(高清版)GBT 40803-2021 機械加工過程 能量效率評價方法

機械加工過程能量效率評價方法國家標準化管理委員會GB/T40803—2021 I 2規(guī)范性引用文件 3術語和定義 4評價指標體系 5評價指標的獲取方法 6評價流程及要求 47評價報告的編寫要求 6附錄A(資料性)機械加工過程能量效率評價示例 I本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由全國綠色制造技術標準化技術委員會(SAC/TC337)提出并歸口。本文件起草單位：重慶大學、中機生產(chǎn)力促進中心、安徽省捷甬達智能機器股份有限公司、格林美股份有限公司、北京機床研究所有限公司、西南大學、重慶第二機床廠有限責任公司、東方電氣集團科學技術研究院有限公司、重慶小康動力有限公司、中機研標準技術研究院(北京)有限公司、特變電工國際工程有限公司、力鼎智能裝備(青島)集團有限公司。本文件主要起草人：劉培基、李聰波、邱城、劉飛、孫婷婷、施東、許開華、奚道云、黃祖廣、陳行政、1機械加工過程能量效率評價方法本文件規(guī)定了機械加工過程能量效率評價指標體系、指標獲取方法、評價流程以及評價報告編寫。本文件適用于金屬切削機床加工過程能量效率評價，其他機械加工過程的能量效率評價可參考本文件執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于GB/T4863機械制造工藝基本術語GB/T6477金屬切削機床術語GB/T40799機械加工過程能效基礎數(shù)據(jù)檢測方法3術語和定義GB/T4863、GB/T6477和GB/T40799界定的以及下列術語和定義適用于本文件。機械加工過程總能耗與有效產(chǎn)出的比值。注：有效產(chǎn)出可用材料去除體積或合格工件件數(shù)表示。工件比能specificenergyconsumptionperworkpiece機械加工過程總能耗與合格工件件數(shù)的比值。體積比能specificenergyconsumptionpervolumeofcuttingmaterial機械加工過程總能耗與材料去除體積的比值。機械加工過程材料去除能耗與機械加工過程總能耗的比值。待機能耗率standbyenergyconsumptionratio機械加工過程待機能耗與機械加工過程總能耗的比值?？者\轉能耗率idlingenergyconsumptionratio機械加工過程空運轉能耗與機械加工過程總能耗的比值。2切削能耗率cuttingenergyconsumptionratio機械加工過程切削能耗與機械加工過程總能耗的比值。機械加工過程材料去除能耗與切削能耗的比值。4評價指標體系4.1機械加工過程能量效率的評價指標包括綜合評價指標和單項評價指標兩類，如表1所示。表1能量效率評價指標體系及其用途能量效率評價指標體系用途綜合評價指標體積比能/(kW·h/m3)反映機械加工過程的綜合能效情況工件比能/(kW·h/個)有效能量利用率/%單項評價指標待機能耗/(kW·h)反映待機過程的能效情況待機能耗率/%空運轉能耗/(kW·h)反映空運轉過程的能效情況空運轉能耗率/%切削能耗/(kW·h)反映切削過程的能效情況切削能耗率/%材料去除能耗/(kW·h)反映切削過程切削參數(shù)的選取情況切削能量利用率/%4.2綜合評價指標分為有效能量利用率、工件比能和體積比能指標，主要用于反映機械加工過程的綜合能效情況。4.3單項評價指標分為待機能耗、待機能耗率、空運轉能耗、空運轉能耗率、切削能耗、切削能耗率、材料去除能耗和切削能量利用率，用于反映機械加工過程能效的詳細情況。5評價指標的獲取方法5.1待機能耗、空運轉能耗、切削能耗和材料去除能耗的獲取方法待機能耗、空運轉能耗、切削能耗和材料去除能耗應按照GB/T40799規(guī)定的方法檢測獲取。5.2有效能量利用率的獲取方法按照GB/T40799量利用率。規(guī)定的方法，獲取機械加工過程總能耗和材料去除能耗，按公式(1)計算有效能3GB/T40803—2021η,——機械加工過程有效能量利用率，以%表示；Emr——機械加工過程材料去除能耗，單位為千瓦時(kW·h);E,——機械加工過程總能耗，單位為千瓦時(kW·h)。5.3工件比能的獲取方法按照GB/T40799規(guī)定的方法，獲取機械加工過程總能耗，統(tǒng)計機械加工過程的合格工件數(shù)量，按公式(2)計算工件比能。Sx——機械加工過程工件比能，單位為千瓦時每個(kW·h/個);N——機械加工過程合格工件件數(shù)(個)。…………)5.4體積比能的獲取方法按照GB/T40799規(guī)定的方法，獲取機械加工過程總能耗，按公式(3)計算體積比能。……(3)Sy——機械加工過程體積比能，單位為千瓦時每立方米(kW·h/m3);V——機械加工過程材料去除體積，可通過累加各個合格工件的材料去除體積獲取，單位為立方米(m3)。其中，單個合格工件的材料去除體積的獲取方法如下：a)采用幾何計算法或排水法分別獲取合格工件在加工前后的體積，通過計算二者的體積差獲得單個工件的材料去除體積；b)通過稱重法分別測量合格工件在加工前后的質(zhì)量，按公式(4)計算單個工件的材料去除體積。V;——單個工件的材料去除體積，單位為立方米(m3);W?——合格工件在加工前的質(zhì)量，單位為千克(kg);W?——合格工件在加工后的質(zhì)量，單位為千克(kg);p—合格工件所去除材料的材料密度，單位為千克每立方米(kg/m3)。5.5待機能耗率的獲取方法按照GB/T40799規(guī)定的方法，獲取機械加工過程總能耗和待機能耗，按公式(5)計算待機能耗率。γs——機械加工過程待機能耗率，以%表示；E,——機械加工過程待機能耗，單位為千瓦時(kW·h)。4GB/T40803—20215.6空運轉能耗率的獲取方法按照GB/T40799規(guī)定的方法，獲取機械加工過程總能耗和空運轉能耗，按公式(6)計算空運轉能耗率?！?6)式中：γ.——機械加工過程空運轉能耗率，以%表示；E——機械加工過程空運轉能耗，單位為千瓦時(kW·h)。5.7切削能耗率的獲取方法按照GB/T40799規(guī)定的方法，獲取機械加工過程總能耗和切削能耗，按公式(7)計算切削能耗率。γ.——機械加工過程切削能耗率，以%表示；E?！獧C械加工過程切削能耗，單位為千瓦時(kW·h)。5.8切削能量利用率的獲取方法按照GB/T40799規(guī)定的方法，獲取機械加工過程切削能耗和材料去除能耗，按公式(8)計算切削能量利用率。ηmr——機械加工過程切削能量利用率，以%表示。6評價流程及要求6.1評價流程機械加工過程能量效率評價流程如圖1所示，包括以下5個步驟：a)選取待評價機械加工過程；b)選取能效評價指標；c)制定評價指標的基準值；d)獲取評價指標的測算值；e)將評價指標測算值與其基準值進行比較，判定評價結果。評價示例見附錄A。5選取待評價機械加工過程選取待評價機械加工過程選取能效評價指標制定評價指標的基準值獲取評價指標的測算值比較測算值與基準值，判定評價結果6.2選取待評價機械加工過程選取待評價機械加工過程時應滿足以下2個要求：——所選取加工過程屬于機床加工一個或多個工件的完整加工過程；——所加工工件具有相同規(guī)格。選定機械加工過程后，應記錄所選機械加工過程的加工時間段、機床型號和工件型號等信息。6.3選取評價指標6.3.1依據(jù)評價需求，選取機械加工過程能量效率評價指標。6.3.2評價機械加工過程綜合能效情況，應從有效能量利用率、工件比能和體積比能中選取一個或多個綜合評價指標。其中：——評價不同機床加工相同工件的整體能效情況，優(yōu)先選擇工件比能；——評價機床加工不同材料的整體能效情況，優(yōu)先選擇體積比能；——評價差異較大(比如機床以及工件規(guī)格均不同)的兩個機械加工過程的整體能效情況，優(yōu)先選擇有效能量利用率。6.3.3評價機械加工過程單項能效情況，應依據(jù)以下原則選取單項評價指標：——評價待機過程能效情況，選取待機能耗和待機能耗率；——評價空運轉過程能效情況，選取空運轉能耗和空運轉能耗率；——評價切削過程能效情況，選取切削能耗和切削能耗率；——評價切削過程中切削參數(shù)選取情況，選取材料去除能耗和切削能量利用率。6.4制定評價指標的基準值6.4.1評價指標的基準值是能量效率評價過程中量化能量效率差距、指導能量效率優(yōu)化的基礎參考依據(jù)，可依據(jù)參考制定法和測試制定法兩種方法來制定。6.4.2參考制定法。若已發(fā)布機械加工過程的能耗限額標準以及行業(yè)中相同機械加工過程的能量效率先進值，可參考能耗限額標準和行業(yè)先進值，選取制定評價指標的基準值。6.4.3測試制定法。通過實際測試來制定評價指標的基準值。具體步驟如下：6a)選取一段機械加工過程。其中，所選機械加工過程應滿足加工過程中機床未發(fā)生故障、所加工工件具有相同規(guī)格且皆為合格件、合格件數(shù)量不少于3個；b)按照第5章所述方法，獲取每個合格工件加工過程能量效率評價指標的測算值；c)對每項評價指標在各合格工件加工過程的測算值，按從大到小進行排序；d)選取排序中的最大值作為該項評價指標的基準最大值，并選取排序中的最小值作為該項評價指標的基準最小值。e)對于待機能耗、空運轉能耗、切削能耗以及材料去除能耗這4個指標，其基準值為單個工件評價指標的基準值與待評價加工過程合格工件數(shù)量的乘積。具體示例見A.3。6.5獲取評價指標的測算值按第5章規(guī)定的方法獲取機械加工過程能量效率評價指標的測算值。同時，評價指標測算值的獲取過程應滿足GB/T40799的要求。6.6判定評價結果將各評價指標的測算值與其基準值進行比較，判定評價結果。其中：——當各評價指標的測算值低于其基準最大值而高于基準最小值時，則視為正常水平?！獙τ谟行芰坷寐?、切削能耗率以及切削能量利用率這3個指標：當其測算值高于其基準最大值時，則視為高效率；當其測算值低于基準最小值時，則視為低效率。料去除能耗這8個指標：當其測算值高于其基準最大值時，則可視為低效率；當其測算值低于基準最小值時，則可視為高效率。7評價報告的編寫要求評價報告主要包括機械加工過程的基本信息、能量效率評價信息表以及人員日期信息等，具體如下：——機械加工過程的基本信息應包括加工時間段、機床型號和工件型號等內(nèi)容。——能量效率評價信息表應包括評價指標、基準值、測算值、評價結果以及建議等內(nèi)容?！藛T日期信息應包括評價人員信息、審核人員信息以及評價日期等。評價報告示例見A.6。7(資料性)機械加工過程能量效率評價示例A.1選取待評價機械加工過程依據(jù)6.2規(guī)定的要求，選取機床A加工一批工件W的完整加工過程。其中，機床A的信息如表A.1所示，工件W的信息如表A.2所示；批量加工工件的數(shù)量為10個。表A.1待評價機械加工過程的機床信息機床型號主軸轉速范圍/(r/min)最大回轉半徑/mm最大加工長度/mm460420表A.2待評價機械加工過程的工件信息工件型號CS001工件材料毛坯尺寸單位為毫米吾吾舌吾A.2選取評價指標為整體展示機械加工過程能量效率評價全過程，本次評價選取評價指標體系中的所有指標。其中，綜合評價指標包括有效能量利用率、體積比能和工件比能；選取的單項評價指標包括待機能耗、待機能耗率、空運轉能耗、空運轉能耗率、切削能耗、切削能耗率、材料去除能耗和切削能量利用率。A.3制定加工過程評價指標的基準采用測試制定法制定能效基準。具體步驟和結果如下：a)采用機床A連續(xù)加工完成3個合格工件W;b)采用幾何計算法，計算獲得單個工件材料去除體積為67713.5mm3。c)按照GB/T40799規(guī)定的方法，獲取每個合格工件加工過程的總能耗、待機能耗、空運轉能耗、切削能耗和材料去除能耗，如表A.3所示。8表A.3合格工件加工過程總能耗、待機能耗、空運轉能耗、切削能耗和材料去除能耗評價指標總能耗/(kW·h)待機能耗/(kW·h)空運轉能耗/(kW·h)切削能耗/(kW·h)材料去除能耗/(kW·h)d)依次按5.2～5.8的方法，計算獲取每個合格工件加工過程的有效能量利用率、工件比能、體積表A.4合格工件加工過程有效能量利用率、體積比能、待機能耗率等指標值評價指標工件1工件2工件3有效能量利用率/%77.7477.5277.43體積比能/(kW·h/m3)1203.432071214.968011212.49025工件比能/(kW·h/個)0.081490.082270.08210待機能耗率/%空運轉能耗率/%切削能耗率/%96.5396.3996.37切削能量利用率/%80.5380.4280.35e)對各合格工件加工過程評價指標的測算值，按從大到小進行排序，如表A.5所示。表A.5各評價指標測算值的排序表評價指標最大值一般值最小值有效能量利用率/%體積比能/(kW·h/m3)工件比能/(kW·h)待機能耗/(kW·h)空運轉能耗/(kW·h)切削能耗/(kW·h)材料去除能耗/(kW·h)待機能耗率/%空運轉能耗率/%切削能耗率/%切削能量利用率/%9f)選取排序中的最大值作為該項評價指標的基準最大值，并選取排序中的最小值作為該項評價指標基準值有效能量利用率/%體積比能/(kW·h/m3)工件比能/(kW·h/個)單個工件待機能耗/(kW·h)單個工件空運轉能耗/(kW·h)單個工件切削能耗/(kW·h)單個工件材料去除能耗/(kW·h)待機能耗率/%空運轉能耗率/%切削能耗率/%切削能量利用率/%A.4獲取加工過程評價指標測算值依據(jù)6.5,獲取加工過程各評價指標的測算值。a)統(tǒng)計獲得該段加工過程的工件合格數(shù)量為10個。b)采用幾何計算法，計算獲得單個工件材料去除體積為67713.5mm3,整個加工過程的材料去除體積為677135mm3。表A.7待評價機械加工過程的能效檢測值加工全過程總能耗/(kW·h)待機能耗/(kW·h)空運轉能耗/(kW·h)切削能耗/(kW·h)材料去除能耗/(kW·h)測量值0.829420.019730.015480.791420.62572表A.8待評價機械加工過程的評價指標計算值加工全過程有效能量利用率/%體積比能/工件比能/(kW·h/個)待機能耗率/%空運轉能切削能耗率/%切削能量利用率/%計算值75.700.8266192.3995.7479.06A.5評價結果依據(jù)6.6的要求，將各評價指標的測算值與其基準值進行比較，判定各個評價指標的表現(xiàn)情況，具體如表A.9所示。表A.9機械加工過程評價指標的表現(xiàn)情況表指標基準值測算值評判結果綜合評價指標體積比能/(kW·h/m3)1214.96801～1203.43207低效率工件比能/(kW·h/個)0.08227～0.08149低效率有效能量利用率/%77.74～77.43低效率單項評價指標切削能耗率/%96.53～96.37低效率切削能量利用率/%80.53～80.35低效率待機能耗/(kW·h)10×(0.00161～0.00159)低效率空運轉能耗/(kW·h)10×(0.00137～0.00124)低效率切削能耗/(kW·h)10×(0.07930～0.07866)正常材料去除能耗/(kW·h)10×(0.06377～0.06335)高效率待機能耗率/%低效率空運轉能耗率/%低效率根據(jù)綜合評價指標的評判結果可知，所評價的機械加工過程綜合能量效率偏低。根據(jù)單項評價指標中的待機能耗指標測算值比其基準值高，可知該段機械加工過程在工件裝卸過程所花費的時間較長，有進一步提升的空間。根據(jù)切削能耗測試值正常且材料去除能耗測算值屬于高效率范圍，可知該段機械加工過程采用了使得材料去除能耗更低的工藝參數(shù)；從切削能量利用率測算值低于其基準值可知，此次工藝調(diào)整能效表現(xiàn)不佳；同時，根