摘 要：在本文中，設(shè)計一個綜合性試驗用于觀察不同轉(zhuǎn)速、壓力、磨塊粒度號下磨頭的磨削效率和能耗，試驗結(jié)果清晰的顯示磨頭的磨削效率與磨頭的轉(zhuǎn)速不成正比。同時調(diào)查了陶瓷廠拋光磨頭的能耗，調(diào)查結(jié)果得出拋光線拋光線拋光磨頭效率和能耗的分布規(guī)律，并對每個工序的拋光磨頭磨削參數(shù)和能耗進行優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：磨頭;轉(zhuǎn)速; 能耗;磨削效率

1 前 言

瓷質(zhì)磚是一種非常緊密的陶瓷材料，在瓷磚加工中拋光可獲得高質(zhì)量的瓷磚表面。隨著人們對高質(zhì)量瓷磚需求的增加，對瓷磚高光滑磨削技術(shù)和高生產(chǎn)能力產(chǎn)生強烈的要求。瓷磚拋光過程是由排成一個序列的切線拋光磨頭完成，磨頭上配置粒度逐步降低的磨料。通常超過60拋光頭和多達20種不同的磨料尺寸用于瓷磚生產(chǎn)，滿足市場所需的光澤水平[1～3]。

拋光線已經(jīng)發(fā)展到大型化，瓷磚拋光設(shè)備發(fā)展極大的增加了水和電的能源消耗。磨頭的磨削參數(shù)對瓷磚表面質(zhì)量，成本，以及生產(chǎn)效率有重要影響[4～6]。磨頭能耗隨磨頭磨削參數(shù)而變化。如果砂輪磨削參數(shù)是不合適的，拋光線就容易產(chǎn)生能耗不平衡。為了適應(yīng)瓷磚加工，磨削參數(shù)（壓力，進給速度等），必須進行優(yōu)化。

在本文中，設(shè)計一個綜合性試驗用于觀察不同轉(zhuǎn)速、壓力、磨塊下磨頭的磨削效率和能耗。同時我們調(diào)查了陶瓷廠拋光磨頭的能耗。試驗結(jié)果清晰的顯示磨頭的磨削效率與磨頭的轉(zhuǎn)速不成正比?；谔沾蓮S調(diào)查結(jié)果，我們得出拋光線拋光線拋光磨頭和能耗的分布規(guī)律，并對每個工序的拋光磨頭磨削參數(shù)和能耗進行優(yōu)化。

2試驗

2.1試驗設(shè)計

本試驗對磨頭轉(zhuǎn)速、氣缸氣壓、磨塊粒度號這3個因素進行試驗。各參數(shù)選取如下：

1）轉(zhuǎn)速選取：現(xiàn)磨頭標配轉(zhuǎn)速為520 rpm， 根據(jù)磨頭小皮帶輪軸心尺寸和傳動比，試驗轉(zhuǎn)速取值540rpm，560rpm，590rpm，610rpm。為了便于對比，也選取470rpm，520rpm進行試驗。所以試驗?zāi)ヮ^磚轉(zhuǎn)速有6個值。

（2）氣缸壓力選?。?.2MPa，0.3MPa，0.4MPa。

（3）磨塊粒度號選?。涸囼?zāi)K按照粗中精拋三道工序來分類進行，a）粗拋：金剛46#;b）中拋：碳化硅240#;c）精拋：碳化硅800#。

試驗瓷磚選用刮平過的瓷磚，瓷磚的規(guī)格是600mm×600mm×10mm，試驗瓷磚一共120塊。

2.2試驗過程

試驗前先將所有的試驗瓷磚編號，并進行一一稱重記錄。將瓷磚放置在傳動帶上，在加工過程中傳送帶固定不動。按照表1參數(shù)配置進行試驗。其他參數(shù)不變，更換磨塊再按照表1進行試驗。直至所有的磨塊都試驗后，將磨頭轉(zhuǎn)速利用變頻器調(diào)整為520，再按照上述步驟進行試驗，直至將所有的轉(zhuǎn)速都試驗完。

每個試驗結(jié)束后，將試驗瓷磚取下風(fēng)干后稱重并記錄。每個試驗過程中都要記錄磨頭電流表數(shù)值。

試驗結(jié)果如表2-表4所示。

3試驗結(jié)果與分析

3.1粗拋工序

表2的試驗數(shù)據(jù)顯示，磨頭轉(zhuǎn)速與瓷磚磨削量不成正比。以轉(zhuǎn)速540為轉(zhuǎn)折點，轉(zhuǎn)速越高磨削效率越低。而磨頭驅(qū)動電機的能耗卻越來越高?，F(xiàn)在標配磨頭的轉(zhuǎn)速為520轉(zhuǎn)，驅(qū)動電機為11kW，額定電流21.5A。工作時的工作壓力為0.4MPa，將磨頭轉(zhuǎn)速提升到540，而磨削量僅提升了0.13kg。但是電機電流是22A，達到了超負荷運轉(zhuǎn)的狀態(tài)。電機的功率需要提升至15kW，顯然不合適。

綜上分析可知，在粗拋階段，不能盲目的通過提高轉(zhuǎn)速來提高磨削效率。轉(zhuǎn)速功率的增加與磨削量不成比例。造成了能源的浪費。

3.2中拋工序

表3的試驗數(shù)據(jù)顯示：磨頭轉(zhuǎn)速與瓷磚去除量不成比例，磨削量僅僅是0.05-0.1之間的差別。而電流卻達到38A。

因此，在中拋階段，不易提速。520是最佳轉(zhuǎn)速。

對比表2、3看出，碳化硅磨塊消耗的電流比金剛石磨塊消耗的電流多。同樣是520的轉(zhuǎn)速，0.4MPa的壓力，金剛石的電流是22A，而碳化硅的電流是30A。顯然，中拋階段在超負荷運轉(zhuǎn)。

3.3 精拋工序

表4試驗數(shù)據(jù)顯示，隨著磨頭轉(zhuǎn)速的提升，磨削量幾乎沒有什么變化，而能耗也變化甚微。

數(shù)據(jù)顯示，在這個階段可以將轉(zhuǎn)速提升到590-610。但是電流能耗達到24A，需要將電機的功率從11kW提升到15kW。

4陶瓷廠一線數(shù)據(jù)調(diào)查結(jié)果與分析

4.1試驗設(shè)計

本文對佛山多家陶瓷廠的同類型瓷磚生產(chǎn)線進行調(diào)查，該生產(chǎn)線的概況如表5所示。

本次調(diào)查的對象是生產(chǎn)線中的拋光工序，該工序由分為粗、中、精拋，一共3臺拋光機，第一拋光機15個磨頭，第二、三拋光機各16個磨頭。本文調(diào)查記錄每道工序中每個磨頭的轉(zhuǎn)速、磨頭電流、磨頭壓力、磨塊粒度號、磨塊類型。并做記錄。

4.2粗拋工序調(diào)查結(jié)果與分析

表6數(shù)據(jù)顯示，粗拋工序配置的都是金剛石磨塊，磨頭壓力在0.3-0.4MPa之間，轉(zhuǎn)速是520。但是磨頭工作電流的能耗最低僅為11.1A。而配置的電機是11kW，額定電流是21.5A。電機僅發(fā)揮出一半的功率。

4.3中拋工序調(diào)查結(jié)果與分析

表7調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，中拋階段一半的電機采用金剛石磨塊，另外一半的電機采用碳化硅磨塊。金剛石磨頭的電機能耗低。而碳化硅磨塊磨頭的能耗高，在同樣的轉(zhuǎn)速和磨頭壓力下，碳化硅磨塊磨頭消耗的電流達到30.2A，而金剛石才11.4A。他們所配置的都是11kW的電機。碳化硅磨塊磨頭在超負荷運轉(zhuǎn)。

4.4精拋工序調(diào)查結(jié)果與分析

表8調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，精拋階段全部采用碳化硅磨塊，磨頭的電流能耗在16A到31A之間。磨頭都是在超負荷運轉(zhuǎn)，但是磨頭的轉(zhuǎn)速卻很低。這與高轉(zhuǎn)速來提高光澤度的實際相矛盾。

5討論

通過實驗我們得出磨頭的轉(zhuǎn)速與瓷磚的磨削量不成正比，隨著磨頭轉(zhuǎn)速提高，磨削效率會下降。但是能耗卻在上升。這也打破工程們認為磨頭轉(zhuǎn)速越高，磨削效率越高的觀點。在粗、中拋階段520轉(zhuǎn)速的磨削效率是最高。精拋階段還有足夠的轉(zhuǎn)速提升空間。

調(diào)查結(jié)果顯示，金剛石磨塊磨頭消耗的電流很小，是碳化硅的一半左右。陶瓷廠實地調(diào)查研究結(jié)果顯示，在瓷磚生產(chǎn)線中粗拋全部都配置的是金剛石磨塊，中拋部分配置金剛石、另外一部分配置的是碳化硅磨塊。精拋配置的全部是碳化硅磨塊。粗拋階段的磨頭電機電流只是額定電流的一半，沒有發(fā)揮出應(yīng)有的效率。而中拋碳化硅磨頭卻在超負荷運轉(zhuǎn)。精拋階段由于磨頭能耗的限制，提速也受限制。

綜合上述調(diào)查結(jié)果分析我們得出：現(xiàn)行的瓷磚拋光線中的拋光工序中，采用了相同的配置的電機和轉(zhuǎn)速，11kW電機，轉(zhuǎn)速都是520，致使粗拋階段沒有發(fā)揮出電機的潛力，在浪費能耗。中、精拋拋在超負荷運轉(zhuǎn)。精拋提速受限。會造成能耗利用的不平衡。降低拋光線的加工效率。

根據(jù)研究結(jié)論，對現(xiàn)有的瓷磚拋光線中拋光工序中磨頭電機轉(zhuǎn)速和能耗配置進行優(yōu)化。

將粗拋和中拋中閑置的能耗重新分配給碳化硅磨頭，同時提升和優(yōu)化每個工序的轉(zhuǎn)速。

在配置金剛石磨塊的粗拋、和部分配置金剛石磨塊的中拋中，將電機更換為7.5kW額定電流15A。磨頭轉(zhuǎn)速還是520轉(zhuǎn)。試驗結(jié)果顯示，在粗、中拋階段，520轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的磨削效率是最高。所消耗的能耗是最少的。電流也不超負荷。在使用碳化硅磨塊的中拋階段將11kW電機更換為15kW，額定電流為30A。但是磨頭轉(zhuǎn)速還是520。試驗結(jié)果顯示，在中拋光階段轉(zhuǎn)速提升，效率反而下降，只會增加能耗。調(diào)整后的電機不會出現(xiàn)超負荷運轉(zhuǎn)而造成燒電機的現(xiàn)象。

在精拋階段，將磨頭的電機也更換為15kW，30A電流。但是轉(zhuǎn)速提升為590-610。試驗結(jié)果顯示，磨頭轉(zhuǎn)速的提升，對磨頭能耗的影響不是很大。電流也在15kW電機的額定電流允許的范圍內(nèi)。因為磨頭轉(zhuǎn)速的提高，會大幅度的提升瓷磚磨削效率，提高瓷磚光澤度。

這樣優(yōu)化可以打破能耗不平衡的現(xiàn)象，達到使用效率最高的、加工效率最高的狀態(tài)。

6結(jié)論

（1）本文通過實驗和調(diào)查研究結(jié)果得出如下結(jié)論。磨頭轉(zhuǎn)速與磨削效率不成正比，盲目提高轉(zhuǎn)速會造成能耗的浪費。粗、中拋最佳轉(zhuǎn)速為520到540之間。而精拋可以達到590-610。

（2）現(xiàn)行拋光工序最佳優(yōu)化配置是：粗拋階段和部分中拋階段電機功率7.5kW，轉(zhuǎn)速520，配置金剛石磨塊。中拋階段配置碳化硅磨塊的電機功率15kW，轉(zhuǎn)速520。精拋階段電機功率15kW，磨頭轉(zhuǎn)速590-610。

由于技術(shù)的限制，金剛石磨塊最大能夠制造240#的，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，1000#金剛石磨塊將可制造出來，磨頭就可全部配置7.5kW電機。整個拋光線的能耗可下降。

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