数控机床主传动系统运行节能技术及应用研究

【摘要】：我国机械加工系统量大面广，机床总量世界第一，能量消耗总量惊人。同时，大量统计调查表明，机床能量利用率低下，平均低于30%，节能潜力很大，所以机床节能研究具有重要意义。随着数控技术的不断发展，数控机床所占比重越来越大。与普通机床相比，数控机床具有能量源多、能耗规律复杂等一系列特点；而数控机床主传动系统作为机床最核心的关键部件之一，其能量流是机械加工系统能量流的主体，提高其能量利用率对数控机床的能效水平是至关重要的。因此，本文对数控机床主传动系统运行节能技术及应用展开研究，主要工作如下： 分析了数控机床主传动系统的结构及其特点；在此基础上总结分析了数控机床主传动系统的能量流构成，并对其能量损耗特性进行分析研究，总结了数控机床主传动系统的功率方程，为建立数控机床主传动系统的能量利用率测算方程提供了基础。 建立了数控机床主传动系统的能量利用率测算方程，通过对能量利用率测算方程的分析得出数控机床主传动系统运行节能的途径，包括降低数控机床主传动系统空载功率、空载率以及提高切削负载率；并基于此提出运行节能关键技术，分别是基于空载状态识别的数控机床停机节能技术以及基于△-Y转换的数控机床动态降压节能技术。 然后对基于空载状态识别的数控机床停机节能技术进行应用研究，通过分析数控机床主传动系统空载运行规律建立其能耗模型并提出基于能效监控平台的数控机床主传动系统的停机节能方案，当判断机床处于空载运行状态时通过提醒、报警并实现停机节能，提高机床能量利用率。 同时对数控机床主传动系统△-Y转换降压节能方法进行探讨，构建了数控机床主传动系统△-Y转换的最佳切换点的理论模型，并通过实验方法寻找其最佳切换点并探究其变化规律，为后续数控机床主传动系统△-Y转换动态降压节能技术的应用提供技术支持。 最后，基于能效监控平台介绍了数控机床上主传动系统运行节能应用软件模块及硬件平台的搭建，并且对数控机床主传动系统停机节能技术进行应用验证及结果分析，证实了本论文研究结果的有效性。 【关键词】：数控机床 主传动系统 停机节能 △/Y转换
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 论文选题背景9-12
• 1.1.1 能源节约是我国的一项基本国策9-10
• 1.1.2 机床运行节能——量大面广的复杂问题10-11
• 1.1.3 我国数控机床发展现状11-12
• 1.2 相关技术的国内外研究现状12-16
• 1.2.1 机械加工系统的绿色制造研究现状12-13
• 1.2.2 机床能耗特性研究现状13-15
• 1.2.3 机床节能技术研究现状15-16
• 1.3 论文的目的意义及项目来源16-18
• 1.3.1 论文研究目的16-17
• 1.3.2 论文研究意义17
• 1.3.3 论文项目来源17-18
• 1.4 论文研究内容及组织结构18-21
• 2 数控机床主传动系统结构及运行能耗状态特点21-33
• 2.1 数控机床主传动系统结构特点21-23
• 2.1.1 数控机床主传动系统结构21-22
• 2.1.2 数控机床主传动系统的特点22-23
• 2.2 数控机床主传动系统运行能耗状态特点23-31
• 2.2.1 数控机床运行过程的能量流程23-26
• 2.2.2 数控机床主传动系统能量损耗特性分析26-29
• 2.2.3 数控机床主传动系统功率方程29-31
• 2.3 本章小结31-33
• 3 数控机床主传动系统的能量利用率测算方程及其节能途径分析33-45
• 3.1 数控机床能量利用率测算方程33-36
• 3.1.1 数控机床能量效率33
• 3.1.2 数控机床能量利用率测算方程的提出33-36
• 3.2 基于能量利用率测算方程的数控机床主传动系统节能途径分析36-42
• 3.2.1 降低数控机床主传动系统空载功率37-39
• 3.2.2 降低数控机床主传动系统空载率39
• 3.2.3 提高数控机床主传动系统切削负载率39-40
• 3.2.4 节能途径实验验证40-42
• 3.3 数控机床主传动系统运行节能关键技术42-43
• 3.4 本章小结43-45
• 4 基于空载状态识别的数控机床主传动系统空载运行停机节能技术45-55
• 4.1 数控机床主传动系统非加工状态运行的能耗特点及规律分析45-49
• 4.1.1 数控机床主传动系统非加工状态阶段划分45-46
• 4.1.2 数控机床主传动系统空载运行能耗模型分析46-48
• 4.1.3 数控机床主传动系统启动能耗分析48-49
• 4.2 基于能效监控平台的数控机床停机节能方案49-53
• 4.2.1 数控机床主传动系统停机节能模型49-50
• 4.2.2 数控机床主传动系统运行状态判断50-52
• 4.2.3 数控机床主传动系统停机节能方案流程52-53
• 4.3 本章小结53-55
• 5 数控机床主传动系统△/Y 转换降压节能方法探讨55-75
• 5.1 数控机床主传动系统降压节能55-60
• 5.1.1 主传动系统运行降压节能原理56-59
• 5.1.2 主传动系统△/Y 转换降压节能59-60
• 5.2 数控机床主传动系统△/Y 转换最佳切换点探讨60-69
• 5.2.1 以电流为控制信号寻找△/Y 转换最佳切换点存在的问题60-61
• 5.2.2 数控机床主传动系统△/Y 转换最佳切换点理论模型61-66
• 5.2.3 数控机床主传动系统△/Y 转换最佳切换点确定66-69
• 5.3 探寻数控机床主传动系统 Y/△转换最佳切换点实验69-73
• 5.4 本章小结73-75
• 6 数控机床主传动系统运行节能技术应用75-83
• 6.1 基于能效监控平台的数控机床主传动系统运行节能模块75-77
• 6.1.1 数控机床主传动系统能效监控平台75-76
• 6.1.2 数控机床主传动系统运行节能模块76-77
• 6.2 数控机床主传动系统运行节能硬件平台77-79
• 6.3 数控机床主传动系统空载运行停机节能技术应用实现79-82
• 6.4 本章小结82-83
• 7 结论与展望83-85
• 致谢85-87
• 参考文献87-91
• 附录91
• A．攻读硕士学位期间发表的论文目录91
• B．攻读硕士学位期间参加的主要科研项目91
• C．攻读硕士学位期间获得的奖励91

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