高效工厂是德国机器设备制造联合会(VDMA)和德国联邦教育与研究部(BMBF)所共同倡导的。它反映了BMBF重点资助的“生产中的资源效益”项目上的31个联合研究课题的最新成果。200多家来自工业和经济界的合作单位在共同研究整个价值创造环节中的资源效益型的生产工艺。Ewotek——在“高效生产设备”框架内通过优化元器件运行工艺以提高机床效益,这也属于此类研究课题。项目的合作方(BKW Kälte-Wärme-Versorgungstechnik公司、Bosch Rexroth公司、Heller机械公司、Index-Werke公司、Knoll机械公司、WZL公司和西门子公司)的目标在于降低设备及其辅助装置(液压机组、冷却、冷却润滑剂配备)的能耗。
冷却润滑剂设备耗能高
尽管在实际工作中已经取得了一些提高效益的成效,但是中期性的研究工作表明,仍有高达30%的节能潜力有待挖掘。其着力点可以是那些超大尺度的耗能机组和运行不良的辅助设施。
根据Cecimo欧洲机床联合会的研究结果,在切削机床整个使用寿命周期中,使用阶段的能耗占大部分。而在此当中,冷却润滑剂却扮演着重要的角色(图1~图3)。各项研究工作表明,在生产的总能耗里,有5%~55%的能耗发生在冷却润滑剂设备上。其中,高压泵则是主要耗能器。降低能耗的措施往往集中在采用变频器来配合冷却剂泵的流量。
图1 刀具直径越小,调节的压力越大,则节能效果也就越好
图2 带有设定好的限压阀和变频器的冷却润滑剂高压泵的有效功耗对比
图3 机床上的冷却润滑剂循环
Ewotek课题对通过变频器所作的压力调节对机床能效究竟发挥多大作用的状况作了研究。在所研究的机床上,通过操作台在10~70bar(1bar=105Pa)之间选择出7个以10为进阶的压力等级。因泵特性所限,当刀具直径>13mm时,则不再达到70bar的最大压力。对于压力、流量和功耗之间的相互关系的常规性表述,则需对镗刀冷却通道上的压力计进行观测。由于没有定义出常规性原则,因此对相同直径的不同的镗刀,会得出不同大小的冷却通道。然而,镗刀的直径仍可以很好地提示出冷却通道的规格,此外,在实际工作中,镗刀的直径也是一个比较常用的数据。
节能最大可达45%
压力调节所能达到的收益要视冷却润滑剂泵的作业时间和方式情况而定。刀具直径越小,调节的压力越大,则节能效果也就越好。对于直径<5mm的小型刀具和最大70bar冷却润滑剂压力,则可以达到大约45%的节能效果。
因此,唯有当使用直径<5mm的镗刀和选择最大70bar的压力等级,并设定电价为每千瓦时10欧分,对所观测的冷却剂高压泵采用变频器,方可收回投资成本。
而需要注意的是,如果镗刀直径较大而压力较小,则节能效果也就会随之减弱。一旦镗刀直径达到20mm以上时,不管所选择的压力等级如何,均没有节能效果。因此,在只使用直径>20mm的镗刀的情况下,为所观察的冷却润滑剂泵投入使用变频器,则不能回收投资成本。从何种刀具直径开始就不再具备节能效果,这在很大程度上要取决于泵和机床本身。节能措施是否合算,则要视各个冷却润滑泵的具体情况而定。必须要考虑到每年的运行时间有多长,使用何种刀具和选择何种压力等级等因素。
通过模拟测定能耗
为了替工业领域用户观察研究结果的意义,首次于2011年2月22日在法兰克福的VDMA本部的高效工厂里举行了与用户的见面会。这项活动的一个重要共识便是通过可操作的模拟试验来预先测定机床的能耗,这有助于确定出机床的实际加工状况。除了这项Ewotek工作之外,在“高薪水国家集成式生产技术”项目里,人们也研究出一种可测定机床的随加工变化而变化的能耗的模拟实验。


