CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

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塔形组合式金刚石圆盘锯能耗建模及参数优化

郭安顺 张进生 张恒 王凯达 孙钰虎 牛平平 王一彩

郭安顺, 张进生, 张恒, 王凯达, 孙钰虎, 牛平平, 王一彩. 塔形组合式金刚石圆盘锯能耗建模及参数优化[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2024, 44(3): 398-406. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0128
引用本文: 郭安顺, 张进生, 张恒, 王凯达, 孙钰虎, 牛平平, 王一彩. 塔形组合式金刚石圆盘锯能耗建模及参数优化[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2024, 44(3): 398-406. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0128
GUO Anshun, ZHANG Jinsheng, ZHANG Heng, WANG Kaida, SUN Yuhu, NIU Pingping, WANG Yicai. Energy consumption modeling and parameter optimization of tower combined diamond circular saw blade[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2024, 44(3): 398-406. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0128
Citation: GUO Anshun, ZHANG Jinsheng, ZHANG Heng, WANG Kaida, SUN Yuhu, NIU Pingping, WANG Yicai. Energy consumption modeling and parameter optimization of tower combined diamond circular saw blade[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2024, 44(3): 398-406. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0128

塔形组合式金刚石圆盘锯能耗建模及参数优化

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0128
基金项目: 山东省科技型中小企业创新能力提升工程项目(2022TSGC2179);山东省自然科学基金资助项目(ZR2023QE162);日照市重点研发计划项目(2021ZDYF010109);日照市自然科学基金项目(RZ2021ZR35)。
详细信息
    通讯作者:

    张进生,男,1962年生,教授、博士研究生导师。主要研究方向:石材制品高效绿色加工技术与装备。E-mail:zhangjs@sdu.edu.cn

  • 中图分类号: TG580;TG74

Energy consumption modeling and parameter optimization of tower combined diamond circular saw blade

  • 摘要: 为准确预测塔形组合式金刚石圆盘锯在荒料锯切过程中的功率,以组合锯切系统中单锯片的单磨粒平均未变形切屑厚度为媒介,建立了锯切功率的参数模型,并对其进行修正,提出一种少样本快速预测模型,通过锯切实验测量不同参数组合下的锯切功率,采用多元线性回归方法拟合数据以获取可靠的模型系数。最后以锯切参数为优化变量,以锯切比能和锯切时间最小为优化目标建立优化模型,并采用改进粒子群算法对模型进行优化求解。试验结果表明,参数模型充分解释了各锯切参数对锯切功率的影响,能够准确预测不同锯片组合方式下的锯切功率,改进的粒子群算法有较高的优化性能,使用优化后的参数能够显著降低锯切功率。

     

  • 图  1  组合锯示意图

    Figure  1.  Diagram of combination saw

    图  2  单颗磨粒未变形切屑厚度变化示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of the variation in undeformed chip thickness of a single abrasive particle

    图  3  功率随锯切参数变化示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of power variation with sawing parameters

    图  4  锯切功率与hm的关系示意图

    Figure  4.  Diagram of relationship between sawing power and hm

    图  5  3P3W接线图

    Figure  5.  3P3W wiring diagram

    图  6  不同直径锯片组合锯切方式

    Figure  6.  Combined sawing mode with different diameters

    图  7  改进粒子群算法求解流程

    Figure  7.  The solving process of particle swarm optimization algorithm.

    表  1  锯切参数组合

    Table  1.   Sawing parameter combination

    参数取值
    转速 n / (r·min−1)380,395,410
    进给速度 vw / (m·min−1)3.45,4.45,5.45
    锯切深度 ap / mm4,6,8
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    表  2  锯切能耗测量结果

    Table  2.   Measurement results of sawing energy consumption

    编号 转速 n /
    (r·min−1)
    进给速度
    vw / (m·min−1)
    锯切
    深度
    ap / mm
    后3片组合
    锯切功率
    P6 / kW
    4片组合
    锯切功率
    P7 / kW
    1 380 3.45 4 12.74 15.20
    2 380 4.45 4 15.66 17.33
    3 380 5.45 4 18.89 21.56
    4 380 3.45 6 16.22 19.11
    5 380 4.45 6 19.50 22.92
    6 380 5.45 6 22.59 27.04
    7 380 3.45 8 19.72 22.74
    8 380 4.45 8 22.97 26.97
    9 380 5.45 8 26.81 31.96
    10 395 3.45 4 13.29 15.57
    11 395 4.45 4 15.74 18.84
    12 395 5.45 4 18.90 22.87
    13 395 3.45 6 16.93 19.58
    14 395 4.45 6 19.69 23.32
    15 395 5.45 6 23.44 27.52
    16 395 3.45 8 19.59 22.80
    17 395 4.45 8 23.31 27.73
    18 395 5.45 8 27.84 32.62
    19 410 3.45 4 13.51 16.58
    20 410 4.45 4 15.96 19.29
    21 410 5.45 4 18.91 22.42
    22 410 3.45 6 16.84 19.79
    23 410 4.45 6 19.78 23.99
    24 410 5.45 6 23.47 27.94
    25 410 3.45 8 19.83 23.32
    26 410 4.45 8 23.59 28.35
    27 410 5.45 8 28.38 35.44
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    表  3  P6模型拟合系数

    Table  3.   Fitting coefficients of the P6 model

    系数 Beta1 Beta2 Sig VIF
    kcp6 0.144 <0.001
    K6 0.248 0.033
    x 0.543 <0.001 1.000
    a 0.078 0.055 <0.001 1.000
    b 0.204 0.655 <0.001 1.000
    c −0.210 0.750 <0.001 1.000
    R2 99.4% <0.001
    DW 2.355
    RMSE 0.017
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    表  4  P7模型拟合系数

    Table  4.   Fitting coefficients of the P7 model

    系数 Beta1 Beta2 Sig VIF
    kcp7 0.171 <0.001
    K7 0.027 <0.001
    x 0.543 <0.001 1.000
    a −0.312 0.109 <0.001 1.000
    b 0.228 0.660 <0.001 1.000
    c −0.205 0.737 <0.001 1.000
    R2 99.0% <0.001
    DW 1.808
    RMSE 0.022
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    表  5  P6模型对比分析

    Table  5.   Comparative analysis of the P6 model

    编号 转速 n
    / (r·min−1)
    进给速度vw /
    (m·min−1)
    锯切深度ap / mm P预测 / kW P实测 / kW η / %
    1 370 3.45 8 18.97 18.40 3.10
    2 385 4.45 6 19.80 20.97 5.58
    3 400 5.45 4 18.61 19.29 3.53
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    表  6  P7模型对比分析

    Table  6.   Comparative analysis of the P7 model

    编号 转速 n
    / (r·min−1)
    进给速度vw /
    (m·min−1)
    锯切深度ap / mm P预测 / kW P实测 / kW η / %
    1 370 3.45 8 21.53 23.25 7.40
    2 385 4.45 6 22.94 24.03 4.54
    3 400 5.45 4 21.95 22.95 4.35
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    表  7  优化结果对比分析

    Table  7.   Comparative analysis of optimization results

    编号 方案 转速
    n / (r·min−1)
    进给速度
    vw / (m·min−1)
    锯切深度
    ap / mm
    F
    1LPSO378.786.228.220.043
    NPSO371.825.498.960.038
    2LPSO375.245.918.540.039
    NPSO370.306.188.270.037
    3LPSO378.165.698.690.043
    NPSO372.395.389.070.038
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    表  8  优化解与经验解对比分析

    Table  8.   Comparative analysis of optimal solution and empirical solution

    方法 转速
    n / (r·min−1)
    进给速度vw / (m·min−1) 锯切深度
    ap / mm
    锯切比能
    SEC / (kJ·cm−3)
    加工时间
    T / min
    优化 370.30 6.18 8.27 0.695 9.783
    经验 410.00 5.45 8.00 0.757 11.468
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-06-12
  • 修回日期:  2023-08-07
  • 录用日期:  2023-09-04
  • 网络出版日期:  2023-11-06
  • 刊出日期:  2024-06-28

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