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(jié)能降耗的必要性

在現(xiàn)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(yè)領域的快速發(fā)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(yè)內獲得了廣泛應用。相關調查統(tǒng)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(xù)增長的態(tài)勢。數控滾齒機屬于較為復雜的數控機床，其除了具備常規(guī)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(jié)能降耗尤為必要。

2 節(jié)能降耗理念在數控滾齒機床節(jié)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(tài)下的能量消耗被稱之為空載能耗，此類能耗的特點是持續(xù)時間長、規(guī)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(tài)節(jié)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(xiàn)兩次空運行的現(xiàn)象，在這兩種狀態(tài)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(xiàn)幾百瓦的瞬時功率，實踐表明，通過減少能耗部件實現(xiàn)節(jié)能難度較大，故此，只能通過降低空載實踐進行節(jié)能。鑒于此，下面重點針對數控滾齒機床的這兩種空載狀態(tài)，提出空載報警和停機節(jié)能技術。

2.2 空載報警與停機節(jié)能控制技術

對于數控滾齒機床而言，空載報警和停機節(jié)能控制技術能夠降低機床的空載能耗，進而實現(xiàn)節(jié)能的目的。該技術是一項綜合節(jié)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(tài)判斷技術、工業(yè)手機報警技術等等。所謂的空載報警具體是指運用系統(tǒng)對滾齒機的多空在狀態(tài)進行在線識別，并對空載時間進行統(tǒng)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(tǒng)與工業(yè)手機發(fā)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(jié)能控制技術就是在機床出現(xiàn)多次空載報警后，操作人員未進行有效操作，此時系統(tǒng)會控制滾齒機床PLC關閉一些輔助系統(tǒng)或是總電源，防止機床長時間處于空載運行狀態(tài)導致能量浪費。具體的節(jié)能技術方案如圖1所示。

2.2.1 工業(yè)手機報警技術。該技術主要包括以下兩個方面，一是當系統(tǒng)判斷滾齒機床符合報警條件時，工業(yè)手機模塊會對系統(tǒng)的報警信息數據庫進行訪問，并以短信的方式通知現(xiàn)場操作人員；二是將用戶反饋回來的信息發(fā)送給報警信息數據庫，系統(tǒng)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(zhí)行控制命令。運用該技術能夠以發(fā)送報警信息的方式提醒現(xiàn)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(jié)能的判斷方法。當滾齒機床處于電氣空載狀態(tài)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(jié)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(tǒng)會根據報警條件執(zhí)行相應的報警功能，具體流程如下：

①先調用系統(tǒng)的報警模塊，對報警信息進行顯示；

②然后向PLC發(fā)出機床聲光報警指令，操作聲光報警系統(tǒng)；

③調用工業(yè)手機報警模塊，向現(xiàn)場操作人員發(fā)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(tǒng)會自動執(zhí)行停機節(jié)能功能，同時向機床PLC發(fā)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(fā)出停機信息及具體原因。

結語

綜上所述，為了實現(xiàn)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(jié)能降耗理念，并借助相應的控制系統(tǒng)和先進的節(jié)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(yè)的經濟效益。

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