陶瓷抛光机空载阶段能耗建模与仿真
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ＬＩＵ Ｈａｎ—ｙｏｎｇ， ＬＩ Ｊｕｎ， ＹＡＮＧ Ｌｉｕ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０００６， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｃｅｒａｍｉｃ ｔｉｌｅｓ ａｒｅ ｂｅｉｎｇ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ ｉｎｄｕｓｔｙ．Ｃｅｒａｍｉｃ ｔｉｌｅ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ａ ｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｉｎｇ ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｓｕｍｅｓ ３０％ －４０％ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｎ ｃｅｒａｍｉｃ ｔｉｌｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍａｃｈｉｎｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ， ｔｈｅ ｃｅｒａｍｉｃ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｈａｖｅ ｍａｎｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ， ｓｕｃｈ ａｓ ｃｏｍｐｌｅｘ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ， ｍｕｌｔｉ—ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｔｙｐｅ， ｃｏｍｐｌｅｘ ｅｎｅｒｇｙ ｆｌｏｗ ａｎ ｄ ＳＯ ｏｎ．Ｔｈｅ ｉｄｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｆｌｏｗ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｔｈ ｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｍａｄｅ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｗｉｔｈ Ｍａｔｌａｂ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｈｅ ｃｅｒａｍｉｃ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ； ｉｄｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ； ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ； ｅｒｒｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ
关键 词 ：陶瓷抛光机 ；空载阶段 ；能耗建模 ；误差分析
中图分类号 ：ＴＱ１７４．５
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１００９—９４９２（２０１８）０９—００３７—０４
Ｔｈｅ Ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｓｕｍ ｐｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ Ｉｄｌｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｃｅｒａｍ ｉｃ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ Ｍ ａｃｈｉｎｅ
耗。陶瓷抛光机作 为抛光 工序中主要使用的装备 ，具有加工 机理 复杂 、多能耗类型 、能量流动规律复 杂等特 性。以抛光 部能流 ，确定高耗能部件 ，建立 其相应 的能耗模型并进行误差分析 。用 Ｍａｔｌａｂ软件进行仿 真实
验 ，仿真结果表明建立 的能耗模型是合理 的。
０引言
抛光砖 是现代 建筑行 业 中应 用最 为广泛 的材料之一 ， 由于其气孔率低 、高硬 度 、高耐磨性 、耐腐 蚀 、表面光亮 如 镜 、色 彩丰 富多样 的特点 ，倍 受广大 消费者青 睐 １。抛 光 工 序作 为抛 光砖 的生 产工 艺流 程 中必不 可少 的一 道工 序 ，消 耗 ３０％一４０％抛 光砖 的生产 能耗 。抛光 工序 的节能 降耗变得越来越迫 切。而抛光工序 中主要 使用的机器就是 陶瓷抛光机 。为降低 其能耗 ，首先应得 到抛 光机的能耗模 型 ，再进行参数优化 。
目前 ，机械加 工设 备能耗建模 已经 成为国 内外研究 的 热点 问题 。２００９年德 国教授 Ｖｅｒｌ（２ 的研 究 团队在优 化制造 系统能量消耗方 面也做 了较为细致 的研究 工作 ，该研究 团 队利用仿真技术提 出一种制造系统能耗建模 的新方法 。重 庆大学刘 飞教授 研 究 团队对机 床主传动 系统 的能 耗特征 进 行研究 ，建立数 控机床主传动 系统 等主要耗能环节 的能 耗模 型 ，进一步考 虑机 床多能量源 的能耗 特征 ，将能耗研
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－９４９２．２０１８．０９．０１０
陶瓷抛光机空载 阶段能耗 建模与仿真
刘汉 勇，李 骏 ，杨 柳
（广东工业大学 机 电工程 学院， 广 东广州Ｉ ５１０００６）
摘要 ： 抛光砖在建 筑行业 中应用越来 越广泛 。瓷砖抛 光是抛光砖制备 过程中一道高耗能工 序 ，消耗 ３０％一４０％抛光砖 的生 产能
收稿 日期 ：２０１８—０３—１８
匿
究扩展 到整 个机床 。广 东工业大学杨 海东教授 结 合运 动学方程和磨削深度理论 ，建立以瓷砖表 面高度方 差为评 价指标 的质量模 型和瓷砖抛光 的切削形成能耗模 型 ，并仿 真分析得 出磨头转速 、瓷砖 进给速度等抛光工艺参 数对抛 光质量和能耗 的影 响 ，以多 目标优化得 到最佳 的工艺参数 组 合 ，但并没有考虑到抛光机空载部分的能耗 。
陶瓷抛光机具有 加工机理复杂 、多 能耗类 型 、能量流 动规律复杂等特性 。针对 这些问题 ，本文作者分 析抛光机 内部的能流模型 ，确定主要的耗 能部分 ，建立其能耗模 型。 为验证能耗模型是否正确 ，对相应 的模型进行误差分析 。
１陶瓷 抛 光 机 能流 分 析
以一种摆动 式抛 光机为研究对象 。抛光 机工作时 ，由 滚筒带动传送带作水 平移动 ，带动置 于传送 带上的瓷砖进 给 。同时 ，磨头在 电机的驱动下进行旋转 ，气缸 带动磨头 使磨块缓慢地垂直压 在瓷砖上进行抛光 。由于磨 块尺寸相 对于瓷砖尺寸较小 ，为了加工整个瓷砖 ，横 梁将 在电机的
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｃｅｒａｍｉｃ ｔｉｌｅｓ ａｒｅ ｂｅｉｎｇ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ ｉｎｄｕｓｔｙ．Ｃｅｒａｍｉｃ ｔｉｌｅ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ａ ｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｉｎｇ ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｓｕｍｅｓ ３０％ －４０％ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｎ ｃｅｒａｍｉｃ ｔｉｌｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍａｃｈｉｎｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ， ｔｈｅ ｃｅｒａｍｉｃ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｈａｖｅ ｍａｎｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ， ｓｕｃｈ ａｓ ｃｏｍｐｌｅｘ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ， ｍｕｌｔｉ—ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｔｙｐｅ， ｃｏｍｐｌｅｘ ｅｎｅｒｇｙ ｆｌｏｗ ａｎ ｄ ＳＯ ｏｎ．Ｔｈｅ ｉｄｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｆｌｏｗ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｔｈ ｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｍａｄｅ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｗｉｔｈ Ｍａｔｌａｂ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｈｅ ｃｅｒａｍｉｃ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ； ｉｄｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ； ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ； ｅｒｒｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ
关键 词 ：陶瓷抛光机 ；空载阶段 ；能耗建模 ；误差分析
中图分类号 ：ＴＱ１７４．５
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１００９—９４９２（２０１８）０９—００３７—０４
Ｔｈｅ Ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｓｕｍ ｐｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ Ｉｄｌｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｃｅｒａｍ ｉｃ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ Ｍ ａｃｈｉｎｅ
耗。陶瓷抛光机作 为抛光 工序中主要使用的装备 ，具有加工 机理 复杂 、多能耗类型 、能量流动规律复 杂等特 性。以抛光 部能流 ，确定高耗能部件 ，建立 其相应 的能耗模型并进行误差分析 。用 Ｍａｔｌａｂ软件进行仿 真实
验 ，仿真结果表明建立 的能耗模型是合理 的。
０引言
抛光砖 是现代 建筑行 业 中应 用最 为广泛 的材料之一 ， 由于其气孔率低 、高硬 度 、高耐磨性 、耐腐 蚀 、表面光亮 如 镜 、色 彩丰 富多样 的特点 ，倍 受广大 消费者青 睐 １。抛 光 工 序作 为抛 光砖 的生 产工 艺流 程 中必不 可少 的一 道工 序 ，消 耗 ３０％一４０％抛 光砖 的生产 能耗 。抛光 工序 的节能 降耗变得越来越迫 切。而抛光工序 中主要 使用的机器就是 陶瓷抛光机 。为降低 其能耗 ，首先应得 到抛 光机的能耗模 型 ，再进行参数优化 。
目前 ，机械加 工设 备能耗建模 已经 成为国 内外研究 的 热点 问题 。２００９年德 国教授 Ｖｅｒｌ（２ 的研 究 团队在优 化制造 系统能量消耗方 面也做 了较为细致 的研究 工作 ，该研究 团 队利用仿真技术提 出一种制造系统能耗建模 的新方法 。重 庆大学刘 飞教授 研 究 团队对机 床主传动 系统 的能 耗特征 进 行研究 ，建立数 控机床主传动 系统 等主要耗能环节 的能 耗模 型 ，进一步考 虑机 床多能量源 的能耗 特征 ，将能耗研
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－９４９２．２０１８．０９．０１０
陶瓷抛光机空载 阶段能耗 建模与仿真
刘汉 勇，李 骏 ，杨 柳
（广东工业大学 机 电工程 学院， 广 东广州Ｉ ５１０００６）
摘要 ： 抛光砖在建 筑行业 中应用越来 越广泛 。瓷砖抛 光是抛光砖制备 过程中一道高耗能工 序 ，消耗 ３０％一４０％抛光砖 的生 产能
收稿 日期 ：２０１８—０３—１８
匿
究扩展 到整 个机床 。广 东工业大学杨 海东教授 结 合运 动学方程和磨削深度理论 ，建立以瓷砖表 面高度方 差为评 价指标 的质量模 型和瓷砖抛光 的切削形成能耗模 型 ，并仿 真分析得 出磨头转速 、瓷砖 进给速度等抛光工艺参 数对抛 光质量和能耗 的影 响 ，以多 目标优化得 到最佳 的工艺参数 组 合 ，但并没有考虑到抛光机空载部分的能耗 。
陶瓷抛光机具有 加工机理复杂 、多 能耗类 型 、能量流 动规律复杂等特性 。针对 这些问题 ，本文作者分 析抛光机 内部的能流模型 ，确定主要的耗 能部分 ，建立其能耗模 型。 为验证能耗模型是否正确 ，对相应 的模型进行误差分析 。
１陶瓷 抛 光 机 能流 分 析
以一种摆动 式抛 光机为研究对象 。抛光 机工作时 ，由 滚筒带动传送带作水 平移动 ，带动置 于传送 带上的瓷砖进 给 。同时 ，磨头在 电机的驱动下进行旋转 ，气缸 带动磨头 使磨块缓慢地垂直压 在瓷砖上进行抛光 。由于磨 块尺寸相 对于瓷砖尺寸较小 ，为了加工整个瓷砖 ，横 梁将 在电机的