机床能源效益最大化

在机床能源效益最佳化方面，设备制造商对客观能源需求所作的测评非常重要，能源消耗的实际分析是提高能源效益的基础。

“机床设备是否要贴上能源标签？”这个以往从未引起注意的话题变得更加急迫起来。其主要原因是在欧盟委员会所委托的对机床产品所进行的一项研究工作中，机床设备被列入到了EuP规程所规定的第四级（能耗）产品类别里。对此类产品，将来还将进行研究。在2009年，欧盟委员会对一项初步研究工作进行了招标。此项研究工作需要对相关要求和规范提出若干建议。在2009年11月，位于布鲁塞尔的欧洲机床联合会Cecimo就递交了一份关于自愿承担责任的方案，作为一种可选方案。

制订通用极限值或给定值并无可能

草案所传递出的重要信息是：要把机床设备视为单独的产品，由于机床设备用途很广，因此没有可能制订出像电灯那样的通用极限值或给定值。此外，从改进措施方面看，该方案也规定了那些有待继续发展的制造商可以选择其机床设备作进一步优化的相应措施，对达到所使用的功能模块的功效水准的结果进行记录。尽管机床行业自己提出了这些倡议，但是欧盟委员会还是把这项研究项目授予了Fraunhofer研究公司。

由于有了令人信服的自我调节方案，因此除了采取适合的措施之外，在前期研究人员还设法与企业一起就自我调节的选择问题进行了探讨和推进。此外，各协会和制造商还一起研究了具体的优化措施，以在不久的将来即可对其产品实施节能改进。

在这里，系统的复杂性和多样性仍然是做出基本尺度定义的一个障碍。对于电视机来说屏幕单位（cm^{2）的能耗，或冰箱冷却容积的能耗都比较容易计算，而对于技术和应用范围极广的机床设备来说，则无法按照那种功能单位进行降低。这是欧盟委员会项目研究人员面临的一个难点。根据所规定的方法，首先应该对“产品”进行明确的划分，然后对能够反映同属一类所有产品平均状况的欧洲基准案例进行定义。}

递交自我调节方案

事实上，情况并非如此简单，因为欧盟委员会在“机器工具”产品类别下并不包括所有生产类机器产品，例如切削机床、成型机床、激光设备及焊接设备等。

在实际工作中，对此类研究工作并不能期待能够很快得出具体的成果，并制订规程，该行业的研究人员同时也自发地对该项工作积极探索，希望能够找到一种通用型的解决方案。早在2009年11月，该行业的代表们就向布鲁塞尔递交了一份相关的自我调节的方案，以期预先准备一些法规性的措施。

在2008年12月，一个由BMWi赞助并由项目承担单位Jülich负责的“Maxiem——机床设备能源效益最大化”的课题开始启动，该项目要求在本行业中广泛推进基础性工作。除了Darmstadt技术大学PTW学院之外，一些知名的制造企业，如Alfing、Grob、Heller、MAG和Schaudt及零部件供应厂商，如Bosch Rexroth、Siemens Industry，以及机床设备用户，如Audi、BMW、Daimler、Siemens Power Generation和VW等也联合参与到该项目中。联合机构的设想是这些企业最近都已经对很多节能项目进行立项，应该再把生产型设备纳入其中。

例如，某个汽车制造公司的发动机厂已经实现了2/3节能目标的话，那么就应该考虑剩余的1/3节能目标应通过机床设备来实现。该项目的一个重点便是展示其演示样机上的众多最优化的举措。其中一个项目合作方提供的设备首先要经过内容繁多的实际值分析过程（图1），然后再做出相应的定义。这项活动的一个目的便是要鉴别出何种设备耗能最大，同时也要挖掘出实施改进的潜力。这是一台现代化的加工中心设备，它作为一种系统型设备，被用于汽车工业元件（如气缸头、发动机组和减速器外壳等）进行加工的生产线上。该设备的控制与驱动系统装备商为Bosch Rexroth。

图1 在减少能源消耗的条件下，实现相同的切削加工效率，采
用能耗更优良的零部件可以提高机床的能源效益；与此同时，
随时减少不需要的零部件和功能模块则蕴藏着巨大的节能潜力

采用更具节能效率的装置

最大改进潜力在演示样机上得以实施：一方面把各功能模块用更具效率的装置进行替换，另一方面则对控制系统实施改良，达到可根据需求和对功能模块进行按需控制的目的。nextpage

在项目开始阶段，项目的参与单位作了一项ABC基本分析，定义出哪些功能模块和工作需要紧急处理（表），按照平均合闸时间、功耗以及耗电量情况进行分级。根据各单位所获得的测量结果和专家的计算，对液压系统、电控柜散热系统、设备冷却系统、冷却润滑、排风和Pn保护压缩（隔绝空气）优先进行分级。

电网过滤器被归类到A类功能模块范畴，因为一家成员单位的测量结果显示，即使生产设备处于备用状态，电网过滤器仍会产成无效功率，且消耗用户大量资金。把主轴归类到B类功能模块范畴，这是因为它首先属于要极大降低机床设备基本载荷和周边外围设施能耗的主要目标。此外，按照专家的计算，此类功能模块的节能潜力可能更大。

最初的测量结果已经表明，在机床设备的基本载荷方面完全存在可以挖掘的潜力。图2所示的基本载荷耗电量高于3kW，其中液压站为主轴及液压油的冷却循环泵的电机占据了绝大份额，其次为进给驱动调节系统。在低压馈电方面，最大的耗电设备是驱动调节器的控制部分和液压系统的阀门控制部分。另外，还有受隔绝空气加载的玻璃刻度盘、圆形工作台和主轴所需的压缩空气量共为5.6nm^{3/h，冷却水的功率为478W。设定压缩空气费用为4欧分/cm^{3，则年费用共计1344欧元，冷却水费用287欧元。}}

图2 每年的电能、压缩空气和冷却水（a）等介
质的支出和各个部件在运行状态下的耗电量（b）

在基本载荷中，仅电能所占的比例每年就有大约2040欧元（三班作业，6000h，10欧分/kWh）。为了降低基本载荷，在设定的两年投资回收期内，可在能源效益措施中为节省每1kW投入1200欧元。一种可能性便是在冷却循环系统中采用诸如EFF1电机的产品。超出的约60欧元费用可以在约6600个作业小时之后得到回收。这相当于在一种典型的三班作业方式下的投资回收期为13个月左右。再往后，电机即可为用户单位每年节省50欧元的电费。

但是，仅采用节能型零部件并不能使机床设备达到良好的能源效益。对不运行的设备部件和功能模块（如驱动调节器和液压机组等）应及时关机，这里同样隐藏着巨大的节能潜力，在批量生产中，其利用率尚未达到70%。

未来投资需要顾及能源消耗

尽管复杂因素很多，无法预先确定出机床设备的真正耗能标签（如冰箱），但是在将来的机床设备投资中，耗电水平会越来越引起人们的关注。机床设备和功能模块的制造商已经提供了多种的节能方案。他们许诺要实现50%的节能效果。但是，所存在的问题仍然是作为基本因素的设备利用率水平与大多数用户的实际情况无关。

因此，很难对大多数昂贵设备的投资回报收益率进行核算。用户还是习惯于看重较低的初期投资，不少机床制造商会经常处于窘境之中。用户越来越多地要求得到节能型设备，但又不愿接受因使用节能型功能模块而必然造成的更高的设备价格。

“Maxiem——机床设备能源效益最大化”项目所追求的解决方案是：测定出具体的能耗水平，使得设备制造商可以明确说清楚其加价的合理原因。项目中一些参与单位认为，投资较高的节能型设备只有找到一些买家，并在一定时间内通过较低的运行成本使其实现良好的投资回收，这个研究项目的目标才可能达到。

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机床能源效益最大化

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