(高清版)GBT 40803-2021 機(jī)械加工過程 能量效率評價方法

機(jī)械加工過程能量效率評價方法國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會GB/T40803—2021 I 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4評價指標(biāo)體系 5評價指標(biāo)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(jī)械加工過程能量效率評價示例 I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由全國綠色制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC337)提出并歸口。本文件起草單位：重慶大學(xué)、中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心、安徽省捷甬達(dá)智能機(jī)器股份有限公司、格林美股份有限公司、北京機(jī)床研究所有限公司、西南大學(xué)、重慶第二機(jī)床廠有限責(zé)任公司、東方電氣集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司、重慶小康動力有限公司、中機(jī)研標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)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(tuán)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(jī)械加工過程能量效率評價方法本文件規(guī)定了機(jī)械加工過程能量效率評價指標(biāo)體系、指標(biāo)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(jī)床加工過程能量效率評價，其他機(jī)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(gòu)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(yīng)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(jī)械制造工藝基本術(shù)語GB/T6477金屬切削機(jī)床術(shù)語GB/T40799機(jī)械加工過程能效基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檢測方法3術(shù)語和定義GB/T4863、GB/T6477和GB/T40799界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。機(jī)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(jī)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(jī)械加工過程總能耗與材料去除體積的比值。機(jī)械加工過程材料去除能耗與機(jī)械加工過程總能耗的比值。待機(jī)能耗率standbyenergyconsumptionratio機(jī)械加工過程待機(jī)能耗與機(jī)械加工過程總能耗的比值?？者\轉(zhuǎn)能耗率idlingenergyconsumptionratio機(jī)械加工過程空運轉(zhuǎn)能耗與機(jī)械加工過程總能耗的比值。2切削能耗率cuttingenergyconsumptionratio機(jī)械加工過程切削能耗與機(jī)械加工過程總能耗的比值。機(jī)械加工過程材料去除能耗與切削能耗的比值。4評價指標(biāo)體系4.1機(jī)械加工過程能量效率的評價指標(biāo)包括綜合評價指標(biāo)和單項評價指標(biāo)兩類，如表1所示。表1能量效率評價指標(biāo)體系及其用途能量效率評價指標(biāo)體系用途綜合評價指標(biāo)體積比能/(kW·h/m3)反映機(jī)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(biāo)待機(jī)能耗/(kW·h)反映待機(jī)過程的能效情況待機(jī)能耗率/%空運轉(zhuǎn)能耗/(kW·h)反映空運轉(zhuǎn)過程的能效情況空運轉(zhuǎn)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(biāo)分為有效能量利用率、工件比能和體積比能指標(biāo)，主要用于反映機(jī)械加工過程的綜合能效情況。4.3單項評價指標(biāo)分為待機(jī)能耗、待機(jī)能耗率、空運轉(zhuǎn)能耗、空運轉(zhuǎn)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(jī)械加工過程能效的詳細(xì)情況。5評價指標(biāo)的獲取方法5.1待機(jī)能耗、空運轉(zhuǎn)能耗、切削能耗和材料去除能耗的獲取方法待機(jī)能耗、空運轉(zhuǎn)能耗、切削能耗和材料去除能耗應(yīng)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(jī)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(jī)械加工過程有效能量利用率，以%表示；Emr——機(jī)械加工過程材料去除能耗，單位為千瓦時(kW·h);E,——機(jī)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(jī)械加工過程總能耗，統(tǒng)計機(jī)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(jī)械加工過程工件比能，單位為千瓦時每個(kW·h/個);N——機(jī)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(jī)械加工過程總能耗，按公式(3)計算體積比能?！?3)Sy——機(jī)械加工過程體積比能，單位為千瓦時每立方米(kW·h/m3);V——機(jī)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(jī)能耗率的獲取方法按照GB/T40799規(guī)定的方法，獲取機(jī)械加工過程總能耗和待機(jī)能耗，按公式(5)計算待機(jī)能耗率。γs——機(jī)械加工過程待機(jī)能耗率，以%表示；E,——機(jī)械加工過程待機(jī)能耗，單位為千瓦時(kW·h)。4GB/T40803—20215.6空運轉(zhuǎn)能耗率的獲取方法按照GB/T40799規(guī)定的方法，獲取機(jī)械加工過程總能耗和空運轉(zhuǎn)能耗，按公式(6)計算空運轉(zhuǎn)能耗率?！?6)式中：γ.——機(jī)械加工過程空運轉(zhuǎn)能耗率，以%表示；E——機(jī)械加工過程空運轉(zhuǎn)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(jī)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(jī)械加工過程切削能耗率，以%表示；E?！獧C(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)械加工過程；b)選取能效評價指標(biāo)；c)制定評價指標(biāo)的基準(zhǔn)值；d)獲取評價指標(biāo)的測算值；e)將評價指標(biāo)測算值與其基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，判定評價結(jié)果。評價示例見附錄A。5選取待評價機(jī)械加工過程選取待評價機(jī)械加工過程選取能效評價指標(biāo)制定評價指標(biāo)的基準(zhǔn)值獲取評價指標(biāo)的測算值比較測算值與基準(zhǔn)值，判定評價結(jié)果6.2選取待評價機(jī)械加工過程選取待評價機(jī)械加工過程時應(yīng)滿足以下2個要求：——所選取加工過程屬于機(jī)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(jī)械加工過程后，應(yīng)記錄所選機(jī)械加工過程的加工時間段、機(jī)床型號和工件型號等信息。6.3選取評價指標(biāo)6.3.1依據(jù)評價需求，選取機(jī)械加工過程能量效率評價指標(biāo)。6.3.2評價機(jī)械加工過程綜合能效情況，應(yīng)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(biāo)。其中：——評價不同機(jī)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(jī)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(jī)床以及工件規(guī)格均不同)的兩個機(jī)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(jī)械加工過程單項能效情況，應(yīng)依據(jù)以下原則選取單項評價指標(biāo)：——評價待機(jī)過程能效情況，選取待機(jī)能耗和待機(jī)能耗率；——評價空運轉(zhuǎn)過程能效情況，選取空運轉(zhuǎn)能耗和空運轉(zhuǎn)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(biāo)的基準(zhǔn)值6.4.1評價指標(biāo)的基準(zhǔn)值是能量效率評價過程中量化能量效率差距、指導(dǎo)能量效率優(yōu)化的基礎(chǔ)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(jī)械加工過程的能耗限額標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)中相同機(jī)械加工過程的能量效率先進(jìn)值，可參考能耗限額標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)先進(jìn)值，選取制定評價指標(biāo)的基準(zhǔn)值。6.4.3測試制定法。通過實際測試來制定評價指標(biāo)的基準(zhǔn)值。具體步驟如下：6a)選取一段機(jī)械加工過程。其中，所選機(jī)械加工過程應(yīng)滿足加工過程中機(jī)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(biāo)的測算值；c)對每項評價指標(biāo)在各合格工件加工過程的測算值，按從大到小進(jìn)行排序；d)選取排序中的最大值作為該項評價指標(biāo)的基準(zhǔn)最大值，并選取排序中的最小值作為該項評價指標(biāo)的基準(zhǔn)最小值。e)對于待機(jī)能耗、空運轉(zhuǎn)能耗、切削能耗以及材料去除能耗這4個指標(biāo)，其基準(zhǔn)值為單個工件評價指標(biāo)的基準(zhǔn)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(biāo)的測算值按第5章規(guī)定的方法獲取機(jī)械加工過程能量效率評價指標(biāo)的測算值。同時，評價指標(biāo)測算值的獲取過程應(yīng)滿足GB/T40799的要求。6.6判定評價結(jié)果將各評價指標(biāo)的測算值與其基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，判定評價結(jié)果。其中：——當(dāng)各評價指標(biāo)的測算值低于其基準(zhǔn)最大值而高于基準(zhǔn)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(biāo)：當(dāng)其測算值高于其基準(zhǔn)最大值時，則視為高效率；當(dāng)其測算值低于基準(zhǔn)最小值時，則視為低效率。料去除能耗這8個指標(biāo)：當(dāng)其測算值高于其基準(zhǔn)最大值時，則可視為低效率；當(dāng)其測算值低于基準(zhǔn)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(jī)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(jī)械加工過程的基本信息應(yīng)包括加工時間段、機(jī)床型號和工件型號等內(nèi)容?！芰啃试u價信息表應(yīng)包括評價指標(biāo)、基準(zhǔn)值、測算值、評價結(jié)果以及建議等內(nèi)容。——人員日期信息應(yīng)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(jī)械加工過程能量效率評價示例A.1選取待評價機(jī)械加工過程依據(jù)6.2規(guī)定的要求，選取機(jī)床A加工一批工件W的完整加工過程。其中，機(jī)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(jī)械加工過程的機(jī)床信息機(jī)床型號主軸轉(zhuǎn)速范圍/(r/min)最大回轉(zhuǎn)半徑/mm最大加工長度/mm460420表A.2待評價機(jī)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(biāo)為整體展示機(jī)械加工過程能量效率評價全過程，本次評價選取評價指標(biāo)體系中的所有指標(biāo)。其中，綜合評價指標(biāo)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(biāo)包括待機(jī)能耗、待機(jī)能耗率、空運轉(zhuǎn)能耗、空運轉(zhuǎn)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(biāo)的基準(zhǔn)采用測試制定法制定能效基準(zhǔn)。具體步驟和結(jié)果如下：a)采用機(jī)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(jī)能耗、空運轉(zhuǎn)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(jī)能耗、空運轉(zhuǎn)能耗、切削能耗和材料去除能耗評價指標(biāo)總能耗/(kW·h)待機(jī)能耗/(kW·h)空運轉(zhuǎn)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(jī)能耗率等指標(biāo)值評價指標(biāo)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(jī)能耗率/%空運轉(zhuǎn)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(biāo)的測算值，按從大到小進(jìn)行排序，如表A.5所示。表A.5各評價指標(biāo)測算值的排序表評價指標(biāo)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(jī)能耗/(kW·h)空運轉(zhuǎn)能耗/(kW·h)切削能耗/(kW·h)材料去除能耗/(kW·h)待機(jī)能耗率/%空運轉(zhuǎn)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(biāo)的基準(zhǔn)最大值，并選取排序中的最小值作為該項評價指標(biāo)基準(zhǔn)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(jī)能耗/(kW·h)單個工件空運轉(zhuǎn)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(jī)能耗率/%空運轉(zhuǎn)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(biāo)測算值依據(jù)6.5,獲取加工過程各評價指標(biāo)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(jī)械加工過程的能效檢測值加工全過程總能耗/(kW·h)待機(jī)能耗/(kW·h)空運轉(zhuǎn)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(jī)械加工過程的評價指標(biāo)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(jī)能耗率/%空運轉(zhuǎn)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(jié)果依據(jù)6.6的要求，將各評價指標(biāo)的測算值與其基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，判定各個評價指標(biāo)的表現(xiàn)情況，具體如表A.9所示。表A.9機(jī)械加工過程評價指標(biāo)的表現(xiàn)情況表指標(biāo)基準(zhǔn)值測算值評判結(jié)果綜合評價指標(biāo)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(biāo)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(jī)能耗/(kW·h)10×(0.00161～0.00159)低效率空運轉(zhuǎn)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(jī)能耗率/%低效率空運轉(zhuǎn)能耗率/%低效率根據(jù)綜合評價指標(biāo)的評判結(jié)果可知，所評價的機(jī)械加工過程綜合能量效率偏低。根據(jù)單項評價指標(biāo)中的待機(jī)能耗指標(biāo)測算值比其基準(zhǔn)值高，可知該段機(jī)械加工過程在工件裝卸過程所花費的時間較長，有進(jìn)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(jī)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(zhǔn)值可知，此次工藝調(diào)整能效表現(xiàn)不佳；同時，根