機械加工系統(tǒng)能量效率的可預測特性及預測方法研究.pdf

1、機械加工系統(tǒng)具有數(shù)量多，涉及面廣的特點，其能量消耗巨大；同時，由能量消耗引起的環(huán)境問題日益嚴重。近年來的研究發(fā)現(xiàn)機械加工系統(tǒng)能量效率很低、節(jié)能潛力巨大，以至于世界范圍內的各大高校和各大國際組織都對機械加工系統(tǒng)的能量效率展開了研究。機械加工系統(tǒng)能量效率提升是當代制造業(yè)亟需解決的問題，是綠色制造研究的重要內容，其研究符合可持續(xù)性發(fā)展的要求，具有十分重大的意義?；诖?，本文主要針對機械加工系統(tǒng)兩種過程能量效率指標（比能效率和能量利用率）的可預

2、測特性及預測方法進行了研究。
　　首先，根據(jù)機械加工系統(tǒng)運行過程中的時段能耗特性，對每個時段的能量源構成進行分析，并在此基礎上構建出各個時段的功率模型；基于這些功率模型，從能量消耗機理上對機械加工過程各個時段功率消耗的可預測特性進行分析，并提出各個時段的預測方法構建的思路；綜合各個時段可預測特性來探討機械加工系統(tǒng)能量效率的可預測性及實現(xiàn)其預測的條件。
　　其次，分析機械加工系統(tǒng)運行過程中的比能效率的特性，綜合考慮加工過程中功

3、率信息的動態(tài)變化特性和加工條件（機床類型、工件材料、切削參數(shù)等）對加工過程輸入能量的影響，在此基礎上構建出比能效率預測模型，并提出該預測模型中各個構成要素的預測方法，以構建出適用于不同加工條件下的比能效率預測方法。
　　然后，根據(jù)機械加工系統(tǒng)加工過程能量利用率的定義和能耗時段特性構建出機械加工過程能量利用率預測模型，并分別提出機械加工系統(tǒng)運行過程中各個時段能耗預測方法，以提出機械加工系統(tǒng)運行過程的能量利用率預測方法；并通過應用案例

4、分析了該能量利用率預測方法在機械加工工藝參數(shù)節(jié)能性決策方面的應用。
　　論文還針對機械加工系統(tǒng)能量效率預測的關鍵要素——附加載荷損耗能量的預測方法進行了研究。針對現(xiàn)有載荷損耗能量獲取方法所存在的現(xiàn)場可操作性差、工作量大且適應性窄的弊端，提出了一種附加載荷損耗能量的映射預測方法。該方法通過構建標準切削條件，并將其映射到目標機床進行標準切削實驗，以獲取目標設備的載荷能量損耗系數(shù)，從而實現(xiàn)對目標設備任意加工條件下的附加載荷損耗能量進行預

5、測。該方法使得目標機床的載荷損耗系數(shù)獲取實驗不再需要安裝復雜的切削力測量儀，因此能夠極大地簡化載荷損耗系數(shù)的獲取過程，且不受機床結構設計和安裝尺寸的限制。以上各部分的應用案例及試驗驗證綜合表明，上述模型和方法具有相對較高的預測精度和很好的實用性。
　　最后，對機械加工系統(tǒng)能量效率實用預測支持系統(tǒng)進行了開發(fā)，主要包括系統(tǒng)體系框架設計和系統(tǒng)功能模塊設計，以及系統(tǒng)功能模塊的開發(fā)等。以上機械加工系統(tǒng)能量效率預測方法能夠為機械加工系統(tǒng)運行過