机械设计加工中节能降耗理念的运用实践探微

汪滢

（无锡永凯达齿轮有限公司，江苏 无锡 214000）

1 数控滚齿机床节能降耗的必要性

在现代机械传动中，齿轮是不可或缺的重要组成部分之一，近年来，随着我国机械、汽车、航空航天等工业领域的快速发展，对齿轮的需求量大幅度增加，与此同时，对制造齿轮机床的需求量也随之增加。滚齿机是齿轮加工机床的一种，因此类机床不但适合高效率的齿轮粗加，又适合中等精度的齿轮精加，故此在行业内获得了广泛应用。相关调查统计数据结果显示，当前国内滚齿机的保有数量占齿轮加工机床总量的50%左右，并且这一数值还有继续增长的态势。数控滚齿机属于较为复杂的数控机床，其除了具备常规机床共有的能量特征之外，即能耗高、能效低、排放大，而且机床本身的结构也十分复杂，从而使其成为机床研究的热点课题。以某型号六轴数控滚齿机为例，其单台主轴电机的功率为37kW，总功率接近100kW，整个加工过程的能耗非常大。为此，研究数控滚齿机的节能降耗尤为必要。

2 节能降耗理念在数控滚齿机床节能中的运用

2.1 数控滚齿机的能耗分析

与普通滚齿机相比，数控滚齿机集成了诸多先进的技术，如计算机技术、电子技术、自动控制技术等等，涉及机电液等诸多学科。为此，其能耗形势可用电机损耗、机械损耗以及液压损耗三个方面进行概括。其中电机损耗包括铜损、铁损、机械损耗、迟滞损耗等；机械损耗包括摩擦损耗功率；液压损耗包括液压损失及机械损失引起的能耗消耗。机床在无负载状态下的能量消耗被称之为空载能耗，此类能耗的特点是持续时间长、规律复杂、能量消耗巨大，相关研究结果表明，滚齿机床在加工过程中的空载能耗约占机床总能耗的85%左右，这不但造成了大量的能源浪费，而且还使机床主要零部件的磨损加剧。所以有必要针对机床空载状态节能技术进行深入研究。正常情况下，数控滚齿机在启动时会出现两次空运行的现象，在这两种状态下的能耗部件是不同的，依据这一特点，可将之定义为电气空载和运转空载。当机床的总电源开启之后，会有少部分部件开始运行，此时会出现几百瓦的瞬时功率，实践表明，通过减少能耗部件实现节能难度较大，故此，只能通过降低空载实践进行节能。鉴于此，下面重点针对数控滚齿机床的这两种空载状态，提出空载报警和停机节能技术。

2.2 空载报警与停机节能控制技术

对于数控滚齿机床而言，空载报警和停机节能控制技术能够降低机床的空载能耗，进而实现节能的目的。该技术是一项综合节能技术，集成了诸多先进的技术，如PLC通信和控制技术、能量传感技术、状态判断技术、工业手机报警技术等等。所谓的空载报警具体是指运用系统对滚齿机的多空在状态进行在线识别，并对空载时间进行统计，判断该时间是否达到报警时间，如果达到则会启动报警功能，利用系统与工业手机发送报警信息，提示操作人员对机床的空载时间进行控制，从而降低机床能耗；而停机节能控制技术就是在机床出现多次空载报警后，操作人员未进行有效操作，此时系统会控制滚齿机床PLC关闭一些辅助系统或是总电源，防止机床长时间处于空载运行状态导致能量浪费。具体的节能技术方案如图1所示。

2.2.1 工业手机报警技术。该技术主要包括以下两个方面，一是当系统判断滚齿机床符合报警条件时，工业手机模块会对系统的报警信息数据库进行访问，并以短信的方式通知现场操作人员；二是将用户反馈回来的信息发送给报警信息数据库，系统通过对数据库的访问并按照信息的具体内容反馈给滚齿机床PLC执行控制命令。运用该技术能够以发送报警信息的方式提醒现场操作人员随时降低机床的空载实践，从而降低空载能耗。

2.2.2 空载报警与停机节能的判断方法。当滚齿机床处于电气空载状态时，可以设空载实践为T0，一次报警时间设为T0f，二次报警时间设定为T0s，等待机床停机时间设定为Tmac，则空载报警和停机节能方法如下：当T0＞T0f时，达到第一次电气空载报警条件，当T0＞T0s时，达到第二次电气空载报警条件，此时系统会根据报警条件执行相应的报警功能，具体流程如下：

①先调用系统的报警模块，对报警信息进行显示；

②然后向PLC发出机床声光报警指令，操作声光报警系统；

③调用工业手机报警模块，向现场操作人员发出提示信息，报警结束后，由操作人员手动取消报警。此时空载时间会自行写入到数据库中，并清零重新累计。

如果T0＞Tmac，则达到条件，此时系统会自动执行停机节能功能，同时向机床PLC发出指令控制接触器和继电器关闭机床总电源，并向操作人员发出停机信息及具体原因。

结语

综上所述，为了实现数控滚齿机低能耗的运行目标，有必要在机械设计加工中合理运用节能降耗理念，并借助相应的控制系统和先进的节能技术，降低机床的整体能耗。这不但能够有效降低机床主要零部件的磨损，而且还能提高企业的经济效益。

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