文/張軍·奇瑞汽車股份有限公司

沖壓自動(dòng)化中拆垛系統(tǒng)的節(jié)能應(yīng)用

文/張軍·奇瑞汽車股份有限公司

能源在日常的生產(chǎn)、生活中起著越來越重要的作用，隨著社會(huì)的發(fā)展以及對(duì)能源需求的不斷擴(kuò)大，節(jié)能這一話題受到更多人的關(guān)注并且被大力提倡。在工業(yè)生產(chǎn)方面，我們也在節(jié)能方面做了一些改進(jìn)，以降低電能的消耗。本文以奇瑞汽車股份有限公司沖壓自動(dòng)化系統(tǒng)中的拆垛系統(tǒng)為例，對(duì)其在節(jié)能方面的應(yīng)用予以分析和介紹。

沖壓自動(dòng)化拆垛系統(tǒng)現(xiàn)狀

自動(dòng)化拆垛系統(tǒng)主要組成部分包括2臺(tái)垛料小車、拆垛機(jī)器人、磁性皮帶機(jī)、涂油機(jī)和對(duì)中臺(tái)。結(jié)合以往設(shè)備的使用情況，從磁性皮帶機(jī)、對(duì)中臺(tái)（圖1、2）這兩種設(shè)備的設(shè)計(jì)方面考慮，希望通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)來達(dá)到節(jié)能的目的。磁性皮帶機(jī)和對(duì)中臺(tái)設(shè)備的原有情況如下：磁性皮帶機(jī)采用雙幅寬皮帶，主、從動(dòng)輥都比較大，從動(dòng)輥數(shù)量多，采用11kW的電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；對(duì)中臺(tái)進(jìn)料端有10條寬100mm的皮帶傳送板料，采用3kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

節(jié)能設(shè)計(jì)相關(guān)參考依據(jù)

優(yōu)化結(jié)構(gòu)的目的就是降低設(shè)備的電機(jī)功率，以達(dá)到節(jié)省電能的效果。降低電機(jī)的功率首先要從電機(jī)選型的計(jì)算依據(jù)考慮，具體包含以下兩方面因素：

⑴運(yùn)行時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)部分消耗的能量E。

E＝1/2×I（ω22－ω12）

I＝1/2×mr2

式中 ω1——初始角速度；

ω2——運(yùn)行時(shí)的角速度；

I ——轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；

m ——旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量；

r ——旋轉(zhuǎn)體的半徑。

⑵運(yùn)行時(shí)克服的系統(tǒng)摩擦力f。

圖1 磁性皮帶機(jī)

圖2 對(duì)中臺(tái)

f＝μN(yùn)

式中 N ——作用在皮帶支撐板上的壓力；

μ——滑動(dòng)摩擦系數(shù)。

設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

了解了選型的參考依據(jù)后，再分析一下設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)，以便思考如何優(yōu)化設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)。原有設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

⑴皮帶較寬、較長(zhǎng)，自身的質(zhì)量大，運(yùn)行時(shí)消耗的能量大，如圖3所示。

⑵從動(dòng)輥數(shù)量多（皮帶機(jī)可伸長(zhǎng)彌補(bǔ)涂油機(jī)離線時(shí)的空缺，具有4個(gè)從動(dòng)輥），見圖4。系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，頻繁啟動(dòng)時(shí)消耗的能量大。

⑶皮帶機(jī)采用兩條寬1400mm的皮帶及兩段與皮帶同寬的輥?zhàn)樱▓D5），主動(dòng)輥直徑為230mm，從動(dòng)輥直徑為145mm，主、從動(dòng)輥轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，頻繁啟動(dòng)時(shí)消耗的能量大。

⑷對(duì)中臺(tái)前端具有電機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳送帶，如圖6所示，電機(jī)消耗一定的能量。

設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化

圖3 皮帶

圖4 從動(dòng)輥

圖5 與皮帶同寬的輥?zhàn)?/p>

圖6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳送帶

通常在設(shè)計(jì)過程都是根據(jù)結(jié)構(gòu)來選用電機(jī)型號(hào)，而節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)我們則是根據(jù)電機(jī)型號(hào)來優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。針對(duì)以上分析的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，目的就是通過優(yōu)化設(shè)計(jì)使動(dòng)能消耗從大到小，從有到無。改進(jìn)措施具體如下：

⑴減小皮帶的寬度和長(zhǎng)度（皮帶寬度之和小于原來的1/3），目的是最終減小本身的質(zhì)量。具體是采用8根細(xì)皮帶，取消皮帶伸縮部分。

⑵減少?gòu)膭?dòng)輥的數(shù)量以減小負(fù)載，采用氣缸推動(dòng)皮帶機(jī)移動(dòng)（圖7）來彌補(bǔ)涂油機(jī)離線時(shí)的空缺，代替皮帶伸縮功能，減少?gòu)膭?dòng)輥的同時(shí)還減小皮帶本身的長(zhǎng)度和質(zhì)量。

⑶減小主、從動(dòng)輥的大小以減小負(fù)載，主、從動(dòng)輥各采用8個(gè)小輥，并采用多孔結(jié)構(gòu)，如圖8所示。

圖7 氣缸推動(dòng)皮帶機(jī)移動(dòng)

圖8 主、從動(dòng)輥采用多孔結(jié)構(gòu)

⑷取消動(dòng)力傳送皮帶，對(duì)中臺(tái)臺(tái)面做成斜面，如圖9所示，板料靠慣性和重力運(yùn)行到對(duì)中位置。

優(yōu)化后的效果

圖9 對(duì)中臺(tái)臺(tái)面做成斜面

根據(jù)前面的公式計(jì)算，優(yōu)化后電機(jī)功率由原來的11kW減小到了2.2kW，傳送速度不但沒有受影響，反而得到了提高，由原來的80m/min提高到了120m/min，生產(chǎn)效率得到了提高，間接起到了節(jié)能效果。

效益分析

我國(guó)是以火力發(fā)電為主的國(guó)家，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年全國(guó)發(fā)電量每小時(shí)4.1413萬億千瓦，其中火電每小時(shí)3.3253萬億千瓦。而火力發(fā)電廠所使用的燃料基本上都是煤炭，全國(guó)煤炭消費(fèi)總量的49％用于發(fā)電。因此，我們以燃燒煤炭的火力發(fā)電為參考，計(jì)算節(jié)電的減排效益。據(jù)專家統(tǒng)計(jì)：每節(jié)約 1kWh電，就相應(yīng)節(jié)約了0.4kg標(biāo)準(zhǔn)煤，同時(shí)減少污染排放0.272kg碳粉塵、0.997kg二氧化碳（CO2）、0.03kg二氧化硫（SO2）、0.015kg氮氧化物（NOX）等。

結(jié)束語

可以看出，節(jié)能設(shè)計(jì)不但能夠創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益，還具有一定的社會(huì)效益。因此，技術(shù)人員在今后的設(shè)計(jì)中應(yīng)該充分考慮節(jié)能方面的因素。

張軍，設(shè)備規(guī)劃師，主要從事沖壓自動(dòng)化設(shè)備規(guī)劃和技術(shù)管理。