研院所进行了机床再制造技术研究和实践，取得了较好的经济效益和社会效益，但对于废旧机床的节能化提升方面，重视不够。因此，进行车床特别是旧车床的能耗特性研究，进而研究旧车床再制造中的节能化提升技术，对于提高旧车床的能量利用率以及车削加工过程的节能减排，具有较为重要的意义。
　　 本课题来源于“十一五”国家科技支撑计划项目“机床再制造关键技术研究与应用(2006BAF02A20)。首先，论文分析了旧车床运行过程的能量流及车床加工过程的能量利用率，根据车床传动系统能量消耗的数学模型，重点分析了车床空载状态下的能量消耗，并基于能量消耗特性和车床加工系统的“能量流”、“信息流”、“物料流”关系，提出了旧车床再制造节能性提升技术的总体框架。
　　 接着，基于总体框架，重点进行了三项旧车床节能性提升技术研究：①针对车床数控化再制造中重点关注自动化水平提升而在节能方面考虑不够的情况，研究了主运动传动链的简化、高性能进给系统、数控加工系统及变频器等在数控化再制造中的节能方法与效果。②根据优化理论和优化方法，建立了车床机械传动系统的优化目标函数和约束函数，提出了车床机械传动系统的再制造的优化解决方案。③针对变频器在车床轻载时节能动态效果不佳的情况，应用异步电动机定子降压来提高功率因素的原理，设计了以MCS-96单片机为主控芯片、模糊控制为优化方式并与信息终端集成的节能控制器，以实现车床轻载时的节能优化。4)从系统节能的角度，研究了基于信息终端的再制造车床加工过程节能效果。
　　 最后，将上述节能性提升方法与技术应用于车床再制造实际中，并对再制造前后车床进行了能耗测试与对比分析。结果表明，上述方法与技术具有较好的节能效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪 论

1.1课题研究背景及意义

1.1.1课题研究背景

1.1.2课题研究的意义

1.2机床绿色制造国内外研究及应用现状

1.3机床加工运行能耗特性分析及节能技术现状

1.4课题研究主要内容

2 旧车床能量消耗特性

2.1车床加工过程的能量消耗及其效率

2.1.1车床加工中的能量流动过程

2.1.2机械加工过程的能量利用率

2.2旧车床主传动系统能量传递分析

2.2.1车床传动系统分类

2.2.2旧车床机械传动系统能量传递

2.3车床加工过程的能量特性分析

2.3.1车床空载能量特性

2.3.2车床加工过程空载能耗分析

2.4车床节能性再制造总体框架图

2.4.1车床加工系统分析

2.4.2节能性再制造提升技术总体框架

2.5本章小结

3车床再制造节能性提升技术

3.1传动链简化

3.1.1传动链简化的节能原理分析

3.1.2主运动传动链的简化

3.1.3进给传动链的简化

3.1.4基于传动链简化的数控节能效果分析

3.2车床机械传动系统再制造优化设计法

3.2.1设计变量

3.2.2目标函数

3.2.3约束条件

3.2.4优化判断

3.3变频调速主电机的轻载节能优化控制方法

3.3.1晶闸管降压控制原理

3.3.2晶闸管模糊控制算法设计

3.3.3轻载节能控制器设计

3.4基于信息交互终端的系统节能技术

3.4.1信息交互终端介绍

3.4.2信息终端在车床加工过程优化中的作用

3.4.3节能性分析

3.5本章小结

4节能性提升技术在车床再制造中的应用

4.1车床再制造流程

4.2节能技术在车床再制造的应用

4.3再制造前后车床节能性验证

4.4验证结果分析

5结 论

致 谢

参考文献

附 录